电器与可编控制器原理及应用

第二章继电器-接触器控制系统第一节概述一、继电器-接触器控制系统的作用

1、实现对电机的启动、制动、停止、反向、调速的控制。

2、实现远距离控制、集中控制和同一设备多点控制。

3、实现顺序控制和闭锁。

4、实现对电机和设备的自动保护。二、电路图的图形符号和文字符号

1、在图中，所有的电器元件都是用一定的符号来表示。

2、电器符号是一门电气技术领域中的工程语言。三、电路图的用途及原则

1、电路图的用途

1）了解设备的工作原理

2）线路测试、设备维护、查找故障

3)设备安装及接线

2、电路图的绘制原则:主电路：粗线，绘在左或上部控制线路：细线，绘在右或下部控制线路的电源线分列两边，按电器元件的动作顺序由上而下或者由左到右平行绘制对具有循环运动的机构，应给出工作循环图，万能转换开关和行程开关应绘出动作程序和动作位置两条以上导线连接处用小圆点表示电气连接，每一接点标一编号，左单右双，以线圈为界限同类电器在文字符号前或后加序号区分所有电器元件不画实际外形，而用标准图形和文字符号表示。器件的各部分分别画在完成作用的地方。各电器部件的状态处于未动作前的状态。主电路控制电路电源线电源线辅助触点线圈主触点同类电器四、阅读和分析控制线路图的方法1、首先了解工艺过程及控制要求；2、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的控制关系；3、主电路、控制电路分开阅读或分析；3、电路图的表示方法集中表示法半集中表示法分开表示法符号√×＋－△意义线圈得电线圈断电触点闭合触点断开延时动作记录电器动作和触点状态采用下列符号4、控制电路中，根据控制要求按自上而下、自左而右的顺序进行读图或分析；5、同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都相同的名字；6、原理图上所有电器，必须按国家统一符号标注，且均按未通电状态表示；7、继电器、接触器的线圈只能并联，不能串联；8、控制顺序只能由控制电路实现，不能由主电路实现。电气制图基础知识GB6988-86《电气制图》GB6988.1-86《电气制图术语》GB6988.2-86《电气制图一般规则》GB6988.3-86《电气制图系统图和框图》GB6988.4-86《电气制图电路图》GB6988.5-86《电气制图接线图和接线表》GB6988.6-86《电气制图功能表图》GB6988.7-86《电气制图逻辑图》GB4728-85《电气图用图形符号》GB7159-87《电气技术中的文字符号制定通则》系统图或框图

系统图或框图是指用符号或带注释的框，概略表示系统或分系统的基本组成、相互关系及其主要特征的一种简图。位置图、布局图

位置简图或位置图是表示成套装置、设备或装置中各个项目的位置的一种简图或一种图。电路图电路图（电气原理图）：用图形符号并按工作顺序排列，详细表示电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。目的是便于详细理解作用原理，分析和计算电路特性。第二节控制线路的基本电路一、控制线路组成控制线路电源电路，由电源保护和电源开关组成主电路，它作用于被控对象的电路控制电路，它起逻辑判断、记忆、顺序动作等作用辅助电路，包括保护、显示和报警电路二、控制电路控制电路一般由逻辑电路、记忆（自锁）电路、顺序动作电路组成。1、基本逻辑电路（1）“与”逻辑电路由继电器、接触器、按钮开关等的触点和一个继电器线圈串联而构成（2）“或”逻辑电路由继电器、接触器、按钮开关等的常触点并联后和一个继电器线圈串联而构成SB1SB2KMKMKMSB2（3）“非”逻辑电路触点SB和触点KA2的状态相反，具有“非”的功能。2、自锁电路由接触器（继电器）、接触器（继电器）自身的常开辅助触点、按钮开关构成。启动按钮按下松开后，接触器（继电器）还保持通电状态。直到按下停止按钮为止3、顺序动作电路其它的接触器（继电器）动作后，接触器（继电器）才能动作第三节三相异步电动机的启动控制线路一、全电压直接启动1、用开关直接启动线路用开关实现电机电源的接通和断开缺点：无法实现远控和自控M3~ABCKMFUQSB'C'KMSBa.点动控制动作过程触头（KM）打开按钮松开线圈（KM）断电

电机停转。触头（KM）闭合按下按钮（SB）

线圈（KM）通电电机转动；控制电路主电路2、用接触器直接启动线路b.电动机连续运行自保持KMSB2C'M3~ABCKMFUQSB'SB1起动按钮停车按钮KM注意：接触器线圈电压380V时，采用此种接线方式。动画1动画2QSFRM3~ABCKMFU方法一：用复合按钮。c.点动+连续运行SB3：点动SB2：连续运行控制关系主电路控制电路动画M3~ABCKMFU方法二：加中间继电器（KA）。控制关系SB3：点动SB2：连续运行FR动画二、电机的正反转控制KMFKMFSB1SBFFRKMRKMRKMRSBRM3~ABCKMFFUQSFR

该电路必须先停车才能由正转到反转或由反转到正转。SBF和SBR不能同时按下，否则会造成短路！操作过程：SBF正转SBR反转停车SB1正转电机的正反转控制—加互锁互锁作用：正转时，SBR不起作用；反转时，SBF不起作用。从而避免两触发器同时工作造成主回路短路。KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMFKMRM3~ABCKMFFUQSFRKMRSBR互锁KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMRKMFSBR电机的正反转控制—双重互锁KMRM3~ABCKMFFUQSFR电器互锁机械互锁双保险机械互锁（复合按钮）电器互锁（互锁触头）1、电机的Y－起动KM3闭合，电机接成Y形；KM2闭合，电机接成形。三、降电压启动控制线路KMFUQSFR电机A'xB'yC'zKM-YKM-主电路接通电源延时KTKM-KM-YY转换完成SB2KMKTKM-YKM-KM-KTKTKM-YKM-YKM-KM-KTKM-KMSB1SB2KMY－起动控制电路FR2、串电阻（电抗）降压启动启动时，在定子绕组中串接电阻。实例行程控制

行程控制实质为电机的正反转控制，只是在行程的终端要加限位开关。正程逆程BAKMRM3~ABCKMFFUQSFR行程控制电路（1）正程限位开关STASTB逆程至右极端位置撞开STA

动作过程SB2正向运行电机停车（反向运行同样分析）

控制回路KMFFRKMRSB1KMFSB2STASB3STBKMRKMRKMF限位开关行程控制(2)--自动往复运动正程逆程电机工作要求：1.能正向运行也能反向运行

2.到位后能自动返回电机STaSTb自动往复运动控制电路

限位开关采用复合式开关。正向运行停车的同时，自动起动反向运行；反之亦然。关键措施KMRSBRKMFFRKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTaSTb＃1电机M1控制要求：

1.M1起动后，M2才能起动

2.M2可单独停＃2电机M2实例：顺序控制顺序控制电路（1）：两电机只保证起动的先后顺序，没有延时要求。

FUKM2FR2ABCFUM3~ABCKM1FR1M3~主电路控制电路KM1KM2SB3SB4FR2KM2KM1SB1SB2FR1KM1顺序控制电路(2)：M1起动后，M2延时起动。FRSB2KM1KT

KM2

延时

KM2

M1起动KTM2起动主电路同前KM1SB1SB2KTKM1KM2KM2KM2KT控制电路四、电路中的保护措施（1）短路保护

防止电动机突然流过短路电流而引起绕组、导线绝缘及机械上的严重损坏，或防止电源损坏。

常用的短路保护元件：熔断器、过电流继电器、自动开关。（2）长期过载保护

防止因电机长期过载导致电机等电气设备因发热而升温引起设备绝缘损坏。常用的长期过载保护元件：热继电器。（3）零压（欠压）保护

防止因电源电压消失或降低而可能发生的不容许故障。常用的零压（欠压）保护元件：欠电压继电器

（4）零励磁保护防止因励磁电流消失或降低而可能发生的不容许故障。常用的零励磁保护元件：欠电流继电器（5）正反接触器闭锁保护防止接触器同时动作。保护元件：接触器的辅助触点第六节控制线路设计原则控制线路设计的基本要求：满足生产工艺要求电路力求简单、布局合理、电器元件选择正确并得到充分利用安全可靠，能长稳定运行，设有各种保护和防止发生故障的环节便于操作安装和维修设计方法：经验法——凭借实际经验，用基本线路和典型环节加以合理组合逻辑分析法——利用逻辑代数这一数学工具设计的方法了解生产工艺过程要求选择自动控制方法和原则设计原理图选器件和整定参数绘出安装图安装、调试、修改、完善设计步骤：设计中应注意的一些问题：1、尽量减少触点数量，简化线路：2、合理安排电器元件连接线路，减少连接导线，保障实用安全：同一电器的常开、常闭触点靠得很近，不要接在电源的不同相上，以免短路3、一条控制线路中，不能有两个交流电器线圈串联两电器触点动作有先后线圈吸合后阻抗变大先吸合的分压大，分压小的可能吸不上等效感抗减小，电流增大，时间长了可能烧坏线圈4、控制电源一端接地时应防止意外事故发生5、避免寄生电路：在控制电路的动作过程中或事故发生情况下，意外接通的电路避免线路的竞争冒险现象发生：由于触头动作时间的影响，使程序不能完成转换，因而可能发生误动作原意：1KM得电经延时后2KM得电，同时使1KM失电实际：如果2KM触头动作的暂态时间大于KT触头释放时间，则2KM尚未自保，KT已断1）时间继电器：是一种触点能延时通或断的控制电器。可以实现从0.05s~几十小时的延时按延时性质分得电延时型：(延时吸合)线圈得电后，开始延时延时时间到，触头动作。失电延时型：（延时释放）线圈得电时，触头立即动作线圈失电时，开始延时，延时到则触头复位。简单的接触器控制ABCM3~刀闸起隔离作用自保持停止按钮起动按钮特点：小电流控制大电流。

以下控制电路能否实现即能点动、又能连续运行思考KMSB1KMSB2FRSB

可编程控制器及其系统是实现工厂自动化的重要手段，是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的工业控制计算机系统。可编程控制器广泛地应用于冶金、化工、交通、电力、制造等领域。是现代工业控制的支柱技术之一。本部分使学生初步了解可编程控制器在工厂自动化中的应用，掌握基本的工作原理和编程方法，了解和掌握在工厂自动化实践中使用可编程控制器进行应用系统设计的基本方法。

第三章可编程序控制器第一节可编程序控制器系统的产生与定义一PLC产生

上世纪60年代，计算机技术已开始应用于工业控制了。但由于计算机技术本身的复杂性，编程难度高、难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中广泛应用。当时的工业控制，主要还是以继电—接触器组成控制系统。1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车制造公司（GM），为适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少时间，降低成本。发展历程1968年美国通用汽车公司GM公开招标，寻求一种新的控制装置。1969年DEC公司推出了世界上第一台可编程序控制器，并试用成功。接着，美国MODICON公司也开发出可编程序控制器，我国74年开始研制，77年开始应用。

70年代中期，美日一些厂家将微处理器引入可编程控制器，从而彻底打破了可编程控制器作为继电控制系统替代品的框框。70年代末期到80年代初，为解决各厂家的可编程控制器系统各自为政、无法互联的局面，GM开始制订MAP(ManufacturingAutomationProtocol)，可编程控制器网络走上标准化道路。90年代，迅速发展的各种网络和现场总线技术被广泛地集成在可编程控制器系统中，可编程控制器及其相关系统为工厂自动化提供一种全集成自动化TIA的解决方案。可编程控制器的名称1980年美国电气制造商协会NEMA正式命名：ProgrammableController可编程控制器早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmablelogiccontroller，略写PLC)。随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmablecontroller，略写PC)。为区别于PersonalComputer(PC)，故沿用PLC这个略写。现在PLC是指可编程控制器ProgrammableController，而不是可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）。注意PC，PLC，IPC（IndustrialPersonalComputer）的区别可编程控制器的定义1-8国际电工委员会(IEC)在可编程控制器标准IEC1131中做了如下定义：可编程控制器是一种数字运算的电子系统，专门为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的面向用户的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。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。二继电接触器控制系统及其存在的问题（1）继电接触器控制系统定义:用导线将各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械。（2）继电接触器控制系统特点：由于它结构简单、容易掌握、价格便宜，能在一定范围内（特别是在工作模式固定、工作方式简单的场合）满足自动控制的需要继电接触器控制系统存在的问题（1）控制要求愈来愈复杂，采用继电器的类型和数量就不得不大量增加，电器之间的连接也就非常复杂，使控制柜的体积非常庞大，大大增加了生产控制柜的难度；（2）在继电接触器控制系统中，一个继电器或一条连线出现故障，都会造成整个系统运行的不正常，而且由于系统的复杂，给查找和排除故障带来困难，维修非常不便；(3)当生产工艺或对象改变时，原来的接线和控制柜就要改接或更换，因此继电接触器控制系统的通用性和灵活性都远远不够。三PLC的特点（1）编程简单,容易掌握

目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。（2）抗干扰能力强，可靠性高

工业生产要求控制设备具有很强的抗干扰能力，能在恶劣的环境下可靠地工作。故障原因：1.外界恶劣环境引起(如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障),有偶发性。2.器件失效引起，永久性。通过器件选择、硬件(屏蔽、滤波、电源调整保护、隔离、自诊断)、软件(故障检测、信息保护、看门狗)、结构(模块结构)设计入手提高MTBF、减少MTTR。(含冗余技术)平均无故障时间MTBF(MeanTimeBetweenFailure)平均修复时间MTTR(MeanTimeToRepair)（3）通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。（4）缩短设计、施工、投产调试的周期

由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。（5）体积小、重量轻、功耗低、维护方便四PLC的分类(按照结构、规模、性能)按结构分：整体式

它将电源、CPU和少量I/O(开关量)组装在一个机壳内，称为基本单元。当I/O点数不足或需要诸如模拟量I/O等功能时就需要通过扁平电缆(并行内部总线)连接扩展单元。小型可编程控制器较多地采用这种形式，其结构紧凑，便于安装，成本降低。S7-200基本单元扩展模块扩展模块模块式可编程控制器的各个功能模块在结构上也以单独的模块形式出现，如电源模块，中央处理模块，各种I/O模块，他们通过一个共同的基板或者机架上的内部总线构成一个完整的控制系统。这种结构一般在中大型、高档产品中采用。随着近年来小型产品高档化的发展趋势，在小型系统中也有出现。Series90™-70按规模分类可编程控制器的规模以所配置的输入/输出点数来衡量小型：I/O点数<128，用户程序容量<1kW中型：I/O点数128-1024(or2048)，用户程序容量2-4kW大型：I/O点数>1024(upto8kandmore)，用户程序容量数十,数百kW

应该指出大、中、小的规模主要是指I/O点数，程序容量在目前的多数可编程控制器中是可以扩展，扩展后可达数十兆。根据性能分类低档：性能主要局限于原来的继电器控制系统的替代品。功能主要是各种逻辑运算，定时，计数，移位等。主要配置开关量输入/输出模块。中档：除了低档可编程控制器具备的功能外，中档产品具备了诸如数据运算、传递、比较、代码转换等功能，开关量I/O点数也较多，另外有模拟量I/O和远程I/O，其中远程I/O借助于通讯功能来实现。高档：除了中低档产品的功能外，高档产品借助于其一个或多个高性能的微处理器为工业应用提供了大量的高级功能，诸如浮点运算、文件管理，往往提供了对上，对下的多种网络通讯方式，高档产品是一个完整系列产品，为整个工厂自动化提供了一个完整的解决方案。Example:SIEMENSExample:MatsushitaSeries90™-30Example:SchneiderTSXNezaModiconTSXQuantum

TSXPremium

TSXMomentumTSXMicroTSXCompactCPU存储器外设接口扩展接口电源外部设备（编程器等）扩展单元、特殊功能单元等输入状态寄存器输出状态寄存器输入接口输出接口现场输入信号现场输出信号PLC基本结构框图五PLC的构成六PLC的发展趋势

（1）大型网络化（2）多功能（3）高可靠性（4）高兼容性（5）小型化、低成本、简单易用（6）编程语言向高层次发展七PLC的应用

（1）开关量的逻辑控制（2）位置控制（3）过程控制（4）数据处理（5）通信联网（6）在CIMS中的应用小结PLC产生的背景PLC、PC，IPCPLC的特点PLC的分类PLC的应用第二节PLC的硬件结构一PLC的等效电路

（1）输入部分由用户输入设备组成（2）控制部分继电器控制线路（3）输出部分由用户输出设备组成继电器-接触器控制系统由以下三部分组成：PLC的控制系统也可以认为由输入部分、控制部分、输出部分组成，PLC的控制部分由程序来实现。COM1STKMX400X407Y430COMY437Y430T450M100X400Y430电源输出继电器逻辑控制输入继电器X401Y430SBPLC的等效电路PLC的内部由许多软继电器（触发器）组成。输入部分：等效输入继电器。逻辑控制部分：由用户程序实现的逻辑关系。构成逻辑电路的元件是等效编程元件。输出部分：等效输出继电器。PLC为用户提供的继电器一般是：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、特殊功能继电器、移位寄存器、计时器、计数器等。这些称为PLC的元素。输入、输出继电器与外部用户输入、输出设备连接。其他的跟外部没有联系，叫内部继电器。二PLC各硬件组成部分的作用2.存储器1.CPU(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令。(2)将各种输入信号取入。(3)把运算结果送到输出端。(4)响应各种外部设备的请求。RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。3.输入、输出模块：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出模块作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输入模块作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。4.编程设备用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制过程进行监控。PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC

98

3

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7

6

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4(DELT)CLR手持式的编程器5、电源模块

对PLC内部电路供电6、各种接口、高功能模块：便于扩展。三PLC软件系统1、系统程序包括监控程序、编译程序、及诊断程序等。2、用户程序用户根据现场控制的需要，用户编制的程序。四PLC常用的I/O模块1、通用的I/O模块（1）开关量的输入模块的基本原理开关量输入模块的作用是接收现场的开关信号。每个输入点的输入电路可以等效为一个输入继电器按照电源的不同分为：直流输入模块交流输入模块交直流输入模块直流开关量输入接口电路交流开关量输入接口电路（2）开关量的输出模块的基本原理开关量输出模块的作用是将PLC的输出信号传给外部负载（用户设备）。并将PLC内部的低电平信号转换为外部所需电平的输出信号。每个输入点的输入电路可以等效为一个输入继电器输出三种形式：继电器--低速大功率 可控硅--高速大功率 晶体管--高速小功率开关量继电器输出接口电路开关量可控硅输出接口电路开关量晶体管输出接口电路（2）开关量I/O模块的外部接线输入模块的外部接线汇点式分隔式输入端子结构形式汇点式输入分隔式输入输出模块的外部接线汇点式分隔式输出端子结构形式汇点式输出分隔式输出IEC1131为可编程控制器定义了四种编程语言：梯形图LadderDiagram指令列表InstructionList功能图FunctionDiagram结构化文本StructureText第三节PLC的编程语言一PLC梯形图

可编程控制器的梯形图程序类似于继电器控制线路梯形图的形式。传统的继电器控制线路是通过硬接线来实现控制逻辑，而可编程控制器的梯形图通过软件实现相应的控制。梯形图编程方法简单，修改灵活方便，保留了继电器控制线路形象、直观的特点。继电控制线路梯形图主回路控制回路继电控制线路梯形图起停控制PLC等效电路接点母线线圈连线梯形图中的基本元素：电源母线Powerrails连线（连接元素）LinkElements接点Contacts线圈Coils功能和功能块FunctionsandFunctionBlocks梯形图元素-母线Powerrails

梯形图被限制在左右两根竖线内，这两根竖线被分别称之为左、右母线。右母线可以被明确表示，也可以在图中省略。左电源母线的状态在任何时刻都为on；右电源母线没有状态定义。梯形图元素-连线LinkElements

连线元素又分为水平连线和垂直连线。连线元素的状态也可以被标注为“ON”或“OFF”，分别对应于布尔运算中的1或0。连线的状态(linkstate)与能量流(powerflow)是同义词。水平连线垂直连线连线-水平连线

水平连线元素用一个水平线表示。水平连线元素将其左侧元素状态传递到其右侧元素。水平连线连线-垂直连线

垂直连线元素是由一个垂线以及垂线两边与其相交的一个或多个水平连线组成。垂直连线的状态是对其左侧水平连线状态的“或”，也就是说:如果垂线左侧所有相连的水平连线的状态均为“OFF”，则垂直连线的状态为“OFF”；如果垂线左侧相连的水平连线中有一个或几个的状态均为“ON”，则垂直连线的状态为“ON”；垂直连线的状态被复制到其右侧相连的水平连线而不会影响其左侧相连的水平连线状态。垂直连线梯形图元素-接点Contacts

接点对其右端的水平连线赋值，所赋的值等于该接点所对应的布尔变量(input,output,ormemoryvariable)的某个函数与其左端水平连线的状态的布尔“与”。接点不改变其对应布尔变量的值。常开接点常闭接点梯形图元素-线圈Coils

线圈将其左侧连线状态或变化的某个函数赋予其对应的布尔变量。线圈梯形图特点：

1、梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每个继电器线圈为一个逻辑行，每一个逻辑行起于左母线，然后是接点的各种连接，最后终于继电器线圈。

2、图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器，它实质上是存储器中的每位触发器，它是软继电器。

3、梯形图中，一般情况下，某个编号的继电器线圈只能出现一次，而继电器接点则可以无限引用，可以是常开接点，也可以是常闭接点。

4、梯形图是PLC形象化的编程手段，梯形图两端是没有任何电源可接的。梯形图中没有真实的物理电流流动，而仅是“概念”电流，是用户程序解算中满足输出执行条件的形象表示方式。“概念”电流只能从左到右，层次改变只能先上后下。

5、输入继电器供PLC接受外部输入信号，而不能由内部其他继电器的接点驱动。梯形图中只出现输入继电器的接点，而不出现输入继电器的线圈。输入继电器的接点表示相应的输入信号。

6、输出继电器供PLC作输出控制用。它通过开关量输出模块对应的输出开关（晶体管、双向可控硅、继电器触点）去驱动外部负载。当梯形图中输出继电器线圈满足接通条件时，就表示在对应的输出点有输出信号。

７、ＰＬＣ的内部继电器不能作输出控制用，其接点只能供ＰＬＣ内部使用。８、当ＰＬＣ处于运行状态时，ＰＬＣ就开始按照梯形图符号排列的先后顺序（从上到下、从左到右）逐一处理。9、每一接点和线圈均对应有一编号。不同类型的PLC，其编号方法不一。二、语句表在形式上类似计算机汇编语言，用指令的助记符来编程的，不同的ＰＬＣ使用的助记符不一样。如：ＬＤ，ＯＲ，ＡＮＤＮＯＴ，ＯＵＴＰＬＣ语句表达式由操作码和操作数两部分组成的，其格式操作码操作数（指令）（数据）三、控制系统流程图在形式上类似与、或、非等逻辑图西门子的叫FBD（FunctionBlockDiagramProgrammingLanguage

）四、逻辑方程式或布尔代数式第四节PLC的基本工作原理一、扫瞄CPU分时操作------扫瞄

扫瞄：从存储器存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按地址号递增的顺序逐条扫瞄用户程序，也就是顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫瞄完一次程序就构成一个扫瞄周期，然后再从头开始扫瞄，并周而复始地重复。理解PLC扫瞄的含义，与PC机工作方式有什么不同，扫瞄周期。影响周期的因数二、程序执行过程

理解三个阶段的作用1、输入采样阶段（输入处理）

在此阶段，PLC以扫描方式顺序将所有输入端的输入信号状态(ON或OFF)读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样或输入刷新。在程序执行阶段即使输入状态发生了变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。2、程序执行阶段（程序处理）

PLC按顺序扫描执行程序。每扫描到一条指令时，所需的输入状态或其他元素状态分别由输入映像寄存器和元素映像寄存器中读出，而将执行结果写入到元素映像寄存器中。这就是说，对于每个元素来说，元素映像寄存器中寄存的内容会随程序执行的进程而变化。3、输出刷新阶段

（输出处理）

当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时将元素映像寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再去驱动用户输出设备(或负载)，这就是PLC的实际输出。三、对输入输出的处理规则

1、输入映像寄存器的数据取决于输入采样阶段所刷新的数据。

2、输出映像寄存器的数据取决于程序执行结果。

3、输出锁存电路中的数据，由上一个工作周期的输出刷新阶段存入到输出锁存电路中数据确定。

4、输出端子上的输出状态，由锁存电路中数据确定。

5、程序执行中所需的输入、输出状态，由输入映像寄存器和输出状态映像寄存器中读出。四、信息刷新方式信息刷新方式有多种一般来说，输入刷新在采样阶段，输出刷新在输出阶段。有的PLC可以定时刷新，有的有专门的刷新指令。五、输入/输出滞后现象产生原因：

1、PLC的工作方式

2、输入滤波器的滞后作用和输出继电器的机械滞后作用第4章S7-200PLC基础知识4.1概述4.2硬件系统编程工具Cpu主机模块HMI人机界面I/O扩展模块功能模块通信模块编程软件STEP7-Micro/WIN由CPU、存储器、基本输入/输出点和电源等组成当主机I/O点数不能满足要求时扩展。I/O的点数不同（4点、8点、16点）、性质不同（DI、DO、AI、AO等）、供电电压不同（DC24v、AC220V等）完成某些特殊功能的控制任务。如：运动控制、特殊通信等4.2.1硬件系统基本构成4.2.2主机结构及性能特点1.主机模块特点程序和数据存储容量较小,有一定的高速计数功能和通信功能,适合于点数较少或特定的控制系统使用.无扩展功能和221相比最多可以扩展2个模块,应用更广泛的全功能控制器.和前两者相比,程序存储容量扩大一倍,数据存储容量扩大四倍,可以扩展7个模块,由内置时钟,有更强大的模拟量和高速计数的处理能力,使用最多.大部分功能和224cn相同,但是它的存储容量增加了,高速计数器的能力增强了.最大的区别是在主机上增加了2输入/1输出的模拟量单元和一个通信口,适合在少量模拟量信号的系统中使用.和224相比,程序存储量扩大了一倍，数据存储容量增加到10kb，具有2个通信接口。用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。2、CPU模块的主要特点和技术规范1）供电电压：直流24V和交流220V、2）输出方式：晶体管（DC）和继电器（DC/AC）。3）集成电源：主机集成24V直流电源，可以直接用于传感器和执行机构的供电。4）高速计数：可以捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号，输入脉冲200kHz。5）脉冲输出：用于驱动步进电机和伺服电机实现准确定位。6)集成模拟电位器：可以改变对应的特殊寄存器的数值。7）实时时钟：用于对信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。3、存储系统1）保持型数据存储器：cpu提供一个超级电容器，在CPU掉电时保存完整的RAM存储器。根据CPU的模块类型，超级电容可保存RAM存储器达几天之久。2）永久存储器：CPU提供一个EEPROM来永久保持用户程序选择的数据区，以及CPU的组态数据。3）存储卡：可移动的存储器，可选件，很少使用。上载程序下载的程序存于CPU存储器的RAM区。为了永久保存，CPU会同时自动地把用户程序及CPU组态拷贝到EEPROM中。上载程序当从CPU上载一个程序时，用户程序及CPU配置从RAM中上载到个人计算机（PC）。当上载数据时，存于EEPROM中的永久数据同存于RAM中剩下的数据（如果有的话）合并，然后把完整的数据传到个人计算机（PC）上。CPU掉电时自动保持位存储器（M）区域的数据如果设为保持，则当CPU模块掉电时，M存储器前14个字节（MB0到MB13）会完整保存到EEPROM中。开机后恢复存储器开机后，CPU会从EEPROM向RAM中恢复用户程序和CPU配置开机后，CPU检查RAM存储器，确认超级电容器是否已成功保存了RAM存储器中的数据。如果成功保存，那么RAM存储器的保持区将不变。如果RAM存储器的内容没有保持下来（如意外掉电后），CPU会清除RAM的存储器（包括保持和非保持区）并置保持数据丢失标志位（SM0.2）为1.定义存储器保持范围当电源掉电时，最多可以定义6个可选择的要保持的存储区。V,M,C,T.对于定时器，只有TONR可以保持。缺省设置是M存储器是不保持的。4.2.3I/O的扩展及功能的扩展1.I/O扩展模块数字量扩展模块模拟量扩展模块2.特殊功能扩展模块1）调制解调器模块EM241EM241Modem模块替代连于CPU通讯口的外部Modem功能。与一个连有EM241的S7-200系统进行通讯，您只需在远端的个人计算机上连接一个外置Modem并安装。STEP7-Micro/Win，可以使用STEP7-Micro/WinModem扩展向导去组态EM241Modem模块。2)定位模块EM253用于高精度的运动控制系统。3）PROFIBUS-DP模块EM2774)以太网模块cp243-1IT5)Siwarexms称重模块：用于简单称重和测力，功能就是测量传感器电压，然后将电压值转换为重量值。6）脉宽调制模块7）脉冲输出模块8）SINAUTMD720-3调制解调器3.I/O点数扩展和编址4.人机界面4.3内部资源4.3.1软元件（软继电器）1.定义：PLC中的输入/输出、内部存储单元、定时器和计数器等。

软元件有不同的功能，有固定的地址。软元件的数量决定了可编程控制器

的规模和数据处理能力，每一种PLC的软元件的数量是有限的。2.特点：1）看不见、摸不到，也不存在物理性的触点。2）每个软元件可提供无限多个常开和常闭触点。3）体积小、功耗低、寿命长。4.4软元件及寻址方式1.数据类型

字节B（8位）

字W（16位）

双字D（32位）BOOL（1位）

字符串（字节）

实数（32位）

2.软元件直接寻址1）输入继电器（I）

输入继电器位于PLC存储器的输入过程映像寄存器区，其外部有一对物理的

输入端子与之对应，该触点用于接收外部的开关信号。2)输出继电器（Q）

输出继电器位于PLC存储器的输出过程映像寄存器区，都有一个PLC上的物理

输出端子与之对应。3）通用辅助继电器（M）

通用辅助继电器（或中间继电器）位于PLC存储器位存储区，其作用和继电器

接触器控制系统中的中间继电器相同，它在PLC中没有外部的输入端子或输出

端子与之对应，因此它不受外部信号的直接控制，其触点也不能直接驱动外部

负载，主要用来在程序设计中处理逻辑控制任务。4）特殊继电器（SM）5）变量存储器（V）6）局部变量存储器（L）7）定时器（T）8）顺序控制继电器（S）9）计数器（C）10)模拟量输入映像寄存器（AI）11)模拟量输出映像寄存器（AQ）12）累加器3.间接寻址

直接寻址方式是直接使用存储器或寄存器的元件名称和地址编号，根据这个地址

可以立即找到该数据。

间接寻址方式是指数据存放在存储器或寄存器中，在指令中只出现数据所在单元

的内存地址的地址。称为地址指针。处理内存中连续地址中的数据时很方便。1）建立指针2）用指针来存放数据3）修改指针第5章PLC基本指令及程序设计5.1PLC的基本逻辑指令理解逻辑堆栈一、S7-300的组成部件功能导轨是S7-300的机架电源（PS）将电网电压(120/230V)所需的24VDC

工作电压中央处理单元（CPU）执行用户程序

附件：存储器模块，后备电池接口模块

（IM）连接两个机架的总线信号模块（SM）

数字量/模拟量把不同的过程信号与S7-300相匹配

附件：总线连接器，前连接器功能模块（FM）完成定位、闭环控制等功能通讯处理器CP连接可编程控制器

附件：电缆、软件、接口模块第八节SIMATICS7-300PLC二、S7-300的扩展能力槽号 1 2 3 4 5 67 89 10 11CPUIMSFM本机PSPSIMRIMRPSIMRPS0123一个机架只能装八个信号模块或功能模块三、S7-300的编程方式简介

程序构成：

组织块OB

FB

FC

DB

OB是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行，CPU不同，OB块也不同，OB1是主程序循环块，在任何情况下，它都是需要的。根据过程控制的复杂程度，可将所有程序放人OBI中进行线性编程，或将程序用不同的逻辑块加以结构化，通过OB1调用这些逻辑块.FB,FC实际上是用户子程序，分为带“记忆”的功能块FB和不带“记忆”的功能块FC

数据块DB是用户定义的用于存储数据的存储区，也可以被打开或关闭，DB可以是属于某个FB的情景数据块，也可以是通用的全局数据块，用于FB或FC。S7CPU还提供标准系统功能块(SFB,SFC)，它们是预先编好的，经过测试集成在S7CPU中的功能程序库。用户可以直接调用它们，高效地编制自已的程序。(1)系统存储区:RAM类型，用于存放操作数据(I/0、位存储、定时器、计数器等).(2)装载存储区:物理上是CPU模块的部分RAM，加上内t的EEPRUM或选用的可拆卸FEPRUM卡，用于存放用户程序.(3)工作存储区:物理上占用CPU模块中的部分RAM，其存储内容是CPU运行时，所执行的用户程序单元(逻辑块和数据块)的复制件.四、S7-300的存储器S7-300的存储器构成由I、Q、M、L、T、C、DB、PI、PQ组成1、输入I：过程输入映像表扫描周期开始。操作系统读取过程输入值并录入表中，在处理过程中，程序使用这些值。2、输出Q：过程输出映像表在扫描周期中，程序计算输出值并存放在该表中。在扫描周期结束后。操作系统从表中读取输出值，并传送到过程输出口.3、位存储区M：存放程序运算的中间绪果4、外设输入PI，外设输出PQ:

外设存储区允许直接访问现场设备5、定时器T6、计数器C7、临时本地数据L8、数据块DB五、S7-300模块的编址PS CPU SM SM SM SM SM SM SM模块1 24 5 6 7 8 9 10槽号地址0.0地址0.7地址1.0地址1.7多层组态中的DI/DO编址机架

0槽123 45678910 11机架

396.0to99.7100.0to103.7104.0to107.7108.0to111.7112.0to115.7116.0to119.7120.0to123.7124.0to127.7IM(接受)PS机架

264.0to67.768.0to70.772.0to75.776.0to79.780.0to83.784.0to87.788.0to91.792.0to95.7IM(接受)PS机架

1IM(接受)32.0to35.736.0to39.744.0to47.748.0to51.752.0to55.756.0to59.760.0to63.740.0to43.7PS0.0to3.720.0to23.724.0to27.728.0to31.712.0to15.716.0to19.74.0to7.78.0to11.7IM(发送)CPUPS标准型CPUsCPU312CPU313CPU314CPU315-2DPCPU317-2DPCPU318-2故障安全型CPUsCPU315F-2DPCPU317F-2DP紧凑型CPUsCPU312CCPU313CCPU313C-2PtPCPU313C-2DPCPU314C-2PtPCPU314C-2DP六、S7-300CPU模块介绍标准型CPUs2CPU314

SIEMENSSFBAFDC5VFRCERUNSTOPRUN-PRUNSTOPMRESSIMATICS7-300电池MPI缩短了设备运行时间减少了指令执行时间降低了工程费用工程工具和运行软件的理想运行平台模块化设计减少了运行费用微存储卡(MMC)无需电池保护项目存储在MMC中通过MMC简单的升级程序减小了外形尺寸模板宽度仅为40mm紧凑型CPUs七、S7-300PLC数字量模块1、SM321数字量模块

数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平

两种输入方式：

直流输入

交流输入.

数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输人模块2、SM322数字量输出模块

SM322数字量输出模块将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等.

按负载回路使用的电源不同分为:直流输出模块交流输出模块交直流两用输出模块晶体管输出方式的模块，只能带直流负载，属于直流输出模块;可控硅输出方式属于交流输出模块;继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块.按愉出开关器件的种类不同又可分为:晶体管输出方式可控硅输出方式继电器触点输出方式从响应速度上看:晶体管响应最快继电器最慢从安全隔离效果及应用灵活性角度看以继电器触点输出型最佳。

数字量输出模块SM322有七种型号16点晶体管输出32点晶体管输出16点可控硅输出8点晶体管输出8点可控硅输出8点继电器输出16点继电器输出模拟量模块的用途生产过程物理量标准的模拟信号传感器变送器•

压力•

温度•

流量•

速度•pH值•

粘性•

等±500mV±1V±5V±10V±20mA4...20mA等DAC

PQW...PQW...:::PQW...模拟量输出模块MR模块ADC结果存储器PIW...PIW...:::PIW...模拟量输入模块CPU::::::LPIW304TPQW320:模拟执行器

物理量......................................八、S7-300PLC模拟量模块

1、SM331

模拟量输人[简称模入(AI)]模块SM331目前有两种规格型号：一种是8X12位模块，另一种是2X12位模块。前者是8通道的输人模块，后者是2通道的输入模块。

它可以直接输人电压、电流、电阻，热电偶等信号正确使用步骤：先确定量程块位置，然后进行测量参数设置2、332SM332有2X12位和4X12位两种形式的模块。前者是2通道的模拟量输出模块（简称模出AO），后者是4通道的模拟童翰出模块。注意两线变送器和四线变送器的区别九、S7-300PLC指令

L1(Q4.0)S1(I0.0)S2(I0.1)

L2(Q4.1)电路图基本逻辑指令：与,或I0.2I0.3>=1=Q4.2O I0.2O I0.3= Q4.2I0.0I0.1Q4.0Q4.1LAD=Q4.0&I0.0I0.1=Q4.1FBDA I0.0A I0.1= Q4.0= Q4.1STLI0.2I0.3Q4.2L3(Q4.2)S3(I0.2)S4(I0.3)ORAND基本逻辑指令：异或(XOR)X I0.4X I0.5= Q4.0I0.4I0.5XOR=Q4.0I0.4I0.5I0.4I0.5Q4.0LAD

>=1=Q4.0&I0.4I0.5&I0.4I0.5FBDSTLA I0.4AN I0.5OAN I0.4A I0.5= Q4.0常开和常闭触点，传感器和符号输入端

的信号

状态检查信号状态“1”符号/指令检查

结果检查信号状态“0”符号/指令检查

结果有输入端

有电压吗?无有无101Yes1LAD:

常开触点0&FBD:AIx.ySTL:ANIx.ySTL:&FBD:LAD:常闭触点

No0

Yes1

No0

No0

Yes1

Yes1

No0过程PLC程序中的解释动作不动作传感器

是...动作不动作常开

触点传感器

是...常闭

触点常开点与常闭点任务：当

S1动作和S2不动作时，在所有三个例子中灯应该点亮!I1.0I1.1Q4.0I1.0I1.1Q4.0.......I1.0.......I1.1.......Q4.0Q4.0I1.0I1.1&Q4.0I1.0I1.1&Q4.0I1.0I1.1&.......I1.0.......I1.1.......Q4.0.......I1.0.......I1.1.......Q4.0软件I1.0S1I1.1S2I1.0S1I1.1S2I1.0S1I1.1S2Q4.0可编程控制器LightLightLightQ4.0可编程控制器Q4.0可编程控制器FDBSTLLAD硬件I1.0I1.1Q4.0I1.0I1.1I1.0I1.1I1.0I1.1赋值，置位，复位(S)Q4.1I1.2I1.3I1.2&SQ4.1I1.3AI1.2

AI1.3

SQ4.1置位(R)Q4.1I1.4I1.4>=1RQ4.1I1.5OI1.4

OI1.5

RQ4.1复位I1.5()Q4.0I1.0I1.1I1.0&=Q4.0I1.1AI1.0

AI1.1

=Q4.0赋值LADFBDSTL触发器的置位/复位SRRQSI1.2I1.3M0.0=Q5.3复位

优先SRSQRI1.2I1.3M0.0Q5.3AI1.2

SM0.0

AI1.3

RM0.0

AM0.0

=Q5.3RSSQRI1.3I1.2M0.0=Q5.3置位

优先RSRQSI1.3I1.2M0.0Q5.3AI1.3

RM0.0

AI1.2

SM0.0

AM0.0

=Q5.3LADFBDSTL边沿检测PI1.0I1.1M1.0M8.0NI1.0I1.1M1.1M8.1LADI1.0I1.1P=&M1.0M8.0I1.0I1.1N=&M1.1M8.1FBD

A I1.0 A I1.1 FP M1.0 = M8.0

A I1.0

A I1.1

FN M1.1

= M8.1

STLI1.0I1.1RLOM1.0M8.0M8.1M1.1OB1-循环例如定时器：接通延时(SD)LADT4S_ODTTVSQBCD

BIRI0.7I0.5S5T#35sQ4.5MW0QW6FBDS_ODTTVQ

BIRI0.7I0.5S5T#35sMW0QW6T4BCD=Q4.5SSTL

A I0.7 L S5T#35s SD T4 A I0.5 R T4 L T4 T MW0 LC T4 T QW6 A T4 = Q4.5例如S处的RLOR处的RLO定时器

操作Q时间值:0...9990,01s<--0,1s<--1s<--10s<--00011011S5TIME

数据类型

定时器：关断延时(SF)STL

A I0.7 L S5T#35s SF T4 A I0.5 R T4 L T4 T MW0 LC T4 T QW6 A T4 = Q4.5LADT4S_OFFDTTVSQBCD

BIRI0.7I0.5S5T#35sQ4.5MW0QW6FBDS_OFFDTTVQ

BIRI0.7I0.5S5T#35sMW0QW6T4BCD=Q4.5S例如S处的RLOR处的RLO定时器

操作QSTEP7中的S5计数器STL

A I0.4 CU C5 A I0.5 CD C5 A I0.3 L C#20 S C5 A I0.7 R C5 L C5 T MW4 LC C5 T QW6 A C5 = Q4.3LADFBDQI0.4I0.5CUI0.7C#20S_CUDCDSI0.3PVRQ4.3

CVCV_BCDMW4QW6C5QQI0.4I0.5CUI0.7C#20S_CUDCDSI0.3PVRQ4.3

CVCV_BCDMW4QW6C5=Q第四章PLC控制系统第一节PLC控制系统设计的基本内容一、PLC控制系统设计的基本原则

1、最大限度的满足设备的控制要求。

2、在满足控制要求的前提下，系统力求简单、经济、使