第0讲-预备知识.

1、第0讲-预备知识.2与其他课程的联系：与其他课程的联系： 综合运用电器学、工厂电气控制、可编程控制器等课程的相关知识解决综合运用电器学、工厂电气控制、可编程控制器等课程的相关知识解决实际问题，是一门实践性的课程。实际问题，是一门实践性的课程。 课程安排：课程安排： 3-5周理论教学（周理论教学（4311）；）； 6周熟悉开发环境（周熟悉开发环境（4209） 7-10周实践教学（周实践教学（4513）。）。课程考核：课程考核： 完成课程设计及报告。完成课程设计及报告。 工厂自动化综合实践工厂自动化综合实践3讲解内容：讲解内容： 绪论：绪论： 电气控制与的基础知识电气控制与的基础知识2基础知识基础

2、知识学习说明：学习说明： 了解电气控制系统中常用器件及用途，理解在电气控制系统中的作用。了解电气控制系统中常用器件及用途，理解在电气控制系统中的作用。工厂自动化综合实践工厂自动化综合实践- -绪论绪论 4l电器定义电器定义l l 根据外界施加的信号和要求，能手动或自动地断开或接通电路，断续或连续地改变电路根据外界施加的信号和要求，能手动或自动地断开或接通电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的电工器械。参数，以实现对电或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的电工器械。5l电器分类电器分类l应用场合：一般工业用、特殊工业矿用、农用、应用场

3、合：一般工业用、特殊工业矿用、农用、 其他（航空、船舶等）其他（航空、船舶等）场合场合l有无触点：有触电、无触点、混合式有无触点：有触电、无触点、混合式l组合：单个电器、组合电器组合：单个电器、组合电器l使用系统：电力拖动自动控制系统、电力系统、使用系统：电力拖动自动控制系统、电力系统、 自动化通信自动化通信系统系统l电压等级：高压、低压（电压等级：高压、低压（1.2以下，以下，1.5以下）以下）l工作职能：手动操作、自动操作、其他工作职能：手动操作、自动操作、其他l自动操作：自动切换、自动控制、自动保护自动操作：自动切换、自动控制、自动保护l其他：稳压与调压、启动与调速、检测与变换、牵引传动

4、其他：稳压与调压、启动与调速、检测与变换、牵引传动6l常用低压电器常用低压电器l接触器：直流接触器：直流、交流、交流。l继电器：电磁式继电器：电磁式 、热、热 、时间、时间 、固态、固态 、液位、液位、 温度温度、速度、速度、压力、压力等。等。l电磁电磁 ：电压：电压、中间、中间、电流、电流。l时间时间 ：空气阻尼式、电子式。：空气阻尼式、电子式。l开关：低压断路器、刀开关。开关：低压断路器、刀开关。l低压断路器：塑壳式、万能式。低压断路器：塑壳式、万能式。l主令电器：形成开关、转换开关、接近开关、控制按钮。主令电器：形成开关、转换开关、接近开关、控制按钮。l熔断器：管式、螺旋塞式、快速式。熔

5、断器：管式、螺旋塞式、快速式。l执行电器：电磁铁、电磁阀、电磁制动器。执行电器：电磁铁、电磁阀、电磁制动器。l信号电器：指示灯、蜂鸣器、电铃。信号电器：指示灯、蜂鸣器、电铃。7l电气控制线路电气控制线路8l电气控制线路电气控制线路9l电气控制线路电气控制线路10l可编程控制器（可编程控制器（ ，）的产生，）的产生l20世纪世纪20年代年代继电器控制系统继电器控制系统l 各种继电器、定时器、接触器及触点按一定的逻辑关系组成控制系统各种继电器、定时器、接触器及触点按一定的逻辑关系组成控制系统l20世纪世纪60年代年代小型计算机实现工业控制小型计算机实现工业控制l 成本高，未得到推广成本高，未得到推

6、广l20世纪世纪60年代末年代末第一台可编程控制器（）第一台可编程控制器（）l 根据通用汽车的根据通用汽车的“十条十条”，由美国数字设备公司研制，由美国数字设备公司研制l20世纪世纪70年代年代与微处理器、微型机结合与微处理器、微型机结合l 真正成为一种电子计算机工业控制设备真正成为一种电子计算机工业控制设备l1980年年国外工业界将其命名为国外工业界将其命名为 11l的定义的定义l 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、

7、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。扩充其功能的原则设计。l国际电工委员会（）国际电工委员会（）l1987年年2月月12l的发展历史的发展历史l初级阶段（第一台问世初级阶段（第一台问世20世纪世纪70年代）年代）l功能简单、完成继电器控制系统功能、语言为梯形图。功能简单、完

8、成继电器控制系统功能、语言为梯形图。l崛起阶段（崛起阶段（20世纪世纪70年代年代80年代初）年代初）l控制功能增强、数据处理、模拟量的控制等。控制功能增强、数据处理、模拟量的控制等。l成熟阶段（成熟阶段（20世纪世纪80年代初年代初90年代初）年代初）l大规模多控制器应用、具备通信和联网功能。大规模多控制器应用、具备通信和联网功能。l飞速发展阶段（飞速发展阶段（20世纪世纪90年代初年代初90年代末）年代末）l在过程控制领域大规模使用，功能得到极大提升。在过程控制领域大规模使用，功能得到极大提升。l开放性、标准化阶段（开放性、标准化阶段（20世纪世纪90年代中期以后）年代中期以后）l国际标准

9、国际标准61131逐步完善和实施、逐步完善和实施、61131-3编程语言推广。编程语言推广。13l的发展趋势的发展趋势l向小型化、专用化、低成本方向发展向小型化、专用化、低成本方向发展l随着微电子技术的发展，结构更为紧凑，功能专用，价格降低随着微电子技术的发展，结构更为紧凑，功能专用，价格降低l向大容量、高速度、信息化方向发展向大容量、高速度、信息化方向发展l采用多微处理器系统，集成通信联网功能，存储容量大大增加采用多微处理器系统，集成通信联网功能，存储容量大大增加l智能化模块的发展智能化模块的发展l高速计数模块、定位控制模块、温度控制模块、闭环控制模块、高速计数模块、定位控制模块、温度控制模

10、块、闭环控制模块、l以太网通信模块、现场总线协议通信模块等以太网通信模块、现场总线协议通信模块等l人机界面的发展人机界面的发展l编程工具、各种（单色、彩色显示，触摸屏，覆膜键盘等）、编程工具、各种（单色、彩色显示，触摸屏，覆膜键盘等）、l基于的组态软件基于的组态软件l在过程控制领域的使用以及的冗余特性在过程控制领域的使用以及的冗余特性l为增加过程控制的可靠性，增加了安全性和冗余性产品为增加过程控制的可靠性，增加了安全性和冗余性产品14l的发展趋势的发展趋势l开放性和标准化开放性和标准化l61131、802.3以太网、等以太网、等l通信联网功能的增强和易用化通信联网功能的增强和易用化l易于与和其

11、它智能设备互联，（现场总线接口、以太网接口）易于与和其它智能设备互联，（现场总线接口、以太网接口）l软的概念软的概念l利用软件在机上实现的功能，有一定缺陷，目前推广较慢。利用软件在机上实现的功能，有一定缺陷，目前推广较慢。l（ ）的概念）的概念l的高可靠性和机的高级软件功能结合。的高可靠性和机的高级软件功能结合。l80应用场合使用小型，应用场合使用小型，20%由解决。由解决。l在现场总线控制系统中的位置在现场总线控制系统中的位置l可作为主站成为的主控制器，也可作为从站实现分散式控制可作为主站成为的主控制器，也可作为从站实现分散式控制15l的应用领域的应用领域l中小型单机电气控制系统中小型单机电

12、气控制系统l塑料机械、印刷机械、装订机械、包装机械、组合机床等塑料机械、印刷机械、装订机械、包装机械、组合机床等l制造业自动化制造业自动化l大规模生产流水线大规模生产流水线l运动控制运动控制l与其他控制手段相比，功能强、体积小、价格低、速度快、操作易与其他控制手段相比，功能强、体积小、价格低、速度快、操作易l流程工业自动化流程工业自动化l如电力、石油、化工、造纸等需对物流进行连续加工如电力、石油、化工、造纸等需对物流进行连续加工l对过程控制中的过程参数进行调节对过程控制中的过程参数进行调节16l的特点的特点l抗干扰能力强，可靠性高抗干扰能力强，可靠性高l控制系统结构简单，通用性强控制系统结构简

13、单，通用性强l编程方便，易于使用编程方便，易于使用l功能强大，成本低功能强大，成本低l设计、施工、调试的周期短设计、施工、调试的周期短l维护方便维护方便17l与其他典型控制系统的区别与其他典型控制系统的区别l与继电器控制系统的区别与继电器控制系统的区别l控制逻辑：灵活性和扩展性好控制逻辑：灵活性和扩展性好l工作方式：串行工作方式工作方式：串行工作方式l可靠性和可维护性高可靠性和可维护性高l控制速度：无触点控制，速度快控制速度：无触点控制，速度快l定时控制：定时精度高，不受环境影响定时控制：定时精度高，不受环境影响l设计与施工：周期短，施工快。设计与施工：周期短，施工快。18l与其他典型控制系统

14、的区别与其他典型控制系统的区别l与单片机系统的的区别与单片机系统的的区别l本质区别：在成品单片机控制系统上进行的二次开发本质区别：在成品单片机控制系统上进行的二次开发l使用场合：单机电气控制系统、工业控制使用场合：单机电气控制系统、工业控制l使用过程：硬件工作量小，便于开发使用过程：硬件工作量小，便于开发l使用成本：整体成本相对较低使用成本：整体成本相对较低l学习的难易程度：的图形语言更容易学习的难易程度：的图形语言更容易l就业方向：厂矿企业、制造业生产线、流程工业就业方向：厂矿企业、制造业生产线、流程工业19l分类分类l按点数和容量分类按点数和容量分类l小型机（含微型机）小型机（含微型机）l

15、中型机中型机l大型机大型机l按结构形式分类按结构形式分类l整体式结构整体式结构l模块式结构模块式结构20l的系统组成的系统组成l中央处理单元：由控制器、运算器和寄存器组成中央处理单元：由控制器、运算器和寄存器组成l存储器：包括系统存储器和用户存储器两部分，存储器：包括系统存储器和用户存储器两部分，l 存储器类型包括、和存储器类型包括、和l输入输入/输出单元：信号类型为开关量或模拟量。接口一部分与被控设备相连，另一部分是输入和输出的影像输出单元：信号类型为开关量或模拟量。接口一部分与被控设备相连，另一部分是输入和输出的影像寄存器。寄存器。l电源部分电源部分l扩展接口扩展接口l通信接口：显示、触摸

16、屏、网络等通信接口：显示、触摸屏、网络等l编程设备：基于的编程软件编程设备：基于的编程软件l其他部件：存储卡、电池卡等其他部件：存储卡、电池卡等21l工作过程工作过程l输入采样阶段输入采样阶段l 首先扫描所有输入端子，并将哥各输入状态存入相应的输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷首先扫描所有输入端子，并将哥各输入状态存入相应的输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新。接着系统进入执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变新。接着系统进入执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，器内容保持不变，直到下一个扫描周期的

17、输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。因此，输入信号化，器内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。因此，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，或者说输入信号的频率不能超过采样频率。的宽度要大于一个扫描周期，或者说输入信号的频率不能超过采样频率。22l工作过程工作过程l程序执行阶段程序执行阶段l 进入到程序执行阶段后，一般来说按从左到右，从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、进入到程序执行阶段后，一般来说按从左到右，从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时，就从输入映像寄存器中输出状态时，就从输入映像寄存器中“读入读入”对应输入端子状态，从

18、元件映像寄存器对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入读入”对应元件（对应元件（“软继软继电器电器”）的当前状态。然后进行相应的运算，最新的运算结果马上在存入到相应的元件映像寄存器中。对元）的当前状态。然后进行相应的运算，最新的运算结果马上在存入到相应的元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一元件的状态会随着程序执行过程而刷新。件映像寄存器来说，每一元件的状态会随着程序执行过程而刷新。23l工作过程工作过程l输出刷新阶段输出刷新阶段l 在用户程序执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通在用户程序执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出书刷新阶段一断开）在输出书刷新阶段一起转存到输出锁存器中，通过一定方式集中输出，最后经过输出端子驱动外部负载。在下一个输出刷新阶段起转存到输出锁存器中，通过一定方式集中输出，最后经过输出端子驱动外部负载。在下一个输出刷新阶段开始之前，输出锁存器的状态不会改变，从而相应输出端子的状态也不会改变。开始之前，输出锁存器的状态不会改变，从而相应输出端子的状态也不会改变。24l对输入对输入/输出的处理原则输出的处理原则l输入映像寄存器的数