工作原理與電路分析和設(shè)計(jì)新

1、第三章工作原理與電路分析和設(shè)計(jì)3.1可編程控制器的工作原理32可編程控制器電路分析3.3控制電路的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法3.1可編程控制器的工作原理繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是通過繼電器和接觸器觸點(diǎn)狀態(tài) 的變化來實(shí)現(xiàn)其控制功能，而可編程控制器則是通過執(zhí)行控制 程序來實(shí)現(xiàn)其控制功能?？删幊炭刂破鞯目刂瞥绦虼笾掠扇竽K構(gòu)成：第一個(gè)大模塊是：初始化模塊；第二個(gè)大模塊是：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能的模塊，第三個(gè)大模塊是：保證可編程控制器可靠性的模塊?？删幊炭刂破魇遣捎醚h(huán)執(zhí)行控制程序的各個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)其 控制功能的，即控制程序的各個(gè)模塊在可編程控制器的上電期 間內(nèi)被周期性地執(zhí)行.控制程序的各個(gè)模塊均被執(zhí)行一次所需 要的時(shí)間稱為

2、可編程控制器的掃描周期，掃描周期是可編程控 制器的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，它反映出可編程控制器的處理速度。PLC的掃描工作過程開機(jī)內(nèi)部處理1輸出刷新檢查CPU等內(nèi)部硬件，對(duì)監(jiān)視定時(shí) 器（WDT）復(fù)位以及其它工作 與其它智能裝置（如編程器、 計(jì)算機(jī)等）實(shí)現(xiàn)通信按順序?qū)λ休斎攵说臓顟B(tài)進(jìn) 行采樣，并存入相應(yīng)寄存器 對(duì)用戶程序掃描執(zhí)行»并將結(jié) 呆存入相應(yīng)的寄存器將寄存器中與輸出有關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn) 到輸出鎖存器.輸出驅(qū)動(dòng)外部負(fù) 載、信號(hào)傳遞過程（從輸入到輸出）c緊接著的輸出刷新階段將輸出映像寄存 器的狀態(tài)寫入輸出鎖存電路*再經(jīng)輸出電路 傳遞輸出端子.從而控制外接器件動(dòng)作.X0輸入電路輸入映辛存器XO Y

3、0_J _呂YO Y1T I O- st讀2元件映辛存器輸出鎖存器Y0輸出刷新完成后，可編程控制器自動(dòng)開始新的輸入釆樣 階段，之后，周而復(fù)始地重復(fù)上述四個(gè)階段，直到可編程 控制器關(guān)機(jī)或進(jìn)入STOP狀態(tài)。上述工作原理如上圖所示?？删幊炭刂破鞯乃膫€(gè)主要工作階段有嚴(yán)格的先后順序, 一個(gè)階段結(jié)束后，才開始下一個(gè)階段，四個(gè)階段在時(shí)間上 沒有重疊，因此，可編程控制器的輸出信號(hào)滯后于產(chǎn)生這 些輸出信號(hào)的輸入信號(hào)，盡管滯后的時(shí)間很短（幾ms或幾 十ms ）。這是可編程痊制器的一個(gè)顯著特點(diǎn)的編程方法（1）可編程控制器輸出滯后于輸入的現(xiàn)象如=本講教學(xué)要求:1、了解PLC基本編程語芝2、重點(diǎn)掌握梯形圖的編刁3、掌握

4、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法.4x熟悉典型電路的梯形IPLC的編程語言1、梯形圖編程2、指令語句表編程語言3、順序功能圖(SFC)梯形圖是在原繼電 器一接觸器控制系 統(tǒng)的繼電器梯形圖 基礎(chǔ)上演變而來的 一種圖形語吉它 是目詢用得最多的 、？LC編程語言.功能塊圖(FBD)5、結(jié)構(gòu)文本編程語言3.2常用基本單元電路的編程舉例 3. 2. 1定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的編程方法 1.瞬時(shí)接通.延時(shí)斷開電路在圖3-1中.當(dāng)X2為ON時(shí)，Y3得電，并自保，由 于X2的常閉觸點(diǎn)斷開，使T50的線圈不能得電；當(dāng) 輸入X2為OFF (常開觸點(diǎn)斷開)時(shí)，X2的常閉觸點(diǎn)閉 合，T50線圈得電，經(jīng)過15秒鐘使設(shè)定值減到零， T50的常閉觸點(diǎn)斷

5、開，Y3線圈斷開，實(shí)現(xiàn)Y3在X2為 OFF的時(shí)刻延時(shí)15秒。(a)梯形圖圖3-1延時(shí)斷開電路2延時(shí)接通.延時(shí)斷開電路e圖3-2電路可實(shí)現(xiàn):在X0為ON時(shí)Y4延時(shí)5秒得電， 在X0為OFF時(shí)Y4延時(shí)5秒失電。當(dāng)輸入X0為ON時(shí)T50 得電，延時(shí)5秒后，T50所帶的常開觸點(diǎn)閉合，Y4 得電且自保。當(dāng)輸入X0為OFF時(shí)，其常閉觸點(diǎn)閉合, T51得電，延時(shí)5秒后，T51所帶的常閉觸點(diǎn)斷開， Y4線圈解除自保斷電。5s(b)波形圖圖3-2延時(shí)接通、延時(shí)斷開電路下圖3-2,所示的控制電路能實(shí)現(xiàn)在輸入信號(hào)為ON時(shí)，延 時(shí)一段時(shí)間后產(chǎn)生一個(gè)短脈沖輸出信號(hào)，這種短脈沖信號(hào)可 用做啟動(dòng)佶號(hào)或關(guān)斷佶號(hào)X010X01

6、0 M101 T60線圈IIT60觸點(diǎn)iIY010圖3-2，延時(shí)輸出短脈沖信號(hào)3 脈沖發(fā)生器電路:.圖壬1所示脈沖振蕩電路可以產(chǎn)生50S的脈沖信號(hào)。 當(dāng)X0閉合后，T50線圈得電經(jīng)過30S后，其常開觸點(diǎn)閉合，T51線圈得電開始延時(shí)，經(jīng)過20S后T51觸點(diǎn)動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)使T50線圈失電，T50常開觸點(diǎn)又使T51斷開，一個(gè)周期結(jié)束。在一個(gè)周期中T50的觸點(diǎn)閉合20S,斷開30S;而T51的觸點(diǎn)只閉合一個(gè)掃描周期的時(shí)間，其波形圖如3-3所示。XOT51T50HlK300T50X0T50 觸點(diǎn) ：30sT51觸點(diǎn)20s30s20s一個(gè)掃扌K200k_50s L 50s-*! (b)波形圖(a)梯形圖

7、圖3-3脈沖振蕩電路閃爍電路動(dòng)畫演示4 定時(shí)器的擴(kuò)展圖3-4為定時(shí)器的擴(kuò)展電路。圖中通過兩個(gè)定時(shí)器的 串聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)1300秒。在圖中T0的設(shè)定值為 800秒，T1的設(shè)定值為500秒。當(dāng)X0為ON時(shí)，T0就開 始計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)800秒時(shí)，T0所帶的常開觸點(diǎn)閉合， 使T1得電開始計(jì)時(shí)，再延時(shí)500秒后，T1的常開觸點(diǎn) 閉合，Y0線圈得電，獲得延時(shí)1300秒的輸出信號(hào)。xoT1YO 4 800s1500s(b)波形圖圖3-4定時(shí)器的擴(kuò)展5.定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的組合使用圖3-5電路可以獲得30 000秒的延時(shí)。當(dāng)X0閉合時(shí),T0線圈得電開始計(jì)時(shí)，當(dāng)100秒延時(shí)時(shí)間到，T0的常閉觸點(diǎn)斷開，使T0自身復(fù)位

8、，在T0線圈再次得電后又可以開始計(jì)時(shí)。T0的常開觸點(diǎn)、每隔100秒鐘閉合1 次，計(jì)數(shù)器計(jì)1次數(shù)，當(dāng)計(jì)到300次時(shí)，C0的常開觸點(diǎn)閉合，Y1線圈得電閉合，實(shí)現(xiàn)Y1線圈從X0為ON時(shí) 刻，延時(shí)300 x 100秒才有輸出。X4用于給計(jì)數(shù)器復(fù)位。HSI | CU -X4TOCO K300o-Y1Y1o 100X300SX4 II圖3-5定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的組合3. 2.2啟動(dòng)、停止及自?？刂谱饔玫木幊谭椒?1.啟動(dòng)優(yōu)先式控制環(huán)節(jié)3-6(a)中,當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)X0為ON時(shí)，無論關(guān)斷xo1 2 300MB W IV（觸點(diǎn)）100S100S信號(hào)XI的狀態(tài)如何，Y0總被啟動(dòng)，并通過XI的常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自保。當(dāng)X0為O

9、FF后，將停止信號(hào)XI的常閉觸點(diǎn)斷開，Y0斷電。因?yàn)楫?dāng)啟動(dòng)信號(hào)X0與停止信號(hào)XI同時(shí)作用時(shí)，啟 動(dòng)信號(hào)有效，所以稱此電路為啟動(dòng)優(yōu)先式，常用于報(bào) 警設(shè)備.安全防護(hù)及救援設(shè)備，需要準(zhǔn)確可靠的啟動(dòng) 控制，無論停止按鈕是否處于閉合狀態(tài)，只要按下啟 動(dòng)按鈕，便可以啟動(dòng)設(shè)備。xoTlYO XI T用YOXOYO p圖3-6 (a )起動(dòng)優(yōu)先控制方式XI YOM3-圖3-6 (b)停止優(yōu)先控制方式2 停止優(yōu)先式控制環(huán)節(jié):在圖3-6(b)中,當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)X0為ON時(shí)Y0得電，通過 停止信號(hào)XI的常閉觸點(diǎn)使Y0得電且自保。當(dāng)停止信 號(hào)XI的常閉觸點(diǎn)為OFF時(shí)，無論啟動(dòng)信號(hào)狀態(tài)如何， Y0線圈始終失電。由于X0與X

10、I同時(shí)作用時(shí)，停止信號(hào)有效，所以稱此 電路為停止優(yōu)先式，常用于需要緊急停車的場(chǎng)合。3. 2. 3互鎖及連鎖控制的編程方法 1.互鎖控制在一些機(jī)械設(shè)備的控制中，經(jīng)常見到存在某種互為制約的關(guān)系，在PLC控制電路中一般用反映某一運(yùn)動(dòng)的 信號(hào)去控制另一運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的電路，達(dá)到互鎖控制的要求。圖3-7為互鎖控制的梯形圖,圖中為了使Y0和Y1不能 同時(shí)得電，用Y0和Y1的常閉觸點(diǎn)，分別串接于對(duì)方的 控制電路中，實(shí)現(xiàn)互鎖功能。圖3-7互鎖電路當(dāng)Yl. Y2中有任何一個(gè)啟動(dòng)時(shí)，另一個(gè)必須為 斷電狀態(tài)，即保證任何時(shí)候兩者都不能同時(shí)啟動(dòng)， 達(dá)到互鎖的控制要求。這種互鎖控制方式，經(jīng)常用 于控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn).機(jī)床刀架

11、的進(jìn)給與快速 移動(dòng)、橫梁升降與工作臺(tái)走動(dòng)、機(jī)床卡具的卡緊與 放松等不能同時(shí)發(fā)生運(yùn)動(dòng)的控制。綜合案?jìng)?cè)1:（根據(jù)電機(jī)正反轉(zhuǎn)典型電路的設(shè)計(jì)）刀架開始 在限位開關(guān)X4處，按下啟動(dòng)按鈕X0,刀架左行，開始鉆削 加工，到達(dá)X3處，停止供給，鉆頭繼續(xù)鉆動(dòng)，進(jìn)行無進(jìn)給 切削* 6S后，自動(dòng)返回起始位置.X3 Y1（單擊動(dòng)畫）2.順序控制（聯(lián)鎖控制）:圖3-8為聯(lián)鎖控制梯形圖，線圈Y0的常開觸點(diǎn)串接于線圈Y1的控制電路中，線圈Y1的得電是以Y0的接通為條件。只有Y0接通才允許Y1的接通。Y0關(guān)閉后Y1也被關(guān)閉，且在Y0接通的條件下,Y1可以自行啟動(dòng)和停止。圖3-8順序控制3. 2. 4 手動(dòng)及自動(dòng)控制的編程方法

12、:圖3-9為自動(dòng)控制系統(tǒng)的手動(dòng)與自動(dòng)切換梯形圖， 輸入信號(hào)X0為系統(tǒng)設(shè)置的手動(dòng)/自動(dòng)選擇開關(guān)，當(dāng) 選擇手動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，X0為ON滿足主控指令的執(zhí) 行條件，執(zhí)行手動(dòng)控制程序，同時(shí)滿足跳轉(zhuǎn)執(zhí)行 條件，不執(zhí)行自動(dòng)控制程序；相反當(dāng)選擇自動(dòng)工 作狀態(tài)時(shí)，X0為OFF時(shí)，不執(zhí)行手動(dòng)程序，執(zhí)行自 動(dòng)程序。圖3-9手動(dòng)控制與自動(dòng)控制3.2.5順序控制的編程方法順序步進(jìn)控制：:使控制系統(tǒng)能按照固定的步驟，一步接著一步的執(zhí)行。 選擇代表前一個(gè)運(yùn)動(dòng)的常開觸點(diǎn)串聯(lián)于在后一個(gè)運(yùn)動(dòng) 的啟動(dòng)電路中，作為后一個(gè)運(yùn)動(dòng)的發(fā)生條件(約束條 件)。同時(shí)選擇代表后一個(gè)運(yùn)動(dòng)的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)于前 一個(gè)運(yùn)動(dòng)的停止線路中，作為關(guān)閉條件。這樣才能

13、保 證，只有在前一個(gè)運(yùn)動(dòng)發(fā)生了，才允許后一個(gè)運(yùn)動(dòng)可 以產(chǎn)生；而一旦后一個(gè)運(yùn)動(dòng)發(fā)生，立即就使前一個(gè)運(yùn) 動(dòng)停止。達(dá)到順序步進(jìn)控制。圖3-10所示順序步進(jìn)控 制線路，其中魚_圖_為釆用停止優(yōu)先控制方式，圖 為釆用啟動(dòng)祝先控制方式。(a)采用停止優(yōu)先控制方式Y(jié)5 Y2 _込LI 1LT LI 2LI LI 3LI LI 4 LIXI YHX2T YX3T ytX4YX5Y1Y37HMV2)-Y2Y3Y4Y4 廠、Y5(b)采用啟動(dòng)優(yōu)先控制方式.XI Y4HIIIY1丫2X2 Y1IIY2 Y3X3 Y2HI11Y3 Y4X4 Y3HI11PLSY53. 2. 6邏輯指令編程舉例例1:電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制按下

14、正向啟動(dòng)按鈕XI為ON時(shí)，Y0線圈得電并自保，電動(dòng)機(jī) 正轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，Y0的常閉觸點(diǎn)斷開Y1線圈，實(shí)現(xiàn)了電氣的互 鎖。當(dāng)按下反向啟動(dòng)按鈕，X2為ON時(shí)，Y1線圈得電，電動(dòng)機(jī)反 轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，Y1的常閉觸點(diǎn)斷開，使Y0線圏失電，實(shí)現(xiàn)電氣 互鎖。停機(jī)時(shí)按下停止按鈕，X0的常閉觸點(diǎn)、斷開；過載時(shí)熱繼電 器觸點(diǎn)閉合，即X3的常閉觸點(diǎn)斷開，這兩種情況都使線圏Y0、 Y1失電，從而使得KM1、KM2斷電釋放，電動(dòng)機(jī)停下來。圖3T1電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制例2：兩臺(tái)電機(jī)順序啟動(dòng)控制:圖3二12所示兩臺(tái)電機(jī)順序啟動(dòng)聯(lián)鎖控制的梯形圖。圖中由 接觸器KM1、KM2分別控制電機(jī)1和電機(jī)2。X0為ON啟動(dòng)電機(jī)1。10秒后啟動(dòng)

15、電機(jī)2。按下停止按鈕XI, 兩臺(tái)電機(jī)立即停止。Y1過載X2常閉觸點(diǎn)(熱繼電器FR1)斷 開，兩臺(tái)電機(jī)均停止。Y2過載，即X3常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，KM2失 電，電機(jī)2停止轉(zhuǎn)動(dòng)，但電機(jī)1仍然繼續(xù)運(yùn)行。X0 XI X2-II-Y1 Y2T50 K100-(OT50 Y1 X2 X3Y2KM1KM2起動(dòng)停止FR1FR2END |X0YOXIY1X2 PLCX3COMKM14ZM0KM2FU -SBO220VAC圖3-12 兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)控制(a)梯形圖(b) I/O接線圖例3：某鍋爐的鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)控制控制要求：在啟動(dòng)時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)比引風(fēng)機(jī)晚12S啟動(dòng)，在停止時(shí)， 引風(fēng)機(jī)比鼓風(fēng)機(jī)晚15S停機(jī)，采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

16、設(shè)計(jì)的梯形 圖和時(shí)序波形圖如圖士所示。Y1端口接引風(fēng)機(jī)；Y2端口接鼓風(fēng)機(jī)。K120(b)時(shí)序波形圖例4：具有自保功能報(bào)警系統(tǒng)凰上所示某一具有自保功能報(bào)警系統(tǒng)的梯形圖。該控制 程序可以實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能，并具有手動(dòng)檢查報(bào)警指示燈是否 正常、蜂鳴器消音和改變報(bào)警指示燈狀態(tài)的功能。內(nèi)部特殊繼 電器M8013為1S時(shí)鐘。手動(dòng)使XI為ON時(shí)，通過Y0點(diǎn)亮報(bào)警指示燈，所以XI為報(bào)警 指示燈的檢查開關(guān)。當(dāng)有報(bào)警信號(hào)時(shí)X0為ON,則M100得電，在 第三個(gè)梯級(jí)中1S脈沖時(shí)鐘信號(hào)M8013通過輸出端Y0,驅(qū)動(dòng)報(bào)警 指示燈點(diǎn)亮（按1S頻率閃爍）、同時(shí)Y1端蜂鳴器發(fā)聲，實(shí)現(xiàn)聲 光報(bào)警功能。報(bào)警顯示蜂鳴器：操作蜂鳴器復(fù)

17、位按鈕使X2為ON時(shí)，M101線圈得電，M101的動(dòng) 合觸點(diǎn)閉合，報(bào)警指示燈由閃爍變?yōu)槌Ａ繝顟B(tài)，M101的動(dòng)斷 觸點(diǎn)斷開，Y1端的蜂鳴器消音"當(dāng)報(bào)警信號(hào)解除（X0為OFF）,且蜂鳴器復(fù)位按鈕復(fù)位（X2 為OFF）時(shí)，電路恢復(fù)到初始狀態(tài)。33梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也叫試湊法，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法需要設(shè) 計(jì)者掌握大量的典型電路“在掌握這些典型電路 的基礎(chǔ)上，充分理解實(shí)際的控制問題,，將實(shí)際控 制問題分解成典型控制電路，然后用典型電路或 修改的典型電路進(jìn)行拼湊梯形圖案例1有甲乙兩組彩燈，每組均有4只燈泡。按下按鈕SB后，要 求甲組彩燈周期性地亮0. 5秒，滅0.5秒；同時(shí)乙組彩燈周期性 地亮

18、1秒，滅1秒；再次按下SB按鈕后，全部彩燈熄滅。試設(shè)計(jì) 其控制電路。解：1 計(jì)算需要可編程控制器的I/O點(diǎn)數(shù)所需要可編程控制器的I/O點(diǎn)數(shù)要根據(jù)外部控制信號(hào)的數(shù) 目和控制對(duì)象的數(shù)目來確定。經(jīng)分析計(jì)算共需要1個(gè)輸入端子, 需要2個(gè)或8個(gè)輸出點(diǎn)。2 選擇可編程控制器的型號(hào)選用的可編程控制器，要求具有的I/O點(diǎn)數(shù)應(yīng)不少于I/O點(diǎn) 數(shù)。查表可選用FX2N16MRES/UL型可編程控制器較為合 適。這種可編程控制器有8個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè)輸出點(diǎn)，能夠滿足 這里的控制要求。3 分配I/O端子表31 I/O端子分配結(jié)果輸入信號(hào)輸入端子輸出端子控制對(duì)象分組X0Y0EDI甲組SBXIY1ED2X2Y2ED3X3Y3BD4X4Y4ED5乙組X5Y5ED6X6Y6ED7X7Y7ED84畫I/O連接圖5 試湊電路根據(jù)I/O連接圖和控制要求試湊電路如圖空所示。6.分析電路題目的要求是用一個(gè)單輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)啟停的二分頻電路, 上面設(shè)計(jì)出的梯形圖可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求。單按鈕X001HIM00 月101PLSM100產(chǎn)生周期為IS的時(shí)鐘脈沖)PLS M102fl |M8Q13"o END圖3. 16彩燈控制梯形圖案例2設(shè)計(jì)PLC控制電路，完成三相異步電動(dòng)機(jī)的單向啟動(dòng)和停止 熟悉控制對(duì)象