电气控制与PLC应用技术完整

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《 电气控制与 PLC 应用技术 》 电子教案 绪 论 1. 电气控制技术的产生与发展 电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求，从手动控制到自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制系统，从有触点的硬接线控制系统到以计算机为中心的存储控制系统。 （ 1 ）电力拖动自动控制系统的组成 （ 2 ）电气控制技术的发展 2. 可编程控制器（ PLC ）的产生与发展 由于继电器 —— 接触器控制系统的结构特点制约着它的发展，在 1968 年，美国通用汽车（ GM ）公司率先提出了 研制新型工业控制器的设想。一年后，由美国数据设备公司（ DEC ）研制出世界上第一台可编程控制器 ，即是早期的工业电脑（ PLC ）。 在微电子技术和计算机技术发展的带动下，使 PLC 在处理速度和控制功能上都有了很大提高，不仅可以进行开关量的逻辑控制，还可以对模拟量进行控制，且具有数据处理、 PID 控制和数据通信功能，发展成为一种新型的工业自动控制标准装置。 近年来随着电力电子技术、检测传感技术、机械制造技术的发展， PLC 在通信能力以及控制领域等方面都不断有新的突破，正朝着电气控制、仪表控制、计算机控制一体化和网络化的方向发展。 3. 本课程的性质、内容和任务要求 主要内容： （ 1 ）工业控制系统中的继电器 — 接触器控制系统； （ 2 ） PLC 控制系统； （ 3 ）变频器的基本应用。 学习方法建议 ： （ 1 ）打好继电器 —— 接触器控制系统的基础，进而学习掌握 PLC 控制系统的应用； （ 2 ）注意学习内容的普及和发展需要； （ 3 ）学习时应注意掌握基本原理和应用规律； （ 4 ）加强实践技能训练做到理论和实践结合。 第 1 章 常用电动机控制电路 1.1 概 述 继电器 — 接触器控制电路由各种低压电器所组成。 一个最简单的三相异步电动机控制电路，可以用一个闸刀开关控制电动机的启动运行和停止。 实际应用中要达到自动控制的要求，电路中需要借助各种开关、继电器、接触器等电器元件，它们能够根据操作人员所发出的控制指令信号，实现对电动机的自动控制、保护和监测等功能。 1.2 三相异步电动机直接启动控制电路 1.2.1 三相异步电动机的启动问题 三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。 三相异步电动机在启动时启动转矩并不大，但定子绕组中的电流增大为额定电流的 4 ～ 7 倍。这么大的启动电流将带来下述不良后果。 （ 1 ）启动电流过大造成电压损失过大，使电动机启动转矩下降。同时可造成影响连接在电网上的其他设备的正常运行。 （ 2 ）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的使用寿命。 （ 3 ）造成过流保护装置误动作。 因此：三相异步电动机的启动控制方式有两种： 一种是直接启动控制；另一种是降压启动控制。 1.2.2 用刀开关直接控制的三相异步电动机单向运转电路 1. 刀开关 胶壳开关 铁壳开关 组合开关 闸刀开关的图形和文字符号 2. 采用刀开关控制的异步电动机启动电路 实物示意图 电气控制线路图 电路的工作原理是： （ 1 ）合上电源开关 QS 三相异步电动机通电电动机启动； （ 2 ）断开 QS 电动机断电停转。 1.2.3. 使用空气断路器直接控制电动机单向运转的电路 空气断路器是一种具有过负载、过热、电源欠压、过压等保护功能于一体的电器。 多种断路器的外形 空气断路器的基本结构 在合闸后，搭钩将锁键钩住，使主触点闭合，电动机通电启动运行。扳动手柄于“分”的位置 ( 或按下“分”的按钮 ) ，搭钩脱开，主触点在复位弹簧的拉力作用下断开，切断电动机电源。除手动分断之外。空气断路器还可以分别由三个脱扣器自动分断，实现对应的保护功能。 常用几种熔断器的外形 1.2.4. 用接触器直接控制电动机单向运转的电路 实现对电动机的控制除前面介绍的刀开关外，电动机控制电路所使用的电器还有熔断器、接触器、热继电器和按钮开关等几种低压电器。 （ 1 ）熔断器 熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉、控制有效的短路保护电器，它串联在电路中。 （ 2 ）接触器 接触器是一种自动化的控制电器，接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路。 交流接触器从结构上可分为电磁系统、触点系统和灭弧装置三大部分。 （ 3 ) 热继电器 热继电器正是根据电动机过载保护的需要而设计的，它利用电流热效应原理和反时限特性，当热量积聚到一定程度时使触点断开切断电路，实现对电动机的过载保护。 注意： 熔断器和热继电器这两种保护电器，都是利用电流的热效应原理作过流保护的，但它们的动作原理不同，用途也有所不同，不能混淆。 （ 4 ） 按钮开关 按钮开关是一种手动电器，常称作控制按钮或按钮。主要用于人们对电路发出控制指令。 为了便于操作人员识别，避免发生误操作，生产中用不同的颜色和符号来区分按钮的功能及作用，不能乱用，特别是红色按钮一定是用于停止控制。 （ 5 ）接触器控制电动机单向运转的电路 控制原理： (1) 合上电源开关 QS ：接通电源； (2) 启动控制： 按下启动按钮 SB2 接触器 KM 电磁线圈得电吸合 　 KM 主触点闭合 电动机 M 得电启动运转 　　　　　　　　 KM 辅助动合触点闭合 　自锁控制 (3) 停止控制： 　 按下停止按钮 SB1 接触器 KM 电磁线圈断电释放 　 KM 主触点断开 电动机 M 断电停止 　　　　 KM 辅助动合触点断开 　　　自锁控制解除 （ 4 ）过载保护： 当电动机在运行中出现过载并达到一定程度时 热继电器 FR 动作 FR 动断触点断开 接触器 KM 电磁线圈断电释放 KM 主触点断开 电动机 M 断电停止 （ 5 ）失压保护 上述电路如在工作中突然停电而又恢复供电，由于接触器 KM 断电时自锁触点已断开，这就保证了在未再次按下启动按钮 SB2 时接触器 KM 不动作，因此不会因电动机自行启动而造成设备和人身事故。这种在突然停电时能够自动切断电动机电源的保护功能称为失压 ( 或零压 ) 保护，由接触器 KM 实现。 （ 6 ）欠压保护 上述电路如果电源电压过低 ( 如降至额定电压的 85 ％以下 ) ，则接触器线圈产生的电磁吸力不足，接触器会在复位弹簧的作用下释放，从而切断电动机电源，防止电动机在电压不足的情况下运行，这种保护功能称为欠压保护，同样由接触器 KM 实现。 1.2.5 三相异步电动机的顺序控制和多点控制电路 1 ．顺序控制电路 （ 1 ）主电路实现顺序控制 ； 电动机 M2 的主电路接在 M1 的控制接触器 KM1 的主触点后面，只有 KM1 主触点闭合， M1 启动后， M2 才能得电运行 。 （ 2 ）控制电路实现顺序控制。 （ a) (b) ( c) 上图（ a ）为 M1 、 M2 顺序启动同时停止；图（ b ）为 M1 、 M2 顺序启动而分别停止；图（ c ）则为 M1 、 M2 顺序启动而 M2 先停后 M1 才能停止。 2 ．多点（异地）控制电路 多点控制的基本原理是将启动按钮的动合触点并联（ SB3 、 SB4 ），这样不论在什么地方只要按下其中一个按钮 KM 的线圈均可得电工作；而将停止按钮的动断触点相串联（ SB1 、 SB2 ）就可以实现异地停止控制。 1.2.6 三相异步电动机的正反转控制电路 1. 使用倒顺开关控制的正反转控制电路 电路的工作原理是： 操作倒顺开关 QS ，把手柄板至 “ 顺 ” 的位置时， QS 的触点往上接通，电动机与电源的连接相序为 L1 — D1 、 L2 — D2 、 L3 — D3 电动机正转运行；当把手柄板至 “ 倒 ” 的位置时， QS 的触点往下接通，电动机与电源的连接相序为 L1 — D2 、 L2 — D1 、 L3 — D3 电动机反转运行；当把手柄板至 “ 停 ” 的位置时， QS 的触点断开，电动机断电停止。 2. 使用交流接触器控制的正反转控制电路 双重联锁正反转控制电路 该电路可实现电动机的直接正反转切换，其控制过程如下： （ 1 ）正转控制（设开始启动） （ 2 ）反转控制（设由原来正转切换） 可让学生自行分析 1.2.7 行程位置控制电路 行程开关是一种将机械信号转换为电信号，以控制运动部件位置或行程的自动控制电器，它也属于主令电器。 实现机床的工作台自动往复运动的电动机拖动控制电路 1.3 三相异步电动机降压启动控制电路 1.3.1 三相笼型异步电动机降压启动控制电路 1. 串电阻 ( 电抗 ) 降压启动控制电路 1.3.2 自耦变压器降压启动控制电路 自耦变压器降压启动是利用自耦变压器二次绕组的不同抽头降压启动，待启动正常后再转回额定工作电 压，这样既能适应不同负载启动的需要，又能获得较大的启动转矩，常被用来启动容量较大的三相异步电动机。 （ 1 ）启动时，将手柄向上扳至 “ 起动 ” 位置，图中左右两组 ( 各三个 ) 触点闭合，电动机定子绕组接入自耦变压器降压启动。 （ 2 ）当电动机转速将近升至额定转速时，可将手柄向下扳至 “ 运行 ” 位置，左、右两组触点断开，将自耦变压器从线路中切除；中间一组触点闭合，电动机全压运行。 （ 3 ）要停机时，只须按下停机按钮 SB ，使失压脱扣器 KV 的线圈断电而造成衔铁释放，通过机械脱扣装置将运行一组触点断开，同时手柄会自动跳回 “ 停机 ” 位置，启动器所有的触点都断开，电动机断电，为下一次启动做准备。 1.3.3 星形 — 三角形（ Y/Δ ）降压启动控制电路 1 ．星形 — 三角形降压启动的原理 星形 — 三角形降压启动又称为 Y/Δ 降压启动。它是利用三相异步电动机在正常运行时定子绕组为三角形联结（ Δ 形），而在启动时先将定子绕组接成星形（ Y 形），使每相绕组承受的电压为电源的相电压（ 220V ）降低启动电压，限制启动电流，待启动正常后再把定子绕组改接成三角形（ Δ 形）每相绕组承受的电压为电源的线电压（ 380V ）正常运行。 2. 时间继电器 自动控制的电路中使用了时间继电器（ KT ）对电动机启动延时进行控制。时间继电器也称延时继电器，当对其输入信号后，需要经过一段时间 ( 延时 ) ，输出部分才会动作。时间继电器主要用作时间上的控制。 1 — 延时闭合瞬时断开动合触点； 2 — 延时断开瞬时闭合动断触点； 3 — 瞬时闭合延时断开动合触点； 4 — 瞬时断开延时闭合动断触点； 5 — 断电延时线圈； 6 — 通电延时线圈 3. 星形 — 三角形降压启动自动控制电路 电路的起动过程如下； KM1 线圈得电 电动机 M 星形联结自锁 按下起动按钮 SB2 KM2 线圈得电 降压起动 KT 线圈得电 开始计时（起动时间） 延时时间到 KT 动断触点延时断开 KM2 断电 KT 动合触点延时闭合 KM3 通电 电动机 M 三角形联结自锁全压运行 1.3.4 三相绕线转子异步电动机降压启动控制电路 转子绕线式异步电动机可以通过电刷在转子绕组中串接外加电阻减小启动电流，根据交流电动机的运转特性，当增大转子电路电阻时，其机械特性变软，在一定的负载转矩下转速下降，这样可以在一定范围内调节电动机的转速，而且在减小启动电流的同时可以获得较大的启动转矩。 （ 1 ）按时间原则控制 控制过程中选择时间作为变化参量进行控制的方式称为时间原则 。 （ 2 ）按电流原则控制 控制过程中选择电流作为变化参量进行控制的方式称为电流原则。 当按下起动按钮 SB1 后，电动机转子串入全部电阻（ R1 、 R2 、 R3 ）启动，由于启动时转子电流较大，三个电流继电器全部动作，它们串接在控制电路中的动断触点同时全部断开。随着电动机的转速逐渐上升，转子电流逐渐减小使三个电流继电器 KA1 KA2 KA3 依次释放，其动断触点依次闭合，控制 KM1 KM2 KM3 逐级短接转子电阻 R1 R2 R3 。中间继电器 KA 起延缓作用，保证在三个电流继电器动作后才能接通 KM1 、 KM2 、 KM3 电路，防止在起动瞬间三个接触器直接通电。 （ 3 ）中间继电器（ KA ） 它的主要作用是用来传递信号或同时控制多个电路和起中间转换作用，也可用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。 中间继电器的结构和工作原理与小型交流接触器基本相同，只是它的电磁系统小些，触点没有主、辅之分，而且触点数量较多。 1.3.5 频敏变阻器控制电路 频繁变阻器是一种随电动机启动过程转速的升高 ( 转子电流频率下降 ) 而阻抗值自动下降的器件。它的阻值能随启动过程的进行自动而又平滑地减小，使启动过程能平滑地进行。 主电路在电动机定子电路接入电流互感器 TA 、电流表 A 、热继电器 FR 的发热元件和中间继电器 KA 的动断触点，是为了在正常运行时接入热继电器进行过载保护，而起动时发热元件被短接，防止误动作 。电流表 A 经电流互感器串入电路，便于对电动机定子电流的测量。电动机转子电路接入频敏变阻器 RF ，由接触器 KM2 主触点在起动完毕后将其短接。转换开关 SA 用于选择手动控制或自动控制。 1.4 三相异步电动机调速控制电路 1.4.1 三相异步电动机的调速 根据异步电动机的转速公式： n ＝（ 1 － s ） 60f ／ p ，可见三相异步电动机的调速方法可以有下列三种： (1) 改变异步电动机转差率 s 的调速。 (2) 改变异步电动机定子绕组磁极对数 p 的变极调速。 (3) 改变电源频率 f 的变频调速。 1.4.2 变转差率调速 异步电动机的转矩与定子电压的平方成正比。因此，改变异步电动机的定子电压也就是改变电动机的转矩和机械特性，从而实现调速，这是一种比较简单的方法。特别是晶闸管技术的发展使   交流调压调速电路得到广泛应用。 1.4.3 变磁极调速控制电路 按照三相异步电动机的工作原理，在电源频率恒定的前提下，异步电动机的同步转速与旋转磁场的磁极对数成反比，磁极对数增加一倍时，同步转速就下降一半，电动机转子的转速也近似下降一半。通过改变异步电动机旋转磁场磁极对数来改变其同步转速，即可以调节电动机的转速。 双速异步电动机的定子绕组接线图。（ a ）图中电动机定子绕组接成三角形 联结，这时 p ＝ 2 ， n ＝ 1500 r ／ min ，为低速运行；而在（ b ）图中电动机定子绕组接成双星形 YY 联结，则这时 p ＝ 1 ， n ＝ 3000 r ／ min ，为高速运行。 双速异步电动机的调速控制电路 电路的工作原理如下： （ 1 ）先合上电源开关 QS ； （ 2 ）低速运转 （ 3 ）高速运转 （ 4 ）停止 按下 SB1 KM2 、 KM3 失电释放 电动机 M 断电停止。 1.4.4 变频调速 1 ．基本原理 变频调速就是利用电动机的同步转速随电机电源频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率进行调速的方法。由异步电动机的转速公式可知，当磁极对数 p 不变时，电动机的转速与电源频率 f 成正比，同步转速随电源频率线性地变化，这就是变频调速的原理。 2 、变频调速的应用 交流异步电动机的变频调速以其高效的驱动性能和良好的控制特性已越来越受到重视，另外交流变频调速系统在节约能源方面有着很大的优势。 1.5 三相异步电动机制动控制电路 电动机的制动控制是指在电动机的轴上加上一个与其旋转方向相反的转矩，使电动机减速或快速停止。 根据产生制动力矩的方法，停车制动的方式有两大类，机械制动和电气制动。 1.5.1 三相异步电动机的机械制动装置 机械制动最常用的装置是电磁抱闸，它主要由制动电磁铁和闸瓦制动器两大部分组成。如图所示 ： 电磁抱闸断电制动型电动机制动控制电路，其基本原理是：制动电磁铁的电磁线圈 ( 有单相和三相两种 ) 与三相异步电动机的定子绕组相并联，闸瓦制动器的转轴与电动机的转轴相连。按下起动按钮 SB2 ，接触器 KM 线圈通电，其自锁触点和主触点闭合，电动机 M 得电。同时，抱闸电磁线圈通电，电磁铁产生磁场力吸合衔铁，带动制动杠杆动作，推动闸瓦松开闸轮，电动机起动运转。停车时，按下停车按钮 SB1 ， KM 线圈断电，电动机绕组和电磁抱闸线圈同时断电，电磁铁衔铁释放，弹簧的弹力使闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机立即停止转动。 1.5.2 电气制动控制电路 1. 反接制动控制电路 反接制动实质上是在制动时通过改变异步电动机定子绕组中三相电源相序，产生一个与转子惯性转动方向相反的反向转矩来进行制动的。 速度继电器是按照预定速度快慢而动作的继电器，速度继电器的转子与电动机的轴相连，当电动机正常转动时，速度继电器的动合触点闭合；当电动机停车转速接近零时，动合触点打开，切断接触器的线圈电路。防止电动机会反向升速，发生事故。 反接制动控制电路 电路的控制过程为： ①启动 ②停机 ( 制动 ) 2. 能耗制动控制电路 能耗制动就是在三相异步电动机脱离交流电源的同时在定子绕组通入直流电，产生一个静止磁场。此时电动机转子因惯性继续旋转切割磁场而在转子绕组中产生感应电流，又在磁场中受电磁力的作用产生电磁转矩。这一转矩总是与电动机的旋转方向相反，起制动的作用。在制动的过程中，转子因惯性转动的动能转变成电能而消耗在转子电路中，所以称为 “ 能耗 ” 制动。 能耗制动的特点是制动平稳，制动效果好，且电动机停转后不会反向起动。但需要提供制动用的直流电源，多通过整流器整流供电。 能耗制动控制电路 电路的工作过程为： ①起动过程 ② 停机 ( 制动 ) 本章小结 本章的主要内容是三相交流异步电动机的继电器 — 接触器控制电路。继电器 — 接触器控制电路是由各种低压电器所组成的。本章将各种低压电器穿插在相关电路中进行介绍，主要有：各种开关 ( 刀开关、转换开关、行程开关，以及各种断路器、按钮开关 ) 、熔断器、接触器、各种继电器 ( 热继电器、时间继电器、中间继电器、速度继电器 ) 等。 结合实践教学，应注意认识这些电器的外形、结构、原理、用途、使用方法和主要参数。并熟悉这些电器的文字和图形符号。这是分析电动机控制电路的基础， 本章通过三相异步电动机的起动、调速、制动等控制电路，介绍了继电器 — 接触器控制电路的基本控制环节和保护环节。在学习这些电路时，应该在理解电动机运行特性的基础上，通过分析电路工作过程，着重注意掌握这些电路的主要特点以及各个电路的异同之处。例如：电路中自锁和互锁的作用；时间控制、行程位置控制和电流控制、速度 ( 转速 ) 控制的方法和特点；短路、过载、失压、欠压、限位等保护作用的原理等等。在本章中介绍的控制电动机在两种运行状态之间转换的电路有手动控制也有自动控制，所用的控制电器也有不同，如星形 — 三角形起动和能耗制动的时间控制、自动往复运动的行程位置控制、反接制动的速度控制、绕线转子异步电动机转子串电阻起动的电流控制等等，应注意各个电路的特点，分析其规律，抓住其异同，融会贯通掌握好电动机控制电路最基本的环节。这也是为后续章节的分析和学习打好基础的需要。 《 电气控制与 PLC 应用技术 》 电子教案 主 编 伍金浩 曾庆乐 中等职业教育机电技术应用专业规划教材 丛书主编 李乃夫 第 2 章 常用机械设备的电气控制 2.1 概 述 2.1.1 常用机床设备简介 在机械加工的过程中由于工艺的要求，机床必须具有多种的机械运动配合，而这些机械运动往往是通过电气系统对电动机的控制来配合实现的。我国将机床按其作用、结构、性能、特点及使用范围分为十二大类。 可见电气控制系统在机床电路的实际应用中非常普遍，控制对象和要求的不同使电路结构也差别很大，本章以一些常用机床的电气控制电路为例进行分析，通过学习提高对接触器控制电路的认识，加深对交流电动机控制方法的理解。 2.1.2 电气控制系统图的构成规则和绘图的基本 方法 电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器元件布置图与电气安装接线图 。 １．电气控制电路图绘制的基本方法 （ 1 ）符号的使用 1) 图形符号电气图中的图形符号由符号要素、一般符号、限定符号等部分组成。 2) 文字符号电气设备中的文字符号用来标明电路、电气设备、装置和元器件的名称、功能、状态和特征等，文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。 ① 基本文字符号分单字母和双字母两种，均用大写字母表示。 单字母符号将各种电器元件、设备和装置划分为 23 大类。例如继电器 -- 接触器控制电路中常用的有： K 表示继电器或接触器类； M 表示电动机； F 表示保护器件； S 表示控制、记忆、信号电路的开关器件选择器； T 表示变压器等。 双字母符号的第一位必须与上述 23 大类单字母符号相对应，表示器件大类，第二位表示附加信息。如： K 表示继电器或接触器类， KT 表示时间继电器， KM 表示接触器。 ②辅助文字符号用来表示电器、装置、电气设备和元件的功能、状态、特征等，由 l ～ 3 位大写字母组成。如： A 表示电流或模拟信号、 AC 表示交流、 PEN 表示保护接地与中性线共用等。 （ 2 ）图线的使用 电气图中常用图线有实线、虚线、点画线等。实线是绘制图中主要内容的基本线，用来画符号的轮廓线和导线；虚线是辅助线，用来画机械联动线、屏蔽线、不可见线等；点画线常用作分界线和围框线。 2. 电气原理图绘制的基本原则 用图形符号和文字符号表示电路各电器元件连接关系和电路工作原理的图形称为电气原理图。 绘制电气原理图应遵循的一些基本原则： l ）原理图分主电路和辅助电路两部分。 2 ）原理图使用国家标准规定的图形符号和文字符号绘制，不表现电器元件的外形和机械结构，同一电器的不同组件可按工作原理需要分开绘制，但应标注相同的文字符号。 3 ）原理图中的所有触点都按未动作时的通断情况绘制，有电连接的交叉导线应在交叉点画上圆点。 4 ）接触器或继电器线圈的下方应标明其对应的文字符号，并列触点表。 5 ）控制电路的接点标记（线号）采用三位及三位以下阿拉伯数字按等电位原则标注。 6 ）主电路各接点标记要按规定原则标注。 7 ）整张图纸的图面按回路划分成若干个图区，图区编号用阿拉伯数字写在图面下部的方框内。 C620 普通车床的电气控制原理图 3. 电气安装图 电气安装图是用来指示电气控制系统中各电器元件的实际安装位置和接线情况的。在图中电器元件用实线框表示，而不必按其外形形状画出。 ①体积大和较重的电器设备应安装在电器安装板的下方，而发热元器件应安装在电器安装板的上面。 ②强电、弱电应分开，强电要加防护，弱电应加屏蔽，以策安全和防止外界干扰。 ③需要经常维护、检修、调整的电器元件应安装于便于操作的位置，不宜过高或过低。 ④电器元件的布置应考虑整齐、美观、对称，不宜过密，应留有一定间距，便于散热和维护。 4. 电气系统安装接线图 电气系统安装接线图用来表明电气设备之间的接线关系，清楚的表明电气设备外部元件之间的电气连接。电气系统安装接线图主要用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理，通常接线图与电气原理图一起使用。电气系统接线图的绘制原则是： ①各电气元件均按实际安装位置绘出，电气元件的图形符号和文字符号必须与电气原理图一致，并符合国家标准。 ②各电气元件上凡是需接线的部件端子都应绘出，并予以编号，各接线端子的编号必须与电气原理图上的导线编号相一致。 ③不在同一控制柜、控制屏等控制单元上的电器零件之间的电气连接必须通过端子板进行，并标明去向。 ④在电气系统安装接线图中布线方向相同的导线用线束表示，连接导线应注明导线的规格 ( 数量、截面积等 ) ；若采用线管走线时，须留有一定数量的备用导线。还应注明线管的尺寸和材料。 C620 普通车床的电气安装接线图 2.1.3 生产机械设备电气控制电路图的读图方法 要学会读懂机床电气线路图，必须在熟练掌握电气控制的基本方法、控制形式等并充分了解各种机床机械运动的基础上，对其电气控制电路进行分析加深理解。熟悉机、电配合及动作情况，掌握各种典型机床的电气控制原理。其基本读图方法是： (1) 看说明书，对设备有一个总体的了解，从设备的基本结构、运动情况、工艺要求、操作方法，到设备对电力拖动的要求，电气控制和保护的具体方法等。 (2) 看主电路，了解电力拖动系统由几台电动机所组成，并结合工艺要求了解电动机的运行特点 ( 如起动、制动方式，是否正反转，有无调速要求等 ) ，各电动机使用了那些电器实行控制和保护。 (3) 分析控制电路，按照设备的工艺要求和动作顺序，对应控制电路的各种基本环节，分析各个控制环节的工作原理和过程。 (4) 分析保护要求，结合设备各个系统的配合情况，找出各个环节之间的联系、工作程序和联锁关系，配合控制电路的全面分析。可总结为 “ 化整为零看局部，综合为整看全图 ” 。 (5) 最后看其他辅助电路 ( 如检测、信号指示、照明电路等 ) 。 2.2 CA6140 型普通车床的电气控制电路 2.2.1 车床的电力拖动形式和控制要求 普通车床对电力拖动及其控制有以下基本要求： (1) 主拖动电动机采用笼型异步电动机，由于车床采用机械的方法调速和反转传动，因此对电动机没有电气调速及反转的控制要求；主轴电动机采用直接起动。 (2) 在车削加工时，为防止刀具和工件温度过高，需要由 — 台冷却泵电动机来提供冷却液。 — 般要求冷却泵电动机在主轴电动机起动后才能起动，主轴电动机停机，冷却泵电动机也同时停机的顺序控制。 (3) 为了方便操作有的车床还配有 — 台刀架快速移动电动机，采用点动控制。 (4) 具有短路、过载、欠压、失压等保护环节。 (5) 具有安全的局部工作照明装置。 2.2.2 CA6140 型普通车床的主要结构和运动形式 CA6140 型车床是 — 种普通车床，其基本结构和控制电器位置如图所示，主要由床身、主轴变速箱、主轴 ( 主轴上带有用于夹持工件的卡盘 ) 、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、丝杆等组成 。 2.2.3 CA6140 型普通车床电气控制电路分析 1 ．电源电路（图区 1 、 2 ） 电源采用三相 380V 交流电源，由带漏电保护断路器 QF 引入，总熔断器 FU 由用户电源提供， PE 为接地保护线路。 2 ．主电路（图区 3 、 4 、 5 、 6 ） 主电路有三台电动机的供电电路组成，主轴电动机 M1 的短路保护由电源电路的断路器 QF 响应，而冷却泵电动机 M2 和刀架快速移动电动机 M3 的短路保护，分别由熔断器 FU1 、 FU2 实现。三台电动机分别由交流接触器 KM1 、 KM2 、 KM3 控制直接起动，单向运转。由热继电器 FR1 、 FR2 分别实现对 M1 、 M2 的过载保护，由于 M3 是短时工作制，所以不需要过载保护。 ３． 控制电路（图区 7 、 8 、 9 、 10 ） (1) 控制电路电源的控制 合上 QF 接通电源。控制电路由控制变压器 TC 提供 110 V 电源， FU3 作短路保护。 (2) 主轴电动机的控制 起动时：按下绿色按钮 SB1→ 接触器 KM1 通电并自锁→主轴电动机 M1 起动运行； 停机时：按下装在 SB1 旁边的红色蘑菇形按钮 SB2→ 接触器 KM1 断电→主轴电动机 M1 停止转动， SB2 在按下后可自行锁住，要复位需向右旋。 (3) 冷却泵电动机的控制 冷却泵电动机 M2 由旋钮开关 SA1 操纵，通过 KM2 控制。 (4) 刀架快速移动电动机的控制 刀架快速移动电动机 M3 由按钮 SB3 点动控制。刀架快速移动的方向则由装在溜板箱 上的十字形手柄控制。 ４．照明与信号指示电路（图区 11 、 12 ） 照明与信号指示电路的电源同样由 TC 提供， EL 为车床工作照明灯，电压为 24 V ； HL 为电源指示灯，电压为 6V 。 HL 和 EL 分别由 FU4 和 FU5 作短路保护。 ５．电气保护环节 除短路和过载保护外，该电路还设有由行程开关 SQ1 、 SQ2 组成的安全保护环节。 2.3 Z535 型立式钻床的电气控制电路 2.3.1 立式钻床的主要结构和运动形式 2.3.2 立式钻床的电力拖动形式和控制要求 立式钻床的电力拖动及其控制要求是： (1) 钻床的主轴运动和进给运动由主轴电动机带动。主轴电动机直接起动，能够正反转；由于采用机械方法调速，所以对电动机没有调速要求。 (2) 加工过程的冷却液由 — 台冷却泵电动机提供。 (3) 具有常规的电气保护环节和安全的局部照明装置。 2.3.3 Z535 型立式钻床电气控制电路分析 1 ．电源电路（图区 1 ） 电源采用三相 380V 交流电源，由 QS1 引入， FU1 作全电路的短路保护， PE 为接地保护线路。 2 ．主电路（图区 2 、 3 、 4 ） M1 为主轴电动机，用于主轴的钻孔加工操作，分别由接触器 KM1 、 KM2 作正反转控制，热继电器 FR 作过载保护。 M2 为冷却泵电动机，由 QS2 控制运行， FU2 作 M2 及控制、照明电路的短路保护。 3 ．控制电路（图区 5 、 6 、 7 ） Z535 钻床的控制电路相对比较简单。由操纵手柄压动三个微动开关 SQ1 、 SQ2 、 SQ3 来控制 KM1 、 KM2 ，实现 M1 的正反转控制： (1) M1 正转控制：将操纵手柄置于向下位置→压动 SQ1 与 SQ2→SQ1 与 SQ2 的动合触点 (1-2) 、 (2-3) 闭合→ KM1 通电→ M1 正转。如果松开手柄， SQ2 的动合触点 (2-3) 断开，但 KM1 由其自锁触点 (8-3) 经 SQ3 的动断触点 (2-8) 支路自锁而保持通电。 (2) M1 反转控制：将操纵手柄置于向上位置→压动 SQ1 与 SQ3→SQ1 与 SQ3 的动合触点 (1-2) 、 (2-6) 闭合→ KM2 通电→ M1 反转。如果松开手柄→ SQ3 的动合触点 (2-6) 开时， KM2 由自锁触点 (5-6) 经 SQ2 的动断触点 (2-5) 支路保持通电。 (3) M1 停止控制：当操纵手柄置于中间位置时， SQ1 的动合触点 (1-2) 断开→ KM1 （或 KM2 ）断电→ M1 停机。 2.4 X62W 型万能铣床的电气控制电路 2.4.1 铣床的主要结构和运动形式 铣床的运动形式主要有： （ 1 ）主运动，主轴带动刀杆和铣刀的旋转运动； （ 2 ）进给运动，包括工作台带动工件在水平的纵、横方向及垂直方向三 个方向上的运动； （ 3 ）辅助运动，是工作台在三个方向上的快速移动。 1 一底座 2 一进给电动机 3 一升降台 4 一进给变速手柄及变速盘 5 一溜板 6 一转动部分 7 一工作台 8-- 刀杆支架 9 一悬梁 l0-- 主轴 ll 一主轴变速盘 12-- 主轴变速手柄 13-- 床身 14 一主轴电动机 2.4.2 铣床的电力拖动形式和控制要求 X62W 万能铣床对电力拖动及其控制有以下要求： ①主轴电动机 M1 为空载直接起动，为满足顺铣和逆铣工作方式转换的要求，电动机要求有正、反转，停车时要求主轴电动机设制动控制。 ② M2 电动机负责拖动工作台横向、纵向和垂直三个方向的进给运动， 选用直接起动方式，进给方向的选择由操作手柄配合相应机械传动来实现，且每个方向均有正、反向运动， 即要求 M2 有正、反转。 ③使用圆工作台时， 工作台不能有其他方向进给， 因此圆工作台旋转与三个方向的进给运动间设有联锁控制。 ④主轴与进给工作顺序为有序联锁控制， 要求加工开始时铣刀先旋转， 进给运动才能进行；加工结束时，进给运动要先于铣刀停止。 ⑤为提高生产效率， 工作台各方向调整运动均为快速移动。 ⑥由 M3 电动机拖动冷却泵， 在铣削加工时提供必要的冷却液。 ⑦为方便操作，各部分起、停控制均为两地控制。 ⑧具有必要的安全保护功能和三台电动机之间有联锁控制功能。 2.4.3 X62W 型万能铣床电气控制电路分析 1. 电源及主电路（图区 1 、 2 、 3 、 4 ） 三相电源由电源开关 QS1 引入， FU1 作全电路的短路保护。主轴电动机 M1 的运行由接触器 KM1 控制，换相开关 SA3 预先选定转向。进给电动机 M2 由 KM3 、 KM4 实现正反转控制。在 M1 起动运行之后才能由 QS2 控制冷却泵电动机 M3 作单向旋转。三台电动机分别由热继电器 FR1 、 FR2 、 FR3 作过载保护。 2 ．控制电路 ( 图区 5 、 6 、 7 、 8 、 9 、 10 、 11) （ 1 ）控制电路的电源（ 5 、 6 ） 控制电路的电源由控制变压器 TC1 提供 110 V 工作电压， FU4 作变压器二次侧的短路保护。电磁离合器和制动器需要的直流工作电源由整流变压器 TC2 降压后经 VC 桥式整流器提供， FU2 、 FU3 分别作交、直流侧的短路保护。电路的主轴制动器 YC1 ，工作台常速进给和快速进给分别是控制电磁离合器 YC2 、 YC3 。 （ 2 ）主轴电动机 M1 的控制（ 5 、 6 、 7 、 8 ） 在 SA3 选好方向后， M1 的运行由交流接触器 KM1 控制。为操作方便，在机床的不同位置各安装了 — 套起动和停机按钮： SB2 和 SB6 装在床身上， SB1 和 SB5 装在升降台上。对 M1 的控制包括有主轴的起动、停机制动、换刀制动和变速冲动。 （ 3 ）工作台进给运动控制 ①工作台的纵向（左、右）进给运动 将纵向进给操作手柄扳向右边 → 行程开关 SQ5 动作 → 其动断触点 SQ5-2 先断开，动合触点 SQ5-1 后闭合 → KM3 通电动作 M2 正转 → 工作台向右运动。 若将操作手柄扳向左边，则 SQ6 动作 → KM4 通电 → M2 反转 → 工作台向左运动。 ② 工作台的垂直（上、下）与横向（前、后）进给运动 工作台垂直与横向进给运动由 — 个十字形手柄操纵，十字形手柄有上、下、前、后和中间五个位置：将手柄扳至 “ 向下 ” 或 “ 向上 ” 位置时，分别压动行程开关 SQ3 和 SQ4 ，控制 M2 正转和反转，并通过机械传动机构使工作台分别向下和向上运动；例如，将十字形手柄扳至 “ 向上 ” 位置 → SQ4 动作 → 动断触点 SQ4-2 先断开，动合触点 SQ4-1 后闭合 → KM4 线圈通电 → M2 反转工作台向运动。而当手柄扳至 “ 向前 ” 或 “ 向后 ” 位置时，虽然同样是压动行程开关 SQ3 和 SQ4 ，但此时机械传动机构则使工作台分别向前和向后运动。当手柄在中间位时， SQ3 和 SQ4 均不动作，工作台停止运动。 ③ 进给变速冲动 将进给变速的蘑菇形手柄拉出，转动变速盘，选择好速度。然后，将手柄继续向外拉到极限位置，随即推回原位，变速结束。就在手柄拉到极限位置的瞬间，行程开关 SQ2 被压动， SQ2 － 1 先断开， SQ2 － 2 后接通，接触器 KM3 得电，进给电动机 M2 瞬时正转。在手柄推回原位时， SQ2 复位，进给电动机只瞬动一下，完成变速冲动。 ④工作台快速进给 当工作台工作在进给状态时，按下快移按钮 SB3 或 SB4 （两地控制），接触器 KM2 得电吸合，其动断触点切断 YC2 ，动合触点接通 YC3 ，使进给传动系统跳过齿轮变速链，电动机直接拖动丝杠套，工作台快速进给，进给方向仍由进给操纵手柄决定。 此外，由于与 KM1 的动合触点并联了 KM2 的 — 个动合触点，所以在 M1 不起动的情况下，也可以进行快速进给。 （ 4 ）圆工作台的控制 在使用圆工作台时，将控制开关 SA2 扳至 “ 接通 ” 位置，此时 SA2-2 接通而 SA2-1 、 SA2-3 断开。圆工作台的旋转运动也是由进给电动机 M2 拖动。在主轴电动机 M1 起动的同时， KM3 通电，使 M2 正转，带动圆工作台旋转 ( 圆工作台只需要单向旋转 ) 。由 KM3 的通电路径可见，只要扳动工作台进给操作的任何 — 个手柄， SQ3 ～ SQ5 其中 — 个行程开关的动断触点断开，都会切断 KM3 ，使圆工作台停止运动，从而保证了工作台的进给运动和圆工作台的旋转运动不会同时进行。 （ 5 ）控制电路的联锁与保护 ①进给运动与主轴运动的联锁 只有在主轴起动之后，工作台的进给运动才能进行。 ②工作台六个运动方向的联锁 只要两个操纵手柄同时扳动，进给电路立即切断，实现了工作台各方向进给间的联锁控制。 ③工作台进给与圆工作台的联锁 使用圆工作台时，必须将两个进给操纵手柄都置于中间位置。 ④进给运动方向上的极限位置保护 机械和电气相结合的方式，由挡块确定各进给方向上的极限位置。 3 ．冷却泵和照明电路（图区３） 冷却泵只有在主电动机起动后才能起动，所以主电路中将 M3 接在主接触器 KM1 触点之后，另外还可用开关 QS2 控制。 SA4 为灯开关，由照明变压器 TC3 提供 24 V 的工作电压给照明灯 EL ， FU5 作短路保护。 2.5 T68 型卧式镗床的电气控制电路 2.5.1 卧式镗床的主要结构和运动形式 1. 卧式镗床的运动形式包括： 主运动 —— 是镗轴和平旋盘的旋转运动。 进给运动 —— 镗轴的轴向移动，平旋盘上刀具溜板的径向移动，工作台的横向移动，工作台的纵向移动和主轴箱的垂直移动。 辅助运动 —— 工作台的旋转，尾架随同主轴箱的升降和后立柱的水平移动。 2.5.2 卧式镗床的电力拖动形式和控制要求 卧式镗床的主运动和进给运动多用使用同 — 台异步电动机拖动，具体要求如下： （ 1 ）双速笼型异步电动机作为主拖动电机。 （ 2 ）进给运动和主轴及花盘旋转用同一台电动机拖动， (3 ) 主轴电动机能正反向点动，并有准确的制动。 (4 ) 主轴电动机低速时直接起动，高速时先低速起动，延时后转为高速运转。 （ 5 ）主轴变速和进给变速设低速冲动环节。 （ 6 ）各运动部件能实现快速移动。 （ 7 ）工作台或镗头架的自动进给与主轴或花盘刀架的自动进给设有联锁。 2.5.3 T68 卧式镗床电气控制电路分析 1. 电源和主电路（图区 1~7 ） 三相电源由转换开关 QS 引入，由熔断器 FU1 作短路保护。机床采用两台电动机拖动，一台是主轴电动机 M1 ，作为主轴旋转及常速进给的动力，同时还带动润滑油泵；另 — 台为快速进给电动机 M2 ，作为各进给运动的快速移动的动力。 2. 控制电路（图区 11~30 ） （ 1 ）主轴电动机的起动和运行 （ 2 ）主轴电动机的制动 （ 3 ）主轴电动机的点动 （ 4 ）主轴变速和进给变速 （ 5 ）快速移动 （ 6 ）联锁保护 2.6 交流桥式起重机的电气控制 2.6.1 桥式起重机概述 起重机是专门用来起吊和短距离搬移重物的一种生产机械，通常也称为行车、吊车或天车。按其结构的不同，分为桥式、塔式、门式、旋转式和缆索式等，桥式起重机按照起重量人为三个等级： 5t 和 10t 为小型起重机， 15 ～ 50t 为中型起重机， 50t 以上为重型起重机。 1 ．桥式起重机的主要结构及运动形式 （ 1 ）起重机由大车电动机驱动沿车间两边的轨道作纵向前后运动。 （ 2 ）小车及提升机构由小车电动机驱动沿桥梁上的轨道作横向左右运动。 （ 3 ）在升降重物时由起重电动机驱动作垂直上下运动。 2 ．桥式起重机对电气控制的特点和要求 (1) 桥式起重机的主要特点： 1 ）桥式起重机的工作条件比较差，由于安装在车间的上部，有的还是露天安装，往往处于高温、高湿度、易受风雨侵蚀或多粉尘的环境；同时，还经常处于频繁的起动、制动、反转状态，要求受较大的机械冲击。故多采用绕线转子异步电动机拖动。 2 ）有合理的升降速度，空载、轻载要求速度快，以减少辅助工时；重载时要求速度慢。 3 ）在提升之初或重物下降到指定位置附近时需要低速运行，因此应将速度分为几档，以便灵活操作。 4 ）具有一定的调速范围，普通起重机的调速范围一般为 3︰1 ，要求较高的则要达到（ 5 ～ 10 ） ︰1 (2) 控制要求： 1 ）提升第一级作为预备级，是为了消除传动间隙和张紧钢丝绳，以避免过大的机械冲击。所以起动转矩不能过大，一般限制在额定转矩的一半以下。 2 ）由于起重机的负载力矩为位能性反抗力矩，因而电动机可运转在电动状态、再生发电状态和倒拉反接制动状态。 3 ）为了保证人身与设备的安全，停车必须采用安全可靠的制动方式。 4 ）应具有必要的短路、过载、零位和终端保护。 3 ．起重机提升机构的工作状态 （ 1 ）提升重物时电动机工作状态 提升重物时，电动机承受两个阻力转矩，一个重物自重产生的位能转矩，另一个是在提升过程中传动系统存在的摩擦转矩 T 。当电动机电磁转矩克服这两个阻力转矩时，重物将被提升。 （ 2 ）下降重物时电动机的工作状态 ①反转电动状态 当空钩或轻载下放重物时，由于负载的位能转矩小于摩擦转矩 , 这时依靠重物自重不能下降，为此电动机必须依重物下降方向施加电磁转矩强迫重物或空钩下放，此时电动机工作在反转电动状态，又称强力下放重物。 ②再生发电制动状态 当以高于电动机同步转速的速度稳定下降，这时电动机工作在再生发电制动状态。 ③倒拉反接制动状态 当重物较重，为获得低速下降，可采用倒拉反接制动下放。 2.6.2 5t 桥式起重机控制电路 在中小型起重机的平移机构和小型起重机的提升机构控制中得到广泛应用。凸轮控制器就是利用凸轮来操作多组触点动作的控制器，它是一种大型手动控制电器，常用于直接操作与控制转子绕线式异步电动机的起动、停止、正反转、调速等。 1 ．凸轮控制器的结构原理 凸轮控制器的结构由机械结构、电气结构、防护结构三部分组成。 凸轮控制器的工作原理是，当转轴在手轮扳动下转动时，固定在轴上的凸轮同轴一起转动，当凸轮的凸起部位顶住动触点杠杆上的滚子时，便将动触点与静触点分开 或接通。 使用凸轮控制器的控制电路原理图中的凸轮控制器，以其圆柱表面的展开图表表示。凸轮控制器有编号为 1~12 的十二对触点，以竖画的细实线表示；而凸轮控制器的操作手轮右旋（控制电动机的正转）和左旋（控制电动机的反转）各有五个挡位，加上一个中间位置（称为 “ 零位 ” ）共有十一个挡位，用横画的细虚线表示；每对触点在各个挡位是否接通，则以在横竖线交点处的黑圆点 “ ·” 表示，有黑圆点表示接通，无黑圆点表示断开。 2 ．凸轮控制器控制的 5 t 桥式起重机小车（吊钩）控制电路原理 M2 为小车（或吊钩）驱动电动机，采用转子绕线式三相异步电动机，在转子电路中串入三相不对称电阻 R2 ，用作起动及调速控制。 YB2 为制动电磁铁，其三相电磁线圈与 M2 （定子绕组）并联。 QS 为电源引入开关， KM 为控制线路电源的接触器。 KA0 和 KA2 为过流继电器，其线圈（ KA0 为单线圈， KA2 为双线圈）串联在 M2 的三相定子电路中，而其动断触点则串联在 KM 的线圈支路中，无论哪个触点动作都可使 KM 线圈断电而停机。 （ 1 ） M2 的起动和正反转控制 电路每次操作之前，应先将 QM2 置于零位，舱门安全开关 SQ6 关闭。由图可见 QM2 的触点 10 、 11 、 12 在零位接通；然后合上电源开关 QS ，按下起动按钮 SB ，接触器 KM 线圈通过 QM2 的触点 12 通电， KM 的 3 对主触点闭合，接通 M2 的电源，然后可以用 QM2 操纵电动机 M2 的运行。 QM2 的触点 10 、 11 与 KM 的动合触点一起构成正转或反转时的自锁电路。 凸轮控制器 QM2 的触点 1 ～ 4 用以换相，控制 M2 的正反转，由图可见 QM2 右旋五挡触点 2 、 4 均接通， M 正转；而左旋五挡则是触点 1 、 3 接通，按电源的相序， M 为反转；在零位时 4 对触点均断开。 （ 2 ） M2 的调速控制 凸轮控制器 QM2 的触点 5 ～ 9 用以改变电阻 R2 接入 M2 的转子回路，以实现对 M2 起动和转速的调节。由图 2.24 可见这 5 对触点在中间零位均断开，而在左、右旋各五挡的通断情况是完全对称的：在 ( 左、右旋 ) 第一挡触点 5 ～ 9 均断开，三相不对称电阻 R2 全部串入 M2 的转子电路，此时 M2 的机械特性最软；置第二、三、四挡时触点 5 、 6 、 7 依次接通，将 R2 逐级不对称地切除，使电动机的转速逐渐升高；当置第五挡时触点 5 ～ 9 全部接通， R2 被全部切除， M2 运行在自然特性曲线上。 (3) 安全保护功能 吊车控制电路具有过流、零压、零位、欠压、行程终端限位保护和安全保护共六种保护功能。 ①过流保护 采用过流继电器作过流 ( 包括短路、过载 ) 保护，过电流继电器 KA0 、 KA2 的动断触点串联在 KM 线圈支路中。 ②零压保护 采用按钮开关 SB 起动， SB 动合触点与 KM 的自锁动合触点相并联的电路，都具有零压 ( 失压 ) 保护功能。 ③零位保护 采用凸轮控制器控制的电路在每次重新起动时，还必须将凸轮控制器旋回中间的零位，使触点 12 接通，才能够按下 SB 接通电源，这一保护作用称之为 “ 零位保护 ” 。 ④ 欠压保护 接触器 KM 本身具有欠电压保护的功能，当电源电压不足时 ( 低于额定电压的 85 ％ ) ， KM 因电磁吸力不足而复位，其动合主触点和自锁触点都断开，从而切断电源。 ⑤行程终端限位保护 行程开关 SQ1 、 SQ2 分别作 M2 正、反转 ( 如 M2 驱动小车，则分别为小车的右行和左行 ) 的行程终端限位保护，其动断触点分别串联在 KM 的自锁支路中。 ⑥安全保护 在 KM 的线圈电路中，还串入了舱门安全开关 SQ6 和事故紧急开关 SA1 。在平时，应关好驾驶舱门，使 SQ6 被压下 ( 保证桥架上无人 ) ，才能操纵起重机运行；一旦发现紧急情况，可断开 SA1 紧急停车。 3 ． 5 t 交流桥式起重机控制电路 ５ t 交流桥式起重机电气控制的全电路如下图。 （ 1 ）主电路 5 t 桥式起重机的大车较多采用两台电动机分别驱动，图中共有四台绕线转子异步电动机拖动，分别由三只凸轮控制器控制。 起重吊钩电动机 M1 由 QM1 控制； 小车驱动电动机 M2 由 QM2 控制； 大车驱动电动机 M3 和 M4 由 QM3 同步控制。 凸轮控制器 QM3 共有 17 对触点，比 QM1 、 QM2 多了 5 对触点，用于控制另一台电动机的转子电路，因此可以同步控制两台绕线式异步电动机。 （ 2 ）控制电路 控制电路电源由接触器 KM 控制，过流继电器 KA0~KA4 作过流保护，其中 KA1~KA4 为双线圈式，分别保护 M1 ， M2 、 M3 与 M4 ； KA0 为单线圈式，单独串联在主电路的一相电源线中，作总电路的过流保护。 SQ5 为吊钩 M1 上行限位， SQ1 、 SQ2 为小车 M2 左右行限位； SQ3 、 SQ4 为大车 M3 、 M4 前后行限位控制。 （ 3 ）保护电路 保护电路由接触器、过电流继电器、位置开关等组成，用于控制和保护起重机，实现电动机过流保护、失压保护以及零位、限位保护。 本章小结 电气控制系统图包括电气原理图、电器布置图和电气安装接线图，电气原理图反映电路中各个电器元件的连接关系和电气工作原理，电器布置图反映各电器元件的实际安装位置，而电气安装接线图则反映电气设备各控制单元内部元件之间的接线关系。各种图都要求按照国家标准统一的图形和文字符号及标准画法来绘制。应注意掌握各种电气图的构成规则，掌握生产机械设备电气控制系统图的读图方法。 CA6140 型普通车床、 Z535 型立式钻床、 X62W 型万能铣床和 T68 型卧式镗床及小型起重机等，都是机械加工中的常用机床在进行复习小结时，应注意掌握各电路的特点和控制要求。 1.CA6140 型普通车床的主轴电动机 M1 与冷却泵电动机 M2 的联锁控制，由行程开关 SQ1 、 SQ2 组成的断电保护环节。 2.Z535 型立式钻床主轴电动机的正反转控制和自动进给控制。 3.X62W 型万能铣床控制电路的主要特点是进给控制电路部分。 4.T68 型卧式镗床控制电路的特点是：主轴和进给电动机 M1 为双速电动机，由 KM4 、 KM5 控制定子绕组由三角形联结转换成双星形联结，进行低一高速转换。低速时可直接起动；高速时，先低速起动然后自动转换成高速运行。 5 ．凸轮控制器是一种大型的手动控制电器，常用于直接控制转子绕线式异步电动机的起动、反转、变速和制动。 《 电气控制与 PLC 应用技术 》 电子教案 主 编 伍金浩 曾庆乐 中等职业教育机电技术应用专业规划教材 丛书主编 李乃夫 第 3 章 可编程控制器的基础知识 PLC 实质上是一种工业专用的计算机，它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口，更能适应于工业控制要求的编程语言。 PLC 系统的实际组成与计算机控制系统的组成基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。 3.1 PLC 的硬件结构 中央处理器（ CPU ） 存储器 输入／输出单元及接口 电源等组成 各部分之间都通过总线连接，总线分电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。 3.1.1 中央处理器（ CPU ） PLC 中所采用的 CPU 随机型不同而有所不同，常有三种：通用微处理器，单片微处理器芯片，位片式微处理器。 3.1.1 中央处理器（ CPU ） 主要作用有： （ 1 ）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。 （ 2 ）用扫描的方式接收现场输入设备状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。 （ 3 ）检查电源、 PLC 内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等。 （ 4 ） PLC 进入运行状态后，从存储器中读取用户程序并进行编译，执行并完成用户程序中规定的逻辑或算术运算等任务。 （ 5 ）根据运算的结果，完成指令规定的各种操作，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。 3.1.2 存储器 存储器有两种，一种是可进行读／写操作的随机存取的存储器 RAM ；另一种为只能读出不能写入的只读存储器 ROM ，包括 PROM ， EPROM ， EEPROM 3.1.2 存储器 PLC 配有系统程序存储器（ EPROM 或 EEPROM ）和用户程序存储器（ RAM ）。 系统存储器用来存储系统程序，而系统程序不需要用户干预 用户存储器用来存放用户编写的应用程序或用户数据（如控制过程中需要不断改变的信息、输入、输出信号、定时值、计数值等），存于 RAM 中的程序可随意修改。当用户程序确定不变后，可将其固化在只读存储器中。 3.1.2 存储器 EPROM 存储器是一种由用户根据需要编程，可以反复修改的只读存储器。 当用户程序确定不变后，可将其固化在 EPROM 存储器中。写入时加高电平，擦除时用紫外线照射。而 EEPROM 存储器除可用紫外线照射擦除外，还可用电擦除。 3.1.2 存储器 RAM 一般分为程序存储区和数据存储区。程序存储区用以存储用户程序，数据存储区用以存储输入、输出与接点和线圈的状态以及特殊功能要求的有关数据。现在许多 PLC 直接采用 EEPROM 作为用户程序存储器。 PLC 中已提供了一定容量的存储器供用户使用，若不够用，大多数 PLC 还提供了存储器扩展功能。 3.1.3 输入／输出 (I/O) 接口 I/O 接口是 PLC 与工业生产现场被控对象之间的连接部件。 I/O 接口的输入 / 输出信号有：数字量、开关量和模拟量三种形式，用户涉及量最多的是开关量。 PLC 的对外功能就是通过各类 I ／ O 接口的外接线，实现对工业设备或生产过程的检测与控制。 I/O 接口一般都具有光电隔离和滤波，其作用是把 PLC 与外部电路隔离开来，以提高 PLC 的抗干扰能力。 3.1.3 输入／输出 (I/O) 接口 PLC 开关量输出接口按输出开关器件的种类不同常有三种形式： 继电器输出型， CPU 输出时接通或断开继电器的线圈，继电器的触点闭合或断开，通过继电器触点控制外部电路的通断，既可带直流负载，也可带交流负载； 晶体管输出型，通过光耦合使开关晶体管截止或饱和导通以控制外部电路，只能带直流负载； 双向晶闸管输出型，采用的是光触发型双向晶闸管，只能带交流负载。 继电器输出型有较大的输出电流，而晶体管输出型和双向晶闸管输出型的输出电流都较小。 1. 开关量输入接口 (1) 直流输入接口 当输入端的开关接通时，光电耦合器导通，输入信号送入 PLC 用户程序的数据存储区，以供 CPU 作逻辑或数值运算用，同时 LED 指示灯亮，显示输入端接通。接口电路所使用的电源，一般由 PLC 内自身的电源供给，但也有的 PLC 要由用户提供，称为用户电源。 1. 开关量输入接口 (2) 交流／直流输入接口 各输入电路只能有一个公共端子，称为汇点输入方式 也可能没有公共端子，彼此独立，互不影响，称为分隔式输入方式。 其工作原理与直流输入接口基本相同，所不同的是外接电源除直流电源外，还可用 12 ～ 24V 交流电源。 1. 开关量输入接口 (3) 交流输入接口 为减少高频信号串入，电路中设有高频去耦电路。 2. 开关量输出接口 开关量输出接口的作用是将 PLC 的输入信号，即用户程序的逻辑运算结果传给外部负载即用户输出设备，并将 PLC 内部的低电平信号转换为外部所需要电平的输出信号，并具有隔离 PLC 内部电路与外部执行元件的作用。 2. 开关量输出接口 (1) 直流输出接口 ( 晶体管输出型 ) 当需要某一输出端产生输出时，由 CPU 控制，将用户程序数据区域相应的运算结果调至该路输出电路，输出信号经光电耦合器输出，使晶体管导通，并使相应的负载接通，同时输出指示灯亮，指示该路输出端有输出。负载所需直流电源由用户提供。 2. 开关量输出接口 (2) 交流输出接口 ( 晶闸管输出型 ) 当需要某一输出端产生输出时，由 CPU 控制，将用户程序数据区域相应的运算结果调至该路输出电路，输出信号经光电耦合器输出，使晶体管导通，并使相应的负载接通，同时输出指示灯亮，指示该路输出端有输出。负载所需交流电源由用户提供。 2. 开关量输出接口 (3) 交 / 直流输出接口 ( 继电器输出型 ) 采用继电器作开关器件，既可带直流负载，也可带交流负载 2. 开关量输出接口 为了满足工业自动化生产更加复杂的控制需要， PLC 还配有很多 I/O 扩展模块接口。 2. 开关量输出接口 3.1.4 电源 PLC 一般采用高质量的开关式稳压电源为内部电路供电，向 CPU 、存储器及输入／输出接口提供各自所需的直流电压。电源的性能将直接影响 PLC 的功能和工作的可靠性。 3.1.5 编程器 编程器是 PLC 的一个附件，主要由键盘、显示器、工作方式选择开关和外存储器插口等部件组成，用于向 PLC 的用户存储器编写、输入、调试程序。 PLC 运行时，可通过编程器测试、监控 PLC 的输入输出接点及其它内部资源的状态。 3.2 PLC 的软件 PLC 的软件是其工作所用各种程序的组合，包括系统软件和应用软件。 3.2.1 系统软件 PLC 的系统软件主要是系统的管理程序和用户指令的解释程序，由 PLC 的制造厂家编写，已固化在系统程序存储器中，用户不能直接读写和修改。它一般包括系统诊断程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。 3.2.2 应用软件 应用软件又称用户程序，是用户根据现场不同的控制要求，用 PLC 的编程语言编制的应用程序，这相当于设计接触器－继电器控制系统的控制电路图。程序由编程器输入到 PLC 的内存中，可以方便地读出、检查和修改。 PLC 的编程语言有很多种，不同的 PLC 厂家采用的编程语言有所不同，但基本可分为两大类：一是用文字符号来表达程序，二是用图形符号来表达程序。 1. 梯形图语言 梯形图编程语言（ Ladder Diagram ）。这是目前 PLC 使用最广、最受电气技术人员欢迎的一种编程语言。因为，梯形图不但与传统继电器控制电路图相似，设计思路也与继电器控制图基本一致，还很容易由电气控制线路转化而来。逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，容易掌握，通过丰富的指令系统可实现许多接触器－继电器电路难以实现的功能，充分体现了微机控制的特点。 (a) 继电器控制电路图　　 (b) 梯形图 图 3.9 继电器控制电路图与梯型图的对比 1. 梯形图语言 (1) PLC 梯形图与继电器控制电路图的比较 控制电路采用硬接线将各种继电器及触点按一定的要求连接而成，所以接线复杂且故障点多，同时不易灵活改变。 由 PLC 构成的控制系统，它的控制部分采用 “ 可编程 ” 的 PLC ，而不是实际的继电器线路。因此， PLC 控制系统可以方便地通过改变用户程序，以实现各种控制功能， 1. 梯形图语言 由于 PLC 的用户程序（软件）代替了继电器控制电路（硬件）。因此，对于使用者来说，可以将 PLC 等效成是许许多多各种各样的 “ 软继电器 ” 和 “ 软接线 ” 的集合，而用户程序就是用 “ 软接线 ” 将 “ 软继电器 ” 及其 “ 触点 ” 按一定要求连接起来的 “ 控制电路 ” 。 1. 梯形图语言 PLC 梯形图构成的基本规则 ① 梯形图中 PLC 的内部寄存器触点的基本符号有两种：动合触点及动断触点。同一标号的触点可反复多次地使用。 ② 梯形图中的输出 “ 线圈 ” 也用符号表示 , 同一标号的输出继电器作为输出变量只能够使用一次，但其触点可反复多次地使用。 ③ 梯形图按从左至右、从上至下的顺序画出 , 每一逻辑行必须从起始母线开始画起，左侧先画动合触点或动断触点 , 并注意要把并联接点多的画在最左端；最右侧是输出变量（即输出继电器 “ 线圈 ” ），输出变量可以并联但不能串联。 在输出变量的右侧也不能有动合触点或动断触点 梯形图构成的一个原则是： “ 左重右轻，上重下轻 ” 。 2. 助记符语言（指令语句表） 对于小型 PLC 在生产现场编制、调试程序时，可使用手持编程器进行，但它的屏幕较小，只能采用助记符语言来表示操作命令输入到 PLC 中。它类似于微机的汇编语言，但更为简单易于使用。 地址 操作码 操作数 0 LD X001 1 OR Y001 ANI X002 OUT Y001 4 LD X003 5 OUT Y002 6 END 3. 功能表图语言 功能表图语言是一种较新的编程方法，又称状态流程图语言。对于控制要求比较高的场合，一般采用状态流程图方法设计用户程序。它将一个完整的控制过程分为若干状态步，各状态步具有不同的动作，它们之间有一定的转换条件，转换条件满足就实现状态转移，上一状态动作结束，下一状态动作开始。 3.3 PLC 的工作方式 PLC 确定了工作任务，装入了专用程序成为一种专用机，它采用循环扫描的工作方式，系统工作任务管理及用户程序的执行都通过循环扫描的方式来完成，也称为循环扫描的工作机制。 3.3 PLC 的工作方式 PLC 的工作过程可以分为四个阶段：一般内部处理扫描阶段 通信服务与自诊断阶段 执行用户程序扫描阶段数据输入 / 输出扫描阶段 3.3.1 输入处理阶段 在输入处理阶段， PLC 以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入信号（开或关）读入到与之对应的输入映像寄存器中寄存起来，此时输入映像寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才被重新读入 . 3.3.2 程序执行阶段 在程序执行阶段， PLC 对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则按先上后下，先左后右的顺序进行。每扫描到一条指令时，所需要的输入状态或其它元素的状态分别由输入映像寄存器和元素映像寄存器中读出，然后作由程序确定的逻辑运算或其它数字运算，最后根据程序中有关的指令将运算结果存入确定的输出映像区有关单元。 3.3.3 输出处理阶段 当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。此时 PLC 将输出映像寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动用户输出设备（外部负载），这就是 PLC 的本次工作周期运行结果的实际输出。 3.4 PLC 的主要性能和分类 3.4.1 PLC 的主要性能指标 1. I/O 点数 ( 指 PLC 主机的输入、输出端子数总和，是衡量 PLC 性能的重要指标。 )2. 存储容量 ( 存储容量是指用户程序存储器的容量 )3. 扫描速度 (PLC 执行用户程序的速度 )4. 指令种类 ( 指令功能的强弱、数量的多少 )5. 内部继电器的种类 ( 种类与数量越多，表示 PLC 的存储和处理各种信息的能力越强。 )6. 特殊功能模块（配接各种高功能模块，以实现一些特殊的专门功能 ） 3.4.2 PLC 的分类 1. 按结构形式分类 一般分为整体式和模块式两种 (1) 整体式把 CPU 、存储器及 I/O 接口等单元集中装配在印刷电路板上，并同电源单元一起装在一个机体内，形成一个整体，通常把它称为主机。 (2) 模块式把 CPU 和输入、输出等单元做成独立的模块，即 CPU 模块、输入模块和输出模块，电源模块等 3.4.2 PLC 的分类 2. 按 I ／ 0 点数分类 小型 I/O 点数为 256 点以下  中型 I/O 点数为 256 以上、 2 048 点以下 大型 I/O 点数为 2 048 点以上 3.4.3PLC 的发展趋势 向高速度、大容量、多功能、网络化方向发展 向小型化、低成本、简易实用方向发展 提高系统的可靠性 编程语言多样化 《 电气控制与 PLC 应用技术 》 电子教案 主 编 伍金浩 曾庆乐 中等职业教育机电技术应用专业规划教材 丛书主编 李乃夫 第 4 章 FX2N 系列 PLC 的硬件系统配置 现代工业生产自动化三大支柱 机器人 PLC 计算机辅设计与制造 第 4 章 FX2N 系列 PLC 的硬件系统配置 PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。 为满足不断发展的大规模工业生产柔性控制的要求而逐步发展起来的。最早用于取代继电器控制线路 其功能基本限于开关量逻辑控制，仅执行逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能。但随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，ＰＬＣ的功能已大大超出了原先的逻辑运算。 可编程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的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 第 4 章 FX2N 系列 PLC 的硬件系统配置 第 4 章 FX2N 系列 PLC 的硬件系统配置 FX2N 是 FX 系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行速度高达 0.08s ，远远超过了很多大型可编程控制器，用户储存容量可扩展到 16K 步，最大可以扩展到 256 个 I/O 点，有 5 种模拟量输入 / 输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、 4 种位置控制控制模块、多数 RS – 232C/RS – 422/RS – 485 串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板。使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。 4.1 PLC 的基本结构 4.1 PLC 的基本结构 中央处理单元（ CPU ） 存储器 输入、输出（ I/O ）单元 电源 1. 中央处理单元（ CPU ） 将各种输入信号取入存储器。 编译、执行指令。 把结果送到输出端。 响应各种外部设备的请求 2. 存储器 PLC 内部存储器 系统程序存储器 用户程序及数据存储器 系统程序存储器： 主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。 用户程序及数据存储器： 主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。 3. 输入、输出（ I/O ）单元 开关量输入接口 直流输入单元 交流输入单元 作用：把现场的开关量信号变成ＰＬＣ内部处理的标准信号 直流输入单元 PLC 输入端 , 开关类元件 工作电流流向 交流输入单元 上“＋”下“－” 下“＋”上“－” 开关量输出口 开关量输出接口 继电器输出方式 晶体管输出方式 晶闸管输出方式 作用：把ＰＬＣ内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号 继电器输出方式 PLC 继电器 负载 COM ＰＬＣ内部电路 ＰＬＣ外围电路 继电器型输出接口用于交 / 直流两种电源 , 但接通断开频率低 晶体管输出方式 PLC 负载 COM 24V 晶体管输出方式有较高的接通断开频率 , 但只适于直流驱动场合 输入输出扩展接口 用于将扩充外部输入 / 输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。 4. 电源 PLC 一般采用高质量的开关式稳压电源为内部电路供电，向 CPU 、存储器及输入／输出接口提供各自所需的直流电压。 电源的性能将直接影响 PLC 的功能和工作的可靠性。 4.2FX2N 系列的内部寄存器配置 输入／输出（ I/O ）继电器 辅助继电器（ M ） 状态寄存器（ S ） 定时器（ T ） 计数器（ C ） 数据寄存器（ D ） 指针（ P 、 I ） 4.2.1 输入／输出（ I/O ）继电器 输入继电器（ X ） 作用 是将用户输入设备发来的开关信号输入 PLC 编号采用 八进制 数表示 触点数在编程时没有限制，即有 无数 对动合和动断触点供编程使用 4.2.1 输入／输出（ I/O ）继电器 输出继电器（ Y ） 作用 是将 PLC 程序的结果输出传给负载 只能由内部程序指令来驱动， 不能由外部信号驱动 有 无数 对动合和动断触点供编程使用 输出继电器的线圈只能使用 一次 4.2.2 辅助继电器（ M ） 辅助继电器不能直接驱动外部负载，供内部编程使用 触点在 PLC 内部编程时可无限次使用 线圈在一个程序中只能使用一次 采用十进制编号 4.2.2 辅助继电器（ M ） 通用辅助继电器 M0 ～ M499 （ 500 点） 掉电保持辅助继电器 M500 ～ M1023 （ 524 点） 特殊辅助继电器 M8000 ～ M8255 （ 256 点） 4.2.2 辅助继电器（ M ） 特殊辅助继电器 触点型 特殊辅助继电器 M8000 ：运行监视器（在 PLC 运行中接通） M8002 ：初始脉冲（仅在运行开始时瞬间接通） M8011 ： 产生 10ms 时钟脉冲的特殊辅助继电器。 线圈型特殊辅助继电器 M8033 ： PLC 停止时保持输出映像存储器和数据寄存器内容。 M8034 ：将 PLC 的输出全部禁止。 M8039 ： PLC 按 D8039 中指定的扫描时间工作 4.2.3 状态寄存器（ S ） 它用来记录系统运行中的状态，与步进顺控指令 STL 配合应用 状态寄存器与辅助继电器一样有无数的动合和动断触点 状态寄存器不与步进顺控指令 STL 配合使用时，可作为辅助继电器 M 使用 FX2N 系列可通过程序设定将 S0 ～ S499 设置为有断电保持功能的状态器 4.2.3 状态寄存器（ S ） 状态有 五种 类型： 初始状态 S0 ～ S9 共 10 点 回零状态 S10 ～ S19 共 10 点 通用状态 S20 ～ S499 共 480 点 保持状态 S500 ～ S899 共 400 点 报警用状态 S900 ～ S999 共 100 点 4.2.4 定时器（ T ） FX2N 系列中定时器时可分为通用定时器和积算定时器。 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。 4.2.4 定时器（ T ） 通用定时器 的特点是不具备断电保持功能，即当输入电路断开或 停电 时定时器复位。 通用定时器（ T0 ～ T245 ） 100ms 定时器 T0 ～ T199 共 200 点，设定范围 0.1 ～ 3276.7s 10ms 定时器 T200 ～ T245 共 46 点，设定范围 0.01 ～ 327.67s 。 4.2.4 定时器（ T ） 积算定时器具有 计数累积 功能 在定时过程中如果断电或定时器线圈 OFF ，积算定时器将保持当前的计数值（当前值），通电或定时器线圈 ON 后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为 0 。 积算定时器（ T246 ～ T255 ） 1ms 定时器 T246 ～ T249 共 4 点，设定范围 0.001 ～ 32.767s 100ms 定时器 T250 ～ T255 共 6 点，设定范围为 0.1 ～ 3276.7s 4.2.4 定时器（ T ） 积算定时器 当 X0 接通时， T253 当前值计数器开始累积 100ms 时钟脉冲的个数。 当 PLC 电源经 t0 后断开，而 T253 尚未计数到设定值 K345 ，则当前计数值保留。 电源接通并使 X0 再次接通后， T253 从保留的当前计数值开始继续累积。 经过 t1 时间，当前计数值达到 K345 时，定时器的常开触头 T253 接通，使线圈 Y0 接通。 累积总时间为 345×0.1s=34.5s 。 当复位输入 X1 接通时，定时器才复位，当前值变为 0 ，常开触头也随之复位。 4.2.5 计数器（ C ） FX2N 系列计数器分为内部计数器和高速计数器两类 内部计数器是在执行扫描操作时对内部信号（如 X 、 Y 、 M 、 S 、 T 等）进行计数 16 位增计数器（ C0 ～ C199 ） 共 200 点 ，其中 C0 ～ C99 为通用型， C100 ～ C199 共 100 点为断电保持型 32 位增 / 减计数器（ C200 ～ C234 ） 共有 35 点，其中 C200 ～ C219 （共 20 点）为通用型， C220 ～ C234 （共 15 点）为断电保持型。 4.2.5 计数器（ C ） 16 位增计数器 X0 为复位信号，当 X0 为 0N 时 C0 复位为零开始进入计数状态。 Xl 是计数输入，每当 X1 接通一次计数器当前值增加 1 。 若计数器计数设定为 10 ，则计数当前值到达 10 后计数器 C0 的常开触头接通，使线圈 Y0 接通。 即使输入 X1 再接通，计数器的当前值也保持不变直至复位输入 X0 再次接通，执行 RST 复位指令为止。 4.2.5 计数器（ C ） X10 控制 M8200 实现计数方式选择，若 X10 闭合，为减计数方式。 X12 为计数输入， C210 的设定值为 5 。 X10 断开，控制 M8200 为 OFF ，置为加计数方式。 当 X12 计数输入累加至 5 时，计数器的常开触头 C200 接通，输出继电器线圈 Y0 通电。 32 位增 / 减计数器 4.2.5 计数器（ C ） 当前值大于 5 时计数器仍为 ON 状态，只有当前值由减至 4 时，计数器才变为 OFF ，输出保持为 OFF 状态。 复位输入 X11 接通时，计数器的当前值为 0 ，输出触点也随之复位。 32 位增 / 减计数器 4.2.6 数据寄存器（ D ） 通用数据寄存器（ D0 ～ D199 ） 只要不写入其它数据，已写入的数据不会变化。但是 PLC 状态由运行→停止时，全部数据均清零。 断电保持数据寄存器（ D200 ～ D7999 ） 只要不改写，原有数据不会丢失。 特殊数据寄存器（ D8000 ～ D8255 ） 这些数据寄存器供监视 PLC 中各种元件的运行方式用 变址寄存器（ V/Z ） 用于改变元件的编号（变址）。变址寄存器可以像其它数据寄存器一样进行读写 4.2.7 指针（ P 、 I ） 作用：指示分支指令的跳转目标和中断程序的入口标号。 分类分支用指针输入中断指针定时中断指针记数中断指针。 指针（ P 、 I ） 分支用指针共 128 点分支用指针。它用来指示跳转指令（ JUMP ）的跳转目标或子程序调用指令（ CALL ）调用子程序的入口地址。 中断指针 中断指针是用来指示某一中断程序的入口位置。执行中断后遇到 IRET （中断返回）指令，则返回主程序。 《 电气控制与 PLC 应用技术 》 电子教案 主 编 伍金浩 曾庆乐 中等职业教育机电技术应用专业规划教材 丛书主编 李乃夫 第 5 章 FX2N 系列 PLC 指令系统 PLC 指令系统 优点 用软件编程逻辑代替传统的硬布线逻辑实现控制作用。 PLC 的编程语言面向被控对象、面向操作者，易于为熟悉继电器控制电路的电气技术人员理解和掌握。 第 5 章 FX2N 系列 PLC 指令系统 PLC 的编程语言种类 顺序功能图 梯形图语言（最常用） 功能块图 指令表（常用） 结构文本 5.1.1 梯形图语言 PLC 的梯形图与继电器控制系统的梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号及表达式上有一定的区别。 5.1.1 梯形图语言 左右两条垂线称作左母线和右母线。 串联作为逻辑串联相当于 “ 与 ” 并联作为逻辑并联相当于 “ 或 ” 在 A 、 B 接通或 C 、 D 触点接通后，线圈 M 才能被激励 5.1.2 指令表语言 可编程控制器的最基础的编程语言。 所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。 5.1.3 顺序功能（状态转移）图语言 用顺序功能流程图来表达一个顺序控制过程。 可以通过控制过程进行控制，并显示该过程的状态。将用户应用的逻辑分成状态和转移条件，来代替一个长的梯形图程序。 这些状态和转移条件的显示可以看到在某一定时间中机器处于什么状态。 5.2 基本指令及编程方法 基本指令共 27 条 可用于编制基本逻辑控制、顺序控制等中等规模的用户程序，也是复杂综合系统的基础指令。 基本指令一般由指令助记符和操作数两部分组成。 助记符为指令英文的缩写 操作数表示执行指令的对象，通常为各种软元件的编号或寄存器的地址。 5.2.1 LD 、 LDI 和 OUT 指令 LD （读取）：用于常开接点接到母线上的逻辑运算起始。 LDI( 读取反 ) ：用于常闭接点接到母线上的逻辑运 算起始。 指令格式 ： LD 元件号 ； LDI 元件号 其操作元件包括 X 、 Y 、 M 、 S 、 T 、 C 。 程序步为 1 另外，与后续的 ANB 指令组合，在分支点处也可使用。 5.2.1 LD 、 LDI 和 OUT 指令 指令格式： OUT 元件号 其操作元件包括 Y 、 M 、 S 、 T 、 C Y 、 M ：程序步为 1 特 M ：程序步为 2 T ：程序步为 3 C ： 16bit ，程序步为 3 32bit ，程序步为 5 对输入继电器不能使用， 并行输出可多次使用 OUT 5.2.1 LD 、 LDI 和 OUT 指令 当输入继电器 X000 的动合触点 ( 与 X001 动合触点都 ) 闭合时， PLC 执行 OUT Y000 指令，输出继电器 Y000 的线圈被驱动，其动合触点闭合，动断触点断开。或 X001 动断触点闭合时（非动作），输出继电器 Y001 的线圈被驱动。 5.2.2AND 指令和 ANI 指令 AND ， 与指令， 用于单个常开接点的串联 ANI ， 与非指令， 用于单个常闭接点的串联 指令格式： AND 元件号 ； ANI 元件号 其操作元件包括 X 、 Y 、 M 、 S 、 T 、 C 程序步为 1 AND 与 ANI 这两条指令可以多次重复使用 5.2.2AND 指令和 ANI 指令 当 X000 动合触点与 X001 动合触点都闭合时，输出继电器 Y000 的线圈才被驱动。 当 X002 动合触点闭合，同时 X003 动断触点也闭合（非动作）时，输出继电器 Y001 的线圈才被驱动。 5.2.3 OR 指令和 ORI 指令 OR ，或指令，用于单个常开接点的并联 ORI ，或非指令，用于单个常闭接点的并联 (1) OR 、 ORI 指令用于单个触点的并联连接指令 说明： 指令格式： OR 元件号 ； ORI 元件号 其操作元件包括 X 、 Y 、 M 、 S 、 T 、 C 程序步为 1 (2) 两个以上接点串联连接电路块并联连接时，要用后述的 ORB 指令 (3) OR 、 ORI 是从该指令的当前步开始，对前面的 LD 、 LDI 指令并联连接的 , 并联的次数无限制 5.2.3 OR 指令和 ORI 指令 输入继电器 X000 和 X001 的逻辑关系是 “ 或 ” 逻辑。当 X000 动合触点或 X001 动合触点中有一个是闭合时，输出继电器 Y001 的线圈就被驱动。 辅助继电器 M1 和定时器 T1 的动断触点的逻辑关系也是 “ 或 ” 。当辅助继电器 M1 的动合触点闭合或定时器 T1 的动断触点闭合时，输出继电器 Y000 的线圈被驱动。 5.2.4END 指令 END 指令（结束指令）：结束指令。功能：程序结束标示。 END 指令没有操作数。 程序最后写入 END 指令，则 END 指令以后的程序不再执行，直接输出处理。 5.2.5ANB 指令 两个或两个以上接点并联的电路称为 并联电路块 ， 分支电路 并联电路块与前面电路串联连接时 ， 应使用 ANB 指令。 指令格式： ANB 无操作元件 程序步为 1 分支的 起点 用 LD 、 LDI 指令 并联电路块结束后，使用 ANB 指令与前面电路 串联 。 ANB 指令简称与块指令 5.2.5ANB 指令 并联块 块串接 单个元件并联 用 AND 指令 5.2.5ORB 指令 两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。对串联电路块并联连接时，有： (1) 分支 开始 用 LD 、 LDI 指令，分支 终点 用 ORB 指令。 ORB 指令为无目标元件，它不表示触点。 (3) 可以看成电路块之间的一段连接线。 指令格式： ORB 无操作元件 程序步为 1 5.2.5ORB 指令 串联电路块 ORB ORB 指令相当一段连线 串联电路块并联连接 5.2.6 多路输出指令 1. MPS/MRD/MPP 指令 多路输出是指一个触点或触点组控制多个逻辑行的梯形图结构。 MPS ：入栈指令。功能：记忆到 MPS 为止的状态。 MRD ：读栈指令。功能：读出用 MPS 指令记忆的状态。 MPP ：出栈指令。功能：读出用 MPS 指令记忆的状态。 并清除这些状态。 5.2.6 多路输出指令 1. MPS/MRD/MPP 指令 MPS MRD MPP MPS 、 MRD 、 MPP 指令不带元件编号，都是独立指令。 MPS 和 MPP 指令必须成对使用，而且连续使用应少于 11 次。 5.2.6 多路输出指令 2.MC ／ MCR 指令 MC 指令（主控指令） 通过 MC 指令的操作元件 Y 或 M 的动合触点将左母线临时移到一个所需的位置，产生一个临时左母线，形成一个主控电路块。 MCR 指令（主控复位指令） 取消临时左母线，即将左母线返回到原来位置，结束主控电路块。 MCR 指令是主控电路块的终点。 5.2.6 多路输出指令 2.MC ／ MCR 指令 5.2.7 SET 指令和 RST 指令 SET 指令（置位指令）其功能是：动作保持 ( 相当于继电器系统的自锁功能 ) RST 指令（复位指令）其功能是：消除动作保持 5.2.7 SET 指令和 RST 指令 X1 X2 Y0 5.2.8PLS 指令和 PLF 指令 PLS 指令（上升沿脉冲指令）其功能是：在输入信号的上升沿产生脉冲输出 . PLF 指令（下升沿脉冲指令）其功能是：在输入信号的下降沿产生脉冲输出。 5.2.8PLS 指令和 PLF 指令 X1 X2 M1 M2 扫描周期 扫描周期 5.2.9 NOP 指令 NOP 指令是一条空操作指令，用于程序的修改。其无操作数。用 NOP 指令取代已写入的指令，可以改变电路。执行程序全清操作后，全部指令都变成 NOP 。 5.3 步进指令及编程方法 FX 系列 PLC 除 20 条基本指令外，还有两条功能很强的步进顺控指令，简称步进指令。 采用步进指令编程，方法简单，思路清晰，规律性较强，工作效率高，给调试、修改程序带来很大的方便，可以解决较复杂的顺序控制问题。 5.3.1 顺序控制及状态流程图 顺序控制：就是按照生产工艺所要求的动作规律，在各个输入信号的作用下，根据内部的状态和时间顺序，使生产过程的各个执行机构自动地、有秩序地进行操作 在顺序控制中，生产过程是按顺序、有步骤地连续工作，因此，可以将一个较复杂的生产过程分解成若干步骤，每一步对应生产过程中一个控制任务，也称一个工步（或一个状态）。在顺序控制的每个工步中，都应含有完成相应控制任务的输出执行机构和转移到下一工步的转移条件。 顺序控制特点： （ 1 ）每个工步（或状态）都应分配一个状态控制元件，确保顺序控制能按控制要求顺序进行。 （ 2 ）每个工步（或状态）都具有驱动负载的能力，能使该工步的输出执行元件动作。 （ 3 ）每个工步（或状态）在转移条件满足时，都会转移到下一个工步，而上一工步自动复位。 状态流程图 状态流程图就是用状态来描述控制任务和过程的流程图。 一个完整的状态必须包括： 该状态的控制元件 该状态所驱动的负载 向下一个状态转移的条件 向下一个状态转移的方向 状态流程图 当状态继电器 S20 接通时，顺序控制进入该状态。 输出继电器 Y000 被驱动， SET 指令使 Y001 置位，定时器线圈被驱动，开始定时。 当 1s 的延时时间一到， T0 动合触点闭合。 如果 X000 动合触点也闭合，则转移到下一步的条件满足，顺序控制将由 S20 状态转移到 S21 状态。 S20 状态将自动复位，该状态下的动作停止， Y000 和 T0 随之复位， Y001 由于 SET 指令的作用，仍保持接通。用 RST 指令才能复位。 状态 20 状态转移的条件 状态 21 状态 20 时输出信号 5.3.2 步进顺控指令 STL 指令将步进触点接到左母线。 STL 指令的操作数是状态继电器 S 。 RET 指令 使副母线返回到原来左母线的位置。状态程序的结尾必须使用 RET 指令。 RET 指令没有操作元件。 3. 步进指令使用说明 步进触点与左母线相连时，具有主控和跳转作用。 状态继电器的 S0 ～ S999 ，只有在使用 SET 指令以后才具有步进控制功能，提供步进触点。 顺控程序在不同的步可多次驱动同一线圈。 状态转移过程中，会出现在一个扫描周期的时间内两个状态同时动作的可能。因此，在两个状态中不允许同时动作的负载之间必须有联锁措施。 状态继电器使用时可以按编号顺序使用，也可以任意选择使用，但不允许重复使用。 在状态内的副母线将 LD 、 LDI 指令写入后，对不需要触点控制的直接输出就不能再编程。 4. 状态流程图与梯形图的转换 首先要注意初始状态的进入条件。初始状态一般由控制系统的结束状态进入，以实现顺序控制系统连续循环动作的要求。 在 PLC 初次上电时，必须采用其他的方法预先驱动初始状态，使之处于工作状态。 5. 步进指令的编程方法 （ 1 ）分配 PLC 的输入点和输出点，列出输入点和输出点分配表。 （ 2 ）画出 PLC 的外部接线图。 （ 3 ）根据控制要求，画出顺序控制的状态流程图。 （ 4 ）根据状态流程图，画出相应的梯形图。 （ 5 ）根据梯形图写出对应的指令语句表。 （ 6 ）输入程序，调试运行。 小车送料运行过程 小车可以在 A 、 B 两地之间前进和后退，在 A 、 B 两地分别装有后限位开关和前限位开关。小车到达 B 处停车，延时 1min 后返回。当小车处于 A 处时，按下起动按钮 SB1 ，小车由初始状态向前运动。小车前进到前限位时，前限位开关 SQ1 闭合，小车暂停卸料，延时 1min 后小车后退，小车后退到后限位时，后限位开关 SQ2 闭合，小车暂停装料，延时 1min 后小车又开始前进，如此循环工作下去。 前进 后退 A （后限位） B （前限位） 状态流程图 输入 输出 起动按钮 SB1 X000 前进接触器 KM1 Y001 行程开关 SQ1 X001 后退接触器 KM2 Y002 行程开关 SQ2 X002 初始化脉冲 M8002 ，进入初始状态 S0 按下起动按钮 X000 ，进入前进运行状态 S20, 驱动前进接触器 Y001 。 到前限位行程开关 SQ1 处 X001 动作 进入延时工作状态 S21 定时器 T1 线圈开始计时 时间到，状态 S21 转移到 S22 后退运行状态 ，驱动后退接触器 Y002 后退到后限位行程开关 SQ2 处 X002 动作 进入延时工作状态 S23 ， T2 线圈开始计时 时间一到，其动合触点 T2 闭合，状态 S23 转移到 S20 小车送料运行指令 5.3.3 多流程步进顺序控制 多流程的顺序控制是具有两个以上的顺序动作的过程，其状态流程图也具有两个以上的状态转移支路。 常见的有选择性分支与汇合、并行性分支与汇合、选择性分支与并行性分支的组合、跳转与循环 1. 选择性分支与汇合 从多个分支流程中选择其中一个分支流程的状态流程图称为选择性分支状态流程图。 状态流程图中，状态 S20 只能从两个分支流程中选择一个分支流程转移，具体向哪一个分支转移，由转移条件决定。 当 X001 接通时 , S20 转移 S21 分支流程 当 X004 接通时， S20 转移 S31 分支流流程 当 X003 或 X006 接通时，在 S40 汇合 1. 选择性分支与汇合 分支 汇合 2 ．跳转与循环 当转移条件满足时，程序跳过几个状态继续执行以后的程序，称为跳转。 通过跳转，再次执行已经执行过的程序，称为循环。 跳转与循环使用 OUT 指令驱动状态元件。 1. 跳转 当 X001 接通时，按顺序执行。 当 X004 接通时，状态 S20 转移 S23 ，跳过状态 S21 和状态 S22 ，实现了跳转功能。 2. 循环 状态 S22 置位后，当转移条件 X004 接通时，状态 S22 转移到状态 S20 ，重复执行状态 S21 和状态 S22 的动作，实现了循环功能。 5.4 功能指令及编程方法 条件跳转指令 CJ 子程序调用 CALL 与子程序返回指令 SRET 主程序结束指令 FEND 警戒时钟指令 WDT 循环指令 FOR 、 NEXT 比较指令 CMP 传送指令 MOV 加法指令 ADD 与减法指令 SUB 乘法指令 MUL 与除法指令 DIV 5.4.1 功能指令的基本格式 FX2N 系列 PLC 的功能指令由功能号、助记符和操作数三部分组成 功能号：每一条功能指令均有一个功能号，功能指令按功能 FNC00 ～ FNC249 编号。用手持编程器进行功能指令输入时只要按 FNC 键再加编号 助记符：根据功能命名指令，助记符就是其英文名称或缩写 操作数：大多数功能指令都有 1 到 4 个操作数，是功能指令涉及或产生的数据，分为用于说明指令的源操作数（用 S 表示）、目标操作数（用 D 表示）和用于表示常数的其他操作数（用 n 或 m 表示）。 5.4.2 功能指令的执行形式 FX2N 系列 PLC 的功能指令执行形式有连续执行型和脉冲执行型两种。 对连续执行型指令，当执行条件满足时，则每一扫描周期指令均被执行； 对脉冲执行型指令，当执行条件由不满足到满足时，仅执行一次。对不需要每个扫描周期都执行的指令，用脉冲执行方式可缩短程序处理时间。 功能指令执行形式的表示方法：指令助记符的后面没有 “ P ” 是连续执行型指令，指令助记符的后面有 “ P ” 是脉冲执行型指令。 5.4.3 功能指令的数据长度 功能指令根据处理数据的长度分为 16 位指令和 32 位指令。 FX 系列 PLC 中数据寄存器 D 、计数器 C0 ～ C199 的当前值寄存器存储的都是 16 位的数据。每位都只有 “ 0 ” 或 “ 1 ” 两个数值。 FX 系列 PLC 中相邻两个数据寄存器可以组合起来，存储 32 位的数据。其中 32 位指令用 D 表示，无 D 表示 16 位指令。如 DADD 表示 32 位加法指令。 5.4.4 操作数的数据形式 功能指令操作数的数据形式可以是位元件、位元件组、字元件。 位元件：一个二进制数据位，具有 “ 1 ” 和 “ 0 ” 两种数值，可对应继电器 “ ON ” 和 “ OFF ” 两种状态，因此也称为 “ 软继电器 ” 。 5.4.4 操作数的数据形式 位元件组合：将 4 个顺序的位元件组合为一操作单元，称为位元件组，用 KnP 的形式表示连续的位元件组， P 为位元件的首地址， n 为组数。例如 K2M0 表示由 M0 ～ M7 组成的两个位元件组。通常在使用位元件组时， X 和 Y 位元件的首地址最低位设为 0 ，例如 K1X0 、 K4X10 、 K3Y20 等。 5.4.4 操作数的数据形式 字元件： 16 个二进制数据位组成一个字元件，也称为单字元件，例如： D 、 T 、 C 、 V 和 Z 相邻的两个单字元件可构成双字元件（对 32 个二进制数据位进行处理）。当指令对双字元件进行操作时，在指令格式中，须在助记符的前面加 “ D ” 表示。 功能指令的操作数也可以是指针寄存器、十进制常数 K 或十六进制常数 H 。 5.4.5 变址寄存器 FX 系列 PLC 内部有两个变址寄存器 V 和 Z ，和普通的数据寄存器一样，是进行数据读写的 16 位数据寄存器。变址寄存器在传送、比较等功能指令中，用来修改操作对象的元件号 5.4.6 常用功能指令介绍 1 ．条件跳转指令 CJ CJ ：连续执行型条件跳转指令 功能：用于跳过顺序执行程序中的某一部分，达到控制程序流程的目的。 编号为 FNC00 。 操作数为 Pn 。跳转指针 P 指出了程序跳转的目的地。 可有 128 点指针 (P0 ～ P127) 。 条件跳转指令脉冲执行型表示为 CJP 。 1 ．条件跳转指令 CJ X000 断开，则 CJ 指令不执行，程序按顺序执行下去。 X000 闭合，则执行 CJ 指令 1 ．条件跳转指令 CJ 多条跳转指令可以使用相同的指针，但同一编号的指针在程序中只能出现 1 次，否则程序出错。 X001 接通时 X001 分断， X003 接通 1 ．条件跳转指令 CJ 如果用特殊辅助继电器 M8000 触点（常态为 ON ）驱动跳转指令，此时条件跳转指令相当于无条件跳转 1 ．条件跳转指令 CJ ) 跳转期间被 OUT 、 SET 、 RST 指令驱动的继电器 Y 、 M 、 S 保持跳转前的状态。 2. 子程序调用 CALL 与子程序返回指令 SRET CALL ：连续执行型子程序调用指令。 功能：调用子程序。 编号为 FNC01 。 操作数 Pn 是跳转指针 P ，它标明子程序的入口地址。 n 的取值范围为 0 ～ 62 子程序调用指令也可以是脉冲执行型，表示为 CALLP 。 2. 子程序调用 CALL 与子程序返回指令 SRET SRET ：子程序返回指令。 功能：结束子程序，返回调用子程序指令的下一条指令处继续运行。 编号为 FNC02 。 SRET 指令无操作数。 2. 子程序调用 CALL 与子程序返回指令 SRET 在编程时，常将公共程序段或多次执行的程序段单独编写在主程序的后面，作为子程序，供主程序调用。 子程序须在主程序之后编写，并以主程序结束指令 FEND(FNC06) 将两部分分开。 2. 子程序调用 CALL 与子程序返回指令 SRET X000 闭合 执行 P0 的子程序 执行到子程序返回指令 主程序继续运行 3. 主程序结束指令 FEND FEND ：主程序结束指令 功能：表示主程序结束和子程序区的开始。 编号 FNCO6 无操作数。 4. 警戒时钟指令 WDT WDT ：警戒时钟指令 功能：用于控制程序中监控定时器刷新。 编号 FNC07 ，无操作数。 4. 警戒时钟指令 WDT 在程序的执行过程中，监控定时器起监视 PLC 是否正常运行的作用，其定时时间的默认值为 200 ms 。 当 PLC 工作时的扫描周期（从 0 步到 END 或 FEND 指令）大于它的定时时间，则当监控定时器的定时时间到， PLC 将停止运行。 4. 警戒时钟指令 WDT 将一个扫描周期为 240ms 的程序分为 2 个 120ms 的程序，在两个程序之间插入 WDT 指令，执行完第一段程序， WDT 指令将程序监控定时器复位，重新开始计时，使程序按顺序执行完第二段程序。 若希望 PLC 正常工作时的扫描周期均大于监控定时器的定时时间，则可以通过修改特殊数据寄存器 D8000 的数值改变监控定时器的定时时间。 5. 循环指令 FOR 、 NEXT FOR ：循环开始指令 编号 FNC08 ， 操作数为 N 用来表示循环次（ N=1~32767 ），可以取任意的数据格式，如果 N 为负数，当 N=1 处理，循环可嵌套 5 层。 5. 循环指令 FOR 、 NEXT NEXT ：循环结束指令 编号 FNC09 ，无操作数。 功能：在程序运行时，将 FOR 指令与 NEXT 指令之间的程序重复执行 N 次，再执行 NEXT 指令之后的程序。循环次数 N 由操作数指定 5. 循环指令 FOR 、 NEXT 外层循环程序 A 嵌套了内层循环 B ，循环 A 执行 5 次，每执行一次循环 A ，就要执行 10 次循环 B 。 因此循环 B 一共 50 次 利用循环中的 CJ 指令可跳出 FOR-NEXT 之间的循环区 5. 循环指令 FOR 、 NEXT FOR 与 NEXT 指令总是成对使用的， FOR 指令应放在 NEXT 的前面。 如果执行 FOR-NEXT 循环的时间太长，应注意扫描周期是否超出警戒时钟的设定时间。 6. 比较指令 CMP CMP 指令：比较指令。 功能：将源操作数 [S1 ． ] 和 [S2 ． ] 代数比较，结果送到目标操作数 [D ． ] 中。 编号： FNC10 。 源操作数为 [S1] 和 [S2] 可取任意数据格式。 目标操作数 [D] 可取为 Y 、 M 、 S 等。功能：将源操作数 [S1 ． ] 和 [S2 ． ] 代数比较，结果送到目标操作数 [D ． ] 中。 6. 比较指令 CMP 当动合触点 X000 接通时，执行 CMP 指令。比较指令将十进制常数 100 与计数器 C10 的当前值比较，比较结果送到 M0~M2 。 X000 为 OFF 时不进行比较， M0~M2 的状态保持不变。 如比较结果为 [S1]>[S2] ， M0 为 ON ； [S1]=[S2] ， M1 为 ON ； [S1]<[S2] ， M2 为 ON 。 7. 传送指令 MOV MOV 指令：传送指令。 功能：将源操作数 [S ． ] 中的数据传送到目标操作数 [D ． ] 中。 编号 FNC12 源操作数可取所有的数据类型； 目标操作数为 KnY 、 KnM 、 KnS 、 T 、 C 、 D 、 V 、 Z 。功能：将源操作数 [S ． ] 中的数据传送到目标操作数 [D ． ] 中。 7. 传送指令 MOV 当动合触点 X000 接通时，执行 MOV 指令。源操作数 K100 自动转换成二进制数传送到目标操作数 D10 中。 当动合触点 X000 断开时，不执行 MOV 指令，数据保持不变。 8. 加法指令 ADD ADD 指令：加法指令 功能：将源操作数 [S1 ． ] 和 [S2 ． ] 中的 二进制数 相加，结果送到目标操作数 [D.] 中。 编号 FNC20 源操作数为 K 、 H 、 KnX 、 KnY 、 KnM 、 KnS 、 T 、 C 、 D 、 V 、 Z ； 目标操作数为 KnY 、 KnM 、 KnS 、 T 、 C 、 D 、 V 、 Z 。 D0+D2 D10 X001 接通时 8. 减法指令 SUB SUB 指令：减法指令。 功能：将源操作数 [S1 ． ] 和 [S2 ． ] 中的二进制数相减，结果送到目标操作数 [D ． ] 中。 编号 FNC21 源操作数为 K 、 H 、 KnX 、 KnY 、 KnM 、 KnS 、 T 、 C 、 D 、 V 、 Z ； 目标操作数为 KnY 、 KnM 、 KnS 、 T 、 C 、 D 、 V 、 Z 。功能：将源操作数 [S1 ． ] 和 [S2 ． ] 中的二进制数相减，结果送到目标操作数 [D ． ] 中。 9. 乘法指令 MUL MUL 指令：乘法指令 功能：将源操作数 [S1 ． ] 和 [S2 ． ] 中的二进制数相乘，结果送到指定的目标操作数 [D ． ] 中。 编号 FNC22 源操作数为 K 、 H 、 KnX 、 KnY 、 KnM 、 KnS 、 T 、 C 、 D 、 V 、 Z ； 目标操作数为 KnY 、 KnM 、 KnS 、 T 、 C 、 D 、 V 、 Z 。 X001 接通时 16 位运算 D0×D2 D11,D10 32 位运算 D1,D0×D3,D2 D13,D12,D11,D10 DIV 指令：除法指令 功能：将源操作数 [S1 ． ] 和 [S2 ． ] 中的二进制数相乘除，结果送到指定的目标操作数 [D ． ] 中。 编号 FNC23 源操作数为 K 、 H 、 KnX 、 KnY 、 KnM 、 KnS 、 T 、 C 、 D 、 V 、 Z 目标操作数为 KnY 、 KnM 、 KnS 、 T 、 C 、 D 、 V 、 Z 。功能：将源操作数 [S1 ． ] 和 [S2 ． ] 中的二进制数相乘除，结果送到指定的目标操作数 [D ． ] 中。 9. 除法指令 DIV X001 接通时 16 位运算 D0 ÷ D2 商 (D10) 余数（ D11 ） 32 位运算 D1 ， D0÷D3 ， D2 商 (D11 ， D10) 余数（ D13 ， D12 ） 9. 除法指令 DIV 5.5. 梯形图编程的基本规则 1 ．左母线（梯形图中最左边的垂直线）只接各类继电器的触点 . 右母线（梯形图中最右边的垂直线）只接各类继电器的线圈（不包括输入继电器）。 在步进指令程序中，允许同一编号的线圈多次出现。 输入继电器的线圈由其对应输入点的外部输入信号驱动 5.5. 梯形图编程的基本规则 “ 对输入：左重右轻、上重下轻； 对输出：上轻下重 ” 。 《 电气控制与 PLC 应用技术 》 电子教案 主 编 伍金浩 曾庆乐 中等职业教育机电技术应用专业规划教材 丛书主编 李乃夫 第 6 章 PLC 控制系统的设计、装配与维护 需要根据 PLC 的特点时行系统设计。 PLC 与继电器控制系统也存在本质区别 . 硬件设计与软件设计可分开进行是 PLC 的一大特点。 6.1 PLC 控制系统的一般设计方法与步骤 在 PLC 控制系统的设计中应遵循如下基本设计原则 ① 实现设备、生产机械、生产工艺的全部动作； ② 满足设备、生产机械对产品的加工质量以及生产效率的要求； ③ 确保系统安全、稳定、可靠地工作； ④ 尽可能地简化控制系统的结构，降低生产、制造成本； ⑤ 充分提高自动化程度，减轻劳动强度； ⑥ 改善操作性能，便于维修。 6.1.2 选用 PLC 控制系统的依据 被控对象处于较差的工业环境，而对于工作过程的可靠性、安全性要求又较高，继电器 — 接触器控制不能满足要求时。 被控对象的工艺流程和加工的产品类型经常变化，需要经常改变控制电路结构和修改参数，而继电器 — 接触器控制难以实现时。 控制系统所需的 I/O 点数较多，而控制要求复杂，继电器 — 接触器控制需要用大量的中间继电器、时间继电器等元件时。 需要与其它设备实现通信或进行联网时。 6.1.3 PLC 控制系统设计的基本步骤 分析工艺过程的特点、控制要求 确定输入／输出设备 PLC 的选择 电源模块选择 1 ．分析工艺过程的特点、控制要求 详细分析被控对象、控制过程和要求 , 工艺流程并列出了所有的功能和指标要求后， PLC 与继电器控制系统和工业控制系统进行比较，加以选择。 2. 确定输入／输出设备 根据控制要求确定系统的总体配置要求选用合适用户输入、输出设备。 输入设备有按钮、行程开关、选择开关、传感器等 . 输出设备有接触器、电磁阀、指示灯等。 3 ． PLC 的选择 输入／输出（ I/O ）点数的估算 存储器容量的估算 功能的选择 根据统计的输入／输出点数，再增加 10% ～ 20% 的可扩展余量后，作为输入／输出点数估算数据。 按数字量 I/O 点数的 10 ～ 15 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（ 16 位为一个字），另外再按此数的 25% 考虑余量。 包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 4 ．电源模块选择 电源模块的额定输出电流应大于 CPU 模块、 I/O 模块及专用模块等消耗电流的总和 6.1.4 程序设计 PLC 程序设计步骤与内容主要有以下几点： ① 对于复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统，这一步可以省去。 ② 设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计实践经验。 ③ 根据梯形图编写指令。 ④ 用计算机或编程器将程序键入到用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。 ⑤ 对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。 ⑥编制技术文件。 6.2 PLC 控制系统设计举例 生产工艺要求： 当起动控制 SB1 按下时，泵 1 ，泵 2 通电运行，由泵 1 将冷却液从循环槽打入冷却槽，经沉淀槽再由泵 2 打入循环槽，运行 15 分钟后，泵 1 和泵 2 停止工作。在泵 1 、泵 2 运行期间，当沉淀槽液面达到高液面时，液位传感器 S1 通，此时，泵 1 停，泵 2 继续运行；在泵 1 、泵 2 运行期间，当沉淀槽液面达到低液面时，液位传感器 S2 通，此时，泵 2 停，泵 1 继续运行；当按下停止按钮 SB2 时，泵 1 、泵 2 停 （ 1 ）控制任务评估 输入点有 SB1 、 SB2 、 S1 、 S2 输出点有 KM1 和 KM2 。 I/O 总点数为 6 点。 控制工艺不是太复杂，但此类生产工艺需经常变动，并要求控制系统有扩展功能。为避免损失，对系统的可靠性、抗干扰能力较高。经综合分析，采用 PLC 控制系统 。 (2)PLC 机型选择 控制系统开关量输入共有 4 个，分别为起动按钮 SB1 、停车按钮 SB2 、液面传感器 S1 、液面传感器 S2 电压全部为交流 220V 开关量输出共有 2 个，分别为泵 1 接触器 KM1 和泵 2 接触器 KM2 。 所需的驱动功率不大，不用考虑输出功率的扩展。不存在模拟输入、输出，不需要模拟量输入、输出模块。 （ 3 ）系统设计 硬件设计 I/O 分配表 输入 输出 输入继电器 作用 输出继电器 控制对象 X000 SB1 ，起动按钮 Y000 泵 1 X001 SB2 ，停止按钮 Y001 泵 2 X002 S1 ，高液面传感器 X003 S2 ，低液面传感器 系统设计 软件设计 梯形图 起动按钮 SB1 到达 15 分钟 高液面 高液面 1 分钟 低液位 系统设计 X000 动合触点闭合 Y000 ， Y001 得电泵 1 、泵 2 开始运行。 同时辅助继电器 M1 线圈得电， T0 定时器开始计时 起动按钮 SB1 到达 15 分钟 高液面 高液面 1 分钟 低液位 系统设计 分断 分断 分断 分断 失电 失电 失电 到达预定的 15 分钟时， T0 的动断触点断开 Y000 与 Y001 线圈失电，泵 1 和泵 2 停转。 串联在辅助继电器 M1 回路的 T0 动断触点断开，使 M1 失电而打开自锁 为下次操作做准备。 起动按钮 SB1 到达 15 分钟 高液面 高液面 1 分钟 低液位 系统设计 分断 失电 达到高液面 液面传感器 S1 的动合触点 X002 分断，泵 1 停止工作。 同时 X002 的动合触点闭合，上升沿脉冲指令使 M2 产生一脉冲，定时器 T1 开始定时工作 起动按钮 SB1 到达 15 分钟 高液面 高液面 1 分钟 低液位 系统设计 分断 失电 1 分钟后， T1 的动断触点分断，泵 2 停车。 起动按钮 SB1 到达 15 分钟 高液面 高液面 1 分钟 低液位 系统设计 起动按钮 SB1 到达 15 分钟 高液面 高液面 1 分钟 低液位 分断 失电 失电 分断 分断 失电 当沉淀槽的液位下降到低液位时， S2 的动合触点 X003 由通变断，使泵 2 停 同时 X003 的动断触点闭合，使 M4 产生一脉冲， T2 延时 1 分钟使泵 1 断电停车。 在延时期间，即使液面上升，泵 1 仍然工作，直到 1 分钟时间到才停止。 失电 外部接线图 6.3 PLC 的安装与配线 6.3.1 PLC 对工作环境的要求 1 ．工作环境温度要求在 0 ～ 55 º C ，避免阳光直接照射，注意 PLC 周围的通风和散热条件要足够 2 ．相对湿度一般要求在 35% ～ 85% ，因此不能安装在容易有凝露及雨淋的场所 3 ．应避免强烈、频繁的振动，若无法避免，则应采取减振措施 4 ．避免有过量粉尘、油烟或易燃、腐蚀性气体的场所 5 ．应远离强干扰源（如高频设备、大型动力设备等） 6 ．不能与高压设备安装在同一控制柜内。 6.3.2 PLC 系统的配线 PLC 系统的配线主要包括电源接线、接地、 I/O 接线及对扩展单元接线等。 1 ．电源接线 应注意不同系列、型号、规格的 PLC 的电源类型和接线方法。 FX 系列 PLC 使用直流 24V 、交流 100V ～ 120V 或 200V ～ 240V 的工业电源。使用直径为 0.2cm 的双绞线作为电源线。 FX 系列 PLC 必须在所有外部设备通电后才能开始工作 2 ．接地 PLC 的接地线应为专用接地线，其直径应在 2mm 以上。 接地电阻应小于 100Ω 。 PLC 的接地线不能和其他设备共用，特别是不要与电动机、变压器等动力。设备共通接地 PLC 的各单元的接地线相连。 3 ． I/O 端接线 (1) 输入端接线 输入开关可以是各种有触点的机械开关，或无触点的电子开关。主要有汇点式和分组式两种接线方式。 (a) 汇点式 (b) 分组式 3 ． I/O 端接线 输入端子接线应注意以下几点： 输入线尽可能远离输出线、高压线及电机等干扰源。 切勿将外接电源加到交流型 PLC 的内藏式直流电源的输出端子上。 切勿将用于输入的电源并联在一起，更不可将这些电源并联到其他电源上。 3 ． I/O 端接线 (2) 输出端接线 分为独立输出和公共输出两种，公共式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；独立式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。 (a) 公共式输出 (b) 独立式输出 4. 扩展单元接线。 若一台 PLC 的输入输出点数不够时， PLC 的基本单元与其他扩展单元连接起来使用。具体配置视不同的机型而定，当要进行扩展配置时，请参阅有关的用户手册。 6.4 PLC 的维护与检修 6.4.1 维护检查 PLC 的主要构成元器件是以半导体器件为主体，考虑到环境的影响，随着使用时间的增长，元器件总是要老化的。因此定期检修与做好日常维护是非常必要的。一般每半年应对 PLC 进行一次全面检查。 检修项目 检修内容判断标准 供电电源 测量电压波动范围是否在标准范围内。 波动范围： 85 ％～ 110 ％供电电压 外部环境 温度 0 ～ 55 ℃ ；湿度 35 ％～ 85 ％以下，不结露 积尘情况 不积尘 、无异物 I/O 端电源 测电压变化是否在标准范围内 安装状态 各单元是否可靠，固定电缆的连接器是否完全插紧，外部配线的螺钉是否松动 表 6.2 PLC 的检修内容和标准 6.4.2 故障检修 PLC 有很强的自诊断能力，当 PLC 自身故障或外围设备故障，都可用 PLC 上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。 6.4.2 故障检修 主要包括以下几方面的检修： 1. 总体检查 根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障 2. 电源故障检查 电源灯不亮需对供电系统进行检查。 3. 运行故障检查 电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行，需进行检查。 6.4.2 故障检修 4. 输入输出故障检查 输入输出是 PLC 与外部设备进行信息交流的通道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线，接线端子，保险管等元件状态有关 5. 外部环境的检查 影响 PLC 工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘，以及腐蚀性酸碱等。 《 电气控制与 PLC 应用技术 》 电子教案 主 编 伍金浩 曾庆乐 中等职业教育机电技术应用专业规划教材 丛书主编 李乃夫 第 7 章 PLC 控制系统应用举例 7.1 机械手控制 机械手是工业领域中经常用到的一种控制对象。它可以完成许多工作，如搬物、装配、切割等工作。应用非常广泛。应用 PLC 能实现所规定的动作，可以简化线路，节省成本，提高劳动生产率。 7.1.1 控制要求 用于将左工作台的工件搬运到右工作台上。 机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸由电磁阀控制。其上升 / 下降、左移 / 右移运动由双线圈两位电磁阀控制。即当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手停止下降，但要保持现有的工作状态。在上升电磁阀通电时，机械手上升；当电磁阀断电后，机械手停止上升。机械手的放松 / 夹紧由一个单线圈二位电磁阀控制，线圈通电时，机械手夹紧；线圈断电时，机械手放松。在机械手右移并准备下降时，必须检查右工作台，确认无工件时才允许机械手下降。 7.1.1 控制要求 ，动作过程分为 8 步：从原点→下降→夹紧（ T 秒）→上升→右移→下降→放松（ T 秒）→上升→左移到原点。 这是一个顺序控制系统。可采用步进梯形指令进行设计 7.1.1 控制要求 7.1.1 控制要求 为便于控制系统调试和维护，应设置有 手动 和 自动 转换功能。 当手动 / 自动转换开关置于 “ 手动 ” 位置时，按下相应的起动按钮可实现上升、下降、左移、右移、夹紧、放松的手动控制和回原点控制两种操作方式。 将手动 / 自动转换开关置于 “ 自动 ” 位置时，可进行机械手自动回归原点控制的 “ 回原点 ” 控制；每按一次起动前进一个工步的 “ 步进操作 ” ； 按下起动按钮后自动完成一个周期动作后停止的 “ 单周期操作 ” 以及按下一次起动按钮后从原点开始，自动连续不断地周期性循环。 在按下停止按钮，机械手将完成正在进行的这个周期动作，返回原点后停止。 7.1.2 用户 I/O 设备及所需 PLC 的 I/O 点数 在动作过程中，上升、下降、左移、右移、夹紧及原点指示为输出信号。 放松和夹紧共用一个线圈，线圈得电时夹紧，失电时放松，故放松不作为单独为输出信号。 7.1.2 用户 I/O 设备及所需 PLC 的 I/O 点数 在工作方式的选择开关一个，控制 “ 手动 ” 、 “ 回原点 ” 、 “ 步进 ” 、 “ 单周期 ” 和 “ 连续 ” 5 个输入点，这 5 个输入不能同时为 ON ； 在手动时运动选择 “ 左右 ” 、 “ 上 / 下 ” 、 “ 夹 / 松 ” 用三个输入点， 有无工件检测开关用光电开关用光电开关实现，占一个输入点； 原点、起动、停止 3 个按钮，占用 3 个输入点； 用行程开关分别控制上、下、左、右位置检测，占 4 个输入点 工件的夹紧与放松采用延时控制，不再设置检测装置。 系统的输入全部采用动合触点。 输入 / 输出点应考虑有 15% 的余量。 7.1.3 分配 PLC 的输入、输出端子， PLC 的输入、输出接线图 1 ．输入 / 输出端口分配 输入 输出 输入继电器 作用 输出继电器 控制对象 X000 下限位开关 SQ1 Y000 下降电磁阀 X001 上限位开关 SQ2 Y001 上升电磁阀 X002 右限位开关 SQ3 Y002 夹紧电磁阀 X003 左限位开关 SQ4 Y003 右行电磁阀 X004 无工件检测开关 SQ6 Y004 左行电磁阀 X005 左移 / 右移 SA1-1 Y005 原点指示灯 X006 上升 / 下降 SA1-2 X007 夹紧 / 放松 SA1-3 X010 手动操作 SA2-1 X011 回原点操作 SA2-2 X012 步时操作 SA2-3 X013 单周期操作 SA2-4 X014 连续操作 SA2-5 X015 原点按钮 SB1 X016 起动按钮 SB2 X017 停止按钮 SB3 2 ． PLC 输入、输出端子接线图 7.1.4 设计 PLC 控制程序 控制程序主要由手动操作和自动操作两部分组成，自动操作程序包括步进操作、单周期操作和连续操作程序。 1 ．初始化程序 初始化指令 IST 的功能编号为 FNC60 ，它与 STL 指令一起使用，专门用来设置有多种工作方式的控制系统的初始状态和设置有关的特殊辅助继电器的状态，可以大大简化复杂的顺序控制程序的设计。 IST 指令只能使用一次，它应放在程序开始的地方，被它控制的 STL 电路应放在它的后面。 1 ．初始化程序 用来设置初始状态和原点位置条件。 IST 指令中的 S20 和 S27 用来指定在自动操作中用到的最小和最大状态继电器的元件号，所以在安排输入继电器的元件号 X020~X026 应按照设定的顺序来设定。 IST 中的源操作数可取 X 、 Y 和 M 1 ．初始化程序 IST 指令的源操作数 X10 用来指定与工作方式有关的输入继电器的首元件，它实际上指定 X10~X017 的八个输入继电器，这八个输入继电器的意义 1 ．初始化程序 由原点的各传感器驱动，特殊辅助继电器 M8044 检测机械手是否在原点。它的 ON 状态作为自动方式时允许状态转换的条件。 由特殊辅助继电器 M8000 驱动功能指令 FNC60 （ IST ），设定为初始状态。 使用 IST 指令后，系统的手动、自动、单周期、步进、连续和回原点这几种工作方式的切换是由系统程序自动完成的。 2 ．手动操作 左 / 右 上升 / 下降 夹紧 / 放松 2 ．手动操作 左 右 复位 机械手在上限位 2 ．手动操作 左 右 机械手在上限位 复位 2 ．手动操作 左 右 机械手在上限位 复位 2 ．手动操作 左 / 右 上升 / 下降 夹紧 / 放松 2 ．手动操作 上 下 复位 2 ．手动操作 上 下 复位 2 ．手动操作 上 下 复位 2 ．手动操作 夹紧 放松 复位 2 ．手动操作 夹紧 放松 复位 2 ．手动操作 夹紧 放松 复位 2 ．手动操作 左 / 右 夹紧 / 放松 上升 / 下降 3 ．回原点初始状态 回原点 按下原点按钮 SB1 ，通过状态器 S10 ～ S12 作机械手的回零操作。自动返回原点结束后特殊辅助继电器 M8043 （回原点完成置 1 ）。 3 ．回原点初始状态 回原点 到上限位， X001 闭合 到左限位， X003 闭合 4 ．自动操作 由于特殊辅助继电器 M8041 （转换起动）和 M 8044 （原点位置条件）是从自动程序的初始步 S2 转换到下一步 S20 的转换条件。 M8041 和 M8044 都是在初始化程序设定的，在程序运行中不再改变。 4 ．自动操作 机械手在原点位置 启动转换 机械手下降 4 ．自动操作 下降至下限位 机械手夹紧 开始 1 秒计时 4 ．自动操作 定时时间到 机械手上升 4 ．自动操作 上升到上限位 机械手右移 4 ．自动操作 到达右限位 检测到有工件 机械手下降 4 ．自动操作 机械手到达下限位 T1 开始计时 4 ．自动操作 定时时间到 机械手上升 4 ．自动操作 到达上限位 机械手左移 4 ．自动操作 到达左限位 机械手左移停止 机械手完成一个周期动作回到原点 7.2 洗衣机控制 洗衣机代替繁重的手工洗衣，减轻了人们的劳动。随着生活水平的日益提高，全自动洗衣机是通过将人的洗衣动作编制成各种指令，控制各电气部件运行。全自动洗衣机通过可编程序控制器来实现洗涤过程。 7.2.1 控制要求 全自动洗衣机集洗涤、漂洗和脱水于一个桶内。 洗涤时，波轮运转，桶不转，内桶起洗涤桶的作用 脱水时，脱水桶以约 900r/min 的速度运转，利用离心力将洗涤物中的水甩出，起到脱水桶的作用。 洗涤与脱水由离合器控制。洗涤时，离合器的内轴带动波轮正反向旋转；脱水时，离合器的外轴带动脱水桶单方向旋转，将衣物甩干。进、排水由进水阀、排水阀自动控制。进水水位由水位开关控制。洗涤、漂洗与脱水等全过程由 PLC 控 制 . 事先选择好某一程序，开启洗衣机电源与水源，即可完成全部洗衣过程。 7.2.1 控制要求 洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水、脱水 4 个进程组成。 在 PLC 投入运行时，系统处于初始状态。 按下起动按钮，准备运行。选择好水位后，按下起动按钮后进始进水，水位达到设定值时，停止进水，并开始洗涤，正转 3 秒后 , 暂停 1 秒 , 反转 2 秒，反复循环 200 次后排水 20 秒。再进行脱水 10 秒，即完成一次从进水到脱水的大循环。在选择标准程序则大循环 3 次；选择简易程序大循环 2 次。完成全部过程，自动停机。 7.2.2 用户 I/O 设备及所需 PLC 的 I/O 点数 洗衣机的进水、正转、反转、排水和脱水为输出信号 . 工作方式的选择按钮，有标准程序模式和简易程序模式 2 个输入点。 起动以及高、中、低水位有个输入点，系统的输入点全部采用动合触点。 7.2.3 分配 PLC 的输入、输出端子 输入 输出 输入继电器 作用 输出继电器 控制对象 X000 起动按钮 Y000 进水阀 X001 高水位 Y001 排水阀 X002 中水位 Y002 电机正转 X003 低水位 Y003 电机反转 X004 标准程序 Y004 脱水 X005 简易程序 2.PLC 输入、输出端子接线图 PLC 输入、输出端子接线图如图 7.2.4 设计 PLC 控制程序 系统包括有标准程序与简易程序控制，控制程序包括步进操作，循环操作程序。 1. 系统设置及起动 初始脉冲 M8002 使初始状态 S0 置为 1 使标准程序和简易程序的循环次数清零。 1. 系统设置及起动 按下 X000 将系统起动 选择运行模式 按下 X004 进行标准设置 按下 X005 进行简易设置 1. 系统设置及起动 调节水位开关（ X001 、 X002 、 X003 ） 为系统设定初始状态，并为系统的起动提供了条件 2. 进水 在初始条件就绪后。状态器 S20 置 1 ，进水阀得电。洗衣机进入进水程序。 在设定高水位（ X001 ），即 M1 置 1 ，状态转移 S21 ，进行进水计时 25 秒 设定中水位（ X002 ），即 M2 置 1 ，状态转移 S31 进行进水计时 15 秒 设定低水位（ X003 ）即 M3 置 1 ，状态转移 S41 ，进行进水计时 10 秒。 2. 进水 在设定时间到后，全部转移状态 S22 ，使 Y000 失电。进水阀停止进水。 3. 洗涤 进水完毕后，状态转移到 S23 ，将标准程序和简易程序的计数器清零后状态转移到 S24 输出继电器 Y002 得电，电机开始正转 , 定时器 T002 为正转计时，正转定时时间 3 秒 状态转移到 S25 ，定时器 T004 计时，电机暂停 1 秒 定时时间到，状态转移到 S26 输出继电器 Y003 得电，电机开始反转 定时器 T005 计时，反转时间 2 秒后 . 状态转移到 S24 重复以上过程。计数器 C0 为标准洗涤程序计数，使以上过程反复 200 次； C1 则为简易洗涤程序计数 100 次。 4. 排水与脱水 在洗涤完成后，状态转移到 S27 ，输出继电器 Y001 置 1 ，排水阀得电排水。 T7 进行排水计时 20 秒。定时时间到，状态转移到 S28 。输出继电器 Y004 置 1 ，进入脱水状态 定时器 T8 进行脱水 10 秒的计时。在脱水时间到后状态又回复到 S20 ，进行下一次的大循环。 计数器 C2 计算标准程序大循环的次数、 C3 计算简易程序大循环的次数。 在完成所设定的循环次数后，回复到初始状态。洗衣程序结束。 7.3 恒压变频供水控制 . 随着变频调速技术的日臻完善 , 以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备 , 电机的起动平稳 , 起动电流可限制在额定电流以内 , 从而避免了起动时对电网的冲击 , 而且由于泵的平均转速降低了 , 又可延长泵与阀门等的使用寿命 . 更重要的是水泵的耗电功率与电机的转速的三次方成正比关系 , 所以水泵调速运行的节能效果非常明显 . 7.3.1 控制要求 用 PLC 、变频器设计一个有七段速度的恒压供水系统。该系统有 3 台水泵， 2 台用于运行， 1 台备用，运行与备用 7 天轮换一次。在用水高峰时， 1 台水泵工频全速运行，另 1 台水泵变频运行；用水低谷时，仅 1 台水泵变频运行。 3 台水泵分别由电动机 M1 、 M2 、 M3 拖动，而 3 台电动机又分别由变频接触器 KM1 、 KM3 、 KM5 和工频接触器 KM2 、 KM4 、 KM6 控制。 7.3.1 控制要求 变频器的七段速度及变频与工频切换由管网压力继电器的压力上限接点与下限接点控制。七段速度与变频器的控制端子的对应关系如表 7.3 所示在水泵投入工频运行时，电动机的过载保护通过热继电器实现，并有报警信号的指示。 速度 1 2 3 4 5 6 7 接点 RH RH RH RH 接点 RM RM RM RM 接点 RL RL RL RL Hz 15 20 25 30 35 40 45 7.3.2 用户 I/O 设备及所需 PLC 的 I/O 点数 根据控制要求，本系统的调速成主要由变频器七段调速成来控制，变频器的控制端子的信号通过 PLC 的输出继电器来提供（即通过 PLC 控制变频器的 RL 、 RM 、 RH 以及 STF 、 MRS 端子与 SD 端子的通和断） 6 个输出点。 另外工频工作状态由 KM2 、 KM4 、 KM6 进行控制，变频工作状态由 KM1 、 KM3 、 KM5 进行控制 . 都由 PLC 进行控制。 PLC 的输出信号的变化是通过管网压力继电器的压力上限接点与下限接点来控制。 7.3.3 分配 PLC 的输入、输出端子， PLC 的输入、输出接线图 输入 输出 输入继电器 作用 输出继电器 控制对象 X000 起动按钮 Y001 KM1 X001 水压下限 Y002 KM2 X002 水压上限 Y003 KM3 X003 停止按钮 Y004 KM4 X005 FR1 Y005 KM5 X006 FR2 Y006 KM6 X007 FR3 Y007 报警信号 Y010 正转起动 STF Y011 RH Y012 RM Y013 RL Y014 输出停止 MRS 7.3.3 分配 PLC 的输入、输出端子， PLC 的输入、输出接线图 7.3.4 设计 PLC 控制程序 本程序由工频、变频撤换控制运行与变频运行控制两种情况组成。 1. 系统初始化 系统运行通电后， M8000 为 ON ，使系统进入初始状态 S0 在初始化脉冲 M8002 的动合触点闭合一个扫描周期 , 使工频控制辅助继电器和变频控制输出继电器 Y10( 接变频器的 STF 控制端口 ) 复位 , 。同时使 S20 ～ S27 和 C1 ～ C3 整体复位 在按下停止按钮后 , 使 X003 闭合 , 使系统进入初始状态 , 使整个系统停止工作 . 1. 系统初始化 在水泵在工频运行的情况下，某一组电动机过载时 , 热继电器动作，使 X005 、 X005 、 X006 闭合，输出继电器 Y012 使水泵停转并通过指示灯进行显示。 按下启动按钮，开始进入工作状态。 2. 变频运行控制 状态器 S20 置 ON ，输出继电器 Y10 状态保持 ,Y1 闭合 ( 即接通变频器 RH 与 STF 控制端子 ) ，水泵以变频器输出频率为 15Hz 频率运行。 定时器 T0 计时 ,2 秒后，若水压达到水压上限 X002 置 ON, 使工频状态控制继电器 M10 复位 , 停止工频运行 若水压较低，仍处于水压下限时， X001 仍闭合，状态器 S21 置 ON 2. 变频运行控制 状态器 S21 置 ON ，输出继电器 Y2 闭合（即接通变频器 RM 与 STF 控制端子），水泵以变频器输出频率 20Hz 运行 定时器 T1 计时 2 秒后，水位达到水压上限则转到上一状态器 S20 运行 水压仍处于下限时，则进入下一状态器 S22 运行 2. 变频运行控制 S22 接通 RL 控制端子 S23 接通 RM 、 RL 控制端子 2. 变频运行控制 S24 接通 RH 、 RL 控制端子 S25 接通 RH 、 RM 控制端子 S26 接通 RH 、 RM 、 RL 控制端子 水压达到上限值时，转到 S25 状态器运行；水压仍然是下限时，内部辅助继电器 M10 置 1 ，则进入工频控制 3 ．变频、工频撤换运行控制 状态器 S30 置 ON ，输出继电器 Y1 得电，使主电路 KM1 闭合，与变频运行控制系统结合，使 M1 水泵变频运行。 在变频状态下 M1 水泵未能使水压达到上限时，辅助继电器 M10 置 1 ，输出继电器 Y4 得电，使主电路 KM4 闭合， M2 水泵以工频状态运转。 3 ．变频、工频撤换运行控制 特殊辅助继电器 M8014 产生 1min 周期的振荡信号给计数器 C0 进行 7 天的计时。 达到设定时间后， C0 闭合，输出继电器 Y14 得电，接通变频器控制端子 MRS ，使变频器输出停止。在延时 1s 切换控制后，使状态器 S31 置 ON 。其工作过程相同， 《 电气控制与 PLC 应用技术 》 电子教案 主 编 伍金浩 曾庆乐 中等职业教育机电技术应用专业规划教材 丛书主编 李乃夫 8.1 变频器的用途和构造 8.1.1 变频器的构成 1. 主电路 变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾出现过多种类型的变频器，但是目前成为市场主流的变频器基本上有着下图 8.1 所示的基本结构 : 图 8.1 通用变频器的构成 变频器的主电路主要由 整流电路 、 直流中间电路 和 逆变电路 三部分以及有关的辅助电路组成。 （ 1 ）整流电路 整流电路的主要作用是对电网的交流电源进行整流后给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。 （ 2 ）直流中间电路 虽然利用整流电路可以从电网的交流电源得到直流电压或直流电流．但是这种电压或电流含有频率为电源频率六倍的电压或电流纹波。为了保证逆变电路和控制电源能够得到较高质量的直流电流或电压，必须对整流电路的输出进行平滑，以减少电压或电流的波动，这就是直流中间电路的作用。而正因为如此，直流中间电路也被称为平滑电路。 （ 3 ）逆变电路 逆变电路是变频器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制电路的控制下将直流中间电路输出的直流电压（电流）转换为具有所需频率的交流电压（电流）。逆变电路的输出即为变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。 2. 控制电路 与主电路相对应，为主电路提供所需驱动信号的电路称为变频器的控制电路。控制电路的主要作用是根据事先确定的变频器控制方式产生进行 V/ f 或电流控制时所需要的各种门极驱动信号或基本驱动信号。此外，变频器的控制电路还包括对电流、电压、电动机速度进行检测的信号检测电路，为变频器和电动机提供保护的保护电路，对外接口电路和对数字操作盒的控制电路，如图 8.2 所示。 图 8.2 通用变频器的控制电路框图 8.1.2 变频器的功能 随着变频器技术的发展，变频器尤其是高性能通用型变频器的功能越来越丰富 , 这里主要介绍和频率设定有关的功能。 1. 多级转速设定功能 多级转速设定功能是为了使电动机能够以预定的速度按一定的程序运行。用户可以通过对多功能端子的组合选择记忆在内存中的频率指令。与用模拟信号设定输入频率相比，采用这种控制方式时可以达到对频率进行精确设定和避免噪音影响的目的。此外，该功能还为和 PLC 进行连接提供了方便的条件。 2. 频率上下限设定功能 频率上下限设定功能是为了限制电动机的转速，从而达到保护机械设备的目的而设置的。它通过设置频率指令的上下限，相对于输入信号的信号偏置值和信号增益完成。 3. 特定频率设定禁止功能 ( 频率跳越功能 ) 由于在进行调速控制的过程中，机械设备在某些频率上可能因与系统的固有频率形成共振而造成较大振动．应该避开这些共振频率。该功能就是为了这个目的而设置的。它可以用于泵、风机，机床等机械设备，以达到防止机械系统发生共振的目的。 4. 禁止加减速功能 为了提高变频器的可操作性，在加减速过程中，可以通过外部信号，使频率的上升／下降在短时间暂时保持不变，如图 8.3 所示。 图 8.3 频率保持功能 5. 加减速时间切换 加减速时间切换功能的作用是利用外部信号对变频器的加减速时间进行切换。该功能主要用于机械设备的紧急停止，用一台变频器控制两台不同用途的电动机，或在调速控制过程中对加减速速率进行切换等用途。 6.S 型加减速功能 S 型加减速功能的作用是为了使被驱动的机械设备能够进行无冲击的起／停和加减速运行，在选择了该功能时，变频器在收到控制指令后可以在加减速的起点和终点使频率输出的变化成为弧形从而达到减轻冲击的目的。 8.2 变频器的工作原理 8.2.1 逆变电路的基本工作原理 1 ．逆变电路的工作原理 逆变电路的基本作用是将直流电源转换为交流电源。图 8.4 给出了一个三相逆变电路。在这个逆变电路中，由六个开关组成了一个三相桥式电路。交替打开和关断这六个开关，就可以在输出端得到相位上各相差 120 度 ( 电气角 ) 的三相交流电源。该交流电源的频率由开关频率决定．而幅值则等于直流电源的幅值。为了改变该交流电源的相序从而达到改变异步电动机转向的目的，只要改变各个开关打开和关断的顺序即可。因为这些开关同时又起着改变电流流向的作用，所以它们又被称为换流开关或换流器件。 在图 8.4 给出的逆变电路的原理图中，当位于同一桥臂上的两个开关同时处于开通状态时将会出现短路现象，井烧毁换流器件。所以在实际的变频器逆变电路中还设有各种相应的辅助电路，以保证逆变电路的正常工作和在发生意外情况时对换流器件进行保护。 图 8.4 逆变电路基本工作原理 脉冲宽度调制波（ PWM ）是改变输出电压的脉宽的占空比（振幅值不变），来代替等效的波形。将正弦波的一个周期分成 N 等份，并把每一等份所包围的面积用一个等幅矩形脉冲来表示，且矩形波的中点与相应正弦波等份的中点重合，就得到与正弦波等效的脉宽调制波，称为 SPWM 。如图 8.5 所示。 图 8.5 正弦波脉宽调制波 8.2.2 变频器的控制原理工作原理 逆变电变频器按工作原理分类，有 V/ f 控制变频器 、 SF 控制变频器 和 VC 控制变频器 三种。 1. V/ f 控制变频器路的工作原理 V/f 控制就是保证输出电压跟频率成正比的控制这样可以使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。 异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。 2. SF 控制变频器 SF 控制变频器又称转差频率控制变频器。 在对交流调速系统进行研究的过程中人们发现，如果在对异步电动机进行控制过程中能够像控制直流电动机那样，用直接控制电枢电流的方法控制转矩，那么就可以用异步电动机来得到与直流电动机同样的静、动态特性。而转差频率控制就是这样一种直接控制转矩的方法。 3. VC 控制变频器 VC 控制变频器又称矢量控制变频器。 矢量控制的基本思想是仿照直流电动机的调速特点，把异步电动机的定子电流，即变频器输出电流分解为产生磁场的电流分量 ( 励磁电流 ) 和产生转矩的电流分量 ( 转矩电流 ) 。因此，通过控制电动机定子电流的大小和相位 ( 即定子电流矢量 ) 就可以分别对电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制电动机转矩的目的，进而控制电动机的转速。矢量控制分两类： （ 1 ）带速度反馈的矢量控制 （ 2 ）无速度反馈矢量控制 8.3 变频器的配线 （以三菱 FR － A500 系列为例） 变频器的端子接线如图 8.6 所示。 为安全起见，变频器主电路电源输入通过电磁接触器及漏电断路器或无熔丝断路器与插头接入，电源的开闭， 用电磁接触器来实施。 变频器的输入端和输出端是绝对不允许接错的 。万一将电源进线接到了 U ， V ， W 端，则不管哪个逆变管导通，都将引起两相间的短路而将逆变管迅速烧坏。 图 8.6 端子接线图 （ 1 ）接线说明 ①端子 “ SD ” 、 “ SE ” 和 “ 5 ” 为 I/O 信号的公共端子，相互隔离 , 请不要将这些公共端子互相连接或接地； ②控制回路端子的接线应使用屏蔽线或双绞线 , 而且必须与主回路 , 强电回路 ( 含 200V 继电器程序回路 ) 分开布线； ③由于控制回路的频率输入信号是微小电流 , 所以在接点输入的场合 , 为了防止接触不良 , 微小信号接点应使用两个并联的接点或使用双生接点； ④控制回路建议用 0.75mm 的电缆接线。如果使用 1.25mm 或以上的电缆 , 在布线太多和布线不恰当时 , 前盖将盖不上 , 导致操作面板或参数单元接触不良。 （ 2 ）端子排的排列 在变频器控制回路 , 端子安排如图 8.8 所示。 图 8.8 控制回路端子排布 8.4 三菱通用变频器 FR － A500 系列的使用 8.4.1 变频器的使用 1. 操作面板简介 用操作面板 (FR － DU04), 可以设定运行频率 , 监视操作命令 , 设定参数 , 显示错误和参数拷贝。 （ 1 ）操作面板各部分的名称和作用 如下图 8.9 所示是操作面板示意图。 图 8.9 操作面板示意图 （ 2 ）操作界面切换 按操作面板上的 【MODE】 键，可以进行五个操作界面的切换，如图 8.10 所示，即监示模式、频率设定模式、参数设定模式、运行模式及帮助模式。 图 8.10 操作界面的切换 注： 频率设定模式，仅在操作模式为 PU 操作模式时显示。 2. 变频器的基本操作模式 （ 1 ）监示模式 监示模式下监示器显示运转中的指令，可以通过 “ SET ” 键切换显示的内容，有频率监示（ Hz 指示灯亮）、电流监示（ A 指示灯亮）、电压监示（ V 指示灯亮）及报警监示四种监示模式，如图 8.11 所示。 注： ①按下标有* 1 的 SET 键超过 1.5 秒能把电流监示模式改为上电监示模式； ②按下标有* 2 的 SET 键超过 1.5 秒能显示包括最近 4 次的错误指示； ③监示显示在运行中也能改变。 图 8.11 频率、电流、电压及报警监视示意图 （ 2 ）频率设定模式 在 PU 操作模式下，用▲ /▼ 键改变设定频率，用 【RUN】 键（ 【FWD 】 或 【REV】 键）检验设定运行频率值，如图 8.12 所示。 图 8.12 频率设定模式 注： 此模式只在 PU 操作模式时显示。 （ 3 ）参数设定模式 除一部分参数之外，参数的设定仅在用 Pr.79 选择 PU 操作模式时可以实施。 ①一个参数值的设定既可以用数字键设定也可以用▲ /▼ 键增减。 ②按下 SET 键 1.5 秒写入设定值并更新。 例 : 将 Pr.79 “ 操作模式选择 ” 的设定值 , 由 “ 2 ” ( 外部操作模式 ) 变更为 “ 1 ” (PU 操作模式 ) 的情况如图 8.13 所示。 图 8.13 参数设定模式 （ 4 ）操作模式 Pr.79 “ 操作模式选择 ” =0 时，如下图 8.14 所示，有 PU 操作模式、 PU 点动模式、外部操作模式三种操作模式。此外，当 Pr.79 “ 操作模式选择 ” 选择不同的参数时，还有组合操作模式、程序运行模式等等。 图 8.14 操作模式选择 （ 5 ）帮助模式 主要有 报警记录 、 清除报警记录 、 清除参数 、 全部清除 、 用户清除 及 读软件版本号 六种模式，如图 8.15 所示。 图 8.15 帮助模式 ① 报警记录 用键能显示最近的 4 次报警。 ( 带有 “ . ” 的表示最近的报警。 ) 当没有报警存在时，显示 E._ _0 。如图 8.16 所示。 图 8.16 报警记录显示 ② 报警记录清除 清除所有报警记录。如图 8.17 所示。 图 8.17 清除所有报警记录 ③ 参数清除 将参数值初始化到出厂设定值，校准值不被初始化。 Pr.77 设定为 “ 1 ” 时 ( 即选择参数写入禁止 ) ，参数值不能被消除。如图 8.18 所示。 注： Pr.75 “ 复位选择／ PU 脱离检测／ PU 停止选择 ” 不被初始化。 图 8.18 参数清除 ④ 全部消除 将参数值和校准值全部初始化到出厂设定值。如图 8.19 所示。 图 8.19 初始化到出厂设定 ⑤ 用户消除 初始化用户设定参数，其它参数被初始化为出厂设定值。如图 8.20 所示。 图 8.20 初始化用户设定参数 8.4.2. 主要参数的功能及意义 1. 输出频率范围 (Pr.1 ， Pr.2 ， Pr.18 ) (1)Pr.1 ：上限频率； Pr.2 ：下限频率； Pr.18 ：高速上限频率。 (2) 用 Pr.1 设定输出频率的上限，即使有高于此设定值的频率指令输入，输出频率也被钳位在上限频率。 (3) 在 120Hz 以上运行时，用参数 Pr.18 设定输出频率的上限。 ( 当 Pr.18 被设定时， Pr.1 自动地变为 Pr.18 的设定值。或者，如果 Pr.1 被设定， Pr.18 自动地切换到 Pr.1 的频率。 ) (4) 用 Pr.2 设定输出频率的下限。如图 8.21 所示。 图 8.21 输出频率范围 2. 基波频率，基波频率电压 ( Pr.3 ， Pr.19 ， Pr.47 ， Pr.113 ) (1)Pr.3 ：基底频率； Pr.19 ：基底频率电压； Pr.47 ：第二 V/F （基底频率）； Pr.113 ：第三 V/F （基底频率）。 (2) 用 Pr.3 ， Pr.47 和 Pr.113 设定基波频率 ( 电机额定频率 ) ，能设定三种不同的基波频率，并且可从中选择所需要的频率。 (3) 当 RT 信号为 ON 时， Pr.47 “ 第二 V/F （基波频率） ” 有效，当 X9 信号 ON 时， Pr.113 “ 第三 V/F （基底频率） ” 有效。 (4) 用 Pr.19 设定基波电压 ( 电机的额定电压等 ) 。如图 8.22 所示： 图 8.22 基波频率，基波电压 3. 多段速度运行 ( Pr.4,Pr.5,Pr.6,Pr.24 ～ Pr.27,Pr.232 ～ Pr.239 ) 决定运行速度，可用端子转换到该速度。 (1)Pr.4 ： 3 速设定 ( 高速 ) ； Pr.5 ： 3 速设定 ( 中速 ) ； Pr.6 ： 3 速设定 ( 低速 ) ； Pr.24 ～ Pr.27 ：多段速度设定 (4 至 7 段速度设定 ) ； Pr.232 ～ Pr.239 ：多段速度设定 (8 至 15 段速度设定 ) 。 (2) 可通过开启、关闭外部触点信号（ RH ， RM ， RL ， REX 信号），选择各种速度。 (3) 借助于点动频率（ Pr.15 ），上限频率（ Pr.1 ）和下限频率（ Pr.2 ）的组合，最多可以设定 18 种速度。 (4) 在外部操作模式或 PU/ 外部并行模式（ Pr.79=3 ， 4 ）中有效。 (5) 运行期间参数值也能被改变。如图 8.23 所示： 图 8.23 多段速度运行 a ）七段速度运行 b ）十五段速度运行 4. 加减速时间 ( Pr.7,Pr.8,Pr.20,Pr.21,Pr.44,Pr.45 ， Pr.110 ， Pr.111 ) 用于设定电机加减速时间。慢慢地加减速时设定为较大值，快速加减速时设定为较小值。 (1)Pr.7 ： 加速时间； Pr.8 ： 减速时间； Pr.20 ： 加 / 减速基准频率； Pr.21 ： 加 / 减速时间单位； Pr.44 ： 第二加 / 减速时间； Pr.45 ： 第二减速时间； Pr.110 ： 第三加 / 减速时间； Pr.111 ： 第三减速时间。 (2) 可用 Pr.21 设定加减速时间和最小设定单位 : 设定值 “ 0 ” ( 出厂设定 )∙∙∙0 ～ 3600s( 最小设定单位 :0.1s) 设定值 “ 1 ” ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙0 ～ 360s( 最小设定单位 :0.01s) (3) 用 Pr.7 ， Pr.44 和 Pr.110 设定从 0Hz 到达 Pr.20 所设定频率的加速时间。 (4) 用 Pr.8 ， Pr.45 和 Pr.111 设定从 Pr.20 所设定频率到达 0Hz 的减速时间。 (5) 当 RT 信号为 ON 时， Pr.44 和 Pr.45 有效；当 X9 信号为 ON 时， Pr.110 和 Pr.111 有效；当 RT 和 X9 同事为 ON 时， Pr.110 和 Pr.111 有效。 (6) 当 Pr.45 设定为 “ 9999 ” 时，减速时间与加速时间 (Pr.44 ， Pr.110) 相同。 如图 8.24 所示。 图 8.24 加减速时间 5. 起动频率 ( Pr.13 ) 起动频率能设定在 0 ～ 60Hz 之间，如果设定频率小于 Pr.13 “ 起动频率 ” 的设定值，变频器将不能起动。例如，当 Pr.13 设定为 5Hz 时，只有当设定频率达到 5Hz 时，电机才能起动运行。如图 8.25 所示。 图 8.25 起动频率 6. 点动运行 ( Pr.15 ， Pr.16 ) Pr.15 “ 点动频率 ” Pr.16 “ 点动加减速时间 ” 注意：点动运行的加速时间和减速时间不能分别设定，请把 Pr.15 “ 点动频率 ” 的设定值设定在 Pr.13 “ 起动频率 ” 的设定值之上。如图 8.26 所示： 图 8.26 点动运行 7. 频率跳变 ( Pr.31 ～ Pr.36 ) 此功能可用于避开机械系统固有频率产生的共振。可以使其跳过共振发生的频率点，最多可设定三个区域。跳跃频率可以设定为各区域的上点或下点。 1A ， 2A 或 3A 的设定值为跳变点，用这个频率运行。如图 8.27 所示： 图 8.27 频率跳变 8. 参数写入禁止选择（ Pr.77 ） 可选择参数写入禁止或允许，此功能用于防止参数值被意外改写。如表 8.2 所示。 Pr.77 设定值 功能 0 仅限于 PU 操作模式的停止中可以写入（在附录（一）参数表中加有底纹表示的参数值任何时候都可以设定） 1 不可写入参数。 Pr.22 ， Pr.75 ， Pr.77 和 Pr.79 “ 操作模式选择 ” 可写入，且禁止 “ 参数清除 ” 、 “ 所有参数清除 ” 和 “ 用户清除 ” 2 即使运行时也可以写入，但 Pr.23 ， Pr60 ～ 61 ， Pr.66 ， Pr.71 ， Pr.79 ～ 81 ， Pr83 ～ 84 ， Pr.95 ～ 96 ， Pr100 ～ 109 ， Pr135 ～ 139 ， Pr.180 ～ Pr.186 ， Pr.190 ～ Pr.195 的参数值在运行时不能被写入，当修改这些参数设定值时，需停止运行。 表 8.2 参数写入禁止选择 9. 操作模式选择（ Pr.79 ） 用于选择变频器的操作模式。其中用操作面板、参数单元的操作称为 PU 操作；用外部信号的操作称为外部操作；用 PU 操作和外部操作的组合称为外部 /PU 组合操作。出厂设定值为外部操作模式。如表 8.3 所示。 Pr.79 设定值 功能 0 PU 或外部操作模式 1 PU 操作模式 2 外部操作模式 3 外部 /PU 组合操作模式 1 运行频率 —— 从 PU 设定 ( 直接设定 , 或 )▲/▼ 键设定 ) 或外部输入信号 ( 仅限多段速度设定 ) 起动信号 —— 外部输入信号 ( 端子 STF,STR) 4 外部 /PU 组合操作模式 2 运行频率 —— 外部输入信号 ( 端子 2,4,1, 点动 , 多段速度选择 ) 起动信号 —— 从 PU 输入 (FWD 键 ,REV 键 ) 5 程序运行模式 可设定 10 个不同的运行起动时间 , 旋转方向和运行频率各三组。 运行开始 —— STF, 定时器复位 —— STR 组数选择 —— RH, RM, RL 6 切换模式 —— 运行时可进行 PU 操作 , 外部操作和计算机通讯操作的切换。 7 外部操作模式 (PU 操作互锁 ) X12 信号 ON —— 可切换到 PU 操作模式 ( 正在外部运行时输出停止 ) X12 信号 OFF —— 禁止切换到 PU 操作模式 8 切换到除外部操作模式以外的模式 ( 运行时禁止 ) X16 信号 ON ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 切换到外部切换模式 X16 信号 OFF ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 切换到 PU 切换模式 表 8.3 操作模式 8.4.3 运行操作 1 ． 多段速度运行 操作 三菱变频的多段速度运行共有 15 种运行速度 , 通过外部接线端子的控制可以运行在不同的速度上 , 特别在 PLC 联合起来控制更方便 , 在需要经常改变速度的生产机械上得到广泛的应用。 若进行七段速度控制。根据实际需要在 PU 模式（参数单元操作）下设定基本运行参数，再通过设定 Pr.4 ～ Pr.6 和 Pr.24 ～ Pr.27 参数 ( 在外部、组合、 PU 模式下均可设定 ) ，在操作模式选择方面选择外部操作模式或 PU 组合操作模式，可通过 Pr.79=3 设定。按图 8.28 在接通 RH 与 SD 的情况下，接通 STF 与 SD ，电动机以速度 1 运行（高速）正转运行。在接通 RM 与 SD 情况下，接通 STF 与 SD ，电动机以速度 2 （中速）正转运行。如此类推。在同时接通 RH 、 RM 、 RL 与 SD 情况下，接通 STF 与 SD ，电动机以速度 7 正转运行。若需要反转，只需将 STF 改接为 STR 。 十五段速度运行控制是在七段的基础上，将 Pr.186=8 ，使 CS 端子功能变为 REX 功能。在 Pr.232 ～ Pr.239 下设定运行参数。 图 8.28 七段速度运行接线示意图 2 ．多段速度运行 PLC 控制 例：用 PLC 、变频器设计一个电动机三速运行的控制系统，控制要求如下： 按下起动按钮，电动机以 30Hz 速度运行， 5s 后转为 45Hz 速度运行，再过 5s 后转为 20Hz 速度运行，按停止按钮，电动机即停止。电动机的三速运行，采用变频器的多段运行来控制，变频器的多段运行通过 PLC 的输出端子来控制，即通过 PLC 输出端子控制变频器的 RL 、 RM 、 RH 以及 STF 与 SD 端子的通和断。 变频器的参数设定 参数名称 参数号 设定值 上限频率 Pr.1 50Hz 下限频率 Pr.2 0Hz 基底频率 Pr.3 50Hz 加速时间 Pr.7 2S 减速时间 Pr.8 2S 电子过流保护 Pr.9 电动机的额定电流 操作模式的选择 Pr.79 3 多段速度设定（ 1 速） Pr.4 20Hz 多段速度设定（ 2 速） Pr.5 45Hz 多段速度设定（ 3 速） Pr.6 30Hz PLC 的输入 / 输出端口分配 输入 输出 输入继电器 作用 输出继电器 控制对象 X000 停止 Y000 运行信号 (STF) X001 起动 Y001 1 速 (RL) Y002 2 速 (RM) Y003 3 速 (RH) Y004 复位 (RES) 设计 PLC 控制程序 根据控制要求分析本系统是典型的顺序控制，设计梯形图如下： 系统接线图 系统调试时，将 PLC 与变频器连接好后，通过变频的操作面板观察变频器的输出频率是否符合要求。在按下起动按钮 X001 时，变频器输出 30Hz ， 5s 后，变频器输出 45Hz ，再过 5S 后输出 20Hz ，任何时候按下停止按钮 X000 ，变频器 2s 减速至停止。 PLC 的控制原理读者可以参考前面章节自行分析。 本章小结 本章主要阐述了变频器的基本知识及其原理，并结合三菱通用变频器 FR-A5400 ，介绍了变频器的使用。 1 ．变频器的主电路主要由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成； 2 ．变频器的功能主要介绍了和频率设定有关的功能，如多级转速设定功能、频率上下限设定功能、特定频率设定禁止功能 ( 频率跳越功能 ) 、禁止加减速功能、加减速时间切换功能、 s 型加减速功能等； 3 ．变频器的工作原理主要是逆变电路的工作原理、变频器的控制原理 —— V/ f 控制变频器、 SF 控制变频器、 VC 控制变频器及这三种控制方式的比较； 4 ．以三菱 FR － A500 系列为例，详细介绍了变频器外部端子的接线、主电路的接线、控制电路的接线、变频器型号外观和结构、操作面板，基本操作模式方面具体介绍了监示模式、频率设定模式、参数设定模式、操作模式和帮助模式五种基本模式，并列出了变频器主要参数的功能及意义。 5. 通过变频器与 PLC 相配合完成电气控制实例，说明其在提高自动化程度，满足生产工艺的调速要求上的重要性。