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PLC应用人才的关键是自主学习

可编程控制器（PLC）具有结构灵巧，硬件配置灵活方便、可靠性高、抗能力强，易学易用的特点，已作为普遍的自动化控制器件广泛应用于各行各业。《PLC原理及应用》课程已成为工科院校一门覆盖面较广的专业课，作为学校如何出高素质应用型PLC人才，这成为社会、学校、与家长关注的焦点。根据多年的教学实践，就影响PLC人才的各个因素的与协同，我提出以下几点建议以供参考：

如何制作PLC接术文件根据选定PLC的接术规格，设计和编制如下技术文件：（1）输入输出电路原理图。（2）地址表。（3）PLC数据表。上述文件是制作PLC程序不可缺少的技术资料。梯形图中所用到的所有内部和外部、地址、名称、传输方向，与功能指令有关的设定数据，与有关的电气元件等都反映在这些文件中。 　　编制文件的设计员除需要所用CNC装置和PLC控制器的技术性能外，还需要具备一定的电气设计知识。1．在电动机的控制线路中串入自耦变压器，使起动时定子绕组上自耦变压器的二次电压，起动完毕后切除自耦变压器，额定电压直接加于定子绕组，电动机进入全压正常工作。 　　2．工作合上QS，按下2，KT、KM1线圈通电吸合，KT瞬时触头闭合实现自锁，KM1主触点闭合，电动机M取用自耦变压器二次电压减压起动。KT延时时间到，延时断开常闭触点首先断开，KM1失电；延时闭合常开触点闭合，KM2得电，电动机直接接入电网全压运行，完成起动。 　　3．自耦变压器减压起动适用于起动较大容量的正常工作接成星形或三角形的电动机，起动转矩可以通过改变的位置改变，它的缺点是自耦变压器价格较贵，而且不允许起动。

PLC顺序控制的几种简易设计引言在生产机械的自动控制领域，PLC顺序控制的应用量大面广。然而，工艺不同的生产机械要求设计不同的控制梯形图。目前，不少电气设计人员仍然采用设计法来设计PLC顺序控制，不仅设计效率低，容易出差错，而且设计阶段难以发现错误，需要多次调试、修改才符合设计要。 　　本文提出的4种简易设计，能快速地一次设计成功PLC顺序控制。顺序控制的特点及设计思路1．特点顺序控制是指按照预定的受控执行机构顺序及相应的转步条件，一步一步进行的自动控制。其受控设备通常是顺序不变或相对固定的生产机械。 　　这种控制的转步主令大多数是行程开关（包括有触点或无触点行程开关、光电开关、干簧管开关、霍尔元件开关等位置检测开关），有时也采用压力继电器、时间继电器之类的转换元件作为某些步的转步主令。为了使顺序控制工作可靠，通常采用步进式顺序控制电路结构。 　　所谓步进式顺序控制，是指控制的任一程序步（以下简称步）的得电必须以前一步的得电并且本步的转步主令已发出为条件。对生产机械而言，受控设备任一步的机械是否执行，取决于控制前一步是否已有输出及其受控机械是否已完成。 　　若前一步的未完成，则后一步的无法执行。这种控制的互锁严密，即便转步主令元件失灵或出现误操作，亦不会顺序错乱。2．设计思路本文提出的4种简易设计都是先设计步进阶梯，在步进阶梯实现由转步主令控制辅助继电器得失电；然后根据步进阶梯设计输出阶梯，在输出阶梯实现由辅助继电器控制输出继电器得失电。 　　这4种设计法所设计的梯形图电路结构及相应的指令应适用于大多数PLC机型，具有通用性。由于各种PLC机型的编程元件代号及其编号不尽相同，为便于阐述，本文约定：所有梯形图中的输入继电器、输出继电器、辅助继电器（又称内部继电器）的代号分别为：X、Y、M。 　　设计中所用到的某些功能指令，如置位指令约定为S×，复位指令为R×；移位指指令为SR×。其中的“×”表示编程元件的编号，用十进制数表示。用这些设计实际的控制时，应将编程元件代号和编号变换成所选用的PLC机型对应的代号和编号。 　　图中，步1的转步主令X0为连接启动按钮的输入继电器（为简明起见，后述的转步主令均省去“输入继电器”几个字，只提输入），X1为原位开关，X2、X3、X4分别为步2、3、4的转步主令开关。 　　图1顺序控制流程下面分别介绍各种设计。其中，前3种的设计依据都是图1所示的顺序控制流程。M1～M5分别为各步的受控辅助继电器。Y1～Y4分别为各步受控的输出继电器。一、逐步得电同步失电型步进顺序控制设计法如图2所示，这种设计是根据“与”、“或”、“非”的基本逻辑关系，设计成串联、并联或串、并联复合的电路结构。 　　图2逐步得电同步失电步进顺控梯形图1．步进阶梯的设计步进阶梯的结构如图2a所示。步1的M1得电条件是受控机械原位开关X1处于压合状态（若受控机械有多个执行机构，则要求每个执行机构的原位开关均处于压合状态），原位条件后按起动按钮X0才能得电。 　　M1得电后自锁，并为步2提供步进条件（M1的常开触点）。步1的执行完成时触发的行程开关X2作为步2的转步条件。步2的M2的输入其步进条件和转步条件后得电自锁，并为步3提供步进条件。 　　按此规律即可实现后续每一工作步辅助继电器的得电和自锁。停止步M5的步进条件和转步条件分别为一个工作步M4发出的步进条件（M4的常开触点）和该步完成时所触发的转步X1。由于M5的得电令控制失电，所以M5的回路不自锁，而且要将其常闭触点串联在步1回路的左端。 　　从步2起后续各个步的回路构成分支回路。一旦M5得电便使整个失电。如不用分支回路的结构，也可采用图3所示的回路。即把M5常闭触点分别串联在每步辅助继电器的回路上。应该注意的是：无论工作步还是停止步，如果某步的转步主令有多个，则应将多个转步主令互相串联。 　　其设计是：（1）在控制流程图中，找出某输出继电器M在哪一步开始得电和在哪一步开始失电，以此确定其得电（步进阶梯中使M开始得电的辅助继电器常开触点）和失电（步进阶梯中使M开始失电的辅助继电器常闭触点）；（2）将得电、失电和受控输出继电器线圈串联。 　　图3逐步得电同步失电梯形图2．输出阶梯的设计输出阶梯如图2b所示。如果某个输出继电器在一个工作循环中多次得电失电，则将每次得失电的串联互相并联即可。例如，图1中输出继电器Y1要求在步1和步3得电，在其余步失电。 　　二、逐步得电逐步失电型步进顺序控制设计法1．步进阶梯设计按图1所示的控制流程，采用逐步得电逐步失电型顺序控制设计法设计的步进阶梯如图4a所示，其电路结构与图3的不同点之一是每步的失电由下一步辅助继电器的常闭接点控制；之二是步1回路必须串联步2工作步4的辅助继电器常闭触点。 　　在图2b画其控制回路时，将图1所示的次得电M1和次失电M2串联，*二次得电M4和*二次失电串联，然后将二者并联起来，再与Y1的线圈串联便构成Y1的控制回路。其余依此类推。以防电路工作时，因误操作再次起动而控制顺序错乱。 　　其余的电路结与图3相同。2．输出阶梯设计输出阶梯如图4b所示，输出继电器的控制回路根据控制流程直观确定。例如，输出继电器Y1要求在步1、3得电，则将步1、3的辅助继电器M1、M3的常开触点并联，再与Y1的线圈串联即可。 　　其余输出继电器的控制回路构成与此相同。图4逐步得电逐步失电型顺控梯形图PLC技术展的终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。 　　本文从11方面介绍了PLC在其上的应用趋势。

可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController）简要介绍可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。 　　如果负载的通断变化不是很，建议**选用继电器型的。晶体管型与双向晶闸管型模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应速度快，寿命长，但是过载能力稍差。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是的、通用的。 　　随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为处理器，输入输出模块和电路也都采用了中、大规模甚至**大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。 　　根据实际应用对象，将控制内容编成写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。可编程控制器是一种数字运算操作的电子，专为在工业下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产。 　　PLC是微机技术与的继电控制技术相结合的产物，它克服了继电控制中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺。 　　另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强工具，了广泛的应用。 　　可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。1．处理单元（CPU）CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。 　　CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU的功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。 　　2．存储器（RAM、ROM）存储器主要用于存放程序、用户程序及工作数据。存放的存储器称为程序存储器;存放应用的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。 　　RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。 　　EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化程序和应用程序。3．输入输出单元（I/O单元）I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。 　　接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。4．电源PLC电源单元包括的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。 　　PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。5．编程器编程器是PLC的重要设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，PLC的工作状态。 　　除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。

   

(1) S7-200在扫描循环中完成一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期。S7-200的工作如图4所示。在一个扫描周期中，S7-200主要执行下列五个部分的操作：

（Ⅰ）读输入：S7-200从输入单元读取输入状态，并存入输入映像寄存器中。

（Ⅱ）执行程序：CPU根据这些输入控制相应逻辑，当程序执行时刷新相关数据。程序执行后，S7-200将程序逻辑结果写到输出映像寄存器中。

（Ⅲ）处理通讯请求：S7-200执行通讯处理。

（Ⅳ）执行CPU自诊断：S7-200检查固件、程序存储

器和扩展模块是否工作正常

（Ⅴ）写输出：在程序结束时，S7-200将数据从输出映像寄存器中写入把输出锁存器到物理输出点，驱动外部负载。

（2）、S7-200 CPU的工作

 

   S7-200有两种操作：停止和运行。CPU面板上的LED状态灯可以显示当前的操作。

   在停止下，S7--200不执行程序，您可以下载程序和CPU组态。在运行下，S7-200将运行程序。

   S7-200提供一个开关来改变操作。您可以用开关（位于S7-200前盖下面）手动选择操作：当开关拨在停止，停止程序执行；当开关拨在运行，启动程序的执行；也可以将开关拨在TERM（终端）（暂态），允许通过编程来切换CPU的工作，即停止或运行。

    如果开关打在STOP或者TERM，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会自动进入STOP。如果开关打在RUN，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会进入RUN。

FANUCPLC计数器指令CTR及使用说明CTR用作计数器指令，控制型式可按需要选择，其功能指令格式如图1所示。图1CTR指令格式指令格式说明：1）初始值CNO＝0，初始值为0，CNO＝1，初始值为1。 　　2）加或减计数器UPDOWN=0，做加法计数器；UPDOWN＝1，做减法计数器。注：做减法计数器时初始值就是预置值，与CNO无关。不论是做加法还是减法计数器，预置值都是从CRT／MDI面板上通过键入设定的。 　　3）复位RST＝0，不复位；RST＝1，复位，复位时R1变为“0”，计数器的累加值变为初始值。4）计数ACT＝0，计数器不工作；ACT＝l，计数器的上升沿触发工作。即ACT每通一次，计数器加1或减1。 　　5）R1输出当计数器累加到预置值时R1=1。R1的地址可任意确定。计数器的计数范围是从0000～9999。

多个定时器协同工作梯形图编程可用多个定时器“接力”定时来控制时序控制电路中输出继电器的工作。按下起动按钮X0后，要求Y0和Y1按图1中的时序工作，图中用T0，T1和T2来对三段时间定时。 　　按下起按钮X0后，M0变为ON，其常开触点使定时器T0的线圈“通电”，开始定时，3s后T0的常开触点闭合，使T1的线圈“通电”，T1开始定时，4s后T1常开触点闭合，使T2的线图“通电”……各定时器以“接力”的依次对各段时间定时（见图2），直一段定时结束，T2的常闭触点断开，使M0变为OF。 　　起动按钮提供给X0的，为了保证定时器的线圈有足够长的“通电”时间，用起保停电路控制M0。控制Y0和Y1的输出电路可根据波形图来设计。由图1可知，Y0的波形与T0的常开触点的波形相同，所以用T0的常开触点来控制Y0的线圈。 　　Y1的波形可由T1常开触点的波形取反后，再与M0的波形相“与”而得知，即Y1=M0·T1，用常闭触点可以实现取反，“与”运算可用触点的串联来实现，所以Y1可用M0的常开触点和T1的常闭触点组成的串联电路来驱动。 　　与一般状态编程一样，先进行驱动处理，然后设置转移条件，编程时要由左至右逐个编程，如图1所示（2）选择性汇合编程如图2，设三个分支分别编审到状态S29、S39、S49时，汇合到状态S50，其用户程序编制时，先进行汇合前状态的输出处理，然后向汇合状态转移，此后由左至右进行汇合转移，这是为了自动生成SFC。 　　

PLC的基本知识、*对PLC的定义随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要装置之一，在工业生产的所有领域了广泛的使用，在其他领域(例如民用和家庭自动化)的应用也了迅速的发展。 　　电工会(IEC)在1985年的PLC草案*3稿中，对PLC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，专为在工业下应用而设计。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的指令，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。 　　可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。 　　PLC的推广应用在我国了迅猛的发展，它已经大量地应用在各种机械设备和生产的电气控制装置中，各行各业也涌现出了大批应用PLC改造设备的成果。了解PLC的工作原理，具备设计、调试和PLC控制的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。 　　

 

西门子S7-200系列PLC模拟量扩展模块型号及用途

当需要完成某些特殊功能的控制任务时，CPU主机可以连接扩展模块，利用这些扩展模块进一步完善CPU的功能。常用的扩展模块有两类，即模拟量输入／输出扩展模块、特殊功能模块。模拟量扩展模块类型如

表1   模拟量扩展模块型号及用途

分类

型号

I/O规格

功能及用途

模拟量输入扩展模块

EM231

AI4 x 12位

4路模拟输入，12位A/D转换

AI4 x热电偶

4路热电偶模拟输入

AI4 x RTD

4路热电阻模拟输入

模拟量输出扩展模块

EM232

AQ2 x 12位

2路模拟输出

模拟量输入/ 输出扩展模块

EM235

AI4/AQl x 12

4路模拟输入，1路模拟输出，12位转换

HmwxjSQN

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