電氣控制與三菱PLC控制技術(shù) 課件 第1-6章　電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)-三菱FX3U系列PLC程序設(shè)計(jì)

1.1緒論 1.2常用低壓電器1.3電氣控制線路的繪圖規(guī)則1.1緒論 電氣控制系統(tǒng)是指由若干電氣元件組合而成的，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)或某些對(duì)象的控制，從而保證被控設(shè)備安全、可靠運(yùn)行的系統(tǒng)，其主要功能有自動(dòng)控制、保護(hù)、監(jiān)視和測(cè)量?，F(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)的觸角已伸向各行各業(yè)，從食品加工到服裝加工、從大棚蔬菜種植到機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)、從民用電器加工到軍工產(chǎn)品生產(chǎn)，處處都有它的身影。電氣控制技術(shù)的發(fā)展也走過(guò)了幾個(gè)比較有代表性的階段，了解這幾個(gè)有代表性的發(fā)展階段及其特點(diǎn)，對(duì)于學(xué)習(xí)電氣控制技術(shù)有很大幫助。1.開(kāi)關(guān)控制電氣階段早期的電氣控制都比較簡(jiǎn)單，主要是實(shí)現(xiàn)電器與電源之間的通斷控制。由于當(dāng)時(shí)的電器電壓不是很高，電流不是很大，所以開(kāi)關(guān)普遍采用裸露的非封閉形式，因此稱為可見(jiàn)斷點(diǎn)開(kāi)關(guān)。比較有代表性的開(kāi)關(guān)電器就是刀開(kāi)關(guān)，至今仍然在普遍使用。由于開(kāi)關(guān)一般由人直接操作，開(kāi)關(guān)的通斷速度很慢，因此只能用于低壓且電流不太大的控制場(chǎng)合。2.繼電控制電氣階段繼電控制系統(tǒng)是利用具有繼電特性的元件進(jìn)行控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)。所謂繼電特性，是指在輸入信號(hào)作用下輸出僅為通、斷等幾個(gè)狀態(tài)的特性。由于其控制方式是斷續(xù)的，因此也稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。各種接觸器、繼電器的使用，對(duì)電氣控制技術(shù)的發(fā)展具有決定性意義。繼電器與早期的開(kāi)關(guān)電器相比具有許多優(yōu)異的特點(diǎn)，如具有記憶功能、動(dòng)作速度快、可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離控制、具有放大作用、可以實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)、可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能等。正是由于繼電器具有上述強(qiáng)大功能，自動(dòng)裝置上的繼電器與其他電器一起可以組成程序控制線路，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。由于繼電器的出現(xiàn)，人類才第一次實(shí)現(xiàn)了電氣控制自動(dòng)化。因此，繼電器的運(yùn)用在電氣控制的發(fā)展史上具有里程碑意義。繼電器接觸式控制系統(tǒng)具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便實(shí)用、易于維護(hù)、控制容量大、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉、控制裝置比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。同樣功率下，繼電控制裝置的質(zhì)量和體積在各類控制系統(tǒng)中是比較小的，因此它被廣泛應(yīng)用于各類電氣控制設(shè)備中。目前，繼電器接觸式控制仍然是電氣控制設(shè)備中最基本的控制形式之一，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)至今仍在許多生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用。繼電控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是控制的非線性，同時(shí)存在接線方式固定、靈活性差、難以適應(yīng)復(fù)雜和程序可變的控制對(duì)象的要求，以及工作頻率低等。由于繼電控制系統(tǒng)的電氣接點(diǎn)太多，而且接點(diǎn)容易銹蝕、燒蝕、熔合及接觸不良，因此繼電控制系統(tǒng)的故障率較高，存在可靠性差的問(wèn)題。同時(shí)繼電器的線圈耗電量很大，也不易實(shí)現(xiàn)電氣控制設(shè)備小型化的要求。3.數(shù)字邏輯控制階段開(kāi)關(guān)電器和繼電器控制的實(shí)質(zhì)就是開(kāi)關(guān)量的控制，因?yàn)橹挥薪油ā?”和斷開(kāi)“0”兩個(gè)狀態(tài)。這里所講的數(shù)字邏輯控制階段是指集成電路被普遍采用以后，使用邏輯門電路進(jìn)行的數(shù)字邏輯控制。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于大量存在一些用開(kāi)關(guān)量控制的簡(jiǎn)單的程序控制過(guò)程，而實(shí)際生產(chǎn)工藝和流程又是經(jīng)常變化的，傳統(tǒng)的繼電器接觸式控制系統(tǒng)通常不能滿足這種要求，因此曾出現(xiàn)了繼電器接觸控制與電子技術(shù)相結(jié)合的控制裝置，叫作順序控制器。它是通過(guò)組合邏輯元件插接來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電器接觸控制的，但裝置體積大，功能也受到一定限制。集成電路的邏輯門芯片具有體積小、質(zhì)量輕、耗電量小、工作可靠的特點(diǎn)。由集成的各種門電路、觸發(fā)器、寄存器、編碼器、譯碼器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器組成的組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，已廣泛應(yīng)用在電氣自動(dòng)控制中，并且比較成功地解決了組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象。數(shù)字邏輯控制階段最為成功的案例是數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用。為解決占機(jī)械總加工量80%左右的單件和小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化難題，20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床。它綜合應(yīng)用了數(shù)字邏輯控制、檢測(cè)、自動(dòng)控制和機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的最新技術(shù)成就。數(shù)控機(jī)床由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體等部分組成，其中伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控機(jī)床加工精度和生產(chǎn)率的主要因素之一。4.電子計(jì)算機(jī)控制階段1971年，Intel公司設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)微處理器芯片Intel4004，并以它為核心組成了世界上第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)MCS-4，開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新時(shí)代。專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的單片機(jī)也在不久后誕生。單片機(jī)又稱單片微控制器，一塊芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它體積小，質(zhì)量輕，價(jià)格便宜，軟件可修改，為應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。利用單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)柔性控制、通信技術(shù)、多目標(biāo)控制、仿真與智能控制等功能。單片機(jī)雖然具有強(qiáng)大的功能，但是它的價(jià)格卻不高(一般在10元以內(nèi))。低廉的價(jià)格和強(qiáng)大的功能為單片機(jī)在電氣控制領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。目前，單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通信設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，電氣控制技術(shù)也發(fā)生了根本性的變化。在20世紀(jì)70年代，人們將計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)引入順序控制器，產(chǎn)生了新型工業(yè)控制器——?可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController，PLC，簡(jiǎn)稱可編程控制器)，它兼?zhèn)溆?jì)算機(jī)控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點(diǎn)，故目前在世界各國(guó)已作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用電器普遍應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域?？删幊炭刂破骷夹g(shù)以硬接線的繼電器-接觸器控制為基礎(chǔ)，逐步發(fā)展為既有邏輯控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)，又有運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的控制裝置。它可通過(guò)數(shù)字量或模擬量的輸入、輸出滿足各種類型設(shè)備控制的需要?？删幊炭刂破骷坝嘘P(guān)外部設(shè)備，均按既易于與工業(yè)控制系統(tǒng)組成一個(gè)整體，又易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破饕殉蔀樯a(chǎn)機(jī)械設(shè)備中開(kāi)關(guān)量控制的主要電氣控制裝置。PLC是利用單片機(jī)技術(shù)，模仿繼電器的控制原理發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)70年代的PLC只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制。它用來(lái)存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，來(lái)完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過(guò)程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步(步序號(hào)為零)起依次執(zhí)行到最終步(通常為END指令)，再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)，可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。PLC作為離散控制的首選產(chǎn)品，以微處理器為核心，通過(guò)軟件手段實(shí)現(xiàn)各種控制功能。它具有通用性強(qiáng)，可靠性高，能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，編程簡(jiǎn)便易學(xué)、易于掌握，體積小，維修工作少，現(xiàn)場(chǎng)連接安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。1.2常用低壓電器低壓電器是實(shí)現(xiàn)電氣控制線路的基本器件，是一種能根據(jù)外界的信號(hào)和要求，手動(dòng)或自動(dòng)地接通、斷開(kāi)電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或非電對(duì)象的切換、控制、保護(hù)、檢測(cè)、變換和調(diào)節(jié)的元件或設(shè)備?？砂措娖鞴ぷ麟妷旱母叩?，以交流1200?V、直流1500?V為界，劃分為高壓控制電器和低壓控制電器兩大類；按電器的動(dòng)作性質(zhì)可分為手動(dòng)電器和自動(dòng)電器；按電器的性能和用途可分為控制電器和保護(hù)電器；按有無(wú)觸點(diǎn)可分為有觸點(diǎn)電器和無(wú)觸點(diǎn)電器；按電器的工作原理又可分為電磁式控制電器和非電磁式控制電器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國(guó)防以及人們的日常生活中，大多數(shù)時(shí)候采用低壓供電，因此低壓電器被大量使用。低壓電器的種類也特別繁多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)各式各樣，生產(chǎn)廠家眾多。目前，比較知名的國(guó)外低壓電器生產(chǎn)廠商有西門子公司(德國(guó))、施耐德公司(法國(guó))、OMRON公司(日本)、ABB公司(瑞士)、通用GE電氣(美國(guó))等；國(guó)內(nèi)知名的廠商有正泰公司、德力西公司、上海華通企業(yè)集團(tuán)、TCL工業(yè)電器、CNC長(zhǎng)城電器等。下面介紹一些常用的控制系統(tǒng)中的低壓電器元件。1.2.1開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)(CircuitBreaker)是指可以使電路開(kāi)路、使電流中斷或使其流到其他電路的電子元件，是一種最常見(jiàn)的低壓電器。圖1-1為幾種常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)外形。在配電和電機(jī)保護(hù)電路中經(jīng)常使用的開(kāi)關(guān)種類非常多，如刀開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、組合開(kāi)關(guān)、斷路器等。在PLC自動(dòng)控制電路中，使用最多的是斷路器。斷路器的圖形及文字符號(hào)如圖1-2所示。1.2.2接觸器接觸器(Contactor)是指利用通電線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸點(diǎn)閉合來(lái)控制負(fù)載的電器。接觸器分為交流接觸器和直流接觸器，它應(yīng)用于電力、配電與用電場(chǎng)合，經(jīng)常安裝在電動(dòng)機(jī)的控制回路中，也可用于控制工廠設(shè)備﹑電熱器﹑工作母機(jī)和各種電力機(jī)組等電力負(fù)載。接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護(hù)作用。接觸器控制容量大，適用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制，最高操作頻率可達(dá)每分鐘20次，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要元件。在工業(yè)電氣中，接觸器的型號(hào)很多，工作電流為5～1000?A，其用途相當(dāng)廣泛。如圖1-3所示為部分接觸器的外形。接觸器的工作原理是：接觸器線圈通電后，線圈電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，使靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力吸引動(dòng)鐵芯，并帶動(dòng)接觸器觸點(diǎn)動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點(diǎn)復(fù)原，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)閉合。接觸器一般利用主觸點(diǎn)來(lái)控制電路，用輔助觸點(diǎn)來(lái)導(dǎo)通控制回路。主觸點(diǎn)一般是常開(kāi)觸點(diǎn)，而輔助觸點(diǎn)有常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用?？諝馐诫姶沤佑|器(MagneticContactor)主要由接點(diǎn)系統(tǒng)、電磁操動(dòng)系統(tǒng)、支架、輔助接點(diǎn)和外殼(或底架)組成。因?yàn)榻涣麟姶沤佑|器的線圈一般采用交流電源供電，在接觸器激磁之后，通常會(huì)有一聲高分貝的“咯”的噪聲，這也是電磁式接觸器的特色。20世紀(jì)80年代后，各國(guó)研究交流接觸器電磁鐵的無(wú)聲和節(jié)電問(wèn)題，基本的可行方案之一是將交流電源用變壓器降壓后，再經(jīng)內(nèi)部整流器轉(zhuǎn)變成直流電源供電，但這種復(fù)雜的控制方式并不多見(jiàn)。真空接觸器是接點(diǎn)系統(tǒng)采用真空滅弧室的接觸器。真空滅弧室的外殼用玻璃或陶瓷等絕緣材料制成，內(nèi)部的真空度通常在0.01?Pa以上。由于殼內(nèi)的空氣少，觸點(diǎn)開(kāi)距可以做得很小，電弧也較容易被熄滅。觸點(diǎn)材料一般用銅、銻、鋨等合金制成。滅弧室內(nèi)屏蔽罩的作用是：當(dāng)分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，凝結(jié)觸點(diǎn)間隙中擴(kuò)散出來(lái)的金屬蒸氣，有助于熄弧，還可以防止金屬蒸氣濺落到絕緣外殼上降低其絕緣強(qiáng)度。動(dòng)觸點(diǎn)與外殼下端用波紋管連接，動(dòng)觸點(diǎn)可以上下運(yùn)動(dòng)又不會(huì)漏氣。半導(dǎo)體接觸器是一種通過(guò)改變電路回路的導(dǎo)通狀態(tài)和斷路狀態(tài)來(lái)完成電流操作的接觸器。永磁交流接觸器是利用磁極的同性相斥、異性相吸的原理，用永磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)取代傳統(tǒng)的電磁鐵驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而形成的一種微功耗接觸器。1.2.3繼電器最早的繼電器(Relay)是一種利用電磁鐵在通電和斷電時(shí)磁力產(chǎn)生和消失的現(xiàn)象，來(lái)控制另一高電壓、高電流電路開(kāi)合的低壓電器。它的出現(xiàn)使得電路的遠(yuǎn)程控制和保護(hù)等工作得以順利進(jìn)行。繼電器是人類科技史上的一項(xiàng)偉大發(fā)明創(chuàng)造，它不僅是電氣工程的基礎(chǔ)，也是電子技術(shù)、微電子技術(shù)的重要基礎(chǔ)。繼電器按工作原理或結(jié)構(gòu)特征分為以下幾類：(1)電磁繼電器：利用輸入電路內(nèi)電流在電磁鐵鐵芯與銜鐵間產(chǎn)生的吸力作用而工作的一種電氣繼電器。其結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖1-5所示。(2)固體繼電器：由無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的電子元件構(gòu)成的、輸入和輸出隔離的一種繼電器。(3)溫度繼電器：當(dāng)外界溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)才動(dòng)作的繼電器。(4)舌簧繼電器：利用密封在管內(nèi)、具有觸點(diǎn)簧片和銜鐵磁路雙重作用的舌簧動(dòng)作來(lái)開(kāi)、閉或轉(zhuǎn)換線路的繼電器。(5)時(shí)間繼電器：當(dāng)加上或除去輸入信號(hào)時(shí)，輸出部分需延時(shí)或限時(shí)到規(guī)定時(shí)間才閉合或斷開(kāi)其被控線路的繼電器。(6)高頻繼電器：用于切換高頻、射頻線路而具有最小損耗的繼電器。(7)極化繼電器：由極化磁場(chǎng)與控制電流通過(guò)控制線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)綜合作用而動(dòng)作的繼電器。繼電器的動(dòng)作方向取決于控制線圈中流過(guò)的電流方向。(8)其他類型的繼電器，如光繼電器、聲繼電器、熱繼電器、儀表式繼電器、霍爾效應(yīng)繼電器、差動(dòng)繼電器等。由于繼電器形式很多，其體積和外形也各不相同。圖1-6所示為幾種繼電器的外形。1.2.4熔斷器熔斷器(Fuse)是指當(dāng)電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，以本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，斷開(kāi)電路的一種電器。熔斷器廣泛應(yīng)用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，作為短路和過(guò)電流的保護(hù)器，是應(yīng)用最普遍的保護(hù)器件之一。常見(jiàn)熔斷器有以下種類：(1)插入式熔斷器：常用于380?V及以下電壓等級(jí)的線路末端，作為配電支線或電氣設(shè)備的短路保護(hù)用。(2)螺旋式熔斷器：熔體的上端蓋有一熔斷指示器，一旦熔體熔斷，指示器馬上彈出，可透過(guò)瓷帽上的玻璃孔觀察到。它常用于機(jī)床電氣控制設(shè)備中。螺旋式熔斷器的分?jǐn)嚯娏鬏^大，可用于電壓等級(jí)500?V及其以下、電流等級(jí)200?A以下的電路中，作短路保護(hù)。(3)封閉式熔斷器：分有填料熔斷器和無(wú)填料熔斷器兩種。有填料熔斷器一般采用方形瓷管，內(nèi)裝石英砂及熔體，分?jǐn)嗄芰?qiáng)，用于電壓等級(jí)500?V以下、電流等級(jí)1?kA以下的電路中。無(wú)填料熔斷器將熔體裝入密閉式圓筒中，分?jǐn)嗄芰ι孕?，用?00?V以下、600?A以下電力網(wǎng)或配電設(shè)備中。(4)快速熔斷器：主要用于半導(dǎo)體整流元件或整流裝置的短路保護(hù)。由于半導(dǎo)體元件的過(guò)載能力很低，只能在極短時(shí)間內(nèi)承受較大的過(guò)載電流，因此要求短路保護(hù)具有快速熔斷的能力。快速熔斷器的結(jié)構(gòu)和有填料封閉式熔斷器基本相同，但熔體材料和形狀不同，它的熔體是用銀片沖制的有V形深槽的變截面熔體。(5)自復(fù)熔斷器：采用金屬鈉作熔體，在常溫下具有高電導(dǎo)率。當(dāng)電路發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流產(chǎn)生高溫使鈉迅速汽化，汽態(tài)鈉呈現(xiàn)高阻態(tài)，從而限制了短路電流，當(dāng)短路電流消失后，溫度下降，金屬鈉恢復(fù)原來(lái)的良好導(dǎo)電性能。自復(fù)熔斷器只能限制短路電流，不能真正分?jǐn)嚯娐?。其?yōu)點(diǎn)是不必更換熔體，能重復(fù)使用。熔斷器的外形、圖形符號(hào)、文字符號(hào)如圖1-7所示。1.2.5主令開(kāi)關(guān)主令開(kāi)關(guān)主要用于閉合、斷開(kāi)控制線路，以發(fā)布命令或進(jìn)行程序控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力傳動(dòng)和生產(chǎn)機(jī)械的控制。因此，它是人機(jī)聯(lián)系和對(duì)話所必不可少的一種元件。由于它專門發(fā)送命令或信號(hào)，故稱為主令電器，也稱主令開(kāi)關(guān)，主要類型有按鈕開(kāi)關(guān)、位置開(kāi)關(guān)、萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、主令控制器和其他主令開(kāi)關(guān)，如接近開(kāi)關(guān)、腳踏開(kāi)關(guān)、十字開(kāi)關(guān)、信號(hào)燈等。1.按鈕開(kāi)關(guān)按鈕開(kāi)關(guān)又稱控制按鈕(SwitchButton)，是一種手動(dòng)且一般可以自動(dòng)復(fù)位的低壓電器。按鈕通常用于在電路中發(fā)出啟動(dòng)或停止指令，以控制電磁啟動(dòng)器、接觸器、繼電器等電器線圈電流的接通和斷開(kāi)。按鈕開(kāi)關(guān)是一種按下即動(dòng)作，釋放即復(fù)位的用來(lái)接通和分?jǐn)嘈‰娏麟娐返碾娖?。它一般用于交直流電?40?V以下、電流小于5?A的控制電路中，一般不直接操縱主電路，也可以用于互聯(lián)電路中。在實(shí)際的使用中，為了防止誤操作，通常在按鈕上做出不同的標(biāo)記或涂以不同的顏色加以區(qū)分，其顏色有紅、黃、藍(lán)、白、黑、綠等。一般紅色表示“停止”或“危險(xiǎn)”情況下的操作；綠色表示“啟動(dòng)”或“接通”。急停按鈕必須用紅色蘑菇頭按鈕。按鈕必須有金屬的防護(hù)擋圈，且擋圈要高于按鈕帽，以防止意外觸動(dòng)按鈕而產(chǎn)生誤動(dòng)作。安裝按鈕的按鈕板和按鈕盒的材料必須是金屬的并與機(jī)械的總接地母線相連。按鈕實(shí)物如圖1-8所示，其原理如圖1-9所示，其圖形符號(hào)、文字符號(hào)如圖1-10所示。2.行程開(kāi)關(guān)行程開(kāi)關(guān)(TravelSwitch)是位置開(kāi)關(guān)(又稱限位開(kāi)關(guān))的一種，是一種常用的小電流主令電器。它利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸頭動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開(kāi)關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開(kāi)關(guān)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。它的作用原理與按鈕類似。通常這類開(kāi)關(guān)被用來(lái)限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。圖1-11為部分行程開(kāi)關(guān)外形。行程開(kāi)關(guān)廣泛用于各類機(jī)床和起重機(jī)械，用于控制其行程，進(jìn)行終端限位保護(hù)。在電梯的控制電路中，還利用行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制開(kāi)關(guān)轎門的速度，自動(dòng)開(kāi)關(guān)門的限位，轎廂的上、下限位保護(hù)。行程開(kāi)關(guān)的圖形及文字符號(hào)如圖1-12所示。1.3電氣控制線路的繪圖規(guī)則1.圖形符號(hào)和文字符號(hào)為了便于交流與溝通，我國(guó)參照國(guó)際委員會(huì)(IEC)頒布的有關(guān)文件，制定了電氣設(shè)備的有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，頒布了GB/T18135—2008《電氣工程CAD制圖規(guī)則》、GB/T6988—2008《電氣技術(shù)用文件的編制》、GB/T4728—2018《電氣簡(jiǎn)圖用圖形符號(hào)》、GB/T22371—2013《電氣設(shè)備用圖形符號(hào)》及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從標(biāo)準(zhǔn)頒布之日起，電氣圖中的圖形符號(hào)和文字符號(hào)必須符合最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。1)圖形符號(hào)設(shè)備的圖形符號(hào)由符號(hào)要素、限定符號(hào)、一般符號(hào)以及常用的非電操作控制的動(dòng)作符號(hào)(如機(jī)械控制符號(hào)等)根據(jù)不同的具體器件情況組合構(gòu)成。2)文字符號(hào)用基本文字符號(hào)(單字母符號(hào)和雙字母符號(hào))表示電氣設(shè)備、裝置和大類，如K表示繼電器類元件大類；雙字母符號(hào)由一個(gè)表示大類的單字母與另一表示器件某些特性的字母組成，例如KA表示繼電器類元件中的中間繼電器。2.繪制電氣控制線路原理圖的原則1)電路繪制電氣控制線路原理圖一般分為主電路、控制電路、信號(hào)電路及照明電路等。電氣控制線路原理圖繪制示意圖如圖1-13所示。原理圖可水平布置，也可垂直布置。水平布置時(shí)，電源電路垂直畫，其他電路水平畫，控制電路中的耗能元件(如合斷電器的線圈、信號(hào)燈、照明燈等)要畫在電路的最右方。垂直布置時(shí)，電源電路水平畫，其他電路垂直畫，控制電路中的耗能元件要畫在電路的最下方。電源電路畫成水平線，三相交流電源相序L1、L2、L3由上而下排列，中線N和保護(hù)地線PE畫在相線之下。直流電源則正端在上，負(fù)端在下畫出。主電路是指受電的動(dòng)力裝置及保護(hù)電器，它通過(guò)的是工作電流，且電流較大。主電路要垂直于電源電路畫在原理圖的左側(cè)?？刂齐娐肥侵缚刂浦麟娐饭ぷ鳡顟B(tài)的電路。信號(hào)電路是指顯示主電路工作狀態(tài)的電路。照明電路是指實(shí)現(xiàn)機(jī)床設(shè)備局部照明的電路。這些電路通過(guò)的電流都較小，畫原理圖時(shí)，控制電路、信號(hào)電路、照明電路要依次垂直畫在電路的右側(cè)。2)元器件繪制(1)原理圖中，各電器的觸點(diǎn)位置都按電路未通電或電器未受外力作用時(shí)的常態(tài)位置畫出。(2)原理圖中，各電器元件不畫實(shí)際的外形圖，而采用國(guó)家規(guī)定的統(tǒng)一國(guó)標(biāo)符號(hào)畫出。(3)原理圖中，同一電器的各元件不按它們的實(shí)際位置畫在一起，而是按其在線路中所起作用分畫在不同電路中，但它們的動(dòng)作卻是相互關(guān)聯(lián)的，必須標(biāo)以相同的文字符號(hào)。3)元器件布置圖元器件布置圖用于表明機(jī)械設(shè)備上所有電氣設(shè)備和電氣元件的實(shí)際位置，是電氣控制設(shè)備制造、安裝和維修必不可少的技術(shù)文件。4)接線圖接線圖主要用于安裝接線、線路檢查、線路維修和故障處理。它表示了設(shè)備電控系統(tǒng)中各單元和各元器件間的接線關(guān)系，并標(biāo)注出所需數(shù)據(jù)，如接線端子號(hào)、連接導(dǎo)線參數(shù)等。實(shí)際應(yīng)用中接線圖通常和位置圖一起使用。2.1電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制電路2.2電機(jī)的長(zhǎng)動(dòng)控制電路2.3既能點(diǎn)動(dòng)又能長(zhǎng)動(dòng)的控制電路2.4可逆旋轉(zhuǎn)控制電路2.5自動(dòng)循環(huán)控制電路2.6星形-三角形(Y-△)降壓?jiǎn)?dòng)控制電路2.1電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制電路電動(dòng)機(jī)在各領(lǐng)域的應(yīng)用極其廣泛，許多電動(dòng)機(jī)在電網(wǎng)的允許下可以直接啟動(dòng)。要啟動(dòng)一個(gè)電動(dòng)機(jī)，最簡(jiǎn)單的辦法就是用一個(gè)刀開(kāi)關(guān)。當(dāng)?shù)堕_(kāi)關(guān)合上時(shí)電動(dòng)機(jī)就運(yùn)轉(zhuǎn)，刀開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電動(dòng)機(jī)就停止。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，這種簡(jiǎn)單粗獷的控制方法很不安全，也不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因此在現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中，越來(lái)越多地使用繼電器控制電路。在設(shè)備控制中，常常需要電動(dòng)機(jī)處于短時(shí)重復(fù)工作狀態(tài)，如機(jī)床工作臺(tái)的快速移動(dòng)、電梯檢修、電動(dòng)葫蘆的操作等，均需按操作者的意圖實(shí)現(xiàn)靈活控制，即讓電動(dòng)機(jī)運(yùn)行多久就運(yùn)行多久，能夠完成這個(gè)要求的控制稱為點(diǎn)動(dòng)控制。圖2-1為最簡(jiǎn)單的點(diǎn)動(dòng)控制電路，此電路由按鈕和接觸器構(gòu)成。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB時(shí)，接觸器KM線圈通電，主動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)按SB的手抬起時(shí)，KM線圈失電，接觸器銜鐵在彈簧的作用下復(fù)位，使主動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。此電路在電動(dòng)葫蘆的操作、機(jī)床刀架、橫梁、立柱等快速移動(dòng)場(chǎng)合中得到廣泛應(yīng)用。2.2電機(jī)的長(zhǎng)動(dòng)控制電路在生產(chǎn)實(shí)踐中，有時(shí)不僅要進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制，更多的是需要長(zhǎng)動(dòng)控制，即按下啟動(dòng)按鈕，手抬起后，電動(dòng)機(jī)要保持持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不關(guān)閉。這些電路一般會(huì)使用啟動(dòng)按鈕和停止按鈕來(lái)控制電動(dòng)機(jī)。圖2-2為電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)的長(zhǎng)動(dòng)控制電路圖。要想做到使電動(dòng)機(jī)保持長(zhǎng)動(dòng)，就需要使用接觸器上的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)，將此觸點(diǎn)并聯(lián)在啟動(dòng)按鈕SB1上。在合上刀開(kāi)關(guān)QS后，按下SB1使接觸器得電，隨著接觸器主觸點(diǎn)的閉合，其常開(kāi)輔助觸點(diǎn)也隨之閉合；當(dāng)斷開(kāi)SB1時(shí)，因電流可以通過(guò)此觸點(diǎn)而使接觸器主觸點(diǎn)繼續(xù)吸合，使電路保持原來(lái)狀態(tài)，故稱此電路為自鎖電路。在圖2-2所示的控制電路中，還存在著三重電路保護(hù)措施，這些保護(hù)措施能使電動(dòng)機(jī)安全工作。(1)短路保護(hù)：電路中用熔斷器FU作短路保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，熔斷器在大電流的作用下熔斷，電動(dòng)機(jī)停止。在安裝時(shí)注意將熔斷器靠近電源，即刀開(kāi)關(guān)下邊，以擴(kuò)大保護(hù)范圍。(2)過(guò)載保護(hù)：用熱繼電器FR作電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。出現(xiàn)過(guò)載時(shí)，雙金屬片受熱彎曲而使其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM失電釋放，電動(dòng)機(jī)停止。因熱繼電器不屬于瞬時(shí)動(dòng)作的電器，故在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不動(dòng)作。(3)失(欠)壓保護(hù)：由自動(dòng)復(fù)位按鈕和自鎖觸點(diǎn)共同完成。當(dāng)失(欠)壓時(shí)，KM釋放，電動(dòng)機(jī)停止，一旦電壓恢復(fù)，電動(dòng)機(jī)不會(huì)自行啟動(dòng)，防止發(fā)生人身和設(shè)備事故。2.3既能點(diǎn)動(dòng)又能長(zhǎng)動(dòng)的控制電路能夠?qū)崿F(xiàn)既能點(diǎn)動(dòng)又能長(zhǎng)動(dòng)控制功能的電路很多，這里僅介紹采用復(fù)合式按鈕(這里稱為點(diǎn)動(dòng)按鈕)構(gòu)成的電路，如圖2-3所示。需要點(diǎn)動(dòng)時(shí)，按點(diǎn)動(dòng)按鈕SB2，KM接通，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)手抬起時(shí)，KM失電釋放，電動(dòng)機(jī)停止。需要長(zhǎng)期工作時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB1，停止時(shí)按下停止按鈕SB3即可。此電路同時(shí)也使用FU進(jìn)行短路保護(hù)和使用FR進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，使電動(dòng)機(jī)能安全工作。2.4可逆旋轉(zhuǎn)控制電路在工程中需要電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的設(shè)備很多，如電梯、橋式起重機(jī)等。由電動(dòng)機(jī)原理可知，要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)的目的，只要將電動(dòng)機(jī)的任意兩根線對(duì)調(diào)即可。要使電動(dòng)機(jī)可逆旋轉(zhuǎn)，可用兩只接觸器的主觸點(diǎn)把主電路的任意兩相對(duì)換，再用兩只啟動(dòng)按鈕控制兩只接觸器通電，用一只停止按鈕控制接觸器失電；同時(shí)要考慮兩只接觸器不能同時(shí)通電，以免造成電源間短路，為此采用動(dòng)斷觸點(diǎn)加在對(duì)應(yīng)的電路中，稱為互鎖觸點(diǎn)；其他的與單向旋轉(zhuǎn)電路相同，如圖2-4所示。

工作時(shí)，合上刀開(kāi)關(guān)QS，將電源引入。以電機(jī)正轉(zhuǎn)為例，按下正向按鈕SB1，正向接觸器KM1線圈通電，其主動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，使電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)自鎖觸點(diǎn)閉合形成自鎖。KM1得電時(shí)，其動(dòng)斷觸點(diǎn)即互鎖觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷了反轉(zhuǎn)通路，防止誤按反向啟動(dòng)按鈕而造成電源短路現(xiàn)象。這種利用主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)互相制約工作狀態(tài)的方法形成一個(gè)基本控制環(huán)節(jié)——?互鎖環(huán)節(jié)。

如果想反轉(zhuǎn)，先按下停止按鈕SB3，使KM1線圈失電釋放，電動(dòng)機(jī)停止，然后再按下反向啟動(dòng)按鈕SB2，電動(dòng)機(jī)才能反轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)，以上電路的工作流程是正轉(zhuǎn)→停止→反轉(zhuǎn)→停止→正轉(zhuǎn)→…的過(guò)程。由于正反轉(zhuǎn)的變換必須停止后才能進(jìn)行，所以非生產(chǎn)時(shí)間多，效率低。為了縮短輔助時(shí)間，采用復(fù)合式按鈕控制，可以從正轉(zhuǎn)直接過(guò)渡到反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的變化也可以直接進(jìn)行，并且此電路實(shí)現(xiàn)了雙互鎖，即接觸器觸點(diǎn)的電氣互鎖和控制按鈕的機(jī)械互鎖，使電路的可靠性得到了提高。該電路如圖2-5所示。電路的工作原理與圖2-4類似。2.5自動(dòng)循環(huán)控制電路在實(shí)踐中，常有按行程進(jìn)行往返控制的要求，如混凝土攪拌機(jī)的提升與降位、磨床工作臺(tái)的往復(fù)磨削運(yùn)動(dòng)、龍門刨床工作臺(tái)的自動(dòng)往復(fù)等，這些控制的實(shí)質(zhì)就是電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)控制。如果運(yùn)動(dòng)部件需在兩個(gè)方向上往返運(yùn)動(dòng)，拖動(dòng)它的電動(dòng)機(jī)應(yīng)能正反轉(zhuǎn)，而能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往返就要用到行程開(kāi)關(guān)作為檢測(cè)元件。圖2-6(a)為自動(dòng)往返控制電路圖，其中的限位開(kāi)關(guān)安裝位置如圖2-6(b)所示。行程開(kāi)關(guān)SQ1的動(dòng)斷觸點(diǎn)串接在正轉(zhuǎn)控制電路中，把另一個(gè)行程開(kāi)關(guān)SQ2的動(dòng)斷觸點(diǎn)串接在反轉(zhuǎn)控制電路中，而SQ3、SQ4用于兩個(gè)方向的終點(diǎn)限位保護(hù)。工作時(shí)，合上電源開(kāi)關(guān)QS，按下正向啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，正向接觸器KM1線圈通電，其觸點(diǎn)動(dòng)作，主動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，使電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)并帶動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)的部件向左移動(dòng)。當(dāng)左移到設(shè)定位置時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件上安裝的撞塊(擋鐵)碰撞左側(cè)安裝的限位開(kāi)關(guān)SQ1，使它的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，KM1失電釋放，反向接觸器KM2線圈通電，其觸點(diǎn)動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)并帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件向右移動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)到設(shè)定位置時(shí)，撞塊碰撞右側(cè)安裝的限位開(kāi)關(guān)SQ2，觸點(diǎn)動(dòng)作，使KM2失電釋放，KM1又一次重新通電，部件又左移。如此這般自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)，直到按下停止按鈕SB3為止。一旦SQ1和SQ2發(fā)生故障，可通過(guò)SQ3和SQ4做終端保護(hù)。2.6星形-三角形(Y-△)降壓?jiǎn)?dòng)控制電路電動(dòng)機(jī)采用全電壓直接啟動(dòng)時(shí)，控制電路簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。但是，并不是所有的電動(dòng)機(jī)在任何情況下都可以采用全電壓?jiǎn)?dòng)。這是因?yàn)樵陔娫醋儔浩魅萘坎皇亲銐虼髸r(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流較大，致使變壓器二次電壓大幅度下降，這樣不但會(huì)減小電動(dòng)機(jī)本身的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，拖長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，甚至使電動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，同時(shí)還影響同一供電網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的正常工作。為此，需利用啟動(dòng)設(shè)備將電源電壓適當(dāng)降低后加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上啟動(dòng)，以減小啟動(dòng)電流，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值后，再變換成額定電壓運(yùn)行，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定的轉(zhuǎn)速和輸出額定功率，這種方法稱為電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)。電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)的方法很多，常用的有定子繞組串電阻(電抗)降壓?jiǎn)?dòng)、自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)、星形-三角形(Y-△)降壓?jiǎn)?dòng)、延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)等。盡管方法不同，但其目的都是為了限制啟動(dòng)電流，減小供電網(wǎng)絡(luò)因電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)所造成的電壓降。一般降低電壓后的啟動(dòng)電流為電動(dòng)機(jī)額定電流的2～3倍。星形-三角形(Y-△)降壓?jiǎn)?dòng)是較為常用的啟動(dòng)方法。所謂星形-三角形(Y-△)降壓?jiǎn)?dòng)，是指啟動(dòng)時(shí)，先把三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組做成星形(Y)接法，等電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高到一定值后再改成三角形(△)連接。因此，這種降壓?jiǎn)?dòng)方法只能用于正常運(yùn)行時(shí)作三角形接法的電動(dòng)機(jī)上。其連接線路圖如圖2-7所示。啟動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)定子三相繞組的末端U2、V2、W2連成一個(gè)公共點(diǎn)，三相電源L1、L2、L3分別接電動(dòng)機(jī)定子三相繞組的首端U1、V1、W1供電。電動(dòng)機(jī)以星形接法啟動(dòng)，加在每相定子繞組上的電壓為電源線電壓開(kāi)平方后的三分之一(約57.7%)，啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)的三分之一，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也同樣減小到直接啟動(dòng)的三分之一。因此，啟動(dòng)電流較小。所以，這種方式只能工作在空載或輕載啟動(dòng)的場(chǎng)合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子為三角形接法時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)定子每相繞組上的電壓即為線電壓，電動(dòng)機(jī)全壓正常運(yùn)行。采用Y-△降壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低，因而獲得了較為廣泛的應(yīng)用。此法只能用于啟動(dòng)正常運(yùn)行時(shí)為三角形接法的電動(dòng)機(jī)。比如，功率在4?kW及以上，正常運(yùn)行時(shí)為三角形接法的三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)可采用此法啟動(dòng)。Y-△啟動(dòng)，實(shí)際上是以犧牲功率為代價(jià)來(lái)?yè)Q取較低的啟動(dòng)電流，所以是否采用Y-△啟動(dòng)，除了要考慮電動(dòng)機(jī)功率的大小，還要看是什么樣的負(fù)載。一般在啟動(dòng)時(shí)負(fù)載輕、運(yùn)行時(shí)負(fù)載重的情況下可優(yōu)先考慮采用Y-△啟動(dòng)。圖2-8所示的就是一種采用時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的Y-△降壓?jiǎn)?dòng)的電路圖。啟動(dòng)時(shí)，合上刀開(kāi)關(guān)QS，按下啟動(dòng)按鈕SB1，接觸器KMY和時(shí)間繼電器KT的線圈同時(shí)通電，KMY的主觸點(diǎn)閉合，使電動(dòng)機(jī)為星形連接，KMY的輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，使啟動(dòng)接觸器KM線圈通電，于是電動(dòng)機(jī)在星形連接下降壓?jiǎn)?dòng)。待啟動(dòng)結(jié)束，KT的觸點(diǎn)延時(shí)打開(kāi)，使KMY失電釋放，并使接觸器KM△線圈通電，其主觸點(diǎn)閉合，將電動(dòng)機(jī)接成三角形接法，這時(shí)電動(dòng)機(jī)在三角形連接下全電壓穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)KM△的動(dòng)合觸點(diǎn)得電時(shí)KT和KMY的線圈均失電。停機(jī)時(shí)按下停止按鈕SB2即可。3.1可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展3.2可編程控制器的特點(diǎn)和分類3.3可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 3.4可編程控制器的工作原理3.5可編程控制器的常用編程語(yǔ)言3.6可編程控制器的應(yīng)用3.1可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展在20世紀(jì)60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號(hào)更新的周期愈來(lái)愈短，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國(guó)通用汽車公司在1969年公開(kāi)招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)。即：(1)編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序；(2)維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；(3)可靠性高于繼電器控制裝置；(4)體積小于繼電器控制裝置；(5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；(6)成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；(7)輸入可以是交流115?V；(8)輸出為交流115?V、2?A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等；(9)在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；(10)用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4?KB。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出第一臺(tái)可編程控制器(PLC)，在美國(guó)通用汽車自動(dòng)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(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品、飲料、冶金、造紙等行業(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(guó)家的高度重視。1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國(guó)從1974年開(kāi)始研制，于1977年開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。1985年，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)在其標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)PLC定義如下：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子操作系統(tǒng)裝置，專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，可以進(jìn)行模擬量控制、位置控制，特別是遠(yuǎn)程通信功能的實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn)柔性加工和制造系統(tǒng)，因此將其稱為可編程控制器(ProgrammableController)，簡(jiǎn)稱PC，但為了和個(gè)人電腦PC相區(qū)別，仍將其稱為PLC，即ProgrammableLogicController。PLC是基于微計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代工業(yè)控制裝置。隨著技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能也不斷提升，在各領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程中也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用包括開(kāi)關(guān)邏輯控制、過(guò)程控制和運(yùn)動(dòng)控制。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化領(lǐng)域等行業(yè)。雖然PLC技術(shù)已得到長(zhǎng)足的發(fā)展，但技術(shù)的發(fā)展是無(wú)止境的。PLC也將在未來(lái)的時(shí)間內(nèi)得到各方面的發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更快的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1?ms/千步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。在存儲(chǔ)容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤。2)向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展當(dāng)前中小型PLC比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14?336點(diǎn)的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)大。小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活。為了市場(chǎng)需要已開(kāi)發(fā)了各種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為8～16點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要，如三菱公司α系列PLC。3)大力開(kāi)發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力為滿足各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求，近年來(lái)不斷開(kāi)發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲(chǔ)器的智能I/O模塊，既擴(kuò)展了PLC功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是PLC技術(shù)進(jìn)步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力，PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC已成為集散控制系統(tǒng)(DCS)不可缺少的重要組成部分。4)增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力統(tǒng)計(jì)資料表明，在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前兩項(xiàng)共20%的故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過(guò)PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、處理；而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。因此，PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。5)編程語(yǔ)言多樣化在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語(yǔ)言越來(lái)越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語(yǔ)言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語(yǔ)言、面向過(guò)程控制的流程圖語(yǔ)言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言(BASIC、C語(yǔ)言等)等。多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。3.2可編程控制器的特點(diǎn)和分類可編程控制器有如下的特點(diǎn)：1)使用靈活、通用性強(qiáng)PLC的硬件是標(biāo)準(zhǔn)化的，加之PLC的產(chǎn)品已系列化，功能模塊品種多，可以靈活組成各種不同大小和不同功能的控制系統(tǒng)。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入輸出信號(hào)，當(dāng)需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個(gè)PLC裝置用于不同的控制對(duì)象，只是輸入輸出組件和應(yīng)用軟件的不同。2)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)微機(jī)功能強(qiáng)大但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾，電源波動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)，溫度和濕度的變化，都可能導(dǎo)致一般通用微機(jī)不能正常工作。傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，但由于存在大量的機(jī)械觸點(diǎn)(易磨損、燒蝕)而壽命短，系統(tǒng)可靠性差。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)完成，大部分繼電器和繁雜連線被程序所取代，故壽命長(zhǎng)，可靠性大大提高。從實(shí)際使用情況來(lái)看，PLC控制系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間一般可達(dá)4～5萬(wàn)小時(shí)。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，能適應(yīng)有各種強(qiáng)烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，并具有故障自診斷能力。如一般PLC能抗1000?V、1?ms脈沖的干擾，其工作環(huán)境溫度為0～60℃，無(wú)需強(qiáng)迫風(fēng)冷。3)接口簡(jiǎn)單、維護(hù)方便PLC的接口按工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì)，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力(輸入輸出可直接與交流220?V、直流24?V等強(qiáng)電相連)，接口電路一般亦為模塊式，便于維修更換。有的PLC甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊，可不脫機(jī)停電而直接更換故障模塊，大大縮短了故障修復(fù)時(shí)間。4)體積小、功耗小、性價(jià)比高以小型PLC(TSX21)為例，它具有128個(gè)I/O接口，可相當(dāng)于400～800個(gè)繼電器組成的系統(tǒng)的控制功能，其尺寸僅為216?mm?×?127?mm?×?110?mm，重2.3?kg，不帶接口的空載功耗為1.2?W，其成本僅相當(dāng)于同功能繼電控制系統(tǒng)的10%～20%。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀地反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過(guò)各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等。對(duì)此均有醒目的指示，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。5)編程簡(jiǎn)單、容易掌握PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣。大多數(shù)PLC的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令方式。編程語(yǔ)言形象直觀，指令少、語(yǔ)法簡(jiǎn)便，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言知識(shí)，具有一定的電工和工藝知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)掌握。利用專用的編程器，可方便地查看、編輯、修改用戶程序。6)設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短用繼電器-接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏(柜)的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來(lái)十分不便。采用PLC控制，由于其靠軟件實(shí)現(xiàn)控制，硬件線路非常簡(jiǎn)潔，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量(輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存大小)等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。由于用軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。PLC是通過(guò)程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語(yǔ)言，且都具有強(qiáng)制和仿真的功能，故程序的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便，這樣可大大縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。PLC發(fā)展至今已經(jīng)有多種形式，功能也有所不同，一般按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類：1.按I/O點(diǎn)數(shù)及存儲(chǔ)器容量分類一般而言，處理的I/O點(diǎn)數(shù)比較多，則控制關(guān)系比較復(fù)雜，用戶需要的程序存儲(chǔ)器容量比較大，要求PLC指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過(guò)程也比較快等。按PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可分為如下三類：(1)小型PLC。小型PLC的功能一般以開(kāi)關(guān)量控制為主，其輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在4?KB以下?，F(xiàn)在的高性能小型PLC還具有一定的通信能力和少量的模擬量處理能力。這類PLC的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，體積小巧，適合于控制單臺(tái)設(shè)備，開(kāi)發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。典型的小型機(jī)有西門子公司的S7-200系列、Rockwell公司的SLC500系列、OMRON公司的CPM2A系列、三菱公司的FX系列等產(chǎn)品。圖3-1為其中的部分產(chǎn)品。(2)中型PLC。中型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在256～1024點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器的容量大于8?KB。中型PLC具有更強(qiáng)的模擬量處理能力、數(shù)字計(jì)算能力和通信能力。中型機(jī)的指令比小型機(jī)更豐富，一般適用于復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的控制場(chǎng)合。典型的中型機(jī)有西門子的S7-300系列、Rockwell公司的ControlLogix系列、OMRON公司的C200H系列等產(chǎn)品。(3)大型PLC。大型PLC的I/O總點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量可達(dá)8～16?MB。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，它具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)功能，還具有強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)能力。它可以連接HMI作為系統(tǒng)監(jiān)視或操作界面，能夠表示過(guò)程的動(dòng)態(tài)流程，記錄各種曲線，可配備多種智能模塊，構(gòu)成一個(gè)多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號(hào)的控制器、上位機(jī)相連，組成一個(gè)集中分散的生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化控制和過(guò)程監(jiān)控。典型的大型PLC有西門子的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、Rockwell公司的ControlLogix系列等產(chǎn)品。2.根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式分有如下幾類：(1)整體式(箱體式)。整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將PLC的基本部件，如CPU板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊地安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元(主機(jī))或擴(kuò)展單元?；締卧显O(shè)有擴(kuò)展端口，通過(guò)擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連，以構(gòu)成PLC不同的配置。整體式結(jié)構(gòu)的PLC體積小，成本低，安裝方便。微型和小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)，如三菱FX系列PLC。(2)機(jī)架模塊式。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是由一些模塊單元構(gòu)成的，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上或基板上即可。各模塊功能是獨(dú)立的，外形尺寸是統(tǒng)一的，插入什么模塊可根據(jù)需要靈活配置。目前，中、大型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)形式，如西門子S7-300PLC、三菱Q系列PLC等。三菱Q系列PLC如圖3-2所示。3.3可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)PLC的基本結(jié)構(gòu)基本相同，其硬件主要由CPU模塊、電源模塊、存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口電路等組成。大部分PLC還可以配備特殊功能模塊，用來(lái)完成某些特殊的任務(wù)。中央處理器單元一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成。PLC基本結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。1.?CPU模塊CPU通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入/輸出接口、通信接口、擴(kuò)展接口相連。CPU是PLC的核心，它不斷采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。2.存儲(chǔ)器模塊PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩種。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用于存放PLC的系統(tǒng)程序，用戶存儲(chǔ)器用于存放PLC的用戶程序。PLC一般均采用可電擦除的E2PROM存儲(chǔ)器來(lái)作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。3.?I/O模塊PLC的輸入接口電路的作用是將按鈕、行程開(kāi)關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)輸入CPU；PLC的輸出接口電路的作用是將CPU向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器的通、斷電。PLC的輸入/輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術(shù)，可以有效地保護(hù)內(nèi)部電路。PLC的輸入接口電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時(shí)間比較短，可以直接與接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等電子輸入裝置連接。交流輸入電路適用于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。輸出接口電路通常有3種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型的輸出電路類似，只是晶體管或晶閘管代替繼電器來(lái)控制外部負(fù)載。三者優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表3-1。4.擴(kuò)展模塊PLC的擴(kuò)展接口的作用是將擴(kuò)展單元和功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要；通信接口的功能是通過(guò)這些通信接口可以和監(jiān)視器、打印機(jī)、其他PLC或是計(jì)算機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)人-機(jī)或機(jī)-機(jī)之間的對(duì)話。5.電源PLC一般使用220?V交流電源或24?V直流電源，內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5?V、12?V、24?V直流電源，使PLC能正常工作。3.4可編程控制器的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)(或地址號(hào))作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期，其典型值為0.5~100?ms。1)輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映像區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。2)用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。3)輸出刷新階段掃描用戶程序結(jié)束后，PLC控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映像區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。PLC的工作過(guò)程如圖3-4所示。3.5可編程控制器的常用編程語(yǔ)言PLC的用戶程序是設(shè)計(jì)人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求，通過(guò)PLC編程語(yǔ)言的編制設(shè)計(jì)的。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)制定的工業(yè)控制編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)(IEC61131-3)，PLC的編程語(yǔ)言包括以下五種：梯形圖語(yǔ)言(LD)、指令表語(yǔ)言(IL)、功能模塊圖語(yǔ)言(FBD)、順序功能流程圖語(yǔ)言(SFC)及結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言(ST)。1.梯形圖語(yǔ)言(LD)梯形圖語(yǔ)言是PLC程序設(shè)計(jì)中最常用的編程語(yǔ)言，它是與繼電器線路類似的一種編程語(yǔ)言。由于電氣設(shè)計(jì)人員對(duì)繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語(yǔ)言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。梯形圖編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計(jì)人員易于掌握。梯形圖編程語(yǔ)言與原有的繼電器控制的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，應(yīng)用時(shí)需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對(duì)待。圖3-5為PLC經(jīng)常采用的梯形圖。2.指令表語(yǔ)言(IL)指令表編程語(yǔ)言是與匯編語(yǔ)言類似的一種助記符編程語(yǔ)言，和匯編語(yǔ)言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無(wú)計(jì)算機(jī)的情況下，適合采用PLC手持編程器對(duì)用戶程序進(jìn)行編制。同時(shí)，指令表編程語(yǔ)言與梯形圖編程語(yǔ)言有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，在PLC編程軟件中可以相互轉(zhuǎn)換。圖3-6就是與圖3-5的PLC梯形圖對(duì)應(yīng)的指令表。指令表編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：采用助記符來(lái)表示操作功能，容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無(wú)計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)；與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，其特點(diǎn)與梯形圖語(yǔ)言基本一致。3.功能模塊圖語(yǔ)言(FBD)功能模塊圖語(yǔ)言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語(yǔ)言。采用功能模塊圖的形式來(lái)表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡(jiǎn)單容易；功能模塊是用圖形的形式表達(dá)功能，直觀性強(qiáng)，對(duì)于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)人員很容易掌握編程技巧；對(duì)規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達(dá)功能關(guān)系，編程調(diào)試時(shí)間大大減少。4.順序功能流程圖語(yǔ)言(SFC)順序功能流程圖語(yǔ)言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言。編程時(shí)將順序流程動(dòng)作的過(guò)程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對(duì)控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分配，一步一步地按照順序動(dòng)作。每一步代表一個(gè)控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語(yǔ)言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時(shí)間。順序功能流程圖編程語(yǔ)言可用于系統(tǒng)的規(guī)模校大、程序關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合。圖3-7是一個(gè)簡(jiǎn)單的順序功能流程圖的示意圖。順序功能流程圖編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對(duì)用戶程序理解；避免梯形圖或其他語(yǔ)言不能順序動(dòng)作的缺陷，同時(shí)也避免了用梯形圖語(yǔ)言對(duì)順序動(dòng)作編程時(shí)，機(jī)械互鎖造成用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時(shí)間也大大縮短。5.結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言(ST)結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來(lái)描述程序的一種編程語(yǔ)言。它是類似于高級(jí)語(yǔ)言的一種編程語(yǔ)言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來(lái)描述控制系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系。結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言主要用于其他編程語(yǔ)言較難實(shí)現(xiàn)的用戶程序編制。結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言采用計(jì)算機(jī)的描述方式來(lái)描述系統(tǒng)中各種變量之間的各種運(yùn)算關(guān)系，完成所需的功能或操作。大多數(shù)PLC制造商采用的結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言與BASIC語(yǔ)言、PASCAL語(yǔ)言或C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言相類似，但為了應(yīng)用方便，在語(yǔ)句的表達(dá)方法及語(yǔ)句的種類等方面都進(jìn)行了簡(jiǎn)化。結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：采用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算；需要有一定的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的知識(shí)和編程技巧，對(duì)工程設(shè)計(jì)人員要求較高；直觀性和操作性較差。不同型號(hào)的PLC編程軟件對(duì)以上五種編程語(yǔ)言的支持種類是不同的，早期的PLC僅僅支持梯形圖編程語(yǔ)言和指令表編程語(yǔ)言，目前的PLC對(duì)梯形圖、指令表、功能模塊圖編程語(yǔ)言都可以支持。在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要求設(shè)計(jì)人員不但對(duì)PLC的硬件性能了解，也要了解PLC支持的編程語(yǔ)言的種類。3.6可編程控制器的應(yīng)用PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。使用情況大致可歸納為如下幾類：1.開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線，如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2.模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3.運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。4.過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。5.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6.通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)(或地址號(hào))作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期，其典型值為0.5~100?ms。1)輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映像區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。2)用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。4.1認(rèn)識(shí)三菱FX系列PLC4.2三菱FX系列PLC的命名方法4.3三菱FX系列PLC的結(jié)構(gòu)組成4.4三菱FX系列PLC的軟元件4.1認(rèn)識(shí)三菱FX系列PLC三菱FX系列PLC是一款適用面較廣的中小型PLC產(chǎn)品，能夠滿足大多數(shù)用戶的使用要求。它采用可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。三菱FX系列PLC的特點(diǎn)是小型化、一體式結(jié)構(gòu)，可控制I/O點(diǎn)數(shù)相對(duì)少，適合簡(jiǎn)單小型的應(yīng)用環(huán)境，經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠，一塊FX系列PLC就能組建控制回路。三菱FX系列PLC常用的型號(hào)系列有三菱FX2N系列、三菱FX3U系列、三菱FX3G系列、三菱FX5U系列等。三菱FX2N系列PLC被視為是FX1N的升級(jí)版，是FX系列PLC家族中較為先進(jìn)的系列。FX2N系列PLC具備如下特點(diǎn)：最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，程序執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充了通信功能，適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊。其豐富的擴(kuò)展模塊，同時(shí)也擴(kuò)展了FX系列的應(yīng)用范圍。三菱FX3U系列PLC是第三代微型可編程控制器。它內(nèi)置高達(dá)64?KB大容量的RAM存儲(chǔ)器，內(nèi)置業(yè)界最高水平的高速處理功能，基本指令處理速度可達(dá)0.065?μs/指令，能控制規(guī)模為16~384(包括CC-LINKI/O)點(diǎn)，內(nèi)置獨(dú)立3軸100?kHz定位功能(晶體管輸出型)，基本單元左側(cè)均可以連接功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)便易用的適配器。它由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊、擴(kuò)展電源單元、特殊單元、特殊模塊、功能擴(kuò)展板、特殊適配器、存儲(chǔ)器盒、顯示模塊構(gòu)成。相比FX之前的產(chǎn)品而言，基本性能得到大幅提升，擴(kuò)展性也變得十分強(qiáng)大，被視為三菱FX2N系列的升級(jí)版。三菱FX3G系列PLC內(nèi)置大容量程序存儲(chǔ)器，最高存儲(chǔ)容量為32?K步，標(biāo)準(zhǔn)模式時(shí)基本指令處理速度可達(dá)0.21?μs/指令，加之大幅擴(kuò)充的軟元件數(shù)量，使用戶可以更加自由地編輯程序并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。另外，浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算和中斷處理方面，F(xiàn)X3G同樣表現(xiàn)超群。FX3G系列PLC在競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈的當(dāng)代工業(yè)領(lǐng)域，可充分滿足不同行業(yè)客戶系統(tǒng)要求，具有高度靈活性。三菱FX5U系列PLC內(nèi)置模擬量輸入/輸出功能。FX5U內(nèi)置12位2ch模擬量輸入和1ch模擬量輸出。FX5U內(nèi)置RS485端口(帶MODBUS功能)和Ethernet端口。在功能上FX5U內(nèi)置SD存儲(chǔ)卡。SD卡可以非常方便地進(jìn)行程序的升級(jí)和設(shè)備的批量生產(chǎn)，提高工作效率。FX5U設(shè)有RUN、STOP、RESET開(kāi)關(guān)，在FX3U的基礎(chǔ)上新增了RESET功能。在無(wú)需關(guān)閉主電源的情況下就可以重新啟動(dòng)，使調(diào)試更加高效。高速系統(tǒng)總線、通信速度約為FX3U的150倍，內(nèi)置4軸脈沖輸出。FX3U最大脈沖輸出頻率為100?kp/s(pulsepersecond，每秒的脈沖數(shù))，內(nèi)置最多可控制3軸。FX5U最大脈沖輸出頻率為200?kp/s，內(nèi)置最多控制4軸。先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制功能，搭載簡(jiǎn)易運(yùn)動(dòng)控制模塊，可輕松實(shí)現(xiàn)高度同步控制、凸輪控制、速度扭矩控制。圖4-1為三菱各型號(hào)PLC的外形。4.2三菱FX系列PLC的命名方法三菱FX系列PLC的型號(hào)表示如圖4-2所示，代碼表示如下：系列序號(hào)：代表PLC的型號(hào)，型號(hào)有0、0S、0N、1S、2、2C、2N、2NC、3SA、3GA、3U、5U等。I/O點(diǎn)數(shù)：代表PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)之和。48表示有48個(gè)輸入、輸出點(diǎn)。單元類型：M代表基本型；E代表輸入/輸出混合擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊；EX代表輸入專用擴(kuò)展模塊；EY代表輸出專用擴(kuò)展模塊。輸出形式：R代表繼電器輸出；T代表晶體管輸出；S代表晶閘管輸出。特殊品種：D代表DC電源輸入；A1代表AC電源輸入；H代表大電流輸出擴(kuò)展模塊；V代表立式端子排的擴(kuò)展模塊；C代表接插口輸入/輸出方法；F代表輸入濾波器1ms的擴(kuò)展模塊；L代表TTL輸入擴(kuò)展模塊；S代表獨(dú)立端子(無(wú)公共端)擴(kuò)展模塊。4.3三菱FX系列PLC的結(jié)構(gòu)組成三菱FX系列PLC主機(jī)面板結(jié)構(gòu)如圖4-3所示(以FX3U-32M為例)。圖中：①4個(gè)安裝孔；②電源、輸入信號(hào)用的裝卸式端子；③面板蓋子；④輸入指示燈；⑤輸出指示燈；⑥輸出信號(hào)用的裝卸式端子；⑦程序?qū)懭肟诩肮ぷ鳡顟B(tài)切換撥鈕；⑧導(dǎo)軌裝卸卡子；⑨I/O端子標(biāo)記。三菱FX系列PLC主機(jī)(以FX3U-32M為例)一般都有外部端子部分、指示部分和接口部分，各部分的組成及功能如下：(1)外部端子部分。外部端子包括PLC電源端子(L、N、)，直流24?V電源端子(24＋、COM)、輸入端子(X)、輸出端子(Y)等。主要完成電源、輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的連接。其中24＋、COM是PLC提供的直流24?V電源，用于為傳感器提供電源。為了減少接線，其正極在PLC內(nèi)部已經(jīng)與輸入回路連接。當(dāng)某輸入點(diǎn)需要加入輸入信號(hào)時(shí)，只需將COM通過(guò)輸入設(shè)備接至對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)，一旦COM與對(duì)應(yīng)點(diǎn)接通，該點(diǎn)就為ON，此時(shí)對(duì)應(yīng)輸入指示燈就點(diǎn)亮。(2)指示部分。指示部分包括各I/O點(diǎn)的狀態(tài)指示、PLC電源(POWER)指示、PLC運(yùn)行(RUN)指示、用戶程序存儲(chǔ)器后備電池(BATT)狀態(tài)指示及程序出錯(cuò)(PROG-E)、CPU出錯(cuò)(CPU-E)指示等，用于反映I/O點(diǎn)及PLC機(jī)器的狀態(tài)。(3)接口指示。接口部分主要包括編程器、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊、特殊模塊及存儲(chǔ)卡盒等外部設(shè)備的接口，其作用是完成基本單元同上述外部設(shè)備的連接。在編程器接口旁邊，還設(shè)置了一個(gè)PLC運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，它有RUN和STOP兩個(gè)運(yùn)行模式。RUN模式表示PLC正處于運(yùn)行狀態(tài)；STOP模式表示PLC處于停止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)，PLC可進(jìn)行用戶程序的輸入、在線編輯等。4.4三菱FX系列PLC的軟元件4.4.1輸入繼電器X輸入繼電器X是PLC中專門用來(lái)接收系統(tǒng)輸入信號(hào)的內(nèi)部虛擬繼電器。PLC內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器X是用光電隔離的電子繼電器，它有無(wú)數(shù)的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)，這些動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)可在PLC編程時(shí)隨意使用。這種輸入繼電器不能用程序驅(qū)動(dòng)，只能由輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)。FX系列PLC的輸入繼電器X采用八進(jìn)制編號(hào)，例如X000～X007、X010～X017、X020～X027。輸入繼電器X可以理解為一個(gè)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，只要此觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)發(fā)生變化(0變成1或1變成0)，PLC就可以根據(jù)程序的變化做出相應(yīng)的處理。4.4.2輸出繼電器YPLC的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號(hào)的窗口。輸出繼電器Y的線圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點(diǎn)接到PLC的輸出端子上供外部負(fù)載使用，其余常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器的電子常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限。各基本單元都是八進(jìn)制輸出，例如Y000～Y007、Y010～Y017、Y020～Y027等。它們一般位于機(jī)器的下端。驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的電源由用戶提供。4.4.3輔助繼電器M輔助繼電器M是PLC中數(shù)量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，負(fù)載只能由輸出繼電器的外部觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。輔助繼電器的常開(kāi)與常閉觸點(diǎn)在PLC內(nèi)部編程時(shí)可無(wú)限次使用。輔助繼電器采用M與十進(jìn)制數(shù)共同組成的編號(hào)來(lái)表示。輔助繼電器分為通用輔助繼電器、斷電保持輔助繼電器和特殊輔助繼電器。1.通用輔助繼電器(M0～M499)FX3U系列共有500點(diǎn)通用(一般用)輔助繼電器。通用輔助繼電器在PLC運(yùn)行時(shí)，如果電源突然斷電，則全部線圈均OFF。當(dāng)電源再次接通時(shí)，除了因外部輸入信號(hào)而變?yōu)镺N的以外，其余的仍將保持OFF狀態(tài)，它們沒(méi)有斷電保護(hù)功能。通用輔助繼電器常在邏輯運(yùn)算中用作輔助運(yùn)算、狀態(tài)暫存、移位等。根據(jù)需要可通過(guò)程序設(shè)定，將M0～M499變?yōu)閿嚯姳３州o助繼電器。2.斷電保持輔助繼電器(M500～M7679)FX3U系列有M500～M7679共7180點(diǎn)斷電保持輔助繼電器。它與通用輔助繼電器不同的是具有斷電保護(hù)功能，即能記憶電源中斷瞬時(shí)的狀態(tài)，并在重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)。它之所以能在電源斷電時(shí)保持其原有的狀態(tài)，是因?yàn)殡娫粗袛鄷r(shí)用PLC中的鋰電池保持它們映像寄存器中的內(nèi)容。其中M500～M1023可由軟件將其設(shè)定為通用輔助繼電器。3.特殊輔助繼電器(M8000～M8511)PLC內(nèi)有大量的特殊輔助繼電器，它們都有各自的特殊功能。FX3U系列中有512點(diǎn)特殊輔助繼電器，可分成觸點(diǎn)型和線圈型兩大類：(1)觸點(diǎn)型：其線圈由PLC自動(dòng)驅(qū)動(dòng)，用戶只可使用其觸點(diǎn)。例如：M8000：運(yùn)行監(jiān)視器(在PLC運(yùn)行中接通)，M8001與M8000相反邏輯。M8002：初始脈沖(僅在運(yùn)行開(kāi)始時(shí)瞬間接通)，M8003與M8002相反邏輯。M8011、M8012、M8013和M8014：分別是產(chǎn)生周期為10?ms、100?ms、1?s和1?min時(shí)鐘脈沖的特殊輔助繼電器，它們的占空比為50%，即一個(gè)周期內(nèi)它們的觸點(diǎn)接通與周期時(shí)間之比為50%。M8000、M8002、M8012的波形圖如圖4-4所示。(2)線圈型：由用戶程序驅(qū)動(dòng)線圈后PLC執(zhí)行特定的動(dòng)作。例如：M8033：若使其線圈得電，則PLC停止時(shí)其輸出映像存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)寄存器的值不變。M8034：若使其線圈得電，則將PLC的輸出全部禁止。M8039：若使其線圈得電，則PLC按D8039中指定的掃描時(shí)間工作。M8040：若使其線圈得電，則PLC禁止轉(zhuǎn)移。M8041：若使其線圈得電，則PLC傳送開(kāi)始。輔助繼電器編號(hào)及功能見(jiàn)表4-1。注：①非停電保持區(qū)域。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，可以更改為停電保持區(qū)域。②停電保持區(qū)域。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，可以更改為非停電保持區(qū)域。③不能通過(guò)參數(shù)進(jìn)行更改停電保持的特性。4.4.4狀態(tài)器S狀態(tài)器用來(lái)記錄系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)，是編制順序控制程序的重要編程元件，它與后面章節(jié)敘述的步進(jìn)順控指令STL配合應(yīng)用。狀態(tài)器有四種類型：通用狀態(tài)器S0～S499共500點(diǎn)(其中初始狀態(tài)器S0～S9共10點(diǎn))，這些狀態(tài)器還可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，更改為停電保持(電池保持)區(qū)域；停電保持用狀態(tài)器S500～S899共400點(diǎn)，這些狀態(tài)器也可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，更改為非停電保持區(qū)域；固定停電保持專用狀態(tài)器S1000～S4095共3096點(diǎn)，這些狀態(tài)器不能通過(guò)參數(shù)進(jìn)行更改停電保持的特性；供報(bào)警用的狀態(tài)器(可用作外部故障診斷輸出)S900～S999共100點(diǎn)。在使用狀態(tài)器時(shí)應(yīng)注意：(1)狀態(tài)器與輔助繼電器一樣有無(wú)數(shù)的常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)；(2)狀態(tài)器不與步進(jìn)順控指令STL配合使用時(shí)，可作為輔助繼電器M使用；(3)?FX3U系列PLC可通過(guò)程序設(shè)定將S0～S499設(shè)置為有斷電保持功能的狀態(tài)器。狀態(tài)器編號(hào)及功能見(jiàn)表4-2。注：①非停電保持區(qū)域。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，可以更改為停電保持區(qū)域。②停電保持區(qū)域。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，可以更改為非停電保持區(qū)域。③不能通過(guò)參數(shù)進(jìn)行更改停電保持的特性。4.4.5定時(shí)器TPLC中的定時(shí)器T相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的通電型時(shí)間繼電器。它可以提供無(wú)限對(duì)常開(kāi)常閉延時(shí)觸點(diǎn)。定時(shí)器中有一個(gè)設(shè)定值寄存器(一個(gè)字長(zhǎng))、一個(gè)當(dāng)前值寄存器(一個(gè)字長(zhǎng))和一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)其輸出觸點(diǎn)的映像寄存器(一個(gè)二進(jìn)制位)，這三個(gè)量使用同一地址編號(hào)，但使用場(chǎng)合不一樣，意義也不同。8個(gè)連續(xù)的二進(jìn)制位組成一個(gè)字節(jié)(Byte)，16個(gè)連續(xù)的二進(jìn)制位組成一個(gè)字(Word)，兩個(gè)連續(xù)的字元件組成一個(gè)雙字(DoubleWord)。定時(shí)器的當(dāng)前值和設(shè)定值均為有符號(hào)字，最高位(第15位)為符號(hào)位，正數(shù)的符號(hào)位為0，負(fù)數(shù)的符號(hào)位為1。有符號(hào)字可以表達(dá)的最大正整數(shù)為32767。FX3U系列中定時(shí)器時(shí)可分為通用定時(shí)器和累計(jì)定時(shí)器兩種。它們是通過(guò)對(duì)一定周期的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累計(jì)而實(shí)現(xiàn)定時(shí)的，時(shí)鐘脈沖有周期為100?ms、10?ms、1?ms三種，當(dāng)所計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作。設(shè)定值可用常數(shù)K或數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容來(lái)設(shè)置。1.通用定時(shí)器通用定時(shí)器的特點(diǎn)是不具備斷電保持功能，即當(dāng)輸入電路斷開(kāi)或停電時(shí)定時(shí)器復(fù)位。通用定時(shí)器有脈沖周期為100?ms、10?ms和1?ms三種。(1)?100?ms通用定時(shí)器(T0～T199)共200點(diǎn)，其中T192～T199為子程序和中斷服務(wù)程序?qū)Ｓ枚〞r(shí)器。這類定時(shí)器是對(duì)100?ms時(shí)鐘累計(jì)計(jì)數(shù)，設(shè)定值為1～32767，所以其定時(shí)范圍為0.1～3276.7?s。(2)?10?ms通用定時(shí)器(T200～T245)共46點(diǎn)，這類定時(shí)器是對(duì)10?ms時(shí)鐘累計(jì)計(jì)數(shù)，設(shè)定值為1～32767，所以其定時(shí)范圍為0.01～327.67?s。(3)?1?ms通用定時(shí)器(T256～T511)共256點(diǎn)，這是FX3U在FX2N的基礎(chǔ)上新增的定時(shí)器，這類定時(shí)器是對(duì)1ms時(shí)鐘累計(jì)計(jì)數(shù)，設(shè)定值為1～32767，所以其定時(shí)范圍為0.001～32.767?s。下面舉例說(shuō)明通用定時(shí)器的工作原理。如圖4-5所示，當(dāng)輸入X0接通時(shí)，定時(shí)器T200從0開(kāi)始對(duì)10?ms時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累計(jì)計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值小于設(shè)定值K123時(shí)，定時(shí)器的常開(kāi)觸點(diǎn)不動(dòng)作；當(dāng)計(jì)數(shù)值與設(shè)定值K123相等時(shí)，定時(shí)器的常開(kāi)觸點(diǎn)接通并輸出Y0，經(jīng)過(guò)的時(shí)間為123?×?0.01?s?=?1.23?s。X0斷開(kāi)后定時(shí)器復(fù)位，時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)值變?yōu)?，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y0也隨之無(wú)輸出。若外部電源斷電，定時(shí)器也將復(fù)位。2.累計(jì)定時(shí)器累計(jì)定時(shí)器具有計(jì)數(shù)累計(jì)功能(也稱積算定時(shí)器)。在定時(shí)過(guò)程中如果斷電或定時(shí)器線圈OFF，累計(jì)定時(shí)器將保持當(dāng)前的計(jì)數(shù)值(當(dāng)前值)，通電或定時(shí)器線圈ON后繼續(xù)累計(jì)，即其當(dāng)前值具有保持功能。只有將累計(jì)定時(shí)器復(fù)