电器与PLC控制技术

1、目录第一章：常用低压电器 1.1 概述 1.1.1 电器的分类 1.1.2 电器的作用 1.2 电磁式电器结构及工作原理 1.2.1 电磁机构原理 1.2.3 电弧的产生及灭弧方法1.3 接触器的结构及原理1.4 电磁式继电器1.4.1 电磁式继电器的结构与特性 1.4.3 电压继电器 1.4.3 电流继电器1.4.4 时间继电器1.4.5 中间继电器1.7主令电器1.7.1 控制按钮1.7.2 行程开关1.8低压开关1.8.2熔断器 1.8.3热继电器1.8.4低压断路器 1.x习题及思考题第二章：继电器接触器控制系统2.1 电气控制线路及绘制原则、图形符号2.2 继电器接触器控制电路组成的

2、单元电路2.3 三相异步电动机的启动控制2.3.1 星-三角形启动电路2.4电气控制电路的读图方法2.5电动机控制电路中常用的保护环节2.6习题及思考题第四章：可编程控制器概述4.1可编程控制器的产生与发展可编程控制器（PLC）的用途可编程控制器（PLC）的特点4.2可编程控制器的分类及特点可编程控制器的分类PLC各组成部分及其作用PLC的性能指标 4.x习题及思考题第五章：可编程控制器的结构和工作原理5.2可编程控制器的资源与编程语言可编程控制器的编程语言5.3可编程控制器的工作原理及运行方式可编程控制器的工作过程可编程控制器的输入/输出过程5.4习题及思考题第六章：S7-200系列可编程控

3、制器资源及配置6.3编程软元件及寻址6.4S7-200的指令系统6.x习题及思考题第七章：S7-200及PLC基本指令及经验编程法7.1S7-200系列可编程控制器基本指令触点及线圈指令7.1.2 逻辑堆栈指令定时器指令 计数器指令7.2梯形图及语句表的结构规则第八章：8.2顺序功能图的主要概念、基本类型及编程顺序功能图的主要概念顺序功能图的类型第九章：9.3传送比较类指令传送类指令 比较指令9.4数学运算类指令及应用9.5数据处理类指令第十一章：11.1S7-200EM235模拟量工作单元11.x习题及思考题第十二章：12.1S7-200系列PLC支持的通信协议12.x习题及思考题总复习：

4、试题第1章 常用低压电器1.1概述低压电器指工作在直流1200V，交流1000V额定电压以下的电路中，时限对电路或沸点对象的切换、控制、检测、保护、交换和调节的电器。1.1.1 电器的分类 电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异，工作原理也各有不同。电器有多种分类方法：按工作电压的等级可分为高压电器和低压电器；按动作原理可分为手动电器和自动电器；按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器；按用途可分为以下几类。1） 低压配电电器用于供电系统中进行电能的输送和分配的电器。2） 低压控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器。3） 低压主令电器用于发送控制指令的电器。*4） 低压保护电器对于电

5、路和用电设备进行保护的电器。5） 低压执行电器用于完成某种动作和传动功能的电器。1.1.2 电器的作用电器是构成控制系统的最基本元件，它的性能将直接影响控制系统能否正常工作。 电器的主要作用如下。1.2 电磁式电器结构及工作原理1.2.1 电磁机构原理 1电磁机构 电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成，主要作用是通过电磁感应原理将电能转换成机械能，带动触头动作，用于接通和分断负荷电流的电磁式电器。 直动式电磁机构多用于交流接触器、继电器中。衔铁沿棱角转动的拍合式电磁机构广泛应用于直流电器中。衔铁沿轴转动的拍合式电磁机构的铁心形状有E形和U 形两种，多用于触头容量大的交流电器中。电磁机构可分为直动式和

6、拍合式两种，如图1.1 及图1.2所示。在图1.2中，拍合式又分为衔铁沿棱角转动和衔铁沿轴转动两种。 图1.1直动式 图1.2 拍合式电磁式电器分为直流和交流两类，都是利用电磁铁的原理而制成。 2吸引线圈 吸引线圈的作用是将电能转换为磁能。按通入电流种类不同可分为直流型线圈和交流型线圈。1.2.3 电弧的产生及灭弧方法 一、电器的触头 触头是电磁式电器的执行部分，起接通或断开电路的作用。触头的结构形式很多，按其所控制的电路可分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触头用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。 电磁式电器触头在线圈未通电状态时有常开(或动合)

7、和常闭(或动断)两种状态，分别称为常开(或动合)触头和常闭(或动断)触头。通电后，常开(或动合)触头闭合，常闭(或动断)断开。触头的结构主要有如图1.7 所示的几种形式。（1） 桥式触头（2） 指形触头 图1.7（a）桥式触头 图1.7（a）指形触头触头的接触形式有点接触、线接触和面接触3种，如图1.8所示。 点接触 线接触 面接触图1.8 触头的接触形式二、灭弧原理1常用的灭弧原理1）迅速拉大电弧长度而降低单位长度电弧的电压2）冷却2.常用的灭弧方法1）电动力灭弧2）磁吹灭弧3）栅片灭弧4）窄缝灭弧1.3 接触器的结构及原理1. 交流接触器的结构图1.13为交流接触器结构示意图，交流接触器有

8、4个部分组成：电磁结构、触头系统、灭弧转置和其他辅助部件。（1）电磁机构 电磁机构有线圈，铁芯和衔铁组成，用作产生电磁吸引，带动触头动作。 （2）触头系统 触头分为主触头和辅助触头。图1.132. 电磁式接触器的工作原理当线圈得电后，在铁心中产生磁通及电磁吸力，衔铁在电磁吸力的作用下吸向铁心，同时带动动触头移动，使常闭触头打开，常开触头闭合。当线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触头机构复位，断开电路或解除互锁。直流接触器的结构和工作原理与交流接触器基本相同，接触器的图形符号如图1.14所示，文字符号为KM。图 1.14 接触器的图形符号 图示为主触点交流接触

9、器一般有主触点和辅助触点之分，主触点是用来接通和断开低压电气设备主电源回路中的，相对来说触点容量较大。而辅助触点则是用在控制回路中，有常开和常闭之分，由于控制回路中的电流相对要小，因此相对于主触点来说其容量要小许多。 注意：绘制电器原理图时，要区分主辅触点画法的不同。1.4 电磁式继电器继电器是一种通过监测各种电量或非电量信号，接通或断开小电流控制电路的电器。 继电器的种类很多，根据不同分类方法，主要有以下分类。 (1)按用途分为控制继电器、保护继电器。 (2)按动作原理分为电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、机械式继电器、电动式继电器、电子继电器。 (3)按输入信号分为电压继电器、电流继电

10、器、时间继电器、速度继电器、压力继电器、温度继电器。 (4)按动作时间分为瞬时继电器、延时继电器。一般来说，继电器通过测量环节输入外部信号(如电压、电流等电量或温度、压力。速度等非电量)并传递给中间机构，将它与整定值(即设定值)进行比较，当达到整定值时(过量或欠量)，中间机构就使执行机构产生输出动作，从而闭合或分断电路，达到控制电路的目的。在控制系统中，使用最多的是电磁式继电器。1.4.1 电磁式继电器的结构与特性1结构与工作原理电磁式继电器的结构和工作原理与电磁式接触器相似，也是由电磁系统、触头系统和释放弹簧等组成，电磁式继电器原理如图l.16 所示。由于继电器用于控制电路，流过触头的电流比

11、较小(一般5A 以下)，故不需要灭弧装置。电磁式继电器的图形、文字符号如图l.17所示。常用的电磁式继电器有电压继电器、中间继电器和电流继电器。图 1.17 中间继电器图形符号（接触器辅助触点）1.4.2 电压继电器 触点的动作与线圈的电压大小有关的继电器称为电压继电器。它可用于电力拖动系统的电压保护和控制，使用时电压继电器的线圈与负载并联。 1过电压继电器2欠电压继电器在电路中用作欠压保护。当电路中的电器设备在额定电压下正常工作时，欠电压继电器的衔铁处于吸和状态；如果电路出现电压降低至线圈的释放电压时，衔铁由吸和状态转为释放状态，同时分段与它相连的电路，实现欠压保护。1.4.3 电流继电器

12、触点的动作与线圈的电流大小有关的继电器叫做电流继电器，使用时电流继电器的线圈要与负载串联。1 过电流继电器2欠电流继电器1.4.4 时间继电器（KT） 从得到输入信号（即线圈通电或断电）开始，经过一定的延时后才输出信号（延时触点）的继电器，称为时间继电器。时间继电器分为通电延时型和断电延时型。通电延时型当接受输入信号后延时一定时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出幸好瞬时复原。断电延时型当接受输入信号，瞬时产生响应的输出信号；当输入信号小时候，延时一定的实践，输出信号才复原。1. 直流电磁式时间继电器2. 空气阻尼式时间继电器空气阻尼式时间继电器利用空气阻尼原理达到延时的目的。它由电

13、磁机构、延时机构和触电组成。时间继电器的图形符号、文字符号如图1.25所示。图1.25 时间继电器的文字符号及图形符号1.4.5 中间继电器（KA）中间继电器实际上是一种电压继电器。他的特点是触头数量较多（可达8对），触头容量较大(5A10A)，动作灵敏，在电路中起增加触头数量和起中间放大作用。图1.26 中间继电器的符号1.7主令电器 主令电器用来闭合和断开控制电路，用以控制电力拖动系统中电动机的启动、停车、制动以及调速等。主令电器可直接或通过电磁式电器间接作用于控制电路。在控制电路中，由于它是一种专门发布命令的电器，故称为主令电器。主令电器不允许分合主电路。主令电器应用十分广泛，种类也繁多

14、，常用的有控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器及其他主令电器，如脚踏开关、到顺开关、紧急开关、钮子开关等。1.7.1 控制按钮（SB）控制按钮简称按钮，是一种结构简单，使用广泛的手动主令电器，它可以与接触器或继电器配合，在控制电路中对电动机实现远距离自动控制，用于实现控制电路的电气连锁。控制按钮的图形符号和文字符号如图1.36 所示。图 1.36 控制按钮的图形符号和文字符号按触点形式分(1) 动合按钮外力未作用时(手未按下)，触点是断开的，外力作用时，触点闭合，但外力消失后，在复位弹簧作用下自动恢复到原来的断开状态。(2) 动断按钮外力未作用时(手未按下)，触点是闭合的，外

15、力作用时，触点断开，但外力消失后，在复位弹簧作用下自动恢复到原来的闭合状态。(3) 复合按钮既有动合按钮，又有动断按钮的按钮组，称为复合按钮。按下复合按钮时，所有的触点都改变状态，即动合触点要闭合，动断触点要断开。但是，这两对触点的变化是有先后次序的，按下按钮时，动断触点先断开，动合触点后闭合；松开按钮时，动合触点先复位(断开)，动断触点后复位(闭合)。1.7.2 行程开关（SQ） 根据生产机械的行程发出命令以控制其运行方向或行程长短的主令电器称为行程开关。若将行程开关安装于生产机械行程终点处，以限制其行程，则称为限位开关或终点开关。行程开关广泛应用于各类机床和起重机械的控制，以限制这些机械的

16、行程。行程开关的触点在电路图中的图形和文字符号如图1.40所示。图1.40 行程开关的图形及符号低压开关（QS）低压开关也称低压隔离器。以刀开关为例，它是低压电器中结构比较简单、应用较广的一类手动电器，主要用于隔离电源，也可用来非频繁地接通和分断容量较小的低压配电电器。开关由熔丝、出道，触点座，操作手柄和底座构成。不可带负荷分闸。1.8.1熔断器（FU）熔断器是一种简单而有效的保护电器，在电路中主要起短路保护作用。当电路正常工作时，熔断器熔体允许长期通过1.2倍的额定电流而不熔断。当电路发生短路或电流过超过1.2额定电流时，熔体熔断切断电路。熔断器的选择依据：负载的保护特性和短路电流的大小。热

17、继电器（FR）一、热继电器的作用及分类热继电器利用电流的热效应原理对连续运行的电动机进行过载和断相保护，可防止因过热而损坏电动机的绝缘材料。由于热继电器中发热元件有热惯性，在电路中不能做瞬时过载保护，更不能做短路保护。因此，它不同于过电流继电器和熔断器。二、热继电器的保护特性和工作原理热继电器主要由热元件、双金属片和触头三部分组成。热继电器中产生热效应的发热元件应串接于电动机绕组电路中，这样，热继电器便能直接反映电动机的过载电流。但其触点应接在控制电路中，其触点一般有常开和常闭两种。作过载保护用时常使用常闭触点串联在控制电路中。双金属片是热继电器的感测元件。（a）发热元件 （b）常闭触点低压断

18、路器（QA）低压断路器过去称为自动空气开关，为了与IEC标准一致，故改用此名。它是一种既有手动开关作用，又能进行自动失压、欠压、过载和短路保护的电器，应用极为广泛。低压断路器过去称空气开关、自动开关。对线路、电源设备及电机等实行保护，具有过载、短路、欠电压等保护功能。1.x习题及思考题判断题：【题】安装刀开关时，刀开关在合闸状态下手柄应该向上，不能倒装和平装，以防止闸刀松动落下时误合闸。 （ ）答案：【题】交流接触器在灭弧装置损坏的情况下也可以使用。 （ ） 答案：×5.低压断路器又称为自动空气开关。（ ）答案：填空题：【题】常用的主令电器有_、_、_和_等。答案：控制按钮、行程开关

19、、接近开关、万能转换开关【题】交流接触器主要由_、_和_组成。答案：触头系统、电磁机构、灭弧装置【题】交流接触器的触点系统分为_和_，_用来直接接通和分断交流主电路和控制电路。答案：主触点、辅助触点、主触点【题】接触器用于远距离频繁地接通或断开交直流_及大容量控制电路的一种自动开关电器。答案：主电路【题】热继电器是利用_原理来工作的保护电器，它在电路中主要用作是对三相异步电动机起_作用。 答案：电流的热效应、过载和断相保护【题】热继电器有多种结构形式，最常用的是_结构，即由两种不同膨胀系数的金属片用机械碾压而成，一端固定，另一端为自由端。答案：双金属片【题】时间继电器是指_一种控制电器。答案：

20、用来实现触点延时接通或延时断开的控制简答：【题】低压电器按用途分为哪几类？答案：低压配电电器、电压控制电器、低压主令电器、低压保护电器、低压执行电器第二章 继电器接触器控制系统2.1 电气控制线路及绘制原则、图形符号常用电气控制系统图纸有三种：电器原理图、电器元件布置图、安装接线图。其中后两种为工艺图纸。电器控制系统图纸是根据国家标准，用规定图形符号及画法绘制的。一、常用的电器图形符号 二、电器原理图电器原理图一般分为主电路和辅助电路两部分。主电路是电器控制线路中强电流通过的部分，有电机及其相连的电器元件组成。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等。辅助电路中通过的电流比较小。电

21、气原理图的绘制原则1. 图中所有元件应使用国家统一标准的图形符号。2. 主电路用粗实线绘制在图面左边或上方，辅助电路绘制在图面右边或下方3. 图中同一元件的各个部分可以不绘制在一起，但必须使用同一文字符号4. 所有电器的可动部分均以自然状态绘制5. 图中尽量减少线条和避免线条交叉6. 层次分明，元件及触点安排合理2.2继电器接触器控制电路组成的单元电路单元电路指其接线规律或技巧可以在各类电路中反复使用的基本电路。一、自锁和互锁自锁和互锁统称为电器的连锁控制。靠接触器本身触点保持电路通电的现象称为自锁。通常在控制系统中，将两个接触器的常闭触电串联在对方的工作线圈电路中，构成相互制约关系称为互锁。

22、利用接触器（或继电器）常闭触点的互锁称为电器互锁。自锁电器原理图互锁电器原理图二、电动及连续运行所谓点动，即手动按下按钮时，电动机运转工作；手动松开按钮时，电动机停止工作。连续运转即要求电动机长时间连续运行，从电机控制角度说即为长动控制。三、多地连锁控制有些电气设备，如大型机床、起重运输机等，为了操作方便，常要求能在多个地点对同一台电动机实现控制(如要求即可在现场控制运转状态，又可在控制室或其他远程场合控制运转状态)。这种控制方法叫做多地控制。四、顺序控制实际在生产中，有些设备潺潺要求按一定的顺序实现多台电动机的启动和停止。顺序起停控制电路，有顺序启动，同时停止控制电路；有顺序启动，顺序停止控

23、制电路。五、自动循环在某些电气设备中，有些是通过设备自动往复循环工作的，例如造纸自动喷水管左右摆动喷水就是通过电动机的正、反转实现自动往复循环的。2.3 三相异步电动机的启动控制2.3.1 星-三角形启动电路 在供电变压器容量足够大时，小容量笼型电动机可直接启动。直接启动的优点是电气设备少，线路简单。实际的直接启动电路一般采用空气开关直接启动控制，如图2.17 所示。对于容量大的电动机来说，由于启动电流大，会引起较大的电网压降，所以必须采用减压启动的方法，以限制启动电流。减压启动虽然可以减小启动电流，但也降低转矩，因此仅适用于空载或轻载启动。三相笼型电动机的减压启动方法有定子绕组串电阻(或电抗

24、器)启动、自耦变压器减压启动、星-三角形减压启动、延边三角启动等。（注意：这里说的容量指的是电动机的视在功率。）控制线路按时间原则实现控制。启动时将电动机定子绕组联结成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定电压的13，从而减小了启动电流。待启动后按预先整定的时间把电动机换成三角联结，使电动机在额定电压下运行。控制线路如图2.18 所示。串电阻降压启动电路自耦变压器降压启动电路2.4电气控制电路的读图方法2.5电动机控制电路中常用的保护环节一、短路保护熔断器的熔体本身就是测量和执行元件。二、过电流保护用作过电流保护的过电流继电器的动作值一般为启动电流的1.2倍。三、热保护通常用的最多的是热继电器

25、。四、零压和欠电压保护无、弱磁保护六、超速保护离心开关或测速发电机2.6习题及思考题【题】自动空气开关的电气符号是：（ ）A.SB B.QF C.FR D. FU答案：B【题】在机床电气控制系统中，短路保护用_元件；过载保护用_元件；过电流保护用_元件。 答案：熔断器、热继电器、过电流继电器【题】机床中最常见的降压起动方法有_、_和自耦变压器（补偿器）降压启动三种。答案：Y-变换启动、定子绕组串电阻【题】电磁式电压继电器线圈_在电路上，用于反映电路电压大小答案：并联【题】电磁式电流继电器线圈串接在电路中，用于反映电路_的大小。答案：电流【题】机床电气控制系统是由许多电气元件按照一定要求联接而成

26、，实现对机床的电气自动控制。为了便于对控制系统进行设计、分析研究、安装调试、使用和维护，需要将电气元件及其相互联接，用国家规定的_、_和图形表示出来。这种图就是电气控制系统图。电气控制系统图一般有三种：_、_、_ 。答案：文字、符号；电器原理图、电器元件布置图、安装接线图简答题：【题】试述“自锁”、“互锁”的含义？并举例说明各自的作用答案：自锁：利用接触器自身常开触点来维持接触器连续通电。电动机的连续运转控制。 互锁：利用接触器或继电器的常闭触点，在一条支路通电时保证另一条支路断电。电动机的正反转控制。第4章：可编程控制器概述4.1可编程控制器的产生与发展 可编程控制器缩写为PLC（

27、Programmable logic controller）。国际电工委员会(IEC)颁布的PLC 的定义为：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器并不针对某一具体工业应用。在实际应用时，其硬件应

28、根据具体需要进行选配，软件则根据实际的控制要求或生产工艺流程进行设计。 1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器。4.1.1可编程控制器（PLC）的用途1） 数字量逻辑控制2） 运动控制3） 过程控制4） 数据处理5） 通信联网可编程控制器（PLC）的特点1）可靠性高，抗干扰能力强2）配套齐全，适应性强，应用灵活3）编程方便，易于使用4）功能强，拓展能力强，性价比高5）PLC控制系统设计、安装、调试方便6）维修方便，维修工作量小7）PLC体积小、能耗低，易于实现机电一体化。4.2可编程控制器的分类及特点可编程控制器的分类 PLC分类方法有多种，按规模(即I/O点数)可分为大、中、

29、小型，按结构可分为整体式和组合式。在实际应用中通常都按I/O点数来分类。1. 根据I/O点数分类I/O 点数表明PLC 可以从外部接收多少输入量和向外部输出多少个输出量，即PLC 的I/O 端子数。一般来说，点数多的PLC 功能较强。I/O 点总数在256 点以下的PLC 称为小型PLC。I/O 点数在256 点1024 点之间的PLC 为中型PLC。I/O 点数在1024 点以上的PLC 为大型PLC。2. 根据结构分类从结构形式上分，PLC 可分为整体式和模块式两类。一般小型PLC 多为整体式结构。小型PLC 的CPU、电源、I/O 单元等都集中配置在一起。有些产品则全部装在一块电路板上，

30、结构紧凑，体积小，重量轻，容易装配在设备的内部，适合于设备的单机控制。整体式PLC 的缺点是主机的I/O点数固定，使用不够灵活，维修也不够方便。模块式PLC 的各个部分以单独的模块分开设置，如CPU 模块、电源模块、输入模块、输出模块及其他高性能模块等。一般大、中型PLC 多为模块式结构。模块式PLC 通常由机架底板联结各模块(也有的PLC 为串行连接，没有底板)，底板上有若干插座。使用时将各种模块直接插入机架底板即可。这种结构的PLC 配置灵活，装配方便，易于扩展，可根据控制要求灵活配置各种模块，构成各种功能不同的控制系统。模块式PLC 的缺点是结构较复杂，价格较高。PLC各组成部分及其作用

31、1.中央处理器（CPU）2.存储器3.输入输出接口4.电源5.拓展接口6.通信接口7.编程工具PLC的性能指标PLC的性能指标是反映PLC 性能高低的一些相关的技术指标，主要包括I/O 点数、处理速度(扫描时间)、存储器容量、定时器/计数器及其他辅助继电器的种类和数量、各种运算处理能力等。下面予以简要介绍。1. I/O点数PLC 的规模一般以I/O 点数(输入/输出点数)表示，即输入/输出继电器的数量。这也是在实际应用中最关心的一个技术指标。按输入/输出的点数一般分为小型、中型和大型3种。通常一体式的主机都带有一定数量的输入和输出继电器，如果不能满足需求，还可以用相应的扩展模块进行扩展，增加I

32、/O点数。2.处理速度PLC 的处理速度一般用基本指令的执行时间来衡量，一般取决于所采用的CPU 的性能。早期的PLC 一般为1s左右，现在的速度则快得多，如西门子的S7-200 系列PLC 的执行速度为0.8s，欧姆龙的CPM2A 系列PLC 达到0.64s，1000 步基本指令的运算只需要640s，大型PLC 的工作速度则更高。因此，PLC 的处理速度可以满足绝大多数的工业控制要求。3.存储器容量在 PLC 应用系统中，存储器容量是指保存用户程序的存储器大小，一般以“步”为单位。1步为1 条基本指令占用的存储空间，即两个字节。小型PLC 一般只有几K步到几十K 步，大型PLC 则能达到几百

33、K 步。西门子S7-200 系列PLC 的存储容量为2K8K，选配相应的存储卡则可以扩展到几十K。4.定时/计数器的点数和精度定时器、计数器的点数和精度从一个方面反映了PLC 的性能（精度控制）。早期定时器的单位时钟一般为100ms，最大时限(最大定时时间)大多为3276s。为了满足高精度的控制要求，时钟精度不断提高，如三菱FX2N系列PLC 和西门子S7-200 系列PLC 的定时器有1ms、10ms和100ms 三种，而松下FP 系列PLC 的定时器则有1ms、10ms、100ms 和1s4 种，可以满足各种不同精度的定时控制要求。5.处理数据的范围PLC处理的数值为16位二进制数，对应的

34、十进制数范围是09999或32 76832 767。但在高精度的控制要求中，处理的数值为32 位，范围是2 147 483 6482 147 483 647。在过程控制等应用中，为了实现高精度运算，必须采用浮点运算。现在新型的PLC 都支持浮点数的处理，可以满足更高的控制要求。6.指令种类及条数指令系统是衡量PLC 软件功能高低的主要指标。PLC 的指令系统一般分为基本指令和高级指令(也叫功能指令或应用指令)两大类。基本指令都大同小异，相对比较稳定。高级指令则随PLC 的发展而越来越多，功能也越强。PLC具有的指令种类及条数越多，则其软件功能越强，编程就越灵活，越方便。另外，各种智能模块的多少

35、、功能的强弱也是说明PLC技术水平高低的一个重要标志。智能模块越多，功能就越强，系统配置和软件开发也就越灵活，越方便。4.x习题及思考题【题】按PLC物理结构形式的不同，可分为_和组合式两类。答案：整体式【题】PLC的基本结构由_、存储器、输入输出接口、电源、扩展接口、通信接口、编程工具、智能I/O接口、智能单元等组成。答案：中央处理器简答题：【题】简述可编程序控制器的应用范围。答案：可编程控制器的应用范围有：数字逻辑控制，运动控制、过程控制、数据处理和通信联网。【题】简述PLC的结构组成。答案：PLC由：中央处理器、存储器、输入输出接口、电源、拓展接口、通信接口和编程工具组成。第5章：可编程

36、控制器的结构和工作原理5.2可编程控制器的资源与编程语言 PLC 都提供了各种类型的继电器，一般都称为“软继电器”，以供系统软件设计中编程使用。常用的有输入继电器、输出继电器、内部继电器(分为通用和专用两种)、定时器、计数器、数据寄存器(分为通用和专用等类型)等。这些编程用的继电器的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题。其触点没有数量限制，没有机械磨损和电蚀等问题。在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。 1. 输入继电器PLC的输入继电器是接受外部开关信号的窗口。PLC 内部与输入端子连接的输入继电器是用光电耦合器隔离的电子继电器，编号

37、与接线端子编号一致2输出继电器PLC 的输出继电器是向外部负载输出信号的窗口，也是通过光电耦合器隔离后接外部负载的。3. 内部继电器PLC中有很多内部继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC 内各软元件的触点驱动。4. 定时器PLC 中的定时器根据时钟脉冲的累积计时。当所计时间达到设定值时，其输出触点动作。5. 计数器PLC中的计数器一般是16 位减法计数器，都有两个输入，一个用于计数，一个用于复位。每6. 数据寄存器数据寄存器不能使用线圈或触点，而是以字存储单元的形式使用，用于存放各种数据。可编程控制器的编程语言国际电工委员会制订的5 种标准编程语言，其中PLC厂商提供的编程语言通常有三种，

38、梯形图（LAD）、指令表(STL)、顺序功能图(SFC)。1.梯形图梯形图语言是PLC 中应用程序设计的一种标准语言，也是在实际设计中最常用的一种语言。因与继电器电路很相似，具有直观易懂的特点，很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握，特别适合于数字逻辑控制，但不适于编写控制功能复杂的大型程序。梯形图是一种图形化的编程语言，沿用了传统的电气控制原理图中的继电器触点、线圈、串联和并联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。在程序中，最左边是主信号流，信号流总是从左向右流动的。梯形图由触点、线圈和指令框等构成。触点代表逻辑输入条件，线圈代表逻辑运算结果，指令框用来表示定时器、计数器或数学运

39、算等功能指令。梯形图中的触点只有常开和常闭两种，触点可以是PLC 外部开关连接的输入继电器的触点，也可以是PLC 内部继电器的触点或内部定时器、计数器等的触点。梯形图中的触点可以任意串、并联，但线圈只能并联，不能串联。内部继电器、定时器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能作为中间结果供CPU 内部使用。PLC 是按循环扫描的方式处理控制任务，沿梯形图先后顺序执行。在同一扫描周期中的结果存储在输出状态暂存器中，所以输出点的值在用户程序中可以当作条件使用。2.指令表指令表是一种类似于计算机汇编语言的一种文本编程语言，即用特定的助记符来表示某种逻辑运算关系。一般由多条语句组成一个程序段。指

40、令表适合于经验丰富的程序员使用，可以实现某些梯形图不易实现的功能。一条典型指令往往由两部分组成，一部分是由几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能，称为助记符，另一部分为操作数或是操作数的地址。3.顺序功能图顺序功能图也是一种图形化的编程语言，用来编写顺序控制的程序(如机械手控制程序)。在进行程序设计时，工艺过程被划分为若干个顺序出现的步，每步中包括控制输出的动作，从一步到另一步的转换由转换条件来控制，特别适合于生产制造过程。4. 功能块图功能块图使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑，一些复杂的功能用指令框表示，适合于有数字电路基础的编程人员使用。功能块图采用类似于数字电路

41、中逻辑门的形式来表示逻辑运算关系。一般一个运算框表示一个功能。运算框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量。输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框用“导线”连在一起。5.3可编程控制器的工作原理及运行方式 PLC的工作方式是循环扫描。可编程控制器的工作过程PLC的运行状态与运行框图第一部分是上电处理。第二部分是扫描过程。第三部分是出错处理。PLC 扫描工作的第一步是输入采样阶段，通过输入接口把所有输入端的信号状态读入缓冲区，即刷新输入信号的原有状态。第二步程序执行阶段，根据本周期输入信号的状态和上周期输出信号的状态，对用户程序逐条进行运算处理，将结果送到输出缓冲区。第三阶段输出刷行阶段，

42、将输出缓冲区各输出点的状态通过输出接口电路全部送到PLC的输出端子。PLC 周期性地循环执行上述3 个步骤，这种工作方式称为循环扫描的工作方式。每一次循环的时间称为一个扫描周期。一个扫描周期中除了执行指令外，还有I/O 刷新、故障诊断和通信等操作，如图5.3 所示。扫描周期是PLC 的重要参数之一，它反映PLC 对输入信号的灵敏度或滞后程度。通常工业控制要求PLC 的扫描周期在6ms30ms 以下。图5.3 PLC工作流程图可编程控制器的输入/输出过程当PLC投入运行后，在系统监控程序的控制下，其工作过程一般主要包括3个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新3 个阶段。完成上述3 个阶段称作

43、一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的CPU以一定的扫描速度重复执行上述3 个阶段。1.输入采样阶段在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入的状态和数据，并将它们存入I/O 缓冲区中相应的单元内。输入采样结束后，系统转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使外部的输入状态和数据发生变化，输入缓冲区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，输入信号均被有效采集。2.程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。在扫描每一条指令时，又总是按先左后右、先上后下的顺

44、序进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该继电器在系统RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该继电器在I/O 缓冲区中对应位的状态；或者确定是否要执行该指令所规定的特殊功能操作。因此，在用户程序执行过程中，只有输入继电器在I/O 缓冲区内的状态和数据不会发生变化，而输出继电器和其他软元件在I/O 缓冲区或系统RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化。并且，排在上面的指令，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的指令起作用。相反，排在下面的指令，其被刷新的线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。3.输出刷新阶段在用户程序扫描结束后，PLC 就进入输出

45、刷新阶段。在此期间，CPU 按照输出缓冲区中对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时才是PLC的真正输出，如图5.4 所示。图5.4 PLC 的输入和输出过程5.3.3PLC的主要性能指标 PLC的主要性能指标有一下几项1） 存储容量用户程序存储的容量。该容量决定了PLC可以容纳的用户程序的长度，一般以字节为单位来计算。也有的PLC用存放用户指令条数来表示容量。2） 输入/输出点数I/O点数越多，外部可接入的输入器件和输出器件就越多，控制规模就越大。3） 扫描速度扫描速度指PLC执行程序的数度。4） 编程指令的种类和数量编程指令种类及条数越多，PLC功能越强，处

46、理能力控制能力越强。5） 拓展能力大部分PLC可以用I/O拓展单元进行I/O点数的拓展，许多PLC可以使用各种功能模块进行功能拓展。6） 智能（功能）单元的数量智能单元种类的多少和功能的强弱是衡量PLC产品水平的一个重要指标。5.4习题及思考题填空题：【题】下列对PLC输入继电器的描述正确的是：（ ）A、输入继电器的线圈只能由外部信号来驱动B、输入继电器的线圈只能由程序来驱动 C、输入继电器的线圈既可以由外部信号来驱动又可以由程序来驱动答案：A判断题：【题】PLC的输出继电器的线圈不能由程序驱动，只能由外部信号驱动（ ）答案：×【题】PLC常用的编程语言有：_、指令表、顺序功能图。答

47、案：梯形图【题】PLC是通过一种周期扫描工作方式来完成控制的，每个周期包括，PLC的每一个扫描过程分为三个阶段，分别是：_、_和_。 答案：输入采样阶段、程序扫描阶段、输出刷新阶段。【题】语句表指令的每条语句由_和_部分组成。答案：助记符、操作数【题】在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为_和_。答案：输入映像寄存器、输出映像寄存器简答题：【题】可编程控制器主要性能指标有那些？各指标的意义是什么？答案：可编程控制器的特点有：第六章：S7-200系列可编程控制器资源及配置6.3编程软元件及寻址PLC的编程软元件，实质上是由系统软件富裕了各种功能的存储器单

48、元，是PLC编程的重要资源。他们依功能不同做了分区，并用不同的字母标志，每个单元都有唯一的地址。1.输入继电器I输入继电器和PLC的输入段子相连，是专设的输入过程映像寄存器。2.输出继电器Q输出寄存器是PLC向外部负载发出控制命令的串口，是专设的输出过程映像寄存器。3.内部标志位M内部标志位，又成存储区，在逻辑运算中用作存储中间操作信息的元件。4.特殊标志位SM特殊标志为是用户与系统程序之间的截面，除了为用户提供一些特殊的控制功能及系统信息外，用户可通过对特殊标志位的设定选择系统的功能。特殊标志位可分为只读区及可读/写区两大部分，只读区特殊标志位，用户只能利用其触点。举例如下。SM0.0 RU

49、N监控，PLC在RUN状态时，SM0.0总为1.SM0.1 初始化脉冲，PLC由STOP转为RUN时，SM0.1 ON一个扫描周期SM0.4 分脉冲，占空比为50%，周期为1min的脉冲串。SM0.5 秒脉冲，占空比为50%，筑起为1min的脉冲串。5.定时器PLC中的时间继电器，定时器的设定值由程序赋予。每个定时器都有一个16位的但前值寄存器及一个状态位。6.计数器普通计数器用于对频率低于扫描频率的信号计数。他有一个16位（bit）的当前值寄存器及一个状态为。7.高速寄存器HC其数据为32位（bit）8.9.累加器ACS7-200CPU提供4个32位累加器，累加器常用作数据处理的执行器件。1

50、0.11.12.模拟量输入/输出模拟量经A/D、D/A转换，在PLC外为模拟量，在PLC内为数字量。模拟量输入输出元件为模拟量输入输出的专用存储单元。三、寻址方式1.直接寻址（1）位寻址 位寻址也叫字节位寻址，一个字节占有8个位。字节位寻址一般用来表示“开关量”或“逻辑量”位数据的类型为BOOL型。（2）字节寻址 一个字节占8位，字节表示VB（3）字寻址 一个字占两个字节，字标识符号VW（4）双字寻址 含有四个字节，双字标识符号VD这里要注意的是，“VB100”是最高有效字节，而且存放单元不可重复使用。2.间接寻址 存储单元中也可以是一个地址，称为间接寻址。6.4S7-200的指令系统表6-1

51、3 S7-200CPU的SIMATIC指令集简表布尔指令LDLDILDNLDNI装载(开始的常开触点)立即装载取反后装载（开始的常闭触点）取反后立即装载AAIANANI与（串联的常开触点）立即与取反后与（串联的常闭触点）取反后立即与OOIONONI或（并联的常开触点）立即或取反后或（并联的常闭触点）取反后立即或NOT值取反EUED上升沿检测下降沿检测=I赋值（线圈）立即赋值SRSIRI置位一个区域复位一个区域立即置位一个区域立即复位一个区域ALDOLD电路块串联电路快并联TONTOFTONR通电延时定时器断电延时定时器保持型通电延时定时器6.x习题及思考题选择题：【题】用于驱动线圈的指令是：（

52、 ） A. LD B. AND C. OR D. OUT答案：D填空题：【题】PLC运行的第一个扫描周期为ON的特殊存储器位是 。答案：SM0.1【题】高速计数器定义指令的操作码是_。答案：HC7.1S7-200系列可编程控制器基本指令基本指令也称逻辑控制指令是PLC中最常用的指令，是构成梯形图及语句表的基本成分。基本指令也称逻辑控制指令是PLC中最基本最常用的指令，是构成梯形图及语句表的基本成分。线圈指令含线圈输出指令、立即输出指令及置位复位、立即置位复位指令等。而置位具有保持功能。在某扫描走起中置位发生后，不经复位指令处理，即使原置位条件失去，输出也将保持。指令指令功能输出=立即输出=I置位与复位S将从指定位置开始的N各点置位R将从指定位置开始的N各点复位SET指令称为“置位指令”，其功能是驱动线圈，使其具有自锁功能，维持接通状态。置位指令的操作元件为输出继电器Y、辅助继电器M和状态继电器S。7.1.1触点及线圈指令触点及线圈是梯形图最基本元素。立即触点可以不受扫描周期的音响，及时地反映输入状态的变化。取反指令改变能流输入的状态。也就是说，当到达取反指令的能流为1时，经过取反指令后能流则为0。当到达取反指令的能流为0时，经过取反指令后能流则为1。正跳变指令（EU）可用来检测有0到1的正跳变。负跳变指令（EU）可用来检测有1到0的负跳变，正、