1、1项目一 交流电动机基本控制电路的设计与调试任务一 常用低压电器的识别与应用思考与练习1.按钮、行程开关的异同点。答：相同点：两者都是在触碰后触点状态变化，松开状态恢复。不同点：按钮是一种短时接通或断开控制小电流回路的手动电器。而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，通常用于控制机械设备的行程及限位保护2.中间继电器的作用是什么？中间继电器与接触器有何异同点？答：中间继电器实质是一种电压继电器，触点对数多，触点容量较大（额定电流510A），其作用是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触点容量），起到信号中转的作用。中间继电器与接触器相同点为：工作原理相同，都是线圈
2、得电，触点动作（即常开触点闭合，常闭触点断开）；线圈失电，触点状态恢复。而不同点在于：（1）结构组成不同。在中间继电器中没有灭弧装置。（2）允许通过的电流不同，接触器允许通过的电流大。3.在电动机的控制电路中，热继电器与熔断器各起什么作用？两者能否互相替换？为什么？答：在电动机的控制电路中，热继电器通常起到过载保护的作用，而熔断器通常起短路保护的作用。两者不能互换。因为当用熔断器代替热继电器时，难以快速检测到电机过载。其热继电器的整定电流一般是电机的额定电流的0.91.1倍，而熔断器一般是电动机的额定电流的5-8倍。任务二 电动机“正反转”控制电路的设计与调试思考与练习1.电气系统图主要有哪几
3、种？答：电气控制电路图一般有三种：电气原理图（包括主电路图和辅助电路图）、电器元件布置图、电气安装接线图。22.试用两个复合式按钮设计电动机“正反停”控制电路。任务三 电动机“ -转换”控制电路的设计与调试思考与练习对于一台大功率（10kW 以上）的电动机，若要正反转时都能够实现 -降压起动，则如何进行控制电路的设计？3项目二 PLC 基本指令的运用任务一 S7-200 系列 PLC 系统概述思考与练习1PLC有哪些特点?答：PLC有以下特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强；（ 2）通用性强，使用方便；（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便；（4）编程语言简单、易学，便于掌握；（5）系统设计周
4、期短；（6）安装简单、调试方便、维护工作量小。2PLC内部结构有哪几部分构成?答：PLC内部主要由微处理器（CPU）、存储器（ROM、PROM、EPROM、EEPROM、RAM）、输入输出模块、外设I/O 接口、通信接口及电源组成。3CPU 芯片的作用是什么 ?CPU模块有哪几部分组成?答：CPU 是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的，CPU 的主要任务有：1）接收从编程软件或编程器输入的用户程序和数据，并存储在存储器中。2）用扫描方式接收现场输入设备的状态和数据，并存人相应的数据寄存器或输入映像寄存器。3）监测电源、PLC内部电路工作状态和用户程序编制
5、过程中的语法错误。4）在PLC的运行状态下，执行用户程序，完成用户程序规定的各种算术逻辑运算、数据的传输和存储等。5）按照程序运行结果，更新相应的标志位和输出映像寄存器，通过输出部件实现输出控制、制表打印和数据通信等功能。PLC的CPU模块由CPU芯片和存储器组成。4开关量输入接口有哪几种类型?各有哪些特点?答：开关量输入接口主要有三种类型：1）直流输入接口。直流输入接口所用的电源，可以由PLC内部自身的电源供给，也可以由外部电源供给。2）交直流输入接口。交直流输入接口所用的电源，一般用外部电源供给。3）交流输入接口。交流输入接口所用的电源，一般用外部电源供给。5开关量输出接口有哪几种类型?各
6、有哪些特点?答：开关量输出接口一般有三种类型：晶体管型、继电器型和双向晶闸管型。其中晶体管型的接口只能接直流负载，为直流输出接口；继电器型的接口可接直流负载和交4流负载，为交直流输出接口；双向晶闸管型的接口只能接交流负载，为交流输出接口。负载所需电源都由用户提供。6请举例PLC控制系统中常用的输入/ 输出设备?答：常用的输入器件和设备包括各种控制开关和传感器，如控制按钮、限位开关、光电开关、继电器和接触器的触点、热电阻、热电偶、光栅位移式传感器等。输出设备与可编程序控制器的输出端连接，将PLC的输出控制信号转换为驱动负载的信号。常用的输出设备有电磁开关、电磁阀、电磁继电器、电磁离合器、信号灯等
7、。7有哪些因素能影响PLC的输入输出滞后时间。答：输入/输出滞后时间是指 PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它所控制的外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入模块滤波时间、输出模块的滞后时间和扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。8详细说明PLC的扫描工作原理。在扫描工作过程中，输入映像寄存器和输出映像寄存器各起什么作用？答：PLC的扫描工作原理是：PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状
8、态。我们把PLC这种执行程序的方式称为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。PLC的循环扫描工作方式主要分三个阶段：输入采样、程序执行、输出刷新。1）输入采样。PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样，也称输入刷新。2）输出刷新。在执行到END指令，即执行完用户所有程序后， PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。任务二 STEP 7-Micro/WIN 编程软件的使用思考与练习答案略5任务三 三相异步电动机连续运行控制思考与练习1在某一控制系统中，SB0 为停止按钮，
9、SB1、SB2 为点动按钮，当 SB1 按下时电动机 M1 起动，此时再按下 SB2，电动机 M2 起动而电动机 M1 仍然工作，如果按下SB0，则两个电动机都停止工作，试用 PLC 实现这一控制功能。答：（1）输入输出点的配置表2-9 输入/输出点的分配表输 入 输 出输入继电器输入元件 作用输出继电器输出元件 作用I0.0 SB0 停止按钮 Q0.0 KM1 M1 运行用交流接触器I0.1 SB1 M1 电机点动按钮 Q0.1 KM2 M2 运行用交流接触器I0.2 SB2 M2 电机点动按钮I0.3 FR1 M1 电机过载保护I0.4 FR2 M2 电机过载保护（2）梯形图：2用S、R和
10、边沿脉冲指令设计出图2-47所示波形图。6图 2-47答：梯形图：任务四 三相异步电动机的正反转控制思考与练习1写出图2-59所示梯形图的语句表程序。a）语句表：LD I0.1LD I0.2O I0.3A I0.4OLDA I0.5= Q0.1LD I1.0LPSA I1.1= Q0.2LPPA I1.2= Q0.37b）图 2-59 语句表：LD I0.0AN I0.1A I0.6LD I0.2O Q0.4A I0.3A I0.5OLD= Q0.1A I0.7= Q0.2A I1.1= Q0.32写出语句表对应的梯形图。8（1）（2）3在两人抢答系统中，当主持人允许抢答时，先按下抢答按钮的进
11、行回答，且指示灯亮，主持人可随时停止回答，分别使用 PLC 梯形图、基本指令实现这一控制功能。答：（1）输入输出点的配置表2-9 输入/输出点的分配表输 入 输 出输入继电器输入元件 作用输出继电器输出元件 作用I0.0 SB0 主持人的允许抢答 开关 Q0.1 HL1 1#抢答成功指示I0.1 SB1 1#抢答按钮 Q0.2 HL2 2#抢答成功指示I0.2 SB2 2#抢答按钮（2）梯形图：4有些生产机械如龙门刨床、导轨磨床的工作台需要在一定距离内自动往复运行，以使工件能得到连续的加工，如图2-60所示，工作台在SQl 和SQ2之间自动往复运行，SQl和SQ2行程开关起限位作用，SQ3 和
12、SQ4行程开关起限位保护作用，试着将其改造成PLC控制系统。要求： （1）主电路不变，各器件的功能不变。9（2）进行PLC输入/输出点分配，画出输入 /输出点分配表。（3）画出PLC接线图。（4）根据接线图和功能要求，设计出梯形图，写出指令表。调试程序，直至完成功能。a）主电路 b）控制电路 c）工作示意图图 2-60答：（1）输入输出点的配置表2-9 输入/输出点的分配表输 入 输 出输入继电器输入元件 作用输出继电器输出元件 作用I0.0 SB2 左行启动按钮 Q0.0 KM1 正转（左行）用接触器I0.1 SB3 右行启动按钮 Q0.1 KM2 反转（右行）用接触器I0.2 SB1 停止
13、按钮I0.3 SQ1 限位开关I0.4 SQ2 限位开关I0.5 SQ3 限位开关I0.6 SQ4 限位开关I0.7 FR 过载保护（2）输入输出接线图：10（3）梯形图：任务五 两台电动机顺序起动控制思考与练习1试用PLC实现电动机的 -转换控制。要求：按下起动按钮SB1后，电动机以 方式运转，30s后转入全压运行。按下停止按钮SB2后，电动机停止运转。112I0.0外接自锁按钮，当按下自锁按钮后， Q0.0、Q0.1、Q0.2外接的灯循环点亮，每过一秒点亮一盏灯，点亮一盏灯的同时熄灭另一盏灯，请设计程序并调试。3PLC控制三台交流异步电动机M1、M2和M3顺序起动，按下起动按钮SB1后，1
14、2第一台电动机M1起动运行，5s后第二台电动机M2起动运行，第二台电动机M2运行8s后第三台电动机M3起动运行，完成相关工作后按下停止按钮SB2，三台电动机一起停止。要求：（1）画出主电路。（2）进行PLC资源分配，写出资源分配表。（3）画出PLC接线图。（4）根据接线图和功能要求，设计出梯形图。调试程序，直至实现功能。答：（1）主电路（2）输入输出点的配置输入/输出点的分配表输 入 输 出输入继电器输入元件 作用输出继电器输出元件 作用I0.0 SB1 启动按钮 Q0.0 KM1 M1 运行用接触器I0.1 SB2 停止按钮 Q0.1 KM2 M2 运行用接触器Q0.2 KM3 M3 运行用
15、接触器（3）输入输出接线图：13（3）梯形图：4按如图2-72所示的时序图，设计出梯形图程序。14图 2-72a) b)c) d）15任务六 顺序相连的传送带控制思考与练习1试用PLC实现三相交流异步电动机正反转的 -转换控制。控制要求如下：按下正转按钮SBl，电动机以 -方式正向起动， 联结运行 30s后转换为运行。按下停止按钮SB3，电动机停止运行。按下反转按钮SB2，电动机以 -方式反向起动， 联结运行30s后转换为运行。按下停止按钮SB3，电动机停止运行。（1）试画出电动机正反转的 -转换控制的主电路。（2）进行PLC资源分配，写出资源分配表。（3）画出PLC接线图。（4）根据接线图和
16、功能要求，设计出梯形图。调试程序，直至实现功能。答：（1）电动机正反转的 -转换控制的主电路（2）输入输出点的配置表2-9 输入/输出点的分配表输 入 输 出输入继电器输入元件 作用输出继电器输出元件 作用I0.1 SB1 正转启动按钮 Q0.1 KM1 电机正转运行用接触器I0.2 SB2 反转启动按钮 Q0.2 KM2 电机反转运行用接触器I0.3 SB3 停止按钮 Q0.3 KM3 电机绕组形连接用接触器16Q0.4 KM4 电机绕组 Y 形连接用接触器（3）输入输出接线图：（3）梯形图：172PLC控制三台交流异步电动机M1、M2和M3顺序起动，按下起动按钮SB1后，三台电动机顺序自动
17、起动，间隔时间为10S，完成相关工作后按下停止按钮SB2 ，三台电动机逆序自动停止， 间隔时间为5s。若遇紧急情况，按下急停按钮SB3，运行的电动机立即停止。要求：（1）进行PLC资源分配，写出资源分配表。（2）画出PLC接线图。（3）根据接线图和功能要求，设计出梯形图。调试程序，直至实现功能。答：（1）输入输出点的配置输入/输出点的分配表输 入 输 出输入继电器输入元件 作用输出继电器输出元件 作用I0.0 SB1 启动按钮 Q0.0 KM1 M1 运行用接触器I0.1 SB2 停止按钮 Q0.1 KM2 M2 运行用接触器I0.2 SB3 急停按钮 Q0.2 KM3 M3 运行用接触器（3
18、）输入输出接线图：（3）梯形图：183设计一报警电路，要求具有声光报警。当故障发生时，报警指示灯闪烁，报警电铃或蜂鸣器响。操作人员指导故障发生后，按消铃按钮，把电铃关掉，报警指示灯从闪烁变为常亮。故障消失后，报警灯熄灭。另外，还设置了试灯、试铃按钮，用于平时检测报警指示灯和电铃的好坏（故障信号I0.0；消铃按钮 I1.0；试灯按钮I1.1；报警灯Q0.0；报警电铃Q0.7）。19任务七 轧钢机的控制思考与练习1画出图2-87所示梯形图的输出波形。图 2-87答：2如图2-88所示，I0.0闭合后Q0.0变为ON并自保持，T37 定时7s后，用C0对I0.1输入的脉冲计数，计满4个脉冲后，Q0.
19、0 变为OFF ，同时C0 和T37被复位，在PLC 刚开始执行用户程序时，C0也被复位，设计出梯形图。调试程序，直至实现功能。图 2-88答：梯形图为：203有3台电动机，要求起动时，每隔10min依次起动1台，每台运行 8h后自动停机。在运行中可用停止按钮将3台电动机同时停止。21任务八 十字路口交通信号灯 PLC 控制思考与练习1填空（1）通电延时定时器（TON）的输入（IN ） 为“1” 时开始定时，当前值大于等于设定值时其定时器位变为 ON，其常开触点 接通 ，常闭触点 断开 。（2）通电延时定时器（TON）的输入（IN ）电路 为“0”时被复位，复位后其常开触点 断开 ，常闭触点
20、接通 ，当前值等于 0 。（3）若加计数器的计数输入电路（CU） 有上升沿到来 ，复位输入电路（R） 为“0” ，计数器的当前值加 1。当前值大于等于设定值（PV）时，其常开触点 接通 ，常闭触点 断开 。复位输入电路 为“1”时计数器被复位，复位后其常开触点 断开 ，常闭触点 接通 ，当前值为 为 0 。（4）输出指令（=）不能用于 输出 映像寄存器。（5）SM 0.1 在首次扫描时为 1，SM0.0 一直为 “1”（在 PLC 处于 RUN 状态时） 。（6）外部的输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为 “1” 状态，梯形图中对应的常开触点 接通 ，常闭触点 断开 。（7）若梯形图中输出
21、Q 的线圈 “断电” ，对应的输出映像寄存器为 “0” 状态，在输出刷新后，继电器输出模块中对应的硬件继电器的线圈 失电 ，其常开触点 断开 。2画出图 2-94 所示 Q0.0 的输出波形。图 2-94 题 2 的图答：223分析设计题（1）设计周期为5s，占空比为20%的方波输出信号程序。（2）如图2-95所示，小车在初始状态时停在中间，限位开关I0.0 为ON 。按下起动按钮I0.3 ，小车按图所示顺序往复运动，按下停止按钮 I0.4，小车停在初始位置。要求：1）所有的限位开关以及按钮开关以常开触点接人PLC接线端，画出 PLC接线图。2）根据接线图和功能要求，设计出梯形图。调试程序，直
22、至完成功能。 图2-95 小车往复运动示意图答：1）PLC接线图2）梯形图：23（3）如图2-96所示，某车间运料传输带分为三段，由三台电动机分别驱动。为了节省能源，设计时使载有物品的传输带运行，没载物品的传输带停止运行，但要保证物24品在整个运输过程中连续地从上段运行到下段。根据上述的控制要求，采用传感器来检测被运送物品是否接近两段传输带的结合部，并用该检测信号起动下一传输带的电动机，下段电动机起动2s后停止上段的电动机。要求：1）进行PLC资源分配，写出资源分配表。2）画出PLC接线图。3）根据接线图和功能要求，设计出梯形图。调试程序，直至完成功能。图 2-96答：（1）输入输出点的配置输
23、入/输出点的分配表输 入 输 出输入继电器输入元件 作用输出继电器输出元件 作用I0.0 SB1 启动按钮 Q0.0 KM1 1#传输带运行用接触器I0.1 SB2 停止按钮 Q0.1 KM2 2#传输带运行用接触器I0.2 传感器 1 开关信号 Q0.2 KM3 3#传输带运行用接触器I0.3 传感器 2 开关信号（2）输入输出接线图：（3）梯形图：2526项目三 PLC 步进顺控指令的编程与应用任务一 自动运料小车控制系统设计思考与练习1如果小车初始未停在初始位置（左端） ，则要用点退调整按钮使其停在初始位置，那么如何修改 SFC 图？相应的梯形图又该如何变换呢？2某电动机按顺序起停，其控
24、制的状态转移图如图 3-13 所示。试把该状态转移图转换成步进梯形图并输入 PLC 进行调试，观察输出结果是否符合控制要求。 （见程序集项目三任务一（2） ）图 3-13 电动机顺序起停控制状态转移图3小车在初始状态时停在中间位置，限位开关 I0.0 为 ON，按下起动按钮 I0.3，小车27按图 3-14 所示的顺序运动，最后返回并停在初始位置。分别用经验设计法与顺序控制设计法设计控制系统的梯形图，并调试程序。 （见程序集项目三任务一（3） ）图 3-144用顺序控制设计法设计图 3-15 要求的输入/输出关系的顺序功能图和梯形图，并调试程序。 （见程序集项目三任务一（4） ）图 3-15任
25、务二 全自动洗衣机控制系统的设计与调试思考与练习1如果全自动洗衣机的进水水位设置为 3 种（低、中、高） ，那应该如何控制呢？答：其中将低、中、高进水水位开关作为输入，配置在 I0.0、I1.0 、I1.1 上，然后按照下图将其转化为步进梯形图进行控制即可。282试用 PLC 实现自动门控制系统的设计。其硬件组成如下：自动门控制装置由门内光电探测开关 K1、门外光电探测开关 K2、开门到位限位开关K3、关门到位限位开关 K4、开门执行结构 KM1（使电动机正转） 、关门执行机构KM2（使电动机反转等部件组成。控制要求：（1）当有人由内到外或由外到内通过光电探测开关 K1 或 K2 时、开门执行
26、机构 KM1动作电动机正转，到达开门限位开关 K3 位置时，电动机停止运行。（2）自动门在开门位置停留 8s 后，自动进入关门过程，关门执行机构 KM2 被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关 K4 位置时，电动机停止运行。（3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电探测开关 K1 或 K2 时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。（4）在门打开后的 8s 等待时间内，若有人员由外到内或由内到外通过光电探测开关K1 或 K2 时，必须重新开始等待 8s 后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。答：顺序功能图为：29S 0 . 0S 0 . 2I 0 . 1T 3 7S M 0
27、 . 1Q 0 . 1Q 0 . 0T 3 7 P T = 8 0S 0 . 3S 0 . 1I 0 . 3I 0 . 2T 3 7Q 0 . 2I 0 . 1 I 0 . 2 I 0 . 4具体程序见项目三任务二（2）3图 3-31 所示为剪床剪切板料示意图，初始状态时，压钳和剪刀在上限位置，I0.0和 I0.1 为“1”状态。按下起动按钮 I1.0，工作过程如下：首先板料右行（ Q0.0 为“1“状态）至限位开关 I0.3 为“1”状态，然后压钳下行（ Q0.1 为“ 1“状态并保持） 。压紧板料后，压力继电器 I0.4 为“1“ 状态，压钳保持压紧，剪刀开始下行（Q0.2 为“1”状态）
28、 。剪断板料后，I0.2 变为“1”状态，压钳和剪刀同时上行（ Q0.3 和 Q0.4 为“1”状态，Q0.1 和 Q0.2为“0“ 状态） ，它们分别碰到限位开关 I0.0 和 I0.1 后，分别停止上行，均停止后，又开始下一周期的工作，剪完 5 块料后停止工作并停在初始状态。试画出实现此功能的 PLC 的外部接线图、系统的顺序功能图和梯形图，并调试程序。图 3-31 剪床剪切板料示意图答：顺序功能图为：30S 0 . 0S 0 . 2I 1 . 0I 0 . 4S M 0 . 1Q 0 . 0S 0 . 3S 0 . 1I 0 . 3Q 0 . 2Q 0 . 1I 0 . 1Q 0 . 1
29、C 0C 0I 0 . 2S 0 . 4Q 0 . 4Q 0 . 3C 0具体程序见项目三任务二（3）4某十字路口交通灯示意图如图 3-32 所示，每一方向的车道都有 4 个交通灯：左转绿灯、直行绿灯、黄灯和红灯，每一方向的人行道都有两个交通灯：绿灯和红灯。当按下起动按钮时，首先东西向通行，南北向禁止通行，东西向车道的直行绿灯亮，汽车直行，20s 后直行绿灯闪烁 3s，随后黄灯亮 3s，接着车道的左转绿灯亮，汽车左转，20s 后左转绿灯闪烁 3s，随后黄灯亮 3s，红灯亮，在东西向车道直行绿灯亮和闪烁的同时，东西向人行道的绿灯同时亮和闪烁。东西向禁止通行后，转入南北向车道、人行道的通行，顺序与东西向相同。 试利用 PLC 来控制十字路口交通灯。图 3-32 某十字路口交通灯示意图
