電器控制與PLC

前言

第一篇 電器控制

第一章 常用低壓電器

第一節(jié) 低壓電器的作用、分類及發(fā)展概況

一、電器的定義及作用

二、電器的分類

三、電力拖動自控系統(tǒng)常用的低壓電器

四、低壓電器的發(fā)展概況

習(xí)題

第二節(jié) 接觸器

一、接觸器的結(jié)構(gòu)與工作原理

二、交、直流接觸器的特點(diǎn)對比

三、接觸器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

四、智能接觸器簡介

習(xí)題

第三節(jié) 繼電器

一、繼電器的定義及與接觸器的區(qū)別

二、繼電器的種類及其特點(diǎn)

三、繼電器觸點(diǎn)的種類

四、繼電器的特性

五、繼電器的結(jié)構(gòu)及原理

六、交流固態(tài)繼電器簡介

習(xí)題

第四節(jié) 低壓熔斷器

一、熔斷器的功能

二、熔斷器的種類與型號

三、熔斷器的安秒特性

四、熔斷器的選擇

習(xí)題

第五節(jié) 主令電器

一、控制按鈕

二、行程開關(guān)

三、轉(zhuǎn)換開關(guān)

習(xí)題

第六節(jié) 低壓斷路器

一、低壓斷路器的工作原理

二、低壓斷路器的種類

三、低壓斷路器的功能

四、低壓斷路器的選擇

五、智能斷路器簡介

習(xí)題

第二章 電器控制線路

第一節(jié) 電器控制線路的繪制

一、圖形和文字符號

二、電器控制線路的表示方法

三、控制線路的組成及分類

四、電器控制原理圖的繪制原則

五、閱讀和分析控制線路圖的方法

習(xí)題

第二節(jié) 籠型電動機(jī)的直接起?？刂?

一、功能

二、動作過程

習(xí)題

第三節(jié) 組成電器控制線路的基本規(guī)律

一、自鎖控制

二、聯(lián)鎖控制

三、變化參量控制

習(xí)題

第四節(jié) 電器控制線路的一般設(shè)計(jì)方法

一、電器控制線路的設(shè)計(jì)方法

二、設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個原則

三、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法舉例

習(xí)題

第五節(jié) 電器控制的邏輯設(shè)計(jì)法

一、三種基本邏輯運(yùn)算

二、邏輯代數(shù)定理

三、邏輯函數(shù)的化簡

四、繼電器-接觸器控制線路的邏輯函數(shù)

五、用邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)控制線路

習(xí)題

第六節(jié) 常用典型控制線路

一、籠型異步電動機(jī)的起動控制線路

二、籠型異步電動機(jī)錯動的控制線路

三、籠型異步電動機(jī)的調(diào)速控制線路

四、軟起動器起動的控制線路簡介

習(xí)題

第二篇 可編程序控制器

第三章 PLC的產(chǎn)生、基本特點(diǎn)和主要功能

第一節(jié) PLC的產(chǎn)生、演變和發(fā)展趨勢

一、PLC的產(chǎn)生

二、國際上PLC的發(fā)展過程

三、我國PLC的發(fā)展過程

四、PLC的發(fā)展趨勢

第二節(jié) PLC的分類

一、按I/O點(diǎn)數(shù)分類

二、按功能分類

三、按結(jié)構(gòu)形式分類

第三節(jié) PLC的基本特點(diǎn)和主要功能

一、PLC的主要特點(diǎn)

二、PLC的主要功能及應(yīng)用領(lǐng)域

習(xí)題

第四章 PLC的硬件組成及工作原理

第一節(jié) PLC的基本組成及各部分的作用

一、PLC的基本組成

二、整體式和模塊式PLC的組成

三、PLC各部分的作用

習(xí)題

第二節(jié) PLC的工作原理

一、PLC的系統(tǒng)工作過程

二、用戶程序的循環(huán)掃描過程

三、PLC的I/O響應(yīng)滯后問題

四、PLC的中斷

習(xí)題

第三節(jié) PLC的I/O模塊和外圍設(shè)備

一、數(shù)字量I/O模塊

二、模擬量I/O模塊

三、特殊I/O模塊（智能模塊）

四、外圍設(shè)備簡介

習(xí)題

第四節(jié) 西門子S7-300PLC的硬件組成及硬件配置

一、S7-300的概況

二、硬件組成

三、S7-300PLC的模塊簡介

四、分布式I/O簡介

五、硬件配置

習(xí)題

第五章 PLC的縮程基礎(chǔ)

第一節(jié) PLC編程語言

一、編程語言的種類及其特點(diǎn)

二、梯形圖語言

三、語句表語言

四、梯形圖的繪制原則

習(xí)題

第二節(jié) S7-300PLC編程基礎(chǔ)

一、STEP7的程序結(jié)構(gòu)

二、STEP7的編程語言

三、結(jié)構(gòu)化程序中的塊

四、STEP7的數(shù)據(jù)類型

五、PLC中的存儲器與寄存器

六、S7-300PLC編址

七、STEF7的指令類型與指令結(jié)構(gòu)

習(xí)題

第六章 S7-300PLC指令系統(tǒng)及編程

第一節(jié) 邏輯指令

一、位邏輯指令

二、字邏輯指令

習(xí)題

第二節(jié) 、定時器與計(jì)數(shù)器指令

一、定時器指令

二、計(jì)數(shù)器指令

習(xí)題

第三節(jié) 數(shù)據(jù)處理與算術(shù)運(yùn)算指令

一、數(shù)據(jù)裝入與傳送指令

二、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令

三、數(shù)據(jù)比較指令

四、算術(shù)運(yùn)算指令

五、移位與循環(huán)移位指令

六、累加器操作指令

七、地址寄存器加指令

第四節(jié) 程序執(zhí)行控制指令

一、跳轉(zhuǎn)指令

二、循環(huán)指令

三、功能塊調(diào)用指令與數(shù)據(jù)塊指令

四、主控繼電器指令

五、顯示和空操作指令

第五節(jié) 指令系統(tǒng)綜合應(yīng)用

習(xí)題

第七章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第一節(jié) PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、內(nèi)容與步驟

一、設(shè)計(jì)原則

二、設(shè)計(jì)內(nèi)容

三、設(shè)計(jì)步驟

第二節(jié) PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

一、PLC的選型

二、PLC容量的估算

三、I/O模塊選擇

四、電源模塊選擇

五、外部接線設(shè)計(jì)

第三節(jié) PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

一、PLC軟件設(shè)計(jì)的一般步驟

二、西門子STEP7程序設(shè)計(jì)方法

第四節(jié) PLC控制系統(tǒng)的人機(jī)接口設(shè)計(jì)

一、人機(jī)接口（界面）概述

二、人機(jī)接口系統(tǒng)的選型

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第五節(jié) PLC控制系統(tǒng)的可靠性與抗干搠設(shè)計(jì)

一、PLC的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

二、PLC控制系統(tǒng)的冗余性設(shè)計(jì)

三、PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

四、PLC控制系統(tǒng)的故障診斷

第六節(jié) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例

一、機(jī)械手控制系統(tǒng)簡介

二、使用起、保、停電路的編程方法

三、使用置位、復(fù)位指令的編程方法

習(xí)題

附錄A STEP7語句表指令一覽表

附錄B PLC實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡介及STEP7編程軟件編程練習(xí)

實(shí)驗(yàn)二基本指令的編程練習(xí)I——與、或、非邏輯功能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)三 基本指令的編程練習(xí)Ⅱ——定時器功能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)四 基本指令的編程練習(xí)Ⅲ——計(jì)數(shù)器功能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)五 移位指令練習(xí)——裝配流水線控制的模擬

附錄C 電器控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

實(shí)驗(yàn)一 三相籠型異步電動機(jī)的點(diǎn)動和自鎖控制線路

實(shí)驗(yàn)二 三相籠型異步電動機(jī)減壓起動控制線路

實(shí)驗(yàn)三 三相籠型異步電動機(jī)可逆旋轉(zhuǎn)控制線路

實(shí)驗(yàn)四 三相籠型異步電動機(jī)電氣制動控制線路

實(shí)驗(yàn)五 小車變速自往復(fù)循環(huán)運(yùn)動行程控制線路

參考文獻(xiàn)2100433B

西門子S7-300 PLC是國內(nèi)應(yīng)用范圍極廣、市場占有率很高的可編程序控制器產(chǎn)品。故《電器控制與PLC(西門子S7-300機(jī)型)(少學(xué)時)》以西門子S7-300 PLC為基礎(chǔ)，主要介紹了常用低壓電器；電器控制線路；S7-300 PLC硬件組成及工作原理；PLC的編程基礎(chǔ)；S7-300 PLC指令系統(tǒng)及編程；PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此外，為了方便教學(xué)和自學(xué)，各章敘述詳細(xì)、全面、易懂，并配有大量例題和習(xí)題，附錄中還有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，可供讀者選擇。

《電器控制與PLC技術(shù)》主要介紹了：電器控制技術(shù)及其典型實(shí)用環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、PLC原理及其應(yīng)用，系統(tǒng)地闡述了PLC分析與設(shè)計(jì)的方法。全書共11章。第1、2章為電器控制，主要介紹常用低壓電器及電氣控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)。第3～10章為PLC技術(shù)，主要介紹PLC的系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理，三菱PLC的指令系統(tǒng)，PLC的程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用，手持式編程器與編程、仿真軟件的使用方法，第11章為實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)。《電器控制與PLC技術(shù)》的PLC技術(shù)部分以三菱GX編程、仿真軟件的使用貫穿全書，避免了必須等到試驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)時連接一臺PLC才可調(diào)試程序的被動性，能使讀者更好地掌握PLC技術(shù)?！峨娖骺刂婆cPLC技術(shù)》第1～9章都附有小結(jié)和適量的習(xí)題。

PLC和繼電器控制系統(tǒng)是相輔相成，繼電器從來沒有停止進(jìn)一步的發(fā)展，包括SIEMENS在內(nèi)從來沒有承諾普通PLC是安全的，如：設(shè)備的安全控制（停電、重起、人身防護(hù)）都是由專門安全繼電器來保證，所以至今歐洲還有許多專門生產(chǎn)商在生產(chǎn)、研發(fā)。

一個繼電器控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)都是由輸入部分、輸出部分和控制部分組成。PLC的梯形圖與繼電器控制電路圖十分相似，主要原因是PLC梯形圖大致沿用了繼電器控制的電路元器件符號。

繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

繼電器控制系統(tǒng)由器件和導(dǎo)線連接而成，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時由于原理簡單，對工程技術(shù)人員來說易于掌握。但繼電器控制系統(tǒng)對于復(fù)雜系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝的工作量就特別大，有時變得不可能完成。機(jī)械觸點(diǎn)的物理接觸容易帶來損壞；接線也易受振動等影響，可靠性會變差。

由于控制作用是通過器件的連接來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)需要改變控制作用時，就需要改變硬件接線，對控制系統(tǒng)的維護(hù)性和升級很不利。

但繼電器的動作對于控制系統(tǒng)來說，是一種可靠的機(jī)械隔離，所以經(jīng)常和其他控制裝置（如可編程控制器）配合使用。

PLC的特點(diǎn)

1、功能強(qiáng)，性能價格比高

一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價格比?？善绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。

2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)

可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。

3、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10--1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。

PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時間達(dá)到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。

4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少

PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。

PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。

PLC的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。

5、編程方法簡單

梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。

梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。

6、維修工作量少，維修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。

7、體積小，能耗低

對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當(dāng)于幾個繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的確1/2-1/10。

PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費(fèi)用。

三方面的對比

1.控制方式

繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。

PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。

2.控制速度

繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動現(xiàn)象。

PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴(yán)格同步，無抖動。

3.延時控制

繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實(shí)現(xiàn)延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時間困難。

PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時間方便，不受環(huán)境影響。

總的來說，繼電器控制系統(tǒng)是針對一定的生產(chǎn)機(jī)械、固定的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的，采用硬接線方式裝配而成，只能完成既定的邏輯控制、定時和計(jì)數(shù)等功能。一旦生產(chǎn)工藝過程改變，則控制柜必須重新設(shè)計(jì)，重新配線。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC所取代已是必然趨勢。PLC由于應(yīng)用了微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，所以各種控制功能都是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，只要改變程序并改動少量的接線端子，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變。從適應(yīng)性、可靠性和安裝維護(hù)等各方面比較，PLC都有顯著的優(yōu)勢。因此，PLC控制系統(tǒng)將取代大多數(shù)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。