第10章 电气控制技术第4版(应).

1、第第1010章章 电气控制技术电气控制技术10.1 10.1 常用低压电器常用低压电器10.2 10.2 三相异步电动机继电三相异步电动机继电- -接触控制电路接触控制电路* *10.3 10.3 可编程控制器可编程控制器 * *10.4 10.4 异步电动机的电子控制异步电动机的电子控制10.5 10.5 安全用电安全用电电气控制技术是自动控制技术的一个重要组电气控制技术是自动控制技术的一个重要组成部分，它采用各种电气、电子器件对各种成部分，它采用各种电气、电子器件对各种控制对象按生产和工艺的要求进行有效的控控制对象按生产和工艺的要求进行有效的控制。制。本章首先介绍一些常用电器，并讨论三相异

2、本章首先介绍一些常用电器，并讨论三相异步电动机典型的继电接触控制电路。然后介步电动机典型的继电接触控制电路。然后介绍可编程序控制器的基础知识及异步电动机绍可编程序控制器的基础知识及异步电动机的电子控制。的电子控制。 10.1 10.1 常用低压电器常用低压电器10.1.1 刀开关和熔断器10.1.2 低压断路器10.1.3 剩余电流动作保护装置10.1.4 交流接触器10.1.5 继电器10.1.6 按钮和行程开关 低压电器一般是指交流低压电器一般是指交流1200V、直流、直流1500V以以下，用来切换、控制、调节和保护用电设备的电下，用来切换、控制、调节和保护用电设备的电器。器。 低压电器种

3、类很多，按其动作方式可分为手动电低压电器种类很多，按其动作方式可分为手动电器和自动电器。器和自动电器。 随着电子技术的发展，电子电器已成为自动电器随着电子技术的发展，电子电器已成为自动电器的重要组成部分。的重要组成部分。10.1.1 刀开关和熔断器1. 闸刀开关闸刀开关 闸刀开关是一闸刀开关是一种手动控制电器。种手动控制电器。闸刀开关的结构闸刀开关的结构简单，主要由刀简单，主要由刀片（动触点）和片（动触点）和刀座（静触点）刀座（静触点）组成。图示是胶组成。图示是胶木盖瓷座闸刀开木盖瓷座闸刀开关的结构和符号关的结构和符号 闸刀开关一般不宜在负载下切断电闸刀开关一般不宜在负载下切断电源，常用作电源

4、的隔离开关，以便源，常用作电源的隔离开关，以便对负载端的设备进行检修。在负载对负载端的设备进行检修。在负载功率比较小时也可以用作电源开关功率比较小时也可以用作电源开关 L1 L2 L3aQSQSU V Wb2. 2. 熔断器熔断器 一种短路保护电器，串接在被保护的电路中。一种短路保护电器，串接在被保护的电路中。电路短路电路短路短路电流使熔断器的熔体发热熔断，切短路电流使熔断器的熔体发热熔断，切断电路断电路保护线路及电气设备。保护线路及电气设备。常用的熔断器及图形文字符号如图所示。常用的熔断器及图形文字符号如图所示。 螺旋式螺旋式管式管式符号符号FU熔体的选择熔体的选择熔体额定电流的选择应考虑被

5、保护负载的电流熔体额定电流的选择应考虑被保护负载的电流大小，同时也必须注意负载的工作方式。大小，同时也必须注意负载的工作方式。一般可按下列条件进行一般可按下列条件进行 对无冲击（起动）电流的电路为对无冲击（起动）电流的电路为 IfuNIN 式中，式中，IN表示负载额定电流。表示负载额定电流。对具有冲击（起动）电流的电路为对具有冲击（起动）电流的电路为 IfuNKIS式中，式中，IS表示负载的冲击电流值，例如异步电动表示负载的冲击电流值，例如异步电动机的起动电流。机的起动电流。K为计算系数，数值在为计算系数，数值在0.30.6之间之间 10.1.2 低压断路器按结构来分，有万能式按结构来分，有万

6、能式(又称框架式，通称又称框架式，通称ACB)和和塑料外壳式塑料外壳式(通称通称MCCB、MCB)两大类。两大类。 低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，控制不频繁起动的电动机，在线路或电动负载电路，控制不频繁起动的电动机，在线路或电动机发生过载、短路或欠电压等故障时，能自动切断电机发生过载、短路或欠电压等故障时，能自动切断电路，予以保护。广泛用于配电、电动机、家用等线路路，予以保护。广泛用于配电、电动机、家用等线路的通断控制及保护。的通断控制及保护。 低压断路器由操作机构、触点、保护装置、灭弧系低压断路器由操作机构、触点、保护装

7、置、灭弧系统等组成。下图是其原理示意图。统等组成。下图是其原理示意图。 QF图形符号图形符号10.1.3 剩余电流动作保护装置剩余电流动作保护装置以剩余电流动作保护装置以前称为漏电保护器，用以前称为漏电保护器，用以对低压电网直接触电和间对低压电网直接触电和间接触电进行有效保护。接触电进行有效保护。 图示为三相四线制系统剩图示为三相四线制系统剩余电流动作保护装置原理余电流动作保护装置原理示意图。示意图。TA 剩余电流互感器剩余电流互感器 QF 主开关主开关TL 主开关的分励脱扣器线圈主开关的分励脱扣器线圈无漏电或触电时无漏电或触电时 0UVWNIIIITA 的二次侧不产生感应电动势的二次侧不产生

8、感应电动势, 剩余电流动作保护装置不动作剩余电流动作保护装置不动作, 系统保持正常供电系统保持正常供电 当被保护电路发生漏电或有人触电时，当被保护电路发生漏电或有人触电时， 通过通过TA 一次一次侧各相电流的相量和不为零，产生了剩余电流侧各相电流的相量和不为零，产生了剩余电流Ik，即，即 UVWNkIIIII在在TA的铁心中出现交变磁通，的铁心中出现交变磁通，TA二次线圈就产生感二次线圈就产生感应电动势，经中间环节进行处理比较，应电动势，经中间环节进行处理比较， 当达到预定值当达到预定值时，使主开关分励脱扣器线圈时，使主开关分励脱扣器线圈TL 通电，通电， 驱动主开关驱动主开关QF 自动跳闸，

9、自动跳闸， 切断故障电路，从而实现保护切断故障电路，从而实现保护 10.1.4 交流接触器接触器是继电接触控制中的主要器件之一。它利用接触器是继电接触控制中的主要器件之一。它利用电磁吸力来动作，常用于直接控制主电路电磁吸力来动作，常用于直接控制主电路下图为一些交流接触器的外形下图为一些交流接触器的外形 交流接触器主要组成部分交流接触器主要组成部分电磁铁电磁铁 触点组触点组 静铁芯、动铁芯静铁芯、动铁芯 吸引线圈吸引线圈 主触点主触点(动合触点动合触点)辅助触点辅助触点(动合动合/动断触点动断触点)接触器各部件图形符号如图所示接触器各部件图形符号如图所示 选用接触器考虑的主要参数选用接触器考虑的

10、主要参数 主触点额定电流主触点额定电流/额定电压额定电压辅助触点数目辅助触点数目 吸引线圈额定电压吸引线圈额定电压 10.1.5 继电器继电器是一种自动电器，输入量可以是电压、电流等继电器是一种自动电器，输入量可以是电压、电流等电量，也可以是温度、时间、速度或压力等非电量，电量，也可以是温度、时间、速度或压力等非电量，输出就是触点动作。当输入量变化到某一定值，继电输出就是触点动作。当输入量变化到某一定值，继电器动作而带动其触点接通器动作而带动其触点接通(或切断或切断)它所控制的电路。它所控制的电路。 图为继电器动合触点的继电特性图为继电器动合触点的继电特性YmaxYminY0XfXCXNXXN

11、额定值额定值 XC动作值动作值 Xf返回值返回值 KF=Xf /XCKC=XN/XC 储备系数储备系数 返回系数返回系数 1.1.中间继电器中间继电器中间继电器是一种电磁继电器，中间继电器是一种电磁继电器，其结构与工作原理和交流接触器基其结构与工作原理和交流接触器基本相同，只是电磁系统小一些，触本相同，只是电磁系统小一些，触点数量则多一些点数量则多一些。中间继电器的触点容量较小，中间继电器的触点容量较小，通常一是用来传递信号，同时控制通常一是用来传递信号，同时控制多个电路；二是也可以直接用来接多个电路；二是也可以直接用来接通和断开小功率电动机或其他电气通和断开小功率电动机或其他电气执行元件执行

12、元件。图为中间继电器的外形及符号。图为中间继电器的外形及符号。 2.2.时间继电器时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理、机械原理或电时间继电器是一种利用电磁原理、机械原理或电子技术来实现子技术来实现触点延时接通或断开触点延时接通或断开的控制电器。的控制电器。 比较环节比较环节延时环节延时环节执行环节执行环节信号信号输入输入 开关开关输出输出 不管不管何种类型的时间继电器，其组成的主要环节何种类型的时间继电器，其组成的主要环节包括延时环节、比较环节与执行环节三个部分，包括延时环节、比较环节与执行环节三个部分，如如下下图所图所示。示。 时间继电器时间继电器的输出的输出开关开关的的三三种类型种类型

13、：瞬时：瞬时触点触点；通通延时触点延时触点；断；断延时触点。延时触点。时间继电器的输入不管是电磁时间继电器的输入不管是电磁的还是电子类型，均以继电器的还是电子类型，均以继电器线圈形式表示。线圈形式表示。右图为时间继电器的图形符号右图为时间继电器的图形符号 注意延时触点符号中圆弧缺口注意延时触点符号中圆弧缺口的方向，表示延时动作的方向的方向，表示延时动作的方向瞬时动作瞬时动作通延时通延时断延时断延时图形符号图形符号部分名称部分名称动作性质动作性质时序波形时序波形输输入入输输出出时间继电器各部分的图形符号及动作时序时间继电器各部分的图形符号及动作时序KT01t01t01t01t01t01tton0

14、1ttoff继电器继电器线圈线圈瞬时瞬时动合触点动合触点瞬时瞬时动断触点动断触点延时闭合延时闭合动合触点动合触点延时断开延时断开动断触点动断触点延时延时断开断开动合触点动合触点延时闭合延时闭合动断触点动断触点瞬时动作瞬时动作 1：闭合：闭合 0：断开：断开通电通电延时延时动作动作断电延时断电延时动作动作1：通电：通电 0：断电：断电3. 3. 热继电器和电子式电动机保护器热继电器和电子式电动机保护器 热继电器热继电器 利用电流热效应原理工作利用电流热效应原理工作 组成：发热元件、双金属组成：发热元件、双金属片、触点片、触点工作原理：过载工作原理：过载双金属双金属片弯曲片弯曲继电器触点动作继电器

15、触点动作热继电器图形符号如图热继电器图形符号如图 电子式电动机保护器电子式电动机保护器过流过流设定设定起动时起动时间设定间设定不平衡不平衡度设定度设定比较比较动作动作过流、断过流、断相报警相报警I/V变换变换信号处理信号处理电流电流互感器互感器电子式电动机保护器原理电子式电动机保护器原理框图如图所示框图如图所示M3KMKMU VWFUSK电子式电动机保护器工作示意图电子式电动机保护器工作示意图如右图所示如右图所示保护器从电流互感器获保护器从电流互感器获得主电路电流情况，经得主电路电流情况，经I/U变换器转换成电压变换器转换成电压信号输出，与信号输出，与(过流、起过流、起动时间、不平衡度等动时间

16、、不平衡度等)设设定值进行比较，决定是定值进行比较，决定是否进行保护动作否进行保护动作4.4.固态继电器固态继电器一种由光电耦合器件、集成触发器和功率器件组成一种由光电耦合器件、集成触发器和功率器件组成的无触点继电器的无触点继电器固态继电器的符号及原理如图所固态继电器的符号及原理如图所示，输入接直流控制电路，输出示，输入接直流控制电路，输出接交流主电路。接交流主电路。单相交流固态继电器单相交流固态继电器三相交流固态继电器三相交流固态继电器三相交流三相交流直流控制端直流控制端例题例题10.1.1分析固态继电器组成电路的功能分析固态继电器组成电路的功能 解解 若若 A=1SSR1SSR5不通不通电

17、动机停止电动机停止A=0电动机运转电动机运转B控制其转向控制其转向B=1SSR1 SSR3 SSR5导通，进入电动机的相序为导通，进入电动机的相序为UVWB=0SSR1 SSR2 SSR4导通，进入电动机的相序为导通，进入电动机的相序为UWV电动机的转向与电动机的转向与B=1时相反时相反11110001100101000011UVWUWV10.1.6 按钮和行程开关按钮和行程开关是一种在控制系统中发出指令的电按钮和行程开关是一种在控制系统中发出指令的电器，称为主令电器。器，称为主令电器。 1.按钮按钮 按钮是一种简单按钮是一种简单的手动开关，用的手动开关，用来接通或断开控来接通或断开控制电路。

18、制电路。按钮原理图及符按钮原理图及符号如图所示。动号如图所示。动/静触点均为桥式双断点结构静触点均为桥式双断点结构 2.2.机械式行程开关机械式行程开关1.静触头静触头 2.动触头动触头 3.顶杆顶杆 4.弹簧弹簧 5.复位弹簧复位弹簧 行程开关行程开关常被安装在工常被安装在工作机械行程的终点处，作机械行程的终点处，以限制机械的行程，因以限制机械的行程，因此也称为限位开关此也称为限位开关 工作过程如图所示，工作机械碰撞工作过程如图所示，工作机械碰撞传动头时，顶杆传动头时，顶杆3受力向下运动，受力向下运动，当到达一定的位置时，弹簧当到达一定的位置时，弹簧4的力的力的垂直分量变为向上，带动了动触的

19、垂直分量变为向上，带动了动触头向上跳，从而使得动断触头断开，头向上跳，从而使得动断触头断开，动合触头闭合；当去掉外力动合触头闭合；当去掉外力F时，时，复位弹簧复位弹簧5使顶杆使顶杆4上升，动触头上升，动触头复位。复位。 外形及符号外形及符号 1 2 3 4 5 F 3.3.接近开关接近开关高频振荡型：用以检测各种金属体高频振荡型：用以检测各种金属体电容型：用以检测各种导电或不导电的液体或固体电容型：用以检测各种导电或不导电的液体或固体光电型：用以检测所有不透光物质光电型：用以检测所有不透光物质超声波型：用以检测不透过超声波的物质超声波型：用以检测不透过超声波的物质电磁感应型：用以检测导磁或不导

20、磁金属电磁感应型：用以检测导磁或不导磁金属接近开关是一种无触点的行程开关。当被测物体接近开关是一种无触点的行程开关。当被测物体与之接近到一定距离时就会发出动作信号。它在定位与之接近到一定距离时就会发出动作信号。它在定位精度、操作频率、使用寿命和对环境适应能力等方面精度、操作频率、使用寿命和对环境适应能力等方面具有明显优点。具有明显优点。接近开关按照其工作原理，可分为以下类型：接近开关按照其工作原理，可分为以下类型：下图为停振型接近开关框图。下图为停振型接近开关框图。金属物体未接近开关的感应头时，振荡器产生自激振金属物体未接近开关的感应头时，振荡器产生自激振荡，荡，继电器线圈继电器线圈K无电流不

21、动作；无电流不动作；金属物体接近开关的感应头时，产生涡流，金属物体接近开关的感应头时，产生涡流，使得振使得振荡电路的品质因数荡电路的品质因数Q明显下降，振荡器停振，明显下降，振荡器停振，继电继电器线圈器线圈K通电动作通电动作4.4.微动开关微动开关微动开关是一种行程很小的、瞬时动作的主令电器。微动开关是一种行程很小的、瞬时动作的主令电器。它是一种施压促动的快速开关，又叫灵敏开关。它是一种施压促动的快速开关，又叫灵敏开关。 工作原理：外部机械力工作原理：外部机械力作用于作用于动作簧片动作簧片能量积聚到临界点能量积聚到临界点动触点与静触点快速接通或断开动触点与静触点快速接通或断开作用力移去作用力移

22、去动作簧片产生反向动作簧片产生反向动作力动作力反向行程达到簧片的动反向行程达到簧片的动作临界点作临界点瞬时完成反向动作。瞬时完成反向动作。 特点：触点间隔小、动作行程短、特点：触点间隔小、动作行程短、按动力小、通断迅速。动触点的按动力小、通断迅速。动触点的动作速度与传动元件动作速度无动作速度与传动元件动作速度无关。关。 右图是微动开关的结构原理图。右图是微动开关的结构原理图。10.2 10.2 三相异步电动机继电三相异步电动机继电- -接触控制电路接触控制电路10.2.1 直接起动和正反转控制电路10.2.2 时间控制和行程控制电路10.2.1 直接起动和正反转控制电路1. 直接起动控制线路直

23、接起动控制线路 KKMM FR KM FU QS 3 M L L2 2 L L1 1 L3 S SB B2 2 S SB B1 1 KKMM F FR R 刀开关刀开关QS：隔离开关：隔离开关 熔断器熔断器FU：短路保护：短路保护 接触器接触器KM：失压保护：失压保护 热继电器热继电器FR：过载保护：过载保护 SB1：停止按钮：停止按钮SB2：起动按钮：起动按钮 KM辅助触头：自锁辅助触头：自锁 主电路主电路辅助电路辅助电路点动点动 SBTSBPKMFRKMSBP1SBT1在直接起动控制电路中串联第在直接起动控制电路中串联第2个停止按钮个停止按钮 在起动按钮处并联第在起动按钮处并联第2个起动按

24、钮个起动按钮 即可实现两地控制即可实现两地控制 QSKM2KM1L3下图为顺序控制电路下图为顺序控制电路只有当只有当M1起动后，起动后，M2才可才可以起动，从而两台电动机顺序起动控制以起动，从而两台电动机顺序起动控制2.2.正反转控制电路正反转控制电路KMFL1 L2 L3 QSFUM3KMFFRSBPSBFKMFFRKMRKMRKMFKMRSBRKMR联锁触点联锁触点10.2.2 时间控制和行程控制电路1. 时间控制电路时间控制电路以三相异步电动机以三相异步电动机Y起动控制的电路为例起动控制的电路为例KM1控制电动机的启停控制电动机的启停KMY用于控制电动机绕组的星形联结用于控制电动机绕组的

25、星形联结KM用于控制电动机绕组的星形联结用于控制电动机绕组的星形联结根据延时要求，电动机按一定时间间隔进行控制。根据延时要求，电动机按一定时间间隔进行控制。在继电接触控制电路中，用时间继电器来实现时在继电接触控制电路中，用时间继电器来实现时间控制功能。间控制功能。按下按下SBTKM1、KMY和和KT的线圈得电的线圈得电KM1、KMY的动的动合主触头合主触头闭合，电闭合，电动机星形动机星形启动启动KM1的辅助触的辅助触头闭合自锁头闭合自锁延时时间到，延时时间到，KT的延时动断的延时动断触头断开，触头断开，KMY线圈失电线圈失电KMY主触主触头断开头断开KMY互锁动断触互锁动断触头闭合头闭合KT延

26、时动合触头闭延时动合触头闭合，合，KM线圈得电线圈得电KM主触主触头闭合，头闭合，电动机成电动机成三角形运三角形运行并自锁行并自锁KM互锁动断触头断开使互锁动断触头断开使KT线圈失电复位线圈失电复位SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2KM2FU2FRKM1QSFU13ML3前述星型前述星型三角起动控制电路应用了通延时时三角起动控制电路应用了通延时时间继电器间继电器电动机能耗制动电路使用的是断延时电动机能耗制动电路使用的是断延时时间继电器，请自行分析其工作原理时间继电器，请自行分析其工作原理KMRM3U1V1W1FRKMFFUQSL1 L2 L3KMFST2ST1SBFSBPKMFK

27、MRSBRKMRKMRST1ST3ST4ST2向左向左向右向右FRKMFST3ST1ST2ST42.2.行程控制电路行程控制电路 龙门刨龙门刨等设备中等设备中的工作部的工作部件往往需件往往需要作自动要作自动往复运动，往复运动，具有行程具有行程开关的电开关的电路可以实路可以实现这些功现这些功能能 * *10.3 10.3 可编程控制器可编程控制器10.3.1 可编程控制器的结构和工作原理10.3.2 可编程控制器的基本指令和编程10.3.3 可编程控制器应用举例概述可编程控制器可编程控制器 (Programmable Logic Controller，简，简称称PLC)，它是一种专为在工业环境下

28、应用而设计的，它是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算的电子系统。数字运算的电子系统。 可靠性高，灵活性好。可靠性高，灵活性好。 编程容易，使用方便。编程容易，使用方便。 接线简单，通用性好。接线简单，通用性好。易于安装，便于维护。易于安装，便于维护。 便于组成控制网络系统。便于组成控制网络系统。 PLC特点：特点： 机械、电力、采矿、机械、电力、采矿、冶金、化工、造纸、冶金、化工、造纸、纺织、水处理等纺织、水处理等PLC应用领域应用领域 10.3.1 可编程控制器的结构和工作原理1. 可编程控制器的结构可编程控制器的结构通信接口通信接口中中 央央 处处 理理 器器微微 处处 理理 器器电

29、电 源源系统系统程序程序存储器存储器用户用户程序程序存储器存储器输输入入电电路路输入输入接点接点输输出出电电路路输出输出接点接点COMCOM+ -+ -按钮按钮触点触点行程行程开关开关M M+ -+ -继电器线圈继电器线圈指示灯指示灯执行电机执行电机外部电源外部电源KMPLC类型：类型： 整体式、模块式整体式、模块式按结构分按结构分 整体式：把电源、控制器和输入输出做成一个整体，整体式：把电源、控制器和输入输出做成一个整体，或加少量扩展模块，组成一个小型的控制系统或加少量扩展模块，组成一个小型的控制系统 通信通信/编程口编程口输入输入/输出端输出端扩展扩展I/O模块模块模块式：独立的电源、机架

30、、处理器、各种模块式：独立的电源、机架、处理器、各种I/O、通信模块。使用者根据控制系统的大小、功能等的通信模块。使用者根据控制系统的大小、功能等的不同进行灵活的组态，并易于构成控制网络不同进行灵活的组态，并易于构成控制网络 电源模块电源模块机架机架通信通信/网络模块网络模块I/O模块模块处理器模块处理器模块输入电路：把它们的输入信号转换成中央处理器输入电路：把它们的输入信号转换成中央处理器能接收和处理的数字信号能接收和处理的数字信号 输出电路：接收中央处理器的数字信号，把这些输出电路：接收中央处理器的数字信号，把这些信号转换成被控设备能接受的电压或电流信号，以信号转换成被控设备能接受的电压或

31、电流信号，以驱动接触器线圈、伺服电机等执行装置驱动接触器线圈、伺服电机等执行装置 Allen-BradleyA-BQualityControlNETCHA CHB OKA#01RUN REM PROGLogix5555RUNOKRS232BATI/ORUN REM PROGLogix5555RUNOKRS232BATI/O ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OKControlNETCHA CHB OKA#01处处理理器器通通讯讯板板通通讯讯板板I/O 模模 板板I/O 模模 板板I/O 模模 板板机架机架电源电源Alle

32、n-BradleyA-BQualityControlNETCHA CHB OKA#01RUN REM PROGLogix5555RUNOKRS232BATI/ORUN REM PROGLogix5555RUNOKRS232BATI/O ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OKControlNETCHA CHB OKA#01处处理理器器通通讯讯板板通通讯讯板板I/O 模模 板板I/O 模模 板板I/O 模模 板板机架机架电源电源处处理理器器处处理理器器中央处理器：包括微处理器、系统程序存储器和用中央处理器：包括微处理器、系统

33、程序存储器和用户程序存储器户程序存储器用户程序存储器：用来存放用户根据生产过程和工用户程序存储器：用来存放用户根据生产过程和工艺要求而编制的程序，可进行编制或修改艺要求而编制的程序，可进行编制或修改 系统程序存储器：存放系统管理和监控程序以及对系统程序存储器：存放系统管理和监控程序以及对用户程序进行编译处理的程序，用户不能改变用户程序进行编译处理的程序，用户不能改变 微处理器：处理并运行用户程序，监控输入、输出微处理器：处理并运行用户程序，监控输入、输出电路的工作状态，并作出逻辑判断，协调各部分的电路的工作状态，并作出逻辑判断，协调各部分的工作，必要时作出应急处理工作，必要时作出应急处理可编程

34、控制器编程工具可编程控制器编程工具手持式编程器手持式编程器体体积小、重量轻、携带积小、重量轻、携带方便，易于在现场对方便，易于在现场对PLC进行编程与调试，进行编程与调试，早期用得较多早期用得较多 图形操作终端图形操作终端主要作为主要作为人机界面使用，附带编程功人机界面使用，附带编程功能能 通用计算机编程通用计算机编程由由于计算机功能强大，应于计算机功能强大，应用软件丰富，笔记本的用软件丰富，笔记本的便携性等多种优点，使便携性等多种优点，使得该方法称为绝对主要得该方法称为绝对主要的编程方法的编程方法 2.2.输入和输出电路输入和输出电路 开关量输入电路开关量输入电路 R1R2CDT1+ + -

35、 -COM直流直流电源电源直流输入方式直流输入方式 内内部部电电路路内内部部电电路路R1R2C2T1+-C1R3交流交流电源电源交流输入方式交流输入方式 继电器输出继电器输出交直流，有触点，开关速度不够快交直流，有触点，开关速度不够快内内部部电电路路RC+ +- -负载负载K外电源外电源晶闸管输出晶闸管输出无触点，只用于交流无触点，只用于交流负载负载内内部部电电路路R1R2T2T1负载负载R3外电源外电源+ -+ -晶体管输出晶体管输出无触点，只用于直流负载无触点，只用于直流负载内内部部电电路路R1R2DT1+ + - -负载负载T2外电源外电源输出电路的作用输出电路的作用把微处理器发出的逻辑

36、指令把微处理器发出的逻辑指令1或或0转换成开关的闭合或断开转换成开关的闭合或断开输入电路的作用输入电路的作用把外部开关的闭合或断开转换成把外部开关的闭合或断开转换成微处理器能够接收的逻辑信号微处理器能够接收的逻辑信号1或或0输出线圈输出线圈动合触点动合触点负负 载载+ -+ -外电源外电源用输出继电器等效用输出继电器等效表示输出电路表示输出电路用输入继电器等效用输入继电器等效表示输入电路表示输入电路输入线圈输入线圈动合触点动合触点动断触点动断触点+ +例题例题10.3.110.3.1 正反转控制，试问在正反转控制，试问在PLC的输入侧和输出侧应分别的输入侧和输出侧应分别接入哪些元件？画出接线图

37、。接入哪些元件？画出接线图。 若用若用PLC来实现三相异步电动机的来实现三相异步电动机的KMFKMRVAC/VDCY0Y1X0X1X2COMSBRFRSBP+ + PLC内部电源内部电源外接电源外接电源SBFX3解解 按钮按钮SBP）、）、1个热继电个热继电器器FR和和2个接触器（正转个接触器（正转接触器接触器KMF和反转接触器和反转接触器KMR） 实现三相异步电动机的正反转控制需要实现三相异步电动机的正反转控制需要3个控制个控制 按钮（正转起动按钮按钮（正转起动按钮SBF、反转起动按钮、反转起动按钮SBR和停止和停止 PLC的输入点：的输入点：4个个 PLC的输出点：的输出点：2个个 3.

38、3. 可编程控制器工作原理可编程控制器工作原理 继电接触器控制电路继电接触器控制电路接线程序控制系统接线程序控制系统 PLC控制逻辑控制逻辑存储程序控制系统存储程序控制系统 PLC工作过程工作过程采用循环扫描的工作方式采用循环扫描的工作方式 输入扫描输入扫描程序扫描程序扫描输出扫描输出扫描内务整理内务整理启动启动PLC启动后，其工作过启动后，其工作过程可分解为输入扫描、程可分解为输入扫描、程序扫描、输出扫描及程序扫描、输出扫描及内务整理几个阶段内务整理几个阶段 经历的这四个工作过程，称为经历的这四个工作过程，称为一个一个扫描周期扫描周期。然后又周而复。然后又周而复始地重复上述过程。始地重复上述

39、过程。 PLC的扫描周期与程序的长短有关的扫描周期与程序的长短有关 10.3.2 可编程控制器的基本指令和编程1. PLC程序的表达方式程序的表达方式 根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），），PLC的编程语言包括以下五种：的编程语言包括以下五种：梯形图语言（梯形图语言（LD）、指令表语言（指令表语言（IL）、功能块功能块图语言（图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（及结构化文本语言（ST）梯形图编程语言是梯形图编程语言是PLC程序设计中最常用的编程语程序设计中最常用的编程语

40、言，与继电器线路类似。特点是与电气操作原理图言，与继电器线路类似。特点是与电气操作原理图相对应，形象、直观和实用。相对应，形象、直观和实用。本章只介绍梯形图本章只介绍梯形图 梯形图示例梯形图示例X0X2X3X4X1Y0Y1条件指令条件指令输出指令输出指令指令类型：指令类型： 输入指令（条件指令）输入指令（条件指令） 输出指令（执行指令）输出指令（执行指令）条件指令的返回值为条件指令的返回值为“1”或或“0”(真或假真或假) 输出指令执行其指令功能而发生一连串期望的数据处输出指令执行其指令功能而发生一连串期望的数据处理事件理事件 梯级条件为真时激活输出指令梯级条件为真时激活输出指令 几个条件指令

41、的几个条件指令的串联串联“与与”逻辑集合逻辑集合 几个条件指令或其几个条件指令或其“与与”集合的集合的并联并联“或或”逻辑关逻辑关系系 只有输出而无输入的梯级称为只有输出而无输入的梯级称为无条件输出无条件输出，反之不可，反之不可 2. PLC2. PLC器件的编址器件的编址 FX2N的编址的编址输入继电器输入继电器X0X267( (八进制八进制) )* *输出继电器输出继电器Y0Y267( (八进制八进制) )* *辅助继电器辅助继电器M0M3071，M8000M8255（特殊用特殊用）定时器定时器T0T255计数器计数器C0C234，C235C255（高速计数用）（高速计数用）* FX2N的

42、最大的最大I/O分别为分别为184点，总数为点，总数为256点点 PLC的核心是微处理器，使用时将它看成由继电的核心是微处理器，使用时将它看成由继电器、定时器、计数器等组成的一个组合体。这些器件器、定时器、计数器等组成的一个组合体。这些器件都分配有一个唯一的内存地址，不同厂家对器件的编都分配有一个唯一的内存地址，不同厂家对器件的编址方式不尽相同，但其基本方法相似。址方式不尽相同，但其基本方法相似。 MicroLogix 1200的编址的编址 输入继电器输入继电器I1:0.0/0I1:6.0/15输出继电器输出继电器O0:0.0/0O0:6.0/15辅助继电器辅助继电器B3:0/0*定时器定时器

43、T4:0*计数器计数器C5:0* MicroLogix 1200提供提供2k16bits的数据区，使用的数据区，使用者可以在此范围内根据需要对数据进行自由组态。另者可以在此范围内根据需要对数据进行自由组态。另外，文件编号除外，文件编号除0、1、2之外，可以任意一个小于之外，可以任意一个小于255的数字，如的数字，如T14:0是有效的定时器。是有效的定时器。 3. 3. FX系列系列PLC的基本指令的基本指令 PLC的指令系统包含了基本继电器指令、定时的指令系统包含了基本继电器指令、定时和计数指令、算术指令、数据操作和处理指令、数和计数指令、算术指令、数据操作和处理指令、数据传送指令、特殊功能指

44、令这几大类，指令数量多据传送指令、特殊功能指令这几大类，指令数量多达百条以上。达百条以上。 本章介绍最基本的继电器类指令以及定时器本章介绍最基本的继电器类指令以及定时器/计数计数器指令。器指令。 继电器类指令继电器类指令操作的对象是数据的一个位操作的对象是数据的一个位 I/O数据每一个位的数据每一个位的0或或1代表的是连接到代表的是连接到PLC的实际设备开关的打开或闭合的实际设备开关的打开或闭合 在在PLC运行时，处理器将根据梯形图程序的逻运行时，处理器将根据梯形图程序的逻辑对这些位清零或置辑对这些位清零或置1 指令指令图形符号图形符号类型类型功能功能 LD LD动合输入动合输入程序扫描到此指

45、令时，检查程序扫描到此指令时，检查X0X0的值，若的值，若X0X0为为1 1，指，指令返回值为真，否则为假令返回值为真，否则为假 LDI LDI动断输入动断输入程序扫描到此指令时，检查程序扫描到此指令时，检查X0X0的值，若的值，若X0X0为为0 0，指，指令返回值为真，否则为假令返回值为真，否则为假 OUT OUT非保持型输非保持型输出出梯级条件为真时，梯级条件为真时，Y0Y0置置1 1，否则清，否则清0 0 SET SET SET Y0 SET Y0保持型保持型输出输出一旦梯级条件为真，一旦梯级条件为真，Y0Y0置置1 1并保持并保持 RST RST RST Y0 RST Y0一旦梯级条件

46、为真，一旦梯级条件为真，Y0Y0清清0 0并保持并保持 PLS PLS PLS Y0 PLS Y0微分输出微分输出梯级条件由假变真时，梯级条件由假变真时，Y0Y0置置1 1并保持一个扫描周期并保持一个扫描周期 PLF PLF PLF Y0 PLF Y0梯级条件由真变假时，梯级条件由真变假时，Y0Y0置置1 1并保持一个扫描周期并保持一个扫描周期X0Y0X0FX系列系列PLC常用的继电器类指令常用的继电器类指令 图为采用上述继电器指令所构成的梯形图及相应的波形图。 X1X0Y0Y1一个扫描周期一个扫描周期Y2Y3X0Y0X1SET Y1PLS Y2PLF Y3RST Y1 定时器定时器/ /计数

47、器指令计数器指令 定时器有定时器有通延时通延时与与断延时断延时、即时型即时型与与保持型保持型之分。之分。 定时器累加器数字每增加定时器累加器数字每增加1所间隔的时间，叫所间隔的时间，叫时基时基。 时基设定关系到时基设定关系到定时长度定时长度与与定时精度定时精度，通常定时误差，通常定时误差不大于一个时基值。不大于一个时基值。 FX系列系列PLC用不同编号的定时器实现定时长度与精用不同编号的定时器实现定时长度与精度的不同要求度的不同要求保持型定时器在梯级条件为假时，只停止计时，用保持型定时器在梯级条件为假时，只停止计时，用RST(复位复位)指令才能对其复位。指令才能对其复位。对即时型定时器，一旦梯

48、级条件为假，即自动复位对即时型定时器，一旦梯级条件为假，即自动复位 当梯级条件为真时，定时器按照时基累加。当加到当梯级条件为真时，定时器按照时基累加。当加到与预置值相等时，停止累加，置完成标志。与预置值相等时，停止累加，置完成标志。计数器累计值的变化是因梯级条件由假到真的跳计数器累计值的变化是因梯级条件由假到真的跳变引起的。变引起的。 计数器的预置值可以是从下限值到上限值之间的计数器的预置值可以是从下限值到上限值之间的任意整数。对于任意整数。对于16位的计数器，位的计数器，-32768-32768+ 32767+ 32767；而而32位计数器，位计数器，-2147483648-21474836

49、48 +2147483647 +2147483647。当计。当计数值等于预置值时，计数完成。数值等于预置值时，计数完成。在计数完成后，当梯级条件再出现由假到真的转换时，在计数完成后，当梯级条件再出现由假到真的转换时，FX系列系列PLC的计数器累计值保持不变。计数值不会的计数器累计值保持不变。计数值不会自动清零，需要复位指令自动清零，需要复位指令(RST)来进行清除。来进行清除。编编 号号类类 型型数数 量量时时 基基( (秒秒) )定时范围定时范围( (秒秒) )T0T199T0T199即时即时2000.10.13276.7T200T245T200T245即时即时460.010.01327.6

50、7T246T249T246T249保持保持40.0010.00132.767T250T255T250T255保持保持60.10.13276.7FX系列系列PLC定时器参数定时器参数 编号编号数量数量 计数范围计数范围计数性质计数性质C0C19920016bits(032767)加计数加计数C200C234 3532bits(-2147483648+2147483647)双向计数双向计数FX系列计数器系列计数器 KMVAC/VDCY0X0X1COMSBPSBT+ + PLCM0T0X0X1M0C0M0T0T0K10K5RST C0X1C0Y0定时器定时器/计数器指令举例计数器指令举例 按下按下S

51、BT使输入使输入X0为为1时，定时时，定时器器T0启动启动 内部继电器内部继电器M0用于自锁。用于自锁。 T0按按1秒（秒（100.1）反复计）反复计时；每完成一次定时，计数器时；每完成一次定时，计数器C0加加1；当；当C0加到加到5时，时，Y0输输出出1。当按下。当按下SBP使输入使输入X1为为1时，定时器和计数器复位。时，定时器和计数器复位。注意定时器注意定时器/计数器出现在程序计数器出现在程序输入侧时，是作为定时输入侧时，是作为定时/计数是计数是否完成的判据否完成的判据 4. 4. 基本编程规则基本编程规则 梯形图的每一行均从左边母线开始，输出指令接在梯形图的每一行均从左边母线开始，输出

52、指令接在右边的母线上，所有输入指令不能放在输出指令右边右边的母线上，所有输入指令不能放在输出指令右边 错误画法错误画法正确画法正确画法 在同一个程序中，同一个输出点不可重复出现在在同一个程序中，同一个输出点不可重复出现在输出指令中，以免产生误动作输出指令中，以免产生误动作 PLC程序是根据梯形图从左到右、从上到下地执程序是根据梯形图从左到右、从上到下地执行，不符合顺序执行的电路不能直接编程行，不符合顺序执行的电路不能直接编程 输入指令的使用次数不受限制，它可以用于串联输入指令的使用次数不受限制，它可以用于串联连接的电路中，也可以用于并联连接的电路中连接的电路中，也可以用于并联连接的电路中 5.

53、 5. FX系列系列PLC编程举例编程举例 瞬时接通、延时断开的电路瞬时接通、延时断开的电路 18sY0X1Y0X1K180X1T0Y0Y0T0当输入当输入X1为为1时，第一个梯级时，第一个梯级条件为真，输出条件为真，输出Y0为为1并自锁并自锁 在第二梯级，此时在第二梯级，此时X1为为1，梯，梯级条件为假，定时器级条件为假，定时器T0不工作不工作 当输入继电器断开，即当输入继电器断开，即X1为为0时，第二个梯级条件为真，定时，第二个梯级条件为真，定时器时器T0启动启动 经经18s后，第一梯级的后，第一梯级的T0为为1 Y0为为0第二梯级条件为假，第二梯级条件为假，定时器定时器T0复位复位 计数

54、电路计数电路 15sY0X01 2 3 4C1Y0K1500T200X0RST C1K4C1T200当当X0从从0变变1，计数器，计数器C1的计的计数值加数值加1； 经经4次后计数完成，次后计数完成，Y0输出输出1，同时启动定时器同时启动定时器T200 15秒后秒后T200定时完成，计定时完成，计数器数器C1复位，复位，Y0输出为输出为0 注意注意T200的时基为的时基为0.01秒秒 6. 6. MicroLogix 1200 PLC的基本指令的基本指令 MicroLogix 1200可编程控制器是罗克韦尔自动化生产可编程控制器是罗克韦尔自动化生产的微型的微型PLC之一之一 梯形图的梯形图的继

55、电器类指令继电器类指令与与FX系列比较相似，而定时系列比较相似，而定时/计数指令差异较大计数指令差异较大 MicroLogix 1200的定时参数全部由软件设定。其数据的定时参数全部由软件设定。其数据结构包括控制与状态结构包括控制与状态标志标志、预置值预置值(Preset)、累计值累计值(Accumulator)。标志位指示定时器所处状态。标志位指示定时器所处状态标志位标志位EN TT DN定时器所处状态定时器所处状态 0 0 0梯级条件为假，定时器不工作梯级条件为假，定时器不工作 1 1 0梯级条件为真，且梯级条件为真，且ACCUMPRESET，定时器工作中，定时器工作中 1 0 1梯级条件

56、为真，梯级条件为真，ACCUMPRESET，定时器完成计时，定时器完成计时允许位允许位工作位工作位完成位完成位该类指令需要确定以下三个参数：该类指令需要确定以下三个参数：定时器定时器编号编号(如如T4:0255) 定时器定时器时基时基(在在0.001、0.01、1三选一三选一) 定时器定时器预置值预置值(132767) MicroLogix 1200的定时器指令的定时器指令即时型定时器指令即时型定时器指令TON当梯级条件为真时，定时器按时基当梯级条件为真时，定时器按时基间隔开始加计数，累计值增加间隔开始加计数，累计值增加当累计值大于或等于预置值时，停止计数并置完成标当累计值大于或等于预置值时，

57、停止计数并置完成标志志(DN=1) 若计数期间或计数完成后，梯级条件为假，累计值以若计数期间或计数完成后，梯级条件为假，累计值以及标志及标志EN、TT或或DN清零清零 保持型定时器指令保持型定时器指令RTO计时过程与计时过程与TON类似类似需复位指令需复位指令RES来复位定时器来复位定时器(注意不是注意不是RST!) 区别在于：区别在于：当计数期间梯级条件为假时，累计值保持不变，在梯当计数期间梯级条件为假时，累计值保持不变，在梯级条件重新为真时，继续计时。级条件重新为真时，继续计时。MicroLogix 1200的计数器指令的计数器指令罗克韦尔自动化的全系列罗克韦尔自动化的全系列PLC计数器是

58、均由软件设定计数器是均由软件设定的双向保持型计数器，其中的双向保持型计数器，其中MicroLogix 1200的计数范的计数范围为围为-32768+32767。计数器的数据结构中除了预置。计数器的数据结构中除了预置值与计数值外，还有一些标志位指示计数器工作状态值与计数值外，还有一些标志位指示计数器工作状态 标志位标志位意意 义义CU加计数允许加计数允许CD减计数允许减计数允许DN=1 AccumPresetAccumPresetOV计数上溢计数上溢UN计数下溢计数下溢计数器累计值计数器累计值(计数值计数值)下溢下溢上溢上溢下限值下限值上限值上限值0加计数加计数减计数减计数CU=1CD=1OVU

59、N 预置值预置值 DN=0DN=1使用计数指令须确定以下参数：使用计数指令须确定以下参数：计数器计数器编号编号(如如C5:0255) 预置值预置值(-32768+32767) 累计值累计值(如如0) 加计数加计数(CTU)指令指令 减计数减计数(CTD)指令指令 计数指令为输出指令，位于梯形图右侧计数指令为输出指令，位于梯形图右侧 计数器必须以计数器必须以(RES)指令复位指令复位 采用采用FX系列系列PLCPLC的的星星三角形起三角形起动动PLC外部接线图外部接线图KM1KMYKMVAC/VDCY1Y2Y3X0X1X2COMSBPFRSBT+ PLC外接电源外接电源10.3.3 可编程控制器

60、应用举例1. 三相异步电动机星形三相异步电动机星形三角形起动控制三角形起动控制 X0X1X2Y1Y1Y1T0Y3Y2T0T1Y2Y1Y3T0K100T1K5相应的梯形图相应的梯形图 采用采用FX系列系列PLC 主电路主电路10s0.5sSBTSBPKM1KMYKM异步电动机星异步电动机星三角形起动时序波形三角形起动时序波形采用采用MicroLogix系列系列PLC KM1KMYKMVAC/VDCO:0/1O:0/2O:0/3I:0/0I:0/1I:0/2COMSBPFRSBT+ + PLC内部电源内部电源外接电源外接电源外部接线图外部接线图 Timer On DelayTimer T4:1Ti