1、维修电工(技师、高级技师),王兆晶 主编,掌握西门子可编程序控制器的硬件结构、系统配置以及指令系统；能够用可编程序控制器的语言进行电气控制系统工作过程的程序编写、系统调试；掌握可编程序控制器控制系统故障维修技术。,第二章 可编程序控制器应用,目 录,第一节西门子可编程序控制器概述 一、S7200 系列PLC的系统构成及性能指标 二、PLC内部可编程元件 三、西门子S7200可编程序控制器指令系统 四、编程注意事项及编程技巧 第二节可编程控制系统设计的基本原则和步骤 一、可编程控制系统设计的基本原则 二、可编程控制系统设计的步骤 三、提高PLC控制系统可靠性的措施 第三节可编程序控制器应用技能训
2、练实例 一、训练1PLC在三相交流异步电动机控制中的应用 二、训练2PLC在自动洗衣机控制中的应用 三、训练3PLC在机械手控制中的应用 第四节PLC+变频器改造继电器控制系统技能训练实例 一、B2012A型龙门刨床机械工艺对电气控制系统的要求 二、B2012A型龙门刨床PLC+变频调速系统改造 三、龙门刨床刨台运动的控制改造 四、采用变频调速的主要优点,第二章 可编程序控制器应用,第一节 西门子可编程序控制器概述,一、S7200系列PLC的系统构成及性能指标 （1）集成的24V电源 （2）高速脉冲输出 （3）通信口 （4）模拟电位器 （5）速度响应 （6）EEPROM 存储器模块（选件） （
3、7）电池模块 （8）不同的设备类型 （9）数字量输入/输出点 （10）高速计数器,第一节 西门子可编程序控制器概述,1.S7200 系列PLC的外形结构及性能指标,图2-1 S7200主机的外形结构,第一节 西门子可编程序控制器概述,表2-2 CPU22X模块的主要技术指标,第一节 西门子可编程序控制器概述,2. PLC的CPU工作方式,（1）用工作方式开关改变工作方式 （2）用编程软件改变工作方式 （3）在程序中用指令改变工作方式,3. S7200系列PLC的扩展配置,图2-3 S7200扩展的连接方式,第一节 西门子可编程序控制器概述,二、 PLC内部可编程元件,1.编址方式,（1）位编址
4、（2）字节编址（3）字编址（4）双字编址,第一节 西门子可编程序控制器概述,2.元件功能及地址分配,（1）输入映像寄存器（2）输出映像寄存器（3）变量存储器（4）内部标志位存储器（5）特殊标志位存储器（6）局部变量存储器,（7）定时器（8）计数器（9）高速计数器（10）累加器（11）顺序控制继电器（12）模拟量输入/输出映像寄存器,第一节 西门子可编程序控制器概述,三、西门子S7200可编程序控制器指令系统（1)梯形图(Ladder Diagram)程序设计语言1)触点,图2-4 梯形图触点表示方法,1.可编程序控制器程序设计语言,第一节 西门子可编程序控制器概述,2)线圈,图2-5 梯形图线
5、圈表示方法,3)指令盒,图2-6 梯形图指令盒表示方法,1.有源逆变的工作原理,第一节 西门子可编程序控制器概述,(2)语句表(Statement List)程序设计语言1)采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握的特点。 2)在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点。 3)用编程软件可以将语句表与梯形图相互转换。,第一节 西门子可编程序控制器概述,(3)顺序功能流程图(Sepuential Function Chart)程序设计语言 顺序功能流程图程序设计语言(SFC)是近年来发展起来的一种较新程序设计方法。,图2-8 顺序功能流程图,第一节 西门子可编程序控制器概述,顺序
6、功能流程图程序设计的特点 以功能为主线，条理清楚。 对大型的程序，可分工设计。 常用于系统的规模较大、程序关系较复杂的场合。 只有在活动步的命令和操作被执行后，才对活动步后的转换进行扫描。,第一节 西门子可编程序控制器概述,（4）功能图快,图2-9 功能块图,第一节 西门子可编程序控制器概述,(1)逻辑取(2)触点串并联指令(3)电路块的串并联指令(4)逻辑堆栈指令(5)置位/复位指令(6)脉冲生成指令,2.基本位逻辑指令,第一节 西门子可编程序控制器概述,(1)定时器工作方式(2)定时器时基1)定时器的定时精度和定时范围2)定时器的刷新方式(3)定时器指令工作原理1)通电延时型定时器2)有记
7、忆的通电延时型定时器3)断电延时型定时器,3.定时器指令,第一节 西门子可编程序控制器概述,图2-12 有记忆的通电延时型定时器的工作原理,第一节 西门子可编程序控制器概述,4.计数器指令(1)计数器指令格式,图2-13 断电延时型定时器的工作原理,第一节 西门子可编程序控制器概述,(2) 计数器工作原理1)加计数器,图2-14 加计数器应用示例,第一节 西门子可编程序控制器概述,2)减计数器(CTD)指令,图2-15 减计数器应用示例,第一节 西门子可编程序控制器概述,3)加/减计数器(CTUD)指令,图2-16 加/减计数器指令应用示例,第一节 西门子可编程序控制器概述,(1)指令格式及说
8、明(2)指令应用举例(1)字节、字、双字、实数单个数据传送指令(2)字节、字、双字、实数数据块传送指令,5.比较指令,6.数据传送指令,第一节 西门子可编程序控制器概述,(1)左、右移位指令(2)循环左、右移位指令(3)移位寄存器指令,7.移位指令,1)步进控制指令SCR只对状态元件S有效。 2)当输出需要保持时，可使用S/R指令。 3)不能把同一编号的状态元件用在不同的程序中4)在SCR段中不能使用JMP和LBL指令。 5)不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。,8.步进顺序控制指令,第一节 西门子可编程序控制器概述,四、编程注意事项及编程技巧1)程序应按自上而下、从左至右的顺序
9、编写。 2)同一操作数的输出线圈在一个程序中不能使用两次，不同操作数的输出线圈可以并行输出。 3)线圈不能直接与左母线相连。4)适当安排编程顺序，以减少程序的步数。,1.梯形图语言中的语法规定,第一节 西门子可编程序控制器概述,2.设置中间单元,第一节 西门子可编程序控制器概述,1)如果几个输入器件触点的串并联电路总是作为一个整体出现，那么可以将它们作为可编程序控制器的一个输入信号。2)在PLC的输出功率允许的条件下，通断状态完全相同的多个负载并联后，可以共用一个输出点。3)在需要用指示灯显示PLC驱动的负载(如接触器线圈)状态时，可以将指示灯与负载并联。4)系统中某些相对独立或比较简单的部分
10、可以不进PLC。 5)如果直接用数字量输出点来控制多位LED七段显示器。,3.可编程序控制器中输入和输出信号的数量,4.外部联锁电路的设立,一、可编程控制系统设计的基本原则,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,1.最大限度地满足被控对象提出的控制要求,2.确保控制系统的安全可靠,3.力求控制系统结构简单，维护方便,4.留有适当的余量,5.软件设计科学合理,5. 外部负载的额定电压,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,二、可编程控制系统设计的步骤,图2-23 可编程序控制器控制系统设计流程,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,(1)PLC控制类型的确定1)单机控制系统,图
11、2-24 典型的单机控制系统,1.确定控制对象及控制范围,2.可编程序控制器的选择,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,2)集中控制系统,3)远程I/O控制系统,4)分布式控制系统,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,图2-27 分布式控制系统,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,(2)可编程序控制器机型的选择1)PLC的功能选择。 2)输入、输出点数的确定。 3)指令系统。 4)内存的估算。 5)响应速度。,3. PLC的硬件设计及调试,4. PLC的软件设计及模拟调试,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,(1)经验设计法1)在准确了解控制要求后，合理地为控制
12、系统中的事件分配输入、输出口。2)对于一些控制要求较简单的输出，可直接写出它们的工作条件，以起保停电路模式完成相关的梯形图支路。3)将关键点用梯形图表达出来。4)审查以上草绘图样，在此基础上补充遗漏的功能，更正错误，进行最后的完善。(2)继电器控制电路转换为梯形图法1)熟悉现有的继电器接触器控制电路2)对照PLC的I/O端子接线图3)中间继电器、定时器的替换4)画出全部梯形图,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,(3)逻辑设计法1)绘制控制系统循环图和检测元件分布图，取得电气执行元件功能表。2)绘制控制系统状态转换表3)将逻辑函数转化为梯形图或语句表形式4)程序的完善和补充(4)顺序控
13、制设计法,5.联机调试,6.编制系统的技术文件,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,三、提高PLC控制系统可靠性的措施(1)安装方式,图2-28 标准DIN导轨的外形尺寸,1. PLC的安装,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,(2)安装环境1)温度。2)湿度。3)振动。4)空气。 (3)安装注意事项,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,(1)电源接线与接地1)交流电源接线安装,图2-29 120/230V交流电源接线,2. PLC的配线,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,2)直流电源安装如图2-30所示。,图2-30 直流电源安装,第二节 可编程控制系统设计
14、的基本原则和步骤,(2)I/O接线和对扩展单元的接线1)输入接线2)输出接线(1)急停及保护电路(2)可编程序控制器有具有很完善的自诊断功能(3)电源过负荷的防护(4)重大故障的报警和防护,3.外部安全电路,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,(1)供电电源 (2)环境条件(3)安装条件(4)I/O端电压,4.PLC的维护与检修,5.冗余系统与热备用系统,第二节 可编程控制系统设计的基本原则和步骤,(1)冗余控制系统,(2)热备用系统,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,1)应用PLC技术实现对三相异步电动机的正转、反转、停止控制、减压起动控制。 2)熟悉基本位逻辑指令、定时器的使
15、用，训练经验编程的思想和方法。 3)掌握设计PLC外部电路，应具有防止相间短路和过载保护环节。4)输入、编辑、编译、下载、调试用户程序，运行用户程序观察程序运行结果。,1.目的要求,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,1)计算机1台。 2)实验装置(含S7200 24点CPU)1台。 3)电动机实验模板1块。 4)连接导线若干。,2.训练设备,3.训练内容,(1)三相异步电动机的正转、反转、停止控制 1)三相异步电动机的正转、反转、停止的继电器控制电路如图2-33所示。,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,图2-33 三相异步电动机正反停控制原理图,第三节 可编程序控制器应用技能训练实
16、例,图2-34 输入输出配置及外部接线图,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,(2)三相异步电动机的减压起动,图2-36 电动机起动PLC控制的外部接线图,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,训练2 PLC在自动洗衣机控制中的应用1)应用PLC技术实现对自动洗衣机的控制。 2)熟悉定时器、计数器的使用。 3)训练流程图编程的思路和方法1)计算机1台。 2)实验装置(含S7200 24点CPU)1台。 3)全自动洗衣机实验模板1块。 4)连接导线若干。,2.训练设备,1.实训目的,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,(1)全自动洗衣机控制要求 (2)I/O分配及外部接线 PLC控制的
17、输入输出配置，见表2-25。,图2-37 全自动洗衣机PLC控制的外部接线图,3.训练内容,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,（3）程序设计,图2-38 全自动洗衣机控制流程图,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,（4）运行并调试1)应用PLC技术实现对机械手的控制，其任务是将工件从传送带A 搬运到传送带B。 2)熟悉流程图编程的思想和方法。 3)应用移位指令设计顺控程序。,1.目的要求,训练3 PLC在机械手控制的应用,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,1)计算机1台。 2)实验装置(含S7200 24点CPU)1台。 3)机械手实验模板1块。 4)连接导线若干。(1)机械手
18、的控制要求,2.训练设备,3.训练内容,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,图2-39 传送工件的机械手的工作示意图,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,(2)I/O分配及外部接线,图2- 40 机械手PLC控制外部接线图,第三节 可编程序控制器应用技能训练实例,(3)控制程序设计,图2- 41 机械手功能流程图,第四节 PLC变频器改造继电器控制系统技能训练实例,一、B2012A型龙门刨床机械工艺对电气控制系统的要求,图2- 43 龙门刨床结构,1.大型龙门刨床的基本结构,(4)调试并运行程序,第四节 PLC变频器改造继电器控制系统技能训练实例,(1)调速范围要宽(2)自动循环、速度
19、可调(3)行程开关位置结构及动作过程,图2- 45 工作台行程开关的安装位置,2.龙门刨床的主运动刨台系统要求,第四节 PLC变频器改造继电器控制系统技能训练实例,刨台运动特性分两种情况分析。1)低速区。 2)高速区。,图2- 46 刨台运动负载机械特性,第四节 PLC变频器改造继电器控制系统技能训练实例,(5)刨台对电动机机械特性的要求(1)刀架控制要求(2)横梁控制要求,3.刀架与横梁的控制要求,4.其他辅助运动的控制要求,第四节 PLC变频器改造继电器控制系统技能训练实例,二、 B2012A型龙门刨床PLC+变频调速系统改造,图2- 47 龙门刨床PLC+变频器控制系统,第四节 PLC变
20、频器改造继电器控制系统技能训练实例,三、龙门刨床刨台运动的控制改造,图2- 49 刨台的PLC+变频器改造控制电路,1.刨台变频调速机械特性及电动机的选用,2.对龙门刨床刨台控制的要求,第四节 PLC变频器改造继电器控制系统技能训练实例,3.龙门刨床刨台PLC+变频器的控制电路,图2-50 刨台的PLC控制程序,第四节 PLC变频器改造继电器控制系统技能训练实例,(1)速度调节(2)往复运动的起动(3)故障处理(4)液压泵故障处理(5)停机处理,第四节 PLC变频器改造继电器控制系统技能训练实例,四、采用变频调速的主要优点(1)减小了静差度(2)具有转矩限制功能(3)“爬行”距离容易控制(4)
21、节能效果可观,复 习 思 考 题,1.S722X系列PLC有哪些型号的CPU？2.S72003.S72004.梯形图程序能否转换成语句表程序？所有语句表程序是否均能转换成梯形图程序？5.S72006.设计周期为5S，占空比为20的方波输出信号程序(输出点可以使用Q0.0)。7.使用置位、复位指令，编写两套电动机(两台)的控制程序，两套程序控制要求如下：8.编写一段输出控制程序，假设有8个指示灯，从左到右每隔0.5s依次点亮，到达最右端后，再从左到右依次点亮，如此循环显示。9.现有三条传送带，每条传送带都由一台电动机拖动。10.某自动化生产线上，使用有轨小车来运转物件，小车的驱动采用电动机拖动，
22、其行驶示意图如 所示。,10.某自动化生产线上，使用有轨小车来运转物件，小车的驱动采用电动机拖动，其行驶示意图如 所示。,图2-51 小车行驶示意图,1)小车从原位A出发驶向1#位，抵达后，立即返回原位。 2)第二次直接向2#位驶去，到达后立即返回原位。 3)第三次直接驶向3#位，到达后返回原位。 4)必要时，小车按上述要求出发三次运行一个周期后能停下来。 5)根据需要，小车能重复上述过程，不停地运行下去，直到按下停止按钮为止。,第一节 西门子可编程序控制器概述,（1）交流电流互感器,第一节 特殊变压器的使用,图2- 电流互感器的工作原理,1）电流互感器的二次绕组必须牢固接地 2）二次绕组回路
23、中串入的阻抗值不能超过允许的限度 3）电流互感器的二次侧不允许开路,第一节 特殊变压器的使用,（2）交流电压互感器,图2-6 电压互感器的工作原理,电压互感器的工作原理,第二节 电力变压器的拆卸与装配,一、电力变压器的检修周期和检修项目,1.检修周期,（1）大修周期,1）5年内和以后每间隔10年应大修一次 2）全密封变压器的大修 3）电力系统中运行的主变压器的大修 4）发现异常状况或经试验判断有内部故障时应提前运行大修 5）诊断分析良好的变压器可适当延长大修周期,（2）小修周期,1）一般每年一次 2）23级污秽地区的变压器小修周期的规定 3）附属装置的检修周期,第二节 电力变压器的拆卸与装配,
24、2.电力变压器的检修项目,（1）大修项目 （2）小修项目 （3）临时检修项目 （4）对于老、旧变压器的大修,3.检修前的准备,充分的准备工作以保证检修工作得顺利进行。,二、中小型电力变压器的拆卸,第二节 电力变压器的拆卸与装配,1.吊心的注意事项,（1）注意吊心时的天气条件（2）注意吊心场所的清洁（3）必要时提高铁心温度以免受潮（4）器身暴露在空气中时间的规定（5）起吊装置的检查和起吊时的绑扎（6）起吊时人员的组织,2.吊心的工艺程序,1）拆线2）将变压器运至检修现场3）放出变压器油4）拆卸附件5）拆卸油箱沿的螺栓6）吊心7）器身的吊运,3.吊心后的检查,第二节 电力变压器的拆卸与装配,三、变
25、压器大修后的装配与验收,1.器身检修完毕进行回装前的检查项目,1）器身检修及与之配合的测试项目 2）所需测绘的内容 3）器身及油箱内部各部分 4）箱沿耐油橡胶 5）各套管引线电 6）各处接地片 7）分接开关 8）箱底排油塞及油活门的密封状态 9）器身检查中所用工具器材 10）专人复查,2.器身回装程序,第二节 电力变压器的拆卸与装配,1）器身入壳，密封油箱。2）安装分接开关。3）安装放油阀、蝶阀、手孔。4）安装净油器、散热器或冷却器。5）110kV及以上的变压器真空注油。6）冲洗器身和注油。7）对于220kV级以上的变压器的注油。8）取油样进行试验。,3.变压器常规大修后验收的内容,1）实际检
26、修项目、检修质量。2）审查全部试验结果和实验报告。3）整理大修原始记录资料4）作出大修技术报告5）技术改造项目的验收6）对检修质量做评价,第三节 电力变压器运行故障的检修,一、变压器过热现象与维修,1.正常的过负载运行,（1）因负载变动而允许的过负载,图2-7 变压器允许的过负载曲线,（2）因年负载变动而允许的过负载持续时间,2.事故过负载,3.变压器过热分析及其修复,第三节 电力变压器运行故障的检修,二、变压器线圈匝间或层间短路故障的检查与修复,（1）试验检查,1）先用2500V的绝缘电阻表测相间及对地绝缘电阻值2）用电桥测试各相间电阻,（2）修复方法,变压器铭牌数据、铁心尺寸、绕组尺寸及编
27、号的记录；一、二次绕组的缠绕方向和匝数的记录等。绕组绕成后，进行干燥处理。之后将尺寸压缩到要求的高度，再浸漆、烘干。,三、绕组断线故障的检查与修复,（1）轻度的断线 （2）较为严重的断线,四、铁心的故障检查与修复,（1）试验检查 （2）变压器器身的解体顺序 （3）不正常鸣叫声的判断及修复 （4）铁心多点接地故障修理 （5）铁心的局部短路修理,1）重包螺杆的绝缘，而后用纸板覆盖。 2）旁螺杆、上梁和垫脚铁与钢夹件的绝缘 3）对变形或电弧烧伤的芯片，应剔除。,第三节 电力变压器运行故障的检修,第四节 小型变压器和电焊机故障检修技能训练实例,训练1 小型单相变压器的绕制,1.目的要求,2.工具、仪表
28、及器材,掌握绕制稳压电源变压器的技术。,1）硅钢片的选用 2）绕组的选用 3）绕线芯子的选用 4）层间绝缘的选用 5）电工工具、万用表、绝缘电阻表的选用,第四节 小型变压器和电焊机故障检修技能训练实例,3.制作步骤及工艺要求,（1）绕制前的准备工作,1）选择导线及绝缘材料 2）制作木芯 3）绕组框架,图2-8 木芯,图2-9 绕制电阻,第四节 小型变压器和电焊机故障检修技能训练实例,（2）绕制,1）裁剪各种绝缘纸（布） 2）起绕,3）绕线方法,图2-11 绕线时的持线方法,第四节 小型变压器和电焊机故障检修技能训练实例,4）绕组的层次 5）线尾的固定 6）静电屏蔽层的制作 7）引出线 8）外层
29、绝缘,（3）绝缘处理,（4）铁心镶片,1）镶片要求 2）镶片方法,（5）测试,绝缘电阻的测试 空载电压的测试 空载电流的测试,4.注意事项,5.评分标准,1）做好木新后经检验合格，方可绕线。2）一次绕组引出线放在左侧，二次绕组引出线放在右侧。3）绕制30V2绕组时要引出中心抽头引出线。,训练2 交流弧焊机线圈的修理和重绕,第四节 小型变压器和电焊机故障检修技能训练实例,1.目的要求,掌握交流弧焊机线圈的维修技术。,2.工具、仪表及器材,1）导线、绕线机及绕线模具。 2）常用电工工具、万用表、绝缘电阻表等。,3.训练步骤及工艺要求,（1）短路线圈的修理,图2-12 电焊变压器线圈,第四节 小型变
30、压器和电焊机故障检修技能训练实例,（2）线圈的重绕,（3）重绕线圈后的试验,第四节 小型变压器和电焊机故障检修技能训练实例,1）检查绝缘电阻 2）对重绕的线圈的空载、负载、耐压试验,（4）评分标准,1）旧线圈参数测量 2）制造绕线模 3）绕第一层线饼 4）绕第二层线饼,5）测定线圈直流电阻 6）浸漆 7）装配和焊接,复 习 思 考 题,1.自耦变压器一、二次绕组之间的功率是如何传递的？2.使用电压互感器与电流互感器时各需注意哪些事项？3.交流电弧焊对变压器的电性能有什么要求？电焊变压器在结构上有什么特点?它是如何满足电弧焊接的要求?4.交流电焊变压器与普通变压器有何区别？5.简述小型变压器的绕制方法。6.吊心检修变压器时, 如何评定绕组绝缘老化程度的等级？7.变压器过热运行的主要原因有哪些？,
