PLC实训报告Word下载.docx
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以微处理技术为基础，应用于以控制开关量为主，或包括控制过程参量在内的逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域的新型工业控制装置。
可编程控制器是采用微电子技术来完成各种控制功能的自动化设备，按照预先输入的程序控制现场的执行机构，并按照一定规律进行动作。
其主要功能体现在以下几方面：
1．顺序逻辑控制
顺序逻辑控制在PLC应用领域中应用最广泛，可以取代继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。
它既可以用于单机控制或多机控制，又可用于自动化生产线的控制。
PLC根据操作按钮、限位开关及其他现场给出的指令信号和传感器信号，控制机械运动部件进行相应的操作。
2．运动控制
在机械加工行业，PLC与计算机数控集成在一起，用以完成机床的运动控制。
很多PLC制造厂家已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模板。
在多数情况下，PLC将描述目标位置的数据送给模板，模板移动一轴或数轴到目标位置。
当每个轴移动时，位置控制模板将保持适当的速度和加速度，以确保运动平滑。
目前已用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削、磨削等应用中。
3．定时控制
PLC为用户提供了一定数量的定时器，并设置了定时器指令。
一般每个定时器可实现0.1～999.9s或0.01～99.99s的定时控制，也可按一定方式进行定时时间的扩展。
定时精度高，定时设定方便、灵活。
同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，可用于准确地实时控制。
4．计数控制
PLC提供了多种计数器，如普通计数器、可逆计数器、高速计数器等，可以用来完成不同用途的计数控制。
当计数器的当前计数值等于计数器的设定值，或在某一数值范围时，发出控制命令。
计数器的计数值可以在运行中被读出，也可以在运行中进行修改。
5．步进控制
PLC为用户提供了一定数量的移位寄存器，并完成步进控制功能。
在一道工序完成之后，自动进行下一道工序；
一个工作周期结束后，自动进入下一个工作周期。
有些PLC还专门设有步进控制指令，使得步进控制更为方便。
6．数据处理
大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能，如F2系列、C系列、S5系列PLC等可完成数据运算（如加、减、乘、除、乘方、开方等）、逻辑运算（如与、或、异或、求反等）、移位、数据比较和传送及数值的转换等操作。
7．模数和数模转换
在过程控制或闭环控制系统中，存在温度、压力、流量、速度、位移、电流、电压等连续变化的物理量（或称模拟量）。
过去，由于PLC善于逻辑运算控制，对于这些模拟量主要依靠仪表（如果回路数较少）或分布式控制系统DCS（如果回路数较多）来控制。
目前，不但大、中型PLC具有模拟量处理功能，甚至很多小型PLC（如C系列P型机）也具有模拟量处理功能，而且编程和使用都很方便。
8．通信及联网
目前大多数PLC都具有了通信能力，能够在PLC与计算机之间同时进行同位链接及上位链接。
通过这些通信技术，使PLC更容易构成工厂自动化系统。
也可与打印机、监视器等外部设备相连，记录和监视有关数据。
2可编程控制器的特点：
（1）通信性和灵活性强，应用广泛
可编程控制器不同于一般以硬件固定连接方式来体现控制机理的控制系统，其控制规则可根据不同的需求方便地以更新软件来实现，故其适应性极强，尤其适用于控制规则需要不断更新的场合，如机械制造、电力、冶金、建材、煤炭、化工、石化、医疗、纺织、食品等，既可应用于单机装置中，又可以应用于生产线中。
（2）可靠性高，抗干扰的能力极强
可编程控制器在硬件、软件设计上均充分考虑了抗强烈干扰和对故障进行诊断与容错的各种措施，如屏蔽、隔离、滤波、电压调整、对故障的在线诊断、对程序及数据的后备电池保护、WTD保护等，使其可靠性较之一般工业控制装置高出很多。
大多数PLC产品的平均无故障间隔时间MTBF都可达数十万小时。
有一个例子可以有力地说明PLC抗干扰能力的强大：
PLC出厂试验中有一项抗干扰试验，是要承受幅值为1000V、上升时间为1ns、脉宽为1μs的干扰脉冲冲击。
就这一特点而言，也使PLC赢得了众多的用户。
（3）产品系列化、规模化、功能完备、性能优良
可编程控制器发展到目前的这种局面，已经拥有繁多的品牌，小、中、大系列齐全，各种功能的装置和模块相当齐备，且性能异常优良，用户只需根据自己需要，选择这些产品予以安装并连上外部接线就可以方便地构成自己的系统。
就功能来说，PLC除了满足强大的逻辑控制功能外，还有不少的产品具有运动控制、PID过程控制、数控、数据处理以及通信等各种功能，远远超越了纯开关量控制的概念。
（4）编制程序简单、容易
由于可编程控制器控制程序充分照顾到了现在工程技术人员的习惯，既可用面向生产过程现场的简单指令语句形式编程，又可以用大家普遍熟悉的梯形图编程。
对于复杂系统，有的可编程控制器还可以使用简单易懂的功能图表编程和模块化的程序结构（如主控程序结构）等。
使得编程和改变程序均很方便、灵活。
（5）设计、安装、调试周期短，扩充容易
如前所述，由于PLC硬软件产品齐全，故用户组建系统时，设计、安装、调试都很容易，与一般控制系统相比，大大缩短了周期。
由于PLC产品开发有大量扩展单元或不同规模不同功能的模块，故用户扩充自己系统的规模或扩充功能都异常方便。
（6）体积小、重量轻，维护方便
PLC体积小、重量轻自不待说。
PLC由于有自诊断功能，能及时将故障点显示给维修人员，故排除故障相当顺利、简单。
加之PLC组装、联接简单、维修时采用更换整个单元或模块，故特别方便。
3可编程控制器的应用领域：
近年来，随着大规模集成电路技术的迅猛发展，功能更强大、规模不断扩大而价格日趋低廉的元器件不断涌现，促使PLC产品亦随之功能大增而成本下降。
目前PLC的应用已经远远超越了早期仅用于开关量控制的局面，现将其应用领域简述于下。
（1）开关量逻辑控制
这是PLC最广泛的应用。
已逐步取代传统的继电器逻辑控制装置，被用于单机或多机控制系统以及自动生产线上。
PLC控制开关量的能力是很强的，所控制的入、出点数有时多达几万点。
由于可以联网，所以点数几乎不受限制。
所控制的如组合的、时序的、要考虑延时的、需要进行高速计数等的逻辑问题都可以解决。
（2）运动控制
目前很多厂商已经开发出大量运动控制模块。
且功能是给步进电动机或伺服电动机等提供单轴或多轴的位置控制，并在控制中满足适当的速度和加速度，以保证运动的平滑水准。
（3）过程控制
当前PLC产品中，还有一大类是针对生产过程参数，如温度、流量、压力、速度等的检测和控制而设计的。
常用的有模拟量I/O模块，通过这些模块，不仅可以实现A/D和D/A转换，还可以进一步构成闭环，实现PID一类的生产过程调节。
而针对PID闭环调节，又有专门的模块，可以更方便地实施。
这些产品，往往还引入了智能控制。
（4）数据处理
现代的PLC已具有数据传送、排序、查表搜索、位操作以及逻辑运算、函数运算、矩阵运算等多种数据采集、分析、处理的功能。
目前还有不少公司，将PLC的数据处理功能与计算机数值控制（CNC）设备的功能紧密结合在一起，开发了用于CNC的PLC产品。
（5）通信
随着网络的发展和计算机集散控制系统的逐步普及，PLC的网络化通信产品也在大量被推出。
这些产品解决了PLC之间、PLC与其扩展部分之间、PLC与上级计算机之间或其他网络间的通信问题。
更有一些公司，还为其PLC系统开发了专门的网络产品。
这些网络产品包括有典型的如A-B公司的高速数据通道DH和DH+、SIEMENS公司的SINEC局域网等。
通过这些产品，可将PLC、计算机、各种外设组成局域环网，环网还可以套非环网。
环网与环网还可以桥接。
网间的结点可直接或间接地通信、交换信息。
联网、通信，适应了当今诸如计算机集成制造系统（CIMS）及智能化工厂等先进技术发展的需要。
它使工业控制从点（Point）到线（Line）再到面（Aero），使现场设备的控制、生产线的控制和工厂管理层的管理及决策连成一体，甚至实现大范围、跨地域的控制与管理，以创造更高的境界。
需要注意的是，并非所有PLC都具有上述全部功能，越小型的PLC，其功能相应也越少。
4主流可编程控制器介绍：
下面介绍一些常见的主流PLC，用户在今后选择PLC产品组成自己的系统时可以此为参考。
在选择PLC时，往往着眼于以下几个方面。
（1）重要技术参数及I/O规模
如CPU主频大小、运算速度的快慢，又如内存容量和扩展存储等容量大小，再如I/O总数的多少以及通信传输速率等。
（2）功能
除根据需要选择轴定位功能、PID过程控制功能、高速计数功能、CNC功能、操作员监控功能、通信功能等外，还应充分了解系统本身的中断功能、自诊断与容错功能、有无热备份功能等情况。
（3）结构
首先，应弄清楚选用产品的结构是整体式（单元式）还是模块式的；
其次，应根据需要考虑用不用本地扩展I/O及远程I/O等结构；
再进一步，则应考虑用不用网络结构。
（4）编程语言及编程终端
大多数产品都提供了语句表（即指令程序）和梯形图编程软件，一些较好的产品还额外提供了顺序功能图SFC以及诸如主控程序（MCP）一类的模块化编程软件工具，甚至提供了C语言等高级语言的编程软件工具。
就编程终端（编程器）而言，通常是使用各公司配套的专用编程器，这种方式性价比较差。
有鉴于此，一些卓有远见的公司现在已开始提供可用于普通个人计算机的编程软件，使得用户不必购买编程器，而只需购买软件即可实现编程操作。
（5）产地和公司
包括公司的技术实力及其售后对用户的技术支持，这点也很重要。
目前很多公司只注重商务，而对技术培训、售后维护、新技术的升级等漠不关心，这种公司显然是应当竭力回避的。
PLC的主要产地在美国、欧洲（又以德国和法国为主）和日本3个地区。
目前形形色色的PLC产品在千种以上。
在美国，主要的生产商有A-B（Allen-Bradley）、莫迪康（MODICON）、GEFANUC、德州仪器（TI：
TexasInstrument）、西屋（WestingHouse）、霍尼威尔（Honeywell）等。
其中，A-B、MODICON、GEFANUC在中国市场占有较大份额。
在欧洲，主要的生产商有德国的西门子（SIEMENS）、金钟-默勒（Kiockner-Moeller）、Gmbh、BBC，法国的TE（Telemecanique）、Alsthom等。
在中国市场上比较知名的，可能只有SIEMENS和TE。
在日本，主要的生产商有三菱电机（MITSUBISHI）、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FujiElectric）、东芝（TOSHIBA）、光洋（KOYO）、松下电工（MEW）、日立（HITACHI）、夏普（SHARP）、和泉（IDEC）等，其中欧姆龙（立石）、三菱、富士、东芝、光洋和松下排名比较靠前。
由于产品太多，下面仅就在中国市场上比较知名的生产商及其产品作一简介。
✧美国A-B公司。
主推PLC-5系列大型PLC，其CPU模块主要有PLC-5/10、5/11、5/12、5/15、5/20、5/25、5/30、5/40、5/60、5/250等。
小型PLC主要是SLC-500。
✧德国西门子（SIEMENS）公司。
主要优势在大型机S5-115U、S5-135U、S5-155U；
其中机型S-100U也是很好的产品。
历史上SIEMENS的产品素以优良的品质和高昂的价格著称，为了改变其形象，占领新的市场份额，近年来该公司相继推出了小型机S7-200和S7-300，已经给该公司带来了新的声誉。
✧美国的GEFANUC公司。
其有优势的产品是90系列PLC：
90-70、90-30、90-20和分布式I/O系统GeniusI/O等。
✧日本OMRON公司。
其产品主要有3个系列：
属于Micro机种的SP系列——SP10、SP16、SP20；
低档机P系列——C20P、C28P、C40P、C60P和C20板式机；
较P系列处理速度提高一个量级，有的还与上位机有通信联网能力的H系列机，如C20H、C28H、C40H、C60H、C200H、C1000H、C2000H。
到了20世纪90年代初期，OMRON公司又推出了全新的模块式CMQ1机。
✧日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）。
主要是F系列和A系列两个系列。
F系列是整体式结构的小型机，较新的产品有F1、F2、FXO、FXON、FX2、FX2C，其中主推FX2。
A系列是模块组合式中大型PLC，又分3个小系列，主要包括A1N、A2N（S1）A3N；
A1S（S1）、A2S（S1）、A2AS（S1）、A（S1）、A3A。
对于其他公司的产品，在此就不再一一赘述了。
实验中使用的三菱Fx-1n-plc图示及接口示意如下：
（上图为plc实物图，下图为plc接口线路摆放图，LN是电源接入图）
plc接口线路摆放图，LN是电源接入图
二：
实训要求
1：
写实训笔记（介绍实训所用到的元器件，已单独成册）
2：
选择实训题目：
本组选择的实训题目如下：
a：
（Y-Δ）降压启动
b：
交通灯的控制
c：
彩灯控制
3：
实训要求：
控制要求
控制流程图
I/0接线图
d：
主电路设计
e：
程序设计
f：
仿真
g：
调试
4：
实训原器件介绍（简要说明）
1.热继电器
热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。
继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。
热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。
热继电器的主要技术参数
额定电压：
热继电器能够正常工作的最高的电压值，一般为交流220V，380V，600V。
额定电流：
热继电器的额定电流主要是指通过热继电器的电流
额定频率：
一般而言，其额定频率按照45~62HZ设计。
整定电流范围：
整定电流的范围有本身的特性来决定。
它描述的是在一定的电流条件下热继电器的动作时间和电流的平方成正比。
热继电器的作用是：
主要用来对异步电动机进行过载保护，他的工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而将电动机控制电路断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用。
鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护热继电器的符号为FR，电路符号如右图
选择方法
热继电器主要用于保护电动机的过载，因此选用时必须了解电动机的情况，如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。
1、原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和启动的瞬间，热继电器应不受影响（不动作）。
2、当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。
例如，热继电器的整定值可等于0.95~1.05倍的电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。
3、当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。
如果短时间内操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。
4、对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。
组成结构
它由发热元件、双金属片、触点及一套传动和调整机构组成。
发热元件是一段阻值不大的电阻丝，串接在被保护电动机的主电路中。
双金属片由两种不同热膨胀系数的金属片辗压而成。
图中所示的双金属片，下层一片的热膨胀系数大，上层的小。
当电动机过载时，通过发热元件的电流超过整定电流，双金属片受热向上弯曲脱离扣板，使常闭触点断开。
由于常闭触点是接在电动机的控制电路中的，它的断开会使得与其相接的接触器线圈断电，从而接触器主触点断开，电动机的主电路断电，实现了过载保护。
热继电器动作后，双金属片经过一段时间冷却，按下复位按钮即可复位。
2.接触器
接触器（Contactor）狭义上是指能频繁关合、承载和开断正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。
它应用于电力、配电与用电。
接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。
接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。
基本介绍
在电工学上，因为可快速切断交流与直流主回路和
可频繁地接通与大电流控制（某些型别可达800安培）电路的装置，所以经常运用于电动机做为控制对象﹐也可用作控制工厂设备﹑电热器﹑工作母机和各样电力机组等电力负载，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。
接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制。
是自动控制系统中的重要元件之一。
在工业电气中，接触器的型号很多，电流在5A-1000A的不等，其用处相当广泛。
编辑本段工作原理
接触器的工作原理是：
当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，
产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。
当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。
直流接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。
编辑本段主要结构
交流接触器利用主接点来开闭电路，
用辅助接点来导通控制回路。
主接点一般是常开接点，而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。
交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。
交流接触器动作的动力源于交流通过带铁芯线圈产生的磁场，电磁铁芯由两个「山」字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定铁芯，套有线圈，工作电压可多种选择。
为了使磁力稳定，铁芯的吸合面加上短路环。
交流接触器在失电后，依靠弹簧复位。
另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点的闭合断开。
20安培以上的接触器加有灭弧罩，利用电路断开时产生的电磁力，快速拉断电弧，保护接点。
接触器具可高频率操作，做为电源开启与切断控制时﹐最高操作频率可达每小时1200次。
接触器的使用寿命很高，机械寿命通常为数百万次至一千万次，电寿命一般则为数十万次至数百万次。
3.空气开关
空气断路器（自动开关）：
断路器的一种。
绝缘介质为空气。
是用手动（或电动）
合闸，用锁扣保持合闸位置，由脱扣机构作用于跳闸并具有灭弧装置的低压开关，目前被广泛用于500V以下的交、直流装置中，在电路中作接通、分断和承载额定工作电流和短路、过载等故障电流。
当电路内发生过负荷、短路、电压降低或消失时，能自动切断电路，进行可靠的保护。
断路器的动、静触头及触杆设计型式多样，但提高断路器的分断能力是主要目的。
目前，利用一定的触头结构，限制分断时短路电流峰值的限流原理，对提高断路器的分断能力有明显的作用，而被广泛采用。
基本原理
空气开关的基本原理是短路电流远大于正常负载电流，短路电流导致脱扣器脱扣，动触头在弹簧作用下与静触头分开，使得电路断开。
短路电流导致脱扣器脱扣，有多种实现方式，一般是采用电磁铁的原理实现的，线圈中经过负载电流时候电磁铁吸力小，经过短路电流时候吸力足以使衔铁动作，带动脱扣器脱扣。
大点的空气开关还带有过负荷保护，就是一般采用双金属片，当电路过负荷达到一定时间的时候，热量会使双金属片变形导致脱扣器脱扣从而断开电路。
挑选参数
挑选空气断路器的时候最重要的参数有三个，框架电流Inmax越大越好，额定极限短路分断能力Icu越大越好，额定运行短路分断能力Ics越接近Icu越好,目前市面上做的好的空气断路器基本上都是二者相等了。
框架电流：
断路器的主触头允许通过的最大额定电流。
额定极限短路分断能力（Icu）：
按规定的实验程序所规定的条件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力。
额定运行短路分断能力（Ics）：
按规定的实验程序所规定的条件，包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力。
4.限位开关
限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。
当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。
由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机。
限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关。
限位开关有接触式的和非接触式的。
接触式的比较直观，机械设备的运动部件上，安装上行程开关，与其相对运动的固定点上安装极限位置的挡块，或者是相反安装位置。
当行程开关的机械触头碰上挡块时，切断了（或改变了）控制电路，机械就停止运行或改变运行。
由于机械的惯性运动，这种行程开关有一定的“超行程”以保护开关不受损坏。
非接触式的形式很多，常见的有干簧管、光电式、感应式等，这几种形式在电梯中都能够见到。
当然还有更多的先进形式。
限位开关是由天津一标阀门自主设计、开发、制造的一款产品，是一种常用的小电流主令电器。
利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。
通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。
在电气控制系统中，限位开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。
用于控制机械设备的行程及限位保护。
构造：
由操作头、触点系统和外壳组成。
在实际生产中，将限位开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，限位开关的触点动作，实现电路的切换。
因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器
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