电气控制与PLC电子教案精品.doc

_共青科技学院授课教案课程名称：电气控制与PLC 制定日期 2017/2/18授课教师： 职 称： 讲 师 授课对象: 15级机电1班,数控班 授课时数： 72 教材名称及版本： 电气控制与PLC及变频器技术应用； 李智明 大连理工大学出版社 课题名称: 项目1 电动机基本控制电路安装调试授课类型: 理论课+实践课+习题课 教学目的、要求：通过本项目的学习，应达到：（1）能识别常用的各种低压电器；（2）能识读基本控制电路图，并能分析说明电路的工作原理；（3）能绘制基本控制电路的接线图；（4）会板前布线，能根据接线图正确安装和调试基本控制线路；（5）会检修继电控制线路简单故障。 授课主要内容及课时分配：1)理论教学8节 2）实践教学6节 3）习题课2节教学重点：（1）安装调试电动机单向连续运行线路；（2）安装调试电动机正反转运行线路；（3）安装调试电动机Y-降压起动线路；（4）安装调试电动机能耗制动线路。 教学难点：（1）安装调试电动机Y-降压起动线路；（2）安装调试电动机能耗制动线路。教学手段、教具：教学手段：理论教学+实践教学教 具：多媒体，万用表，低压电器。 教学方法：启发式+直观式教学过程：1.1： 任务1 三相异步电动机单向运行电路的安装调试 1.1.1 相关元器件介绍 一、.刀开关 刀开关是一种手动电器，广泛应用于照明电路及配电设备做隔离电源用，有时也用作直接启动小容量（5.5KW）电动机。 HK系列刀开关的型号含义如图1-3所示。图1-3 刀开关的型号含义刀开关的选择原则： 根据使用场合，选择刀开关的类型、极数以及操作方式。 刀开关的额定电压应大于或等于线路电压。 刀开关的额定电流应大于或等于线路的电压。对于电动机负载，开启式刀开关的额定电流可取电动机额定电流的3倍。 二.低压断路器 低压断路器又称自动空气开关。是低压配电网络和电力拖动系统中常用的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身，正常情况下用于完成不频繁接通和分断电路。当电路中发生短路、过载及欠压等故障时，能自动切断故障电路，保护用电设备的安全。低压断路器相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合。 （1）低压断路器分类低压断路器种类很多，按结构和性能可以分为万能式（又称框架式）、装置式（又称塑壳式）、限流式、直流快速式、漏电保护式和灭磁式等。 （2）低压断路器结构和工作原理 （3）低压断路器技术参数和型号含义低压断路器的其主要技术参数：额定电压、额定电流、脱扣器类型、极数、整定电流范围、动作时间、分断能力等。 三.熔断器 熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中主要用作短路保护，有时兼作过载保护的电器。使用时把它串接于被保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，以其自身产生的热量使熔体迅速熔断，从而自动切断电路，实现短路和过载保护作用。（1）熔断器结构及分类 熔断器按结构形式分为插入式（RC系列）、螺旋式（RL系列）、有填料封闭管式（RT系列）、无填料封闭管式（RM系列）、自复式等。其外形结构及符号如图所示。（2）熔断器型号 熔断器的型号含义如图所示。（3）熔断器选择原则 熔体额定电流的选择 a对于照明、电热等电流较平稳、无冲击电流的负载的短路保护，熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流。 b对电动机负载，要考虑冲击电流的影响，计算方法如下：对于单台不频繁启动的电动机，熔体的额定电流IRN应大于或等于1.32.5倍电动机额定电流IN，即：对于频繁启动或启动时间较长的电动机，上式的系数应增加到3 3.5。对于多台电动机，熔体的额定电流IRN应大于或等于其中最大容量的电动机额定电流INmax的1.3 2.5倍，再加上其余电动机额定电流的总和IN，即：四.交流接触器 接触器是一种自动的电磁式开关，用于远距离频繁接通或断开交流主电路及大容量控制电路。接触器具有欠电压自动释放保护功能，工作可靠，使用寿命长，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他负载。图1-9所示为常用的几种接触器外形图。 （1）交流接触器结构及工作原理交流接触器由电磁系统、触点系统、灭弧装置和其他部件等组成。CJ10-20型接触器的结构如图1-10所示。 电磁系统由吸引线圈、静铁心和衔铁（动铁心）三部分组成。其作用原理是：吸引线圈通电时产生磁场，衔铁受到电磁力的作用而被吸向铁心；吸引线圈断电后，磁场消失，衔铁在复位弹簧的作用下，恢复原位。衔铁带动连接机构运动，从而带动触点作相应的动作，实现电路的接通或断开。 触点系统交流接触器的触头按接触情况可分为点接触、线接触式和面接触式三种。按触头的结构形式分，有桥式触头和指形触头两种。当接触器未工作时处于接通状态的触点称为常闭触点（又称动断触点），当接触器未工作时处于断开状态的触点称为常开触点（又称动合触点），常开触点和常闭触点是联动的。 图1-10 CJ10-20型接触器的结构 灭弧装置触点在分断大电流电路时，会在动、静触点之间产生较大的电弧。电弧不仅会烧损触点，延长电路分断时间，严重时还会造成相间短路，因此，容量较大（20A以上）的交流接触器均装有陶瓷灭弧罩，以迅速切断触点分断时所产生的电弧。 （2）交流接触器的型号及含义常用的交流接触器有国产的CJ10、CJ20等系列， CJ系列接触器的型号及含义如图1-12所示。 （3）交流接触器的电气符号 五.热继电器 热继电器是一种利用流过继电器的电流所产生的热效应原理来切断电路的保护电器。 具有过载保护功能，但不能用于短路保护。（1）热继电器结构及工作原理热继电器的外形结构如图1-14所示，它由热元件、双金属片、触点、复位按钮、导板及推杆等组成。 图1-14 热继电器的结构图1电流整定装置 2复位按钮 3热元件4双金属片 5导板 6常闭触点 7推杆 六.按钮 按钮是一种用来接通或分断小电流电路的手动控制且可以自动复位的主令电器（1）按钮的种类、结构 按钮的种类很多，有揿钮式、钥匙式、旋钮式和紧急式等，如图1-16（a）所示为常见的按钮外形，图（b）、（c）为按钮的结构和图形符号。按钮主要由按钮帽、复位弹簧、动触头、静触头、支柱连杆及外壳等部分组成。 1.1.2 识读电气原理图 电气控制线路图是根据生产机械运动形式对电气控制系统的要求，采用国家统一规定的图形、符号和图线等形式来表示电气系统中各电气设备、元器件的相互连接关系。电气图是电气安装、调试和检修的理论依据。电气控制系统图一般分三种：电气原理图、电器布置图、电气安装接线图。 1.常用电器的图形符号和文字符号 2.电气原理图-单向连续运行电路 3.绘制电气原理图应遵循的原则 （1）原理图一般分为主电路和辅助电路两部分。主电路是指从电源到电动机的大电流通过的路径。（2）原理图中，各电器元件不画实际的外形，而采用国家规定的统一标准符号来画。根据便于阅读的原则，同一电器元件的各部件可不画在一起，但文字符号要相同。（3）所有电器的触点，都应按没有通电和没有外力作用时的开闭状态画出。（4）原理图中，有直接联系的交叉导线的连接点，要用黑圆点表示，无直接联系的交叉导线，交叉处不能画黑圆点。（5）原理图中接线端子标记 对主电路，三相交流电源引入线用L1、L2、L3、N、PE标记；经过电源开关后，在出线端子上按相序依此编号为U11、V11、W11 ，每经过一个电器元件的线桩后，编号要递增，如U12、V12、W12 ，U13、V13、W13。 对控制电路与照明、指示电路，应从上到下、从左到右，逐行用数字依此编号，每经过一个电器元件的接线端子，编号要依此递增。编号的起始数字除控制电路必须从阿拉伯数字1开始外，其他辅助电路依此递增100作起始数字，如照明电路编号从101开始；信号电路编号从201开始等u 举例：单向连续运行电路工作原理分析三相异步电动机单向连续运行控制电路如图1-18所示，图中，SB1为停止按钮，SB2为启动按钮，其工作原理如下：线路保护功能 短路保护：由熔断器FU1、FU2分别实现主电路和控制电路的短路保护。短路时，熔断器的熔体熔断，切断电路，起到保护作用。 过载保护：由热继电器FR对电动机实现长期过载保护。当电动机出现过载时，热继电器动作，串接在控制电路中的常闭触点FR断开，KM线圈失电，从而使电动机主电路断电，实现过载保护。 失压、欠压和零压保护：由接触器KM本身的电磁结构特点来实现。1.1.3 任务实施 1. 设备材料 2.绘制安装接线图 3.固定元器件并安装接线 （1）检查元器件（2）固定元器件（3）采用线槽布线安装 （4）按钮、电动机、三相电源等外围设备布线安装时，必须通过接线端子排XT与控制板内部低压电器对接。（5）一个接线接线端子上的连接线不得多于两根。所有从一个接线端子到另一个接线端子的导线必须连续，中间不能有接头。 4.自查线路 （1）线路故障检查 将万用表转换开关放到合适的档位，一般置于R100档，检测线路的通断情况 5.通电试车并排故（1）调试控制电路（2）带电动机试车 （3）电压分阶测量法确定故障点 1.1.4 能力拓展： 既可点动又可连续运行电 气线路& 1.2： 任务2 电动机正反转运行电路的安装调试 1.2.1 相关知识学习 一. 三相电动机正反转基本控制电路 1、电路结构分析2、电气原理分析3、电气功能分析4、几点思考：a)电路用到了哪些低压电器。b)电路能实现哪些电器保护功能。二.双重互锁正反转控制电路1、电路结构分析2、电气原理分析3、电气功能分析4、几点思考：a)电路用到了哪些低压电器。b)电路能实现哪些电器保护功能。c)与上述电路不同之处有哪些？三.工作台自动往复运动控制电路 （1）限位开关限位开关又称为位置开关或行程开关，主要用于检测工作机械的位置，当运动部件达到一个预定位置时，操作机构则发出命令以控制其运动方向或行程大小。 （2）工作台往复运行控制电路 1、电路结构分析2、电气原理分析3、电气功能分析4、几点思考：a)电路用到了哪些低压电器。 b)电路能实现哪些电器保护功能。 c)与上述电路不同之处有哪些？1.2.2 任务实施安装并调试图1-26所示的按钮、接触器双重互锁正反转控制线路。 1.2.3 能力拓展 多地点控制和顺序控制电路 一.多地点控制电路 1） 分析电路原理2） 分析电路功能3） 实践举例4）电路的异同二.多台电动机顺序控制线路 1、主电路实现顺序控制(以两台电机为例) 1） 分析电路原理2） 分析电路功能3） 实践举例4）电路的异同2、控制电路实现顺序控制(以两台电机为例) 1） 分析电路原理2） 分析电路功能3）实践举例4）电路与上述电路的异同& 1.3 任务3 电动机Y-降压启动线路的安装调试 1.3.1 相关知识学习 1.电动机降压起动容量较大的笼型异步电机（一般大于4KW）起动电流较大，通常直接起动电流为其额定电流的47倍。所以容量较大的电机采用降压起动的方式来起动。降压起动的方法有定子绕组串电阻、星三角、自耦变压器和延边三角形等。 2.Y/降压起动 Y/降压起动是指电动机起动时，使定子绕组接成星形，用以降低起动电压，从而限制起动电流；电动机起动后，待转速接近额定转速时，把定子绕组改接成三角形，使电动机进入全压运行。星三角降压起动只适用于正常运行时三角形连接的笼型异步电动机，而且只适用于轻载起动。 3.时间继电器时间继电器是根据电磁原理或机械动作原理来实现通断电路的电器。时间继电器的种类很多，按结构原理可分为空气阻尼式、电子式（又称晶体管式）、电动式等；按延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。空气阻尼式时间继电器，是利用空气阻尼原理获得延时的，见图1-39 （c）底座引脚功能图1-40 电子式时间继电器 时间继电器的文字符号为KT，图形符号如图1-41所示。 1.3.2 任务实施（略）1.3.3 能力拓展 其它降压启动电路和多速控制电路 一定子绕组串电阻降压启动控制电路 1）分析电路结构及原理2）分析电路功能3）画工作流程图4）分析与上述Y/电路的异同二.自耦变压器降压启动控制线路 1）分析电路结构及原理2）分析电路功能3）画工作流程图4）分析与上述Y/电路的异同5）优缺点？& 1.4 ：任务4 三相异步电动机能耗制动线路的安装调试 1.4 .1相关知识学习三相异步电动机电气制动方法有能耗制动、反接制动、电容制动、发电制动等。 一.电动机的制动原理能耗制动和反接制动是三相异步电动机常用的方法。下面介绍这两种制动方法的原理1、能耗制动 （见图1-48）2、反接制动（见图1-49）二.速度继电器 三.能耗制动控制电路分析（1）时间原则能耗制动线路 （图1-53） （2）速度原则能耗制动控制线路（图1-54）1.4.2 任务实施安装并调试如图1-53所示时间原则能耗制动控制电路。1.设备材料 2.绘制安装接线图 1.4.3 能力拓展 反接制动控制电路 1.单向反接制动控制电路 2.可逆运行反接制动控制电路 & 本章小结：（1）常用低压电器：开关电器，主令电器，接触器，继电器（中间继电器，速度继电器，时间继电器等）（2）基本控制线路：点动与连续运行控制，（自锁），正反转控制（互锁），Y/换接启动控制及作用，电动机的制动控制及基本线路。（3）低压电器的安装与调试应主要的事项。作业布置：P47 T2，T3课题名称: 项目2 C650车床电气控制系统运行维护授课类型: 理论课 教学目的、要求： 本项目以C650车床电气控制系统为载体，通过本项目的学习：(1)了解C650车床的结构组成及功能作用；(2)学习识读设备电气控制系统图方法；(3)会分析常用机电设备电气控制系统图；(4)学习设备电气控制系统维修方法；(5)会分析一般电气故障原因，并能实施检修。 授课主要内容及课时分配：1)理论教学4节 3）习题课2节教学重点：1）电气原理图阅读分析的方法与步骤 2）C650车床的结构组成及功能作用教学难点： 电气原理图阅读分析及机床故障分析教学手段、教具：教学手段：讲授+仿真教学教 具：多媒体，仿真软件 教学方法：启发式+直观式教学过程：引入项目：C650卧式车床是车床中应用最多、最为典型的车床之一，其电气控制系统是典型的继电-接触器控制电路，通过对整台设备电气控制原理的分析，有助于加深对基本控制电路的认识和理解，熟悉机、电、液在控制中的相互配合，掌握各种生产设备电气控制的规律，培养阅读电气控制图的能力，进一步掌握分析电气控制图的方法，并逐步掌握设备电气控制电路常见故障的分析、检测和维修的方法和技巧。& 2.1 电气识图知识2.1.1 电气原理图图幅的分区 2.1.2 元器件符号、位置的索引 对应接触器线圈，索引中各栏含义如下：对应继电器，索引中各栏含义如下& 2.2 电气原理图阅读分析的方法与步骤(1)熟悉生产设备。 (2)分析主电路。 (3)分析控制电路。(4)分析辅助电路(找照明电路及信号处理电路)。(5)分析联锁与保护环节。 (6)分析特殊控制环节。& 2.3 C650型车床主要结构和控制要求 C650型卧式车床结构如图2-4所示，主要由床身、主轴、刀具、溜板和尾架等部分组成。该车床有两种主要运动：一种是安装在床身主轴箱中的主轴转动，称为主运动；另一种是溜板箱中的溜板带动刀架的直线运动，称为进给运动。 2.4 C650型车床电气控制线路分析 C650型卧式普通车床的电气控制线路原理如图2-5所示。车床共有三台电动机：M1为主轴电动机，拖动主轴旋转并通过进给机构实现进给运动。M2为冷却电动机，提供切削液。M3为快速移动电机，拖动刀架的快速移动。 2.4.1 主电路分析如图2-5所示的主电路中有三台电动机，隔离开关QS将380V的三相电源引入。电动机M1的电路接线分为三部分：第一部分由正转控制交流接触器KMl和反转控制交流接触器KM2的两组主触点构成电动机的正反转接线；第二部分为电流表A经电流互感器TA接在主电动机Ml的主回路上以监视电动机绕组工作时的电流变化。第三部分为一串联电阻控制部分，交流接触器KM3的主触点控制限流电阻R的接入和切除。速度继电器KS的速度检测部分与电动机的主轴同轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速低于KS的动作值时，其常开触点可将控制电路中反接制动的相应电路切断，完成停车制动。电动机M2由交流接触器KM4的主触点控制其主电路的接通和断开，电动机M3由交流接触器KM5的主触点控制。为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了熔断器的短路保护环节和热继电器的过载保护环节。 2.4.2 控制电路分析1 主电动机正、反转启动与点动控制 2主电动机反接制动控制电路3 刀架的快速移动和冷却泵电动机的控制 刀架快速移动是由转动刀架手柄压动位置开关SQ，接通快速移动电动机M3的控制接触器KM5的线圈电路，KM5的主触点闭合，M3电动机启动运行，经传动系统驱动溜板带动刀架快速移动。冷却泵电动机M2由启动按钮SB6、停止按钮SB5和KM4辅助触点组成自锁回路，并控制接触器 KM4线圈电路的通断，来实现电动机M2的控制。开关SA可控制照明灯EL，EL的电压为36V安全照明电压。 & 2.5 故障检修方法及步骤 2.5.1 机床电气设备故障检修方法及步骤 (1)熟悉电气控制电路工作原理。 (2)确定故障发生的范围。(3)进行外表检查。 (4)断电检查。 (5)通电检查。 1)发生飞车和打坏传动机构。 2)因短路烧坏熔断器熔丝，原因未查明。 3)通电会烧坏电动机和电器等。 4)尚未确定相序是否正确等。 2.5.2 C650型车床电气控制线路故障点说明 （1）如熔断器QS开路，则主电动机M1电源缺相，当启动M1时，电动机不能运转，并伴有嗡嗡声。电动机过热且有焦味，在短时间内电动机的某相线圈会烧毁。出现这种情况时应立即断开电源，仔细检查熔断器内的溶体是否烧断，或接线是否接触不良或某处开路。（2）如图中的（3）出开路，则主电动机也因没有三相电压而不能运转，用万用表测量其前面电路电压是否正常，但电动机M1的三个接线端子无三相电压。（3）如电路在图中（4）处开路，则主电动机不能反转。（4）如电路在图中（5）处开路，则冷却泵电动机不能运转。（5）如电路在图中（6）处开路，则快速移位电动机不能运转。其他故障请同学们对照课本及电路图自行分析。& 本章小结：本项目主要是学习识读设备电气控制系统图的方法；并通过引入C650车床电路练习识图，并通过识图分析电路故障及查找故障的方法。1，电气原理图阅读分析的方法与步骤(1)熟悉生产设备。 (2)分析主电路。 (3)分析控制电路。(4)分析辅助电路(找照明电路及信号处理电路)。(5)分析联锁与保护环节。 (6)分析特殊控制环节2， 识图时要注意两点：1）电气原理图图幅的分区 2）元器件符号、位置的索引3，能读懂大型电气控制原理图，读图时要注意区分分析主电路和控制电路。4，C650型车床电气控制线路分析与故障排除方法本章作业：P70 T1，T3,T6课题名称: 项目3运料小车PLC控制系统设计制作授课类型: 理论课 +实践仿真课+习题课教学目的、要求：本项目以运料小车为载体，通过本项目的学习：（1）了解PLC的基本组成及工作过程。（2）掌握PLC基本指令编程方法和技巧。（3）会正确选择和使用PLC；（4）会使用GX-developer编程软件输入、编辑程序和仿真。（5）会安装和调试送料小车PLC控制系统。 授课主要内容及课时分配：1)理论教学8节 2）实践+仿真 4节 3）习题课2节教学重点：1）PLC的基本组成及工作过程 2）PLC基本指令编程方法和技巧3）项目设计教学难点：运料小车的项目设计教学手段、教具：教学手段：讲授+实践+仿真教学教 具：多媒体，仿真软件，编程软件GX-developer 教学方法：启发式+小组讨论式教学过程：& 3.1 项目任务一、引出项目某生产线需要一个自动运料小车系统，其运行示意图如图3-1所示。其中：A点为装料处，B点为料处。小车的运行轨道为直线，通过三相异步电动机经传动装置进行驱动，电机正转时通过传动装置带动小车左行向装料处运行，电机反转时带动小车右行向卸料处运行，其具体工作过程如下： 原始位置：小车空车停在卸料处B点，此时卸料限位开关SQ2被小车压住。按下启动按钮系统运行，小车首先左行，在装料处(A点)停下，同时装料斗阀门打开开始装料，10s后料斗关闭装料结束，小车开始右行；小车右行至卸料处(B点)停下来，同时小车卸料阀打开，使液压缸推动料斗翻起开始卸料，6s后卸料阀关闭卸料结束，完成一次运料任务。如此循环3次后小车停在原始位置B点。 二、项目任务利用PLC实现本项目控制要求，具体工作内容如下：（1）分析控制要求，分配I/O地址。（2）绘制PLC控制系统电路图。（3）编制PLC控制程序并进行仿真。（4）安装并调试运行运料小车PLC控制系统。（5）编制控制系统技术文件及说明书。 & 3.2 相关知识学习3.2.1 PLC基本知识 1.简单理解PLC 可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PLC，是20世纪60年代发展起来的一种新型工业控制装置。它将传统的继电器控制技术和计算机控制技术、通信技术融为一体，广泛地应用于各类生产机械和生产过程的自动控制中。 PLC及其网络被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。 1987年国际电工委员会(IEC)制定了PLC的标准，并给它作了如下定义： 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。 世界上第一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)根据GM公司招标的技术要求研制出来的。其后，日本、德国、法国等相继引入这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。2.PLC的基本构成 PLC是以微处理器为核心的工业用计算机系统，其硬件组成与计算机有类似之处。根据结构形式的不同，PLC可分为整体式和模块式两类。 整体式PLC的硬件主要由中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、通信端口、IO扩展端口和电源等部件组成，所有部件都装在同一机壳内构成主机。 整体式PLC的结构紧凑、体积小，小型机常采用这种结构。整体式PLC的基本组成如图3-3所示。 模块式PLC的各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。装有CPU的模块称为CPU模块，其他模块称为扩展模块。如下图所示。3.PLC硬件系统组成（1）微处理器（CPU） 接收并存储用户程序和数据； 诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误； 接收输入信号，送入数据寄存器并保存； 运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作； 将用户程序的执行结果送至输出端。 （2）存储器 1）系统存储器系统程序存储器+系统数据存储器 存放系统工作程序（监控程序）； 存放模块化应用功能子程序； 存放命令解释程序； 存放功能子程序的调用管理程序； 存放存储系统参数。2）用户存储器RAM/EPROM/EEPROM 存放用户工作程序； 存放工作数据。（3）输入单元带光电隔离电路 多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入 DC电源DC24V输入 DC电源DC12V输入 接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）； 接收模拟量信号（模拟量输入单元）； 接收按钮或开关命令（数字量输入单元）； 接收传感器输出信号。（4）输出单元带光电隔离器及滤波器 多种输出方式：晶体管； 晶闸管；继电器 驱动直流负载（晶体管输出单元）； 驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）； 驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。4.PLC的工作过程 （1）PLC的工作过程-扫描工作方式 5.PLC的常用编程语言 梯形图(LAD) 指令表(STL) 顺序功能图（SFC） 结构文本(ST) 功能块图(FBD)3.2.2 认识FX2N系列PLC PLC品牌较多，如：欧姆龙，西门子，施耐德，三菱等。本教材选用的是三菱PLC，不同的品牌及机型，所用的编程语言和符号均有不同，请同学们加以注意。1.FX系列PLC型号 系列名称：如0、2、0S、1S、ON、1N、2N、2NC、3U等。单元类型：M基本单元；E输入输出混合扩展单元；EX扩展输入模块； EY扩展输出模块。输出方式：R继电器输出；S晶闸管输出；T晶体管输出；特殊品种：DDC电源，DC输入；A1AC电源，AC输入或AC输出模块等例如FX2N32MR-D，其参数意义为:三菱FX2NPLC，有32个IO点，继电器输出型，使用DC24V电源，DC输入的基本单元。2.FX2N系列PLC外部结构 见图1-11 FX2N系列PLC外形图：安装孔4个；电源、辅助电源、输入信号用的可装卸式端子；输入指示灯；输出指示灯；输出用的可装卸式端子；外部设备接线插座；面板盖；DIN导轨装卸用卡子；I/O端子标记；动作指示灯,POWER:电源指示灯，RUN:运行指示灯，BATT.V：电池电压下降指示灯，PROG-G：指示灯闪烁时表示程序出错，CPU-E：指示灯亮时表示CPU出错；扩展单元、扩展模块、特殊模块的接线插座盖板。3.FX2N系列PLC编程元件 （1）输入继电器（X） 在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用八进制编号，用无数个常开和常闭触点。 输入继电器不能用程序驱动。输入继电器是PLC接收外部开关信号的窗口，PLC通过输入端子将外部信号的状态读入并存在输入映像寄存器。下图所示为一个PLC控制系统的示意图。 (2)输出继电器（Y） 输出继电器采用八进制编号，有内部触点和外部输出触点（继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件）之分，由程序驱动。 在PLC内部，外部输出触点与输出端子相连，向外部负载输出信号，且一个输出继电器只有一个常开型外部输出触点。 输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。输出继电器是PLC向外部负载发送信号的窗口。输出继电器将PLC的输出信号传送给输出单元，再由后者驱动外部负载。 （3）辅助继电器（M） 由内部软元件的触点驱动,常开和常闭触点使用次数不限，但不能直接驱动外部负载,采用十进制编号。 通用辅助继电器M0M499（500点） 掉电保持辅助继电器M500M1023（524点） 特殊辅助继电器M8000M8255（256点） 只能利用其触点的特殊辅助继电器 可驱动线圈的特殊辅助继电器只能利用其触点的特殊辅助继电器n M8000：运行监控用，PLC运行时M8000接通。n M8002：仅在运行开始瞬间接通的初始脉冲特殊辅助继电器。n M8012：产生100ms时钟脉冲的特殊辅助继电器。可驱动线圈的特殊辅助继电器n M8030：锂电池电压指示灯特殊继电器。n M8033：PLC停止时输出保持特殊辅助继电器。n M8034：止全部输出特殊辅助继电器。n M8039：时扫描特殊辅助继电器。（4）定时器（T） 定时器实际是内部脉冲计数器，可对内部1ms、10ms和100ms时钟脉冲进行加计数，当达到用户设定值时，触点动作。 定时器可以用用户程序存储器内的常数k或H作为设定值，也可以用数据寄存器D的内容作为设定值。 普通定时器（T0T245） 100ms定时器T0T199共200点，设定范围0.13276.7s； 10ms定时器T200T245共46点，设定范围0.01327.67s。 积算定时器（T246T255） 1ms定时器T246T249共4点，设定范围0.00133.767s； 100ms定时器T250T255共6点，设定范围为0.13276.7s（5）计数器（C） 计数器可分为通用计数器和高速计数器。 16位通用加计数器，C0C199共200点，设定值：132767。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点动作。 32位通用加/减计数器，C200C234共135点，设定值：-2147483648+2147483647。 高速计数器C235C255共21点，共享PLC上6个高速计数器输入（X000X005）。高速计数器按中断原则运行。 16位加计数器 通用型：C0C99共100点 断电保持型：C100C199共100点 32位双向计数器 有两种32位加/减计数器，设定值：-2147483648+2147483647。 通用计数器：C200C219共20点 保持计数器：C220C234共15点 计数方向由特殊辅助继电器M8200M8234设定。 加减计数方式设定：对于C，当M8接通（置1）时，为减计数器，断开（置0）时，为加计数器。 计数值设定：直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容作为计数值。间接设定时，要用元件号紧连在一起的两个数据寄存器。3.2.3 FX2N系列PLC基本指令 FX2N系列PLC基本指令有27条，步进指令2条，功能指令128种，共298条现将基本指令的符号，功能，用法列表如下：符号名称 )功 能 电路表示和目标元件 LD 取 运算开始 常开触点 LDI 取反 运算开始 常闭触点 LDP取上升沿脉冲 运算开始 上升沿触点 LDF 取下降沿脉冲 运算开始 下降沿触点AND与 串联 常开触点 ANI 与非 户串联 常闭触点 ANDP 与脉冲 串联 上升沿触点 ANDF与脉冲（F） 串联下降沿触点 OR或 并联常开触点 ORI或非 并联常闭触点ORP或脉冲 并联上升沿触点 ORF 或脉冲（F） 并联下降沿触点 ANB 逻辑块与 块串联 ORB逻辑块或 块并联 OUT输出 线圈驱动指令 SET 置位 保持指令 RST复位 复位指令 PLS脉冲 上升沿检测指令 PLF脉冲（F） 下降沿检测指令MC 主控 主控 开始指令 MCR主控复位 主控复位指令 MPS进栈 进栈指令（PUSH） MRD读栈 读栈指令 MPP 出栈 出栈指令 （POP 读栈且复位） INV反向 运算结果的反向 NOP无 空操作 程序清除或空格用 END结束 程序结束 程序结束，返回0步案列分析【案例3-1】起保停控制程序。图3-24为启动、保持、停止PLC控制程序，在图3-24（a）所示的梯形图中，当启动信号X1为ON时，输出Y0得电为ON，因为Y0的常开触点和X1并联，实现自锁使输出Y0保持.当停止信号X2为ON时，Y0失电，使其输出为0.【案例3-2】优先选择控制程序。图3-25所示为两个输入信号X1、X2的优先选择控制梯形图，即先接通的即获得优先权，而后接通的无效（如抢答器，具有互锁的正反转控制等）。其中X0为复位或停止信号，Y1、Y2分别为输入信号X1、X2的控制对象。【案例3-3】写出下列梯形图的指令表？【案例3-4】振荡程序。图3-31所示为用两个定时器产生连续振荡信号的电路。在X1接通期间，Y0产生的连续振荡信号的周期为3 s，占空比为12(接通时间断开时间)。其中，接通时间（或脉宽）为1 s，由定时器T2设定；断开时间为2S，由定时器T1设定。【案例3-5】 定时器的应用1：断电延时控制程序。如图3-32所示为用位元件M0实现的断电延时电路。若输入X0接通，M0线圈通电产生输出，并通过M0触点自锁。当输入X0断电时，线圈M0不是立即停止输出，而是经过T0延时10s后才停止输出。 操作练习操作练习1：电动机的正反转控制q 第二个应用实例是用PLC完成三相异步电动机的正反转控制。q 根据前面的控制思路，首先要有主电路。q 实现电动机的正反转控制需要有两个接触器， 一个正转接触器KM1 一个反转接触器KM2 通过两个接触器对电动机的电源进行调相，实现正反转控制。 根据控制要求，I/O接线图中，有三个输入信号和两个输出信号送入PLC。 正转启动信号SB2接输入继电器X0，反转启动信号SB3接输入继电器X2，停止信号SB1接输入继电器X3。连接公共端COM。 正转接触器KM1的线圈接输出继电器Y1，反转接触器KM2的线圈接输出继电器Y2。 这里提醒大家注意：PLC的运算速度非常快，远远大于接触器硬件的动作速度，在程序中正反转输出信号交替时，可能会出现正转输出信号断开，正转接触器线圈还来不及释放，而反转输出信号接通送出，使反转接触器线圈动作的现象，造成电源的短路事故，所以在正转接触器的线圈回路串联反转接触器的常闭触点，在反转接触器的线圈回路串联正转接触器的常闭触点，实现硬件互锁功能。下面看梯形图。u 梯形图有两条逻辑线，分别实现正转连续运转和反转连续运转，在两个方向的连续运转梯形图的基础上加入互锁触点。u 也就是说在正转输出继电器线圈Y1回路中串入反转输出继电器Y2的常闭触点和反转启动信号的常闭触点X1进行互锁。u 同理，反转输出继电器线圈Y2回路中串入正转输出继电器Y1的常闭触点和正转启动信号的常闭触点X0进行互锁。u 梯形图中接触器和按钮的常闭触点实现软件双重互锁.u 根据梯形图写出对应的指令表。u 叙述指令表。3.2.4 编程的基本规则与技巧一、编程的基本规则v 触点只能与左母线相连，不能与右母线相连；v 线圈只能与右母线相连，不能直接与左母线相连，右母线可以省略；v 线圈可以并联，不能串联连接；v 应尽量避免双线圈输出。二、编程的技巧v 并联电路上下位置可调，应将单个触点的支路放下面。v 串联电路左右位置可调，应将单个触点放在右边。v 双线圈输出的处理v 线圈并联电路中，应将单个线圈放在上边。v 桥形电路的化简方法：找出每条输出路径进行并联3.2.5 PLC控制系统设计原则和步骤 & 3.3 项目实施 【项目要求】根据项目任务要求，运料小车的具体工作过程为：原始位置：小车空车停在卸料处B点，此时卸料限位开关SQ2被小车压住。按下启动按钮系统运行，小车首先左行，在装料处(A点)停下，同时装料斗阀门打开开始装料，10s后料斗关闭装料结束，小车开始右行；小车右行至卸料处(B点)停下来，同时小车底部的卸料阀门打开开始卸料，6s后卸料阀门关闭卸料结束，完成一次运料任务。如此循环3次后小车停在原始位置B点。3.4.1 运料小车PLC控制电路设计1.明确输入/输出设备，分配PLC的I/O地址 （1）确定输入点：根据控制要求分析，本系统中PLC需要4个输入点。（2）确定输出点：小车右行和左行通过电动机的正反转驱动，需要2个接触器进行切换。PLC需要4个输出点与其连接。（3）PLC的选择：PLC的选择主要根据输入输出点数以及输入输出形式来选择。本系统共需要4个输入点和4个输出点，为考虑系统将来的扩展余量（20%的余量）。（4）其它器件选择：接触器；电磁阀要根据装料斗和卸料斗功率选择。本项目选择接触器和电磁阀的线圈电压选择220V。（4）分配I/O点：根据确定的输入/输出设备及输入/输出点数，分配I/O点，见下表所示3.4.2 运料小车PLC控制程序设计3.4.3 运料小车PLC控制系统安装调试 u 设备材料 u 安装接线u 自检 u 输入程序 u 通电调试 & 本章小结：本项目主要是认识PLC的结构及工作原理，学习基本指令的语法规则及编程方法和步骤，最后通过运料小车的项目设计巩固梯形图的编辑及指令语句的使用。1，三菱FX2N系列PLC基本指令有：2， 梯形图语言的编程原则与技巧编程原则：v 触点只能与左母线相连，不能与右母线相连；v 线圈只能与右母线相连，不能直接与左母线相连，右母线可以省略；v 线圈可以并联，不能串联连接；v 应尽量避免双线圈输出。编程的技巧v 并联电路上下位置可调，应将单个触点的支路放下面。v 串联电路左右位置可调，应将单个触点放在右边。v 双线圈输出的处理v 线圈并联电路中，应将单个线圈放在上边。v 桥形电路的化简方法：找出每条输出路径进行并联本章作业：P110 T四2，T四5,T四6课题名称: 项目3物料搬运机械手控制系统设计 授课类型: 理论课 +实践仿真课+习题课教学目的、要求：本项目以物料搬运机械手载体，通过本项目的学习：n （1）掌握步进顺控指令及其编程方法。n （2）掌握PLC控制系统状态转移图的绘制方法。n （3）能根据控制要求绘制气动搬运机械手的SFC图。n （4）能用步进顺控法设计搬运机械手PLC梯形图。n （5）会安装和调试气动机械手PLC控制系统。 授课主要内容及课时分配：1)理论教学4节 2）实践+仿真 2节 3）习题课2节教学重点：1）步进顺控指令及其编程方法。 2）PLC控制系统状态转移图的绘制方法。3）物料搬运机械手控制系统项目设计教学难点：1）PLC控制系统状态转移图的绘制方法。2）步进顺控法设计搬运机械手PLC梯形图教学手段、教具：教学手段：讲授+实践+仿真教学教 具：多媒体，仿真软件，教学方法：启发式+小组讨论式教学过程：& 4.1 项目任务一、引出项目机械手的动作示意图如图4-1所示。其任务是将某工件从A点搬运到运输带上的B点，然后由运输带将工件运输出去。机械手的全部动作均由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制。其中，上升/下降、伸出/收缩和放松/夹紧均由一个线圈两位置电磁阀控制。 （1）机械手“取与放”搬运系统，定义原点为左下方所到达的极限位置，机械手处于放松状态。（2）机械手工作过程：启动后机械手加紧工件夹住工件上升到顶端横向移动到右端下降到B处位置机械手松开，把工件放到B处机械手上升到顶端横向左移到左极限下降到下限原点处，以此连续循环。若中途按停止按钮时，机械手并不立即停止，而是在本次循环所有过程都执行完后回到原点才能停止。 二.工作任务利用PLC实现本项目控制要求，具体工作内容如下：（1）分析控制要求，分配I/O地址。（2）绘制PLC控制系统电路图。（3）绘制机械手搬运工件的状态转移图。（4）编制PLC控制程序并进行仿真。（5）设计并调试搬运机械手PLC控制系统。（6）编制控制系统技术文件及说明书。 & 4.3 相关知识学习4.3.1 步进顺控指令及其编程方法 一、状态转移图及步进顺控指令 1流程图下面以项目2为例来说明流程图的画法。 首先，让我们先来分析一下项目2的运料小车的控制过程。其控制要求为：初始状态：小车停止卸料处；运料小车启动运行后；首先左行，在装料处(A点)停下来装料；10s后装料结束，小车开始右行；小车右行至卸料处(B点)停下来卸料，6s后卸料结束，完成一次运料任务；如此循环3次后小车停在原始位置B点。 因此，可以很容易地画出运料小车控制的工作流程，如图4-4所示。 2状态转移图 状态转移图又称状态流程图，它是一种用状态继电器来表示的顺序功能图，是FX系列PLC专门用于编制顺序控制程序的一种编程方式。那么，如何将流程图转化为状态转移图呢？其实很简单，只要进行如下的变换：一是将流程图中的每一个工序（或阶段）用PLC的一个状态继电器来替代；二是将流程图中的每个阶段要完成的工作（或动作）用PLC的线圈指令或功能指令来替代；三是将流程图中各个阶段之间的转移条件用PLC的触点或电路块来替代；四是流程图中的箭头方向就是PLC状态转移图中的转移方向。1）绘制状态转移图的方法和步骤（以项目2的运料小车为例） a.将整个控制过程按任务要求分解，其中的每一个工序都对应一个状态（即步），并分配状态继电器。b.搞清楚每个状态的功能、作用。c.找出每个状态的转移条件和方向，即在什么条件下将下一个状态“激活”。d.根据控制要求或工艺要求，画出状态转移图。经过以上3步，根据项目1分配的I/O地址，可画出运料小车工作的状态转移图如图4-5所示。 2）状态转移和驱动的过程 图4-5中，S0为初始状态，用双线框表示，其他状态用单线框表示，垂直线段中间的短横线表示转移的条件。状态方框右侧连接的水平横线及线圈表示该状态驱动的负载。图4-5的状态转移和驱动的过程如 由上可知，状态转移图就是由状态和状态转移条件及转移方向构成的流程图。步进顺控的编程过程就是设计状态转移图的过程，其一般思想为：将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态，搞清楚各状态的工作细节（即各状态的功能、转移条件和转移方向），再依据总的控制顺序要求，将这些状态联系起来，就形成了状态转移图。 3.步进指令STL是利用内部软元件（状态S）在顺控程序上进行工序步进式控制的指令。RET是用于状态（S）流程的结束，实现返回主程序（母线）的指令。【举例说明】下图是步进指令的使用说明。（a）是SFC