某大學電氣專業(yè)自動控制技術經典PPT課件78頁

1、電氣自動控制技術12.1 常用控制電器12.2 三相異步電動機基本控制電路12.3 可編程序控制器12.4 可編程序控制器應用舉例了解常用低壓電器的結構、功能和用途 掌握自鎖、聯(lián)鎖的作用和方法掌握過載、短路和失壓保護的作用和方法4. 掌握基本控制環(huán)節(jié)的組成、作用和工作過 程。能讀懂簡單的控制電路原理圖、能設 計簡單的控制電路本章要點5. 了解可編程控制器的硬件結構和原理6. 了解可編程控制器基本指令和編程方法7. 了解可編程控制器的簡單應用 應用電動機拖動生產機械，稱為電力拖動。利用繼電器、接觸器實現對電動機和生產設備的控制和保護，稱為繼電接觸控制。 以微型計算機為核心，使用軟件編程的方法代替

2、繼電器硬件的連接，可以很容易通過改變控制對象的運轉程序來改變其控制過程，這種控制為PLC。第12章 電氣自動控制技術12.1 常用控制電器12.1.1 刀開關和熔斷器 刀開關是一種結構簡單的手動電器，又稱閘刀開關。通常用來不頻繁地接通或斷開容量不大的三相異步電動機、低壓供電電路，或作為用電設備與電源分離的隔離開關。(a) 外形圖(b) 電路符號 符號FU熔斷器額定電流IN的選擇（1）電燈、電爐等電阻性負載IN IL（3）頻繁起動的電機（2）空載啟動的電機熔斷器用于低壓線路中的短路保護。 常用的熔斷器有插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、管式熔斷器和有填料式熔斷器?？蓪崿F短路、過載、失壓保護。12.1.

3、2 自動空氣斷路器（自動開關）鎖鉤主觸點手動閉合 過流 脫扣器 欠壓 脫扣器銜鐵釋放自動空氣斷路器原理圖連桿裝置釋放彈簧12.1.3 主令電器(b) 結構按鈕常用于接通和斷開控制電路。按鈕的外形圖和結構如圖所示。按鈕開關的外形和結構(a) 外形圖常閉觸點常開觸點1、按鈕 復位彈簧支柱連桿常閉靜觸頭橋式觸頭常開靜觸頭外殼4SBSBSB結構符號名稱常閉按鈕(停止按鈕)常開按鈕(起動按鈕)復合按鈕1234123按鈕帽實現電路自動切換、限位保護和行程控制等。2、行程開關(限位開關)(b)示意圖 結構與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。未撞擊撞擊(a)外形圖ST常開觸點常閉觸點ST(c) 符號M33、 組

4、合開關 組合開關又稱轉換開關，由數層動、靜觸片組裝在絕緣盒而成的。動觸點裝在轉軸上，用手柄轉動轉軸使動觸片與靜觸片接通與斷開。可實現多條線路、不同聯(lián)接方式的轉換。右圖為用轉換開關實現三相電動機起?？刂频慕泳€圖。交流接觸器的外形圖12.1.4 接觸器用于遠距離頻繁地接通和斷開交直流電路及大容量控制電路電器。接觸器通常為三對常開觸點，允許通過大電流，常用于主電路中。接觸器結構線圈輔助觸點鐵心銜鐵電源電機主觸點常閉常開彈簧接觸器工作原理接觸器符號線圈KM用于主電路流過的大電流（需加滅弧 裝置）用于控制電路流過的小電流（無需加滅弧裝置）屬于同一器件的線圈和觸點用相同的文字表示接觸器技術指標：額定工作電

5、壓、電流、觸點數目等。動合(常開)主觸點KM常用的交流接觸器有CJ10、CJ12、CJ120等系列。KM動合(常開)輔助觸點動斷(常閉)輔助觸點KM12.1.5 熱繼電器用于電動機的過載保護。熱繼電器外形與結構(a) 外形(b) 結構 發(fā)熱元件接入電機主電路，若長時間過載，雙金屬片被加熱。因雙金屬片的下層膨脹系數大，使其向上彎曲，杠桿被彈簧拉回，常閉觸點斷開。發(fā)熱元件杠桿工作原理：結構原理圖雙金屬片常閉觸頭熱繼電器結構和工作原理熱繼電器的符號串聯(lián)在主電路中串聯(lián)在控制電路中常閉觸頭FR發(fā)熱元件FR通電延時的空氣式時間繼電器結構示意圖常開觸頭 延時閉合 常閉觸頭 延時打開 常開觸頭常閉觸頭線圈通電

6、 銜鐵向下吸合 連桿動作 觸頭動作工作原理:調節(jié)螺絲進氣孔托板線圈動鐵心恢復彈簧擋塊釋放彈簧活塞桿橡皮膜排氣孔12.1.6 時間繼電器時間繼電器觸頭類型常閉斷電后延時閉合常開斷電后延時斷開通電延時式瞬時動作延時動作常閉觸點常開觸點常開通電后延時閉合常閉通電后延時斷開斷電延時式 繼電接觸控制線路由一些基本控制環(huán)節(jié)組成，下面介紹繼電接觸控制線路的繪制。 在電工技術中所繪制的控制線路圖為原理圖，它不考慮電器的結構和實際位置，突出的是電氣原理。電器繼電控制原理圖的繪制原則及讀圖方法：1. 按國家規(guī)定的電工圖形符號和文字符號畫圖2. 控制線路由主電路（被控制負載所在電路）和控 制電路（控制主電路狀態(tài)）組

7、成 3. 屬同一電器元件的不同部分（如接觸器的線圈和 觸點）按其功能和所接電路的不同分別畫在不同 的電路中，但必須標注相同的文字符號4. 所有電器的圖形符號均按無電壓、無外力作用下 的正常狀態(tài)畫出，即按通電前的狀態(tài)繪制5. 與電路無關的部件（如鐵心、支架、彈簧等） 在控 制電路中不畫出分析和設計控制電路時應注意以下幾點：1. 使控制電路簡單，電器元件少，而且工作又要準確 可靠 2. 盡可能避免多個電器元件依次動作才能接通另一個 電器的控制電路3. 必須保證每個線圈的額定電壓，不能將兩個線圈串 聯(lián)熔斷器FU交流接觸器KM組合開關Q按扭SBSB1SB2熱繼電器FRM312.2 三相異步電動機基本控

8、制電路12.2.1 直接起停和點動控制(a) 結構圖1. 直接起停電動機的保護 短路保護是因短路電流會引起電器設備絕緣損壞產生強大的電動力，使電動機和電器設備產生機械性損壞，故要求迅速、可靠切斷電源。通常采用熔斷器 FU和過流繼電器等。 欠壓是指電動機工作時，引起電流增加甚至使電動機停轉，失壓是指電源電壓消失而使電動機停轉，在電源電壓恢復時，電動機可能自動重新起動，易造成人身或設備故障。常用的失壓和欠壓保護有：對接觸器實行自鎖；用低電壓繼電器組成失壓、欠壓保護。 過載保護是為防止三相電動機在運行中電流超過額定值而設置的保護。常采用熱繼電器FR保護，也可采用自動開關和電流繼電器保護。2. 既能長

9、期工作又能點動的控制電路 按下起動按鈕SB2，電動機運轉，松開起動按鈕 ，電動機停轉。點動按鈕SB3的作用：（1）使接觸器線圈KM通電；（2）使線圈KM不能自鎖。KMSB2FRKMSB1SB3復合按鈕2. 既能長期工作又能點動的控制電路KMSB2FRKMSB1SB3后閉合先斷開按下SB3閉合電機運轉點動時：自鎖觸點不起作用通電KMSB2FRKMSB1SB3先斷開后閉合斷開斷電2. 既能長期工作又能點動的控制電路松開SB32. 既能長期工作又能點動的控制電路松開SB3電機停轉實現點動用途:試車、檢修以及車床主軸的調整等。KMSB2FRKMSB1SB3先斷開后閉合斷開斷電12.2.2 正反轉和行程

10、控制 將電動機接到電源的任意兩根線對調一下，即可使電動機反轉。 需要用兩個接觸器來實現這一要求。 當正轉接觸器工作時，電動機正轉； 當反轉接觸器工作時，將電動機接到電源的任意兩根聯(lián)線對調一下，電動機反轉。1. 正反轉按下SBFSBKMF 在同一時間內，兩個接觸器只允許一個通電工作的控制作用，稱為“聯(lián)鎖”?！奥?lián)鎖”觸點利用接觸器的觸點實現聯(lián)鎖控制稱電氣聯(lián)鎖。 缺點： 改變轉向時必須先按停止按 鈕。解決措施：在控制電路中加入機械連鎖。KMRSBFKMFKMFSBRKMRKMR.通電斷開斷電電機正轉閉合機械聯(lián)鎖電氣聯(lián)鎖利用復合按鈕的觸點實現聯(lián)鎖控制稱機械聯(lián)鎖。鼠籠式電動機正反轉的控制線路KMFKMF

11、SBRSBKMRSBFKMFKMRKMRKMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR當電機正轉時，按下反轉按鈕SBR先斷開斷電閉合通電斷開停止正轉閉合閉合電機反轉2. 行程控制自動往返運動：1. 能正向運行也能反 向運行2. 到位后能自動返回行程控制： 控制某些機械的行程，當運動部件到達一定行程位置時利用行程開關進行控制。STaSTb電機正程限位開關STaSTb逆程STaSTb前進（正轉）后退12按SBF時KMF通電（其常閉斷開， 常開閉合）KMF斷電KMR通電自動往返運動：電機正轉工作臺前進到達預定位置，擋塊1撞擊STbSBKMRSBFKMFKMFKMRSTbSTaKMFKMRSBR

12、停止正轉 電機反轉（工作臺后退）正反轉控制線路3MFRFUQ.KMFFRKMRSB1SBFKMFSBRKMRKMRKMFKMR 下圖所示的鼠籠式電動機正反轉控制線路中有幾處錯誤，請改正之。KM1FUQKM2M1M233.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2按SB1通電閉合再按SB2閉合通電閉合閉合1. 控制順序：M1起動后M2才能起動。M2既不能單獨起動，也不能單獨停車。M1轉動12.2.3 時間和順序控制M2轉動.KMFUQFR電機繞組U1U2V1V2W1W2KM -YU1V1W1U2W2YV2W2V1V2U2W1U1KM- 主電路電機的Y起動 KM -Y閉合，電機接成 Y 形； KM-

13、 閉合，電機接成 形。KMFUQFRU1U2V1V2W1W2KM -YKM- KT 主電路接通電源延時 KM- KM- YY 轉換完成SB2 KM KT KM-Y KM- KM-KTKTKM-YKM-YKM-KM-KTKM-KMSB1SB2KMY 起動控制電路FRKM2SBKM2SBKM1FR1FR2KM1 例：兩條皮帶運輸機分別由兩臺鼠籠異步電動機拖動，由一套起停按鈕控制它們的起停。為避免物體堆積在運輸機上，要求電動機按下述順序起動和停止：起動時: M1起動后 M2才能起動；停車時: M2停車后M1才能停車。應如何實現控制？起動：通電通電閉合閉合SBKM1FR1KM2SBKM2FR2KM1停

14、止：斷電斷電斷開斷開 繼電器、接觸器控制電路讀圖和設計中應注意的問題：1、首先了解工藝過程及控制要求；2、搞清控制系統(tǒng)中各電機、電器的作用以及它們的 控制關系；3、主電路、控制電路分開閱讀或設計；4、控制電路中，根據控制要求按自上而下、自左而 右的順序進行讀圖或設計；5、同一個電器的所有線圈、觸頭不論在什么位置都 叫相同的名字；6、原理圖上所有電器，必須按國家統(tǒng)一符號標注， 且均按未通電狀態(tài)表示；7、繼電器、接觸器的線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)；8、控制順序只能由控制電路實現，不能由主電路實現。電器符號標注刀閘 熔斷器按鈕接觸器熱繼電器行程開關時間繼電器中間繼電器QFUSBKMFRSTKTKA12.

15、3 可編程序控制器1、定義 可編程控制器是一種數字運算的電子操作系統(tǒng)裝置，專為工業(yè)現場應用而設計。其采用可編程序的存儲器，在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等，通過數字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。2、發(fā)展 20世紀60年代，美國通用汽車公司為適應汽車型號不斷翻新需要，對生產線上的控制設備提出的新要求，研制了第一臺可編程控制器，通過改變存儲在里面的指令來改變生產線的控制流程，提供了繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的靈活性。但該時期的可編程序控制器代替了繼電器系統(tǒng)可完成各種順序控制，雖采用了計算機的設計思想，實際只能進行邏輯運算，故稱可編程邏輯控制器，簡稱PLC

16、（Prog-rammable Logical Controller）。 20世紀80年代，隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，PLC的功能已遠超出邏輯控制、順序控制范圍，可進行模擬量、位置控制，以及可實現遠程通訊、柔性加工和制造系統(tǒng)等功能，故稱其為可編程控制器（Programmable Controller）簡稱PC 。為了與個人電腦PC區(qū)別，仍將其稱為PLC。PLC已被稱為現代工業(yè)控制的主要三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。 目前，PLC已廣泛應用于冶金、礦業(yè)、機械、輕工等領域，加速了機電一體化的進程。各種類型的PLC中、大型PLC的結構外型，它通常采用積木式結構，可以根據需要將

17、各種標準模塊進行搭接，常用的模塊有電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊以及各種特殊模塊中、大型PLC的結構外型 各種PLC的具體結構雖然多種多樣，但其結構和工作原理大同小異，都是以微處理器為核心的電子電氣系統(tǒng)。PLC各種功能的實現，不僅基于其硬件的作用，而且要靠其軟件的支持。 PLC內部主要由主機、輸入 /輸出接口、電源、編程器、擴展接口和外部設備接口等幾部分組成。12.3.1 組成工作原理一、組成模擬量輸入行程開關繼電器觸點各種開關傳感器CPU ROM、RAM電源部件輸出接口輸入接口外設接口照明電磁裝置執(zhí)行機構采用光電隔離裝置編程器打印機計算機繼電器、可控硅、晶體管電路1、主機 CPU是

18、PLC的核心，一切邏輯運算及判斷都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我們常說的電腦芯片(1) 運行用戶程序(2) 監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)(3) 作出邏輯判斷和進行數據處理 主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數據存儲器 系統(tǒng)程序存儲器 主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改 用戶程序及數據存儲器 主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據、中間結果 內部存儲器 其有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，另一類是用戶程序及數據存儲器2、輸入/輸出（I/O）接口 輸入接口 用于接收輸入設備（如：按鈕、行程開關、傳感器等）的

19、控制信號 輸出接口 用于將經主機處理過的結果通過輸出電路去驅動輸出設備（如:接觸器、電磁閥、指示燈等）3、電源 電源 指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配備的直流開關穩(wěn)壓電源4、編程器 編程器 是重要的外部設備，主要由鍵盤、顯示器組成。小型PLC常用簡易編程器，大、中型PLC多用智能編程器。目前許多PLC采用和計算機聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進行編程或監(jiān)控液晶顯示屏控制鍵模式鍵指令參數鍵6、外部設備接口 I/O擴展接口 用于將擴充外部輸入/輸出端子數擴展單元與基本單元（即主機）聯(lián)接在一起5、輸入輸出擴展接口 此接口可將編程器、打印機、條形碼掃描儀等外部設備與主機相連電源模塊CP

20、U模塊IO模塊底板輸入端子輸入信號燈輸出端子輸出信號燈 編程電纜 運行開關 電源指示燈運行指示燈電池指示燈出錯指示燈擴展端口鋰電池二、工作原理 PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”工作方式，這個過程分為輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，整個過程掃描并執(zhí)行一次所需的時間稱為掃描周期輸入端子輸入鎖存器輸入狀態(tài)寄存器輸出鎖存器輸出狀態(tài)寄存器輸出端子程序執(zhí)行讀讀寫輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新一個掃描周期位（點）號（0-15） 通道號（寄存器號） 寄存器采用5位阿拉伯數碼尋址三、PLC主要技術性能（OMRON）主要介紹OMRON（歐姆龍）C系列CMP1A1、I/O點數（本體40點，可外加擴展） 點數 地址輸

21、入點數24點 0000000011 0010000111輸出點數16點 0100001007 0110001107 指PLC輸入/輸出點數比為6:4，即輸入點數24；輸出點數16 2、控制方式 存儲程序方式 用來衡量PLC所能存儲用戶程序的多少6、掃描速度 指掃描1000步用戶程序所需的時間，以ms/千步為單位7、指令系統(tǒng)條數 指PLC具有的基本指令和高級指令的種類和數量。種類數量越多，軟件功能越強3、編程語言 梯形圖方式4、指令種類 基本指令14種，應用指令77種5、存儲容量 CMP1A PLC的數據區(qū)通道號分配表 HR00-19CH區(qū) 域 名 稱通 道 號 輸入/輸出繼電器 000-009

22、CH/010-019CH 內部輔助繼電器區(qū) 200231CH 特殊繼電器區(qū) SR 232-255CH 暫存繼電器區(qū) TR RT0-TR7（只有8位） 保持繼電器區(qū) HR 輔助存儲繼電器區(qū) AR AR00-15CH 鏈接繼電器區(qū) LR LR00-15CH 定時器繼電器 TIM TIM000-127CH 計數器繼電器 CNT CNT000-127CH四、PLC主要特點1、可靠性高，抗干擾能力強 由于采用大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數大大減少，并且在硬件的設計和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性2、編程簡單，使用方便 采用梯形圖語言編程，易于

23、編程，且指令較少，容易記憶，PLC具有完善的自斷功能，維修可采用插入式模塊，非常方便3、通用性好，具有在線修改能力 PLC硬件采用模塊化結構，可靈活地組態(tài)以適應不同控制對象，控制規(guī)模和控制功能的要求，且可通過修改軟件，來實現在線修改的能力，因此其功能易于擴展，具有廣泛的工業(yè)通用性4、體積小、重量輕、功耗低 PLC體積小，結構緊湊，可裝入機械設備內部，具有較強的環(huán)境適應性和抗干擾能力，因此是實現機電一體化的理想控制設備1. 塊與指令：AND LD 梯形圖： 塊1“與”塊2功能：兩個程序塊（觸點組）的串聯(lián)2. 塊或指令：OR LD 梯形圖： 塊1“或”塊2功能：兩個程序塊（觸點組）的并聯(lián)12.3.

24、2 程序設計方法一、可編程控制器的基本指令3. 定時器指令：TIMTIMN梯形圖： （1）相當于時間繼電器，精度為0.1秒，電源掉電時，定時器復位，即定時器無掉電保護功能（2）在一段程序中與計數器不能重復使用（3）在一段程序中編號不能重復使用TIM N （N定時器編號：000-127） XXXX (設置值為0000-9999）4、計數器指令：CNT CP R梯形圖： CNT NXXXX （N 計數器編號：000-127） （XXXX 立即數：0000-9999）（1）計數器與定時器注意事項同上（2）和（3）（2）計數器來一脈沖，計數器減值1，減至零時，產生輸出信號二、可編程控制器的編程方法 同

25、其它電腦裝置一樣，PLC的操作是依其程序操作進行的，而程序是用程序語言表達，且表達的方式多種多樣，不同的生產廠家，不同的機種，采用的表達方式不同，但基本上可歸納為梯形圖語言語句表語言布爾代數語言流程圖語言目前常用1、梯形圖 是在繼電控制系統(tǒng)電氣原理圖基礎上開發(fā)出來的一種圖形語言。它繼承了繼電器接點、線圈、串聯(lián)、并聯(lián)等術語和類似的圖形符號，具有形象、直觀、實用的特點，不需學計算機專業(yè)知識，電氣技術人員使用最方便，符號對比如表所示常開接點常閉接點線 圈繼電器控制符號梯形圖符號元件符號 （1）梯形圖中的繼電器并不一定是物理繼電器，每個繼電器或輸入接點各為存儲器中的一位，相應位為“1”態(tài)，表示繼電器線

26、圈通電或常開觸頭閉合，或常閉觸頭斷開 （2）梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是概念電流，是程序執(zhí)行的形象表示方式 梯形圖和助記符語言是PLC中最常用的編程語言，學習中應注意以下概念注意事項 （4）只有PLC中的物理繼電器才能驅動實際負載，其它繼電器只能作一種邏輯來使用，故稱為“軟繼電器” （3）梯形圖中的繼電器接點在編寫用戶程序時（即作為邏輯接點）可根據需要在梯形圖中反復使用，沒有數量限制，既可用常開也可用常閉2、梯形圖編程原則 （1）PLC編程元件的觸點在編程過程中可以無限次使用，每個繼電器的線圈在梯形圖中只能出現一次，它的觸點可以使用無數次 （2）梯形圖的每一邏輯行皆起始于左母線，終止于

27、線圈。線圈總是處于最右邊，而且不能有觸點，線圈不能直接與左邊母線相連 （3）編制梯形圖時，應盡量做到“上重下輕、左重右輕”不合理合理不合理合理3、梯形圖編程方法 （1）確定I/O點數及分配（2）編制梯形圖和指令語句表 （5）程序以END指令結束，程序的執(zhí)行是從第一個地址到END指令結束，在調試的時候，可以利用這個特點將程序分成若干個塊，進行分塊調試，直至程序全部調試成功 （4）兩個或兩個以上的線圈可以并聯(lián)，但不可以串聯(lián) 00000 01000 01001 FRKMFUQ3MSB1KMSB2FRKM主電路控制電路例1、三相異步電動機直接起動控制電路PLC的輸入/輸出接線圖ENDPLC控制電路梯形

28、圖4、指令語句表 （1）指令語句表和計算機匯編語言很相似 （2）編程的方式是用PLC指令助記符按控制要求組成語句表 （3）梯形圖和語句表之間可以相互轉換例1直接起動控制電路用指令表編寫的程序為 語句號 指令助記符 操作數（器件號） 0 LD 00001 1 OR 01101 2 AND-NOT 00002 3 OUT 01101 4 END 12.4 可編程控制器應用舉例分析控制對象確定控制內容選擇PLC類型硬件設計軟件設計系統(tǒng)總裝統(tǒng)調符合設計要求投入運行調整硬件否調整軟件否是例題1 : 利用PLC實現正反轉控制正反轉主電路3MFRFUKM1.KM2Q.具體要求： 設正反轉按鈕分別為SB1、SB2， 停車按鈕為SB3，正反轉接觸器為KM1和KM2。KM1SB3KM1SB1 KRKM2KM2SB2KM2KM11、正反轉控制電路KM