船舶电气设备及系统第08章 电动机自动控制基础

1、船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室第第8章章 电动机的自动控制基础电动机的自动控制基础8.1 控制电器的结构原理和功能控制电器的结构原理和功能 8.2 电动机的基本保护环节电动机的基本保护环节 8.3 控制电路的基本控制环节控制电路的基本控制环节 8.4 可编程序控制器及应用可编程序控制器及应用 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 内容简介内容简介本章首先介绍常用的控制电器如本章首先介绍常用的控制电器如继电器、接触器等，讲述组成电继电器、接触器等，讲述组成电器控制线路的基本规

2、则；之后，器控制线路的基本规则；之后，分析可编程控制器的工作原理。分析可编程控制器的工作原理。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电器是一种能根据外界的信号电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理（机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件护、检测和调节用的电气元件或设备。或设备。什么是电器低压电器：常指用于交

3、流额定电压低压电器：常指用于交流额定电压1200v1200v、直流额、直流额定电压定电压1500v1500v及以下的电路中的电器产品及以下的电路中的电器产品船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.1 控制电器的结构原理和功能控制电器的结构原理和功能 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室时间继电器时间继电器热继电器热继电器按钮按钮熔断器熔断器限位开关限位开关接触器接触器组合按钮组合按钮中间继电器中间继电器船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电

4、气及自动化教研室8.1.1 接触器接触器动作过程动作过程线圈通电线圈通电衔铁被吸合衔铁被吸合触头闭合触头闭合电机接通电源电机接通电源 线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁主触头主触头弹簧弹簧辅助辅助触头触头M3电机电机当吸引线圈通电后，产生的电磁吸力将衔铁吸合，带动触头工作。当线圈断电或电流小到一定程度时，由反力弹簧作用使衔铁释放。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室SBF2781011铁芯铁芯 22线圈线圈 33衔铁衔铁 44静触点静触点 55动触点动触点 66触点弹簧触点弹簧77释放弹簧释放弹簧 电磁式电器工作原理示意图电磁式电器工作原理示意

5、图 b b）线圈通以交流电）线圈通以交流电RUI NfU44. 4fNU44. 4（a）线圈通以直流电的电磁机构）线圈通以直流电的电磁机构I与与无关无关船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室接触器有关符号：接触器有关符号：接触器线圈接触器线圈接触器主触头用于主电路接触器主触头用于主电路 （流过的电流大，需加灭弧装置）（流过的电流大，需加灭弧装置）常开常开常闭常闭接触器辅助触头用于控制电路接触器辅助触头用于控制电路 （流过的电流小，无需加灭弧装置）（流过的电流小，无需加灭弧装置）接触器控制对象：电动机及其它电力负载接触器控制对象：电动机及其

6、它电力负载接触器指标：额定工作电压、电流、触点数目等。接触器指标：额定工作电压、电流、触点数目等。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2) 接触器的主要技术参数接触器的主要技术参数（1）线圈额定电压：）线圈额定电压：指接触器吸合线圈的额定工作指接触器吸合线圈的额定工作电压。电压。（2）额定电流：）额定电流：指主触头的额定工作电流。指主触头的额定工作电流。（3）动作值：）动作值：指接触器的吸合线圈电压和释放电压。指接触器的吸合线圈电压和释放电压。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室

7、8.1.2 8.1.2 主令电器主令电器 主令电器是切换控制线路的单极或多极主令电器是切换控制线路的单极或多极电器，其触头容量小，不能切换主电路。电器，其触头容量小，不能切换主电路。主令电器主要包括按钮、行程开关、万主令电器主要包括按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。能转换开关、主令控制器等。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1) 1) 按钮开关按钮开关 按钮开关通常用来接通或断开控制电路，从而控按钮开关通常用来接通或断开控制电路，从而控制电动机或其他电气设备的运行。制电动机或其他电气设备的运行。 船舶电气设备及系统 202

8、2-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2) 万能转换开关万能转换开关(多路多极开关多路多极开关) 转换开关有自复位式和定位式两种操作方式。自转换开关有自复位式和定位式两种操作方式。自复位式转换开关当人手离开操作手柄时能自动回复位式转换开关当人手离开操作手柄时能自动回复到原始位置；定位式转换开关则每隔复到原始位置；定位式转换开关则每隔30或或45有一个定位。有一个定位。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3) 3) 行程开关行程开关 行程开关又称限位开关，是利用机械运动部件行程开关又称限位开关，是利用机械运

9、动部件的碰撞或接近来控制其触头动作的开关电器。的碰撞或接近来控制其触头动作的开关电器。常用型式有按钮式和转臂式两种常用型式有按钮式和转臂式两种船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室主令控制器是一种多位置多回路的控制开关，适主令控制器是一种多位置多回路的控制开关，适合于频繁操作并要求有多种控制状态的场合，例合于频繁操作并要求有多种控制状态的场合，例如起货机、锚机的控制等。如起货机、锚机的控制等。 4) 4) 主令控制器主令控制器船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室最简单而又有效的短路

10、保护电器是熔断器，船最简单而又有效的短路保护电器是熔断器，船上常用的有管式和螺旋式上常用的有管式和螺旋式 。8.1.3 8.1.3 熔断器熔断器船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室熔体额定电流熔体额定电流 的选择：的选择：FIstFII216 .11频繁起动的电机频繁起动的电机stFII5.212. 电动机主回路电动机主回路LFII（稍大）（稍大）1. 平稳负载平稳负载 （如电灯、电炉）（如电灯、电炉）电路符号电路符号FU安秒特性安秒特性tIF几台电动机共电路几台电动机共电路FI=（1.52.5)In(最大的电动机最大的电动机) +In

11、(其余电动机其余电动机)船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室继电器是传递信号的一种电器。继电器是传递信号的一种电器。按感觉元件的动作原理可分为电磁式、按感觉元件的动作原理可分为电磁式、感应式、机械式、双金属片式、电子式、感应式、机械式、双金属片式、电子式、电动式等。电动式等。8.1.4 继电器继电器船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室其结构和动作原理与电磁式接触器相似，与接其结构和动作原理与电磁式接触器相似，与接触器不同的地方是继电器触器不同的地方是继电器无主、辅触头之分，无主、

12、辅触头之分，动作灵敏。动作灵敏。它也有交流和直流之分。它也有交流和直流之分。1) 电磁式继电器电磁式继电器船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室（1）电压继电器：）电压继电器：其电压线圈匝数多、线径细，并其电压线圈匝数多、线径细，并联于电路中。联于电路中。正常电压时，衔铁被吸合。当电压低于正常电压时，衔铁被吸合。当电压低于某一整定值或为零时，衔铁被释放。某一整定值或为零时，衔铁被释放。（2）电流继电器：）电流继电器：其电流线圈匝数少、线径粗，串其电流线圈匝数少、线径粗，串联于电路中。联于电路中。当电流达到某一整定值时，衔铁被吸合当电流达到

13、某一整定值时，衔铁被吸合或释放。或释放。（3）中间继电器：）中间继电器：是将一个输入信号变为一个或多是将一个输入信号变为一个或多个输出信号的继电器。个输出信号的继电器。其作用是增加触头数量以扩大其作用是增加触头数量以扩大控制范围；具有以弱控强的开关信号控制范围；具有以弱控强的开关信号“放大放大”能力。能力。在较复杂的电路中用作程序控制元件。在较复杂的电路中用作程序控制元件。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 2) 时间继电器时间继电器时间继电器时间继电器定时类型：定时类型：电子式电子式阻容式阻容式电磁式（空气式）电磁式（空气式）电动

14、式电动式机诫式机诫式数字式数字式船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室（1）空气阻尼式时间继电器的工作原理）空气阻尼式时间继电器的工作原理空气阻尼式时间继空气阻尼式时间继电器主要由电磁机电器主要由电磁机构、工作触头构、工作触头(微微动开关动开关)、气室及、气室及传动机构等组成传动机构等组成,它有通电延时与断它有通电延时与断电延时两种。电延时两种。 延时时间的长短与气室的进气量有关，调节螺钉可整定延时时间的长短与气室的进气量有关，调节螺钉可整定延时时间，调节范围在延时时间，调节范围在0.4180s之间。之间。 船舶电气设备及系统 2022-

15、5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室常开触头常开触头延时闭合延时闭合 常闭触头常闭触头延时打开延时打开 线圈线圈衔铁衔铁常闭触头常闭触头常开触头常开触头线圈通电线圈通电 衔铁吸合（向下）衔铁吸合（向下） 连杆动作连杆动作 触头动作触头动作动作过程动作过程铁心铁心出气孔出气孔进气孔进气孔橡皮膜橡皮膜伞形活塞伞形活塞 杠杆杠杆船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室断断 电电 式式常闭常闭断电后断电后延时闭合延时闭合常开常开断电后断电后延时断开延时断开通通 电电 式式瞬瞬时时动动作作延延时时动动作作常闭触点常闭触点常

16、开触点常开触点常开常开通电后通电后延时闭合延时闭合常闭常闭通电后通电后延时断开延时断开船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室（2）半导体时间继电器半导体时间继电器 C1、C2为滤波电容为滤波电容,当当电源变压器接上电源，电源变压器接上电源，正、负半波由二个二次正、负半波由二个二次绕组分别向电容绕组分别向电容C4充电，充电， A点电位按指数规律上点电位按指数规律上升。原始状态升。原始状态VT1管导管导通、通、VT2管截止。管截止。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室（2）半导体时间继

17、电器半导体时间继电器 当当A A点电位高于点电位高于B B点电点电位，位，V VT1T1管截止、管截止、V VT2T2管管导通，导通，V VT2T2管集电极电管集电极电流通过高灵敏继电器流通过高灵敏继电器KAKA的线圈，右侧继电的线圈，右侧继电器器KAKA的触点输出信号，的触点输出信号，同时同时KAKA的常闭触点断的常闭触点断开充电电路，开充电电路，KAKA的常的常开触点闭合使电容放开触点闭合使电容放电电，为下次工作做好，为下次工作做好准备。准备。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室（2）半导体时间继电器半导体时间继电器 调节电位器调

18、节电位器R RW1W1的的数值，就可以改数值，就可以改变延时的大小，变延时的大小，延时可达延时可达0.2s0.2s300s300s。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3) 热继电器热继电器热继电器是利用电流的热继电器是利用电流的热效应而动作的电器。热效应而动作的电器。热继电器脱扣后，经过热继电器脱扣后，经过一段时间冷却可自动或一段时间冷却可自动或手动复位，图示的结构手动复位，图示的结构只能手动复位。热继电只能手动复位。热继电器也是器也是反时限特性反时限特性。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院

19、电气及自动化教研室发热元件发热元件双金属片双金属片复位按钮复位按钮它主要作用是对电动它主要作用是对电动机实现过载保护。整机实现过载保护。整定电流与电动机的额定电流与电动机的额定电流基本上一致定电流基本上一致 。扣板扣板拉簧拉簧连板连板常闭触头常闭触头热继电器的符号热继电器的符号发热元件发热元件KH常闭触头常闭触头KH船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室感应式感应式 4) 速度继电器速度继电器按转速大小传递信号按转速大小传递信号的继电器。按结构的不同分为感应式、的继电器。按结构的不同分为感应式、离心式等。圆环的转动力矩很小，当转速降到离心

20、式等。圆环的转动力矩很小，当转速降到100rmin时，时，触头在弹簧反力作用下恢复原位。触头在弹簧反力作用下恢复原位。 转轴转轴永久磁铁永久磁铁圆环圆环鼠笼绕组鼠笼绕组摆槌摆槌弹簧弹簧触头触头触头触头船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.1.5 电磁制动器电磁制动器 电动机的机械制动采用电磁制动器来实现的，常见的有电动机的机械制动采用电磁制动器来实现的，常见的有圆盘式和抱闸式两种。圆盘式和抱闸式两种。1) 圆盘式电磁制动器圆盘式电磁制动器 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室当

21、电动机运转时，电磁刹车线圈通电产生吸力，将当电动机运转时，电磁刹车线圈通电产生吸力，将静摩擦片静摩擦片( (即电磁铁的衔铁即电磁铁的衔铁) )吸住，而与动摩擦片相吸住，而与动摩擦片相脱开，使电动机可自由旋转。停车时，刹车线圈失脱开，使电动机可自由旋转。停车时，刹车线圈失电，静摩擦片被反作用弹簧紧压到安装在电动机轴电，静摩擦片被反作用弹簧紧压到安装在电动机轴上的动摩擦片上，产生摩擦力矩，迫使电动机停转。上的动摩擦片上，产生摩擦力矩，迫使电动机停转。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室调整制动器外壳上的螺栓，用于改变反作用弹簧调整制动器外

22、壳上的螺栓，用于改变反作用弹簧制动力矩，但必须注意所有螺栓要均匀调节，否制动力矩，但必须注意所有螺栓要均匀调节，否则会造成摩擦片歪斜、气隙不均匀，出现噪声和则会造成摩擦片歪斜、气隙不均匀，出现噪声和振动。振动。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室圆盘式电磁制动器工作时静、动摩擦片之间的间圆盘式电磁制动器工作时静、动摩擦片之间的间隙通常在隙通常在2 2至至6mm6mm之间，间隙过小，容易造成松闸之间，间隙过小，容易造成松闸时静、动摩擦片之间的擦碰；间隙过大，则在制时静、动摩擦片之间的擦碰；间隙过大，则在制动时产生较大机械碰撞。动时产生较大

23、机械碰撞。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2) 抱闸式电磁制动器抱闸式电磁制动器 抱闸式电磁制动器又叫电磁抱闸，其制动原理与抱闸式电磁制动器又叫电磁抱闸，其制动原理与圆盘式电磁制动器相仿。它由制动电磁铁和制动圆盘式电磁制动器相仿。它由制动电磁铁和制动闸瓦制成。当制动电磁铁线圈通电后，产生吸力，闸瓦制成。当制动电磁铁线圈通电后，产生吸力，使抱闸闸瓦松开，电动机便能自由转动；当线圈使抱闸闸瓦松开，电动机便能自由转动；当线圈断电时，闸瓦在弹簧力作用下，将电动机闸轮刹断电时，闸瓦在弹簧力作用下，将电动机闸轮刹住，使电动机迅速停转。住，使电动

24、机迅速停转。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.2 8.2 电动机的基本保护环节电动机的基本保护环节 对电动机控制而言，对电动机控制而言，须具备四种基本保须具备四种基本保护：短路电流保护，护：短路电流保护，过载保护过载保护( (或过电或过电流保护流保护) )，欠电压，欠电压保护保护( (包括零电压包括零电压保护保护) )以及对三相以及对三相交流电动机缺相保交流电动机缺相保护等。护等。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.2.1 8.2.1 短路电流保护短路电流保护 图示

25、的交流磁力图示的交流磁力起动器中，主电起动器中，主电路和控制电路上路和控制电路上都装有熔断器都装有熔断器FUFU，以实现短路保护。以实现短路保护。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.2.2 8.2.2 过载保护过载保护 图示的交流磁力起动图示的交流磁力起动器中，装有热继电器器中，装有热继电器FRFR，当电动机过载时，当电动机过载时，热继电器的脱扣机构热继电器的脱扣机构动作，其对应的常闭动作，其对应的常闭触头触头FRFR打开，接触器打开，接触器线圈线圈KMKM失电，主辅触失电，主辅触头复位，使电动机停头复位，使电动机停转，防止电动机

26、因长转，防止电动机因长期过载而发热烧坏。期过载而发热烧坏。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室图示的交流磁力起动图示的交流磁力起动器中的热继电器器中的热继电器FR起起着缺相保护的作用，着缺相保护的作用，它将断开接触器电源，它将断开接触器电源，使电动机停转。使电动机停转。8.2.2 8.2.2 过载保护过载保护 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室一般热继电器的发热一般热继电器的发热元件串接在三相主电元件串接在三相主电路的任意两相之中，路的任意两相之中，在任一相发生断路故在任一相

27、发生断路故障时，必然导致另两障时，必然导致另两相电流的大幅度增加，相电流的大幅度增加，为热继电器所检测到。为热继电器所检测到。8.2.2 8.2.2 过载保护过载保护 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.2.3 8.2.3 零电压和欠电压保护零电压和欠电压保护 零电压保护和欠电压零电压保护和欠电压保护一般可由同一电保护一般可由同一电器来实现。在由按钮器来实现。在由按钮作为主令电器的控制作为主令电器的控制线路中，一般由线路线路中，一般由线路中的接触器兼作零压中的接触器兼作零压和欠压保护，而不另和欠压保护，而不另设专用的零压和欠压设专用

28、的零压和欠压保护电器。如交流磁保护电器。如交流磁力起动器中由接触器力起动器中由接触器KMKM来实现该保护。来实现该保护。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.2.3 8.2.3 零电压和欠电压保护零电压和欠电压保护 用作零电压和欠电压用作零电压和欠电压保护的继电器或接触保护的继电器或接触器，必须具备高返回器，必须具备高返回系数，吸引线圈的吸系数，吸引线圈的吸合电压合电压Ux，一般整定，一般整定在在0.80.85额定电压额定电压之间，释放电压之间，释放电压Uf整整定在定在0.50.7额定电压额定电压之间。之间。船舶电气设备及系统 20

29、22-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2.接线图接线图:又称安装图。又称安装图。* 控制线路中电器和元件的图形符号和文字符号控制线路中电器和元件的图形符号和文字符号* 电气线路图电气线路图电气线路图可分为主电路和辅助（控制）电路。可绘制电气线路图可分为主电路和辅助（控制）电路。可绘制成两种不同的形式：电路图和接线图。成两种不同的形式：电路图和接线图。1.电路图电路图:对分析电气系统的工作原理是对分析电气系统的工作原理是 十分方便的。十分方便的。8.3 8.3 控制电路的基本控制环节控制电路的基本控制环节 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自

30、动化教研室轮机学院电气及自动化教研室* 绘制电路图的规定绘制电路图的规定其主要规定归纳如下：其主要规定归纳如下：1. 电机、电器和其他带电部分都应按国家标准规定的图电机、电器和其他带电部分都应按国家标准规定的图形符号和文字符号绘制和标注。形符号和文字符号绘制和标注。2.按主电路和控制电路两部分画出。按主电路和控制电路两部分画出。3.电器都按没通电或不受外力作用时的正常状态画出。电器都按没通电或不受外力作用时的正常状态画出。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室5.各元件一般按动作顺序从上到下各元件一般按动作顺序从上到下,从左到右依次排开。

31、从左到右依次排开。有直接电联系的导线交叉连接点要用小圆圈或黑圆点有直接电联系的导线交叉连接点要用小圆圈或黑圆点表示。表示。* 绘制电路图的规定绘制电路图的规定其主要规定归纳如下：其主要规定归纳如下：4.同一电器的不同部件同一电器的不同部件,按其在电路中的作用画在不同的按其在电路中的作用画在不同的电路部位上电路部位上,标以相同的文字符号。标以相同的文字符号。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室触头（触头（KM）打开）打开按钮松开按钮松开线圈（线圈（KM）断电）断电 电机停转。电机停转。触头（触头（KM）闭合）闭合按下按钮按下按钮（SB）

32、线圈（线圈（KM）通电）通电电机转动；电机转动；A B CM3起动起动按钮按钮8.3.1 点动控制点动控制 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.3.2 连续控制连续控制 在点动控制的基础上，若将接触器在点动控制的基础上，若将接触器KMKM的一对常开辅触的一对常开辅触头头KMKM与起动按钮与起动按钮SBSBl l的触头并联，即成为的触头并联，即成为“连续连续”控控制，辅触头制，辅触头 KMKM被称为被称为“自锁自锁”( (或或 “ “自保自保”) )触头。触头。上节介绍的交流磁力起动器对电动机进行直接起动控上节介绍的交流磁力起动器对电

33、动机进行直接起动控制就是连续控制方式。该方式中要解除制就是连续控制方式。该方式中要解除“自锁自锁”，必，必须按停车按钮须按停车按钮SBSB2 2。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.3.3 行程控制行程控制 某些生产机械的运动部件的行程范围有一定限制，例如某些生产机械的运动部件的行程范围有一定限制，例如船舶舵机的左右舵角偏转必须限制在船舶舵机的左右舵角偏转必须限制在3535以内；起货机以内；起货机提升机构必须防止吊索收尽而造成吊钩撞碰吊臂事故等。提升机构必须防止吊索收尽而造成吊钩撞碰吊臂事故等。实现行程控制，应将开关安置在设限的位

34、置上，其常闭实现行程控制，应将开关安置在设限的位置上，其常闭触头触头SQSQl l、SQSQ2 2与控制线路中的停止控钮与控制线路中的停止控钮SBSB2 2串联。串联。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室当运动机械移动到极限位置时，行程开关的常闭触头当运动机械移动到极限位置时，行程开关的常闭触头SQSQl l、SQSQ2 2断开，电动机便停转。显然限位控制是避免生断开，电动机便停转。显然限位控制是避免生产机械进入异常位置的一种限位保护。产机械进入异常位置的一种限位保护。 8.3.3 行程控制行程控制 船舶电气设备及系统 2022-5-3

35、课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.3.4 多地点控制多地点控制 有些生产机械要求能在两个或两个以上多地点进行控制，有些生产机械要求能在两个或两个以上多地点进行控制，例如，机舱内许多泵浦电动机不但要求能在泵附近进行例如，机舱内许多泵浦电动机不但要求能在泵附近进行起停控制，而且要求能在集控室进行遥控操纵。为此可起停控制，而且要求能在集控室进行遥控操纵。为此可将多地点起动按钮并接成将多地点起动按钮并接成“或或”逻辑关系，多地点停车逻辑关系，多地点停车按钮串接成按钮串接成“与与”逻辑关系。逻辑关系。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学

36、院电气及自动化教研室8.3.5 互锁控制互锁控制 线路中的接触器触头线路中的接触器触头KMKMF F和和KMKMB B构成了电动机正反转互锁保构成了电动机正反转互锁保护，用于防止正、反转接触器护，用于防止正、反转接触器KMKMF F和和KMKMB B的同时动作。的同时动作。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.3.6 联锁控制联锁控制 接触器接触器KMKM1 1控制设备控制设备A A， KMKM2 2控制设备控制设备B B。KMKM1 1的常开辅触头串的常开辅触头串在在KMKM2 2的控制回路中，因此只有当的控制回路中，因此只有当K

37、MKM1 1获电动作后，获电动作后， KMKM2 2才有才有可能动作。而可能动作。而KMKM2 2的常开辅触头的常开辅触头KMKM2 2与按钮与按钮SBSB3 3并联，因此当并联，因此当KMKM2 2获电处于运行状态时，获电处于运行状态时， KMKM1 1是不会失电停止工作的。是不会失电停止工作的。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.3.7 双位控制双位控制 在许多无人管理的生产场合，常用到在许多无人管理的生产场合，常用到 “ “双位双位”自动控自动控制。例如船舶辅锅炉的高低水位控制，食品冷库的高低制。例如船舶辅锅炉的高低水位控制

38、，食品冷库的高低温度控制，空调压缩机的自动起停控制等等。温度控制，空调压缩机的自动起停控制等等。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.3.8 时间控制时间控制 船舶机舱泵浦电机按照时间原则启动，很多控制电路需要船舶机舱泵浦电机按照时间原则启动，很多控制电路需要实施时间控制。例如：实施时间控制。例如：大容量三相交流异步电动机起动的大容量三相交流异步电动机起动的YY换接起动；换接起动；船上的燃油辅锅炉，点火时间通常设定为船上的燃油辅锅炉，点火时间通常设定为510s510s，在这段，在这段时间内如果点火不成功，则视为点火失败，发出报警。时

39、间内如果点火不成功，则视为点火失败，发出报警。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.3.9 典型控制电路典型控制电路 1 1） 电动机正反转控制电路电动机正反转控制电路 电动机的正反转控制本质上是一种互锁控制：电动机的正反转控制本质上是一种互锁控制：机舱风机的正反转控制，正转时通风机向机舱送机舱风机的正反转控制，正转时通风机向机舱送风，反转时从机舱抽风。风，反转时从机舱抽风。 采用按钮互锁方式的电动机正反转电气互锁控制：采用按钮互锁方式的电动机正反转电气互锁控制：救生艇吊艇机的电气控制救生艇吊艇机的电气控制 。船舶电气设备及系统 2

40、022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室KHKMFSB1KMFSBFKMRKMRKMRKMFSBRKMFKMRM3A BCFUQSKH电器互锁电器互锁机械互锁机械互锁双保险双保险机械互锁（复合按钮）机械互锁（复合按钮）电器互锁（互锁触头）电器互锁（互锁触头）船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室部分起货机控制线路部分起货机控制线路船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动

41、化教研室2 2）海）海( (淡淡) )水柜水位自动控制电路水柜水位自动控制电路 水柜为压力水柜，随着用水量的变化，水、气水柜为压力水柜，随着用水量的变化，水、气空间容积在变化，即液位高度和气压都在变化。空间容积在变化，即液位高度和气压都在变化。水位上升，气的空间高度减小，气压增加，如水位上升，气的空间高度减小，气压增加，如果不考虑漏气损耗，气压大小显然是与水位高果不考虑漏气损耗，气压大小显然是与水位高低成正比例的，高限水位低成正比例的，高限水位H(H)H(H)对应着高限压力，对应着高限压力，低限水位低限水位H(L)H(L)对应着低限压力对应着低限压力 。船舶电气设备及系统 2022-5-3课

42、件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室双位（限）原理的自动控制双位（限）原理的自动控制船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室海海(淡淡)水柜水柜(压力压力)自动控制自动控制船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室SP(H)和和SP(L)分别代替分别代替SB2和和SB1海海(淡淡)水柜水柜(压力压力)自动控制自动控制船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3 3）空压机自动控制电路）空压机自动控制电路它的控制要求是：当

43、主空气瓶内气压达到它的控制要求是：当主空气瓶内气压达到2.52.52.8MPa2.8MPa高高限值时，空压机必须停机；而当气压降低到限值时，空压机必须停机；而当气压降低到1.51.51.3MPa1.3MPa低限值时，空压机则要重新起动。低限值时，空压机则要重新起动。在手动控制时，先把在手动控制时，先把“手动自动手动自动”转换开关置于转换开关置于“手手动动”位置。当位置。当“手动自动手动自动”转换开关置于转换开关置于“自动自动”位位置时，空压机的起动和停机完全由组合式压力开关置时，空压机的起动和停机完全由组合式压力开关SPSP的的高、低压触头来控制。高、低压触头来控制。 船舶电气设备及系统 20

44、22-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室高压：高压：2.52.8Mpa；低压：；低压：1.51.3Mpa.“自动自动”：压力开关：压力开关SP低压开关代替启动按钮；低压开关代替启动按钮； 压力开关压力开关SP高压开关代替停止按钮高压开关代替停止按钮.“手动手动”： 合合QS YV3有电，泄残阀开启泄残有电，泄残阀开启泄残.按按SB1 KA有电有电 YV1有电，冷却水阀开有电，冷却水阀开.当压力上升到正常当压力上升到正常值值SP-W 闭合闭合 KM有电有电 空压机启动空压机

45、启动. 自锁自锁 KT有电有电 KT断断 KA断电断电 KT断断 YV3关闭关闭 KT闭合闭合 YV2供气阀开供气供气阀开供气.SP-W 为冷却水压力保护为冷却水压力保护.船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室4 4）三相异步电动机）三相异步电动机YY起动控制电路起动控制电路 正常运行时采用形接法，起动时采用正常运行时采用形接法，起动时采用Y Y形接法，以减小形接法，以减小起动电流。起动电流。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电

46、气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室按按SB2 KM1有电有电 KM2有电有电 Y起动起动 KT有电有电 延时延时 KM2断电断电 自保自保 KM3有电有电 运转运转自保自保KT 断电断电起动过程：起动过程：船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.4 8.4 可编程序控制器及应用可编程序控制器及应用在在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称：的发展历程中，有过几个不同的名称：可编程序矩阵控制器可编程序矩阵控制器PMC （Programma

47、ble Matrix Controller）可编程序顺序控制器可编程序顺序控制器PSC （Programmable Sequence Controller）可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器PLC （Programmable Logic Controller）8.4.1 PLC8.4.1 PLC概述概述船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社

48、会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。1969年美国数字设备公司（年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生公司汽车生产线上首次应用成功。产线上首次应用成功。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室可靠性高可靠性高(平均无故障时间平均无故障时间3-5万小时）万小时）编程简单编程简单通用性强通用性强体积小、结构紧凑、安装、维护方便体积小、结构紧凑、安装、维护方便船舶电气设备及系统 20

49、22-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室主要是主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的一致，因此各公司的 PLC互不兼容。互不兼容。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室PLC在工业自动化中

50、起着举足轻重的作用，在国内在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、轻工、用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、纺织、电力、电子、食品、 交通等行业。经验表明，交通等行业。经验表明， 80 以上的工业控制可以使用以上的工业控制可以使用PLC来完成。来完成。在日本，凡在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已个以上中间继电器组成的控制系统都已采用采用PLC来取代。来取代。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8.4.2 PLC8.4.2 PLC基本组成和工作原理基本组成

51、和工作原理 PLC的基本组成的基本组成编程器或其他编程设备编程器或其他编程设备SBSQSAHLYVKM微处理器微处理器存储器存储器输输入入单单元元输输出出单单元元电源电源船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1.中央处理单元（中央处理单元（CPU）：）：(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令(2)将各种输入信号取入将各种输入信号取入(3) 把运算结果送到输出端把运算结果送到输出端(4) 响应各种外部设备的请求响应各种外部设备的请求-通用处理器：通用处理器：8086、80286、80386单片

52、机芯片：单片机芯片：8031、8096位片式微处理器：位片式微处理器：AMD-2900小型小型PLC多采用多采用8位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPU中型中型PLC多采用多采用16位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPU大型大型PLC多采用高速位片式微处理器多采用高速位片式微处理器船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2. 存储存储RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。船舶电气

53、设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3. 输入、输出接口：输入、输出接口：采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电路的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器 - 低速大功率低

54、速大功率 可控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶体管晶体管 - 高速小功率高速小功率输入接口作用：输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。转换成数字信号送入主机。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室（1）输入接口电路：）输入接口电路：采用采用光电耦合器，防止强电干扰。光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管光电三极管发光二极管发光二极管直流电源直流电源输入端子输入端子+PLCXn+24V发光二极管发光二极管船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电

55、气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室继电器输出继电器输出（2）输出接口电路：）输出接口电路：以以继电器形式为例：继电器形式为例：PLC内内部部电电路路内内部部电电路路J+交流电源或直流电源交流电源或直流电源YCOM-船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室4.电源单元电源单元把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。有的电源单元还向外提供有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。输入单元连接的现场无源开关等使用。可

56、编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室5. 各种接口、高功能模块：各种接口、高功能模块：便于扩展便于扩展 小型机：小型机：一体机。有接口可扩展。一体机。有接口可扩展。 船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板

57、上随意组合模块式。可根据需要在主板上随意组合。船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室输入点总有输入映象区的某一输入点总有输入映象区的某一位与之相对应位与之相对应 I/O映象区的大小与系统控映象区的大小与系统控制的规模有关制的规模有关 PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应的区对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应的位上。位上。PLC在执行用户程序时所需在执行用户程序时所需“输入继电器输入继电器”、“输出继电器输出继电器”的数据取用于

58、的数据取用于I/O映象区，而不直接与外映象区，而不直接与外部设备发生关系部设备发生关系 。 PLC的工作原理的工作原理建立建立I/O映像区映像区船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室定期检查用户程序存储器、定期检查用户程序存储器、I/O单元的连接、单元的连接、I/O总线是否正常，定期复位监控定时器总线是否正常，定期复位监控定时器WDTPLC之间以及之间以及PLC与与PC之间；之间； PLC与其他带与其他带微处理器的智能装置通信微处理器的智能装置通信编程器、终端设备、彩色图形显示器、打印机编程器、终端设备、彩色图形显示器、打印机 以扫描的方

59、式按顺序逐句扫描处理，运算结果以扫描的方式按顺序逐句扫描处理，运算结果存入输出映象区对应位中存入输出映象区对应位中 扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区；扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区；结果存入输出映象区，直至传送到外部被控设结果存入输出映象区，直至传送到外部被控设备。备。 清除内部继电器区，复位定时器等，并进行自诊清除内部继电器区，复位定时器等，并进行自诊断，对电源、断，对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进内部电路、用户程序的语法进行检查。行检查。 PLC工作过程工作过程船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室可编程序控制器

60、对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段可编程序控制器对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。 用户程序的循环扫描过程用户程序的循环扫描过程船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 2022-5-3课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室基本单元（基本单元（S7-200CPU模块）也称为主机，它包括一个中模块）也称为主机，它包括一个中央处理单元（央处理单元（CPU）、电源、数字量输入输出单元。基本）、电源、数字量输