某大学电气专业自动控制技术经典课件

电气自动控制技术12.1常用控制电器12.2

三相异步电动机基本控制电路12.3可编程序控制器12.4可编程序控制器应用举例了解常用低压电器的结构、功能和用途掌握自锁、联锁的作用和方法掌握过载、短路和失压保护的作用和方法4.掌握基本控制环节的组成、作用和工作过程。能读懂简单的控制电路原理图、能设计简单的控制电路本章要点5.了解可编程控制器的硬件结构和原理6.了解可编程控制器基本指令和编程方法7.了解可编程控制器的简单应用

应用电动机拖动生产机械，称为电力拖动。利用继电器、接触器实现对电动机和生产设备的控制和保护，称为继电接触控制。

以微型计算机为核心，使用软件编程的方法代替继电器硬件的连接，可以很容易通过改变控制对象的运转程序来改变其控制过程，这种控制为PLC。第12章电气自动控制技术12.1常用控制电器12.1.1

刀开关和熔断器

刀开关是一种结构简单的手动电器，又称闸刀开关。通常用来不频繁地接通或断开容量不大的三相异步电动机、低压供电电路，或作为用电设备与电源分离的隔离开关。(a)外形图(b)电路符号

符号FU熔断器额定电流IN的选择（1）电灯、电炉等电阻性负载IN>IL（3）频繁起动的电机（2）空载启动的电机熔断器用于低压线路中的短路保护。

常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。可实现短路、过载、失压保护。12.1.2自动空气断路器（自动开关）锁钩主触点手动闭合

过流脱扣器

欠压脱扣器衔铁释放自动空气断路器原理图连杆装置释放弹簧12.1.3主令电器(b)结构按钮常用于接通和断开控制电路。按钮的外形图和结构如图所示。按钮开关的外形和结构(a)外形图常闭触点常开触点1、按钮

复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式触头常开静触头外壳4SBSBSB结构符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(起动按钮)复合按钮1234123按钮帽实现电路自动切换、限位保护和行程控制等。2、行程开关(限位开关)(b)示意图

结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。未撞击撞击(a)外形图ST常开触点常闭触点ST(c)

符号M3~3、

组合开关

组合开关又称转换开关，由数层动、静触片组装在绝缘盒而成的。动触点装在转轴上，用手柄转动转轴使动触片与静触片接通与断开。可实现多条线路、不同联接方式的转换。右图为用转换开关实现三相电动机起停控制的接线图。12.1.4接触器用于远距离频繁地地接通和断开交直直流电路及大容量量控制电路电器。。接触器通常为三对对常开触点，允许通过大大电流，常用于主电路中。。接触器结构线圈辅助触点铁心衔铁电源电机主触点常闭常开弹簧接触器工作原理理接触器符号线圈KM用于主电路流过过的大电流（需需加灭弧装置置）用于控制电路流流过的小电流（（无需加灭弧装装置）属于同一器件的的线圈和触点用用相同的文字表表示接触器技术指标标：额定工作电压、电流、触点数目等。动合(常开)主触点KM常用的交流接触触器有CJ10、CJ12、CJ120等系列。KM动合(常开)辅助触点动断(常闭)辅助触点KM12.1.5热继电器用于电动机的过过载保护。热继电器外形与与结构(a)外形(b)结构~发热元件接入电电机主电路，若若长时间过载，，双金属片被加加热。因双金属属片的下层膨胀胀系数大，使其其向上弯曲，杠杠杆被弹簧拉回回，常闭触点断断开。发热元件杠杆工作原理：结构原理图双金属片常闭触头热继电器结构和和工作原理热继电器的符号号串联在主电路中中串联在控制电路路中常闭触头FR发热元件FR通电延时的空气气式时间继电器器结构示意图常开触头延时闭合常闭触头延时打开常开触头常闭触头线圈通电衔铁向下吸合连杆动作触头动作工作原理:调节螺丝进气孔托板线圈动铁心恢复弹簧挡块释放弹簧活塞杆橡皮膜排气孔12.1.6时间继电器时间继电器触头头类型常闭断电后延时闭合常开断电后延时断开通电延时式瞬时动作延时动作常闭触点常开触点常开通电后延时闭合常闭通电后延时断开断电延时式继电接触控制线线路由一些基本本控制环节组成成，下面介绍继继电接触控制线线路的绘制。在电工技术中所所绘制的控制线线路图为原理图图，它不考虑电电器的结构和实实际位置，突出出的是电气原理。电器继电控制原原理图的绘制原原则及读图方法法：1.按国家规定的电电工图形符号和和文字符号画图图2.控制线路由主电电路（被控制负负载所在电路））和控制电路（控制主主电路状态）组组成3.属同一电器元件件的不同部分（如接触器的线线圈和触点）按其功能能和所接电路的的不同分别画在在不同的电路中，但必须标注相同的的文字符号4.所有电器的图形形符号均按无电电压、无外力作作用下的正常状态画出出，即按通电前的状态绘制5.与电路无关的部部件（如铁心、、支架、弹簧等等）在控制电路中不画出出分析和设计控制制电路时应注意意以下几点：1.使控制电路简单单，电器元件少少，而且工作又又要准确可靠2.尽可能避免多个个电器元件依次次动作才能接通通另一个电器的控制电路路3.必须保证每个线线圈的额定电压压，不能将两个个线圈串联熔断器FU交流接触器KM组合开关Q按扭SBSB1SB2热继电器FRM3～12.2三相异步电动机机基本控制电路路12.2.1直接起停和点动动控制(a)结构图1.直接起停电动机的保护短路保护是因短路电流会会引起电器设备备绝缘损坏产生生强大的电动力力，使电动机和和电器设备产生生机械性损坏，，故要求迅速、、可靠切断电源源。通常采用熔断器FU和过流继电器等。欠压是指电动机工作作时，引起电流流增加甚至使电电动机停转，失压是指电源电压消消失而使电动机机停转，在电源源电压恢复时，，电动机可能自自动重新起动，，易造成人身或或设备故障。常常用的失压和欠欠压保护有：对对接触器实行自锁；用低电压继电器组成失压、欠压压保护。过载保护是为防止三相电电动机在运行中中电流超过额定定值而设置的保保护。常采用热继电器FR保护，也可采用用自动开关和电流继电器保护。2.既能长期期工作又又能点动动的控制制电路按下起动动按钮SB2，电动机机运转，，松开起起动按钮钮，电电动机停停转。点动按钮钮SB3的作用：：（1）使接触触器线圈圈KM通电；（2）使线圈圈KM不能自锁锁。KMSB2FRKMSB1~SB3复合按钮钮2.既能长期期工作又又能点动动的控制制电路KMSB2FRKMSB1~SB3后闭合先断开按下SB3闭合电机运转转点动时：：自锁触点点不起作作用通电KMSB2FRKMSB1~SB3先断开后闭合断开断电2.既能长期期工作又又能点动动的控制制电路松开SB32.既能长期期工作又又能点动动的控制制电路松开SB3电机停转转实现点动动用途:试车、检检修以及及车床主主轴的调调整等。。KMSB2FRKMSB1~SB3先断开后闭合断开断电12.2.2正反转和和行程控控制将电动机机接到电电源的任任意两根根线对调调一下，，即可使使电动机机反转。。需要用两两个接触触器来实实现这一一要求。。当正转接接触器工工作时，，电动机机正转；；当反转接接触器工工作时，，将电动动机接到到电源的的任意两根联联线对调调一下，，电动机机反转。。1.正反转按下SBFSBKMF在同一时时间内，，两个接接触器只只允许一一个通电电工作的的控制作作用，称称为“联锁”。“联锁”触触点利用接触触器的触触点实现现联锁控控制称电气联锁锁。缺点：改变转向向时必须须先按停停止按钮钮。解决措施施：在控制制电路中中加入机机械连锁锁。KMRSBFKMFKMFSBRKMRKMR.....通电断开断电电机正转闭合机械联锁电气联锁利用复合按钮的触触点实现联锁控制制称机械联锁。鼠笼式电动机正反反转的控制线路KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMRKMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR当电机正转时，按下反转按钮SBR先断开断电闭合通电断开停止正转闭合闭合电机反转2.行程控制自动往返运动：1.能正向运行也能反反向运行2.到位后能自动返回回行程控制：控制某些机械的行行程，当运动部件件到达一定行程位位置时利用行程开开关进行控制。STaSTb电机正程限位开关STaSTb逆程STaSTb前进（正转）后退12按SBF时KMF通电（其常闭断断开，常常开闭合））KMF断电KMR通电自动往返运运动：电机正转工作台前进到达预定位置，挡块1撞击STbSBKMRSBFKMFKMFKMRSTbSTaKMFKMRSBR停止正转

电机反转（工作台后退）正反转控制制线路3~MFRFUQ......KMFFRKMRSB1SBFKMFSBRKMRKMRKMFKMR下图所示的的鼠笼式电电动机正反反转控制线线路中有几处错误误，请改正正之。KM1FUQKM2M1M23~3~.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2按SB1通电闭合再按SB2闭合通电闭合闭合1.控制顺序：M1起动后M2才能起动。M2既不能单独起动动，也不能单独独停车。M1转动12.2.3时间和顺序控制制M2转动....KMFUQFR电机绕组U1U2V1V2W1W2KM-YU1V1W1U2W2YV2W2V1V2U2W1U1KM-主电路电机的Y－起动KM-Y闭合，电机接成成Y形；KM-闭合，电机接成成形。KMFUQFRU1U2V1V2W1W2KM-YKM-KT主电路接通电源延时KM-KM-YY转换完成SB2

KMKTKM-YKM-KM-KTKTKM-YKM-YKM-KM-KTKM-KMSB1SB2KMY－起动控制电路FR~KM2SBKM2SBKM1FR1FR2KM1例：两条皮带运输输机分别由两两台鼠笼异步步电动机拖动动，由一套起起停按钮控制制它们的起停停。为避免物物体堆积在运运输机上，要要求电动机按按下述顺序起起动和停止：：起动时:M1起动后M2才能起动；停车时:M2停车后M1才能停车。应应如何实现控控制？起动：通电通电闭合闭合SBKM1FR1KM2SBKM2FR2KM1停止：断电断电断开断开继电器、接触触器控制电路路读图和设计计中应注意的的问题：1、首先了解工工艺过程及控控制要求；2、搞清控制系系统中各电机机、电器的作作用以及它们们的控制关系；3、主电路、控控制电路分开阅读或设设计；4、控制电路中中，根据控制制要求按自上而下、自自左而右的顺序进行读读图或设计；；5、同一个电器的所有线圈、、触头不论在在什么位置都都叫相同的名字；6、原理图上所所有电器，必必须按国家统统一符号标注注，且均按7、继电器、接触器的线圈只能并联，不能串联；8、控制顺序只能由控制电路实现，不能由主电路实现。电器符号标注注刀闸熔断器按钮接触器热继电器行程开关时间继电器中间继电器QFUSBKMFRSTKTKA12.3可编程序控制制器1、定义可编程控制器器是一种数字运运算的电子操操作系统装置置，专为工业业现场应用而而设计。其采采用可编程序序的存储器，，在其内部存存储执行逻辑辑运算、顺序序控制、定时时/计数和算术运运算等，通过过数字或模拟拟式的输入和和输出，控制制各种类型的的机械或生产过程。2、发展20世纪60年代，美国通通用汽车公司司为适应汽车车型号不断翻翻新需要，对对生产线上的的控制设备提提出的新要求求，研制了第第一台可编程程控制器，通通过改变存储储在里面的指指令来改变生生产线的控制制流程，提供供了继电器控控制系统无法法比拟的灵活活性。但该时时期的可编程程序控制器代代替了继电器器系统可完成成各种顺序控控制，虽采用用了计算机的的设计思想，，实际只能进进行逻辑运算算，故称可编编程逻辑控制制器，简称PLC（Prog-rammableLogicalController）。20世纪80年代，随着微微电子技术和和计算机技术术的发展，PLC的功能已远超超出逻辑控制制、顺序控制制范围，可进进行模拟量、、位置控制，，以及可实现现远程通讯、、柔性加工和和制造系统等等功能，故称称其为可编程程控制器（ProgrammableController）简称PC。为了与个人人电脑PC区别，仍将其其称为PLC。PLC已被称为现代代工业控制的的主要三大支支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。目前，PLC已广泛应用于于冶金、矿业业、机械、轻轻工等领域，，加速了机电电一体化的进进程。各种类型的PLC中、大型PLC的结构外型，，它通常采用用积木式结构构，可以根据据需要将各种种标准模块进进行搭接，常常用的模块有有电源模块、CPU模块、输入模模块、输出模块以及各种特殊模块中、大型PLC的结构外型各种PLC的具体结构虽虽然多种多样样，但其结构构和工作原理理大同小异，，都是以微处处理器为核心心的电子电气气系统。PLC各种功能的实实现，不仅基基于其硬件的的作用，而且且要靠其软件件的支持。PLC内部主要由主主机、输入/输出接口、电电源、编程器器、扩展接口口和外部设备备接口等几部部分组成。12.3.1组成工作原理理一、组成模拟量输入行程开关继电器触点各种开关传感器CPUROM、RAM电源部件输出接口输入接口外设接口照明电磁装置执行机构采用光电隔离装置编程器打印机计算机继电器、可控硅、晶体管电路1、主机CPU是PLC的核心，一切逻辑辑运算及判断都是是由其完成的，并并控制所有其它部部件的操作。它就就是我们常说的电脑芯芯片(1)运行用户程序(2)监控输入/输出接口状态(3)作出逻辑判断和进行数据处理主机部分包括中央央处理器（CPU）、系统程序存储储器和用户程序及及数据存储器系统程序存储器主要存放系统管理理和监控程序及对对用户程序作编译译处理的程序。系系统程序已由厂家家固定，用户不能能更改用户程序及数据存存储器主要存放用户编制制的应用程序及各各种暂存数据、中中间结果内部存储器其有两类，一类是是系统程序存储器器，另一类是用户户程序及数据存储储器2、输入/输出（I/O）接口输入接口用于接收输入设备备（如：按钮、行行程开关、传感器器等）的控制信号号输出接口用于将经主机处理理过的结果通过输输出电路去驱动输输出设备（如:接触器、电磁阀、、指示灯等）3、电源电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电电路工作所配备的的直流开关稳压电电源4、编程器编程器是重要的外部设备备，主要由键盘、、显示器组成。小小型PLC常用简易编程器，，大、中型PLC多用智能编程器。。目前许多PLC采用和计算机联接接，并利用专用的的工具软件进行编编程或监控液晶显示屏控制键模式键指令参数键6、外部设备接口I/O扩展接口用于将扩充外部输输入/输出端子数扩展单单元与基本单元（（即主机）联接在在一起5、输入输出扩展接接口此接口可将编程器器、打印机、条形形码扫描仪等外部部设备与主机相连连电源模块CPU模块IO模块底板输入端子输入信号灯输出端子输出信号灯

编程电缆运行开关

电源指示灯运行指示灯电池指示灯出错指示灯扩展端口锂电池二、工作原理PLC采用“顺序扫描、不断循循环”工作方式，这个个过程分为输入采样，程序执执行、输出刷新三个阶段，整个过过程扫描并执行一一次所需的时间称称为扫描周期输入端子输入锁存器输入状态寄存器输出锁存器输出状态寄存器输出端子程序执行读读写输入采样程序执行输出刷新一个扫描周期位（点）号（0-15）××

通道号（寄存器号）×××寄存器采用5位阿拉伯数码寻址址三、PLC主要技术性能（OMRON）主要介绍OMRON（欧姆龙）C系列－CMP1A1、I/O点数（本体40点，可外加扩展））点数地地址输入点数24点00000～0001100100～00111输出点数16点01000～0100701100～01107指PLC输入/输出点数数比为6:4，即输入入点数24；输出点点数162、控制方式

存储程序方式用来衡量量PLC所能存储储用户程程序的多多少6、扫描速速度指扫描1000步用户程程序所需需的时间间，以ms/千步为单单位7、指令系系统条数数指PLC具有的基基本指令令和高级级指令的的种类和和数量。。种类数数量越多多，软件件功能越越强3、编程语语言梯形图方方式4、指令种种类基本指令令14种，应用用指令77种5、存储容容量CMP1APLC的数据区区通道号号分配表表

HR00-19CH区域名称通道号

输入/输出继电器

000-009CH/010-019CH

内部辅助继电器区

200－231CH

特殊继电器区

SR

232-255CH

暂存继电器区

TR

RT0-TR7（只有8位）

保持继电器区

HR

辅助存储继电器区

AR

AR00-15CH

链接继电器区

LR

LR00-15CH

定时器继电器

TIM

TIM000-127CH

计数器继电器

CNT

CNT000-127CH四、PLC主要特点点1、可靠性性高，抗抗干扰能能力强由于采用用大规模模集成电电路和微微处理器器，使系系统器件件数大大大减少，，并且在在硬件的的设计和和制造的的过程中中采取了了一系列列隔离和和抗干扰扰措施，，使它能能适应恶恶劣的工工作环境境，具有有很高的的可靠性性2、编程简简单，使使用方便便采用梯形形图语言言编程，，易于编编程，且且指令较较少，容容易记忆忆，PLC具有完善善的自断断功能，，维修可可采用插插入式模模块，非非常方便便3、通用性性好，具具有在线线修改能能力PLC硬件采用用模块化化结构，，可灵活活地组态态以适应不同同控制对对象，控控制规模模和控制制功能的的要求，，且可通通过修改改软件，，来实现现在线修修改的能能力，因因此其功能能易于扩扩展，具具有广泛泛的工业业通用性性4、体积小小、重量量轻、功功耗低PLC体积小，，结构紧紧凑，可可装入机机械设备备内部，具有有较强的的环境适适应性和和抗干扰扰能力，，因此是实现机机电一体体化的理理想控制制设备1.块与指令：ANDLD

梯形图：块1“与”块2功能：两个程序块（触点组）的串联2.块或指令：ORLD

梯形图：

块1“或”块2功能：两个程序块（触点组）的并联12.3.2程序设计计方法一、可编编程控制制器的基基本指令令3.定时器指指令：TIMTIMN梯形图：

（1）相当于于时间（2）在一段程序中与计数器不能重复使用（3）在一段程序中编号不能重复使用TIMN（N定时器编编号：000-127）＃XXXX(设置值为为＃0000-＃9999）4、计数器器指令：：CNT

CP

R梯形图：

CNTN＃XXXX（N计数器编编号：000-127）（＃XXXX立即数：：＃0000-9999）（1）计数器器与定时时器注意意事项同同上（2）和（3）（2）计数器器来一脉脉冲，计计数器减减值1，减至零零时，产产生输出信信号二、可编编程控制制器的编编程方法法同其它电电脑装置置一样，，PLC的操作是是依其程程序操作作进行的的，而程程序是用用程序语语言表达达，且表表达的方方式多种种多样，，不同的的生产厂厂家，不不同的机机种，采采用的表表达方式式不同，，但基本本上可归归纳为梯形图语言语句表语言布尔代数语言流程图语言目前常用1、梯形图图是在继电电控制系系统电气气原理图图基础上上开发出出来的一一种图形形语言。。它继承承了继电电器接点点、线圈圈、串联联、并联联等术语语和类似似的图形形符号，，具有形象象、直观观、实用用的特点点，不需学学计算机机专业知知识，电电气技术术人员使使用最方方便，符号对比比如表所所示常开接点常闭接点线圈继电器控制符号梯形图符号元件符号（1）梯形图中中的继电电器并不不一定是是物理继继电器，，每个继继电器或或输入接接点各为为存储器器中的一一位，相相应位为为“1”态，表示示继电器器线圈通通电或常常开触头头闭合，，或常闭闭触头断断开（2）梯形图中中流过的的电流不不是物理理电流，，而是概概念电流流，是程程序执行行的形象象表示方方式梯形图和和助记符符语言是是PLC中最常用用的编程程语言，，学习中中应注意意以下概概念注意事项项（4）只有PLC中的物理理继电器器才能驱驱动实际际负载，，其它继继电器只只能作一一种逻辑辑来使用用，故称称为“软软继电器器”（3）梯形图图中的继继电器接接点在编编写用户户程序时时（即作作为逻辑辑接点））可根据据需要在在梯形图图中反复复使用，，没有数数量限制制，既可可用常开开也可用用常闭2、梯形图图编程原原则（1）PLC编程元件件的触点点在编程程过程中中可以无无限次使使用，每每个继电电器的线线圈在梯梯形图中中只能出出现一次次，它的的触点可可以使用用无数次次（2）梯形图的的每一逻逻辑行皆皆起始于于左母线线，终止止于线圈圈。线圈圈总是处处于最右右边，而而且不能能有触点点，线圈圈不能直直接与左左边母线线相连（3）编制梯形形图时，，应尽量量做到““上重下下轻、左左重右轻轻”不合理合理不合理合理3、梯形图图编程方方法（1）确定I/O点数及分分配（2）编制梯形形图和指令语句句表（5）程序以END指令结束束，程序序的执行行是从第第一个地地址到END指令结束束，在调调试的时时候，可可以利用用这个特特点将程程序分成成若干个个块，进进行分块块调试，，直至程程序全部部调试成成功（4）两个或两两个以上上的线圈圈可以并并联，但但不可以以串联000000100001001FRKMFUQ3~MSB1KMSB2FRKM主电路控制电路例1、三相异步步电动机机直接起起动控制制电路PLC的输入/输出接线图ENDPLC控制电路梯形图4、指令语语句表（1）指令语语句表和和计算机机汇编语语言很相相似（2）编程的的方式是是用PLC指令助记记符按控控制要求求组成语语句表（3）梯形图图和语句句表之间间可以相相互转换换例1直接起动动控制电电路用指指令表编编写的程程序为语句号指指令助记记符操操作数数（器件件号）0LD000011OR011012AND-NOT000023OUT011014END12.4可编程控制制器应用举举例分析控制对象确定控制内容选择PLC类型硬件设计软件设计系统总装统统调符合设计要求投入运行调整硬件否调整软件否是例题1:利用PLC实现正反转转控制正反转主电路3~MFRFUKM1.KM2Q......具体要求：：设正反转按按钮分别为为SB1、SB2，停车按按钮为SB3，正反转接接