电气控制及PLC应用

PLC的基本工作原理在PLC中有大量的、各种各样的继电器，如输入继电器(X)、输出继电器(Y)、辅助继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)等。不过这些继电器不是真正的继电器，而是用计算机中的存储器来模拟的，我们把它叫作软继电器。存储器中的某一位就可以表示一个继电器，这种继电器也叫位继电器。存储器中的一位有两种状态：“0”和“1”。我们用0表示继电器失电，用1表示继电器得电。把“0”或“1”写入存储器中的某一位就表示对应的继电器线圈失电或得电。读出该存储器某位的值为0时，表示对应继电器的常开接点断开；为1时，表示对应继电器的常开接点闭合。而常闭接点的值是对存储器位的取反。读存储器的次数是不受限制的，所以一个位继电器的接点从理论上讲是无穷多的。PLC的等效电路为了区别常规控制电路和PLC控制电路(通常叫梯形图)，PLC一般用专用图形符号来表示，如表所示，其中可编程序控制器的继电器线圈可有多种画法。可编程序控制器图形符号常规电器和可编程序控制器的图形符号对照梯形图的过程可分为以下三个阶段：输入采样阶段程序处理阶段输出刷新结果输出阶段PLC完成上述3个阶段称为一个扫描周期。PLC反复不断地执行上述过程。扫描周期的长短和PLC的运算速度和工作方式有关，但主要和梯形图的长度及指令的种类有关，一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百毫秒之间。

PLC执行梯形图(读程序)是一步一步进行的，所以它的逻辑结果也是由前到后逐步产生的，为串行工作方式。常规电器的控制电路中所有的控制电器都是同时工作的，在通电和得电顺序上不存在先后的问题，为并行工作方式。ＰLC的工作过程PLC的接线图和梯形图的绘制方法梯形图采用水平布置画法，梯形图最左边的竖线叫作左母线，右边的竖线叫作右母线，右母线可以省略不画，左右母线相当于电源线。画梯形图时应注意：1梯形图中的连接线(相当于导线)不能相互交叉，并且只能水平或垂直绘制，2梯形图中的接点一般只能水平绘制，不能垂直绘制，3各种继电器线圈只能与右母线连接，不能与左母线连接，4接点不能与右母线连接，5接点中的“电流”只的从左向右单方向流动，不能出现反向流动的现象。PLC的接线图和梯形图自耦变压器降压起动控制电路

采用PLC控制的接线图和梯形图

动画演示PLC控制电动机启动停止PLC控制电动机正反转动画演示动画演示PLC控制三台电动机顺序启动停止点动控制的电路图和梯形图点动控制的电路图和梯形图接点顺序的调整PLC中的软元件在PLC中软元件有三种类型。第一种为位元件，PLC中的输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M和状态继电器S为位元件。存储单元中的一位表示一个继电器，其值为“0”或“1”，“0”表示继电器失电，“1”表示继电器得电。第二种为字元件，最典型的字元件为数据寄存器D，一个数据寄存器可以存放16位二进制数，两个数据寄存器可以存放32位二进制数，在PLC控制中用于数据处理。定时器T和计数器C也可以作为数据寄存器来使用。第三种为位与字混合元件，如定时器T和计数器C，它们的线圈和接点是位元件，它们的设定值寄存器和当前值寄存器为字元件。输入、输出继电器(X、Y)输入继电器和输出继电器元件分配表型号FX2N－16MFX2N－32MFX2N－48MFX2N－64MFX2N－80MFX2N－128M扩展时输入继电器X0～X78点X0～X1716点X0～X2724点X0～X3732点X0～X4740点X0～X7764点X0～X267184点输出继电器Y0～Y78点Y0～Y1716点Y0～Y2724点Y0～Y3732点Y0～Y4740点Y0～Y7764点Y0～Y267184点输入继电器(X)和输出继电器(Y)在PLC中各有184点，采用八进制编号。输入继电器编号为：X0～X7、X10～X17、X20～X27……X267。输出继电器编号为：Y0～Y7、Y10～Y17、Y20～Y27……Y267。但输入继电器和输出继电器点数之和不得超过256，如接入特殊单元、特殊模块时，每个占8点，应从256点中扣除。1用PLC控制一个电热水箱，如图3-13所示，电热水箱用3KW电加热器烧水，用2个水位开关检测水位。控制要求：首先进水电磁阀得电打开，进水，当水位高于水位开关1时，加热器得电开始加热，当水位高于水位开关2时，进水电磁阀失电关闭，当加热器加热到100度时停止，放水电磁阀得电将放水阀打开，水龙头可以放水。当水位低于水位开关1时，加热器不得加热，进水电磁阀重新得电开始进水。进水时放水电磁阀关闭。电热水箱示意图电热水箱PLC的控制电热水箱的控制辅助继电器(M)辅助继电器(M)相当于中间继电器，它只能在内部程序(梯形图)中使用，不能对外驱动外部负载，在梯形图用于逻辑变换和逻辑记忆作用。辅助继电器有通用辅助继电器、断电保持辅助继电器和特殊辅助继电器。1、通用辅助继电器通用辅助继电器的元件编号为M0～M499，共500点。它和普通的中间继电器功能一样，运行时如果通用辅助继电器线圈得电，当电源突然中断时线圈失电，若电源再次接通时，线圈仍失电。可通过参数设定将其改为断电保持辅助继电器。2、断电保持辅助继电器断电保持辅助继电器的元件编号为M500～M3071其中M500～M1023共524点，可通过参数设定将其改为通用辅助继电器。M1024～M3071共2048点，为专用断电保持辅助继电器。其中M2800～M3071用于上升沿，下降沿指令的接点时，有一种特殊性。。例2用传送带运送产品。传送带由三相鼠笼型电动机控制，在传送带末端安装一个限位开关SQ，工人在传送带首端放好产品，按下起动按钮，传送带开始运行。当产品到达传送带末端并超过限位开关（即产品全部离开传送带）时，皮带停止。动画演示传送带示意图传送带PLC控制接线图和梯形图传送带PLC控制接线图和梯形图例3

在例3用传送带传运送产品控制中，在停电之后再来电时传送带不会自行起动。现要求停电之后再来电时传送带能够继续工作，试画出对应的梯形图。传送带PLC控制梯形图例4一辆小车在一条线路上运行，如图3所示。线路上有1＃~5＃共5个站点，每个站点各设一个行程开关和一个呼叫按钮。要求无论小车在哪个站点，当某一个站点按下按钮后，小车将自动行进到呼叫点。试用PLC对小车进行控制。小车行走示意图小车行走PLC控制图小车行走PLC控制图小车行走PLC控制图小车行走PLC控制图特殊辅助继电器特殊辅助继电器的元件编号为M8000—M8255，共有256点。特殊辅助继电器通常分为两大类。

(1)接点型(只读型)特殊辅助继电器此类辅助继电器的接点由PLC定义，在用户程序中只可直接使用其触点。下面介绍几种常用的接点型特殊辅助继电器的定义和应用实例。M8000：运行监控。常开接点，PLC在运行(RUN)时接点闭合。M8002：初始化脉冲。常开接点，仅在PLC运行开始时接通一个扫描周期。M8005：锂电池电压降低。锂电池电压下降至规定值时接点闭合，可以用它的触点和输出继电器驱动外部指示灯，以提醒工作人员更换锂电池。M8011～M8014分别为10mS、100mS、1S、1min时钟脉冲。占空比均为0.5。例M8013为1秒钟时钟脉冲，该接点为0.5秒接通，0.5秒断开。接点型特殊辅助继电器应用举例(2)线圈型(可读可写型)特殊辅助继电器这类特殊辅助继电器由用户程序控制其线圈，当其线圈得电时能执行某种特定的操作。如：M8033、M8034的线圈等。M8030：M8030的线圈得电时，PLC面板上的锂电池电压降低指示灯熄灭。M8033：M8033的线圈得电时，在PLC停止(STOP)时，元件映象寄存器中(Y、M、C、T、D等)的数据仍保持。M8034：线圈得电时．全部输出继电器失电不输出。M8035：强制运行(RUN)模式。M8036：强制运行(RUN)指令。M8037：强制停止(STOP)指令。M8039：线圈得电时，PLC以D8039中指定的扫描时间工作。这类继电器不仅可以用其线圈，也可以用其接点。线圈型特殊辅助继电器应用举例用特殊辅助继电器控制PLC的运行和停止用特殊辅助继电器控制PLC的运行和停止状态继电器(S)状态继电器(S)主要用于步进顺序控制。状态继电器有3种类型。元件编号范围为S0～S999。1、通用型状态继电器：S0～S499共500点，其中S0～S9共10点用于初始状态，S10～S19共10点用于回零状态。通用型状态继电器没有失电保持功能。2、失电保持型状态继电器：S500～S899共４00点，在失电时能保持原来的状态不变。3、报警型状态继电器：S900～S999共100点，失电保持型，它和功能指令ANS、ANR等配合可以组成各种故障诊断电路，并发出报警信号。利用外部设备（如编程软件或编程器）进行参数设定，可改变其状态继电器的失电保持的范围。状态继电器如果不用于步进指令编程，也可以当作辅助继电器使用，使用方法和辅助继电器一样。定时器(T)定时器相当于通电延时型时间继电器，在梯形图中起时间控制作用。

FX2N系列PLC给用户提供了256个定时器，其编号为T0～T255。定时器按时钟脉冲分有1ms、10ms、100ms三挡。定时器的类型16位定时器（设定值K0～K32767）（共256点）通用定时器T0～T199（共200点）100ms时钟脉冲（Tl92—T199中断用）T200～T245（共46点）10ms时钟脉冲，积算定时器T246～T249(共4点)1ms时钟脉冲(执行中断电池备用)T250～T255(共6点)100ms时钟脉冲(电池备用)1、定时器的基本用法通用定时器积算定时器2、定时器设定值的设定方法(1)常数设定方法：用于固定延时的定时器，(2)间接设定方法：一般用数据寄存器D存放设定值，数据寄存器D中的值可以是常数，也可以是用外部输入开关或数字开关输入的变量，间接设定方法灵活方便，但是一般需要占用一定数量的输入量。。(3)机能扩充板设定方法：用FX2N-8AV-D型机能扩充板，安装在PLC基本单元上，扩充板上有8个可变电阻旋钮可以输入8点模拟量，并把模拟量转换成8位二进制数(0～255)。当设定值大于255时，可以用乘法指令(MUL)乘以一个常数使之变大作为定时器的设定值。编程方法详见功能指令VRRD。定时器设定方式定时器设定方式3、定时器的误差定时器的误差定时器的误差定时器的误差可以表示如下：T

＋2T0T0：扫描周期

α：与1mS、10mS、100mS定时器对应，分别是1.5mS、15mS、150mS

－αT：定时器设定值在子程序与中断程序中应采用T192～T199定时器。如果在子程序与中断程序中采用1mS型累积定时器T246～T249，当线圈得电时，采用中断工作方式对1mS时钟脉冲进行计数，当达到设定值时，在执行最初线圈指令时接点动作。4、典型定时器应用梯形图(1)断电延时型定时器(2)通断电均延时型定时器断电延时型定时器通断电均延时型定时器4、典型定时器应用梯形图(3)定时脉冲电路(4)震荡电路定时脉冲电路震荡电路4、典型定时器应用梯形图(5)占空比可调震荡电路(6)上升沿单稳态电路占空比可调震荡电路上升沿单稳态电路4、典型定时器应用梯形图(7)下降沿单稳态电路下降沿单稳态电路例5

为了保证运行安全，许多大型生产机械在运行起动之前需用电铃或蜂鸣器发出报警信号，预示机器即将起动，警告人们迅速退出危险地段。试设计PLC控制接线图和梯形图。起动报警控制电路例6

用按钮控制三台电动机，为了避免三台电动机同时起动，起动电流过大，要求每隔5秒起动一台，试设计PLC控制梯形图。三台电动机顺序起动控制计数器(C)计数器用于对各种软元件接点的闭合次数进行计数。计数器可分为两大类：内部信号计数器和外部信号计数器(即高速计数器)。

1.内部信号计数器内部信号计数器用于对PLC中的内部软元件(如X、Y、M、S、T、C)的信号进行计数。可分为16位加计数器（共200点）和32位加／减计数器（共35点）。内部信号计数器通用型断电保持型16位加计数器（共200点）设定值1～32767C0～C99（共100点）C100～C199（共100点）32位加／减计数器（共35点）设定值-2147483648～+2147483647C200～C219（共20点）加减控制（M8200～M8219）C220～C234（共15点）加减控制（M8220～M8234）(1)16位加计数器l6位加计数器