电器可编程控制原理与应用（全套课件299p）（可编辑）

电器可编程控制原理与应用（全套课件299P）11常用低压电器的分类1按用途或控制对象分类1、配电电器主要用于低压配电系统中。2、控制电器主要用于电气传动系统中。2按动作方式分类1、自动电器依靠自身参数的变化或外来信号的作用，自动完成接通或分断等动作。2、手动电器用手动操作来进行切换的电器，3按触点类型分类1、有触点电器并利用触点的接通和分断来切换电路。2、无触点电器无可分离的触点。主要利用电子元件的开关效应，即导通和截止来实现电路的通、断控制。如接近开关、霍尔开关、电子式时间继电器、固态继电器等。4按工作原理分类1、电磁式电器根据电磁感应原理动作的电器。如接触器、继电器、电磁铁等。2、非电量控制电器依靠外力或非电量信号如速度、压力、温度等的变化而动作的电器。如转换开关、行程开关、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。5按低压电器型号分类为了便于了解和文字符号和各种低压电器的特点，采用我国国产低压电器产品型号编制办法（JB29308110）的分类方法参见附录一，将低压电器分为13个大类，每个大类用一位汉语拼音字母作为该产品型号的首字母。型号第二位汉语拼音字母表示该类电器的各种形式。按低压电器型号分类1刀开关H，例HS为双投式刀开关，HZ为组合开关。2熔断器R，例RC为瓷插式熔断器，RM为密封式熔断器。3断路器D，例DW为万能式断路器，DZ为塑壳式断路器。4控制器K，例KT为凸轮控制器，KG为鼓型控制器。5接触器C，例CJ为交流接触器，CZ为直流接触器。6起动器Q，例QJ为自耦变压器降压起动器QX为星三角起动器。7控制继电器J，例JR为热继电器，JS为时间继电器。8主令电器L，例LA为按钮，LX为行程开关。9电阻器Z，例ZG为管型电阻器，ZT为铸铁电阻器。10变阻器B，例BP为频敏变阻器，BT为起动调速变阻器。11调整器T，例TD为单相调压器，TS为三相调压器。12电磁铁M，例MY为液压电磁铁，MZ为制动电磁铁。13其它A，例AD为信号灯，AL为电铃。12刀开关刀开关是一种手动电器，常用的刀开关有HD型单投刀开关，HS型双投刀开关、HR型熔断器式刀开关、HZ型组合开关、HK型闸刀开关、HY型倒顺开关等。121HD型单投刀开关122HS型双投刀开关HS型双投刀开关也称转换开关，其作用和单投刀开关类似，常用于双电源的切换或双供电线路的切换等，123HR型熔断器式刀开关124组合开关组合开关又称转换开关，控制容量比较小，结构紧凑，常用于空间比较狭小的场所，如机床和配电箱等。组合开关一般用于电气设备的非频繁操作、切换电源和负载以及控制小容量感应电动机和小型电器。125开启式负荷开关和封闭式负荷开关1、HK型开启式负荷开关HK型开启式负荷开关俗称闸刀或胶壳刀开关。由于它结构简单，价格便宜，使用维修方便，故得到广泛应用。主要用作电气照明电路，电热电路。小容量电动机电路的不频繁控制开关，也可用作分支电路的配电开关。2、HH型封闭式负荷开关HH型封闭式负荷开关俗称铁壳开关。刀开关带有灭弧装置，能够通断负荷电流，熔断器用于切断短路电流。一般用于小型电力排灌、电热器、电气照明线路的配电设备中，用于不频繁地接通与分断电路，也可以直接用于异步电动机的非频繁全压启动控制。13熔断器熔断器串接于被保护电路中，电流通过熔体时产生的热量与电流平方和电流通过的时间成正比，电流越大则熔体熔断时间越短，这种特性称为熔断器的反时限保护特性或安秒特性。如图16所示。熔断器种类按结构分为开启式、半封闭式和封闭式；按有无填料分为有填料式、填料式；按用途分为工业用熔断器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器等。132熔断器的主要技术参数熔断器主要技术参数包括额定电压、熔体额定电流、熔断器额定电流、极限分断能力等。1额定电压指保证熔断器能长期正常工作的电压。2熔体额定电流指熔体长期通过而不会熔断的电流。3熔断器额定电流指保证熔断器能长期正常工作的电流。4极限分断能力指熔断器在额定电压下所能开断的最大短路电流。在电路中出现最大电流一般是指短路电流值。所以，极限分断能力也反映了熔断器分断短路电流的能力。133常用的熔断器常用的熔断器1、插入式熔断器，2、螺旋式熔断器，3、RML0型密封管式熔断器，4、RT型有填料密封管式熔断器3、RML0型密封管式熔断器，4、RT0型有填料密封管式熔断器14断路器低压断路器俗称自动开关或空气开关，用于低压配电电路中不频繁通断控制。在电路发生短路、过载或欠电压等故障时能自动分断故障电路，是一种控制兼保护电器。断路器的种类按其用途和结构特点可分为DW型框架式断路器、DZ型塑料外壳式断路器、DS型直流快速断路器和DWX型、DWZ型限流式断路器等。框架式断路器主要用作配电线路的保护开关，塑料外壳式断路器可用作配电线路的保护开关，还可用作电动机、照明电路及电热电路的电源开关。141断路器的结构和工作原理断路器主要由三个基本部分组成即触头、灭弧系统和各种脱扣器，包括过电流脱扣器、失压欠电压脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器。142低压断路器的选择原则1断路器类型的选择应根据使用场合和保护要求来选择。如一般选用塑壳式；短路电流很大选用限流型；额定电流比较大或有选择性保护要求选框架式；控制和保护含有半导体器件的直流电路应选直流快速断路器等。2断路器额定电压、额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压、工作电流。3断路器极限通断能力大于或等于电路最大短路电流。4欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。5过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。15控制器控制器是一种手动操作、直接控制主电路大电流（10600）的开关电器。常用的控制器有KT型凸轮控制器、KG型鼓型控制器和KP型平面控制器。凸轮控制器是一种大型的手动控制器。主要用于起重设备中直接控制中小型绕线式异步电动机的起动、停止、调速、换向和制动，也适用于有相同要求的其他电力拖动场合。16接触器接触器主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等。能频繁地接通或断开交直流主电路，实现远距离自动控制。17起动器起动器用于三相异步电动机的起动停止控制，它是一种成套的低压控制装置。常用的起动器QC型电磁起动器用于远距离直接控制三相笼型异步电动机的起动、停止及正反转控制，主要由接触器和热继电器组成。QJ型减压起动器采用自耦变压器降压，用于控制三相笼型异步电动机的不频繁减压起动控制。QX型起动器为星三角降压起动器，各种起动器控制电路根椐型号和电动机的容量大小而不同。其控制原理在第二章中讲解。18控制继电器控制继电器用于电路的逻辑控制，继电器具有逻辑记忆功能，能组成复杂的逻辑控制电路，继电器用于将某种电量如电压、电流或非电量如温度压力转速时间等的变化量转换为开关量以实现对电路的自动控制功能。继电器的种类按输入量分可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器等。按工作原理可分为电磁式、感应式、电动式、电子式等。按用途分可为控制继电器、保护继电器等。按输入量变化形式可分为有无继电器和量度继电器。有无继电器是根据输入量的有或无来动作的，无输入量时继电器不动作，有输入量时继电器动作。如中间继电器、通用继电器、时间继电器等。量度继电器是根据输入量的变化来动作的，工作时其输入量是一直存在的，只有当输入量达到一定值时继电器才动作。如电流继电器、电压继电器、热继电器、速度继电器、压力继电器、液位继电器等。181电磁式继电器电磁式继电器广泛地应用于低压控制系统中，常用的电磁式继电器有电流继电器、电压继电器、中间继电器以及各种小型通用继电器等。1、电磁式继电器的整定继电器的吸动值和释放值可以根据保护要求在一定范围内调整，现以图111所示直流电磁式继电器为例予以说明。1转动调节螺母，调整反力弹簧的松紧程度可以调整动作电流电压，弹簧反力越大动作电流电压就越大，反之就越小。2改变非磁性垫片的厚度，非磁性垫片越厚衔铁吸合后磁路的气隙和磁阻就越大，释放电流电压也就越大，反之越小，而吸引值不变。3用调节螺丝改变初始气隙的大小，在反作用弹簧力和非磁性垫片厚度一定时，初始气隙越大，吸引电流电压就越大，反之就越小，而释放值不变。2、电磁式继电器的特性继电器的主要特性是输入输出特性，又称为继电特性，如图111B所示。在继电特性曲线中，X2称为继电器吸合值，X1称为继电器释放值。KX1X2称为继电器的返回系数。182中间继电器中间继电器在控制电路中的起逻辑变换和状态记忆的功能，以及用于扩展接点的容量和数量，另外在控制电路中还可以调节各继电器、开关之间的动作时，防止电路误动作的作用。183电流继电器和电压继电器1、电流继电器电流继电器的输入量是电流，它是根据输入电流大小而动作的继电器。电流继电器的线圈串入电路中，以反映电路电流的变化，其线圈匝数少、导线粗、阻抗小。电流继电器可分为欠电流继电器、过电流继电器。2、电压继电器电压继电器的输入量是电路的电压大小，电压继电器根据输入电压大小而动作。与电流继电器类似电压继电器也分为欠电压继电器和过电压继电器两种。电压继电器工作时并联在电路中，因此线圈匝数多，导线细，阻抗大，反映电路中电压的变化，用于电路的电压保护。JS7型空气阻尼式时间继电器JS7型空气阻尼式时间继电器断电延时型185热继电器热继电器主要是用于电气设备（主要是电动机）的过负荷保护，热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护。热继电器的选择原则热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素，具体应按以下几个方面来选择。1热继电器结构型式的选择星形接法的电动机可选用两相或三相结构热继电器，三角形接法的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。2热继电器的动作电流整定值一般为电动机额定电流的05到倍。3对于重复短时工作的电动机如起重机电动机，由于电动机不断重复升温，热继电器双金属片的温升跟不上电动机绕组的温升，电动机将得不到可靠的过载保护。因此，不宜选用双金属片热继电器，而应选用过电流继电器或能反映绕组实际温度的温度继电器来进行保护。186速度继电器速度继电器又称为反接制动继电器，主要用于三相鼠笼型异步电动机的反接制动控制。187液位继电器液位继电器主要用于对液位的高低进行检测发出开关量信号，以控制电磁阀、液泵等设备对液位的高低进行控制。188压力继电器压力继电器主要用于对液体或气体压力的高低进行检测发出开关量信号，以控制电磁阀、液泵等设备对压力的高低进行控制。19主令电器主令电器用于在控制电路中以开关接点的通断形式来发布控制命令，使控制电路执行对应的控制任务。主令电器应用广泛，种类繁多，常见的有按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器、选择开关、足踏开关等。191按钮按钮是一种最常用的的主令电器，用于在控制电路中发布控制命令192行程开关行程开关又叫限位开关，它的种类很多，按运动形式可分为直动式、微动式、转动式等；按触点的性质分为有触点式和无触点式。1、触点行程开关2、无触点行程开关无触点行程开关又称接近开关，它可以代替有触头行程开关来完成行程控制和限位保护，还可用于高频计数、测速、液位控制、零件尺寸检测、加工程序的自动衔接等的非接触式开关。无触点行程开关分为有源型和无源型两种，多数无触点行程开关为有源型，主要包括检测元件、放大电路、输出驱动电路三部分。接近开关按检测元件工作原理可分为高频振荡型、超声波型、电容型、电磁感应型、永磁型、霍尔元件型与磁敏元件型等。不同型式的接近开关所检测的被检测体不同。接近开关输出形式接近开关输出形式有两线、三线和四线式几种，晶体管输出类型有NPN和PNP两种，外形有方型、圆型、槽型和分离型等多种。图1C24为槽型三线式NPN型光电式接近开关的工作原理图和远距分离型光电开关工作示意图。接近开关的图形符号接近开关的主要参数有型式、动作距离范围、动作频率、响应时间、重复精度、输出型式、工作电压及输出触点的容量等。接近开关的图形符号可用图1C25表示。193转换开关转换开关是一种多挡位、多触点、能够控制多回路的主令电器。各种控制设备中线路的换接、遥控和电流表、电压表的换相测量等；也可用于控制小容量电动机的起动、换向、调速。110电阻器电阻可分为两大类，一类为电阻元件，用于弱电电子产品，一类为工业用电阻器件（简称电阻器），用于低压强电交直流电气线路的电流调节以及电动机的起动、制动和调速等。常用的电阻器有ZB型板形和ZG型管形电阻器，用于低压电路中的电流调节。ZX型电阻器，主要用于交直流电动机的起动、制动和调速等。电阻器的主要技术参数有额定电压、发热功率、电阻值、允许电流、发热时间常数、电阻误差及外型尺寸等。电阻器的图形符号如图27所示。111变阻器变阻器的作用和电阻器的作用类似，不同点在于变阻器的电阻可连续可调的。而电阻器的每段电阻固定，在控制电路中可采用串并联或选择不同段电阻的方法来调节电阻值，电阻值是断续可调的。112电压调整器电压调整器的种类较少，TD4型炭阻式电压调整器用于中小容量的交流或直流发电机自动调节电压用。113电磁铁常用的电磁铁有MQ型牵引电磁铁，MW型起重电磁铁，MZ型制动电磁铁等。电磁铁的图形符号和电磁制动器一样，文字符号为。114其它1141信号灯信号灯也叫指示灯，主要用于各种电气设备及线路中作电源指示、显示设备的工作状态以及操作警示等。指示灯的颜色1142报警器常用的报警器有电铃和电喇叭等，一般电铃用于正常的操作信号（如设备起动前的警示）和设备的异常现象（如变压器的过载、漏油）。电喇叭用于设备的故障信号（如线路短路跳闸）。报警器的图形符号如图30所示1143液压控制元件几种常用的液压元件的符号。115电器的文字符号和图形符号1151电器的文字符号国家标淮GB509485电气技术中的项目代号GB715987电气技术中的文字符号制定通则。在GB715987电气技术中的文字符号制定通则中将所有的电气设备、装置和元件分成23个大类,每个大类用一个大写字母表示。文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。基本文字符号分为单字母符号和双字母符号两种。单字母符号应优先采用，每个单字母符号表示一个电器大类，双字母符号由一个表示种类的单字母符号和另一个字母组成，第一个字母表示电器的大类，第二个字母表示对某电器大类的进一步划分。文字符号用于标明电器的名称、功能、状态和特征。同一电器如果功能不同，其文字符号也不同，例如照明灯的文字符号为EL，信号灯的文字符号为HL。辅助文字符号表示电气设备、装置和元件的功能、状态和特征。由一到三位英文名称缩写的大写字母表示。1152电器的图形符号国家标准GB472885电气图用图形符号。图形符号可以根据需要进行组合的，在该标准中除了提供了大量的一般符号之外还提供了大量的限定符号和符号要素，限定符号和符号要素不能单独使用，它相当于一般符号的配件，将某些限定符号或符号要素与一般符号进行组合就可组成各种电气图形符号。第2章电气控制基本电路21控制电路的基本逻辑概念211控制电路的基本组成212控制电器的状态和值213控制电路的逻辑表达式214基本逻辑电路的类型22三相交流异步电动机基本控制电路221鼠笼型电动机直接起动控制电路222鼠笼型电动机降压起动控制电路223绕线型异步电动机起动控制电路224异步电动机的制动控制电路225异步电动机的调速控制电路23直流电动机的控制电路231直流电动机的基本控制特点232直流电动机的控制电路21控制电路的基本逻辑概念电气控制电路根据逻辑关系可以分成三个组成部分输入元件是控制电路的输入逻辑变量，用于对电路的控制，可分为主令元件和检测元件。主令元件是人向控制电路发布控制指令的元件、如按钮、开关等。检测元件是电路和电气控制设备本身向控制电路发布控制指令的元件，用于对电路和电气控制设备的某些物理量如行程距离、温度、转速、压力、电流等的检测。常用的检测元件有行程开关、接近开关、热继电器、电流继电器、速度继电器等。中间逻辑元件是控制电路的中间逻辑变量,用于对电路中变量的逻辑变换和记忆等作用，常用的中间逻辑元件有中间继电器、通用继电器、时间继电器及计数器等。输出执行元件用于对电路控制结果的执行。是控制电路的输出逻辑变量。可分为有记忆功能和无记忆功能两种，有记忆功能的输出执行元件常用的有接触器、继电器等。无记忆功能的输出执行元件常用的有信号灯、报警器、电磁铁、电磁阀、电动机等。212控制电器的状态和值对于输入元件，我们规定开关电器未受外力的原始状态为0状态，开关电器受外力而动作的状态为1状态，开关、接点在断开时的值为0，闭合时的值为1。在未受外力的原始状态下处于断开状态时的开关接点，称为常开开关接点，处于接通状态时的开关接点，称为常闭开关接点。常开开关接点在原始状态下时的值为0。常闭开关接点在原始状态下时的值为1。对于中间逻辑元件和输出执行元件也有两种状态，一种是失电状态，一种是得电动作状态。我们规定元件在失电状态下的值为0，对于有记忆元件常开接点的值为0，常闭接点的值为1。元件在得电状态下的值为1，对于有记忆元件常开接点的值为1，常闭接点的值为0。元件的状态和值213控制电路的逻辑表达式逻辑控制电路的逻辑表达式HL1SB1SB2,HL2SB3SB4,HL3S1S2S3。214基本逻辑电路的类型逻辑电路根据控制逻辑的特点可分为组合电路和时序电路。1、组合电路组合电路的控制结果只和输入变量的状态有关。可以用布尔代数也称开关代数或逻辑代数通过计算而得出。在组合电路中，也是由输入变量、中间逻辑变量和输出逻辑变量三者构成的，但不含有记忆元件。中间逻辑变量也可以根椐逻辑关系将其消除。CABHCDHABDABD例21在楼梯走廊里，在楼上楼下各安装一个开关来控制一盏灯，试画出控制电路。两个开关只有种状态，根据题意分析可知当只有其中一个开关动作时灯亮，两个开关都动作或都不动作时灯不亮，例22用两个开关控制一个七段数码管显示1、2、3、4，试画出控制电路。两个开关有种状态，每个状态显示一个数字，列出真值表如表26所示表26七段数码管显示真值表根据逻辑表达式画出控制电路例3化简下面图25的电路2、时序电路时序电路也称记忆电路，记忆电路中包含有记忆元件，时序电路的控制结果不仅和输入变量的状态有关，也和记忆元件的状态有关。时序电路的控制结果是和输入变量、中间逻辑变量和输出逻辑变量三者都有关系。继电器、接触器是最基本的记忆元件，在电气控制电路中，绝大多数为记忆电路。记忆电路主要用于对短时通断信号如按钮、位置开关等的记忆，常用于各种电动机的起动停止控制，习惯上叫自锁电路。22三相交流异步电动机基本控制电路221鼠笼型电动机直接起动控制电路2多地点起动停止控制图29A为2个地点控制一台电动机的控制电路，每个地点各设一个起动按钮和一个停止按钮。由图可知，这是一个停止优先电路，各停止按钮为串联连接，各起动按钮为并联连接。图29B为另一种多地点控制电路，其特点是各控制点之间的连接导线根数较少，但各控制点之间不存在停止优先的特点。3点动控制具有自锁接点的控制电路，称作连续动作控制，简称连动控制。进行短时的操作调整控制，称为点动控制。接点竞争在开关电路中，一个开关原变量由0变为1或由1变为0时，其反变量则由1变为0或由0变为1有一个过渡过程。过渡过程的快慢将对时序电路的影响称为接点竞争。4互锁控制常用的互锁有输入互锁和输出互锁。互锁主要用于控制电路中有二路或多路输出时保证只有其中一路输出。5正反转直接起动控制电路互锁接点的另外两种作用一是减少或消除主触点在正反转互换时产生的电弧对触点的损坏。二是可以防止主触点因电弧而熔焊在一起时再反向起动时正反转主触点同时闭合而造成短路。6多路输出互锁控制222鼠笼型电动机降压起动控制电路三相鼠笼型异步电动机能否直接起动主要取决于电源变压器的容量和电动机的容量。当鼠笼型电动机不满足直接起动条件时应采用降压起动控制。起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，减少对线路电压的影响，起动后再将电压恢复到额定电压。常用的降压起动控制电路有定子串电阻或电抗、星形三角形换接、自耦变压器延边三角形起动。1定子串电阻减压起动控制电路2自耦变压器降压起动控制电路3改接线降压起动控制电路常见的改接线降压起动控制电路有星形三角形降压起动、沿边三角形三角形降压起动、星形沿边三角三角形降压起动控制电路等。改接线降压起动控制电路一般只能用于正常工作为三角形接线的电动机。一般功率在4千瓦以上的电动机均为三角形接线，由于这种降压起动方式只需改变电动机绕组的接线，无需专门的降压设备。星形三角形降压起动控制的主电路星形沿边三角三角形降压起动控制电路223绕线型异步电动机起动控制电路三相绕线型异步电动机的转子回路可以通过滑环外串接可变电阻来减小起动电流，以达到提高转子电路功率因数和起动转矩的目的。在一般要求起动转矩较高的场合下。调节转子回路电阻的方法很多，有分段调节和连续调节两种。分段调节有时间原则调节，电流原则调节，速度原则调节以及综合原则调节等。连续调节有频敏变阻器、变阻器、水电阻器调节等多种方式。1时间原则转子回路串接电阻起动控制电路转子绕组串接三相起动电阻，一般接成星形。在起动前，起动电阻全部接入电路，起动过程中电阻被逐段地短接。短接的方式有三相电阻不平衡短接法和三相电阻平衡短接法两种。不平衡短接是每相的起动电阻轮流被短接，平衡短接是三相的起动电阻同时被短接。串接在绕线转子异步电动机转子回路中的起动电阻，无论采用不平衡或平衡短接法，其作用基本相同。对于凸轮控制器，各对触头闭合顺序一般按不平衡短接法设计，这样使得控制电路简单，采用不平衡短接法。凡是起动电阻用接触器来短接时，全部采用平衡短接法。时间原则转子回路串接电阻起动控制电路2、电流原则转子回路串接电阻起动控制电路3、转子回路串频敏变阻器起动控制电路224异步电动机的制动控制电路交流异步电动机的制动方法有机械制动和电气制动两种。机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转。常用的机械制动装置有电磁抱闸制动、电液闸制动、带式制动和盘式制动等。电气制动是在电动机上产生一个与原转子转动方向相反的制动转距，迫使电动机迅速停转。电气制动方法有反接制动、能耗制动、阻容制动、发电制动等。1、机械制动机械制动的特点停车准确，不受中途断电或电气故障的影响而造成事故。机械制动的制动力矩在一定范围内可以克服任何外加力矩，例如当提升重物时，由于抱闸的作用力，可以使重物停留在需要的高度，这是电气制动所不能达到的。但是制动时间越短，冲击振动越大。机械制动需要在电动机的轴伸端安装机械制动装置，这柯对某些空间位置比较紧凑的生产机械来说就有些困难的。机械制动一般应用在起重卷扬等设备上。电磁抱闸制动控制电路2、反接制动反接制动是在电动机停止时向定子绕组中通入反向序的电压，给转子一个反向转矩，使电动机产生一个向反方向旋转的力，使电动机转速迅速下降到零，当转速下降至接近零时及时将电源切除，以防电动机反向起动。（2）可逆反接制动控制电路具有反接制动电阻的正反向反接制动控制电路3、能耗制动控制电路能耗制动是在电动机脱离三相交流电源之后在定子绕组上加一个直流电压，即通入的直流电流在定子绕组中产生一个静止磁场，由于转子的惯性而旋转切割磁力线，利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。根据能耗制动时间控制原则，可用时间继电器进行控制，也可以根据能耗制动速度原则，用速度继电器进行控制。1单向能耗制动控制电路（2）可逆能耗制动控制电路225异步电动机的调速控制电路对于异步电动机，根据转速公式为N601SF1/P，可知调速的方法有改变转差率S串级调速；改变电源频率F1变频调速；改变极对数P变极调速。1、改变极对数调速控制电路改变极对数主要是通过改变电动机绕组的接线方式来实现的。接线方式的改变，可以用手动控制也可以采用时间继电器按照时间原则来控制的。变极电动机一般有双速、三速和四速之分。双速电动机定子可装一套绕组，也可装两套绕组。三速和四速电动机定子一般装两套绕组。1改变极对数调速控制电路用按钮和接触器控制双速电动机的控制电路2三速变极调速电动机控制电路2改变转差率调速控制电路对于绕线式异步电动机可采用转子回路串电阻的方法来实现改变转差率调速。电动机的转差率S随着转子回路电阻的变化而变化，使电动机工作在不同的人为特性上，以获得不同转速，从而实现调速的目的。绕线式异步电动机转子回路串电阻调速控制有两种方式一种是用凸轮控制器直接控制电动机的主电路，由于控制器的触点容量和数量有限，所以只用于小容量的电动机。另一种是采用主令控制器和磁力控制屏配合进行控制，适用于大容量的电动机调速要求比较高，起动和工作比较繁重的场合。下面介绍用凸轮控制器进行起动调速控制的电路。凸轮控制器结构简单、工作可靠、维护方便、与控制箱屏相比外型尺寸小，广泛用于控制中、小型起重机运行机构和小型起重机起升机构的电动机。绕线式异步电动机转子串电阻的调速控制电路23直流电动机的控制电路直流电动机可按励磁方式来分类可分它励、并励、串励及复励电动机。在机床等设备中，以它励和并励直流电动机应用较多，在牵引设备中，如机车等则以串励直流电动机应用较多。直流电动机的直流电源通常由交流电整流获得，分为可控与不可控直流电源两种。可控电源通常为直流发电机组或者晶闸管可控整流装置提供。不可控直流电源一般由交流电源经整流变压器及整流器提供。下面先介绍工厂常用的直流电动机的起动、正反转、调速及制动的特点，然后再介绍一些基本电路。231直流电动机的基本控制特点1、它励直流电动机的起动控制电动机最常用的起动方法有电枢串电阻起动和减压起动两种。2、直流电动机的正反转控制改变直流电动机的转向有两个方法，一是电动机的励磁绕组端电压的极性不变，改变电枢绕组端电压的极性；二是电枢绕组两端电压极性不变，而改变励磁绕组两端电压的极性。3、直流电动机的调速控制直流电动机转速调节主要有以下四种方法1改变电枢回路电阻值调速2改变励磁电流调速3改变电枢电压调速4混合调速4、制动控制直流电动机的电气制动方法有1能耗制动2反接制动3再生发电制动232直流电动机的控制电路1电枢回路串电阻的起动与调速控制电路2带有能耗制动的正反转控制电路3直流电动机可逆起动反接制动的控制电路第3章PLC的基本结构和工作原理31PLC的组成311概述可编程序控制器PROGRAMMABLECONTROLLER，简称PC，为了与个人计算机PERSONALCOMPUTER的PC相区别，又称可编程逻辑控制器PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER，简称PLC。在国内市场上，欧洲的代表是西门子公司，日本的代表是三菱和欧姆龙公司，美国的代表是AB与GE公司。本书主要介绍三菱公司生产的FX2N型PLC的基本组成，原理与应用。在了解PLC工作原理与特点的基础上，重点介绍小型PLC的应用技术。包括小型PLC的硬件与系统构成、基本性能、指令与编程方法、控制系统的硬件与软件的设计方法、系统的安装与调试等。PLC实质上是一种工业控制计算机。在初次学习PLC的控制原理时，可以先不必从计算机的角度上去理解它，而把它当作一个由各种控制功能的继电器、开关等控制元件组成的控制装置来看待。312初步认识可编程控制器PLCFX2N型PLC外观各种类型的PLC中、大型PLC的结构外型中、大型PLC的结构外型，它通常采用积木式结构，可以根据需要将各种标准模块进行搭接，常用的模块有电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块以及各种特殊模块。32PLC的基本工作原理321PLC的等效电路在PLC中有大量的、各种各样的继电器，如输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C等。不过这些继电器不是真正的继电器，而是用计算机中的存储器来模拟的，我们把它叫作软继电器。存储器中的某一位就可以表示一个继电器，这种继电器也叫位继电器。存储器中的一位有两种状态“0”和“1”。我们用0表示继电器失电，用1表示继电器得电。把“0”或“1”写入存储器中的某一位就表示对应的继电器线圈失电或得电。读出该存储器某位的值为0时，表示对应继电器的常开接点断开；为1时，表示对应继电器的常开接点闭合。而常闭接点的值是对存储器位的取反。读存储器的次数是不受限制的，所以一个位继电器的接点从理论上讲是无穷多的。可编程序控制器图形符号为了区别常规控制电路和PLC控制电路通常叫梯形图，PLC一般用专用图形符号来表示，如表31所示，其中可编程序控制器的继电器线圈可有多种画法。电动机降压起动控制输入部分元件热继电器FR、停止按钮SB1、起动按钮SB2；中间逻辑部分元件中间继电器KA、时间继电器KT；输出执行部分元件接触器KM1、KM2。用PLC控制电动机降压起动控制用PLC控制电动机降压起动控制等效电路图322LC的工作过程322LC的工作过程梯形图的过程可分为以下三个阶段输入采样阶段程序处理阶段输出刷新结果输出阶段PLC完成上述3个阶段称为一个扫描周期。PLC反复不断地执行上述过程。扫描周期的长短和PLC的运算速度和工作方式有关，但主要和梯形图的长度及指令的种类有关，一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百毫秒之间。PLC执行梯形图读程序是一步一步进行的，所以它的逻辑结果也是由前到后逐步产生的，为串行工作方式。常规电器的控制电路中所有的控制电器都是同时工作的，在通电和得电顺序上不存在先后的问题，为并行工作方式。323PLC的接线图和梯形图的绘制方法梯形图采用水平布置画法，梯形图最左边的竖线叫作左母线，右边的竖线叫作右母线，右母线可以省略不画，左右母线相当于电源线。画梯形图时应注意1梯形图中的连接线相当于导线不能相互交叉，并且只能水平或垂直绘制，2梯形图中的接点一般只能水平绘制，不能垂直绘制，3各种继电器线圈只能与右母线连接，不能与左母线连接，4接点不能与右母线连接，5接点中的“电流”只的从左向右单方向流动，不能出现反向流动的现象。图216自耦变压器降压起动控制电路采用PLC控制的接线图和梯形图324串行工作方式对梯形图控制结果的影响梯形图中继电器线圈的接点在线圈之前和在线圈之后，对它的控制结果可能是有影响的。点动控制的电路图和梯形图33PLC的输入输出接口电路PLC的输入输出接口电路是与外部控制电路联络的主要通道。输入输出接口模块在设计时采取了光电隔离、滤波等抗干扰措施，以提高PLC工作的可靠性，对各种型号的输入输出接口模块，我们可以把它们以不同形式进行归类。按照信号的种类归类有直流信号输入、输出，交流信号的输入、输出；按照信号的输入、输出形式分有数字量输入、输出，开关量输入、输出，模拟量输入输出。下面通过开关量输入、输出模块来说明外部设备与CPU的连接方式。331开关量输入接口模块输入形式有两种源型公共端COM接极和漏型公共端COM接极。我国一般采用漏型输入形式。开关量输入设备也有两种型式一种是无源开关，如各种按钮、继电器接点、控制开关等；一种是有源开关，如各种接近开关、传感器、编码器、光电开关等。PLC漏型输入的外部接线332开关量输出接口模块开关量输出模块通常有三种形式继电器输出可驱动直流30V或交流250V负载，驱动负载大，但响应时间慢。常用于各种电动机、电磁阀、信号灯等负载的控制。晶体管输出属直流输出，能驱动530V直流负载，驱动负载较小，但响应时间快。多用于电子线路的控制。双向晶闸管输出为交流输出。能驱动85240V交流负载。驱动负载较大，响应时间较慢。332开关量输出接口模块34FX2N型PLC的配制341FX2N型PLC的主要种类及型号1、FX2N型PLC的主要种类FX2N型PLC按品种可分为1基本单元由内部电源、内部输入输出、内部CPU和内部存储器组成，只有基本单元可以单独使用，当输入输出点数不足时可以进行扩展。2扩展单元由内部电源、内部输入输出组成，需要和基本单元一起使用。3扩展模块由内部输入输出组成，自身不带电源，由基本单元、扩展单元供电，需要和基本单元一起使用。4特殊扩展设备可分为三类特殊功能板用于通信、连接和模拟量设定等，特殊模块主要有模拟量输入输出、高速计数、脉冲输出、接口等模块，特殊单元用于定位脉冲输出。2、FX2N型PLC的型号FX2N型PLC的型号可表示如下FX2N128MR001PLC系列名称，输入和输出点数总和，128为64点输入和64点输出，单元种类M基本单元，E输入输出混合扩展模块及扩展单元，EX输入专用扩展模块，EY输出专用扩展模块，输出型式R继电器输出，S晶闸管输出，T晶体管输出，其它区分001专为中国推出的产品。342FX2N型PLC的产品规格表34基本单元一览表342FX2N型PLC的产品规格表35扩展单元一览表342FX2N型PLC的产品规格表36扩展模块一览表35PLC中的软元件在PLC中软元件有三种类型。第一种为位元件，PLC中的输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M和状态继电器S为位元件。存储单元中的一位表示一个继电器，其值为“0”或“1”，“0”表示继电器失电，“1”表示继电器得电。第二种为字元件，最典型的字元件为数据寄存器D，一个数据寄存器可以存放16位二进制数，两个数据寄存器可以存放32位二进制数，在PLC控制中用于数据处理。定时器T和计数器C也可以作为数据寄存器来使用。第三种为位与字混合元件，如定时器T和计数器C，它们的线圈和接点是位元件，它们的设定值寄存器和当前值寄存器为字元件。351输入、输出继电器X、Y表39输入继电器和输出继电器元件分配表例31用PLC控制一个电热水箱，如图313所示，电热水箱用3KW电加热器烧水，用2个水位开关检测水位。控制要求首先进水电磁阀得电打开，进水，当水位高于水位开关1时，加热器得电开始加热，当水位高于水位开关2时，进水电磁阀失电关闭，当加热器加热到100度时停止，放水电磁阀得电将放水阀打开，水龙头可以放水。当水位低于水位开关1时，加热器不得加热，进水电磁阀重新得电开始进水。进水时放水电磁阀关闭。电热水箱PLC的控制352辅助继电器M辅助继电器M相当于中间继电器，它只能在内部程序梯形图中使用，不能对外驱动外部负载，在梯形图用于逻辑变换和逻辑记忆作用。辅助继电器有通用辅助继电器、断电保持辅助继电器和特殊辅助继电器。1、通用辅助继电器通用辅助继电器的元件编号为M0M499，共500点。它和普通的中间继电器功能一样，运行时如果通用辅助继电器线圈得电，当电源突然中断时线圈失电，若电源再次接通时，线圈仍失电。可通过参数设定将其改为断电保持辅助继电器。2、断电保持辅助继电器断电保持辅助继电器的元件编号为M500M3071其中M500M1023共524点，可通过参数设定将其改为通用辅助继电器。M1024M3071共2048点，为专用断电保持辅助继电器。其中M2800M3071用于上升沿，下降沿指令的接点时，有一种特殊性。例32用传送带运送产品。传送带由三相鼠笼型电动机控制，在传送带末端安装一个限位开关SQ，工人在传送带首端放好产品，按下起动按钮，传送带开始运行。当产品到达传送带末端并超过限位开关（即产品全部离开传送带）时，皮带停止。传送带PLC控制接线图和梯形图例34一辆小车在一条线路上运行，如图318所示。线路上有15共5个站点，每个站点各设一个行程开关和一个呼叫按钮。要求无论小车在哪个站点，当某一个站点按下按钮后，小车将自动行进到呼叫点。试用PLC对小车进行控制。小车行走PLC控制图小车行走PLC控制图3、特殊辅助继电器特殊辅助继电器的元件编号为M8000M8255，共有256点。特殊辅助继电器通常分为两大类。1接点型只读型特殊辅助继电器此类辅助继电器的接点由PLC定义，在用户程序中只可直接使用其触点。下面介绍几种常用的接点型特殊辅助继电器的定义和应用实例。M8000运行监控。常开接点，PLC在运行RUN时接点闭合。M8002初始化脉冲。常开接点，仅在PLC运行开始时接通一个扫描周期。M8005锂电池电压降低。锂电池电压下降至规定值时接点闭合，可以用它的触点和输出继电器驱动外部指示灯，以提醒工作人员更换锂电池。M8011M8014分别为10MS、100MS、1S、1MIN时钟脉冲。占空比均为05。例M8013为1秒钟时钟脉冲，该接点为05秒接通，05秒断开。2线圈型可读可写型特殊辅助继电器这类特殊辅助继电器由用户程序控制其线圈，当其线圈得电时能执行某种特定的操作。如M8033、M8034的线圈等。M8030M8030的线圈得电时，PLC面板上的锂电池电压降低指示灯熄灭。M8033M8033的线圈得电时，在PLC停止STOP时，元件映象寄存器中Y、M、C、T、D等的数据仍保持。M8034线圈得电时全部输出继电器失电不输出。M8035强制运行RUN模式。M8036强制运行RUN指令。M8037强制停止STOP指令。M8039线圈得电时，PLC以D8039中指定的扫描时间工作。这类继电器不仅可以用其线圈，也可以用其接点。用特殊辅助继电器控制PLC的运行和停止353状态继电器S状态继电器S主要用于步进顺序控制。状态继电器有3种类型。元件编号范围为S0S999。1、通用型状态继电器S0S499共500点，其中S0S9共10点用于初始状态，S10S19共10点用于回零状态。通用型状态继电器没有失电保持功能。2、失电保持型状态继电器S500S899共00点，在失电时能保持原来的状态不变。3、报警型状态继电器S900S999共100点，失电保持型，它和功能指令ANS、ANR等配合可以组成各种故障诊断电路，并发出报警信号。利用外部设备（如编程软件或编程器）进行参数设定，可改变其状态继电器的失电保持的范围。状态继电器如果不用于步进指令编程，也可以当作辅助继电器使用，使用方法和辅助继电器一样。354定时器T定时器相当于通电延时型时间继电器，在梯形图中起时间控制作用。FX2N系列PLC给用户提供了256个定时器，其编号为T0T255。定时器按时钟脉冲分有1MS、10MS、100MS三挡。1、定时器的基本用法2、定时器设定值的设定方法1常数设定方法用于固定延时的定时器，如图323和图324的设定值均为十进制常数设定。2间接设定方法一般用数据寄存器D存放设定值，数据寄存器D中的值可以是常数，也可以是用外部输入开关或数字开关输入的变量，间接设定方法灵活方便，但是一般需要占用一定数量的输入量。3机能扩充板设定方法用FX2N8AVD型机能扩充板，安装在PLC基本单元上，扩充板上有8个可变电阻旋钮可以输入8点模拟量，并把模拟量转换成8位二进制数0255。当设定值大于255时，可以用乘法指令MUL乘以一个常数使之变大作为定时器的设定值。编程方法详见功能指令VRRD。定时器设定方式3、定时器的误差定时器的误差定时器的误差可以表示如下4、典型定时器应用梯形图1断电延时型定时器2通断电均延时型定时器4、典型定时器应用梯形图3定时脉冲电路4震荡电路4、典型定时器应用梯形图5占空比可调震荡电路6上升沿单稳态电路4、典型定时器应用梯形图7下降沿单稳态电路例35为了保证运行安全，许多大型生产机械在运行起动之前需用电铃或蜂鸣器发出报警信号，预示机器即将起动，警告人们迅速退出危险地段。试设计PLC控制接线图和梯形图。例36用按钮控制三台电动机，为了避免三台电动机同时起动，起动电流过大，要求每隔5秒起动一台，试设计PLC控制梯形图。355计数器C计数器用于对各种软元件接点的闭合次数进行计数。计数器可分为两大类内部信号计数器和外部信号计数器即高速计数器。1内部信号计数器内部信号计数器用于对PLC中的内部软元件如X、Y、M、S、T、C的信号进行计数。可分为16位加计数器（共200点）和32位加减计数器（共35点）。116位加计数器L6位加计数器的元件编号为C0C199。其中C0C99为通用型，C100C199为断电保持型。设定值为K1K32767。232位加减计数器32位加减计数器C200C234可以加计数，也可以减计数，其加减计数方式由特殊辅助继电器M8200M8234设定。如表312所示。当特殊辅助继电器为1时，对应的计数器为减计数，反之为0时为加计数。232位加减计数器2、典型计数器应用梯形图1循环计数器2长延时定时器（3）365天定时器4单按钮控制电动机起动停止例37用PLC控制一个圆盘，圆盘的旋转由电动机控制。要求按下起动按钮后每转1圈后停止3秒，转5圈后停止。3、高速计数器高速计数器采用中断工作方式，和扫描周期无关，可以对高频率的输入信号计数。高速计数器只对固定的输入继电器X0X5进行计数。高速计数器都具有停电保持功能，也可以利用参数设定变为非停电保持型。如果不作为高速计数器使用时也可作为32位数据寄存器使用。高速计数器各种高速计数器的使用方法1一相一计数输入高速计数器一相一计数输入高速计数器的编号为C235C245，共有11点。2一相二计数输入高速计数器一相二计数输入高速计数器的编号为C246C250。3AB相计数输入高速计数器AB相高速计数器的编号为C251C255，共5点。AB相高速计数器的两个脉冲输入端子是同时工作的，其计数方向的控制方式由A、B两相脉冲间的相位决定。4高速计数器的使用频率C235、C236、C246和C251四个高速计数器为硬件计数器。单相输入的C235、C236、C246最高频率为60KHZ，双相输入的C235最高频率为30KHZ。如果硬件计数器采用高速计数器专用比较指令FNC53（DHSCS）、FNC54（DHSCR）、FNC55（DHSZ）就变成了软件计数器。其它高速计数器为软件计数器，C237C245、C247C250单相/FNC56SPD最高频率为10KHZ，C252C255双相最高频率为5KHZ。在程序中采用高速计数器专用比较指令FNC53（DHSCS）、FNC54（DHSCR）时单相计数器最高频率为10KHZ，双相计数器C251最高频率为5KHZ，C252C255最高频率为4KHZ。采用FNC55（DHSZ）时单相计数器最高频率为55KHZ，双相计数器最高频率为4KHZ。多个高速计数器同时使用，或高速计数器和FNC56（SPD）、FNC57（PLSY）、FNC59（PLSR）同时使用时，其频率数总计不得超过表316中的频率数总计。注意，作为硬件计数器的不算其内。例如在一个程序中同时使用了如表317所示的计数器和功能指令。356数据寄存器器D数据寄存器数据寄存器1、普通型数据寄存器普通型数据寄存器元件号为D0D199，共200点。2、停电保持型的数据寄存器停电保持型的数据寄存器元件号为D100D511，共312点。3、停电保持专用型的数据寄存器停电保持专用型的数据寄存器元件号为D512D7999，共7488点。4、特殊型的数据寄存器特殊型的数据寄存器元件号为D8000D8255，共256点。5、变址寄存器V、Z数据寄存器变址寄存器元件号为V0V7、Z0Z7共16点。特殊型的数据寄存器特殊用途的数据寄存器有两种一种是只能读取或利用其中数据的数据寄存器。如可以从D8005中读取PLC中锂电池的电压值。一种是用于写入特定的数据的数据寄存器。如图348中，利用传送指令MOV向监视定时器时间的数据寄存器D8000中写入设定时间