PLC機電控制系統(tǒng)應用設計技術課件

第1章常用低壓電器概述低壓電器的電磁執(zhí)行機構接觸器繼電器熔斷器低壓斷路器低壓隔離器主令器1.1概述本章重點介紹繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中常用的低壓電器。這些常用低壓電器是組成控制電路的重要的元件。低壓電器是在交流電壓為1200V，直流電壓為1500V及以下的電路中起通斷、保護、控制、變換、檢測、或調節(jié)作用的基本元件。1.1概述1.1.1常用低壓電器的分類1.1.2常用低壓電器1.1.3常用低壓電器的發(fā)展1.1.1常用低壓電器的分類1.按電器元件所在的系統(tǒng)分類低壓配電電器：在低壓電網(wǎng)或動力裝置中，對電路和設備進行保護以及通斷、轉換電源或負載的電器。例如：熔斷器、刀開關等。

低壓控制電器：低壓電力拖動系統(tǒng)中，對電動機的運行進行控制、調節(jié)、檢測與保護的電器。例如：接觸器、主令按鈕等。

2.按電器動作的原理分類手動電器：由人為操作發(fā)出動作指令。例如：刀開關、按鈕等。自動電器：由電磁吸力使電器自動完成動作指令。例如：接觸器、繼電器、電磁閥等。

1.1.1常用低壓電器的分類3.按電器在系統(tǒng)中的作用分類控制電器：用於各種控制電路和控制系統(tǒng)中的電器。

例如：接觸器、繼電器等。檢測電器：用於系統(tǒng)中回饋各種信號以及發(fā)出各種信號的電器。例如：電磁感應器、行程開關等。運算電器：用於把各種信號根據(jù)需要進行轉換的電器。例如：中間繼電器等。保護電器：用於對電路、系統(tǒng)、設備及人身安全起保護作用的電器。例如：漏電器、熔斷器、熱繼電器等。執(zhí)行電器：用於執(zhí)行整個電路或系統(tǒng)的要求動作的電器。例如：電磁閥、電磁離合器等。1.1.2常用低壓電器接觸器：交流接觸器、直流接觸器。繼電器：電磁式繼電器、時間繼電器、熱繼電器、速度繼電器。熔斷器：插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、有填料密封式熔斷器、無填料密封式熔斷器、快速熔斷器、自複式熔斷器。斷路器：萬能式短路器、裝置式斷路器、快速式斷路器、限流式斷路器。隔離器：低壓刀開關、熔斷器式刀開關、組合開關。主令電器：控制按鈕、行程開關、接近開關、轉換開關、主令控制器。1.1.3常用低壓電器的發(fā)展傳統(tǒng)低壓電器的發(fā)展方向是高性能、高可靠、小型化、模組化、模數(shù)化、組合化、零部件通用化、網(wǎng)路化。1.2低壓電器的電磁執(zhí)行機構電磁執(zhí)行機構電磁機構觸頭系統(tǒng)滅弧系統(tǒng)1.2.1電磁機構1、電磁機構的工作原理（如圖）1.2.1電磁機構2、電磁機構分類直動式電磁機構（如圖）1—銜鐵2—鐵心3—吸引線圈1.2.1電磁機構轉動式（拍合式）電磁機構（如圖）1—銜鐵2—鐵心3—吸引線圈1.2.2觸頭系統(tǒng)觸頭系統(tǒng)是執(zhí)行部件，用來實現(xiàn)電路的接通或斷開，有閉合狀態(tài)，分斷過程、斷開狀態(tài)三種工作狀態(tài)。

觸頭的接觸形式（如圖）（a）點接觸橋式（b）面接觸橋式（c）線接觸指1.2.3滅弧系統(tǒng)電弧產(chǎn)生原理

動靜觸頭在分斷過程中，由於瞬間的電荷密度極高，導致動、靜觸頭間形成大量熾熱的電荷流，產(chǎn)生弧光放電現(xiàn)象，即形成所謂的電弧。滅弧原理

滅弧關鍵就在於抑制游離因素。因為弧隙中在氣體游離的同時，還存在著正離子與自由電子的複合，它們具有從密度高的地方向密度低的地方擴散的趨勢，也有從溫度高的地方向溫度低的地方擴散的趨勢，因此加強了去游離因素，就能有效的熄滅電弧。直流電依靠拉長電弧和冷卻電弧來滅弧；交流電由於有自然過零，所以在參數(shù)相同的情況下，交流電弧比直流電弧容易熄滅，其滅弧應發(fā)生在電流過零或接近過零點。1.2.3滅弧系統(tǒng)3．低壓電器常用滅弧方法1）電動力滅?。ㄈ鐖D）1-靜觸頭，2-動觸頭1.2.3滅弧系統(tǒng)2）金屬柵片滅弧1—滅弧柵片；2—觸點；3—電弧1.2.3滅弧系統(tǒng)3）磁吹滅弧1—磁吹線圈；2—絕緣套；3—鐵心；4—引弧角；5—導磁夾板；6—滅弧罩；7—動觸點；8—靜觸點1.3接觸器接觸器是用來接通或斷開電動機或其他負載主電路的一種控制元件。它是利用電磁力來使開關打開或閉合的電器，適用於頻繁操作（高過每小時1500次），遠距離控制大電流電路。根據(jù)主觸點所接回路的電流種類，接觸器分為直流接觸器和交流接觸器兩種。

1.3接觸器1.3.1接觸器的結構及工作原理1.3.2接觸器的主要技術參數(shù)1.3.3常用接觸器的主要技術數(shù)據(jù)1.3.4接觸器選用原則1.3.1接觸器的結構及工作原理交流接觸器的結構原理（如圖)1—鐵心；2—銜鐵；3—線圈；4—常開觸點；5—常閉觸點1.3.2接觸器的主要技術參數(shù)1.額定電壓2.額定電流3.電磁線圈的額定電壓4.觸頭數(shù)目5.動作值6.接通和分斷能力7.機械壽命與電氣壽命8.操作頻率9.額定工作制1.3.3常用接觸器的主要技術數(shù)據(jù)1.交流接觸器2.直流接觸器1.3.4接觸器選用原則1）接觸器的額定電壓大於等於主電路的額定電壓。2）接觸器線圈的額定電壓必須與接入此線圈的控制電路的額定電壓相等。3）接觸器的額定電流等級按下列方法選擇：按接觸器設計時規(guī)定的使用類別使用時，接觸器的額定電流應等於或稍大於負載額定電流；按經(jīng)任務使用類別設計的接觸器，用於重任務使用類別時，應降低容量使用；用於反復短時工作制的接觸器，其額定電流應大於負載的等效發(fā)熱電流。4）選擇接觸器的型號時，各系列接觸器是按一定的使用類別設計的，應根據(jù)負載的情況選用。此外還應注意負載的工作制，用於長期工作時，應儘量選用銀或銀基合成觸頭的接觸器，如CJ20系列等。1.4繼電器繼電器是一種自動和遠距離操縱用的電器，廣泛的應用於自動控制系統(tǒng)、遙控、遙測系統(tǒng)、電力保護系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)中，起著控制、檢測、保護和調節(jié)的作用，是現(xiàn)代電氣裝置中最基本的器件之一。

1.4繼電器1.4.1電磁式繼電器1.4.2時間繼電器1.4.3熱繼電器1.4.4速度繼電器1.4.1電磁式繼電器電磁式繼電器電流繼電器電壓繼電器中間繼電器1.4.1電磁式繼電器電磁式繼電器的結構與工作原理（如圖）1—底座2—反力彈簧3，4—調節(jié)螺釘5—非磁性墊片6—銜鐵7—鐵心8—極靴9—電磁線圈10—觸頭系統(tǒng)1.4.2時間繼電器時間繼電器直流電磁式時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器晶體管時間繼電器1.4.2時間繼電器時間繼電器是指，從得到輸入信號（線圈的通電或斷電）開始，經(jīng)過一定的延時後才輸出信號（觸點的閉合或斷開）的繼電器。時間繼電器的延時方式有兩種：通電延時，接受輸入信號後延遲一定的時間，輸出信號才發(fā)生變化；當輸入信號消失後，輸出暫態(tài)復原。斷電延時，接受輸入信號時，暫態(tài)產(chǎn)生相應的輸出信號；當輸入信號消失後，延遲一定的時間，輸出才復原。1.4.2時間繼電器1.直流電磁式時間繼電器（如圖）1-鐵心2-阻尼銅套3-線圈4-絕緣層1.4.2時間繼電器2.空氣阻尼式時間繼電器（如圖）1-線圈2-鐵心3-銜鐵4-反力彈簧5-推板6-活塞桿7-杠桿8-塔形彈簧9-弱彈簧10-橡皮擦11-空氣室壁12-活塞13-調節(jié)螺釘14-進氣孔15、16-微動開關1.4.2時間繼電器3.電晶體時間繼電器（如圖）單結晶體管通電延時電路

1.4.3熱繼電器（定義）在電力拖動控制系統(tǒng)中，當三相交流電動機出現(xiàn)長期帶負荷欠電壓下運行，長期超載運行及長期單相運行等不正常情況時，會導致電動機繞組嚴重過熱乃至燒壞，為了充分發(fā)揮電動機的超載能力，保證電動機的正常啟動和運轉，而當電動機一旦出現(xiàn)長時間超載時又能自動切斷電路，從而出現(xiàn)了能隨超載程度而改變動作時間的電器，這就是熱繼電器。顯而易見，熱繼電器在電路中是做三相交流電動機的超載保護用的。但須注意，由於熱繼電器中發(fā)熱元有熱慣性，在電路中不能做暫態(tài)超載保護，更不能做短路保護，因此，它不同於過電流繼電器和熔斷器。1.4.3熱繼電器（原理）熱繼電器中產(chǎn)生熱效應的發(fā)熱元件，應串接於電動機電路中，這樣，熱繼電器便能直接反映電動機的超載電流。熱繼電器的感測元件，一般採用雙金屬片。雙金屬片受熱

雙金屬片工作原理雙金屬片的受熱方式

（a）受熱前；（b）受熱後

（a）直接受熱式（b）間接受熱式

(c)複合受熱式（d）電流互感器受熱式1.4.3熱繼電器（三相式熱繼電器結構原理）三相式熱繼電器結構原理（如圖）三相式熱繼電器結構原理圖1－支架2－雙金屬片3－發(fā)熱元件4－導板5－補償雙金屬片6－觸點7－常開觸點8－複位螺釘9－觸點10－複位按鈕11－調節(jié)旋鈕12－支撐架13－壓簧14－推桿1.4.3熱繼電器（選用）熱繼電器選用是否得當，直接影響著對電動機進行超載保護的可靠性。通常選用時應按電動機形式、工作環(huán)境、啟動情況及負荷情況等幾方面綜合加以考慮。1.4.4速度繼電器速度繼電器主要用於籠型非同步電動機的反接制動控制，也叫做反接制動繼電器。它主要是依靠電磁感應原理實現(xiàn)觸點動作的，因此，它的電磁系統(tǒng)與一般電磁式電器的電系統(tǒng)是不同的，而與交流電動機的電磁系統(tǒng)相似，即由定子和轉子組成其電磁系統(tǒng)。1.4.4速度繼電器感應式速度繼電器結構和工作原理（如圖）速度繼電器結構原理圖1—調節(jié)螺釘；2—反力彈簧；3—常閉觸點；4—動觸點；5—常開觸點；6—返回杠桿；7—杠桿；8—定子導體；9—定子；10—轉軸；11—轉子1.5熔斷器1.5.1熔斷器的結構和分類1.5.2熔斷器的主要參數(shù)1.5.3熔斷器的類型選擇1.5.4快速熔斷器1.5熔斷器熔斷器又稱保險器（或保險絲）主要用於供電線路和電氣設備的短路保護。它的優(yōu)點是體積小、動作快、簡單經(jīng)濟、且有限制短路電流的作用。它的缺點是易受到周圍溫度影響，工作不夠穩(wěn)定，容易在正常工組時發(fā)生一相熔斷，造成電動機單相運行，使電動機燒毀1.5.1熔斷器的結構和分類

熔斷器的結構和分類（如圖）(a)半封閉插入式熔斷器(b)螺旋式熔斷器1-動觸頭；2-容體；3-瓷插件；1-底座；2-熔體；3-瓷帽

4-靜觸頭；5-瓷座1.5.1熔斷器的結構和分類熔斷器的結構和分類（如圖）（c）無填料密閉管式熔斷器（d）有填料封閉管式熔斷器1－銅圈；2－熔斷管；3－管帽；4－插座1－瓷底座；2－彈簧片；3－管體5－特殊墊圈；6－熔體；7－熔片4－絕緣手柄；5－熔體1.5.2熔斷器的主要參數(shù)1．額定電壓：一般等於或大於電氣設備的額定電壓。指熔斷器長期工作時和分斷後能夠承受的電壓，其值2．額定電流：指熔斷器長期工作時，設備部件溫升不超過規(guī)定值時所能承受的電流。3．極限分斷能力：是指熔斷器在規(guī)定的額定電壓和功率因數(shù)（或時間常數(shù)）的條件下，能分斷的最大電流值，在電路中出現(xiàn)的最大電流值一般是指短路電流值。1.5.3熔斷器的類型選擇選擇熔斷器的類型時，主要依據(jù)負載的保護特性和短路電流的大小。用於保護照明和電動機的熔斷器，一般是考慮它們的超載保護，這時，希望熔斷器的熔化係數(shù)適當小些，所以容量較小的照明線路和電動機宜採用熔體為鉛鋅合金的RC1A系列熔斷器。而大容量的照明線路和電動機，除超載保護外，還應考慮短路時的分斷短路電流能力，若短路電流較小時，可採用熔體為錫質的RC1A系列或熔體為鋅質的RM10系列熔斷器。用於車間低壓供電線路的保護熔斷器，一般是考慮短路時的分斷能力，當短路電流較大時，宜採用具有高分斷能力的RL1系列熔斷器；當短路電流相當大時，宜採用有限流作用的RT0及RTl2系列熔斷器。1.5.4快速熔斷器快速熔斷器用於保護矽半導體元件。通常，矽半導體元件的超載能力極低，它們在超載時只能在極短的時間內（數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒）承受超載電流。如果任其工作於超載或短路條件下，則PN結的溫度將迅速提升，矽元件迅速被燒壞。但是，一般熔斷器的熔斷時間是以秒計的，所以不能用來保護矽元件，必須採用在超載時能迅速動作的快速熔斷器。1.6低壓斷路器1.6.1低壓斷路器的結構及工作原理1.6.2低壓斷路器的常用類別1.6.3低壓斷路器的主要參數(shù)和技術數(shù)據(jù)1.6.4低壓斷路器的選擇及使用注意事項1.6低壓斷路器低壓斷路器又稱為自動空氣開關（或自動開關）。它相當於是刀閘開關、熔斷器、熱繼電器和欠壓繼電器的組合體，是一種自動切斷電路故障用的保護電器。低壓斷路器與接觸器的不同點在於它允許切斷短路電流，但不允許操作次數(shù)太多。1.6.1低壓斷路器的結構及工作原理低壓斷路器的結構及工作原理（如圖）低壓斷路器工作原理圖1—熱脫扣器整定旋鈕；2—手動脫扣按鈕；3—脫扣彈簧；4—手動合閘機構；5—合閘聯(lián)桿；6—熱脫扣器；7—鎖扣；8—電磁脫扣器；9—脫扣聯(lián)桿；10，11—動、靜觸點；12，13—彈簧；14—發(fā)熱元件；15—電磁脫扣彈簧；16—調節(jié)旋鈕1.6.2低壓斷路器的常用類別1．萬能式低壓斷路器：又稱敞開式低壓斷路器，具有絕緣襯底的框架結構底座，所有的構件組裝在一起，用於配電網(wǎng)路的保護。2．裝置式低壓斷路器：又稱塑膠外殼式低壓斷路器，具有用模壓絕緣材料製成的封閉型外殼將所有構件組裝在一起。用作配電網(wǎng)路的保護和電動機、照明電路及電熱器等控制開關。3．快速斷路器：具有快速電磁鐵和強有力的滅弧裝置，最快動作時間可在0.02s以內，用於半導體整流元件和整流裝置的保護。4．限流斷路器：利用短路電流產(chǎn)生巨大的吸力，使觸點迅速斷開，能在交流短路電流尚未達到峰值之前就把故障電路切斷。用於短路電流相當大（高達70kA）的電路中。1.6.3低壓斷路器的主要參數(shù)和技術數(shù)據(jù)低壓斷路器的主要參數(shù)有：額定電壓、額定電流、極數(shù)、脫扣器類型及其額定電流、整定範圍、電磁脫扣器整定範圍、主觸點的分斷能力等。低壓斷路器的型號意義（如圖）1.6.4低壓斷路器的選擇及使用注意事項1．低壓斷路器的選擇低壓斷路器的額定電流和額定電壓應大於或等於線路、設備的正常工作電壓和工作電流。低壓斷路器的極限通斷能力應大於或等於電路最大短路電流。欠電壓脫扣器的額定電壓等於線路的額定電壓。過電流脫扣器的額定電流大於或等於線路的最大負載電流。使用低壓斷路器來實現(xiàn)短路保護比熔斷器優(yōu)越，因為當三相電路短路時，很可能只有一相的熔斷器熔斷，造成單相運行。對於低壓斷路器來說，只要造成短路都會使開關跳閘，將三相同時切斷。低壓斷路器還有其他自動保護作用，所以性能優(yōu)越。但它結構複雜，操作頻率低，價格較高，因此適用於要求較高的場合，如電源總配電盤.1.6.4低壓斷路器的選擇及使用注意事項2．低壓斷路器使用時的注意事項低壓斷路器投入使用時應先進行整定，按照要求整定熱脫扣器和電磁脫扣器的動作電流，以後就不應隨意旋動有關的螺絲和彈簧。在安裝低壓斷路器時應注意把來自電源的母線接到開關滅弧罩一側的端子上，來自電氣設備的母線接到另外的一側端子。在正常情況下，每6個月應對開關進行一次檢修，清除灰塵等。發(fā)生開斷短路事故的動作後，應立即對觸點進行清理，檢查有無熔壞，清除金屬熔粒、粉塵等，特別要把散落在絕緣上的金屬粉塵清除掉。1.7低壓隔離器1.7.1低壓刀開關1.7.2熔斷式刀開關1.7.3組合開關1.7低壓隔離器低壓隔離器是一種結構比較簡單，應用十分廣泛的手動操作電器。低壓隔離器的品種很多，主要有低壓刀開關、熔斷器式刀開關和組合開關三種。它的主要作用是在電源切除後，將線路與電源明顯的隔離開，以保障維修人員的安全。也可以用作不頻繁的接通和分斷空載電路或小電流電路之用。1.7.1低壓刀開關1．刀開關的分類按級數(shù)：單極、雙極和三級按結構：平板式和條架式按操作方式：直接手柄操作式、杠桿操作機構式、旋轉操作式和電動操作機構式2.常用塑殼刀開關的結構(如圖)1—上膠蓋；2—下膠蓋；3—插座；4—觸刀；5—瓷柄；6—膠蓋緊固螺母；7—出線座；8—熔絲；9—觸刀座；10—瓷底板；11—進線座1.7.1低壓刀開關3．刀開關的技術參數(shù)1）額定電壓：指在規(guī)定條件下，保護電器正常工作的電壓值。2）額度電流：指在規(guī)定條件下，保證電器正常工作的電流值。3）通斷能力：指在規(guī)定條件下，能在額定電壓下接通和分斷的電流值。4）動穩(wěn)定電流：指在規(guī)定的使用條件和性能條件下，開關電路在閉合位置上所能承受的電流峰值。刀開關的動穩(wěn)定電流為其額定電流的幾十倍到幾百倍，因為刀開關在閉合位置時，可能通過短路電流。5）熱穩(wěn)定電流：指在規(guī)定的使用和性能條件下，開關電路在指定的短時間內，於閉合位置上所能承載的電流。刀開關的熱穩(wěn)定電流也為額定電流的幾十倍，理由同上。6）機械壽命：指開關電器在需要修理或更換機械零件前所能承受的無載操作次數(shù)。刀開關為不頻繁操作電器，其機械壽命一般為5000~10000次。7）電壽命：指在規(guī)定的正常工作條件下，開關電器不需修理或更換零件的情況下，帶負載操作次數(shù)。刀開關的電壽命一般為500~1000次。1.7.2熔斷式刀開關熔斷式刀開關是由刀開關和熔斷器組合而成的，具有熔斷器和刀開關的基本性能。熔斷器式刀開關用於交流頻率50Hz、電壓至600V有高短路電流的配電電路和電動機電路中，作電動機的保護和電源開關、隔離開關及應急開關，但一般不用於直接接通和分斷單臺電動機。常用的型號有HR5、HR11系列。HR5熔斷器式刀開關中的熔斷器為NT型低壓高分斷型熔斷器。NT型熔斷器是我國從德國AEG公司引進的製造技術而生產(chǎn)的，其分斷能力高達100kA。HR5型號產(chǎn)品可與國外同類產(chǎn)品替換。1.7.3組合開關組合開關又稱為轉換開關，它實質上也是一種特殊的刀開關，不同點在於一般的刀開關的操作手柄在垂直安裝的平面內向上或向下轉動，而組合開關的操作手柄則是在平行於安裝面的平面內向左或向右轉動。組合開關多用在機床電氣控制線路中，作為電源的引入開關，也可以用做不頻繁地接通和斷開電路、換接電源和負載及控制5kW以下的小容量電動機的正反轉和星三角起動等。1.7.3組合開關組合開關的結構

（如圖）

1－手柄，2－轉軸，3－彈簧，4－凸輪，5－絕緣墊板，6－動觸點，7－靜觸點，8－絕緣方軸，9－接線柱1.8主令電器1.8.1控制按鈕1.8.2行程開關1.8.3萬能轉換開關1.8.4主令控制器1.8主令電器主令電器是用來接通和斷開控制電路的低壓電器，用以控制電力拖動系統(tǒng)中電動機的啟動、停車、制動以及調速等。主令電器可直接作用於控制電路，也可以通過電磁式電器間接作用於控制電路。在控制電路中由於它是一種專門發(fā)佈命令的電器，故稱為主令電器。主令電器不允許分合主電路。主令電器應用十分廣泛，種類也繁多，常用的有控制按鈕、行程開關、萬能轉換開關和主令控制器等。1.8.1控制按鈕控制按鈕簡稱按鈕，是一種結構簡單使用廣泛的手動主令電器，在控制電路中作遠距離手動控制電磁式電器用，也可以用來轉換各種信號電路和電器聯(lián)鎖電路等?？刂瓢粹o結構示意圖1—按鈕；2—複位彈簧；3—動觸點；4—動斷觸點；5—動合觸點1.8.2行程開關行程開關是指依照生產(chǎn)機械的行程發(fā)出命令以控制其運行方向或行程長短的主令電器。若將行程開關安裝於生產(chǎn)機械行程終點處，以限制其行程，則稱為限位開關或終點開關。行程開關廣泛應用於各類機床和起重機械的控制，以限制這些機械的行程。當生產(chǎn)機械運動到某一預定位置時，行程開關就通過機械可動部分的動作，將機械信號轉換為電信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的控制，限制它們的動作或位置，借此對生產(chǎn)機械予以必要的保護。行程開關按其結構可以分為直動式、滾輪式和微動式三種。1.8.2行程開關1．直動式行程開關

直動式行程開關結構1—頂桿；2—彈簧；3—常閉觸點；4—觸點彈簧；5—常開觸點2．滾輪式行程開關滾輪式行程開關結構示意圖1—滾輪；2—上輪臂；3，5，11—彈簧；4—套架；6，9—壓板；7—觸點；8—觸點推桿；10—小滑輪

1.8.2行程開關3．微動式形成開關

微動式行程開關結構示意圖1—推桿；2—彎形片狀彈簧；3—常開觸點；4—常閉觸點；5—複位彈簧

行程開關的型號含義1.8.3萬能轉換開關萬能轉換開關是由多組相同結構的觸點組件疊裝而成的多回路控制電器。它主要用於電氣控制電路的轉換、配電設備的遠距離控制、電器測量儀錶的轉換和微電機的控制，也可用於小功率鼠籠型非同步電動機的起動、換向和變速。由於它能控制多個回路，適應複雜線路的要求，故有“萬能”轉換開關之稱。1.8.3萬能轉換開關萬能轉換開關的結構原理如圖

萬能轉換開關結構原理圖觸點；2—觸點彈簧；3—凸輪；4—轉軸萬能轉換開關的圖形、文字符號（a）畫“·”標記表示（b）接通表表示1.8.4主令控制器主令控制器是用來較為頻繁地轉換複雜的多路控制電路的主令電器。其操作輕便，允許每小時接電次數(shù)較多，觸點為雙中斷點的橋式結構，適用於按順序操作多個控制回路。主令控制器的結構原理（如圖）1，7—凸輪塊；2—接線端子；3—靜觸點；4—動觸點；5—支桿；6—轉動軸；8—小輪

第2章繼電-接觸器控制系統(tǒng)的基本控制電路2.1電氣控制線路的圖形、文字符號及繪圖原則2.2直流電動機的基本控制電路2.3三項非同步電動機的基本控制電路2.1電氣控制線路的圖形、文字符號及繪圖原則

2.1.1常用的電器圖形符號和文字元號2.1.2電氣控制線路原理圖的繪圖規(guī)則2.1.1常用的電器圖形符號和文字元號在繪製電氣線路圖時，電氣元件的圖形符號和文字元號必須符合國家標準的規(guī)定。為了便於掌握引進的先進技術和先進設備，便於國際交流和滿足國際市場的需要，國家標準局參照國際電工委員會（IEC）頒佈的有關檔，制定了一系列我國電氣設備有關國家標準，主要有GB4728—1985《電氣圖常用圖形符號》，GB6988—87《電氣製圖》，GB7159—87《電氣技術中的文字符號制訂通則》，GB5226－85《機床電氣設備通用技術條件》，GB/T6988-1997《電氣技術用檔的編制》等。2.1.2電氣控制線路原理圖的繪圖規(guī)則電氣控制線路表示方法1）電氣原理圖:表示電氣控制線路的工作原理、以及各電器元件的作用和相互關係，而不考慮電器元件實際安裝位置和實際連線情況。2）電氣設備安裝圖:表示各種電氣設備在機械設備和電氣控制櫃中的實際安裝位置。3）電氣設備接線圖:表示各電氣設備之間實際接線情況。2.1.2電氣控制線路原理圖的繪圖規(guī)則2．電氣原理圖的繪圖規(guī)則1）原理圖可以分為主電路、控制電路和輔助電路.2）主電路的電源電路繪成水平線，受電的動力裝置（如電機）及其保護電器支路，一般應垂直於電源電路示出?？刂坪洼o助電路應垂直水準電源線。耗能元件（如線圈、電磁閥）應垂直連接在接地的水準電源線上。而控制觸頭、信號燈和報警元件應連在另一電源線的一邊。3）電氣控制線路中所需的全部電氣元件都應在圖中表示出來，並且必須用國家規(guī)定的統(tǒng)一標準的圖形符合和文字元號表示。2.1.2電氣控制線路原理圖的繪圖規(guī)則4）原理圖中所有元器件和設備的可動部分均以自然狀態(tài)繪出。5）採用電器元件展開圖的畫法。6）在表達清楚的前提下，儘量減少線條，儘量避免交叉線的出現(xiàn)。兩線交叉連接時需用黑色實心圓點表示，兩線交叉不連接時需用空心圓圈表示。7）原理圖上應標注出各個電氣電路的電壓值、極性或頻率及相數(shù)；某些元器件的特性；常用電氣的操作方式和功能。2.2直流電動機的基本控制電路2.2.1直流電動機的勵磁方式2.2.2直流電動機的起動控制2.2.3直流電動機的調速控制2.2.4直流電動機的制動控制2.2.1直流電動機的勵磁方式直流電機的勵磁方式

(如圖）a）他勵直流電機b）並勵直流電機

c）串勵直流電機d）複勵直流電機2.2.2直流電動機的起動控制1.電動機的起動要求直流電動機的轉速從零增加到穩(wěn)定運行速度的整個過程稱為起動過程。對於直流電動機的起動過程，通常要考慮的問題，主要是起動電流的大小、起動轉矩的大小、起動時間的長短、起動過程是否平滑、起動過程能量損耗和發(fā)熱量的大小和起動設備是否簡單可靠。直流電動機起動的最根本原則是確保有足夠大的起動轉矩和限制起動電流。因此，直流電動機最常用的起動方法有電樞串電阻起動和減壓起動兩種。2.2.2直流電動機的起動控制2.並勵直流電動機的起動控制線路2.2.2直流電動機的起動控制3.他勵直流電動機起動控制線路2.2.3直流電動機的調速控制直流電動機的調速方法根據(jù)直流電動機的轉速公式

n——直流電動機轉速；

U——電樞電壓；

Ia——電樞電流；

Ra——電樞繞組電阻；

R——電樞回路串入附加電阻；

Ce——電勢常數(shù)；

Φ——勵磁磁通。在電樞電流Ia不變時，只要電樞電壓U、電樞回路串入附加電阻R、勵磁磁通Φ三個變數(shù)中，任一個發(fā)生變化，都會引起轉速變化。所以，一般直流電動機調速有3種方法：電樞串電阻調速、降低電樞電壓調速和減弱磁通調速。2.2.3直流電動機的調速控制2.直流電動機的調速控制2.2.4直流電動機的制動控制直流電動機的制動方法能耗制動是把正在運轉的直流電動機的電樞從電源上斷開，迅速外接制動電阻組成回路，產(chǎn)生制動的方法。能耗制動時應保持勵磁電流不變，由於電動機的電磁慣性，電動機繼續(xù)旋轉，電動機的電樞繞組在主磁通的作用，產(chǎn)生反電動勢，電樞電流方向改變，由於磁通方向不變，電磁轉矩的方向由與轉速方向相同變?yōu)榕c轉速的方向相反，從而實現(xiàn)了制動。反接制動分為兩種：倒拉反接制動和電源反接制動。倒拉反接制動指的是電樞電壓不變，電樞回路串接電阻，若電動機所帶負載為位能性負，可實現(xiàn)負載的低速下放。電源反接制動將電樞電壓反接，並在電樞回路串接較大電阻，通常電樞反接制動用於要求制動強烈而迅速反轉的場合。2.2.4直流電動機的制動控制1）能耗制動他勵直流電動機單向運行能耗制動電路

2.2.4直流電動機的制動控制2）反接制動並勵直流電動機正反轉起動和電源反接制控制原理圖

2.3三項非同步電動機的基本控制電路2.3.1三相非同步電動機的起動控制線路2.3.2三相非同步電動機的正反轉控制線路2.3.3三相非同步電動機的制動控制線路2.3.4三相非同步電動機的順序控制線路2.3.1三相非同步電動機的起動控制線路鼠籠式非同步電動機全壓起動控制線路三項非同步電動機全壓起動控制線路

2.3.1三相非同步電動機的起動控制線路2.鼠籠式非同步電動機降壓起動控制線路1）自耦變壓器降壓起動控制線路2）Y-△降壓起動控制線路2.3.1三相非同步電動機的起動控制線路3.繞線式非同步電動機起動控制線路1）按時間原則組成的繞線式非同步電動機起動控制線路2）按電流原則組成的繞線式非同步電動機起動控制線路2.3.2三相非同步電動機的正反轉控制線路電動機可逆運行的手動控制線路

電動機“正-反-?！笔謩涌刂凭€路

2.電動機可逆運行的自動控制線路

實現(xiàn)刀架自動迴圈的控制線路

2.3.3三相非同步電動機的制動控制線路反接制動控制線路1）單向反接制動控制線路2）可逆反接制動控制線路2.3.3三相非同步電動機的制動控制線路2.能耗制動控制線路1)單向能耗制動控制線路2.3.3三相非同步電動機的制動控制線路2）可逆運行能耗制動控制線路按時間原則控制可逆運行的能耗制動控制線路

2.3.3三相非同步電動機的制動控制線路2）可逆運行能耗制動控制線路按速度原則控制的可逆運行能耗制動控制線路

2.3.4三相非同步電動機的順序控制線路在機床的控制線路中，常常要求電動機的起停要有一定的順序。例如，銑床的主軸旋轉後，工作臺方可移動；龍門刨床在工作臺移動前，導軌潤滑油泵要先起動等等。順序起?？刂凭€路，有順序起動、同時停止控制線路；有順序起動、順序停止控制線路；還有順序起動、逆序停止控制線路。2.3.4三相非同步電動機的順序控制線路順序起停控制線路

圖中接觸器KM1、KM2分別控制電動機M1和M2。圖（a）為順序起動、同時停止控制線路。在該線路中，只有接觸器KM1先得電吸合後，接觸器KM2才能得電；即M1先起動，M2後起動。按停止按鈕SB1時，KM1和KM2同時失電，即M1和M2同時停轉。圖（b）為順序起動、順序停止控制線路。在該線路中，當KM1得電吸合後，KM2才能通電，即M1先起動，M2後起動。斷電時，KM1先複位，KM2後複位，即先停M1再停M2。圖（c）為順序起動、逆序停止控制線路。起動時，先KM1後KM2順序得電，即先M1後M2的順序起動。斷電時，先KM2後KM1順序複位，即按先M2後M1的順序。第3章可編程序控制器概述及工作原理

3.1

PLC的概述3.2

PLC的基本組成3.3

PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較3.4

PLC的工作原理3.5PLC的性能指標與發(fā)展趨勢3.6國內外PLC產(chǎn)品比較本章內容包括：l

PLC的發(fā)展、分類及應用l

基本組成及工作原理l

主要技術性能指標l

PLC的發(fā)展趨勢l國內外PLC產(chǎn)品比較

返回本章首頁3.1

PLC的概述

3.1.1定義

3.1.2產(chǎn)生

3.1.3發(fā)展階段

3.1.4特點和應用

3.1.5分類返回本章首頁3.1.1定義

可編程序邏輯控制器PLC產(chǎn)生於1969年，最初只具備邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，主要是用來取代繼電接觸器控制。

現(xiàn)在所說的可編程序控制器PC（ProgrammableController）是1980年以來，美、日、德等國由先前的可編程序邏輯控制器PLC進一步發(fā)展而來。

1985年，國際電工委員會IEC對可編程序控制器作了如下規(guī)定：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。

返回本節(jié)3.1.1定義國際電工委員會(IEC)在1987年2月對PLC做如下的定義：

“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它採用一類可編程的記憶體，用於其內部存儲程式，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，並通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易於與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易於擴充其功能的原則設計?！?/p>

3.1.1定義總之，可編程控制器是一臺電腦，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計製造的電腦。它具有豐富的輸入/輸出介面，並且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產(chǎn)品並不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬體需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟體需根據(jù)控制要求進行設計編制。3.1.2PLC的產(chǎn)生1969年，美國數(shù)字設備公司（DEC）研製出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可*性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領域推廣應用。到1971年，已經(jīng)成功地應用於食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971日本從美國引進了這項新技術，很快研製出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研製出它們的第一臺PLC。我國從1974年開始研製。於1977年開始工業(yè)應用。3.1.3

PLC的發(fā)展階段1.早期的PLC（60年代末—70年代中期）2.中期的PLC（70年代中期—80年代中，後期）3.近期的PLC（80年代中、後期至今）返回本節(jié)3.1.3PLC的發(fā)展階段早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時等。它在硬體上以準電腦的形式出現(xiàn)，在I/O介面電路上作了改進以適應工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要採用分立元件和中小規(guī)模積體電路，記憶體採用磁芯記憶體。另外還採取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟體編程上，採用廣大電氣工程技術人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)於繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便於安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重複使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。

3.1.3PLC的發(fā)展階段在70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先後開始採用微處理器作為PLC的中央處理單元(CPU)。這樣，使PLC的功能大大增強。在軟體方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬體方面，除了保持其原有的開關模組以外，還增加了模擬量模組、遠程I/O模組、各種特殊功能模組。並擴大了記憶體的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應用範圍得以擴大。3.1.3PLC的發(fā)展階段進入80年代中、後期，由於超大規(guī)模積體電路技術的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所採用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各製造廠商還紛紛研製開發(fā)了專用邏輯處理晶片。這樣使得PLC軟、硬體功能發(fā)生了巨大變化3.1.4特點和應用1.主要特點

2.主要功能3.應用

返回本節(jié)3.1.4主要特點

1.高可靠性2.豐富的I/O介面模組3.採用模組化結構4.編程簡單易學5.安裝簡單，維修方便6.體積小，重量輕，能耗低返回本節(jié)3.1.4主要功能

1.條件控制功能2.定時3.步進控制功能4.數(shù)據(jù)處理功能5.A/D與D/A轉換功能6.運動控制功能7.過程控制功能8.其他功能返回本節(jié)3.1.4應用領域1.開關量邏輯控制2.運動控制3.過程控制4.數(shù)據(jù)處理5.通信聯(lián)網(wǎng)3.1.5PLC的分類1．按結構形式分類（1）整體式PLC（2）模組式PLC

2.按功能分類（1）低檔PLC（2）中檔PLC（3）高檔PLC

3.按I/O點數(shù)分類3.2

PLC的基本組成2.2.1

PLC的硬體組成2.2.2

PLC的軟體組成返回本章首頁3.2.1

PLC的硬體組成PLC專為工業(yè)場合設計，採用了典型的電腦結構，主要是由CPU、電源、記憶體和專門設計的輸入輸出介面電路等組成。圖2.1為一典型PLC結構簡圖。圖2.1結構簡圖1.中央處理單元

中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個晶片上。

CPU的主要功能：1）從記憶體中讀取指令

2）執(zhí)行指令3）順序取指令4）處理中斷2.記憶體

1）只讀記憶體

2）隨機記憶體RAM

3.輸入輸出單元

（1）輸入介面電路

（2）輸出介面電路

通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內部提供。圖2.2和圖2.3分別為一種型號PLC的直流和交流輸入介面電路的電路圖，採用的是外接電源。圖2.2描述了一個輸入點的介面電路。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當行程開關閉合時，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用於對外顯示，同時光耦合器中的發(fā)光管使三極管導通，信號進入內部電路，此輸入點對應的位由0變?yōu)?。即輸入映像寄存器的對應位由0變?yōu)?。圖2.2直流輸入電路圖圖2.3交流輸入電路圖返回本節(jié)3.2.2PLC的軟體組成PLC的軟體包括:系統(tǒng)程式用戶程式系統(tǒng)程式系統(tǒng)程式由PLC製造廠商設計編寫的，並存入PLC的系統(tǒng)記憶體中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程式一般包括系統(tǒng)診斷程式、輸入處理程式、編譯程序、資訊傳送程式、監(jiān)控程序等。用戶程式PLC的用戶程式是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程式。在PLC的應用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程式，以實現(xiàn)控制目的。由於PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習慣和掌握能力，PLC的主要編程語言採用比電腦語言相對簡單、易懂、形象的專用語言。3.3PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.控制方法2.工作方式3.控制速度4.定時和計數(shù)控制5.可靠性和可維護性3.4PLC的工作原理1.迴圈掃描PLC採用迴圈掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：內部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程式執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖2.4所示。圖2.4中當PLC方式開關置於RUN（運行）時，執(zhí)行所有階段；當方式開關置於STOP（停止）時，不執(zhí)行後3個階段，此時可進行通信處理，如對PLC聯(lián)機或離線編程。圖2.4工作原理圖可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程式和輸出處理過程的原理如圖2.5所示。PLC執(zhí)行的五個階段，稱為一個掃描週期，PLC完成一個週期後，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行。圖2.5程式執(zhí)行原理圖2.與電腦的異同

相同點：（1）基本結構相同

（2）程式執(zhí)行原理相同

不同點：

兩者的不同點主要體現(xiàn)在工作方式上。3.與繼電接觸器的異同

相同點：圖形結構和邏輯關係相同。

不同點：（1）實現(xiàn)原理不同（2）工作方式不同返回本節(jié)3.5PLC的性能指標與發(fā)展趨勢3.5.1PLC的性能指標3.5.2PLC的發(fā)展趨勢3.5.1技術性能指標

1.外形尺寸

2.輸入輸出點數(shù)

3.機器字長

4.速度5.指令系統(tǒng)6.記憶體容量7.擴展性8.通信功能

返回本章首頁3.5.2PLC的發(fā)展趨勢1．向高速度、大容量方向發(fā)展2．向超大型、超小型兩個方向發(fā)展3．PLC大力開發(fā)智能模組，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力4．增強外部故障的檢測與處理能力5．編程語言多樣化3.6國內外PLC產(chǎn)品介紹1.美國PLC產(chǎn)品2.歐洲PLC產(chǎn)品3.日本PLC產(chǎn)品4.我國PLC產(chǎn)品返回本章首頁THANKYOUVERYMUCH！本章到此結束，謝謝您的光臨！返回本章首頁結束放映第4章S7-200可編程序控制器4.1

S7-200PLC系統(tǒng)基本組成4.2S7-200PLC的主要性能4.3S7-200PLC的存儲區(qū)域4.4S7-200PLC的尋址方式本章學習目的本章以西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列小型可編程序控制器為例，介紹具體型號的PLC，內容包括：l

S7-200可編程序控制器的系統(tǒng)組成l

編程元件及程式知識l

存儲區(qū)域l

尋址方式返回本章首頁4.1S7-200PLC系統(tǒng)基本組成4.1.1基本單元4.1.2個人電腦或編程器4.1.3STEP7-Micro/WIN32編程軟體4.1.4通信電纜4.1.5人機介面4.1.6擴展模組以及功能模組返回本章首頁4.1

S7-200PLC系統(tǒng)基本組成德國的西門子（SIEMENS）公司是歐洲最大的電子和電氣設備製造商，生產(chǎn)的SIMATIC可編程序控制器在歐洲處於領先地位。其第一代可編程序控制器是1975年投放市場的SIMATICS3系列的控制系統(tǒng)。在1979年，微處理器技術被應用到可編程序控制器中，產(chǎn)生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之後在20世紀末又推出了S7系列產(chǎn)品。最新的SIMATIC產(chǎn)品為SIMATICS7、M7和C7等幾大系列。返回本章首頁從CPU模組的功能來看，SIMATICS7-200系列小型可編程序控制器發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品其CPU模組為CPU21X，主機都可進行擴展，它具有四種不同結構配置的CPU單元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216，對第一代PLC產(chǎn)品不再作具體介紹。第二代產(chǎn)品其CPU模組為CPU22X，是在21世紀初投放市場的，速度快，具有較強的通信能力。它具有四種不同結構配置的CPU單元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加擴展模組。4.1系統(tǒng)基本構成

SIMATICS7-200系統(tǒng)由硬體和工業(yè)軟體兩大部分構成，如圖3.1所示。圖4.1

S7-200PLC系統(tǒng)組成系統(tǒng)基本構成1.硬體（1）基本單元（2）擴展單元（3）特殊功能模組（4）相關設備2.工業(yè)軟體工業(yè)軟體是為更好地管理和使用這些設備而開發(fā)的與之相配套的程式、文檔及其規(guī)則的總和，它主要由標準工具、工程工具、運行軟體和人機介面等幾大類構成。返回本節(jié)4.1.1基本單元

1.各CPU介紹及I/O系統(tǒng)（1）主機外形SIMATICS7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機（CPU模組）的外形如圖3.2所示：圖4.2

S7-200主機外形（2）基本結構特點輸出信號類型電源輸出基本I/O存儲安全高速反應模擬電位器即時時鐘輸入輸出可擴展性4種CPU各有電晶體輸出和8繼電器輸出兩種類型，具有不同電源電壓和控制電壓。各類型的型號如表3.1所示。表4.1

CPU型號SIMATICS7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機及I/O特性如表3.2所示。表4.2主機及I/O特性4.1.2個人電腦或編程器個人電腦或編程器裝上STEP7-Micro/WIN32編程軟體後，即可供用戶進行程式的編制、編輯、調試和監(jiān)控。

要求個人電腦的最低配置：Windows95、Windows98、WindowsME或者Windows2000等操作系統(tǒng)；IBM486以上相容機，記憶體8MB以上，VGA顯示器，至少50MB以上硬碟空間，Windows支持的滑鼠。4.1.3STEP7-Micro/WIN32編程軟體STEP7-Micro/WIN32編程軟體是基於Windows的應用軟體，它支持32位Windows95、Windows98和WindowsME或者Windows2000等使用環(huán)境。它的基本功能是創(chuàng)建、編輯、調試用戶程式、系統(tǒng)組態(tài)等。4.1.4通信電纜通信電纜是PLC用來與個人電腦實現(xiàn)通信的，它可以用PC/PPI電纜；使用通信處理器時，可用多點介面電纜（MPI）電纜；使用MPI卡時，可以用MPI卡專用的通信電纜。4.1.5人機介面人機介面主要指的是專用操作介面，例如操作員面板、觸摸屏、文本顯示器等，這些設備可以使用戶通過友好的操作介面輕鬆地完成各種調整和控制的任務。操作員面板和觸摸屏的基本功能是過程狀態(tài)和過程控制的可視化。文本顯示器的基本功能是文本資訊顯示和實施操作，在操作系統(tǒng)中可以設定和修改參數(shù)?？删幊痰?個功能鍵可以作為控制鍵，文本顯示器還能擴展PLC的輸入和輸出端子數(shù)。4.1.6擴展模組以及功能模組●功能模組擴展當需要完成某些特殊功能的控制系統(tǒng)，CPU主機可以擴展特殊功能模組，一般的特殊功能模組有SM253位置控制模組，EM241數(shù)據(jù)機模組等?！馡/O點數(shù)擴展S7-200PLC的CPU所提供的本機I/O點和I/O地址是固定的，進行擴展時，可以在CPU右邊連接多個擴展模組，每個擴展模組的組態(tài)地址編號取決於各模組的類型和該模組在I/O鏈中所處的位置。編制方法就是同種類型輸入或輸出點的模組在鏈中按與主機的位置而遞增，其他類型模組的有無及所處的位置不影響本類型模組的編號。4.2S7-200系列PLC的主要技術性能4.2.1一般性能4.2.2．輸入特性4.2.3輸出特性4.2.4擴展單元的主要技術特性4.2.1一般性能表4-3S7-200CPU224一般性能電源電壓DC24V，AC100~230V環(huán)境溫度、濕度水準安裝0~550C，垂直安裝0~450C，5~95%大氣壓860~1080hPa保護等級IP20到IEC529輸出給感測器的電壓DC24V（20.4-28.8V）輸出給感測器的電流280mA，電子式短路保護（600mA）4.2.2輸入特性表4-4S7-200CPU224輸入特性類型源型或匯型輸入電壓DC24V，“1信號”：14-35A，“0信號”：0-5A，隔離光耦隔離，6點和8點輸入電流“1信號”：最大4mA輸入延遲（額定輸入電壓）所有標準輸入：全部0.2-12.8ms（可調節(jié)）中斷輸入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms（可調節(jié)）高速計數(shù)器：（I0.0-0.5）最大30kHz4.2.3輸出特性表4-6S7-200CPU224的輸出特性類型電晶體輸出型繼電器輸出型額定負載電壓DC24V（20.4-28.8V）DC24V（4-30V）AC24-230V（20-250V）輸出電壓“1信號”：最小DC20VL+/L-隔離光耦隔離，5點繼電器隔離，3點和4點最大輸出電流“1信號”：0.75A“1信號”：2A最小輸出電流“0信號”：10μsA“0信號”：0mA輸出開關容量阻性負載：0.75A燈負載：5W阻性負載：2A燈負載：DC30W，AC200W4.2.4擴展單元的主要技術特性（1）輸入/輸出擴展模組S7-200CPU上已經(jīng)集成了一定數(shù)量的數(shù)字量I/O點，但如用戶需要多於CPU單元I/O點時，必須對系統(tǒng)做必要的擴展。CPU221無I/O擴展能力，CPU222最多可連接2個擴展模組（數(shù)字量或模擬量），而CPU224和CPU226最多可連接7個擴展模組。4.2.4擴展單元的主要技術特性（2）熱電偶/熱電阻擴展模組熱電偶、熱電阻模組（EM231）是為CPU222，CPU224，CPU226設計的，S7-200與多種熱電偶、熱電阻的連接備有隔離介面。用戶通過模組上的DIP開關來選擇熱電偶或熱電阻的類型，接線方式，測量單位和開路故障的方向。4.2.4擴展單元的主要技術特性（3）通訊擴展模組除了CPU集成通訊口外，S7-200還可以通過通訊擴展模組連接成更大的網(wǎng)路。S7-200系列目前有兩種通訊擴展模組：PROFIBUS-DP擴展從站模組（EM277）和AS-i介面擴展模組（CP243-2）。4.3S7-200系列PLC的記憶體區(qū)域4.3.1數(shù)據(jù)區(qū)空間記憶體的地址表示格式4.3.2數(shù)據(jù)區(qū)空間記憶體區(qū)域4.3.1數(shù)據(jù)區(qū)空間記憶體的地址表示格式

1.位地址格式數(shù)據(jù)區(qū)空間記憶體區(qū)域的某一位的地址格式是由記憶體區(qū)域標誌符、位元組地址及位號構成。如圖4-5所示，V5.4表示圖中黑色標記的位地址，V是變數(shù)記憶體的區(qū)域標誌符，5是位元組地址，4是位號，在位元組地址5和位號4之間用點號“.”隔開。4.3.1數(shù)據(jù)區(qū)空間記憶體的地址表示格式

2.位元組、字和雙字地址格式數(shù)據(jù)區(qū)空間記憶體區(qū)域的位元組、字和雙字地址格式由區(qū)域標誌符、數(shù)據(jù)長度以及該位元組、字或者雙字的起始位元組地址構成。圖4-6中，用VB100，VW100，VD100分別表示位元組、字和雙字的地址。VW100由VB100~VB103四個位元組組成。3.其他地址格式數(shù)據(jù)區(qū)空間記憶體區(qū)域中，還包括定時器記憶體、計數(shù)器記憶體、累加器、高速計數(shù)器等。它們是模擬相關的電器元件的，它們的地址格式為：區(qū)域標誌符和元件號，例T24表示某定時器的地址，T是定時器的區(qū)域標誌符，24是定時器號。4.3.2數(shù)據(jù)區(qū)空間記憶體區(qū)域1.輸入映像寄存器（I）2.輸出映像寄存器（Q）3.內部標誌位記憶體（M）4.變數(shù)記憶體（V）5.局部記憶體（L）6.順序控制繼電器記憶體（S）4.3.2數(shù)據(jù)區(qū)空間記憶體區(qū)域7.定時器記憶體（T）8.計數(shù)器記憶體（C）9.模擬量輸入映像寄存器（AI）10．模擬量輸出映像記憶體（AQ）11.累加器（AC）12.高速計數(shù)器（HC）13.特殊標誌位記憶體（SM）4.4S7-200系列PLC的尋址方式4.4.1立即尋址指令直接給出運算元，運算元緊跟著操作碼，在取出指令的同時也就取出了運算元，立即有運算元可以用，所以稱為立即運算元或者立即尋址。立即尋址方式可用來提供常數(shù)，設置初始值等。指令中常常使用常數(shù)。常數(shù)值可分為位元組、字和雙字型數(shù)據(jù)。CPU以二進位方式存儲所有常數(shù)。指令中可用十進位、十六進制、ASCII碼或浮點數(shù)形式來表示。十進位、十六進制、ASCII碼及浮點數(shù)的表示格式距離如下：十進位常數(shù)：30112十六進制常數(shù)：16#42FASCII碼或者浮點常數(shù)：+1.112234E-10（正數(shù)）-1.328465E-10（負數(shù)）二進位常數(shù)：2#0101_11104.4S7-200系列PLC的尋址方式4.4.2直接尋址指令直接給出操作上的地址的尋址方式稱為直接尋址。運算元的地址應該按規(guī)定的格式表示。指令中數(shù)據(jù)類型應與指令識別字相匹配4.4.2直接尋址1.位尋址格式按位尋址時的格式為：Ax.y，使用時必須指定元件名稱、位元組地址和位號。2.特殊器件的尋址格式存儲區(qū)內另有一些元件是具有一定功能的器件，不用指出它們的位元組，而是直接寫出其編號。3.位元組、字和雙字的尋址格式對位元組、字和雙字數(shù)據(jù)，直接尋址時需指明元件名稱、數(shù)據(jù)類型和存儲區(qū)域內的首位元組地址。4.4.3間接尋址1.建立指針2.使用指針來存儲數(shù)據(jù)3.修改指針第五章S7-200系列PLC的基本指令

5.1S7-200編程的基本概念

5.2基本邏輯指令

5.3程式控制指令

5.4PLC初步編程指導

5.5簡單程式編制5.1 S7-200編程的基本概念

5.1.1編程語言

5.1.2數(shù)據(jù)類型

5.1.3用戶程式的結構

5.1.4編程的一般約定

返回5.1.1編程語言可編程控制器的工作過程是依據(jù)一連串的控制指令來進行的，這些控制指令就是我們常說的編程語言?？删幊炭刂破鞯木幊陶Z言一般有梯形圖、語句表、功能塊圖和電腦高級語言等幾種。S7-200可編程控制器一般使用梯形圖、語句表和功能塊圖。

梯形圖是一種圖形語言，它任沿用了繼電器的觸點和線圈等符號。它是以繼電器控制系統(tǒng)的電器原理圖為基礎演變而來的，易於初學者使用，圖形表示易於理解，而且全世界通用。

PLC的梯形圖使用的內部繼電器，定時器和計數(shù)器等都是通過軟體來實現(xiàn)的，使用方便，修改靈活。例如圖5-1所示，該控制程式具有啟動自鎖、延時斷開的功能。

圖5-1梯形圖編程實例語句表是通過指令助記符控制程式的，類似電腦組合語言，它適合有經(jīng)驗的程式員。不同廠家的PLC所採用的指令集往往不同，所以對於同一個梯形圖，書寫的語句表指令形式也不盡相同。語句是用戶程式的基本單元，每條語句都規(guī)定了CPU該如何動作，實現(xiàn)什麼功能。PLC的語句表由操作碼和運算元構成：操作碼

運算元…

操作碼告訴CPU要執(zhí)行的功能，運算元提供執(zhí)行過程中所需的參數(shù)。應該注意的是，有的操作碼是沒有運算元的。

5.1.1編程語言與圖5-1相對應的語句表指令如圖5-2所示：圖5-2語句表編程實例功能塊圖又稱邏輯盒指令，它沿用了半導體邏輯電路的邏輯方框圖，沒有像梯形圖中的觸點和線圈，對每種功能都使用一個運算方法，其運算功能由方框圖內的符號確定?？刂七壿嫵Ｓ谩芭c”、“或”、“非”三種邏輯功能來表達，方框的左邊為輸入，右邊為輸出。與圖5-1相對應的功能塊圖如圖5-3所示：5.1.1編程語言圖5-3功能塊圖編程實例由於各廠家生產(chǎn)的PLC系列各不相同，使用的指令符號也各有差異，不過梯形圖編程基本上大同小異。本書都是基於SimatlcS7-200系列可編程控制器來介紹梯形圖、語句表指令的編程方法。5.1.2數(shù)據(jù)類型(1)基本數(shù)據(jù)類型S7-200PLC指令系統(tǒng)所用的數(shù)據(jù)類型包括：1位布爾型(BOOL)、8位位元組型(BYTE)、16位無符號整數(shù)(WORD)、16位有符號整數(shù)(INT)、32位無符號整數(shù)(DWORD)、32位有符號整數(shù)(DINT)以及32位實數(shù)(REAL)。16位無符號整數(shù)一般稱為“字”，32為無符號整數(shù)一般稱為“雙字”；16位有符號整數(shù)習慣上稱為“整數(shù)”，32為有符號整數(shù)稱為“雙整數(shù)”。實數(shù)REAL類型是按照ANSI/IEEE754-1985的標準的表示格式規(guī)定的。(2)數(shù)據(jù)長度與數(shù)值範圍CPU記憶體中存放的數(shù)據(jù)類型可以為BOOL、BYTE、WORD、INT、DWORD、DINT和REAL。不同的數(shù)據(jù)類型具有不同的數(shù)據(jù)長度和數(shù)值範圍。如表5-1所示：表5-1數(shù)據(jù)長度與數(shù)值範圍SIMATIC指令集中，不同的指令所需運算元的數(shù)據(jù)類型一般不同，例如傳送操作指令分為位元組傳送、比傳送和雙字傳送等，在編程過程中，要稍加留意。數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)長度數(shù)值範圍(十進位表示)位(BOOL)10、1位元組(BYTE)80～255字(WORD)160～65535整數(shù)NT)16-32768～32767雙字WORD)320～4294967295雙整數(shù)NT)32-2147483648～2147483647實數(shù)EAL)32-1038～10385.1.3用戶程式的結構S7-200程式有三種，即主程序OB1、副程式SBR0～SBR63和中斷程式INT0～INT127。主程序只有一個；副程式最多可以有64個，一般在主程序裏調用副程式，當然也可以在副程式或中斷程式裏面調用副程式；中斷程式最多可以有128個，中斷程式的調用由各種中斷事件觸發(fā)，包括輸入中斷、定時中斷、高速計數(shù)器中斷、通信中斷等。S7-200的程式結構可分為兩種，即線性程式結構和分塊程式結構。(1)線性程式結構線性程式是指一個工程的全部控制任務都按照工程控制的順序寫在同一個程式中，一般寫在主程序OB1中。程式執(zhí)行過程中，CPU不斷的掃描主程序OB1，按照編寫好的指令代碼順序地執(zhí)行控制工作，如圖5-4所示。線性程式結構簡單明瞭，但是僅適合控制量比較小的場合，控制任務越大，線性程式的結構就越複雜，CPU執(zhí)行效率就越低，系統(tǒng)越不穩(wěn)定。(2)分塊程式結構分塊程式是指把一個工程的全部控制任務分成多個任務模組，每個模組的控制任務則根據(jù)具體情況編寫相應的副程式進行處理，或者放到中斷程式中去。在程式執(zhí)行過程中，CPU不斷的掃描主程序OB1，碰到副程式調用指令就轉移到相應的副程式中去執(zhí)行，遇到中斷請求，就調用相應的中斷程式，如圖5-5所示。分塊程式雖然結構複雜一點，但是可以把一個複雜的控制任務分解成多個簡單的控制任務過。分塊程式有利於程式員編寫代碼，而且程式調試起來也比較簡單。所以，對於一些相對複雜的工程控制，建議使用分塊程式結構。5.1.3用戶程式的結構主程序OB1控制任務1控制任務2控制任務3…………控制任務n圖5-4線性程式結構主程序OB1副程式SBR0副程式SBR1副程式SBR2…………副程式SBRnSBR1任務模組1SBR0任務模組0SBR2任務模組2SBRn任務模組n圖5-5分塊程式結構5.1.4編程的一般約定(1)網(wǎng)路在梯形圖中，程式被分成稱為網(wǎng)路的一個個段。一個網(wǎng)路就是觸點、線圈和功能框的有順序排列，這些元件連在一起組成一個從左母線到右母線之間的完整電路。梯形圖和功能塊圖中使用網(wǎng)路這個概念給程式分段和注釋，語句表程式不使用網(wǎng)路，而是使用關鍵字“NETWORK”對程式進行分段。STEP-Micro/WIN32允許以網(wǎng)路為單位給程式建立注釋。(2)執(zhí)行分區(qū)在梯形圖、語句表或功能塊圖中，一個程式包含至少一個必需部分和其他可選部分。必需部分是主程序，可選部分包括一個或多個子程式或者中斷程式。通過選擇STEP-Micro/WIN32的分區(qū)選項，可以方便地切換到程式的各個分區(qū)。(3)EN/ENO定義EN(允許輸入)是梯形圖和功能塊圖中功能框的布爾量輸入。對要執(zhí)行的功能框，這個輸入必須存在能量流。在語句表中，指令沒有EN輸入，但是對於要執(zhí)行的語句表指令，棧頂?shù)闹当仨氈谩?”。ENO(允許輸出)是梯形圖和功能塊圖中功能框的布爾量輸出。如果功能框的EN輸入存在能量流，功能框能夠準確地執(zhí)行其功能，那麼ENO輸出將把能量流傳到下一個單元。如果在執(zhí)行過程中出現(xiàn)錯誤，則能量流就在出現(xiàn)錯誤的功能框上終止。(4)條件/無條件輸入在梯形圖和功能塊圖中，與能量流有關的功能框或線圈用不是