成都理工大学工程技术学院电气综合控制系统课程设计院系：自动化工程系专业：建筑电气与智能化班级：2013建电1班学号：姓名：同组成员:指导老师:完成时间：2015年12月25日目录概述 (1)一、PLC的分类及特点 (1)二、PLC的结构与工作原理 (1)三、S7-200 PLC 的硬件组成及指令系统 (2)四、常用低压电器介绍 (3)第一部分 (6)课题一电动机带延时正反转控制实操模拟 (6)课题二天塔之光控制模拟 (10)课题三机械手控制模拟 (15)第二部分 (20)课题一电动机点动控制 (20)课题二电动机自锁控制 (22)课题三两台电动机顺序起、停控制 (24)课题四三台电动机顺序起动控制 (26)总结 (28)PLC 的分类及特点可编程控制器简称 PLC ( Programmable Logic Controller ),在1987年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设 计。

PLC 的分类：按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等；按点数分，可分为大型 机、中型机及小型机等； 按结构分，可分为整体式和模块式； 按功能分，可分为低档、中档、高档三类。

PLC 的特点：1.可靠性高，抗干扰能力强 2.配套齐全，功能完善，适用性强 3.易学易 用，深受工程技术人员欢迎 3.系统的设计、建造工作量小，维护方便， 容易改造4.体积小，重量轻，能耗低PLC 的结构与工作原理PLC 的结构：PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同 小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要 部分组成。

其组成框图如图 1所示。

图1整体式PLC 的组成框图PLC 的工作原理：PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在 PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号(或地址 号)作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。

然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC 的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的 通断状态或输按 钮 选择开关 限位开关 电 源接触器 电磁阀 指示灯 电源入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中， 即刷新输入。

随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，执行的结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工 作。

三、S7-200 PLC 的硬件组成及指令系统硬件组成：S7-200CPU 将一个微处理器、一个集成电源和数字量 I/O 点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC,具体如图2所示：S7-200CPU 模块包括一个中央处理器（CPU 、电源以及I/O 点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。

CPU 负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制。

输入和输出时系统的控制点：输入部分从现场设备中（例如传感器或开关）采集信号， 输出部分则控制泵、电机、指示灯以及工业过程中的其他设备。

电源向CPU 及所连接的任何模块提供电力支持。

通信端口用于连接 CPU 与上位机或其他工业设备。

状态信号灯显示了 CPU 工作模式，本机I/O 的当前状态，以及检查出的系统错误。

指令系统：1） 标准触点指令2） 串联电路块的并联连接指令OLD3） 并联电路的串联连接指令 ALD 4） 输出指令5） 置位与复位指令 S 、R 6） 跳变触点EU,ED 7） 空操作指令 NOP 8） 程序结束指令 ENDI/Offid ：灯fLF-. RUN. STOP>可遠F 能冷通邙1 口门心m 增口】图2 S7-200 CPU 的外形结构四、常用低压电器介绍4.1 继电器继电器是一种电控制器件。

它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。

通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

它是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。

作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：1）扩大控制范围2 ）放大3）综合信号4）自动、遥控、监测。

图3 时间继电器图3为时间继电器，它的主要功能是作为简单程序控制中的一种执行器件，当它接受了启动信号后开始计时，计时结束后它的工作触头进行开或合的动作，从而推动后续的电路工作。

一般来说，时间继电器的延时性能在设计的范围内是可以调节的，从而方便调整它的延时时间长短。

单凭一只时间继电器恐怕不能做到开始延时闭合，闭合一段时间后，再断开，先实现延时闭合后延时断开，但总体上说，通过配置一定数量的时间继电器和中间继电器都是可以做到的。

图4为热过载继电器，热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。

热继电器的动作时间与过载电流的大小按反时限关系变化〔而作为电动机过载保护的热继电器，必须保证电动机的正常起动和运行不受影响，并能最大限度的发挥电动机的承载能力，因此热继电器的动作特性曲线应位于电动机的允许发热特性曲图4 热过载继电器线的下方，且又接近于它）。

当它接入主电路内，流过与电动机相同电流，当电动机过载达到一定程度时，热元件被加热达到一定弯曲程度，推动热继电器动作结构。

图5为熔断器，也被称为保险丝，IEC127标准将它定义为“熔断体 (fuse-link ) ”。

它是一种安装在电路 中，保证电路安全运行的电器元件。

熔 断器广泛应用于高低压配电系统和控制 系统，以及用电设备中，作为短路和过 电流的保护器，是应用最普遍的保护器 件之一。

熔断器是一种过电流保护电器。

熔断器主要由熔体和熔管两个部分及外加 填料等组成。

使用时，将熔断器串联于 被保护电路中，当被保护电路的电流超 过规定值，并经过一定时间后，由熔体 自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，起到保护的作用。

以金属导体作为熔体而分断电路的电器。

串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备及家用电器起到保护作用。

具 有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。

因此，在一定 过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。

熔断器主要由熔体、外 壳和支座3部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。

使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一 定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体， 使电路断开，从而起到保护的作用。

以金属导 体作为熔体而分断电路的电器，串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及家用电器都起到了一定的保护作用。

具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。

因此，在一定过 载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。

4.3 接触器接触器是一种用于频繁地接通或断开交流直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。

在功能上，接触器除能实现自动切换外，还具有手动开关所不能实现的远距离操作功能和失电压(或欠电压)保护功能。

它能不同于低压熔断器，虽有一定的过载能力，但却不能 切断短路电流，也不具备过载保护的功能。

由于接触器结构紧凑、价格低廉、工作可靠、维 护方便，因而用途十分广泛，是电力拖动自动控制系统中重要元件之一。

在PLC 控制系统中,4.2 熔断器图5 熔断器接触器常作为输出执行元件，用于控制电机、电热设备、电焊机、电容器组等负载。

图6为交流接触器，它是接触器的一种，其典型结构分为双断点直动式(LC1-D/F*)和单断路转动式(LC1-B*)。

交流接触器与继电控制回路组合，远控或联锁相关电气设备。

目前最常用的产品主要为CJ系列中的CJX2系列，CJ20 系列，CJT1系列3TB, B系列等。

交流接触器主要有四部分组成：(1)电磁系统，包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；(2)触头系统，包括三组主触头和一至两组常开、常闭辅助触头，它和动铁芯是连在一起互相联动的；(3)灭弧装图6 交流接触器置，一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置，以便迅速切断电弧，免于烧坏主触头；(4)绝缘外壳及附件，各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。

工作原理：当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将动铁芯吸合，由于触头系统是与动铁芯联动的，因此动铁芯带动三条动触片同时运行，触点闭合，从而接通电源。

当线圈断电时吸力消失，动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离，使主触头断开，切断电源。

第一部分课题一电动机带延时正反转控制实操模拟课题目的1. 掌握PLC外围直流控制及交流负载线路的接法及注意事项。

2. 掌握用PLC控制电机运行状态的方法。

四、控制要求1. 延时正反转控制按启动按钮SB1，电动机作星形连接启动，电机正转，延时3S后，电机反转；按启动按钮SB2,电动机作星形连接启动，电机反转，延时3S后，电机正转；电机正转期间，反转启动按钮无效，电机反转期间，正转启动按钮无效；按停止按钮SB3,电机停止运转。

五、功能指令使用1. 定时器指令使用S7-200 CPU提供了256个定时器，共分为三种类型：TON （接通延时定时器）：输入端通电后，定时器延时接通；TONR（有记忆接通延时定时器）：输入端通电时定时器计时，断开时计时停止；除非复位端接通，计时值累计；TOF（断开延时定时器）：输入端通电时输出端接通，输入端断开时定时器延时关断。

定时器对时间间隔进行计数，时间间隔又称分辨率（或时基），S7-200 CPU提供三种定六、端口分配及接线图5.Q0.1KM2继电器026.Q0.2KM3继电器037.Q0.3KM4继电器048.主机输入端1M面板开关公共端COM接电源+24V输入规格9.主机输出端1L、2L、3L、接交流电源L输出规格—I I―I_I, I ------------ 1MO.O—I H-1控制接线图七、操作步骤1. 编写程序，程序梯形图如图所示：2. 按控制接线图连接控制回路与主回路；3. 将编译无误的控制程序下载至PLC中，并将模式选择开关拨至RUN犬态;4. 分别拨动SB1〜SB3,观察并记录电机运行状态课题二天塔之光控制模拟课题目的1. 掌握移位指令的使用及编程2. 掌握天塔之光控制系统的接线、调试、操作四、控制要求1. 依据实际生活中对天塔之光的运行控制要求，运用可编程控制器的强大功能，实现模拟控制。