杭州電子科技大學電氣控制與PLC原理1(緒論)課件

1、電氣控制與PLC原理 杭州電子科技大學自動化分院第一講主講：周亞軍1授課計劃一、 緒論二、 常用低壓電器三、 電氣控制線路基礎四、 PLC設計基礎五、 S7-200PLC基礎知識及基本指令六、 梯形圖程序設計方法七、 順序控制梯形圖的編程方法八、 PLC網絡通信九、 實驗2 一、 緒論31、 課程簡介 一門實踐性很強的綜合控制技術課程； 目前這門課已經成為自動化等專業(yè)一門非常重要的專業(yè)課程。 工業(yè)控制技術的重要手段之一，隨著企業(yè)自動化程度的不斷提高，已經得到越來越廣泛的應用。 內容包含：低壓電器和電氣控制的基本知識、PLC控制系統(tǒng)組成結構、指令應用、程序設計和系統(tǒng)設計等五大部分組成。42、 P

2、LC概述 可編程序控制器(Programmable Logical Controller)簡稱為PC或PLC 。1）PLC是什么？ .工業(yè)環(huán)境下控制器； .微機控制系統(tǒng)（包含存儲器、CPU等微機主要部件，進行邏輯運算和算術運算）； .數字式和模擬式輸入輸出；5 1985年1月，國際電工委員會（IEC）定義： 一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 可編程序控制器及其有關設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于

3、擴充其功能的原則設計。62）產生繼電接觸器控制 用弱電信號控制強電信號;順序控制；故障查找與排除非常困難、改造工期長、費用高。 72）產生1969年，美國數據設備公司（DEC）研制成功；并在GM公司汽車生產線上首次應用成功；沖壓、焊裝、總裝和涂裝（噴漆）四大工序19751976年，集成電路、計算機技術飛速發(fā)展，將CPU集成電路、存儲器與控制器有機結合。10可編程序控制器的特點3）可編程序控制器的特點與應用領域可靠性高，抗干擾能力強 通用性強，控制程序可變，使用方便硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強編程簡單，容易掌握 系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少維修工作量小，維護方便體積小，能耗低.11 控

4、制系統(tǒng)發(fā)展過程 早期的控制系統(tǒng)：現場基地式儀表繼電器控制； 現在的控制系統(tǒng)：多指采用電腦或微處理器進行智能控制的系統(tǒng)，稱為第三代系統(tǒng)，70年代以PLC和DCS(distributed control system) 為代表，在冶金、電力、石油、化工、輕工應用；90年代出現現場總線，工業(yè)PC，嵌入式系統(tǒng)。 PLC最初是為了替代繼電器控制3）可編程序控制器的特點與應用領域12幾種計算機控制器的比較：個人計算機：數據處理能力強，圖形顯示功能豐富，抗干擾能力差，不適于工業(yè)現場。單片機：工業(yè)應用過程中需要附加配套的外圍電路和接口電路，硬件設計制作和軟件設計的工作量大。工業(yè)控制計算機（工控機）：采用實時操

5、作系統(tǒng)，抗干擾能力強，價格較高，適合于功能復雜的控制對象，對小型的開關量控制對象有些大材小用，用高級語言或匯編編程。PLC：是專為工廠現場應用環(huán)境設計，對印刷電路板、電源、機架、插座的制造和安裝，均采取了嚴密的措施，編程采用梯形圖語言易于被工廠的電氣人員掌握，故具備了以上的各種優(yōu)點，優(yōu)勢明顯。 隨著PLC在數字處理、模擬量閉環(huán)控制功能和通訊聯網功能的增強，PLC與工控機功能上越來越難以區(qū)分。16操作站控制站（器）IPC、數字調節(jié)器、PLC、專用控制器管理層計算機操作站控制站（器）IPC、數字調節(jié)器、PLC、專用控制器17 Siemens（德國西門子），工廠集成能力，廣泛的產品范圍和電子商務能力

6、的整合；Allem Bradley（美國AB）對于過程工業(yè)提供完整的解決方案；Mitsubishi（日本三菱），微型和小型；Omrom（日本歐姆龍），中型以下； Rockwell（美國羅克韋爾），大型高端市場；他們的銷售額超過全球的三分之二 另：Schneider(法國施奈德)，專注于為用戶提供集成方案，中、大型；5）典型的幾款PLC18s7-200s7-300s7-400西門子（SIEMENS）196）PLC基本類型按控制規(guī)模（1）微型機：幾十點（2）小型機：500點以下（3）中型機：5001000點（4）大型機：1000點以上（5）超大型機：10000點按結構（1）整體式：（2）模塊式：2

7、3整體式24模塊式257）可編程序控制器的發(fā)展性能提高：4位機8位機16位機32位機 邏輯運算 計時，計數等順序控制，均屬開關量控制； 支持圖形編程；數據處理；各種功能控制模塊；聯網通信功能。26高性能、高速度、大容量發(fā)展7）可編程序控制器的發(fā)展多CPU結構高性能、流水RISC結構CPU(32位機)增加智能控制功能支持組態(tài)設計大力發(fā)展微型PLC,不斷增強微型PLC的功能掌上PLC高性能支持多種編程方式27低檔PLC向小型、簡易、廉價方向發(fā)展，使之能更加廣泛地取代功能簡單的繼電器控制。例如西門子Logo PLC機。中、高檔PLC向大型、高速、多功能方向發(fā)展，例如西門子S7-400PLC機。28P

8、LC編程語言標準化7）可編程序控制器的發(fā)展IEC1131-3 (IEC 1994年5月公布)順序功能圖（SFC）梯形圖功能塊圖指令表結構文本29PLC與其它工業(yè)控制器產品相互融合7）可編程序控制器的發(fā)展與個人計算機PC集散控制系統(tǒng)DCS計算機數控CNC30增強通信聯網能力317）可編程序控制器的發(fā)展大力開發(fā)智能I/O模塊模擬量I/O、高速計數輸入、中斷輸入、機械運動控制、熱電偶輸入、條形碼閱讀器、多路BCD輸入/輸出、模糊控制器、PID回路控制、通信模塊34PLC與現場總線相結合7）可編程序控制器的發(fā)展基金會現場總線（Foundation Fieldbus）ProfiBus(過程現場總線)Lo

9、nWorks（局域操作網絡）CAN（控制器局域網絡）HART（可尋址遠程變送器數據通路協議）協議35三、低壓電器慨論1、什么是低壓電器低壓電器是組成成套電氣設備的基礎配套元件電器是一種能根據外界的信號（機械力、電動力和其它物理量），自動或手動接通和斷開電路，從而斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數或狀態(tài)，實現對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測和調節(jié)用的電氣元件或設備。36低壓電器：是指在交流額定電壓1200V、直流額定電壓1500V及以下，交流50Hz（或60Hz）的電路中起通斷、保護、控制或調節(jié)作用的電器產品。如：刀開關和刀型轉換開關、熔斷器、斷路器、接觸器、繼電器、控制器、主令電器、位置開關、按

10、鈕、電磁鐵和電磁離合器等高壓電器：用于交流電壓1200V、直流電壓1500V及以上電路中的電器。如：高壓斷路器、高壓隔離開關、高壓熔斷器等37按用途分類（1）控制電器：用于各類控制電路和控制系統(tǒng)，實現特定控制目的的電器，例如接觸器、繼電器、電動機軟起動器等。（2）配電電器：用于電能的輸送和分配的電器，例如低壓斷路器、刀開關等。根據容量、規(guī)格為電氣控制設備提供正常工作運轉電源，是目前低壓電器的主要應用領域。（3）主令電器：控制系統(tǒng)用于發(fā)送動作指令、實現位置檢測等功能的電器，例如按鈕、主令控制器、行程開關等，它提供了人機交互的手段。（4）保護電器：用于保護線路、電氣設備和人身安全的電器，如熔斷器、

11、漏電保護器、熱繼電器等。38按動作原理分類1）手動電器： 用手或依靠機械力進行操作的電器，如手動開關、控制按鈕、行程開關等主令電器。2）自動電器： 借助于電磁力或某個物理量的變化自動進行操作的電器，如接觸器、各種類型的繼電器、電磁閥等。39按工作原理電磁式電器依據電磁感應原理工作非電量控制電器靠外力或某種非電物理量的變化而動作分類40低壓電器的發(fā)展趨勢 低壓電器在電能的輸配、控制和設備保護中的重要作用使得國內外對其新產品研發(fā)非常重視。（1） 低壓電器小型化 先進的生產工藝、加工工藝和新材料為低壓電器產品小型化提供了可能。41低壓電器的發(fā)展趨勢（2）低壓電器智能化 智能化低壓電器帶有微處理器；

12、能準確監(jiān)測和顯示配電線路的運行情況； 能準確地切除過載、短路等各種故障； 能按運行人員的設置要求進行各種操作； 具有運行監(jiān)測和內部故障自診斷及故障顯示功能。 目前，智能化低壓電器的發(fā)展主要在萬能式斷路器、塑殼式斷路器及電機起動控制、保護器等產品上。42低壓電器的發(fā)展趨勢（3）低壓電器網絡化Internet協議、現場總線協議（如Profibus、DeviceNet、Modbus、ASI-bus等）、樓宇自動化總線協議（如EuropenInstalltionBUS、Lonwork、IQBUS、BACnet等）等協議在低壓電器上的應用。具有通信功能和現場總線技術的智能化低壓電器帶有通信接口，能和系統(tǒng)

13、通信，構成整個智能化控制系統(tǒng)。43低壓電器的發(fā)展趨勢（4）低壓電器電子化電力電子技術與微電子技術應用在低壓電器產品中，如固態(tài)斷路器、混合式接觸器、接近開關、固態(tài)繼電器等。尤其是電子式過載保護器，與傳統(tǒng)雙金屬型過載保護繼電器相比，具有安裝方便、脫扣動作快而且準確、誤差小、重復性好、參數調節(jié)方便、節(jié)能等優(yōu)點，是一種更為理想的電動機保護裝置。（5）低壓電器模塊化、組合化產品結構上采用具有獨立功能的組件進行裝配，形成模塊化的積木拼裝式結構，每一種模塊相對獨立，便于功能分割和組合。44電磁式電器工作原理圖組成： 電磁機構 觸點系統(tǒng) 滅弧裝置451鐵芯 2線圈 3銜鐵 4靜觸點5動觸點 6觸點彈簧 7釋放

14、彈簧 b）線圈通以交流電電磁式電器工作原理示意圖 （a）線圈通以直流電的電磁機構I與無關電磁式電器工作原理圖電磁機構46電磁式電器工作原理圖觸頭系統(tǒng)按功能可分為：主觸頭：用于接通和分斷主電路； 輔助觸頭：用于接通和分斷二次電路，還能起互鎖和聯鎖作用。 47電磁式電器工作原理圖觸頭系統(tǒng)分類 按形狀可分為：橋式觸頭和指形觸頭 。橋式觸頭又分為點接觸、橋式觸頭和面接觸橋式觸頭。 觸頭的結構形式 a）點接觸橋式 b）面接觸橋式 c）線接觸指式48觸頭按位置可分為：靜觸頭和動觸頭 。靜觸頭固定不動，動觸頭能由聯桿帶著移動 。觸頭按其初始位置可分為：常閉觸頭和常開觸頭。常閉觸頭（又稱動斷觸頭）常態(tài)時動、靜觸頭是相互閉合的。常開觸頭（又稱動合觸頭）常態(tài)時動、靜觸頭是分開的。49電磁式電器工作原理圖滅弧裝置電弧的危害 使電路仍然保持導通狀態(tài)，延遲了電路的開斷 會燒損觸點，縮短電器的使用壽命。50基本工作原理 當電磁線圈通電后，線圈電流產生磁場使鐵芯產生電磁吸力作用于銜鐵，電磁吸力克服彈簧反力使得銜鐵吸合，使其產生機