电气控制与PLC原理-绪论课件

1电气控制与PLC原理

杭州电子科技大学自动化学院绪论主讲：吴茂刚1电气控制与PLC原理杭州电子科技大学绪论主讲：吴茂刚2一课程简介

电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术。电气控制系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用，是实现工业生产自动化的重要手段。目前，电气控制技术已由继电器接触器硬接线的常规控制转向以计算机为核心的软件控制。什么是电气控制技术？2一课程简介电气控制技术是以各类电动机为动力的传3

当前我国电气控制技术的现状是：一方面继电器接触器控制系统仍然是机械设备最常用的电气控制方式；另一方面，PLC控制系统应用十分普遍，已经成为实现工业自动化的主要手段。本课程从实际应用出发，是一门实用性很强的专业课。它的前续课程有电机及其拖动、电力电子技术、微机原理、通信技术、过程控制等。课程主要内容包括：常用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。3当前我国电气控制技术的现状是：一方面继4二电气控制技术发展概况

随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制；在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统。现代电气控制技术综合应用了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动化技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科技成果。4二电气控制技术发展概况随着科学技术的不断发展、5

总体来说，可将电气控制技术分为三个阶段第一阶段：从集中传动到分散传动

20世纪初，电动机直接取代蒸汽机，开始是成组拖动，用一台电动机通过中间机构实现能量分配与传递，拖动多台生产机械(即成组拖动方式); 20世纪20年代，出现了单电机拖动，即由一台电动机拖动一台生产机械(即单独拖动);

随着生产发展及自动化程度的提高，又出现了多台电动机分别拖动各运动机构的多电机拖动。5总体来说，可将电气控制技术分为三个阶段6

第二阶段：从继电控制到可编程控制器控制继电器—接触器控制系统至今仍是许多生产机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。它主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，由于其控制方式是断续的，故称为断续控制系统。

以软件手段实现各种控制功能、以微处理器为核心的可编程序控制器(ProgrammableLogicController,PLC)，是20世纪60年代诞生并开始发展起来的一种新型工业控制装置。6第二阶段：从继电控制到可编程控制器控制7

第三阶段：从单台设备的PC控制到整个生产线的PC控制在自动化领域，可编程控制器与CAD/CAM、工业机器人并称为加工业自动化的三大支柱，其应用日益广泛。自20世纪70年代以来，电气控制相继出现了直接数字控制(DDC)系统、柔性制造系统(FMC)、计算机集成制造系统(CIMS)、综合运用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、智能机器人、集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统等多项高技术，形成了从产品设计与制造和生产管理的智能化生产的完整体系。7第三阶段：从单台设备的PC控制到整个生产8

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。

低压电器通常是指在交流额定电压1200V、直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。三电气控制系统与PLC概述1.低压电器8电器是一种能根据外界的信号(机械力、电三9按动作原理手动电器：需人工直接操作才能完成指令任务自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令按用途控制电器：用于各种控制电路和控制系统配电电器：用于电能的输送和分配主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令保护电器：用于保护电路及用电设备执行电器：用于完成某种动作或传送功能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低压电器的分类9按动作原理低压电器的分类10电力拖动自动控制系统常用电器10电力拖动自动控制系统常用电器11低压电器图片断路器中间继电器继电器按钮及指示灯交流接触器低压熔断器行程开关11低压电器图片断路器中间继电器继电器按钮及指示灯交流接触器12

工业企业中使用的各种电气设备和生产机械，都广泛采用电动机拖动，电动机的控制是通过不同的控制方式来完成的。生产机械的工艺要求不同，控制电路也就不同，但任何复杂的控制电路都是由一些比较简单的基本控制环节组合而成的。电气控制系统是由电气元件按照一定要求连接而成的。电气控制系统图是用图形的方式来表示电气控制系统中的电气元件及其连接关系。图中采用不同的图形符号表示各种电器元件，采用不同的文字符号表示各电器元件的名称、序号或线路的功能、状况和特征，采用不同的线号或接点编号来表示导线与连接等。2.常规继电器接触器控制系统12工业企业中使用的各种电气设备和生产机械，13应用举例

三相异步电动机单向全压启动、停止控制线路：

主电路由刀开关QS、熔断器FU1、接触器KM的主触点、热继电器FR的热元件和电动机M构成。控制回路由熔断器FU1常闭触点FR、停止按钮SB1、启动按钮SB2、接触器线圈KM和常开触点KM组成。13应用举例三相异步电动机单向全压启动、停止14工作原理

启动时，合上QS，按下按钮SB2，则KM线圈有电，接触器KM吸合，主触点闭合，电动机接通电源开始全压启动，同时KM的辅助常开触点也闭合，使KM吸引线圈经两条路通电。这样，当松手SB2复位跳开时，KM线圈照样通电处于吸合状态，使电动机进入正常运行。这样依靠接触器自身的触点保持通电的现象称为自锁。要使电动机停止运行，只要按一下停止按钮SB1即可。按下SB1，线圈KM断电释放，则KM的主触点断开电源，电动机自停车到转速为零，同时辅助常开触点也断开，控制回路解除自锁，所以手松开按钮，控制回路也不能再自行启动。14工作原理启动时，合上QS，按下按钮SB215保护功能

(1)短路保护由熔断器FU1、FU2分别实现主电路与控制电路的短路保护。

(2)过载保护热继电器FR是作为过载保护用的。热继电器在电动机起动的时间内能经得起起动电流冲击而不动作。当过载时间比较长，热继电器动作，常闭触点FR断开，接触器KM线圈失电跳闸、主触点KM断开主电路，电动机停止运转，实现了电动机的过载保护。

(3)欠压和失压保护依靠接触器本身实现。当电源电压低到一定程度或失电，接触器KM就会释放，主触点把主电源断开，电动机停止运转。15保护功能(1)短路保护由熔断器F163.可编程控制器可编程序控制器简称ProgrammableController—PCPersonalComputer—PCProgrammableLogicController—PLC163.可编程控制器可编程序控制器简称17可编程控制器的定义1985年1月，国际电工委员会（IEC）定义：可编程序控制器是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/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、易于扩充其功能的原则设计。17可编程控制器的定义1985年1月，国际18可编程控制器的特点

由于具有上述特点，使得可编程控制器的应用范围极为广泛。①可靠性高、抗干扰能力强。②适应性强、应用灵活。③编程方便、易于使用。④控制系统设计、安装、调试方便。⑤维修方便、维修工作量小。⑥功能完善。18可编程控制器的特点由于具有上述特点，使得可19可编程控制器的应用①开关量逻辑控制自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机、飞剪等控制②运动控制

金属切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。③闭环过程控制

温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。④数据处理

数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。⑤通信联网

PLC与远程I/O、PLC之间、PLC与其它智能控制器之间。19可编程控制器的应用①开关量逻辑控制自动20可编程控制器的类型按控制规模(输入/输出点数)(1)微型机：几十点

(2)小型机：500点以下

(3)中型机：500-1000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20可编程控制器的类型按控制规模(输入/输出点数)21整体式21整体式22模块式22模块式23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……可编程控制器在现代工业中的应用23操作站控制站（器）…………IPC、数字调节器、PLC、专24操作站控制站（器）…………IPC、数字调节器、PLC、专用控制器……功能：监控（工艺流程显示、表格显示、趋势显示、历史数据查询、报警信息的记录、手自动切换/手动操作、参数设置、其它功能）操作员站：一般操作功能（往往不包括系统中重要参数的设置）工程师站：全部功能·可以通过硬件区分（设置不同的计算机系统、设置不同的键盘等等）·通过操作人员所拥有的密码区分，硬件系统完全相同★★功能：信号的采集、运算（决策）、控制信号的输出、报警处理、网络通信（与其它控制站或者与操作站）……可编程控制器在现代工业中的应用24操作站控制站（器）…………IPC、数字调节器、PLC、专25可编程控制器的编程语言1、梯形图语言在电气控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来。2、语句表语言作用和微机的指令类似，也是由操作码和操作数组成。3、功能块语言是一种以逻辑功能符号组成功能块表达命令的图形语言，不仅容易表现逻辑功能，而且根据信息流把各种功能块加以组合。4、高级语言

BASIC、PASCAL、C等25可编程控制器的编程语言1、梯形图语言26可编程控制器的发展趋势1.方便灵活和小型化。工业上大多数的单机自动控制只需要检测控制参数和有限的动作，不需要使用大型、高功能的PLC2.大容量和高功能化。采用有高速运算能力的片位式微处理器或高功能的16位、32位处理器，而且常采用多CPU。3.机电一体化。为适应机电一体化产品的需要，需进一步增强功能、增大存储量和加快处理速度、缩小体积等。4.通讯和网络标准化。要求各个PLC之间以及PLC与计算机或其他控制设备之间能迅速、准确、及时地互通信息。26可编程控制器的发展趋势1.方便灵活和小型化。工业上大27授课计划一、绪论（3学时）二、常用低压电器（3学时）三、电气控制线路基础(6学时)四、PLC的硬件与工作原理（3学时）

※五、PLC语言与基本逻辑指令（6学时）※六、PLC功能指令（3学时）七、梯形图程序设计方法（3学时）※

八、顺序控制梯形图的编程方法（9学时）※九、实验（８学时）

十、复习课（4学时）

27授课计划一、绪论（3学时）28课堂小结

课程简介电气控制技术发展概况电气控制系统与PLC概述28课堂小结课程简介29电气控制与PLC原理

杭州电子科技大学自动化学院绪论主讲：吴茂刚1电气控制与PLC原理杭州电子科技大学绪论主讲：吴茂刚30一课程简介

电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术。电气控制系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用，是实现工业生产自动化的重要手段。目前，电气控制技术已由继电器接触器硬接线的常规控制转向以计算机为核心的软件控制。什么是电气控制技术？2一课程简介电气控制技术是以各类电动机为动力的传31

当前我国电气控制技术的现状是：一方面继电器接触器控制系统仍然是机械设备最常用的电气控制方式；另一方面，PLC控制系统应用十分普遍，已经成为实现工业自动化的主要手段。本课程从实际应用出发，是一门实用性很强的专业课。它的前续课程有电机及其拖动、电力电子技术、微机原理、通信技术、过程控制等。课程主要内容包括：常用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。3当前我国电气控制技术的现状是：一方面继32二电气控制技术发展概况

随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制；在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统。现代电气控制技术综合应用了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动化技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科技成果。4二电气控制技术发展概况随着科学技术的不断发展、33

总体来说，可将电气控制技术分为三个阶段第一阶段：从集中传动到分散传动

20世纪初，电动机直接取代蒸汽机，开始是成组拖动，用一台电动机通过中间机构实现能量分配与传递，拖动多台生产机械(即成组拖动方式); 20世纪20年代，出现了单电机拖动，即由一台电动机拖动一台生产机械(即单独拖动);

随着生产发展及自动化程度的提高，又出现了多台电动机分别拖动各运动机构的多电机拖动。5总体来说，可将电气控制技术分为三个阶段34

第二阶段：从继电控制到可编程控制器控制继电器—接触器控制系统至今仍是许多生产机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。它主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，由于其控制方式是断续的，故称为断续控制系统。

以软件手段实现各种控制功能、以微处理器为核心的可编程序控制器(ProgrammableLogicController,PLC)，是20世纪60年代诞生并开始发展起来的一种新型工业控制装置。6第二阶段：从继电控制到可编程控制器控制35

第三阶段：从单台设备的PC控制到整个生产线的PC控制在自动化领域，可编程控制器与CAD/CAM、工业机器人并称为加工业自动化的三大支柱，其应用日益广泛。自20世纪70年代以来，电气控制相继出现了直接数字控制(DDC)系统、柔性制造系统(FMC)、计算机集成制造系统(CIMS)、综合运用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、智能机器人、集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统等多项高技术，形成了从产品设计与制造和生产管理的智能化生产的完整体系。7第三阶段：从单台设备的PC控制到整个生产36

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。

低压电器通常是指在交流额定电压1200V、直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。三电气控制系统与PLC概述1.低压电器8电器是一种能根据外界的信号(机械力、电三37按动作原理手动电器：需人工直接操作才能完成指令任务自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令按用途控制电器：用于各种控制电路和控制系统配电电器：用于电能的输送和分配主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令保护电器：用于保护电路及用电设备执行电器：用于完成某种动作或传送功能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低压电器的分类9按动作原理低压电器的分类38电力拖动自动控制系统常用电器10电力拖动自动控制系统常用电器39低压电器图片断路器中间继电器继电器按钮及指示灯交流接触器低压熔断器行程开关11低压电器图片断路器中间继电器继电器按钮及指示灯交流接触器40

工业企业中使用的各种电气设备和生产机械，都广泛采用电动机拖动，电动机的控制是通过不同的控制方式来完成的。生产机械的工艺要求不同，控制电路也就不同，但任何复杂的控制电路都是由一些比较简单的基本控制环节组合而成的。电气控制系统是由电气元件按照一定要求连接而成的。电气控制系统图是用图形的方式来表示电气控制系统中的电气元件及其连接关系。图中采用不同的图形符号表示各种电器元件，采用不同的文字符号表示各电器元件的名称、序号或线路的功能、状况和特征，采用不同的线号或接点编号来表示导线与连接等。2.常规继电器接触器控制系统12工业企业中使用的各种电气设备和生产机械，41应用举例

三相异步电动机单向全压启动、停止控制线路：

主电路由刀开关QS、熔断器FU1、接触器KM的主触点、热继电器FR的热元件和电动机M构成。控制回路由熔断器FU1常闭触点FR、停止按钮SB1、启动按钮SB2、接触器线圈KM和常开触点KM组成。13应用举例三相异步电动机单向全压启动、停止42工作原理

启动时，合上QS，按下按钮SB2，则KM线圈有电，接触器KM吸合，主触点闭合，电动机接通电源开始全压启动，同时KM的辅助常开触点也闭合，使KM吸引线圈经两条路通电。这样，当松手SB2复位跳开时，KM线圈照样通电处于吸合状态，使电动机进入正常运行。这样依靠接触器自身的触点保持通电的现象称为自锁。要使电动机停止运行，只要按一下停止按钮SB1即可。按下SB1，线圈KM断电释放，则KM的主触点断开电源，电动机自停车到转速为零，同时辅助常开触点也断开，控制回路解除自锁，所以手松开按钮，控制回路也不能再自行启动。14工作原理启动时，合上QS，按下按钮SB243保护功能

(1)短路保护由熔断器FU1、FU2分别实现主电路与控制电路的短路保护。

(2)过载保护热继电器FR是作为过载保护用的。热继电器在电动机起动的时间内能经得起起动电流冲击而不动作。当过载时间比较长，热继电器动作，常闭触点FR断开，接触器KM线圈失电跳闸、主触点KM断开主电路，电动机停止运转，实现了电动机的过载保护。

(3)欠压和失压保护依靠接触器本身实现。当电源电压低到一定程度或失电，接触器KM就会释放，主触点把主电源断开，电动机停止运转。15保护功能(1)短路保护由熔断器F443.可编程控制器可编程序控制器简称ProgrammableController—PCPersonalComputer—PCProgrammableLogicController—PLC163.可编程控制器可编程序控制器简称45可编程控制器的定义1985年1月，国际电工委员会（IEC）定义：可编程序控制器是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/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、易于扩充其功能的原则设计。17可编程控制器的定义1985年1月，国际46可编程控制器的特点

由于具有上述特点，使得可编程控制器的应用范围极为广泛。①可靠性高、抗干扰能力强。②适应性强、应用灵活。③编程方便、易于使用。④控制系统设计、安装、调试方便。⑤维修方便、维修工作量小。⑥功能完善。18可编程控制器的特点由于具有上述特点，使得可47可编程控制器的应用①开关量逻辑控制自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机、飞剪等控制②运动控制

金属切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。③闭环过程控制

温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。④数据处理

数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。⑤通信联网

PLC与远程I/O、PLC之间、PLC与其它智能控制器之间。19可编程控制器的应用①开关量逻辑控制自动48可编程控制器的类型按控制规模(输入/输出点数)(1)微型机：几十点

(2)小型机：500点以下

(3)中型机：500-1000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20可编程控制器的类型按控制规模(输入/输出点数)49整体式21整体式50模块式22模块式51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