控制理论基础.ppt

1、控制理论基础(II),交通大学精品课程系列,课程负责人：杨汝清 教授 曹其新教授,顾问： 王显正 教授,1.2所涵盖的技术范畴,1.1 机电工程 定义,1.3 机电工程教科书,1.4 研究领域,1.5 继电器接触器控制系统的解释,1.1 机电工程 定义,Mechatronics is defined as the synergetic (协作的) integration of mechanical engineering with electronic and intelligent computer control in the design and manufacturing of ind

2、ustrial products and processes. (IEEE Transactions on Mechatronics, vol. 1, no. 1, March 1996.),机电工程是一门在工业产品的设计制造中以机械工程、电气与智能控制为基础的整合性技术。,1.2所涵盖的技术范畴,Modeling and design; system integration; actuators and sensors; intelligent control; robotics; manufacturing; motion control; vibration and noise cont

3、rol; micro devices and optoelectronic system; automotive systems; other application.,机电工程的其它诠释, What is Mechatronics?, Johannes Kepler University of Linz, Austria What is Mechatronics?, Institute for Mechatronics, University of Chemnitz, Germany What is Mechatronics, anyway?, University of Sydney, A

4、ustralia Mecha.what?, Politecnico di Torino, Italy Introduction, University of Darmstadt, Germany,1.3 机电工程教科书,1 机电控制技术，王显正 2 D. K. Miu, Mechatronics: Electromechanics and Contromechanics, New York, Springer-Verlag, 1993. 3 J. R. Hewit, Mechatronics: , New York, Springer-Verlag, 1993.,1.4 研究领域,系统整合：

5、包含了实时多任务软件、实时控制、人机接口、自我诊断、模型化方法、反馈控制系统分析与设计、智能型控制等等。 系统组件：包含了控制器(controller)、致动器(actuator)、传感器(sensor)、 微机电系统感测致动组件、电子组件、光电组件、功率组件(power devices)等等。 应用领域：例如机器人学(robotics)、运动控制(motion control)、 噪音控制(noise control)、震动控制(vibration control)、引擎控制(engine control)、飞行控制(flight control)等等。 应用系统：例如机器人(robot)、

6、计算机数控(CNC)、复印机、 激光打印机、光驱、磁盘驱动器、电动汽车、摄影机等等。,1.5 继电器接触器控制系统的解释,继电器接触器控制系统是应用最早的控制系统，它由各种有触点的接触器、继电器、控制器、行程开关等低压电器组成的控制系统。 此系统具有结构简单、容易掌握、维护检修简便、价格低廉等特点，多年来在工业生产中得到广泛应用。 为此,下一章结合实际自动化项目和工程，简单介绍继电器接触器控制系统的工作原理、组成及特点。,This is End of Chapter 1,控制理论基础(II),交通大学精品课程系列,课程负责人：杨汝清 教授 曹其新教授,顾问： 王显正 教授,2.1 常用低压电器

7、,2.2 主要技术指标,2.3 电气原理图的画法规则,2.4 基本控制电路,2.1 常用低压电器,低压电器定义 电器定义：根据外界特定的信号和要求，自动或手动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象控制的器件称为电器。 低压电器：直流1500V以下的电器；交流1200V以下的电器。,低压电器分类,按作用，一般分为两类：低压配电电器、低压控制电器。 低压配电电器 用于输配电系统，典型产品有：刀开关、自动开关、熔断器等； 低压控制电器 用于电力拖动控制系统，典型产品有：继电器、接触器、主令电器等。,1、绝缘强度 指电器元件的触头处于分断状态时，动静头之间耐受 的电压值。 2

8、、耐潮湿性能 指保证电器可靠工作的允许环境潮湿条件。 3、极限允许温升 为防止过度氧化和烧熔而规定的最高温升值 (温升值测得实际温度环境温度)。 4、操作频率 在单位时间(1小时)内允许操作的最高次数。 5、寿命,2.2 主要技术指标,一 开关电器 1 刀开关 功能：通断电源 选型： 电压 电流大于额定 工作电流的三倍,图21刀开关的图形符号及文字符号,转换开关 功能：电源隔离 选型：接通次数小于1520/h 电流（1.52.5倍）,图22转换开关的图形及文字符号,自动开关,功能：有故障时，自动切断电路 （过压，过流，短路，失压等） 选型：电压电流不小于正常工作值,电磁式漏电保护开关 主要用于

9、交流50HZ,电压250V线 路的漏电、触电、过载、短路保护,作用： 不频繁地接通或断开电路 具有过载、短路、失压保护功能 分类： 按其用途自动开关可分为：保护线路、保护电动机、保护照明电路； 按其所含有的脱扣器自动开关可分为：失压脱扣器、过载脱扣器、过电流脱扣器等； 按主电路极数自动开关可分为：单极、双极、三极。,结构及工作原理（以过电流脱扣器的自动开关为例）,结构：不论那种自动开关，从结构看都是有三部分组成： l 各种脱扣器（感测元件）接收电路的故障信号； l 操作机构（机械传递部件）由脱扣器接收信号后，由它实现自动/手动跳闸的任务。 l 主触点及灭弧系统（执行部分）接通/分断主电路；,文

10、字符号及文字符号： 文字符号：QF 图形符号： 选型：选择自动开关时，其额定电压和额定电流应不小于电路正常工作的电压和电流，脱扣器的整定电流与所控的电动机或负载额定电流一致。,控制按钮 AC 380V DC220V 5A 红色：停止 绿色：启动 选型：触点数，场合，颜色 种类：常开，常闭，复合,限位开关 种类：常开、常闭 作用：控制方向，行程大小，位置保护 选型：机械位置触点数目,图2-5 行程开关的图形及文字符号,LX系列行程开关本系列开关适用于50赫兹，电压220伏 至380伏的控制电路上，作控制 运动机构的行程，变换其运动方向或速度用,熔断器,功能：串在要保护的 电路中，进行短路保护和严

11、重的过载保护 选型：额定电压应该大于或等于线路的额定电压; 额定电流应该大于或等于熔体的额定电流 (核心),图26 熔断器的图形,继电器,作用：根据某种输入信号的变化，接通/断开控制电路，实现控制目的。 分类： 按输入信号的性质可分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器及压力继电器等； 按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等。,结构及工作原理（以电磁式电流继电器为例）,1 铁芯、线圈、动/静触点等组成。 2 按断电时触点是开还是闭合，可将触点分为常开触点或常闭触点； 3 按线圈接收的是直流还是交流，继电器可分为交流继电器或直

12、流继电器,图形及文字符号 文字符号 AI（电流继电器）、 KV（电压继电器）、 KT（时间继电器）、 FR（热继电器） 图形符号见教材11页 选型 电流继电器主要根据主电路的电流种类和额定电流来选择,电压继电器 （并联）,欠电压 40%70% 过电压 110%115% 零电压 525%,中间继电器,特点：中间继电器（KA）实质上是电压继电器的一种，但它的触点数多，触点的容量大（额定电流510A）。 作用：信号传递、放大、分路、反相。,时间继电器,定义：时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器。 种类：断电延时时间继电器、通电延时时间继电器。另按其工作原理不同，时间继电器又可分为：电

13、磁阻尼式、空气阻尼式、晶体管式时间继电器。,a) 线圈一般符号 b) 通电延时线圈 c) 断电延时线圈 d) 延时闭合常开触点 e) 延时断开常闭触点 f) 延时断开常开触点 g) 延时闭合常闭触点 h) 瞬动常开触点 i) 瞬动常闭触点,热继电器,作用：利用热效应原理，对电机或电气设备过载起保护作用。有热惯性，不能用于短路保护。 文字符号：FR 选型：根据电动机的额定电流来确定型号和热元件的额定电流等级 注意：电机的主电路中熔断器和热继电器都是需要的,热继电器的图形及文字符号,a) 热元件 b) 常闭触点,速度继电器,作用：用于笼型异步电动机的反接制动控制 动作转速： 120RPM 复位转速

14、小于 100RPM 在30006000RPM 以下可靠工作,速度继电器的图形及文字符号 a) 转子 b) 常开触点 c) 常闭触点,接触器,作用：接触器是一种用来频繁地接通或断开有负载的主电路的自动控制器。 与继电器的区别： l 主、辅触点之分 l 按主触点通过的电流是直流还是交流，接触器分为直流/交流接触器。 l 主触点容量大。,图27 接触器的图形符号 a)线圈 b)常开触点 c)常闭触点,2.3 电气原理图的画法规则,电气控制系统图定义：电气控制系统是由许多电气元件按一定要求连接而成的。电气控制系统中各电气元件及其连接，可用一定的图形表达出来，这种图称为电气控制系统图。 电气控制系统图的

15、种类： 电气原理图 电器元件布置图 电气安装接线图,电气原理图的定义：采用电气元件展开的形式绘制成的表示电气控制线路工作原理的图形.电气原理图的作用：便于阅读和分析控制系统。电器元件布置图的定义：表明电器设备在机械设备上和控制柜中的实际安装位置的图.电器元件布置图的作用：便于制造、加工、安装.电气安装接线图的定义：表明各电器之间的实际连接的图.电气安装接线图的作用：便于配线检修。,绘制电气原理图的基本规则,原理图一般分为主电路和辅助电路两部分。主电路用粗实线表示，画在左边（或上部）；辅助电路用细实线表示，画在右边（或下部）； 原理图中，各电器元件采用国家规定的图形符号来画，属于同一电器的线圈和

16、触点，都用同一文字符号表示。当使用相同类型电器时，可在文字符号后加数字序号来区分。 同一电器元件的各个部件可不画在一起，根据便于阅读和分析的原则来画。,4、原理图中所有电器的触点，都按没有通电或外力作用时的开闭状态画出。 5、原理图中，有直接电联系的交叉导线的连接点，用黑圆点表示。 6、原理图中，各电器元件一般应按动作顺序从上到下，从左到右依次排列，可水平或垂直布置。 7、在原理图上方将图分为若干图区，并表明该区电路的作用。在原理图下方用数字编号图区。,绘制电气原理图的基本规则,2.4 基本控制电路,1、启动、自锁与停止控制电路 生产设备在使用时，一般都必须有启动与停止按钮，用于控制设备的启动

17、与停止。 2、长动与点动控制：生 产设备在正常情况下是连续工作，即所谓长动；而点动是指按下按钮时，设备工作，手松开按钮时，设备立即停止工作。 3、互锁控制 所谓互锁实际上是指多组控制电路相互禁止，即一个动作禁止其他动作（也叫联锁）。,4、多点控制：实现的方法是将多个启动按钮并联，停止按钮串联；5、顺序控制：在控制系统中，常常要求被控设备按一定顺序动作；实现方法是：如启动顺序为先甲后乙，则在乙线圈电路中串联甲的常开触点；如停止顺序为先乙后甲，则在甲停止按钮中并联乙的常闭触点。,FU,FU,QS,KM,FR,PE,M,KM,FR,SB1,KM,SB2,启动、自锁与停止控制电路,KM,SB1,SB2

18、,SB3,SB3,长动与点动控制,KM,SB1,SB5,SB6,SB7,SB4,SB3,SB2,KM,KM,多点控制,结论: 由N个电器都能控制甲接触器通电, 则N个电器的常开触点应并联接到甲 接触器的辅助触点上; 由N个电器都能控制甲接触器断电, 则N个电器的常闭触点应串联接到甲 接触器的线圈电路上;,KM2,SB1,SB3,SB2,SQ1,KM1,SB3,SQ2,SB2,SQ1,KM2,KM1,KM2,SQ2,SQ1,SQ2,正转,反转,KM1,行程开关的正反转控制电路,SB1,SB2,SB4,SB3,KM2,KM1,KM1油泵,KM2主轴,KM1,KM2,顺序控制,This is End

19、 of Chapter 2,3.1异步电动机的启动电路,3.1.1 全压直接启动控制电路,3.1.2 降压启动控制电路,3.2 异步电动机正反转控制电路,3.3 异步电动机的制动,变压器容量足够大，负载承受较大冲击时， 可直接启动，否则应降压启动。,3.1异步电动机的启动电路,3.1.1全压直接启动控制电路,功率为几百瓦开关直接启动,用开关直接起动电路,功率为几 千瓦的电机， 用接触器直 接启动,3.1.2 降压启动控制电路,应用于容量大于10KW，要求启动冲击较小的场合,（1）Y降压启动控制电路,仅适用于正常运行时绕组 为的三相异步电动机,异步电动机星-三角降压起动电路,（2）定子串电阻降压

20、启动控制电路,适用于正常运行时绕组为Y型 接法的三相异步电动机,(b)的接法好,定子串电阻降压起动电路,3.2 异步电动机正反转控制电路,方法：将三相电源中任意两相对调,按钮控制,a) 停车反转控制电路 b) 直接正反转控制电路 （小容量，转动惯量小）,异步电动机正反转控制电路,行程开关正反转控制,极限位保护,3.3 异步电动机的制动,1 能耗制动,2 反接制动,改变异步电动机定子绕组三相电源相序 特点： 1 冲击大，迅速（串电阻） 2 防止再启动,反接制动控制电路,This is End of Chapter 3,4.1 异步电动机的调速方法,4.2 电气调速概述,4.3 电动机的调速类型,

21、4.4 调速的性能指标,4.5 交流调速,4.6 晶闸管逆变电路,4.7 交流电动机的变频调速,一 异步电动机的调速,二 控制电路的设计,4.8 电力拖动方案确定原则和电动机的选择,4.9 控制线路的设计及元件的选择,4.10 控制线路设计举例,4.1 异步电动机的调速方法,常用的调速方法： 1 机械有级或无级调速 2 机械与电气结合的有级或无级调速 3 电气无级调速,一 异步电动机的调速,4.2 电气调速概述,调速与稳速 A1-A2-A3 时，n1 - n2 - n3,开环调速系统结构,闭环调速系统结构,4.3 电动机的调速类型,1） 直 流 2） 交 流 电机转速公式 n=(1-s) 60

22、 f/p 调速方法： A) 变极对数： （有级调速） B）变转差率： 若为绕线式电动机，可通过 调节定子绕组电压实现，组成串级调速系统 C）变电源频率,从调速的特性分类,恒功率调速 恒转矩调速 P=Km T N P 功率 T 转矩 N 转速 Km 与电机结构和特性有关的常数,4.4 调速的性能指标,1） 调速的性能指标 D D =Nmax/Nmin 2) 调速的平滑性 相邻两个转速之比 越接近1越好,3）静差度s 衡量，转速随负载变动程度的指标 s越小越好 相同的空载转速，硬度高，s小 4）调速的经济性，综合考虑4个指标,4.5 交流调速,（一）交流调速的类型 n（1s）60f / p 变极调

23、速： 鼠笼式异步电动机改变定子绕组的极对数P 改变定子绕组的联接 另设绕组 有 级,（2）变转差率调速,绕线式异步电动机 转子串电阻 转子电路引入附加电势的串级调速 电磁离合器滑差调速 无级调速,（3）变频调速,交交变频器 交直交电压源型变频器 交直交电流源型变频器 脉宽调制型逆变器 矢量控制,按晶闸管分类,调节定子电压 串级调速系统 用晶闸管组成静止变频器,4.6 晶闸管逆变电路,逆变：直流 交流 无源逆变：不反馈给交流电网而是供给交流负载,1 逆变器工作原理,逆变器工作原理 a) 原理线路 b) 波形 c)晶闸管组成的逆变器,逆变器的换流,强迫换流原理图,要求：任一瞬时，每个桥臂上只能有一

24、个SCR导通， 另一个必须截止，晶闸管一般加反相电压关断。 强迫换流过程：令SCR1通，SCR2断，uc充电（左负右正）。 令SCR1断，SCR2通。SCR1关断时间tg。 uc加反压至SCR1，强迫换流，加反压时间为t，要求ttg，反之一样。 实际应用上述电路还要改进. GTO：控制极上加负向电流,4.7 交流电动机的变频调速,主要应用对象：鼠笼式异步电动机 1 电压型 （电容滤波） 2 电流型 （电感滤波） ,交直交变频调速系统,1 电压型变频器 组成：可控整流器、滤波器、逆变器 缺点：功率因数低，动态响应慢,电压型变频器基本结构,控制逆变器换流触发脉冲的相位，就能改变交流电的频率,三相桥

25、式逆变电路,2 脉冲宽度调制型变频器,脉冲宽度调制型变频系统,交流 - (整流)- 直流 - 正弦波PWM（改变正弦波的频率和幅值）,正弦波脉冲调制,二 控制电路的设计,一 设计的 基本原则、内容和步骤 ,4.8 电力拖动方案确定原则和电动机的选择,（一） 电力拖动方案确定原则 1 首选 笼型异步电动机 其次 才考虑直流或交流无级调速系统 2 拖动方案的选择： （1） 调速范围 D=23,调速级数小于24 选择可变极数的双速或多速笼型异步电动机 （2） 调速范围 D=310，采用带滑差电磁离合器的笼型 （3）调速范围 D=10100，采用晶闸管直流或交流调速拖动系统,3 调速性质应与负载特性相

26、适应,例如：车床 主运动要恒功率 进给运动要恒转矩 双速笼型异步电动机，定子绕组 1） 三角形变为YY 恒功率 2) Y-YY 恒转矩,(2) 电动机的选择,1 电动机结构形式的确定 普通电动机 一般防护电动机 封闭式电动机 防爆式电动机,电动机容量的选择,电动机的功率机械传动功率/效率 效率（0.60.85）,3 笼型异步电动机转速的选择,一般情况下选同步转速为1500RMP的电动机 原因：适应性较强，功率因数和效率较高,4 笼型异步电动机的系列和技术参数,Y系列 几种表示： 380V,接法写：表示定子绕组的额定线电压为380V，接法为 380V/220V， Y/:表示电源线电压为380V时

27、，接法为Y；电源线电压为220V时，接法为,4.9 控制线路的设计及元件的选择,避免“临界竞争和冒险现象”的产生,KT 延时时间到KT常闭触点断KT线圈失电KT常开触点失控 原因： KT线圈断电后，磁场不能突变为零，衔铁复位需要时间 解决方法：KM2的常闭触点代替KT的常闭触点,图240 典型的临界竞争电路 图241 改进后的电路,其它注意点：,1 尽量减少元件触点数目 2 合理安排电器元件的触点位置 3 尽量减少电器线路的电源种类 4 尽可能选用同一型号规格的元件 5 尽可能减少通电电器的数量,电器元件选择注意:,1 根据功能选择类型 例子见P36 2 承载能力及使用寿命 3 工作环境（防水

28、？防爆？） 4 可靠性,1 组合开关、按钮及行程开关的选择,1) 组合开关 额定电压为500V的适用于交流380V 额定电压为250V的适用于交流220V 电流为设备的工作电流的1.53倍 2) 按钮 选择结构和颜色 3) 行程开关,接触器的选择,1 根据所控制电机和电源种类，选交流或直流接触器。 主要考虑的因素：主触头的额定电压、电流，辅助触头的数量和种类；吸引线圈的电压等级；操作频率等。 注意：吸引线圈的电压等级应等于控制电路的电压。 计算主触头的额定电流的经验公式： Ic=Pe*1000/KUe=Iec K 经验常数 Pe被控电动机额定功率 Ue被控电动机额定线电压 Iec应选定的接触器

29、额定电流 注意：主触头的额定电压应大于等于被控制线路的额定电压,3 中间继电器的选择,作用：控制电路中传递与转换信号，扩大控制路数，将小功率的控制信号转换为大容量的触头控制，扩充交流接触器及其它电器的控制作用。 选型：根据触点数量和种类 注意：吸引线圈的额定电压等于控制电路的电压等级。,时间继电器的选择,参数：触头数量，种类，延时方式，延时整定范围，线圈电压等级，操作频率等 延时要求不高的控制，可采用空气阻尼式； 直流断电延时，采用造价较低的电磁式； 延时要求高，可用电动式或电子式。,热继电器选择,作用 ：对异步电动机进行过载保护 电子式热继电器保护性能好，适用于重要电动机的保护 选择：电流额

30、定值为电动机额定电流的 0.951.05倍选用 对于过载能力差的电动机，整定电流可调节在下限值或更小些。,熔断器的选择,作用：过载延时，短路瞬时保护 结构：插入式，螺旋式，填料封闭管式 选择：自学 7 电磁铁的选择,4.10 控制线路设计举例,设计一个三相交流异步电动机M1,M2的继电器接触器控制电路,其要求如下: 1)按动M1的启动按钮,M1起动并连续工作; 2)按动M2的启动按钮,M2起动并连续工作; 3)M1和M2不允许同时工作,但可以自由停止工作; 4) M1和M2过载时,可分别停止M1或M2工作.,解答:分析题意,1 根据1)的要求,驱动M1的接触器KM1回路中应该有启动按钮和自锁功

31、能,同理,驱动M2的接触器KM2回路中应该有启动按钮和自锁功能; 2 根据3)可知,KM1,KM2应该为联锁控制关系,且KM1,KM2回路中分别串入停止按钮; 3 根据4),来自M1和M2的热继电器分别停止M1和M2的工作,因此KM1,KM2回路中分别串入FR1,FR2.,电动机M1M3的控制电路,思考题,1 继电器和接触器的异同？什么条件下继电器可以代替接触器启动电动机？ 2 通电、断电延时时间继电器有何异同？,This is End of Chapter 4,控制理论基础(II),交通大学精品课程系列,课程负责人：杨汝清 教授 曹其新教授,顾问： 王显正 教授,5.1 关于可编程控制器PL

32、C,5.2 编程元件及基本编程语言,5.3 基本逻辑指令,5.4 编程基本规则,5.5 常用电路设计举例,5.1 关于可编程控制器PLC,名称：Programmable Logic Controller 特点：可靠性高、模块化、编程容易、 接口功能 用途: 工业控制、逻辑开关顺序控制 方法：专门开发语言、需求决定（I/O， 接口、容量、通讯等）,如何学习,理解工作方式 熟悉并理解基本指令 实践：从简单到复杂 基本技能，实用的控制方案设计,可编程控制器的基本结构,可编程控制器的单总线结构,锁存1,译码,缓冲,锁存n,S,+5V,R3,LED,R1,R2,V1,C1 100uF,C3 2.2uF,

33、N,11,7,1,4,6,数据,地址,控制,直流数字量输入模板原理图,R0,R3,RV,LED,N,R2,24V,输出,V2,K,V1,VT,继电器输出接口模板的输出驱动电路,5.2 编程元件及基本编程语言,一、FX系列PLC中常用的编程器件 PLC是以微处理器为核心的电子设备，使用时可将PLC梯形图看成是由软继电器、软定时器、软计数器等软器件组成的。 软器件常称为编程器件，用编号即编码予以识别。编号由字母和数字表示，分别表示元件类型（存储区）和元件号（地址），如输入继电器X20/输出继电器Y40。,输入继电器(I),输入继电器作用是PLC用以接收来自外部的开关信号。 每一个输入电路单元相当于

34、一个输入继电器。导通相当于继电器线圈接通。内部电路通断相当于继电器常开、常闭触点的通断。 与PLC的输入端相连，并带有多对常开和常闭触点供编程使用。 输入继电器由外部信号来驱动，而不能由程序的指令来驱动。输入继电器采用字节部分（十进制）和位部分（八进制）编号。,输出继电器(Q),输出继电器是用来将PLC的信号传送到外部负载的器件。输出触点连接到PLC的输出端上。 输出继电器按程序执行结果而被驱动，有一个外部输出的常开触点，有许多常开、常闭触点可以在编程中运用。输出继电器也按照一定方式进行编号。,辅助继电器(M),1）PLC中有许多辅助继电器，由各种器件的触点驱动、作用同继电器控制系统的中间继电

35、器类似。 2）辅助继电器带有若干常开触点和常闭触点，供编程使用，辅助继电器的触点不可直接驱动外部负载，要通过输出继电器才能驱动外部负载。 3）辅助继电器分为:通用辅助继电器和保持辅助继电器,掉电保护的实现（保持辅助继电器）,X400,X401,M310,M310,M310,Y430,移位寄存器,移位寄存器由辅助继电器组成，8个或16个组成一组。当辅助继电器已用作移位寄存器时，不可另作它用。 移位寄存器的每位都可带有相应接点去控制其他逻辑行； OUT决定移位寄存器首位的状态，SFT为1，右移1位，RST为1移位寄存器各位均清零。,数据输入,移位输入,复位输入,OUT,SFT,RST,M100 M

36、107,输出,移位寄存器的应用,1,2,3,4,5,6,7,8,零件装入,产品,OUT,SFT,RST,M110 M117,X400,T450,T450 k100,X401,T450,X402,M111,M113,Y430,Y431,X400启动信号 X401零件装入信号 X402停止信号 Y430操作1 Y431操作2,定时器T,限时或定时操作 定时器一旦接通，即开始作减法或加法运算，直到设定值，定时器输出； 当定时器输入断开，定时器复位； 定时器通电延时型定时器,T450,K200,计数器,RST,C460,OUT,复位输入,每次计数输入从断到通，计数值减1当设定值0，输出触点动作； 每个

37、计数器都具有掉电保护； 与定时器一样，只有当计数器的复位端接通时，计数器将终止计数，设定值并立即返回初始值。,计数输入,60秒定时（计数器的应用）,X403,X402,M72,C460,RST,C460,OUT,K600,Y431,0.1s时钟脉冲,辅助特殊继电器,F1系列PLC具有5个特殊辅助继电器，它是用来执行特殊功能。 M70运行监视:自动地随PC的运行/停止而呈通/断状态; M71初始化脉冲: 在程序运行开始后,M71接通一个扫描周期,利用M71在运行开始时,可消除具有掉电保护的C、M的数据； M72 0.1秒的时钟脉冲 可和计数器连用起到定时器的作用；,辅助特殊继电器 M76电池电压

38、下降 如果电池电压下降，则M76接通，因此可利用此触点经输出继电器在外显示； M77禁止全部输出 当M77接通，Y的输出自动断开，但此时其他继电器、定时器、计数器仍工作，显然若系统发生异常，可用M77紧急停机。,状态器S,步进控制指令 状态转移,PLC编程语言,1.梯形图 2.指令 3.逻辑功能图,5.3 基本逻辑指令,1、LD LDI X、Y、M、T、C逻辑开始：在梯形图中表示一个逻辑行的开始； 2、OUT Y、M、T、C 线圈驱动指令：不能驱动X，OUT用于T、C时必须紧跟K； 3、AND ANI串联连接指令： 4、OR ORI 并联连接指令 5、ORB 串联电路块并联连接指令：,0 LD

39、 X4001 AND X4012 AND X4023 LD X4034 AND X4045 ORB6 OUT Y430,X400,X401,X402,X403,X404,Y430,6、ANB并联电路块串联连接指令 7、RST 移位寄存器、计数器清零指令： 8、PLS M 脉冲输出指令：其作用是将较宽的脉冲输入信号变成脉宽为一个扫描周期的脉冲信号,LD X400 OR X402 LD X401 OR X403 OR X404 ANB OUT Y430,X400,X401,X402,X403,X404,Y430,脉冲指令PLS,M200,X400,PLS M200,X400,9、S（R）置位（复位

40、）指令 (M、Y、S)：这两条指令具有记忆功能；,X401,S M205,X402,R M205,LD X401 S M205 中间可插入其他程序 LD X402 R M205,X401,X402,M205,时序图,10、MC、 MCR主控指令、主控复位指令：两条指令必须同时使用，MC用于分支处，形成新母线；分支电路执行结束后，用MCR指令返回原母线。 11、NOP空操作,用于修改梯形图 END 12、CJP、EJP 转移开始 13、END指令,CJP700,程序B,程序A,程序C,EJP700,X400,PLC梯形图编程的特点,(1)梯形图格式中的继电器不是物理继电器，每个继电器各触点均为存

41、储器中的一位 相应位为“1”状态表示继电器线圈通电，常开触点闭合或常闭触点断开； 相应位为“0”状态表示继电器线圈失电，常开触点断开或常闭触点闭合,(2)梯形图中流过的电流不是物理电流，而是“概念”电流是用户程序解算中满足输出执行条件的形象表示方式“概念”电流只能从左向右流动 优点：形象、上手快,梯形图中的继电器触点可在编制用户程序时无限引用，既可常开又可常闭 梯形图中用户逻辑计算结果可为后面用户程序的计算所利用 梯形图中输入触点和输出线圈不是物理触点和线圈，用户程序的计算是根据PLC内IO映像区每位的状态，而不是计算时现场开关的实际状态 输出线圈中对应输出映像区的相应位，不能用该编程元素直接

42、驱动现场执行机构,1,2,3,4,Y430,Y430,a）输出线圈重复使用,输出线圈右边不得再有触点,1,2,3,4,Y430,b）避免输出线圈重复使用,1,2,3,Y430,a）安排好的线路,并联电路,1,2,3,Y430,a）安排不好的线路,LD 1 AND 2 OR 3 OUT Y430,LD 3 LD 1 AND 2 ORB OUT Y430,5.4 编程基本规则(1),1 输入/出、辅助继电器、计数器、定时器的触点的使用次数是无限的； 2 梯形图按自上而下，从左到右顺序排列，每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯； 3 梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在右母线，所有的触点不能放在

43、线圈的右边； 4 线圈不能直接接在左母线上； 5 每一逻辑行上串联触点多的电路应放在上方； 6 在每一逻辑行上并联触点多的电路应放在左边 ；,编程基本规则(2),在一个程序中，应尽量避免双线圈输出； 不允许在一触点上有双向电流通过；,1,2,3,3,4,4,5,Y430,5.5 常用电路设计举例,1 启动保持电路,Y430,Y430,X411,X410,2. 双向控制电路,下图为交流电动机正反转控制的PC外部接线图。SB2，SB3，SB1分别是正反启动按钮和停止按钮，KM1，KM2分别是正反转接触器，FR是热继电器。 三菱接线图：,西门子LAD：,输入输出对应关系：X400I0.0X401I0

44、.1X402I0.2Y430Q0.0Y431Q0.1,STL： NETWORK 1 LD I0.0 O Q0.0 AN I0.2 AN I0.1 AN Q0.1 = Q0.0 NETWORK 2 LD I0.1 O Q0.1 AN I0.2 AN I0.0 AN Q0.0 = Q0.1 效果：SB2 按下后，电机正转，SB3 按下后，电机反转。SB1 按下后电机停止。,主电路,3. 长延时电路,Y430,C460,M72,RST,C460,OUT,K600,X410,C461,C460,RST,C461,OUT,K60,X410,4. 闪烁电路,X400,Y430,T450,T450,T451

45、,T451,K2,K3,X400,0.3s,Y430,0.2s,0.3s,0.2s,This is End of Chapter 5,控制理论基础(II),交通大学精品课程系列,课程负责人：杨汝清 教授 曹其新教授,顾问： 王显正 教授,6.1 启动保持电路,6.2 双向控制电路,6.3 长延时电路,6.4 闪烁电路,6.5 物品分选系统,6.6 机械手臂往复操作,6.7大容量计数器,6.8 动断触电输入信号处理,6.9 分频电路,6.10单按钮启停控制电路,6.1 启动保持电路,Y430,Y430,X411,X410,6.2 双向控制电路,下图为交流电动机正反转控制的PC外部接线图。SB2，

46、SB3，SB1分别是正反启动按钮和停止按钮，KM1，KM2分别是正反转接触器，FR是热继电器。 三菱接线图：,西门子LAD：,6.3 长延时电路,Y430,C460,M72,RST,C460,OUT,K600,X410,C461,C460,RST,C461,OUT,K60,X410,6.4 闪烁电路,X400,Y430,T450,T450,T451,T451,K2,K3,X400,0.3s,Y430,0.2s,0.3s,0.2s,闪烁电路2,Y430,Y430,M72,RST,C460,OUT,K10,X400,C460,M72,RST,C461,OUT,K10,C461,X401,C461,

47、Y430,X400,Y430,6.5 物品分选系统,0,1,2,3,4,5,YA废品剔除电磁铁,S1废品检测开关,SH产品发送信号,S2正品 计数开关,I/O口分配 SH:X400 S1:X401 S2:X402 复位开关：X403 复位开关：X404 YA:Y430 YB:Y431,YB换箱电磁铁,本例中，工件由传送带传输，在第0个位置检测，在第五个位置加工。S1为检测信号，S2为正品计数信号，SH为产品发送信号。S1的信号指导第5位置的YA剔除电磁铁的动作，S2计数指导YB换箱电磁铁的动作。,6.6 机械手臂往复操作,要求： 1.在手臂处于位置1时按下“Start”键，手臂自动按顺时针方向

48、转到位置2 2.延时5s后，手臂自动返回，即按逆时针返回到位置1 3. 每按一次“Start”键，重复以上过程 Start: X400 X401: 位置1定位开关 X402：位置2定位开关 驱动线圈Y430：使电机顺时针方向转动 驱动线圈Y431：使电机逆时针方向转动,X401,X402,X400,Y431,Y430,梯形图,X400,Y431,M140,X401,M140,M141,M140,X401,M141,X401,Y430,X402,Y431,Y430,X402,T450 K=50,T450,Y431,X401,Y430,Y431,6.7大容量计数器,RST,C460,OUT,RST

49、,C461,OUT,K600,K700,X401,X400,X401,X400,C460,C461,Y430,6.8 动断触电输入信号处理,见课本P79页,6.9 分频电路,用PLC可以实现对输入信号的任意分频，下图是一个2分频电路，将脉冲信号加入X400端，在第一个脉冲到来时，M100产生一个扫描周期的单脉冲，使M100的动合触点闭合，Y430线圈接通有输出保持，当第2个脉冲到来时，由于M100的动断出点断开一个扫描周期，Y430自保持消失，Y430线圈断开。第3个脉冲到来时，M100又产生单脉冲，Y430线圈再次接通，输出信号又建立，在第4个脉冲的上升沿，输出再次消失，以后循环往复，不断重

50、复上述过程，Y430是X400的2分频。,X400,Y430,T,2T,M100,Y430,PLS,M100,X400,M100,Y430,Y430,PLS,M100,RST,C460,OUT,C460,X400,M71,M100,K2,Y430,Y430,C460,M100,6.10单按钮启停控制电路,This is End of Chapter 6,控制理论基础(II),交通大学精品课程系列,课程负责人：杨汝清 教授 曹其新教授,顾问： 王显正 教授,一 顺序步进指令和编程,二 功能指令及其编程,7.1 状态器S,7.2 状态转移图,7.3 编程举例1,7.4 编程举例2,7.5 移位寄存

51、器编程方式,7.6 用S、R指令,7.7 PLC控制系统设计,7.8 PLC系统设计说明,7.9 用户程序的结构,7.10 PLC编程和调试,1、顺序控制系统的基本功能 1)、禁止约束功能：即动作次序是一定的，相互制约，不得随意变动； 2)、记忆功能：即要记住过去的动作，后面的动作由前面的动作情况而定。 2、顺序控制：凡具有上述两种功能的控制就是顺序控制。 3、F1系列PLC 的顺序步进指令： 1、状态器S600S640； 2、步进指令STL,一 顺序步进指令和编程,7.1 状态器S,状态器:用于顺序控制类型的控制程序中的编程器件.其在梯形图中的表示符为： 状态器的特点： STL接点应与左母线

52、相连，STL接点接通后，其后电路块才接通，而STL接点断开，其后电路块不再被执行； 与STL接点相连的起始触点用LD/LDI指令开头；,1 如通过Sa的STL接点将状态器Sb置位，则状态器Sa立即自动复位.(即在STL指令中S状态转移后，上一状态具有自动复位功能）； 2 只有用S/R指令，才能对STL接点后的状态器置位或复位； 3 使用STL指令时允许双线圈输出； 4 同一状态器的STL接点只能使用一次； 5 STL状态器可作为一般辅助继电器使用，此时STL接点不能使用； 6 STL接点后不能用MC/MCR指令，但可用CJP/EJP指令； 7 在一系列STL指令的最后，须用RET指令返回。,7

53、.2 状态转移图 状态转移图是用状态来描述工艺流程图。通常，将一个动作要求作为一个状态，用一个相应的状态器来表示。一个完整的状态有三大要素组成。（驱动处理、转移条件、转移目标）,S601,驱动处理,Y431,转换条件,转换目标,S602,S603,X401,X402,S601,S602,Y431,X401,X402,Y432,S S602,S S603,驱动处理,Y431,7.3 编程举例1,X400,X401,X402,X403,Y430,Y431,S600,S601,S602,S603,S604,M71,X400.M200,X403,X401,X402,X400,Y430,Y431,Y430,Y431,1,2,3,4,S601,S602,Y430,X403,X401,Y431,S S602,S S603,X404,X405,M200,M200,M71,S600,X400 M200,S603,X402,Y430,S S604,S604