《电气自动控制技术》PPT课件.ppt

1、第12章 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

2、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,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

3、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,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,1、按钮,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。,(a)外形图,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

4、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。,交流接触器的外形图,12.1.4 接触器,用于远距离频繁地接通和断开交直流电路及大容量控制电路电器。,接触器通常为三对常开 触点，允许通过大电流， 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,接触器符号,用于主电路流过的大电流（需加灭弧 装置）,用于控制电路流过的小电流（无需加灭弧装置）,属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示,接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。,常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ120等系列。,12.1.5 热继电器,用于电

5、动机的过载保护。,热继电器外形与结构,(a) 外形,(b) 结构,发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，常闭触点断开。,发热元件,杠杆,工作原理：,结构原理图,双金属片,常闭触头,热继电器结构和工作原理,热继电器的符号,串联在主电路中,串联在控制电路中,通电延时的空气式时间继电器结构示意图,12.1.6 时间继电器,时间继电器触头类型,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,继电接触控制线路由一些基本控制环节组成，下面介绍继电接触控制线路

6、的绘制。,在电工技术中所绘制的控制线路图为原理图，它不考虑电器的结构和实际位置，突出的是电气原理。,电器继电控制原理图的绘制原则及读图方法：,1. 按国家规定的电工图形符号和文字符号画图,2. 控制线路由主电路（被控制负载所在电路）和控 制电路（控制主电路状态）组成,3. 属同一电器元件的不同部分（如接触器的线圈和 触点）按其功能和所接电路的不同分别画在不同 的电路中，但必须标注相同的文字符号,4. 所有电器的图形符号均按无电压、无外力作用下 的正常状态画出，即按通电前的状态绘制,5. 与电路无关的部件（如铁心、支架、弹簧等） 在控 制电路中不画出,分析和设计控制电路时应注意以下几点：,1.

7、使控制电路简单，电器元件少，而且工作又要准确 可靠,2. 尽可能避免多个电器元件依次动作才能接通另一个 电器的控制电路,3. 必须保证每个线圈的额定电压，不能将两个线圈串 联,12.2 三相异步电动机基本控制电路,12.2.1 直接起停和点动控制,(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引起电器设备绝缘损坏产生强大的电动力，使电动机和电器设备产生机械性损坏，故要求迅速、可靠切断电源。通常采用熔断器 FU和过流继电器等。,欠压是指电动机工作时，引起电流增加甚至使电动机停转，失压是指电源电压消失而使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能自动重新起动，易造成人身或设备故

8、障。常用的失压和欠压保护有：对接触器实行自锁；用低电压继电器组成失压、欠压保护。,过载保护是为防止三相电动机在运行中电流超过额定值而设置的保护。常采用热继电器FR保护，也可采用自动开关和电流继电器保护。,2. 既能长期工作又能点动的控制电路,按下起动按钮SB2，电动机运转，松开起动按钮 ，电动机停转。,点动按钮SB3的作用：,（1）使接触器线圈KM通电； （2）使线圈KM不能自锁。,复合按钮,2. 既能长期工作又能点动的控制电路,后闭合,先断开,按下SB3,闭合,电机运转,点动时：,自锁触点不起作用,通电,先断开,后闭合,断开,断电,2. 既能长期工作又能点动的控制电路,松开SB3,2. 既能

9、长期工作又能点动的控制电路,松开SB3,电机停转,实现点动,用途:试车、检修以及车床主轴的调整等。,先断开,后闭合,断开,断电,12.2.2 正反转和行程控制,将电动机接到电源的任意两根线对调一下，即可使电动机反转。,需要用两个接触器来实现这一要求。 当正转接触器工作时，电动机正转； 当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任 意两根联线对调一下，电动机反转。,1. 正反转,按下SBF,SB,KMF,在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为“联锁”。,“联锁”触点,利用接触器的触点实现联锁控制称电气联锁。,缺点： 改变转向时必须先按停止按 钮。,解决措施：在控制电路中加入机械连

10、锁。,KMR,SBF,KMF,KMF,SBR,KMR,KMR,.,.,.,.,.,通电,断开,断电,闭合,利用复合按钮的触点实现联锁控制称机械联锁。,鼠笼式电动机正反转的控制线路,KMF,KMF,SBR,SB,KMR,SBF,KMF,KMR,KMR,KMF,KMF,SBR,SB,KMR,SBF,KMF,KMR,KMR,当电机正转时， 按下反转按钮SBR,先断开,断电,闭合,通电,断开,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 向运行 2. 到位后能自动返回,行程控制：,控制某些机械的行程，当运动部件到达一定行程位置时利用行程开关进行控制。,STa,STb,1

11、,2,按SBF时,（其常闭断开， 常开闭合）,KMF断电,KMR通电,自动往返运动：,正反转控制线路,下图所示的鼠笼式电动机正反转控制线路中 有几处错误，请改正之。,KM1,FU,Q,KM2,M1,M2,3,3,.,SB,SB1,KM1,KM1,SB2,KM2,KM2,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，也不能单独停车。,12.2.3 时间和顺序控制,.,.,.,.,KM,FU,Q,FR,U1,U2,V1,V2,W1,W2,W2,V1,V2,U2,W1,U1,主电路,电机的Y起动,KM -Y闭合，电机接成 Y 形

12、； KM- 闭合，电机接成 形。,KM2,SB,KM2,SB,KM1,FR1,KM1,例：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止： 起动时: M1起动后 M2才能起动； 停车时: M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？,起动：,通电,通电,闭合,闭合,SB,KM1,FR1,停止：,断电,断电,断开,断开,继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题：,1、首先了解工艺过程及控制要求； 2、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的 控制关系； 3、主电路、控制电路分开阅读或设计； 4、控制电路中，根

13、据控制要求按自上而下、自左而 右的顺序进行读图或设计； 5、同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都 叫相同的名字； 6、原理图上所有电器，必须按国家统一符号标注， 且均按未通电状态表示； 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,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,Q FU SB KM FR ST KT KA,12.3 可编程序控制器,1、定义 可编程控制器是一种数字运算的电子操作系统装置，专为工业现场应用而设计。其采用可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和

14、算术运算等，通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生 产过程。,2、发展 20世纪60年代，美国通用汽车公司为适应汽车型号不断翻新需要，对生产线上的控制设备提出的新要求，研制了第一台可编程控制器，通过改变存储在里面的指令来改变生产线的控制流程，提供了继电器控制系统无法比拟的灵活性。但该时期的可编程序控制器代替了继电器系统可完成各种顺序控制，虽采用了计算机的设计思想，实际只能进行逻辑运算，故称可编程逻辑控制器，简称PLC（Prog -rammable Logical Controller）。,20世纪80年代，随着微电子技术和计算机技术的发展，PLC的功能已远超出逻辑控制、顺序控制范

15、围，可进行模拟量、位置控制，以及可实现远程通讯、柔性加工和制造系统等功能，故称其为可编程控制器（Programmable Controller）简称PC 。为了与个人电脑PC区别，仍将其称为PLC。PLC已被称为现代工业控制的主要三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。,目前，PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，加速了机电一体化的进程。,各种类型的PLC,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,中、大型PLC的结构外型,各种PLC的具体结构虽然多种多样，但其

16、结构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心的电子电气系统。PLC各种功能的实现，不仅基于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。,PLC内部主要由主机、输入 /输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几部分组成。,12.3.1 组成工作原理,一、组成,1、主机,CPU是PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是 我们常说的电脑芯片,主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器,系统程序存储器 主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改,用户程序及数据存储器 主要存放用户编制的应

17、用程序及各种暂存数据、中间结果,内部存储器 其有两类，一类是系统程序存储器，另一类是用户程序及数据存储器,2、输入/输出（I/O）接口,输入接口 用于接收输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号,输出接口 用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如:接触器、电磁阀、指示灯等）,3、电源,电源 指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源,4、编程器,编程器 是重要的外部设备，主要由键盘、显示器组成。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，并利用专用的工具软件进行编程或监控,6、外部设备接口,I/O

18、扩展接口 用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起,5、输入输出扩展接口,此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连,电源模块,CPU模块,IO模块,底板,二、工作原理,PLC采用“顺序扫描、不断循环”工作方式，这个过程分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期,输入采样,程序执行,输出刷新,寄存器采用5位阿拉伯数码寻址,三、PLC主要技术性能（OMRON）,主要介绍OMRON（欧姆龙）C系列CMP1A,1、I/O点数（本体40点，可外加扩展）,点数 地址 输入点数24点 0000000011 001000

19、0111 输出点数16点 0100001007 0110001107,指PLC输入/输出点数比为6:4，即输入点数24；输出点数16,用来衡量PLC所能存储用户程序的多少,6、扫描速度,指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位,7、指令系统条数,指PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数量。种类数量越多，软件功能越强,3、编程语言 梯形图方式,4、指令种类 基本指令14种，应用指令77种,5、存储容量,CMP1A PLC的数据区通道号分配表,四、PLC主要特点,1、可靠性高，抗干扰能力强 由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了

20、一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠性,2、编程简单，使用方便 采用梯形图语言编程，易于编程，且指令较少，容易记忆，PLC具有完善的自断功能，维修可采用插入式模块，非常方便,3、通用性好，具有在线修改能力 PLC硬件采用模块化结构，可灵活地组态以 适应不同控制对象，控制规模和控制功能的要求，且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因 此其功能易于扩展，具有广泛的工业通用性,4、体积小、重量轻、功耗低 PLC体积小，结构紧凑，可装入机械设备内 部，具有较强的环境适应性和抗干扰能力，因此 是实现机电一体化的理想控制设备,12.3.2 程序设计方法,一、可编程控制器的基本

21、指令,3. 定时器指令：TIM,（1）相当于时间继电器，精度为0.1秒，电源掉电时，定时器复位，即定时器无掉电保护功能 （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,TIM N （N定时器编号：000-127） XXXX (设置值为0000-9999）,4、计数器指令：CNT,CNT N XXXX （N 计数器编号：000-127） （XXXX 立即数：0000-9999）,（1）计数器与定时器注意事项同上（2）和（3） （2）计数器来一脉冲，计数器减值1，减至零时，产 生输出信号,二、可编程控制器的编程方法,同其它电脑装置一样，PLC的操作是依其程序操作进行的，

22、而程序是用程序语言表达，且表达的方式多种多样，不同的生产厂家，不同的机种，采用的表达方式不同，但基本上可归纳为,1、梯形图,是在继电控制系统电气原理图基础上开发出来的一种图形语言。它继承了继电器接点、线圈、串联、并联等术语和类似的图形符号，具有形象、直观、实用的特点，不需学计算机专业知识，电气技术人员使用最方便，符号对比如表所示,（1）梯形图中的继电器并不一定是物理继电器，每个继电器或输入接点各为存储器中的一位，相应位为“1”态，表示继电器线圈通电或常开触头闭合，或常闭触头断开,（2）梯形图中流过的电流不是物理电流，而是概念电流，是程序执行的形象表示方式,梯形图和助记符语言是PLC中最常用的编程语言，学习中应注意以下概念,注意事项,（4）只有PLC中的物理继电器才能驱动实际负载，其它继电器只能作一种逻辑来使用，故称为“软继电器”,（3）梯形图中的继电器接点在编写用户程序时（即作为逻辑接点）可根据需要在梯形图中反复使用，没有数量限制，既可用常开也可用常闭,2、梯形图编程原则,（1）PLC编程元件的触点在编程过程中可以无限次使用，每个继电器的线圈在梯形图中只能出现一次，它的触点可以使用无数次,（2）梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于线圈。线圈总是处于最右边，而且不