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1、永城职业学院课程设计专业：机电一体化班级： 121学号： 2012121031学生姓名：梅开进第一章绪论1.1 可编程控制器的产生可编程控制器是二十世纪七十年代发展起来的控制设备，是集微处理器、储存器、输入/输出接口与中断于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各个行业。计算机在操作系统、应用软件、通行能力上的飞速发展，大大加强了可编程控制器通信能力，丰富了可编程控制器编程软件和编程技巧，增强了 PLC 过程控制能力。因 此，无论是单机还是多机控制、是流水线控制还是过程控制，都可以采用可编程控制器，推广和普及可编程控制器的使用技术，对提高我国工业自动化生产及生产效率都有
2、十分重要的意义。可编程控制器(ProgrammableController)也可称逻辑控制器(Programmable Logic Controller),是 一 微 处 理 器 为 核 心 的 工 业 自 动 控 制 通 用 装置，是计算机家族的一名成员，简称 PC。为了与个人电脑（也简称 PC）相混淆通常将可编程控制器称为 PLC。可编程控制器的产生和继电器接触器控制系统有很大的关系。继电器接触器控制已经有伤百年的历史，它是一种弱电信号控制强电信号的电磁开关，具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的有优点。对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常使用，至今仍有广泛的用途。但是
3、当工作模式改变时，就必须改变系统的硬件接线，控制柜中的物件以及接线都要作相应的变动，改造工期长、费用高，用户宁愿扔掉旧控制柜，另做一个新控制柜使用，阻碍了产品更新换代。随着工业生产的迅速发展，市场竞争的激烈，产品更新换代的周期日益缩短，工业生产从大批量、少品种，向小批量、多品种转换，继电器接触器控制难以满足市场要求，此问题首先被美国通用汽车公司（ GM 公司） 提了出来。 通用汽车公司为适合汽车型号的不断翻新，满足用户对产品多样性的需求，公开对外招标，要求制造一种新的工业控制装置，取代传统的继电器接触器控制。其对新装置性能提出的要求就是著名的GM10 条，即 :1. 编程方便，现场可修改程序；
4、2. 维修方便，采用模块化结构；3. 可靠性高于继电器控制装置；4. 体积小于继电器控制装置；5. 数据可直接送入管理计算机；6. 成本可与继电器控制装置竞争；7. 输入可以是交流 115V；8. 输出为交流 115V ， 2A 以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9. 在扩展时，原系统只要很小变更；10. 用户程序存储器容量至少能扩展到4K 。这十项指标就是现代 PLC 的最基本功能，值得注意的是 PLC 并不等同于普通计算机，它与有关的外部设备，按照“易于与工业控制系统连成一体”和“便于扩充功能”的原则来设计。用可编程控制器代替了继电器接触器的控制，实现了逻辑控制功能，并且具有计算机功能灵活
5、、通用性等有点，用程序代替硬接线，并且具有计算机功能灵活、通用性能强等优点，用程序代替硬接线，减少了重新设计，重新接线的工作，此种控制器借鉴计算机的高级语言，利用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，其标志性语言是极易为 IT 电器人员掌握的梯形图语言，使得部熟悉计算机的人也能方便地使用。这样，工作人员不必在变成上发费大量地精力，只需集中精力区考虑如何操作并发挥改装置地功能即可，输入、输出电平与市电接口，市控制系统可方便地在需要地地方运行。所以，可编程控制器广泛地应用于各工业领域。1969年，第一台可编程控制器 PDP14 由美国数字设备公司（DEC ）制作成功，并在GM公司汽车生产线上使
6、用取得良好的效果，可编程控制器由此诞生，在控制领域内产生了历史性革命。PLC问世时间不长，但是随着微处理器的发展，大规模、超大规模集成电路不断出现，数据通信技术不断进步，PLC迅速发展。目录56I/O71.162. 2 73. 3 84.489一继电器传统的继电器控制系统中都使用了继电器、接触器等器件。 在这样的纯硬继电器系统中，系统的接线难度会随着系统的复杂程度增加。再者，继电器系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损和电弧烧伤等缺点。以上原因使系统的可靠性和可维护性都变得很差。当前在工业控制领域广泛使用的PLC 具有功能强、可靠性高，抗干扰能力强、 安装维护方便等很多优点， 完全可以取代传
7、统的继电器控制系统。如何实现PLC 替代传统的继电器系统呢？本文就是基于这样一个思想，用PLC 来实现交流电机正反转的控制，以此为例来说明这个“替代”的过程。这里我们使用西子S7-200PLC 系统。二继电器图图（ 1）是用接触器和继电器控制的交流电机正反转电路，该电路具有接触器自锁、互锁以及过载、失压等保护功能，在工矿企业生产中广泛使用，是比较经典的控制电路。在该控制线路中，假定KM1为正转交流接触器， KM2则为反转交流接触器， SB1 为停止按钮、 SB2 为正转控制按钮， SB3 为反转控制按钮。 KM1 、KM2 常闭触点相互闭锁，当按下SB2 正转按钮时， KM1 得电，电机正转；
8、 KM1 的常闭触点断开反转控制回路，此时当按下反转按钮，电机运行方式不变；若要电机反转，必须按下SB1 停止按钮，正转交流接触器失电，电机停止，然后再按下反转按钮，电机反转。若要电机正转，也必须先停下来，再来改变运行方式。图（ 1）在这里我们先不去关注系统的一次线路， 而是重点关注系统的二次回路， 弄清楚控制点间的逻辑关系， 只有把各控制点的逻辑关系弄清楚了， 我们才能在编程中根据逻辑关系对应的编制梯形图程序。通过图（ 1）可知，输入控制点有：停止按钮 SB1、正转启动按钮 SB2、反转按钮 SB3，输出控制点有交流接触器的常开辅助触点 KM1 和 KM2 、常闭辅助触点 KM1 和 KM2
9、 以及 KM1 和 KM2 的线圈。接下来我们来进行 I/O 分配， I/O 分配表如下表。三相异步电机正、反转控制的I/O 分配表输入端口输出端口外部电器对应输入点作用外部电器对应输出点作用SB1I0.2停止按钮KM1Q0.0正转接触器SB2I0.0正启动按钮KM2Q0.1反转接触器SB3I0.1反启动按钮I/O 分配表完成后， 接着根据 I/O 分配表画出 PLC 控制系统的接线图。 本例的接线图如下图（ 2）。图（ 2）接线图完成后进接着就是控制程序的编写，在这里我们使用 STEP7-Micro/WIN32 编程软件，该软件功能强大，使用方便。可以在程序编写完成后进行运行监控、模拟调试、
10、修改，直到完全符合控制需要。本例中我们使用梯形图编程。程序编写要注意自锁和互锁环节，正转控制中用正转输出Q0.0的开节点并联在I0.0 上实现自锁，用反转输出 Q0.1 的闭节点串在线路中做互锁。反转控制中也一样，反转别用 Q0.1 开节点自锁， Q0.0 闭节点实现互锁。本例中要用到 PLC 编程中常说的“起保停”控制，所谓“起保停”控制，就是“启动开节点” 和“输出开节点” 并联后在和 “停止节点” 串联。“起保停” 控制在 PLC 编程中是很重要的控制方法， 在各种控制系统中都会用到， 值得大家的重视。 本例程序编写如下：图（ 3）为正转部分、图（ 4）为反转部分图（ 3）图（ 4）接下
11、来进行控制线路连接。这里需要注意的是图（1）中的热继电器我们在程序中不能实现其功能， 所以必须外接在电路中， 另外，接触器实现的互锁虽然在程序里有互锁，但这种“软互锁”不能真正实现防止外部电路短路，所以在接线时要在外接线路中接入接触器常闭辅助触点以实现“硬互锁”。 接线完成后要仔细检查，防止错结线和漏接线。四总结接下来我们将编好的程序下载到 S7-200PLC 系统中，下载完毕后通电试验，可以看到电机的转动完全实现我们的控制要求。最后谈一点体会。“用 PLC 实现交流电机正反转控制”使我们可以看到，编制出来的梯形图程序和继电器控制线路的二次回路在 “形” 上是很相似的。 这就告诉我们，熟练掌握继电气控制系统二次回路各控制点逻辑关系后， 就可以 “依葫芦画瓢”，用梯形图编程语言把对应的 PLC 控制程序编写出来，适当修改调试后就可以应用到实际中。 当然这种方法也是有局限性的， 只适用于不太复杂的控制电路，对较复杂的控制线路的编程要使用“顺序控制梯形图设计”方法。总体而言，用 PLC 梯形图编程实现电机控制不是一件很难的事情，只要多实践多总结，就会有很大的收获。