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1、电气控制与PLC技术PLC技术第一章第一章 基础知识基础知识 PLC程序的编制程序的编制 实验台布置及原理图实验台布置及原理图第二章第二章 实验内容实验内容 1、基本指令的编程练习、基本指令的编程练习 2、十字路口交通灯的模拟控制、十字路口交通灯的模拟控制 3、步进电机控制实验、步进电机控制实验 4、PLC控制的变频调速实验控制的变频调速实验 5、PLC控制的三相异步电机降压起动控制的三相异步电机降压起动第三章第三章 附录附录第一章第一章第一章第一章 基础知识基础知识基础知识基础知识第一节第一节第一节第一节 PLCPLC程序的编制程序的编制程序的编制程序的编制 编程元件编程元件编程元件编程元件
2、 PLCPLC是采用软件编程来实现控制要求的。编程时要是采用软件编程来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入映像寄存器、输出映像寄存触点。编程元件是指输入映像寄存器、输出映像寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。寄存器及特殊功能存储器等。 PLCPLC内部存储器的作用和继电器控制系统中使用的继内部存储器的作用和继电器控制系统中使用的继电器十分相似，也有电器十分相似，也有“ “线圈线圈” ”与与“ “触点触点” ”
3、，但它们不，但它们不是真的继电器，而是是真的继电器，而是PLCPLC存储器的存储单元。当写入该存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为单元的逻辑状态为“ “1”1”时：表示相应继电器线圈得电，时：表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合、动断触点断开。所以内部的这些继其动合触点闭合、动断触点断开。所以内部的这些继电器称为电器称为“ “软软” ”继电器。继电器。S7-200(CPU224)S7-200(CPU224)部分编程元件的编号范围与功能说明部分编程元件的编号范围与功能说明如下：如下： 编程语言编程语言编程语言编程语言PLCPLC最常用的编程语言是梯形图、指令语句表，两者经最常用的编程语言
4、是梯形图、指令语句表，两者经常联合使用。常联合使用。1 1、梯形图、梯形图、梯形图、梯形图梯形图是一种从继电接触控制电路演变而来的图形语梯形图是一种从继电接触控制电路演变而来的图形语言，它是借助于类似继电器的动合、动断触点，线圈言，它是借助于类似继电器的动合、动断触点，线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示的表示PLCPLC输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。梯形图中常用梯形图中常用 等图形符号，它们分别表示等图形符号，它们分别表示PLCPLC编程元件的动断和动合接点；用（编程元件的动断
5、和动合接点；用（ ）表示它们的线圈。）表示它们的线圈。梯形图中编程元件的种类分别用图形符号、标注的字梯形图中编程元件的种类分别用图形符号、标注的字母或数字加以区别。触点和线圈等组成的独立电路称母或数字加以区别。触点和线圈等组成的独立电路称为网络，为网络，用编程软件生成的梯形图或语句表中有网络用编程软件生成的梯形图或语句表中有网络编号，允许以网络为单位给梯形图加注释。编号，允许以网络为单位给梯形图加注释。梯形图的设计应注意到以下三点：梯形图的设计应注意到以下三点： （1 1）、梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每）、梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然
6、后是触点的串、一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联联接，最后是线圈，与能流的方向一致。并联联接，最后是线圈，与能流的方向一致。 （2 2）、梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是）、梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“ “概念电流概念电流” ”，从左流向右，其两端没有电源，这个，从左流向右，其两端没有电源，这个“ “概概念电流念电流” ”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。接通的条件。 （3 3）、输入寄存器用于接收外部输入信号，而不能由）、输入寄存器用于接收外部输入信号，而不能由PLCPLC内部其它继电器的
7、触点来驱动，因此梯形图中只出现内部其它继电器的触点来驱动，因此梯形图中只出现输入寄存器的触点，而不出现输入寄存器的线圈；输出寄输入寄存器的触点，而不出现输入寄存器的线圈；输出寄存器则输出执行结果给外部设备，当梯形图中的输出寄存存器则输出执行结果给外部设备，当梯形图中的输出寄存器线圈得电时，输出接口有信号输出，但它不是输出设备，器线圈得电时，输出接口有信号输出，但它不是输出设备，而是要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现，而是要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现，输出寄存器的触点也可供内部编程使用。输出寄存器的触点也可供内部编程使用。2 2、指令语句表、指令语句表、指令语句表、
8、指令语句表指令语句表是一种用指令助记符来编制指令语句表是一种用指令助记符来编制PLCPLC程序的语言，程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令语句组成的程序就是指令语句表。一条指若干条指令语句组成的程序就是指令语句表。一条指令语句是由步序、指令语、器件编号三部分组成。令语句是由步序、指令语、器件编号三部分组成。 梯形图设计规则梯形图设计规则梯形图设计规则梯形图设计规则1 1、触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。应根、触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。应根据自左至右、自上而下的原则和对输出线圈的几种可据自左至
9、右、自上而下的原则和对输出线圈的几种可能控制路径来画。能控制路径来画。2 2、不包含触点的分支应放在垂直方向，不可放在水平、不包含触点的分支应放在垂直方向，不可放在水平位置，以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路位置，以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径。径。3 3、在有几个串联回路相并联时，应将触头多的那个串、在有几个串联回路相并联时，应将触头多的那个串联回路放在梯形图的最上面。在有几个并联回路相串联回路放在梯形图的最上面。在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。这种安排，所编制的程序简洁明了，语句较少。这种
10、安排，所编制的程序简洁明了，语句较少。4 4、不能将触点画在线圈的右边，只能在触点的右边接、不能将触点画在线圈的右边，只能在触点的右边接线圈。线圈。 编程的几个步骤编程的几个步骤编程的几个步骤编程的几个步骤（梯形图梯形图）1 1、根据要求确定系统所需的动作、次序、根据要求确定系统所需的动作、次序2 2、设定系统的输入、输出数目：由系统的输、设定系统的输入、输出数目：由系统的输入、输出分立元件数目取得。入、输出分立元件数目取得。 3 3、将输入、输出器件编号：定时器、计数器、将输入、输出器件编号：定时器、计数器、内置寄存器等都有唯一的对应编号，不能混用。内置寄存器等都有唯一的对应编号，不能混用。
11、4 4、画出梯形图：根据控制系统的动作要求，、画出梯形图：根据控制系统的动作要求，画出梯形图。画出梯形图。5 5、在编程方式下编写程序、在编程方式下编写程序6 6、测试控制程序并修改、测试控制程序并修改7 7、保存完整的控制程序、保存完整的控制程序 第二节第二节 实验台布置及原理图实验台布置及原理图试验箱与PLC的接线请参照后面的（附图） 实验台面板布置图（一）实验台面板布置图（一） 实验台电源控制原理图（二）实验台电源控制原理图（二） 实验台电源控制原理图（二）实验台电源控制原理图（二） 第二章第二章第二章第二章 实验内容实验内容实验内容实验内容 实验一实验一实验一实验一 基本指令的编程练习
12、基本指令的编程练习基本指令的编程练习基本指令的编程练习 实验在实验在S7-200S7-200模拟实验箱上完成模拟实验箱上完成( (请参照后面的附图请参照后面的附图) ) 一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的 1 1、熟悉、熟悉PLCPLC实验装置，实验装置，S7-200S7-200系列编程控制器的外部接线方法系列编程控制器的外部接线方法 2 2、了解编程软件、了解编程软件STEP7STEP7的编程环境，软件的使用方法。的编程环境，软件的使用方法。 3 3、掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。、掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。 4 4、掌握定时器、计数器的使用方法，学会定时器和计数器
13、的扩展。、掌握定时器、计数器的使用方法，学会定时器和计数器的扩展。 二、二、实验面板图见（附页）实验面板图见（附页）实验面板图见（附页）实验面板图见（附页） 三、实验项目三、实验项目三、实验项目三、实验项目 1 1、与或非逻辑功能实验与或非逻辑功能实验 2 2、定时器定时器/ /计数器功能实验计数器功能实验 四、梯形图参考程序四、梯形图参考程序四、梯形图参考程序四、梯形图参考程序 1 1、与或非逻辑功能实验与或非逻辑功能实验 2 2、定时器的认识实验定时器的认识实验 3 3、定时器扩展实验：由于定时器扩展实验：由于PLCPLC的定时器和计数器都有一定的定时范围的定时器和计数器都有一定的定时范围
14、和计数范围。如果需要的设定值超过机器范围，我们可以通过几个定和计数范围。如果需要的设定值超过机器范围，我们可以通过几个定时器和计数器的串联组合来扩充设定值的范围。时器和计数器的串联组合来扩充设定值的范围。 4 4、计数器实验：计数器分为加计数器计数器实验：计数器分为加计数器, ,减计数器和加减计数器三种。减计数器和加减计数器三种。 实验二实验二实验二实验二 十字路口交通灯的模拟控制十字路口交通灯的模拟控制十字路口交通灯的模拟控制十字路口交通灯的模拟控制 实验在实验在S7-200S7-200模拟实验箱上完成模拟实验箱上完成( (请参照后面的附图请参照后面的附图) ) 一、实验目的一、实验目的一、
15、实验目的一、实验目的 1 1、熟练使用各基本指令，掌握、熟练使用各基本指令，掌握PLCPLC的编程方法和程序调试方法，的编程方法和程序调试方法， 2 2、根据控制要求，使学生理解并掌握用、根据控制要求，使学生理解并掌握用PLCPLC解决一个实际问题的全过解决一个实际问题的全过程。程。 二、控制要求二、控制要求二、控制要求二、控制要求 信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。工作，。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 南北红灯亮维持南北红灯亮维持2525秒，在南北红灯亮的同时
16、东西绿灯也亮，并维持秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持2020秒。到秒。到2020秒时，东西绿灯闪亮，闪亮秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3 3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持时，东西黄灯亮，并维持2 2秒。到秒。到2 2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。 东西红灯亮维持东西红灯亮维持2525秒。南北绿灯亮维持秒。南北绿灯亮维持2020秒，然后闪亮秒，然后闪亮3 3秒后熄灭。秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持同时南北黄灯亮，维持2 2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。秒后
17、熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始周而复始 四、实验要求四、实验要求四、实验要求四、实验要求 1 1、写出编程方法、编程思路、写出编程方法、编程思路 3 3、调试后达到基本要求（调试时间、动作顺序可以不同）、调试后达到基本要求（调试时间、动作顺序可以不同） 2 2、写出完整的程序、写出完整的程序 实验三实验三实验三实验三 步进电机控制实验步进电机控制实验步进电机控制实验步进电机控制实验 实验在实验在模拟实验箱上的挂件（步进电机模块）上面完成。模拟实验箱上的挂件（步进电机模块）上面完成。 一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的 1 1、熟悉步进电机的基本原理、控制要求及控制方法
18、、熟悉步进电机的基本原理、控制要求及控制方法 2 2、锻炼学生用、锻炼学生用PLCPLC解决一个实际问题（调速）的能力解决一个实际问题（调速）的能力 二、控制要求二、控制要求二、控制要求二、控制要求 1 1、实现步进电机的单步控制、实现步进电机的单步控制 2 2、实现步进电机的单方向转连续运行、实现步进电机的单方向转连续运行 3 3、实现步进电机的正、反转连续控制、实现步进电机的正、反转连续控制 四、步进电机工作原理四、步进电机工作原理四、步进电机工作原理四、步进电机工作原理 步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把
19、脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。 1 1、工作原理详述、工作原理详述、工作原理详述、工作原理详述 该步进电机为四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组该步进电机为四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。 开始时，开关开始时，开关SBSB接通电源，接通电源，SASA、SCSC、SDSD断开，断开，B B相磁极和转子相磁极和转子0 0、3 3号齿对齐，同时，号齿对齐，同时，转子的转子的1
20、 1、4 4号齿就和号齿就和C C、D D相绕组磁极产生错齿，相绕组磁极产生错齿，2 2、5 5号齿就和号齿就和D D、A A相绕组磁极产生错相绕组磁极产生错齿。齿。 当开关当开关SCSC接通电源，接通电源，SBSB、SASA、SDSD断开时，由于断开时，由于C C相绕组的磁力线和相绕组的磁力线和1 1、4 4号齿之间磁力号齿之间磁力线的作用，使转子转动，线的作用，使转子转动，1 1、4 4号齿和号齿和C C相绕组的磁极对齐。而相绕组的磁极对齐。而0 0、3 3号齿和号齿和A A、B B相绕组相绕组产生错齿，产生错齿，2 2、5 5号齿就和号齿就和A A、D D相绕组磁极产生错齿。依次类推，相
21、绕组磁极产生错齿。依次类推，A A、B B、C C、D D四相绕组四相绕组轮流供电，则转子会沿着轮流供电，则转子会沿着A A、B B、C C、D D方向转动。方向转动。2 2、步进电机工作时序波形图、步进电机工作时序波形图、步进电机工作时序波形图、步进电机工作时序波形图四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作
22、方式既可以保持较高的与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如别如五、实验要求五、实验要求五、实验要求五、实验要求 1 1、写出编程方法、编程思路、写出编程方法、编程思路 2 2、调试后达到基本要求（调试时间、动作顺序可以不、调试后达到基本要求（调试时间、动作顺序可以不同）同） 3 3、写出单四拍工作方式的程序（正、反转）、写出单四拍工作方式的程序（正、反转） 实验七实验七实验七实验七 PLCPLC控制的变频调速实验控制的变频调
23、速实验控制的变频调速实验控制的变频调速实验 在变频器实验挂件上完成本实验在变频器实验挂件上完成本实验 一、实验目的一、实验目的一、实验目的一、实验目的 1 1、掌握变频器工作原理、控制方式、参数设置等基本知识、掌握变频器工作原理、控制方式、参数设置等基本知识 2 2、掌握用、掌握用PLCPLC控制变频器的多种方法控制变频器的多种方法 二、实验内容（根据实际情况选做）二、实验内容（根据实际情况选做）二、实验内容（根据实际情况选做）二、实验内容（根据实际情况选做） 1 1、PLCPLC控制变频器做多段速度运行控制变频器做多段速度运行 2 2、变频器与、变频器与PLCPLC之间构成电压闭环调速控制系
24、统之间构成电压闭环调速控制系统 3 3、变频器与、变频器与PLCPLC之间构成恒压供水控制系统之间构成恒压供水控制系统 4 4、变频器根据反馈脉冲控制电机做闭环定位控制、变频器根据反馈脉冲控制电机做闭环定位控制 三、控制电路（根据要求自己设计）略三、控制电路（根据要求自己设计）略三、控制电路（根据要求自己设计）略三、控制电路（根据要求自己设计）略 四、控制原理、说明资料四、控制原理、说明资料四、控制原理、说明资料四、控制原理、说明资料 1 1、变频器说明书见电子文档（、变频器说明书见电子文档（FRENIC-miniFRENIC-mini说明书）说明书） 2 2、实验台资料见前面的说明、实验台资
25、料见前面的说明 五、实验要求五、实验要求五、实验要求五、实验要求 1 1、自行设计控制电路、自行设计控制电路 2 2、简述控制原理、控制过程、简述控制原理、控制过程 3 3、写出实验报告、画出完整的控制图、写出实验报告、画出完整的控制图 实验八实验八实验八实验八 PLCPLC控制的三相异步电机降压起动控制的三相异步电机降压起动控制的三相异步电机降压起动控制的三相异步电机降压起动 在在MF32MF32继电接触控制实验挂箱中完成本实验。继电接触控制实验挂箱中完成本实验。 由于电机正反转换接时，有可能因为电动机容量较大或操作不当等原因，由于电机正反转换接时，有可能因为电动机容量较大或操作不当等原因，
26、使接触器主触头产生较为严重的起弧现象，如果电弧还未完全熄灭时，使接触器主触头产生较为严重的起弧现象，如果电弧还未完全熄灭时，反转的接触器就闭合，则会造成电源相间短路。用反转的接触器就闭合，则会造成电源相间短路。用PLCPLC来控制电机则可避来控制电机则可避免这一问题。免这一问题。 实验目的实验目的实验目的实验目的 1.1.掌握电机星掌握电机星/ /三角换接启动主回路的接线。三角换接启动主回路的接线。 2.2.学会用可编程控制器实现电机星学会用可编程控制器实现电机星/ /三角换接降压启动过程的编程方法。三角换接降压启动过程的编程方法。 控制要求控制要求控制要求控制要求 触动启动按钮触动启动按钮S
27、B2SB2后，电机先作星形连接启动，经延时后，电机先作星形连接启动，经延时6 6秒后自动换接到秒后自动换接到三角形连接运转；触动停止按钮三角形连接运转；触动停止按钮SB3SB3后电机停止转动。后电机停止转动。 基于基于基于基于PLCPLC的三相异步电动机星的三相异步电动机星的三相异步电动机星的三相异步电动机星/ /三角换接启动控制实验接线三角换接启动控制实验接线三角换接启动控制实验接线三角换接启动控制实验接线 四、动作过程分析四、动作过程分析四、动作过程分析四、动作过程分析 启动：按启动按钮启动：按启动按钮SB2SB2，X000X000的动合触点闭合，的动合触点闭合，M100M100线圈得电，
28、线圈得电，M100M100的动合触点闭合，的动合触点闭合，Y001Y001线圈得电，即接触器线圈得电，即接触器KM1KM1的线圈得电，的线圈得电，1 1秒后秒后Y003Y003线圈得电，即接触器线圈得电，即接触器KM3KM3的线圈得电，电动机作星形连接启动；同的线圈得电，电动机作星形连接启动；同时定时器线圈时定时器线圈T0T0得电，当启动时间累计达得电，当启动时间累计达6 6秒时，秒时，T0T0的动断触点断开，的动断触点断开，Y003Y003失电，接触器失电，接触器KM3KM3断电，触头释放，与此同时断电，触头释放，与此同时T0T0的动合触点闭合，的动合触点闭合，T1T1得电，经得电，经0.50.5秒后，秒后，T1T1动合触点动合触点 气动单元接线图原理图
