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PLC 原理与应用

PLC 原理与应用. 电气学院 自动化 杨霞 2007 年 2 月. PLC 原理与应用 第 12 讲. 课程总结辅导 1 本课程以实际设计分析为主，理论概念为附 2 课程性质：必修、考查课 3 考核方式： 总成绩：（平时考核 + 实验成绩） ×50%+ 闭卷考试成绩 ×50% 主要掌握 1 电气控制主控线路设计与分析 2 PLC 控制程序设计与分析. 上篇 电气控制技术 一 . 主要掌握的内容. 开关量分析： 有两个稳定状态：导通状态和关断状态；

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  1. PLC原理与应用 电气学院 自动化 杨霞 2007年2月

  2. PLC原理与应用 第12讲 • 课程总结辅导 • 1 本课程以实际设计分析为主，理论概念为附 • 2 课程性质：必修、考查课 • 3 考核方式： • 总成绩：（平时考核+实验成绩）×50%+闭卷考试成绩 ×50% • 主要掌握 • 1 电气控制主控线路设计与分析 • 2 PLC控制程序设计与分析

  3. 上篇 电气控制技术一.主要掌握的内容 • 开关量分析： • 有两个稳定状态：导通状态和关断状态； • 有两个切换状态：关断→导通切换（称导通切换）和导通→关断切换（称关断切换）；有导通保持控制和关断保持控制。 • 一）要掌握的常用控制类电器 • 1.低压开关电器：作用、结构组成、型号参数及图形符号。 • 2.接触器：用途、分类、工作原理、结构组成、型号参数及图形符号，其中电磁型的需要掌握有关电弧的知识（产生、危害、灭弧）。 • 3.控制继电器：电流、电压、时间、中间，工作、性能、符号等。 • 4.主令电器：有控制按钮、各种控制开关，如：行程开关、接近开关、脚踏开关、紧急开关、万能转换开关（组合开关）、控制继电器等。种类、应用。

  4. 二）要掌握的保护类电器 • 1.熔断器：结构、工作、应用。 • 2.保护继电器（热继电器）：结构、工作、应用。 • 3.低压断路器：结构、工作、应用。 • 三）低压电器的一些概念及术语 • 了解 • 四）绘制电气原理图时，一般应遵循的原则 • 7条 • 五）控制线路分析、设计 • 点动、顺序控制、旋转控制、形成控制、时间控制、速度控制等。控制线路中：自锁、互锁及顺序工作时联锁控制；保护：接地、短路（熔断器）、过载（热继电器）、欠压保护（接触器）。

  5. 上篇 电气控制技术二.实际控制线路举例 最简单的电动机点动控制电路 （小功率电机） 电动机的点动控制电路 （大功率电机控制）

  6. 上篇 电气控制技术二.实际控制线路举例 例1三相笼型异步电动机的正、反转控制电路（主及控制电路） 二、分析： （一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB2（正转）3.接触器线圈KM1上电，其常开KM1触点闭合（自锁欠压保护）；4.松开SB2正转已开始；5.按停车SB1即停。反转同正转。 （二）保护:1.短路保护FU;2.过载保护FR;3.自锁、互锁保护;4.PE接地保护;5.接触器欠压保护。 一、设计绘制主控电路图：

  7. U L1 V L2 FR1 FR2 FU2 W L3 FU1 QS SB1 KM1 SB3 KM1 KM2 SB2 KM2 KM1 FR1 M1 3~ M2 3~ KM2 KM1 PE PE 例2按顺序工作的联锁控制线路，在电动机M1（油泵）起动后M2才能起动的控制电路一 启动有顺序约束，关断同时 二、分析： （一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB2，接触器线圈KM1上电，其常开KM1触点闭合，常闭KM2触点打开，自锁并互锁，油泵电动机M1运行；3.按下启动按钮SB3，接触器线圈KM2上电，其常开KM1触点闭合，常闭KM2触点打开，自锁，电动机M2运行。 （二）保护:1.短路保护FU;2.过载保护FR;3.自锁、互锁保护;4.PE接地保护;5.接触器欠压保护。 FR2 一、设计绘制主控电路图：

  8. 例2 按顺序工作的控制线路例如车床主袖转动(KM2)时要求油泵(KM1)先给齿轮箱供油润滑二 两电动机的启动和关断都按顺序约束 分析： （一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB2，接触器线圈KM1上电，其常开KM1触点闭合，常闭KM2触点打开，自锁并互锁，油泵电动机M1运行；3.按下启动按钮SB3，接触器线圈KM2上电，其常开KM1触点闭合，常闭KM2触点打开，自锁，电动机M2运行。 （二）保护：1.短路保护FU；2.过载保护FR；3.自锁、互锁保护；4.PE接地保护；5.欠压保护（接触器）。

  9. 例3按时间控制实现三相笼型异步电动机星-三角减压起动控制电路（主及控制电路）。例3按时间控制实现三相笼型异步电动机星-三角减压起动控制电路（主及控制电路）。 二、分析： （一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB2；3.接触器线圈KM3上电，其常开KM3触点闭合，常闭KM3触点打开；4.同时时间继电器KT及KM1线圈上电，KM1常开触点闭合，定子绕组接成Y型，电动机进行Y起动（降压）；经过一定时间延时，时间继电器KT触点切换，延时闭合常开触点闭合（延时断开常闭触点断开）；5.KM3线圈掉电，其对应触电恢复原位Y打开；同时KM2线圈上电，其常开触点闭合，常闭触点打开，并自锁，定子绕组接成△型起动（全电压），则其Y-△减压起动完成。 （二）保护:1.短路保护FU;2.过载保护FR;3.自锁、互锁保护;4.PE接地保护;5.接触器欠压保护。 一、设计绘制主控电路图：

  10. 例4速度控制实现三相笼型异步电动机反接制动控制电路（主及控制电路）。例4速度控制实现三相笼型异步电动机反接制动控制电路（主及控制电路）。 二、分析： （一）工作:1.启动：合刀开关QS；按下启动按钮SB2；接触器线圈KM1上电并自锁，KM1常开触点闭合，常闭触点打开；电动机M正向起动并运行，速度大于120r/min时速度继电器KS动作常开触点闭合。2.制动：按下停车按钮SB1，线圈KM1上失电，其触点复位，电动机M断电，做惯性运转；同时，SB1的动合触点合上（此时KS触点应闭合），线圈KM2上电并自锁，电动机M反接电源，开始制动，当速度小于100r/min时，KS触点复位，KM2断电，制动结束。 （二）保护:1.短路保护FU;2.过载保护FR;3.自锁、互锁保护;4.PE接地保护;5.接触器欠压保护。 一、设计绘制主控电路图：

  11. 例5行程控制实现工作台往复运动控制线路 二、分析： （一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB1；接触器线圈KM1上电，进给，到SQ1切换状态，KM2得电，KM1失电复位；返回，到SQ2切换，循环往复。 （二）保护：1.短路保护FU；2.过载保护FR；3.自锁、互锁保护；4.PE接地保护；5.接触器欠压保护。 一、设计绘制主控电路图：

  12. 例6 行程、时间控制实现动力头滑台钻孔加工的电器控制线路 分析： （一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB1；接触器线圈KM1上电，进给加工开始，到SQ2切换状态，时间继电器KT得电延时开始即进行无进给切削；同时KM1失电复位；KT时间到触点切换，KM2得电，返回，到SQ1切换，KM2失电，释放。 （二）保护：1.短路保护FU；2.过载保护FR；3.自锁、互锁保护；4.PE接地保护；5.欠压保护（接触器）。

  13. 下篇 PLC控制技术一.主要掌握的内容 • 几个概念：开关量、数字量、模拟量、模拟量控制、数字量控制、开关量控制 • 一、PLC的定义、作用、组成（硬件、软件）、分类、性能指标 • 二、I/O接口电路及PLC的工作方式 • 1.输入接口电路：功能、结构、分类、工作 • 2.输出接口电路：功能、结构、分类、工作 • 3.外部输入、输出执行器件 • 4.PLC的工作方式：周期循环扫描工作方式、扫描周期时间及计算公式、PLC的扫描周期阶段、周期循环扫描机制的优缺点。

  14. 三、PLC的编程资源 • 1.PLC的编程资源11个（符号、功能） • 2.梯形图要素4个 • 3.梯形图连接原则10个 • 四、可编程序控制器的指令系统 • 1.PLC的基本逻辑关系语句指令：7个（格式、符号图形、作用） • 2.PLC的特殊输出类语句指令：6个（格式、符号图形、作用、时序图） • 3.PLC的程序控制类指令：10个（格式、符号图形、作用） • 4.PLC的应用指令：9个 • 五、开关量控制分析 • 概念术语，两个公式及约束平行关系（ 或 ）

  15. 六、顺序逻辑控制的PLC程序设计 • 1.用基本逻辑操作指令实现顺序逻辑控制 • 输入输出信号表的编制、状态转换表的编制、根据状态转换表，写出状态方程和输出方程、分配状态变量地址、辅助控制设计（定时器、计数器等）、由状态方程和输出方程编写PLC的梯形图程序和语句程序、外部I/O连接图的绘制。 • 2.用SET S××.△△ 和OUT S××.△△指令实现顺序逻辑控制 • 输入输出信号表的编制、定系统状态、状态转换表的编制、写出输出逻辑表达式(输出方程)、辅助控制设计（定时器、计数器等）、由状态方程和输出方程编写PLC的梯形图程序和语句程序、外部I/O连接图的绘制。

  16. 二.PLC控制程序设计举例基本逻辑指令实现顺序逻辑控制二.PLC控制程序设计举例基本逻辑指令实现顺序逻辑控制 • 例1 电动机的起、保、停控制。按启动按钮SBl电动机起动，运转并保持；按停车按钮SB2电动机停止；过载时热继电器FR动作（注意该附加要求设计）电动机停止。按上述工作要求： • (1)设计绘出电机控制主回路； • (2)分配I/O通道，设计绘出PLC输入输出接口控制接线； • (3)画出梯形图和语句程序。

  17. 解：1．电机控制主回路

  18. 2．I/O点分配及PLC控制接线 启动按钮 SBl P001 停机按钮 SB2 P002 热保护 FR P003 电机控制接触器 KMl P020

  19. 3．绘制梯形图及编制语句程序

  20. 例2 电动机的起、保、停控制。按启动按钮SBl电动机起动，运转并保持10s后停车；按急停机按钮SB2电动机停止；过载时热继电器FR动作，电动机停止。按上述工作要求： • (1)设计绘出电机控制主回路； • (2)分配I/O通道，设计绘出PLC输入输出接口控制接线； • (3)画出梯形图和语句程序。

  21. 解：1．电机控制主回路

  22. 2．I/O点分配及PLC控制接线 启动按钮 SBl P001 急停按钮 SB2 P002 热保护 FR P003 电机控制接触器 KMl P020

  23. 3．绘制梯形图及编制语句程序

  24. 例3 电动机的起、保、停控制。按启动按钮SBl电动机起动，运转并保持3s后停5s，再运行7s后停车；按急停机按钮SB2电动机停止；过载时热继电器FR动作电动机停止。按上述工作要求： • (1)设计绘出电机控制主回路； • (2)分配I/O通道，设计绘出PLC输入输出接口控制接线； • (3)绘制状态转换表和状态方程与输出方程。 • (4)画出梯形图和语句程序。

  25. 解：1．电机控制主回路

  26. 2．I/O点分配及PLC控制接线 启动按钮 SBl P001 急停按钮 SB2 P002 热保护 FR P003 电机控制接触器 KMl P020

  27. 3.绘制状态转换表和状态方程与输出方程 状态m=4，则状态变量n=2 状态转换表： 状态方程和输出方程：

  28. 辅助逻辑电路设计： • 定时器T：TON T001 030； • TON T002 050； • TON T003 070 • S1启动ST1= • S2启动ST2= • S3启动ST3= • 设置地址：Q1=M001 Q2=M002

  29. 4．绘制梯形图及编制语句程序(略)

  30. 滑台 C B A • 例4 PLC顺序控制简单设计：如图滑台由电动机正反转控制左右运动；按急停按钮SB1电动机停止；过载时热继电器FR动作电动机停止；正转接触器为KM1，反转接触器为KM2，A、B、C处各有行程开关SA、SB、SC。顺序控制要求如下：滑台BAC • 1.按启动按钮SB0，滑台由A点开始右行到C点； • 2.在C点碰行程开关SC后，滑台左行到B点停留30秒； • 3.30秒后滑台右行到C点； • 4.在C点碰行程开关SC后，滑台左行到A点；碰行程开关SA后停止。 • 根据以上要求，做： • (1)设计绘出电机控制主回路； • (2)分配I/O通道，设计绘出PLC输入输出接口控制接线； • (3)绘制状态转换表和状态方程与输出方程。 • (4)画出梯形图和语句程序。

  31. 解：1.电机控制主回路

  32. 2．I/O地址分配和PLC输入输出接口接线 正转启动按钮 SB0 P000 行程开关 SA P001 行程开关 SB P002 行程开关 SC P003 急停按钮 SB1 P004 热保护 FR P005 电机控制接触器正转 KMl P020 电机控制接触器正转 KM2 P021

  33. 3.绘制状态转换表和状态方程与输出方程 状态m=6，则状态变量n=3 状态转换表：

  34. 状态方程： 输出方程： 地址设置：Q1=M001 Q2=M002 Q3=M003 辅助逻辑电路设计： 定时器T：TON T000 0300 S3启动ST=Q1Q2Q3

  35. 4.画出梯形图和语句程序(略)

  36. 滑台 C B A • 例5 PLC顺序控制简单设计：如图滑台由电动机正反转控制左右运动，正转接触器为KM1，反转接触器为KM2，A、B、C处各有行程开关SA、SB、SC。顺序控制要求如下滑台BAC • 1.按启动按钮SB0，滑台由B点开始左行到A点； • 2.在A点碰行程开关SA后停留30秒； • 3.50秒时间到后，滑台右行到C点； • 4.在C点碰行程开关SC后，滑台左行到B点；碰行程开关SB后停止。 • 根据以上要求，做： • (1)设计绘出电机控制主回路； • (2)分配I/O通道，设计绘出PLC输入输出接口控制接线； • (3)绘制状态转换表和状态方程与输出方程。 • (4)画出梯形图和语句程序。

  37. 解：1.电机控制主回路

  38. 2．I/O地址分配和PLC输入输出接口接线 正转启动按钮 SB0 P000 行程开关 SA P001 行程开关 SB P002 行程开关 SC P003 急停按钮 SB1 P004 热保护 FR P005 电机控制接触器正转 KMl P020 电机控制接触器正转 KM2 P021

  39. 3.绘制状态转换表和状态方程与输出方程 状态m=5，则状态变量n=3 状态转换表： 状态方程： 输出方程：

  40. 地址设置： • Q1=M001 Q2=M002 Q3=M003 • 辅助逻辑电路设计： • 定时器T：TON T000 0300 • S2启动ST=

  41. 4.画出梯形图和语句程序(略)

  42. 步控指令实现的顺序逻辑控制 • 例1 电动机的起、保、停控制。按启动按钮SBl电动机起动，运转并保持3s后停5s，再运行7s后停车；按急停机按钮SB2电动机停止；过载时热继电器FR动作电动机停止。按上述工作要求： • (1)设计绘出电机控制主回路； • (2)分配I/O通道，设计绘出PLC输入输出接口控制接线； • (3)绘制状态转换表和输出方程。 • (4)画出梯形图和语句程序。

  43. 解：1．电机控制主回路

  44. 2．I/O点分配及PLC控制接线 启动按钮 SBl P001 急停按钮 SB2 P002 热保护 FR P003 电机控制接触器 KMl P020

  45. 3.绘制状态转换表和输出方程 状态m=4 状态转换表：

  46. 输出方程： • 辅助逻辑电路设计： • 定时器T：TON T001 030； • TON T002 050； • TON T003 070 • S1启动ST1=S00.01 • S2启动ST2=S00.02 • S3启动ST3=S00.03

  47. 4．绘制梯形图及编制语句程序(略)

  48. 滑台 C B A • 例2 PLC顺序控制简单设计：如图滑台由电动机正反转控制左右运动；按急停按钮SB1电动机停止；过载时热继电器FR动作电动机停止；正转接触器为KM1，反转接触器为KM2，A、B、C处各有行程开关SA、SB、SC。顺序控制要求如下：滑台BAC • 1.按启动按钮SB0，滑台由A点开始右行到C点； • 2.在C点碰行程开关SC后，滑台左行到B点停留30秒； • 3.30秒后滑台右行到C点； • 4.在C点碰行程开关SC后，滑台左行到A点；碰行程开关SA后停止。 • 根据以上要求，做： • (1)设计绘出电机控制主回路； • (2)分配I/O通道，设计绘出PLC输入输出接口控制接线； • (3)绘制状态转换表和状态方程与输出方程。 • (4)画出梯形图和语句程序。

  49. 解：1.电机控制主回路

  50. 2．I/O地址分配和PLC输入输出接口接线 正转启动按钮 SB0 P000 行程开关 SA P001 行程开关 SB P002 行程开关 SC P003 急停按钮 SB1 P004 热保护 FR P005 电机控制接触器正转 KMl P020 电机控制接触器正转 KM2 P021

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