PLC 原理与应用

1. PLC原理与应用 电气学院 自动化 杨霞 2007年2月

2. PLC原理与应用 实验讲解 • 实验一 三相异步电动机的继电接触器控制 • 实验二 交通信号灯控制（实物） • 实验三 组态王软件的应用 ——电动机控制仿真 • 实验四 操作设计测验 ——自主方案四滑台顺序控制设计

3. 实验一 三相异步电动机的继电接触器控制 • 一、实验目的 • 1．看懂三相异步电动机铭牌数据和定子三相绕组六根引出线在接线盒中的排列方式； • 2．根据电动机铭牌要求和电源电压，能正确连接定子绕组(Y形或Δ形)； • 3．了解复式按钮、交流接触器和热继电器等几种常用控制电器的结构，并熟悉它们的接用方法； • 4．通过实验操作加深对三相异步电动机直接起动、点动和正反转控制线路工作原理、接线方式、操作方法及各环节作用的理解和掌握，明确自锁和互锁的作用； • 5．在理解顺序控制工作原理的基础上，学会对三相异步电动机进行简单顺序控制； • 6．学会检查线路故障的方法，培养分析和排除故障的能力。

4. 实验一 三相异步电动机的继电接触器控制 • 二、预习要求 • 复习三相异步电动机直接启动、点动和正反转控制线路的工作原理，并理解自锁、互锁及点动的概念，以及短路保护、过载保护和欠压保护的概念。

5. 实验一 三相异步电动机的继电接触器控制 • 三、实验内容和步骤 • 1．熟悉实验装置上的电源开关、交流接触器、按钮等器件接线端位置。 • 2．按图1和图2接线，进行如下实验： • （1）点动实验：不接KM的自锁触点，按SB2。 • （2）直接启动及停车试验：接上KM的自锁触点，启动按SB2，停车按SB1。 • （3）欠压保护实验：电动机启动后，拉开实验装置上的三相开关Q，使电动机停转，然后重新合上实验装置上的三相开关Q，不按SB2按钮，观察电动机是否会自行启动。 • （4）电动机的正反转实验：拉开实验装置上的三相开关Q，将电动机定子绕组的三根电源线中任意两根的一头对调，再合上实验装置上的三相开关Q，重新启动电动机，观察电动机是否改变了转向。

6. 实验一 三相异步电动机的继电接触器控制 图1 三相异步电动机单向启、保、停控制线路图

7. 实验一 三相异步电动机的继电接触器控制 图2 三相异步电动机的正、反转控制电路图

8. 实验一 三相异步电动机的继电接触器控制 • 四、实验报告内容 • 1．画出实验步骤中的线路图。 • 2．写出实验的操作步骤。 • 3．写出实验心得。 • 五、思考题 • 1．在图2中，线路是如何实现电气互锁的？ • 2．为什么图1主回路只串联两只发热元件？以星行连接的负载为例，没有串联发热元件的一项发生过载时，是否也能得到保护？ • 3．热继电器是否也能起到短路保护？ • 4．若在实验中发生故障，画出故障线路，分析故障原因。

9. 实验二 交通信号灯控制（实物） • 一、实验目的 • 1．学习MASTER—K30 PLC与外部设备的连接。 • 2．学习KGL_Win软件。 PLC控制程序设计初步。 • 二、实验要求 • 设计PLC程序控制十字路口的红绿黄三色信号灯，并通过交通信号灯实验板验证程序的正确性。 • 控制要求是： • 1．开机东西主干道绿灯亮。 • 2．南北向红灯亮15秒，同时东西向绿灯亮10秒后黄灯亮5秒；东西向红灯亮15秒，同时南北向绿灯亮10秒后黄灯亮5秒。重复以上过程。

10. 实验二 交通信号灯控制（实物） • 三、预习内容 • KGL for Windows软件的使用 • “工具”菜单中用来绘制梯形图的快捷按钮包括： • “箭头模式”、“范围模式”、“常开接点”、“常闭接点”、“水平线”、“垂直线”、“输出指令”、“应用指令”和“NOT指令”

11. KGL for Windows软件的使用注意事项 • 一、梯形图的录入： • 1.设备选项中的“PLC类型”一项要选择“MK_H”中的“30”型，否则将无法与我们的PLC设备连机调试。 • 2.编程语言任选：梯形图或指令。 • 3.梯形图的录入： • ①垂直线的删除：将框放于垂直线右侧击Backspace • ②水平线及元件的删除：将框放在该件上，击Delete • ③光标平时放在箭头上 • ④用编辑菜单做插入行、删除行 • ⑤行有颜色，说明有错误或有断开的地方，白色是正确的 • ⑥END：用工具按钮，输入END • ⑦定时器：用工具按钮，输入例如：TON T000 010 • ⑧计数器：用工具按钮，输入例如：CTU C000 020

12. KGL for Windows软件的使用注意事项 • 二、运行 • 梯形图程序录入到微机后，要下载到PLC中，才能运行调试 • 在线→连机/下载/运行/监控 • 三、在组态仿真实验 • 录入梯形图程序后保存，关闭之后，再进组态King→程序

13. 实验二 交通信号灯控制（实物） • 四、实验步骤 • 1．梯形图的程序输入（练习基本逻辑、定时器、计数器指令）。 • 2．在KGL_Win中输入程序，并脱负载连机调试，检查程序的正确性。 • 3．将PLC板输出端相关的接线柱与交通信号灯实验板各指示灯接线柱用导线连接，PLC板上输出端COM接线柱与交通信号灯实验板地线相连接，交通信号灯实验板上的单项插头插到220V电源上。启动PLC，观察信号灯状态，并记录。 • 五、注意事项 • 注意用电安全，交通信号灯实验板上任何导线绝对不允许连接到PLC板上的输入端的任何接线柱上，交通信号灯实验板通电前需经教师批准，断开电源后拆除有关导线。

15. 实验三 组态王软件的应用——电动机控制仿真 • 一、实验目的 • 1．熟悉组态王软件的应用。 • 2．进一步学习PLC控制程序设计。 • 三、实验要求 • 由PLC控制三相异步电动机正反转运行。控制方法如下： • 主电路： • 三相电源—>正转接触器主触点（反转接触器主触点）—>三相异步电动机。 • 主电路通过由组态王设计的计算机仿真动画界面提供，主电路连线在计算机仿真界面上完成。

16. 实验三 组态王软件的应用——电动机控制仿真 • 控制电路： • 控制按钮—>PLC输入触点—>PLC控制程序(梯形图)—>PLC输出触点—>正(反)转接触器线圈，正(反)转接触器辅助常闭触点—>控制线路用220V单相电源—>PLC输出公共触点。 • 控制线路用220V电源的开通和关闭也由PLC通过一接触器（或继电器）控制，接触器（或继电器）一辅助触点反馈220V电源的状态（开通或关闭），当PLC输出端控制线路用220V电源开通后，PLC程序才能正常控制电动机运行。 • 正反转接触器的线圈、辅助常闭触点、控制线路用220V电源、PLC外部接线及其控制接触器（或继电器），也由组态王设计的计算机仿真动画界面提供，可在计算机界面上完成连线。

17. 实验三 组态王软件的应用——电动机控制仿真 • 为使PLC程序与仿真界面配合，将PLC的输入、输出触点作以下规定： • 输入点： • 按钮P000（M100）控制线路给电 • 按钮P001（M101）控制线路断电 • 按钮P002（M102）电动机正转启动 • 按钮P003（M103）电动机正转关闭 • 按钮P004（M104）电动机反转启动 • 按钮P005（M105）电动机反转关闭 • P007（M107）接点，控制线路电源状态反馈点 • 输出点： • P020控制线路给电信号（接220V电源控制接触器（或继电器）线圈） • P021电动机正转信号（接正转接触器线圈） • P022电动机反转信号（接反转接触器线圈）

18. 实验三 组态王软件的应用——电动机控制仿真 • 四、实验步骤 • 1．打开K30H PLC编程软件KGL_WIN。 • 2．在KGL_Win界面编写本实验的PLC程序，并保存程序。 • 3．将编写好的PLC控制程序下载到PLC中，监控程序运行，检查程序错误，退出监控后修改错误。 • 4．改正错误后将程序再次下载到PLC。 • 5．关闭KGL_WIN。

19. 实验三 组态王软件的应用——电动机控制仿真 • 四、实验步骤 • 6．由KING软件打开仿真程序《电动机控制——连机》。 • 7．在动画仿真界面上：完成主电路连线；完成控制线路连线；PLC工作电源给电； • 通过计算机动画界面上的按钮或通过实际PLC按钮操作PLC，实现电动机的正反转运行。操作的第一步必须是按P000（M100），使控制线路用220V电源开通。 • 8．运行结果若不符合要求，检查连线，若有错误，按实际连线规则，断电重接。若PLC程序有错误，则关闭仿真程序，重新打开KGL_WIN软件，重新编写、调试程序，由步骤1重新进行。

22. 实验四 操作设计测验——自主方案四滑台顺序控制设计 • 一、实验目的 • 对PLC控制理论、PLC程序设计及实际操作综合测评。 • 三、实验要求 • 本设计提供一个计算机仿真控制对象，要求每个同学针对这个仿真控制对象设计一个有六个状态以上的PLC顺序控制程序，在PLC上执行这个程序，并实际控制仿真被控对象运行，以验证程序的功能和正确性。

23. 实验四 操作设计测验——自主方案四滑台顺序控制设计 • 1.仿真控制对象介绍 • 提供四台电动机通过正反转分别驱动四个滑台上下运动。 • 每个滑台行程路上都有4个行程开关，共16个，它们对应的继电器是P040─P047，P050─P057。滑台起始位置压合最下面的行程开关，且假设此处向下装有死挡铁，滑台不会越此位置向下运动。最上面的行程开关处没有死挡铁限制滑台向上运动，但安全要求不准滑台越此位置向上运动，需要在程序设计中解决。

24. 实验四 操作设计测验——自主方案四滑台顺序控制设计 • 还提供一个手动操作控制台，有四个按钮，两个开关；它们对应的继电器若是使用实际按钮和开关为P010─P015； • 若是使用计算机界面仿真的按钮和开关为M010─M015； • 在编写PLC程序时也可以考虑两者都能使用，在梯形图上将P继电器（如P010）和对应的M继电器（如M010）并联使用即可（注意：常闭触点应该两者串联,常开触点并联）。

25. 实验四 操作设计测验——自主方案四滑台顺序控制设计 • 接电动机A正转接触器的是P020 • 反转接触器的是P021； • 接电动机B正转接触器的是P022 • 反转接触器的是P023； • 接电动机C正转接触器的是P024 • 反转接触器的是P025； • 接电动机D正转接触器的是P026 • 反转接触器的是P027； • 如P020=1，滑台A上行，P021=1，滑台A下行。

26. 实验四 操作设计测验——自主方案四滑台顺序控制设计 • 注意：实际上电动机运行从一个行程开关到另一个行程开关用时4S • 开关按钮设置：规则常开并联；常闭串联 • 总控开关：M020；手动操作控制台，及其仿真对应： • 有四个按钮：P010（常开）、P011（常闭）、P012（常开）、P013（常闭）； • 两个开关：P014、P015。 • 仿真对应:M010（常开）、M011（常闭）、M012（常开）、M013（常闭）；两个开关：M014、M015。

27. 实验四 操作设计测验——自主方案四滑台顺序控制设计 • 2.程序设计要求 • 设计的程序要求对四个滑台都控制。可选择若干个按钮或开关，进行启动停止等控制。要求对滑台运动进行顺序控制，至少有六个状态，滑台运动的具体规律由设计者自己确定。可以从16个行程开关中选择若干个，再加上若干个定时信号（定时器输出）作状态切换的命令。

28. 实验四 操作设计测验——自主方案四滑台顺序控制设计 • 3.设计报告(实验前做好) • 对程序设计要求有完整的设计报告，其内容包括： • 自定的控制要求。 • 输入输出信号表。 • 状态转换表。 • 逻辑式。 • 辅助设计。 • 梯形图。 • 语句指令程序。 • 运行结果。 • 设计报告在程序运行之前统一交上来。 • 4.考核 • 由程序的正确性和复杂程度、设计报告情况、独立完成情况决定成绩。

30. 附参考例子:自主设计 不得雷同 • 设计方案： • 首先A启动上行； • 压合A2下行； • 压合A1上行； • 压合A2下行； • 压合A1，A停止同时B启动上行8S； • 8S后，B停同时C启动上行4S； • 4S后，B启动继续上行同时C停; • 压合B4，B下行C启动继续上行； • 压合C4，D启动上行，C停5S，而B仍保持下行； • 5S后，B停（已经在B1），C和D都继续下行； • 压合B1、C1、D1，C和D都停。

31. 主控输入信号表：（注意：小号字的输入器件未用）主控输入信号表：（注意：小号字的输入器件未用）

32. 主控输出信号表

33. 状态转换表

34. 输出方程与辅助逻辑控制设计： • 输出方程： • P020=S00.03+S00.01 • P021=S00.04+S00.02 • P022=S00.05+S00.07 • P023=S00.08+S00.09 • P024=S00.06+S00.08 • P025=S00.10 • P026=S00.09 • P027=S00.10 • 辅助逻辑控制设计： • S5：8S定时器启动信号ST1=S00.05 • S6：4S定时器启动信号ST2=S00.06 • S9：5S定时器启动信号ST3=S00.09 • 输出信号分别是T000、T001、T002，使用TON定时器。