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电气控制与PLC应用技术知识要点

《电气控制与PLC 应用技术》

一、基本常识与概念

在计算机技术中，常用的进制主要有二进制、八进制、十进制和十六进制等几种，任意进制（N 进制）数展开式的通式为：

∑?=i i N k D )0(n n i -≤≥=之间任意整数

式中，N 为计数的基数，i k 为第i 位的系数，i N 为第i 位的权（简称位权），这就是按权位展开再求和即可。 1、任意N 进制数转换为十进制

将任意N 进制数按上述通式展开，再求和，就可得到该N 进制数对应的十进制数。例1：将二进制数（1010）2转换成十进制数。解：321021010(1010)12021202(82)(10)=?+?+?+?=+= 例2：将八进制数531.6转换成十进制数。

解：10

0128)75.345(75

.012432086818385)6.531(=+++=?+?+?+?=-

2、十进制数转换成任意N 进制数

十进制数的整数部分与小数部分转换方法不同，可将其分别转换，然后再将两部分合来即可。

（1）整数部分转换方法：除基取余法。第一个余数为N 进制数最低位即第0位的数码D0 。

（2）小数部分转换方法：乘基取整法。第一个整数即为N 进制小数部分中小数点后第一位的数码D-1。

例3：将十进制数12.24转换成二进制数（小数部分取4位小数的近似值）。

解:(1)整数部分

12÷2=6 除基取余数0(LSD)

6÷2=3 除基取余数0

3÷2=1 除基取余数1

1÷2=0 除基取余数1(MSD)

整数部分为:1100

(2)小数部分

0.24×2=0.48 乘基取整0(N-1)

0.48×2=0.96 乘基取整0

0.96×2=1.92 乘基取整1

0.92×2=1.84 乘基取整1

（3）以上两部分全起来得：（12.24）10=(1100.0011)2

3、二进制数与八进制、十六进制数之间的转换

（1）二进制数转换成八进制、十六进制数

转换方法：从小数点开始，分别向左、向右每3位（八进制）数或每4位（十六进制）数为一组，位数不足者在最左或最右侧用0补足位数，每组分别用对应的一个八进制或十六进制数来表示。

例4 ：将二进制数10111011.01011转换成八进制数。

解：将二进制数分组： 010 111 011 . 010 110

对应转换成八进制数：2 7 3 . 2 6

于是：（10111011.01011）2 ＝（273.26）8

例5：将十六进制数6B.3A转换成二进制数。

解：十六进制数 6 B . 3 A

对应二进数 0110 1011 0011 1010

所以（6B.3A）16 ＝（1101011.0011101）2

可见，八进制或十六进制很容易转换成二进制，并且比二进制书写和读数方便。

常用数制的书写表达中常在数字后面加B（Binary）表示二进制数，用O(Octal)表示八进制数，用H(Hexadecimal)表示十六进制数，用D(Decimal)或省略字母表示十进制数。

例如：十六进制的F（1111）2 ，转换为十进制数为15。

4．三菱PLC中，16位的内部计数器,计数数值最大可设定为32767

5．FX系列PLC是日本三菱公司的产品。

6．PLC中不包括物理继电器。

7． FX系列PLC中LDP,表示上升沿指令

8． FX系列PLC，主控指令应采用．MC N0

9． FX系列PLC中PLF，表示下降沿指令

10． FX系列PLC中SET，表示置位指令

11．热继电器在电路中做电动机的过载保护

12．PLC的输出方式为晶体管型时，它适用于直流负载。

13．二进制数1011101等于八进制数的（135 ）。

14．编程控制器的结构

可编程控制器是由中央处理器、存储器、I/O单元、电源单元、编程器、扩展接口、编程器接口和存储器接口等部分组成。

15．可编程控制器的常用编程语言

PLC常用的编程语言有：顺序功能图（SFC），梯形图（LAD），功能块图（FBD），指令表（IL）等。

16．PLC的主要功能

1）逻辑控制功能。逻辑控制功能实际上就是位处理功能，是可编程控制器的最基本的功能之一。

2）定时控制功能。

3）计数控制功能。

4）步进控制功能。

5）数据处理功能。

6）过程控制功能。（有A/D、D/A转换功能，可以方便地完成对模拟量的控制和调节。）

7）通信联网功能。

8）监控功能。

9）停电记忆功能。

10）故障诊断功能

17．PLC与继电器控制的差异

PLC与继电器控制的差异是：(1)组成器件不同。PLC是采用软继电器，J-C 采用硬件继电器等元件。(2)触点数量不同。PLC触点可无限使用，J-C触点是有限的。(3)实施的控制方法不同。PLC采用软件编程解决，J-C是采用硬件接线解决。

18．PLC系统的现场调试方法主要有

1）信号模拟。2）信号监视。3）寻找/替换与换线。4）变量监控与修改。5）输出/输入强制。

19．PLC编程的基本原则是：自上而下，从左到右。

20．PLC中位操作（位元件）多用于开关量，而字操作（字元件）多用于模拟量。

21．信令开关中，启动按钮应采用自复型常开触点的开关，停止按钮则采用自复型常闭触点的开关。

22．PLC中输入X、输出Y继电器是按八进制数来计量的。例如（17）8=（15）

23．PLC与计算机相同，计数或是排序通常是以0位开始的。

24．三菱PLC中的位元件、字元件及组合应用

（1）位元件

只处理ON/OFF两种状态（即开关量）的元件称为位元件。。例如：X（输入继电器）、Y（输出继电器）、M（辅助继电器、S（状态继电器）。其结果不是“1”，就是“0”，也就是我们常说的“开”或“关”。

（2）字元件

处理数值（即数字量）的元件称为字元件。如：D(数据寄存器）；T（定时器）；C（计数器）；R（文件寄存器）；V、Z（变址寄存器）等等，其内部可存放的是0 ~ 32767（因为215 =32768，216=65536）的任意数字。

（3）组合应用

将位元件通过不同位数的组合也能构成字元件，用来处理数值。此时，位元件每4位一组，可合成一个数字，用“Kn+位元件”表示，其中Kn表示组数。例如：

K1X0 就是指1组，以X0为低位，由X3 X2 X1 X0 构成4位二进制数据

K2Y0就是指2组，以X0为低位，由Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 构成8位二进制数据

K3X0就是指由3组，由X13 X12 X11 X10 ,X7 X6 X5 X4, X3 X2 X1 X0 构成12位二进制数据

K4M0就是四组，以X0为低位，由X17X16X15X14X13X12X11X10X7X6X5X4X3X2X1X0构成的16位二进制数据

元件组合形式 = 常数+软元件其中K1～K8分别代表4位～32位的组合应用。

例如：K2M1，是以M1为最低位，按4位1组，共2组，即M8～M1组成的1个字节的数据（或存储空间）。

再例如：

K1M0 M0～M3 （4位）

K2M0 M0～M7 （8位）

K3M0 M0～M13 （12位）

K4M0 M0～M17 （16位）

K5M0 M0～M23 （20位）

K6M0 M0～M27 （24位）

K7M0 M0～M33 （28位）

K8M0 M0～M37 （32位）

P (分支指针）

I（中断指针）

二、填空练习题

1、执行指令 MOV K32 K2M0后，处于接通状态的辅助继电器是（）。

2、PLC中的进栈指令是（MPS），出栈指令是（MPP）。

3、PLC中DEC是（BIN减1）指令。

4、PLC方式输出接口电路有（继电器）、（晶体管）、（晶闸管）

三种形式。

5、PLC正常工作有（RUN）和（STOP）两种状态。

6、三菱PLC的编程语言中X代表（输入继电器）、Y代表（输出继电

器）、D代表（数据寄存器）、C代表（计数器）、V代表（变

址寄存器）、S代表（状态寄存器）。

7、16位数据寄存器的存储范围是（-32768～+32767）。

8、继电器线路属于（并行）工作方式，PLC属于（顺序循环扫描）

工作方式。

9、子程序调用指令是（CALL），返回指令是（SRET）。

10、FOR指令表示（循环开始），NEXT指令表示（循环结束）。

11、状态流程图主要由状态继电器、控制对象、（转换条件）和（有向

连线）组成。

12.PLC中只具有接通（ON或1）或断开（OFF或0）两种状态的元件称为位元件。

13.说明下列指令名称。

OR 或（并联）指令 ANB 块串联指令

STL 步进开始指令 ZRST 区间复位指令

MRD 读栈指令 SET 置位指令

14.国内使用的某电动机的额定转速为950r/min，它的转差率s是0.05，

它是 6 极电动机。

15. FEND指令表示主程序结束。 END指令是指整个程序（包括主程序和

子程序）结束。

16.循环开始指令是FOR，循环结束指令是NEXT。

17.若数据寄存器D0存储的数据是K200，那么当执行指令“ADD K100 D0D2”

后，D2存储的数据是K300。（k200+k100=k300)

18.在PLC的面板上，POWER指示灯亮表示电源接通，RUN指示灯亮表示程

序运行。

19.K4Y0组成16位字元件，最低位元件是Y0，最高位元件是Y17。

三、选择练习题

1、下列软元件中，属于字元件的是C。

A、X

B、M

C、T

D、Y

2、在控制线路中，如果两个动合触点串联，则它们是B关系。

A、或逻辑

B、与逻辑

C、非逻辑

D、与非逻辑

3、下列软元件中，可以组成位组合元件的元件是D。

A、D

B、C

C、T

D、Y

4、操作数K3Y0表示C。

A、Y0～Y12组成3个4位组

B、Y0～Y12组成4个3位组

C、Y0～Y13组成3个4位组

D、Y0～Y13组成4个3位组

5、下列指令使用不正确的是A。

A、SET X0

B、SET M100

C、 RST Y0

D、OUT T0 K50

6、点动与自锁混合控制线路需要3按钮。

A. 1个

B. 2个

C. 3个

D. 4个

7、电动机采用Y-△降压启动可使启动电流减少为全压启动的B。

A．1/2 B．1/3 C．1/4 D．1/5

8、PLC一般采用__C__电路与现场输入信号相连。

A．晶体管 B．晶闸管 C．光电耦合 D．继电器

9、特殊继电器M8014的脉冲周期是B。

A、100秒

B、1分

C、10秒

D、1秒

10、12极异步电动机旋转磁场的转速是D r/min。

A. 3000

B. 1500

C. 1000

D. 500

11、在控制线路中，如果两个常开触头并联，则它们是__A__关系。

A.或逻辑

B.非逻辑

C.与逻辑

D.或非逻辑

12、按钮和继电器的触头额定电流均为__C__。

A.1A

B.2A

C.5A

D.10A

13、操作数K4S0表示__C__。

A.S0～S16组成4个4位组

B.S0～S15组成4个4位组

C.S0～S17组成4个4位组

D.S0～S7组成2个4位组

14、下列指令使用正确的是_C_。

A.OUT X0

B.ZRST M100

C. SET Y0

D.OUT T0

15、下列电器中不能实现短路保护的是___C___。

A.熔断器

B.过电流继电器

C.热继电器

D.低压断路器

16、对于接触器触点过热原因不正确的说法是__B___。

A．触点压力不足 B．电源电压低 C．触点容量不够 D．触点表面氧化

17、PLC一般采用__A_与现场输入信号相连。

A．光电耦合电路 B．可控硅电路 C．晶体管电路 D．继电器

18、提供周期为1秒脉冲输出的特殊辅助继电器是C。

A.M8011

B.M8012

C.M8013

D.M8014

19、计数器对输入脉冲的C进行计数。

A. 低电平

B. 高电平

C. 上升沿

D. 下降沿

20、MPS和MPP指令必须成对使用，而且连续使用不能超过B次。

A. 12

B. 11

C. 33

D. 10

四、简答练习题

1、什么是点动控制？点动控制主要应用在哪些场合？

答：按下启动按钮电动机启动运转，松开启动按钮电动机停转的控制称为点动控制。特点是点一下，动一下，不点不动，也称为短车控制。主要用于生产过程的试车、调试或机床加工产的准备工作等。如调整工件位置和起重设备的控制工作中。基本的点动控制电路如下所示。

2、什么是自锁控制？试分析判断下图所示的各控制电路能否实现自锁控制？若不能，试分析说明原因。

答：松开启动按钮后，接触器线圈通过自身辅助常开触点继续保持通电状态的过程称为自锁控制。

（a）图不能实现自锁控制。自锁接点不应对停止按钮SB2并联。

（b）图不能实现自锁控制。错误原因是停止按钮和自锁接点接线错误，若按下启动按钮将造成电源短路事故。

（c）图能实现自锁，但不能停车。自锁接点把停止按钮也同时锁住了。

（d）图不能正常工作。三个接点相并联（或逻辑）将造成电动机一合电闸就自行启动，无法进行控制。

（e）图不能实现自锁控制。错误原因是自锁接点接线错误，若按下启动按钮将造成电源短路事故。

（f）图电路正确，可以实现自锁控制。

3、什么是联锁控制？在电动机正反转控制线路中为什么必须要有联锁控制？联锁控制有几种方式？哪种联锁控制方式是必须实行的？

答：联锁控制是自动控制环节中的重要制约机制。如A接触器用自身接点控制B 接触器线圈，而B接触器的接点反过来控制A接触器线圈的相互制约控制称为联锁控

制。为防止接触器因触点熔焊不能分离，使正反转控制的两个接触器同时吸合而产生电源短路事故，必须要有联锁控制。联锁控制方式有按钮联锁和接触器联锁两种方式。在正反转控制和多台电机互动控制的情况下接触器联锁控制方式是必须实行的。

4、什么是行程开关？它与按钮有什么不同？

答：行程开关是一种利用机械运动部件的触碰使开关触点动作的小电流控制开关，相当于一种机械位移的开关量传感器。它们都同属于主令电器，但两者的操作方式不同，一个是手指按动操作，一个是靠运动部件的碰撞实现操作。

5、可编程控制器不同类型的输出端口各自接入什么负载？

6、在电气控制线路中，熔断器和热继电器的作用分别是什么？能否相互代替？

答：在电气控制线路，熔断器是针对电路中可能出现超出额定电流几倍的瞬间短路和过电流现象对设备造成损坏而采用的限流保护装置，热继电器则是针对电机因过载而产生和积储大量的热量对设备造成危害而采取的保护装置，热继电器对于瞬间短路现象是起不到保护作用的，它们两者的保护功能和分工各不有同，是不能相互代替的。

7、说明FX2N-32MR型号中32、M、R的意义。

8、简单说明AND指令与ANB指令之间的区别？

9、为什么在PLC控制线路中，停止按钮和热继电器要使用其常闭触头？

10、在PLC多地控制电动机的线路中，如何连接各地的启动按钮和停止按钮？

五、编程序练习题

1、由梯形图转换为指令表。

（注：多重分支电路，就要用栈操作指令） LD X000 （开始取操作）

MPS （进栈）

AND X001 （X1触点串联）

OUT Y000 （Y0输出）

MRD （读栈）

LD X002 （取X2)

AND X003 （X3触点串联）

ANB （支路串接）

OUT Y001 (Y1输出）

MRD （读栈）

OUT Y002 （Y2输出）

MPP （出栈）

LD X004 （取X4）

OR X005 （X5触点并联）

ANB （支路串接）

OUT Y003 （Y3输出）

END （结束）

2、由梯形图转换为指令表。

LD X000 （开始取操作） MPS （进栈）

AND X001 （X1触点串联） MPS （进栈）

AND X002 （X2触点串联） OUT Y001 （Y1输出）

MPP （出栈）

LD X003 （取X3）

OR X004 （并联X4）

ANB （支路串联）

OUT Y002 （Y2输出） MPP （出栈）

AND X005 （X5串联）

MPS （进栈）

AND X006 （X6串联）

OUT Y003 （Y3输出）

MPP （出栈）

LD X007 （取X7）

AND X010 （X10串联） LD X011 （取X11）

AND X012 （X12串联） ORB （支路并联）

ANB （支路串联）

OUT Y004 （Y4输出）

END （结束）

3、由已知梯形图编写指令表程序的练习一

梯形图如下

4、写出对应的指令表程序如下

LD X000 （开始取操作） AND X001 （X001触点串联）

LD X002 （取X002）

AND X003 （X0013触点串联）

ORB （支路并联）

LDI X004 （取反X004）

AND X005 （X005触点串联）

ORB （支路并联）

OUT Y006 （Y006输出）

END （结束）

5、由已知梯形图写出指令表程序练习二

梯形图：

指令表程序：

LD X000

OR X005

LD X001

AND X002

LDI X004

AND X003

ORB

OR X006

ANB

OR X007

OUT Y006

END

6、由指令表画出对应的梯形图练习

指令表：

0 LD X000 10 OUT Y004

1 AND X001 11 MRD

2 MPS 12 AND X005

3 AND X002 13 OUT Y005

4 OUT Y000 14 MRD

5 MPP 15 AND X006

6 OUT Y001 16 OUT Y006

7 LD X003 17 MPP

8 MPS 18 AND X007

9 AND X004 19 OUT Y007

解：

7、根据梯形图, 写出对应的指令表。

8、改错、简答练习

1）指出下面梯形图中的错误（在错误处用A 、B 、C 、……标明，不用改正）。

A ：梯形图中不能用电气元件符号

B ：不能用电气元件符号

C ：输入接点不能接到输出母线

D ：触点不能接到垂直线上

E ：直通的输出元件应处在第一层阶梯

2）试分析下图所示控制线路能否实现正常的启动和停止？若不能，请改正。

答：[1] 图（a ）中SB2虽能正常启动，但启动后KM 常开触点将SB1和SB2一同自锁，致使停止按钮SB1不能正常停止。

[2] 图（b ）不能正常工作，KM 常开触点将KM 自身的工作线圈短路，同时引起电源短路。

A B

[3] 图（c）中的将情况与图（b）相同，会造成电源短路。

[4] 图（d）KM2既不能正常启动也不能正常停止。

图（a）、（b）、（c）改正后如下图所示：

图（d）以最少的改动，改正后的图如下所示：

3）改正以下梯形图中的错误

图（1）图（2）

答：图（1）中的主要错误是X3处于垂直分支上，产生了回流，改正后如下图所示：