《电气自动化工程师自学宝典精通篇》蔡杏山|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《电气自动化工程师自学宝典精通篇》

【作　者】蔡杏山

【页 数】 431

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2020.10

【ISBN号】978-7-111-65797-2

【分 类】电气系统-自动化

【参考文献】 蔡杏山. 电气自动化工程师自学宝典精通篇. 北京：机械工业出版社, 2020.10.

图书封面：

图书目录：

《电气自动化工程师自学宝典精通篇》内容提要：

本书主要介绍了电气识图基础、电气测量电路、照明与动力配电电路、常用机床电气控制电路、供配电系统电气线路、模拟电路、数字电路、电力电子电路、常用集成电路及应用电路、电工电子实用电路、单片机入门、单片机编……

《电气自动化工程师自学宝典精通篇》内容试读

第1章PLC基础与简单项目实战

1.1认识PLC

1.1.1什么是PLC

PLC是英文Programmable Logic Controller的缩写，意为可编程逻辑控制器，

是一种专为工业应用而设计的控制器。世界上第一台PLC于1969年由美国数字

设备公司(DEC)研制成功，随着技术的发展，PLC的功能越来越强大，不再仅

限于逻辑控制，因此美国电气制造商协会(NEMA)于1980年对它进行重命名，▣

称为可编程控制器(Programmable Controller),简称PC。但由于PC容易和个人计：扫一扫看视频算机(Personal Computer,PC)混淆，故人们仍习惯将PLC当作可编程控制器的缩写。

由于可编程控制器一直在发展中，至今尚未对其下最后的定义。国际电工委员会

(EC)对PLC最新定义为：

可编程控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程的存储器，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，可编程控制器及其相关的外围设备，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。

图1-1是几种常见的PLC,从左往右依次为三菱PLC、欧姆龙PLC和西门子PLC。

图1-1几种常见的PLC

1.1.2PLC控制与继电器控制比较

PLC控制是在继电器控制基础上发展起来的，为了更好地了解PLC控制方式，下面以

1●

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电动机正转控制电路为例对两种控制系统进行比较。

1.继电器正转控制

图1-2是一种常见的继电器正转控制电

LI

L2

LI

L2L3

路。其可以对电动机进行正转和停转控制，左图为控制电路，右图为主电路。

SBI

2KM

电路工作原理如下：

KM

KM

按下起动按钮SB1,接触器KM线圈得

电，主电路中的KM主触点闭合，电动机得

电运转，与此同时，控制电路中的KM常开

控制电路

主电路

自锁触点也闭合，锁定KM线圈得电（即

图1-2继电器正转控制电路

SB1断开后KM线圈仍可通过自锁触点得

电)

按下停止按钮SB2,接触器KM线圈失电，KM主触点断开，电动机失电停转，

■

同时KM常开自锁触点也断开，解除自锁（即SB2闭合后KM线圈无法得电）。

2.PLC正转控制

▣

图1-3是PLC正转控制电路。其可以实现图1-2所示的继电器正转控制电路

扫一扫看视频

相同的功能。PLC正转控制电路也可分为主电路和控制电路两部分，PLC与外接

的输入、输出设备构成控制电路，主电路与继电器正转控制主电路相同。

在组建PLC控制系统时，除了要硬件接线外，还要为PLC编写控制程序，并将程序从

计算机通过专用电缆传送给PLC。PLC正转控制电路的硬件接线如图1-3所示，PLC输入端

子连接SB1(起动)、SB2(停止)和电源，输出端子连接接触器线圈KM和电源，PLC本

身也通过L、N端子获得供电。

输出端子

PLC

L2

L3

在计算机中用PLC编程软件编

写梯形图形式的控制程序，再

输入端子

接触器线圈

通过专用电缆将程序写入PLC

SBI

T

起动

XO

YO

KM

SB2

T

停止

XI

KM

COM

L+

接触器

COM

主触点

DC 24V

⊙

AC 220V

M

专用电缆

3

计算机

图1-3PLC正转控制电路

PLC正转控制电路工作过程如下：

按下起动按钮SB1,有电流流过X0端子（电流途径：DC24V正端→COM端子→COM

X0端子之间的内部电路→X0端子→闭合的SB1→DC24V负端)，PLC内部程序运行，运行

结果使Y0、COM端子之间的内部触点闭合，有电流流过接触器线圈（电流途径：AC220V

一端→接触器线圈→Y0端子→Y0、COM端子之间的内部触点→COM端子→AC220V另一

端)，接触器KM线圈得电，主电路中的KM主触点闭合，电动机运转，松开SB1后，X0端

2

第1章PLC基础与简单项目实战《《《

子无电流流过，PLC内部程序维持YO、COM端子之间的内部触点闭合，让KM线圈继续得

电（自锁）。

按下停止按钮SB2,有电流流过X1端子（电流途径：DC24V正端→COM端子→COM、

X1端子之间的内部电路→X1端子→闭合的SB2→DC24V负端)，PLC内部程序运行，运行

结果使YO、COM端子之间的内部触点断开，无电流流过接触器KM线圈，线圈失电，主电

路中的KM主触点断开，电动机停转，松开SB2后，内部程序让YO、COM端子之间的内部

触点维持断开状态。

当X0、X1端子输入信号（即输入端子有电流流过）时，PLC输出端会输出何种控制是

由写入PLC的内部程序决定的，比如可通过修改PLC程序将SB1用作停止控制，将SB2用

作起动控制。

1.2PLC分类与特点

1.2.1PLC的分类

PLC的种类很多，下面按结构形式、控制规模和实现功能对PLC进行分类。

1.按结构形式分类

按硬件的结构形式不同，PLC可分为整体式和模块式。

整体式PLC又称箱式PLC,如图1-4a所示。其外形像一个方形的箱体，这种PLC的

CPU、存储器、/0接口电路等都安装在一个箱体内。整体式PLC的结构简单、体积小、价

格低。小型PLC一般采用整体式结构。

模块式PLC又称组合式PLC,如图1-4b所示。模块式PLC有一个总线基板，基板上有

很多总线插槽，其中由CPU、存储器和电源构成的一个模块通常固定安装在某个插槽中，

其他功能模块可随意安装在不同的插槽内。模块式PC配置灵活，可通过增减模块来组成

不同规模的系统，安装维修方便，但价格较贵。大、中型PLC一般采用模块式结构。

a)整体式PLC

b)模块式PLC

图1-4两种类型的PLC

2.按控制规模分类

VO点数（输入/输出端子的个数）是衡量PLC控制规模的重要参数，根据/0点数的

多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。

1)小型PLC。其/0点数小于256点，采用8位或16位单CPU,用户存储器容量在

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4KB以下。

2)中型PLC。其/0点数在256点~2048点之间，采用双CPU,用户存储器容量为

2~8KB。

3)大型PLC。其/0点数大于2048点，采用16位、32位多CPU,用户存储器容量为

8~16KB。

3.按功能分类

根据PLC具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。

1)低档PLC。它具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，有

些还有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。低档PLC主要用

于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

2)中档PLC。它除了具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术

运算、数据传送和比较、数制转换、远程/0、子程序、通信联网等功能，有些还增设有中

断控制、PID控制等功能。中档PLC适用于比较复杂的控制系统。

3)高档PLC。它除了具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算

位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC

具有很强的通信联网功能，一般用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂控制自动化。

1.2.2PLC的特点

PLC是一种专为工业应用而设计的控制器，它主要有以下特点：

1)可靠性高，抗干扰能力强。为了适应工业应用要求，PLC从硬件和软件方面采用了

大量的技术措施，以便能在恶劣环境下长时间可靠运行。现在大多数PLC的平均无故障运

行时间已达到几十万小时，如三菱公司的一些PLC平均无故障运行时间可达30万h。

2)通用性强，控制程序可变，使用方便。PLC可利用齐全的各种硬件装置来组成各种

控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改

变或生产设备更新的情况下，无须大量改变PLC的硬件设备，只需更改程序就可以满足

要求。

3)功能强，适应范围广。现代的PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功

能，还具有数字量和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能，既可控制一台生产机械、一条生产线，也可控制整个生产过程。

4)编程简单，易用易学。目前大多数PLC采用梯形图编程方式。梯形图语言的编程元

件符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近，这样使大多数工厂企业的电气技术人员非常容易接受和掌握。

5)系统设计、调试和维修方便。PLC用软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电

器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计安装接线工作量大为减少。另外，PLC程

序可以在计算机上仿真调试，减少了现场的调试工作量。此外，由于PLC结构模块化及很

强的自我诊断能力，维修也极为方便。

第1章PLC基础与简单项目实战《《《

1.3PLC组成与工作原理

1.3.1PLC的组成框图

PLC种类很多，但结构大同小异，典型的PLC控制系统组成框图如图1-5所示。在组

建PLC控制系统时，需要给PLC的输入端子连接相关的输入设备（如按钮、触点和行程开

关等)，给输出端子连接相关的输出设备（如指示灯、电磁线圈和电磁阀等）。如果需要

PLC与其他设备通信，可在PLC的通信接口连接其他设备；如果希望增强PLC的功能，可

在PLC的扩展接口连接扩展单元。

PLC

输入端子

输出端子

电源

输入设备

输出设备

按钮

指示灯

触点

入接口电

出接口

电磁线圈

CPU

行程开关

总线

电磁阀

编程器

写入器

通

人机界面

信接

存储器

计算机

展接口

其他PLC

图1-5典型的PLC控制系统组成框图

1.3.2PLC各组成部分说明

PLC内部主要由CPU、存储器、输入接口电路、输出接口电路、通信接口、扩展接口和

电源等组成，如图1-5所示。

1.CPU

CPU(中央处理器)是PLC的控制中心，它通过总线（包括数据总线、地址总线和控

制总线)与存储器和各种接口连接，以控制它们有条不紊地工作。CPU的性能对PLC工作

速度和效率有较大的影响，故大型PLC通常采用高性能的CPU。

CPU的主要功能如下：

1)接收通信接口送来的程序和信息，并将它们存入存储器。

2)采用循环检测（即扫描检测）方式不断检测输入接口电路送来的状态信息，以判断输入设备的状态。

3)逐条运行存储器中的程序，并进行各种运算，再将运算结果存储下来，然后通过输出接口对输出设备进行有关的控制。

4)监测和诊断内部各电路的工作状态。

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2.存储器

存储器的功能是存储程序和数据。PLC通常配有ROM(只读存储器)和RAM(随机存

储器)两种存储器，ROM用来存储系统程序，RAM用来存储用户程序和程序运行时产生的

数据。

系统程序由厂商编写并固化在ROM中，用户无法访问和修改系统程序。系统程序主要

包括系统管理程序和指令解释程序。系统管理程序的功能是管理整个PLC,让内部各个电路

能有条不紊地工作。指令解释程序的功能是将用户编写的程序翻译成CPU可以识别和执行

的代码。

用户程序是用户通过编程器输入存储器的程序，为了方便调试和修改，用户程序通常存

放在RAM中，由于断电后RAM中的程序会丢失，所以RAM专门配有备用电池供电。有些

PLC采用EEPROM(电擦除可编程只读存储器)来存储用户程序，由于EEPROM中的内容

可用电信号擦写，并且掉电后内容不会丢失，因此采用这种存储器可不要备用电池供电。

3.输入接口电路

输入接口电路是输入设备与PLC内部电路之间的连接电路，用于将输入设备的状态或

产生的信号传送给PLC内部电路。

PLC的输入接口电路分为开关量（又称数字量）输入接口电路和模拟量输入接口电路，

开关量输入接口电路用于接收开关通断信号，模拟量输入接口电路用于接收模拟量信号。模

拟量输入接口电路采用A-D转换电路，将模拟量信号转换成数字量信号。开关量输入接口

电路采用的电路形式较多，根据使用电源不同，可分为内部直流输人接口电路、外部交流输入接口电路和外部直流/交流输入接口电路。三种类型的开关量输入接口电路如图1-6所示。

PLC

黔

输入指示灯

输入指示灯

输入端子

Xn

=K

R

R2

内部电

COM

内部电路

COM

光电搁合器

DC 24V

光电拇合器

内部电源

a)内部直流输入接口电路

b)外部交流输入接口电路

PLC

输入指示灯么

输入端子

Xn

输入开关

RI

TDC⊙AC

R2

内部电路

COM

光电耦合器

©)外部直流/交流输入接口电路

图1-6三种类型的开关量输入接口电路

图1-6a为内部直流输入接口电路，输人接口电路的电源由PLC内部直流电源提供。当

输入开关闭合时，有电流流过光电耦合器和输入指示灯（电流途径：DC24V右正→光电耦

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···试读结束···