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可程式控制器可程式控制器 (PLC)(PLC)光啟高中 電機學程光啟高中 電機學程

文定宇 老師文定宇 老師

電機控制技術電機控制技術

什麼是什麼是 PLCPLC

可編程式控制單元（可編程式控制單元（ Programmable Logic Programmable Logic ControllerController ）簡稱）簡稱 PLCPLC 。。 19781978 年美國電機年美國電機製造協會給予可程式控制器下述之定義：製造協會給予可程式控制器下述之定義：

可程式控制器是一種以數位動作之電子裝置，可程式控制器是一種以數位動作之電子裝置，它使用可程式記憶體以儲存指令，執行諸如邏輯、它使用可程式記憶體以儲存指令，執行諸如邏輯、順序、計時、計數與演算等功能，並透過數位或順序、計時、計數與演算等功能，並透過數位或類比輸入輸出模組，控制各式各樣的機械或工作類比輸入輸出模組，控制各式各樣的機械或工作程序。程序。

PLCPLC 的特點的特點通用性強，使用方便 通用性強，使用方便 功能強，適應面廣 功能強，適應面廣 可靠性高，抗干擾能力強 可靠性高，抗干擾能力強 撰寫方法簡單，容易掌握 撰寫方法簡單，容易掌握 PLCPLC 控制系統的設計、安裝、調試和維修控制系統的設計、安裝、調試和維修工作量少，極為方便。控制程式變化方便，工作量少，極為方便。控制程式變化方便，具有很好的柔性。具有很好的柔性。體積小、重量輕、功耗低 體積小、重量輕、功耗低

PLCPLC 的應用的應用開關量邏輯控制 開關量邏輯控制 運動控制 運動控制 閉迴路控制 閉迴路控制 數據處理 數據處理 通訊網路通訊網路

PLCPLC 的組成的組成PLCPLC 由五部分組成 ︰由五部分組成 ︰

1.1. CPU(CPU( 中央處理單元）中央處理單元）2.2. 記憶體記憶體3.3. I/OI/O 模組模組 (( 輸入輸入 // 輸出模組輸出模組 ))4.4. 程式書寫器程式書寫器5.5. 電源供應器電源供應器

PLCPLC 基本結構基本結構

周邊裝置 電源供應器

輸入元件

按鈕開關近接開關極限開關

輸入模組

輸出模組

輸出元件

指示燈 電磁閥 警報器

程式書寫器

CPU

MEMORY

開始

參數初值設定

應用程式檢查其他檢查

RUN

END

讀取下一行程式

程式指令解碼

依指令執行計算及判斷

依指令要求，讀取輸入、輸出及狀態等記憶體

依執行結果更新輸出及狀態等記憶體

PLCPLC 的運作的運作

否

否

是

是

電氣的基礎知識電氣的基礎知識 任何一種繼電器控制系統均由三部分組成：任何一種繼電器控制系統均由三部分組成：

輸入部分 邏輯部分 輸出部分

電氣的基礎知識電氣的基礎知識輸入部分：由各類按鈕開關、行程開關、接近輸入部分：由各類按鈕開關、行程開關、接近開關、轉換開關等主令電器構成。開關、轉換開關等主令電器構成。

主令電器主令電器 :: 自動控制系統中用於發送控制指令自動控制系統中用於發送控制指令的電器。的電器。邏輯部分：由各種繼電器及其觸點組成的實現邏輯部分：由各種繼電器及其觸點組成的實現一定邏輯功能的控制線路。一定邏輯功能的控制線路。

繼電器繼電器 :: 一種根據某種輸入信號一種根據某種輸入信號 ,, 接通或斷開接通或斷開控制電路，實現自動控制和保護電力拖動裝置控制電路，實現自動控制和保護電力拖動裝置的自動電器。的自動電器。輸出部分：由各種電磁閥線圈，接通電動機的輸出部分：由各種電磁閥線圈，接通電動機的各種接觸器和信號指示燈等執行元件構成。各種接觸器和信號指示燈等執行元件構成。

電源開關電源開關一、刀開關一、刀開關 :: 結構最簡單，應用最廣泛的手控電結構最簡單，應用最廣泛的手控電器。用於低壓電路不頻繁動作。器。用於低壓電路不頻繁動作。二、轉換開關（組合開關）二、轉換開關（組合開關） :: 手控電器。在機床手控電器。在機床電氣設備中，主要作為電源引入開關；或直接用電氣設備中，主要作為電源引入開關；或直接用於控制非頻繁起動和停止的小容量非同步電動機。於控制非頻繁起動和停止的小容量非同步電動機。三、自動開關（自動斷路器）三、自動開關（自動斷路器） :: 低壓電路中常用低壓電路中常用的具有保護環節的斷合電器。的具有保護環節的斷合電器。

當電路發生嚴重超載、短路以及失壓等故障時，當電路發生嚴重超載、短路以及失壓等故障時，能自動切斷故障電路，保護串接其後的電氣設備；能自動切斷故障電路，保護串接其後的電氣設備；正常情況下，也可用於不頻繁地接通和斷開電路正常情況下，也可用於不頻繁地接通和斷開電路及控制電動機。及控制電動機。

無熔絲斷路器無熔絲斷路器無熔絲斷路器無熔絲斷路器 (No-Fuse Breaker(No-Fuse Breaker ，簡稱，簡稱 NFBNFB 或或 MCB)MCB)斷路器的工作原理及使用（屬保護電器）斷路器的工作原理及使用（屬保護電器）斷路器是最簡單有效的保護電器，主要用作短路保護和嚴重超載。斷路器是最簡單有效的保護電器，主要用作短路保護和嚴重超載。結構及工作原理結構及工作原理1. 1. 結構：結構：

熔體（額定電流等級較多）——保險絲——既是感測元件，又是執行熔體（額定電流等級較多）——保險絲——既是感測元件，又是執行元件元件

熔管（或熔座）（額定電流等級較少）——安裝熔體，熄滅電弧熔管（或熔座）（額定電流等級較少）——安裝熔體，熄滅電弧2. 2. 工作原理：熔體與被保護的電路串聯。正常時，熔體允許通過一工作原理：熔體與被保護的電路串聯。正常時，熔體允許通過一定的電流；當電路發生短路或嚴重超載時，熔體中流過很大的故障電定的電流；當電路發生短路或嚴重超載時，熔體中流過很大的故障電流，當電流產生的熱量達到熔體的熔點時，熔體熔斷，切斷電路，從流，當電流產生的熱量達到熔體的熔點時，熔體熔斷，切斷電路，從而達到保護目的。而達到保護目的。

電磁接觸器電磁接觸器 (MC)(MC)1.1. 動作原理：當電流流過電磁線圈時，產生動作原理：當電流流過電磁線圈時，產生磁場，固定鐵心變成電磁鐵，產生電磁力，磁場，固定鐵心變成電磁鐵，產生電磁力，吸引在上方之可動鐵心，因此可動鐵心下吸引在上方之可動鐵心，因此可動鐵心下移並帶動固定其上的可動接點（主接點及移並帶動固定其上的可動接點（主接點及輔助接點），產生電路之開啟閉合作用。輔助接點），產生電路之開啟閉合作用。

電磁接觸器電磁接觸器 (MC)(MC)MCMC 一般使用規格如下：一般使用規格如下：

(1)(1) 額定容量：指主接點所能容許的最大電流，額定容量：指主接點所能容許的最大電流，一般以一般以 1HP=3A1HP=3A 計算計算 91HP=746W)91HP=746W) 。。

(2)(2) 額定電壓：額定電壓： MCMC 線圈所加電壓的額定值，線圈所加電壓的額定值，如如 AC220VAC220V ，， DC24V…DC24V… 等。等。

(3)(3) 額定電流：指電磁線圈加上額定電壓，使額定電流：指電磁線圈加上額定電壓，使其動作的電流值。其動作的電流值。

(4)(4) 接點數：接點數： aa 、、 bb 接點的數目，包括主要接接點的數目，包括主要接點及輔助接點。點及輔助接點。

電磁接觸器電磁接觸器 (MC)(MC)2.2.接點：電磁接觸點之接點有兩種，即主接接點：電磁接觸點之接點有兩種，即主接點與輔助接點。點與輔助接點。

(1)(1) 主接點：即使大電流流過時，也仍舊能夠安全主接點：即使大電流流過時，也仍舊能夠安全承受大電流之接點，在中央部位的三個接點為主承受大電流之接點，在中央部位的三個接點為主接點。接點。

(2)(2)輔助接點：為小電流容量之接點，位於主接點輔助接點：為小電流容量之接點，位於主接點之兩邊，僅作為控制線路之接點用，因其額定開之兩邊，僅作為控制線路之接點用，因其額定開斷流較主接點為小，故不可當作主接點來使用。斷流較主接點為小，故不可當作主接點來使用。通常以小寫字母來表示。主接點與輔助接點同時通常以小寫字母來表示。主接點與輔助接點同時開閉。開閉。

過載繼電器過載繼電器 (OL)(OL)過載繼電器過載繼電器 (over-load relay(over-load relay，簡稱，簡稱 OL)OL) 或稱熱或稱熱動繼電器動繼電器 (thermal relay(thermal relay，， Th-Ry)Th-Ry) 或積熱繼電或積熱繼電器、或稱過電流繼電器器、或稱過電流繼電器 over-current relay)over-current relay) ，，當然繼電器也可改稱電驛。當然繼電器也可改稱電驛。動作原理動作原理 ::內部有雙金屬片，包裹在與負載電路串接的加熱線內部有雙金屬片，包裹在與負載電路串接的加熱線內，金屬片被流過的電流加熱，倘若有過電流，內，金屬片被流過的電流加熱，倘若有過電流，熱量夠大而足夠使雙金屬片彎曲時，它將驅動接熱量夠大而足夠使雙金屬片彎曲時，它將驅動接點動作，用來切斷負載電流，產生保護的效果。點動作，用來切斷負載電流，產生保護的效果。

三相感應馬達控制電路三相感應馬達控制電路

繼電器繼電器

繼電器種類繼電器種類繼電器種類很多：繼電器種類很多：按輸入信號的性質分： 按輸入信號的性質分：

電壓繼電器電壓繼電器 電流繼電器電流繼電器 時間繼電器時間繼電器 溫度繼電器溫度繼電器 速度繼電器速度繼電器 壓力繼電器壓力繼電器

按工作原理分：按工作原理分： 電磁式繼電器 電磁式繼電器 感應式繼電器感應式繼電器 電動式繼電器電動式繼電器 電子式繼電器電子式繼電器 熱繼電器熱繼電器

按輸出形式分： 有觸點和無觸點按輸出形式分： 有觸點和無觸點按用途分： 控制用和保護用繼電器按用途分： 控制用和保護用繼電器

計時器計時器計時器全名為時間延遲繼電器（ time delay relay），簡稱計時器 (timer) ，是一種定時裝置，能使控制電路於所設定的時間動作，是工業自動控制上不可或缺的元件。

計數器計數器計數器 (counter) 用來計算動作或斷續事件次數的裝置，在電控迴路中，是將動作或斷續事件，利用極限開關等裝置，轉換成電氣之通斷或電壓之方波信號，再送入計數器中。常用的有電磁式、電子式等。

固態繼電器固態繼電器固態繼電器固態繼電器 ((solid state relaysolid state relay ，， SSRSSR ）是利）是利用一顆用一顆 LEDLED 與一顆光電晶體作成之光耦合與一顆光電晶體作成之光耦合器，觸發矽控整流體器，觸發矽控整流體 (SCR)(SCR) 或雙向矽控整或雙向矽控整流器流器（（ TRIACTRIAC ），），因此可以接受低壓因此可以接受低壓 (DC(DC或或 AC)AC) 信號輸入，而驅動高壓之輸出，具信號輸入，而驅動高壓之輸出，具隔離輸出入及控制高功率輸出之效果。隔離輸出入及控制高功率輸出之效果。

固態繼電器固態繼電器採用固體半導體元件組裝而成——無觸點採用固體半導體元件組裝而成——無觸點開關（接通和斷開無機械接觸部件）開關（接通和斷開無機械接觸部件）優點：優點：開關速度快、工作頻率高、使用壽開關速度快、工作頻率高、使用壽命長、 雜訊低和工作可靠命長、 雜訊低和工作可靠使用場合：使用場合：取代常規電磁式繼電器，廣泛取代常規電磁式繼電器，廣泛用於數位程式控制裝置 用於數位程式控制裝置

固態繼電器固態繼電器

基本順序控制迴路基本順序控制迴路自保迴路自保迴路

基本順序控制迴路基本順序控制迴路互鎖迴路互鎖迴路

基本順序控制迴路基本順序控制迴路

基本順序控制迴路基本順序控制迴路計時迴路計時迴路

PLCPLC 主機介紹主機介紹FXFX 系列系列

程式語言及階梯圖程式語言及階梯圖 PLCPLC 工作過程及硬體功能的實現，則要靠軟體的工作過程及硬體功能的實現，則要靠軟體的支援。首先，支援。首先， PLCPLC 的軟體提供了各種邏輯模組的軟體提供了各種邏輯模組（軟體），經程式撰寫來完成邏輯控制功能。（軟體），經程式撰寫來完成邏輯控制功能。PLCPLC 設計電路步驟設計電路步驟

①① 列出所有輸入且編號列出所有輸入且編號②② 列出所有輸出且編號列出所有輸出且編號③③ 依控制的動作要求或舊有的電路，建立階梯圖依控制的動作要求或舊有的電路，建立階梯圖④④ 依階梯圖轉換為程式依階梯圖轉換為程式

程式語言程式語言PLCPLC常用的程式語言主要有三種：功能圖、語句常用的程式語言主要有三種：功能圖、語句表、階梯圖。表、階梯圖。1. 1. 功能圖（功能圖（ FBDFBD）：一種較新的編程方法，是）：一種較新的編程方法，是各種各種 PLCPLC 編程語言規範化的方向（編程語言規範化的方向（ Function ChaFunction Chart Programmingrt Programming ））2. 2. 語句表（語句表（ STLSTL ）：類似於組合語言，由語句）：類似於組合語言，由語句系列構成系列構成3. 3. 梯形圖（梯形圖（ LADLAD）：類似於繼電—接觸器控制）：類似於繼電—接觸器控制線路（線路（ Ladder ProgrammingLadder Programming ））階梯圖程式目前依然是應用最廣泛的撰寫語言，階梯圖程式目前依然是應用最廣泛的撰寫語言，因為它與繼電—接觸器控制線路非常相像，容易因為它與繼電—接觸器控制線路非常相像，容易學習，使用方便。學習，使用方便。

程式範例程式範例