杭州电子科技大学电气控制与PLC原理1(绪论)课件

1、电气控制与PLC原理 杭州电子科技大学自动化分院第一讲主讲：周亚军1授课计划一、 绪论二、 常用低压电器三、 电气控制线路基础四、 PLC设计基础五、 S7-200PLC基础知识及基本指令六、 梯形图程序设计方法七、 顺序控制梯形图的编程方法八、 PLC网络通信九、 实验2 一、 绪论31、 课程简介 一门实践性很强的综合控制技术课程； 目前这门课已经成为自动化等专业一门非常重要的专业课程。 工业控制技术的重要手段之一，随着企业自动化程度的不断提高，已经得到越来越广泛的应用。 内容包含：低压电器和电气控制的基本知识、PLC控制系统组成结构、指令应用、程序设计和系统设计等五大部分组成。42、 P

2、LC概述 可编程序控制器(Programmable Logical Controller)简称为PC或PLC 。1）PLC是什么？ .工业环境下控制器； .微机控制系统（包含存储器、CPU等微机主要部件，进行逻辑运算和算术运算）； .数字式和模拟式输入输出；5 1985年1月，国际电工委员会（IEC）定义： 一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、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、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于

3、扩充其功能的原则设计。62）产生继电接触器控制 用弱电信号控制强电信号;顺序控制；故障查找与排除非常困难、改造工期长、费用高。 72）产生1969年，美国数据设备公司（DEC）研制成功；并在GM公司汽车生产线上首次应用成功；冲压、焊装、总装和涂装（喷漆）四大工序19751976年，集成电路、计算机技术飞速发展，将CPU集成电路、存储器与控制器有机结合。10可编程序控制器的特点3）可编程序控制器的特点与应用领域可靠性高，抗干扰能力强 通用性强，控制程序可变，使用方便硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强编程简单，容易掌握 系统的设计、安装、调试工作量少维修工作量小，维护方便体积小，能耗低.11 控

4、制系统发展过程 早期的控制系统：现场基地式仪表继电器控制； 现在的控制系统：多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，称为第三代系统，70年代以PLC和DCS(distributed control system) 为代表，在冶金、电力、石油、化工、轻工应用；90年代出现现场总线，工业PC，嵌入式系统。 PLC最初是为了替代继电器控制3）可编程序控制器的特点与应用领域12几种计算机控制器的比较：个人计算机：数据处理能力强，图形显示功能丰富，抗干扰能力差，不适于工业现场。单片机：工业应用过程中需要附加配套的外围电路和接口电路，硬件设计制作和软件设计的工作量大。工业控制计算机（工控机）：采用实时操

5、作系统，抗干扰能力强，价格较高，适合于功能复杂的控制对象，对小型的开关量控制对象有些大材小用，用高级语言或汇编编程。PLC：是专为工厂现场应用环境设计，对印刷电路板、电源、机架、插座的制造和安装，均采取了严密的措施，编程采用梯形图语言易于被工厂的电气人员掌握，故具备了以上的各种优点，优势明显。 随着PLC在数字处理、模拟量闭环控制功能和通讯联网功能的增强，PLC与工控机功能上越来越难以区分。16操作站控制站（器）IPC、数字调节器、PLC、专用控制器管理层计算机操作站控制站（器）IPC、数字调节器、PLC、专用控制器17 Siemens（德国西门子），工厂集成能力，广泛的产品范围和电子商务能力

6、的整合；Allem Bradley（美国AB）对于过程工业提供完整的解决方案；Mitsubishi（日本三菱），微型和小型；Omrom（日本欧姆龙），中型以下； Rockwell（美国罗克韦尔），大型高端市场；他们的销售额超过全球的三分之二 另：Schneider(法国施奈德)，专注于为用户提供集成方案，中、大型；5）典型的几款PLC18s7-200s7-300s7-400西门子（SIEMENS）196）PLC基本类型按控制规模（1）微型机：几十点（2）小型机：500点以下（3）中型机：5001000点（4）大型机：1000点以上（5）超大型机：10000点按结构（1）整体式：（2）模块式：2

7、3整体式24模块式257）可编程序控制器的发展性能提高：4位机8位机16位机32位机 逻辑运算 计时，计数等顺序控制，均属开关量控制； 支持图形编程；数据处理；各种功能控制模块；联网通信功能。26高性能、高速度、大容量发展7）可编程序控制器的发展多CPU结构高性能、流水RISC结构CPU(32位机)增加智能控制功能支持组态设计大力发展微型PLC,不断增强微型PLC的功能掌上PLC高性能支持多种编程方式27低档PLC向小型、简易、廉价方向发展，使之能更加广泛地取代功能简单的继电器控制。例如西门子Logo PLC机。中、高档PLC向大型、高速、多功能方向发展，例如西门子S7-400PLC机。28P

8、LC编程语言标准化7）可编程序控制器的发展IEC1131-3 (IEC 1994年5月公布)顺序功能图（SFC）梯形图功能块图指令表结构文本29PLC与其它工业控制器产品相互融合7）可编程序控制器的发展与个人计算机PC集散控制系统DCS计算机数控CNC30增强通信联网能力317）可编程序控制器的发展大力开发智能I/O模块模拟量I/O、高速计数输入、中断输入、机械运动控制、热电偶输入、条形码阅读器、多路BCD输入/输出、模糊控制器、PID回路控制、通信模块34PLC与现场总线相结合7）可编程序控制器的发展基金会现场总线（Foundation Fieldbus）ProfiBus(过程现场总线)Lo

9、nWorks（局域操作网络）CAN（控制器局域网络）HART（可寻址远程变送器数据通路协议）协议35三、低压电器慨论1、什么是低压电器低压电器是组成成套电气设备的基础配套元件电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件或设备。36低压电器：是指在交流额定电压1200V、直流额定电压1500V及以下，交流50Hz（或60Hz）的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。如：刀开关和刀型转换开关、熔断器、断路器、接触器、继电器、控制器、主令电器、位置开关、按

10、钮、电磁铁和电磁离合器等高压电器：用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器。如：高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等37按用途分类（1）控制电器：用于各类控制电路和控制系统，实现特定控制目的的电器，例如接触器、继电器、电动机软起动器等。（2）配电电器：用于电能的输送和分配的电器，例如低压断路器、刀开关等。根据容量、规格为电气控制设备提供正常工作运转电源，是目前低压电器的主要应用领域。（3）主令电器：控制系统用于发送动作指令、实现位置检测等功能的电器，例如按钮、主令控制器、行程开关等，它提供了人机交互的手段。（4）保护电器：用于保护线路、电气设备和人身安全的电器，如熔断器、

11、漏电保护器、热继电器等。38按动作原理分类1）手动电器： 用手或依靠机械力进行操作的电器，如手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。2）自动电器： 借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器，如接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。39按工作原理电磁式电器依据电磁感应原理工作非电量控制电器靠外力或某种非电物理量的变化而动作分类40低压电器的发展趋势 低压电器在电能的输配、控制和设备保护中的重要作用使得国内外对其新产品研发非常重视。（1） 低压电器小型化 先进的生产工艺、加工工艺和新材料为低压电器产品小型化提供了可能。41低压电器的发展趋势（2）低压电器智能化 智能化低压电器带有微处理器；

12、能准确监测和显示配电线路的运行情况； 能准确地切除过载、短路等各种故障； 能按运行人员的设置要求进行各种操作； 具有运行监测和内部故障自诊断及故障显示功能。 目前，智能化低压电器的发展主要在万能式断路器、塑壳式断路器及电机起动控制、保护器等产品上。42低压电器的发展趋势（3）低压电器网络化Internet协议、现场总线协议（如Profibus、DeviceNet、Modbus、ASI-bus等）、楼宇自动化总线协议（如EuropenInstalltionBUS、Lonwork、IQBUS、BACnet等）等协议在低压电器上的应用。具有通信功能和现场总线技术的智能化低压电器带有通信接口，能和系统

13、通信，构成整个智能化控制系统。43低压电器的发展趋势（4）低压电器电子化电力电子技术与微电子技术应用在低压电器产品中，如固态断路器、混合式接触器、接近开关、固态继电器等。尤其是电子式过载保护器，与传统双金属型过载保护继电器相比，具有安装方便、脱扣动作快而且准确、误差小、重复性好、参数调节方便、节能等优点，是一种更为理想的电动机保护装置。（5）低压电器模块化、组合化产品结构上采用具有独立功能的组件进行装配，形成模块化的积木拼装式结构，每一种模块相对独立，便于功能分割和组合。44电磁式电器工作原理图组成： 电磁机构 触点系统 灭弧装置451铁芯 2线圈 3衔铁 4静触点5动触点 6触点弹簧 7释放

14、弹簧 b）线圈通以交流电电磁式电器工作原理示意图 （a）线圈通以直流电的电磁机构I与无关电磁式电器工作原理图电磁机构46电磁式电器工作原理图触头系统按功能可分为：主触头：用于接通和分断主电路； 辅助触头：用于接通和分断二次电路，还能起互锁和联锁作用。 47电磁式电器工作原理图触头系统分类 按形状可分为：桥式触头和指形触头 。桥式触头又分为点接触、桥式触头和面接触桥式触头。 触头的结构形式 a）点接触桥式 b）面接触桥式 c）线接触指式48触头按位置可分为：静触头和动触头 。静触头固定不动，动触头能由联杆带着移动 。触头按其初始位置可分为：常闭触头和常开触头。常闭触头（又称动断触头）常态时动、静触头是相互闭合的。常开触头（又称动合触头）常态时动、静触头是分开的。49电磁式电器工作原理图灭弧装置电弧的危害 使电路仍然保持导通状态，延迟了电路的开断 会烧损触点，缩短电器的使用寿命。50基本工作原理 当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场使铁芯产生电磁吸力作用于衔铁，电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，使其产生机