电动机与电气传动

1、电动机与电气传动第1页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四17. 电动机与电气传动175 交、直流电动机的电气制动方式及计算方法 电动机需要迅速而准确地停机时，尤其是对于某些位能负载（如电梯、提升机、起重机等），为防止需要停止的机械产生滑动，应采用利用摩擦阻力的机械制动方式。常用的机械制动设备主要有：电磁制动器、电动液压制动器、带式制动器和圆盘制动器。在需要迅速减速、准确停车以及限制重物下放速度的场合，经常使用方便、灵活的电气制动方案。第2页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动175 交、直流电动机的电气制动方式及计算方法 1751 能耗

2、制动能耗制动是将运转中的电动机从电源断开，并改接为发电机，使电能在其绕组中消耗（必要时还可消耗在外接电阻中）的一种电制动方式。各种电动机能耗制动的性能见下表 表1751各种电动机能耗制动的性能第3页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动175 交、直流电动机的电气制动方式及计算方法 1752 回馈制动回馈制动是使电动机转速大于理想空载转速，将电能返回电源系统的一种电制动方式。各类电动机采用回馈制动时的接线方式、制动特性以及适用的场所见下表 。表1752 回馈制动的性能 第4页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动175 交、直

3、流电动机的电气制动方式及计算方法 1753 反接制动反接制动是将异步电动机的电源相序反接或将直流电动机的电源极性反接而产生制动转矩的一种电制动方式。各类电动机采用反接制动时的接线方式、制动特性及适用的场所见下表 。表1753 反接制动的接线方式和制动特性 第5页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动175 交、直流电动机的电气制动方式及计算方法 1754 变频器传动中的制动状态 （1）动力制动利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电动机的再生电能的方式称为动力制动。图1751 动力制动单元 第6页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气

4、传动175 交、直流电动机的电气制动方式及计算方法 1754 变频器传动中的制动状态 （2）回馈制动 图1752 再生能量回馈的原理图和转矩特性 a）带变压器的SCR有源逆变回馈电路 b）转矩特性 T= F（f） l一矢量控制电动运行 2一矢量控制制动运行和Uf 控制电动、制动运行 第7页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动175 交、直流电动机的电气制动方式及计算方法 1754 变频器传动中的制动状态 （3）采用共用直流母线的多逆变器传动 共用直流母线方式可以用于多机传动系统。 图1753 共用母线方式a）多台变频器在共用直流均衡母线上控制多台电动机运行

5、b）多台变频器用共用直流母线方式控制多台电动机运行 第8页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动175 交、直流电动机的电气制动方式及计算方法 1754 变频器传动中的制动状态 （4）直流制动 通用变频器向异步电动机的定子通直流电时（这意味着逆变器中某3个桥臂短时间内连续导通，不再换相），异步电动机便处于能耗制动状态。 图1754 利用DC制动实现准确停车时序关系 静态机械特性 第9页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动176 电动机保护配置及计算方法（掌握） 电动机的保护应根据电动机的类型、功率大小、使用场所以及所拖动的生

6、产机械的重要程度等因素而定。通常，对于每台电动机至少应装设短路保护，对于功率为 3kW以上连续运转的电动机还应该加设过载保护，频繁起、制动的电动机难以用热继电器实现过载保护，可用过电流继电器实现过电流保护，以防止电动机因堵转而损坏。第10页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动176 电动机保护配置及计算方法（掌握） 1971 交流电动机的保护（1）短路保护 交流电动机的短路保护应满足下述要求：1）当电动机端子处发生相间短路，或者对于中性点直接接地系统中发生单相接地短路时，保护装置应尽快切断故障电路。2）当电动机正常起、制动及自起动时，保护装置不应误动作。短路

7、保护宜采用熔断器或具有瞬时动作（或短延时）脱扣器的低压断路器；对个别功率较大的重要电动机，也可采用过电流继电器，作用于低压断路器。如果采用由过电流继电器作用于接触器的短路保护装置，应校验接触器的最大分断能力，不能满足要求时不宜采用。第11页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动176 电动机保护配置及计算方法（掌握） 1761 交流电动机的保护（1）短路保护电动机短路保护的元件可按下述要求装设：1）在中性点直接接地的系统中，应在每相上装设。2）在中性点不接地的系统中，以熔断器作保护时，应在每相上装设；用低压断路器作保护时，应在不少于两相上装设。此时，要注意同一

8、系统中的保护装置应装在相同的两相上。原则上，每台电动机应装设单独的保护装置。只有在总电流不超过20 A时，才允许数台电动机共用一套保护装置。经常有人操作的绕线转子电动机采用过电流继电器保护时，宜采用自动复归的过电流继电器。经常无人操作的场所，宜选用手动复归的过电流继电器。第12页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动 176 电动机保护配置及计算方法 1761 交流电动机的保护 （1）短路保护采用低压断路器作短路保护时，脱扣器的整定电流可按下式确定： IdzKk1Is式中Idz低压断路器瞬时（短延时）过电流脱扣器整定电流（A）;Is被保护电动机的起动电流（A）

9、; Kk1可靠系数，短延时及瞬时动作时间大于20ms的低压断路器，一般取1.35，瞬时动作时间小于20 ms的低压断路器，一般取1.72。第13页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动 176 电动机保护配置及计算方法 1761 交流电动机的保护 （1）短路保护校验灵敏度为 式中 Klx两相短路时的相对灵敏系数，一般取0.87； 电动机端子上三相短路电流的最小值（A）。采用熔断器作短路保护时，其熔体电流可由下式计算确定 式中 Is 电动机起动电流 决定于起动状况和熔断器类型的系数，其值为24 。第14页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电

10、动机与电气传动176 电动机保护配置及计算方法（掌握） 1761 交流电动机的保护(2)过载保护 电动机的过载保护装置可按下列要求装设：1）容易过载或堵转的电动机，以及由于起动或自起动条件沉重而需要限制起动时间或防止起动失败的电动机，必须装设过载保护装置。2）重复短时和短时工作制的电动机及3kW以下长期工作的电动机可不装设。3）同步电动机应装设过载保护，并做为失步保护。过载保护一般采用热继电器或带长延时脱扣器的低压断路器，对大功率的重要的电动机，应采用反时限特性的过电流继电器过载保护一般用以切断电动机电源实现保护。必要时可采用发出警告信号或使电动机自动减载。第15页，共60页，2022年，5月

11、20日，18点46分，星期四电动机与电气传动176 电动机保护配置及计算方法（掌握） 1761 交流电动机的保护 (2)过载保护有堵转可能的电动机（如电动闸阀等），当短路保护装置不能适用其堵转要求时，应装设定时限过电流保护，其时限应保证电动机起动时保护装置不动作。连续运转和移动设备应装设防止两相运行的保护装置，但符合下列情况之一者可不装设：1）运行中定子为星形联结，且装有过载保护者。2）经常有人监督，能及时发现断相故障者3）用低压断路器作线路保护者。防止两相运行的保护，可采用带断相保护的三相热继电器或其他专用保护器件。第16页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气

12、传动176 电动机保护配置及计算方法（掌握） 1761 交流电动机的保护 (2)过载保护当采用长延时脱扣器低压断路器做过载保护时，脱扣器的整定电流可按下式计算 IdzKk2IN 式中 Idz低压断路器长延时脱扣器整定电流（A）； IN电动机的额定电流（A）； Kk2可靠系数，一般取Kk2=1.1。根据起动时间的长短，选择长延时脱扣器的安秒特性。按规定，脱扣器额定电流在50A以下时，通过6倍动作电流的可返回时间有大于 1s和大于 3s两种；当脱扣器额定电流为 50 A以上时，通过6倍动作电流的可返回时间有大于 3s及大于8s或大于15s等三种。 第17页，共60页，2022年，5月20日，18点

13、46分，星期四电动机与电气传动76 电动机保护配置及计算方法 1761 交流电动机的保护 （3）欠电压保护1）电动机的欠电压保护可按下列要求装设：电动机一般应装设瞬时动作的欠电压保护元件；但对功率不超过10kW的电动机，当工艺和保安条件允许自起动时，可不装设。不需要和不允许自起动的重要电动机，应装设短延时的欠电压保护，其延时的时限应比自动重合闸和备用电源自动合闸的时限大一级。需要随时自起动的重要电动机，不装设欠电压保护；但按保安条件，在停转后不允许自起动时，或因分级自起动而要切除时，应设长延时的失电压保护，其延时时间应根据机组的全部惰行时间决定，一般为510s。具有备用设备时，为了在电源被取消

14、后能及时断开电动机而投入备用设备，可装设瞬时动作的失电压保护或短延时的欠电压保护元件。 第18页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动 176 电动机保护配置及计算方法 1761 交流电动机的保护 （3）欠电压保护2）欠电压保护一般由起动器或接触器来实现。当控制回路与主回路不是接在同一电源电路时，应在主回路装设欠电压继电器。当主回路电压过低时，通过欠电压继电器自动切断控制回路。对和项所述的重要电动机，当采用起动器或接触器作为控制设备时，应在控制回路中采取措施，防止起动器或接触器在电压瞬时降低或中断时自行释放。 第19页，共60页，2022年，5月20日，18点

15、46分，星期四电动机与电气传动176 电动机保护配置及计算方法 1761 交流电动机的保护 （3）欠电压保护3）欠电压保护的动作电压整定值Udz可按下述要求整定：对于一般三相交流感应电动机，当负载转矩为100额定转矩时，取 Udz = 0.7UN（UN为电源额定电压），当负载转矩为50额定转矩时，取Udz = 0.5UN对于同步电动机分为无强励时：Udz = 0.70.75UN有强励时：Udz = 0.5UN动作时限为10 s。强励装置的动作电压为Udz = 0.850.9UN 4）整定时间一般要求延时的时限大于备用电源自动合闸装置的动作时间，通常可取110 s。需要自起动的电动机，应分别视生

16、产工艺要求的重要程度来整定欠电压保护的时间。越是重要的电动机其时限越长。第20页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动176 电动机保护配置及计算方法 1762 直流电动机的保护直流电动机应装设短路保护装置，并应根据不同情况分别装设过载、弱磁、欠电压、过电压、超转速等保护元件。直流电动机的短路保护应满足下述要求：（1）当电动机端子处发生短路时，保护装置应尽快切断电源。（2）当电动机正常起动时，保护装置不应误动作。电动机的短路保护可采用熔断器、带瞬时动作脱扣器的低压断路器，也可以采用作用于接触器动作的过电流继电器。对于大功率电动机和采用晶闸管变流器供电的电动机，

17、应采用快速断路器。短路保护所用器件，可以只在一个极上装设，但同一系统中均应装在同一极上。第21页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动176 电动机保护配置及计算方法 1762 直流电动机的保护每台电动机应装设单独的短路保护装置，采用过电流继电器保护时，对于经常有人操作的场所，宜选用自动复归的过电流继电器，而对于经常无人操作的场所，则宜选用手动复归的过电流继电器。过电流继电器或低压断路器脱扣器的动作整定值，一般按电动机最大工作电流的110115进行整定。除串励电动机外，均需装设弱磁保护复励电动机的弱磁保护，应考虑电动机在起动过程中的电枢反应的去磁作用，此时应选

18、用带短延时的欠电流继电器。弱磁保护动作整定值，一般按电动机最小励磁工作电流值的80进行整定。第22页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动176 电动机保护配置及计算方法 1762 直流电动机的保护对有可能出现超速运转的电动机，如卷扬机、轧机等机械传动用的电动机，应装设超速保护元件。通常超速保护采用离心式转速继电器，超速保护动作整定值，按电动机最高工作转速的110115进行整定。采用发电机供电时，应装设过电压保护装置。过电压保护的动作整定值，一般按发电机额定电压（单独发电机供电时，则按电动机端的额定电压）的110115进行整定。电动机一般应具有瞬时动作的失电压

19、保护，由接触器来实现。当控制回路与主回路由不同电源供电时，应在主回路装设低电压继电器，以保证当主回路断电时能自动切断控制回路电源。 第23页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动177 低压电动机控制电器的选择 （熟悉） 1771 隔离器的选择隔离器主要用来隔离电源，一般不用于直接接通或断开负载，选择时应重点考虑：（1）额定电压 隔离器的工作电压应大于或等于线路的工作电压。（2）额定电流 隔离器的额定电流应大于或等于线路（计算）的工作电流。（3）分断负载能力 刀开关的分断电流能力与操作方式、工作电压和有无灭弧室等有关，其值与额定电流IN的关系见下表。刀开关的结

20、构类型断 开 电 流 值交流 cos=0.7直流 T=0.1s380V500V220V440V中央手柄无负载时切断电路中央杠杆侧面杠杆侧面手柄未装有灭弧室0.3IN0.2IN装有灭弧室IN0.5ININ0.5IN第24页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动177 低压电动机控制电器的选择 （熟悉） 11 隔离器的选择（4）最大短时（1s）耐受电流能力 当线路发生短路时，过大的短路电流峰值将可能使刀开关的触点弹出，或者由于短时过大的热容量而使其触点被熔焊。因此，刀开关允许的最大短时（1s）耐受电流（见下表）必须大于或等于线路最大预期短路电流。表1772 Fll

21、F14单投刀开关及 FllF13双投刀开关的技术数据额定电流（A）100200400600100015003000机械寿命（次）100001000010000500050005000电寿命（次）100010001000500500最大短时（1s）耐受电流（有效值）（kA）6102025304060最大短时耐受电流峰值（kA）手柄式1520304050杠杆式203040506080125第25页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动177 低压电动机控制电器的选择 （熟悉） 1771 隔离器的选择如果不能满足此条件，亦可选用F5或F6等熔断器式刀开关，见下表。表

22、1773熔断器式刀开关的技术数据型号约定发热电流（A）接通和分断能力额定熔断短路电流cos=0.25（最大预期峰值电流）（kA）机械寿命接通次数电寿命接通次数380Vcos=0.35接通（A）380Vcos=0.35分断（A）660Vcos=0.65接通/分断（A）HR5-100100100080030050（100）3000600HR5-2002001600120060050（100）3000600HR5-40040032002400120050（100）1000200HR563063050403780189050（100）1000200HR6-160160/100*128096048050

23、（100）HR6-250250/20020001500750HR6-400400/315320024001200HR6-630630/425504037801890第26页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动177 低压电动机控制电器的选择 （熟悉） 1772 断路器的选择保护电动机用的断路器，其可调式瞬时过电流脱扣器的整定电流调节范围为36倍或812倍脱扣器额定电流；其不可调式瞬时过电流脱扣器的整定电流为 5（或 10）倍脱扣器额定电流，动作电流值与整定电流值的误差不大于土10。（3）长延时动作的过电流脱扣器整定值IzdKIjs（A）式中Ijs线路计算电流

24、（A）。长延时动作的过电流脱扣器在电动机长期过载（20min）20时应动作，而在电动机起动时不应动作。延时可调式过电流脱扣器的整定电流调节范围为0.7l.0倍脱扣器额定电流，返回电流值为其整定值的100。不可调式过电流脱扣器的返回电流值亦为整定值的100。 第27页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动177 低压电动机控制电器的选择 （熟悉） 1773 熔断器的选择熔断器的熔断电流，取决于流过熔体的工作电流、周围介质的温度、熔断器的预热情况和电动机的起动时间等。熔断器一般不作过载保护用，而是作长期工作制电动机的起动和短路保护。（1）对于减压起动的交流电动机，

25、选用熔断器熔体的额定电流等于或略大于电动机的额定电流。（2）对于直接起动的笼型异步电动机，若熔断器的熔体选得过小，造成某一相熔断，会发生电动机单相运转烧毁事故。所以熔体额定电流值IRN与起动电流及起动时间应适当配合，即IRNKIs式中Is起动电流（A）； K随起动时间而定的系数，见右表。 起动时间（s）K值30.250.35380.40.58或起动频繁或带反接制动0.50.6第28页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动177 低压电动机控制电器的选择 （熟悉） 1773 熔断器的选择（3）熔断器熔体的熔断时间与起动设备的动作时间要配合好，当短路电流超过起动设

26、备的极限分断电流时，要求熔体的熔断时间小于起动设备的分断时间，以免损坏起动设备。如果不能满足条件，可以采用下列方法之一；1）改用快速动作的低压断路器。2）选用较大分断电流的起动设备。第29页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动177 低压电动机控制电器的选择 （熟悉） 1774 接触器的选择选用原则如下： （1）按使用类别选用，见表16和表表17。通常交流接触器的电寿命指标大都是指AC3负载下的参数。由于其电寿命几乎与实际断开电流的二次方成反比，如在AC3下电寿命为100万次的接触器用于AC4时，其电寿命降低到不足3万次。因此，用于AC4时，必须降容使用。通

27、常视AC4负载所占比重的大小而确定降容的多少。如小于10时降容一个等级，大于10时降容两个等级。表16交流接触器的使用类别及控制对象表1777 直流接触器的使用类别及控制对象第30页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四电动机与电气传动177 低压电动机控制电器的选择 （熟悉） 1775 保护继电器的选择有关保护用继电器的选用请参考表18表1778 主要的保护用继电器的选用第31页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四179 传动系统动态指标的运用（了解）传动系统动态指标的运用涉及到调节器的设计，比较复杂，此处不做详细介绍仅举几个例题。例1、自动调节器由比例

28、（）、积分（）、微分（）三种调节规律组成。APBICDDPID答案：A、B、C第32页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四179 传动系统动态指标的运用（了解）例2、比例积分调节器能消除系统的偏差，实现无差调节；比例微分调节器的作用增加调节系统的响应速度。综合比例积分和比例微分调节器的特点，可以构成（）PID，它是一种比较理想的调节器，既能及时的调节，又能实现无差调节，对滞后及惯性较大的调节对象（如温度）具有较好的调节质量。A比例积分调节器B比例微分调节器C比例积分微分调节器答案：C第33页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四179 传动系统动态指标的运

29、用（了解）例3、自动调节器的基本结构有（）、（）、（）三部分组成。A比较部分B测量部分C放大部分D反馈部分答案：A、 C 、D第34页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四179 传动系统动态指标的运用（了解）例4、工业自动化仪表的输入、输出信号多采用直流信号，其优点有（）A在仪表的信号传输过程中，直流信号不受交流感应的影响，容易解决仪表的 抗干扰问题。B直流信号不受传输线路电感、电容的影响，不存在相位移问题。C直流信号便于模数和数模转换，因而仪表便于同数据处理设备、电子计算机等连接。D直流信号容易获得基准电压，如调节器的给定值等。答案：A、B、C、D第35页，共60页，20

30、22年，5月20日，18点46分，星期四179 传动系统动态指标的运用（了解）例5、由调节设备（仪表）和调节对象构成的具有自动调节功能的统一体，称为自动调节系统。自动调节系统主要有测量元件（如一次元件，变送器）、计算仪表、（）、执行器、调节机构（如阀门、挡板）、（）等组成。A调节器B调节单元C调节设备D调节对象答案：B、D第36页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四179 传动系统动态指标的运用（了解）例6、在设计一个调节系统时，应考虑哪些安全保护措施才能使系统安全运行？（）A系统应有安全的供电电源B系统应有手动自动双向无扰切换的功能C系统应有报警功能，如参数越限报警、仪表

31、故障报警、断电、断信号报警。D系统应考虑调节器输出限幅、抗积分饱和并能保持执行机构位置不动等功能。答案：B、C、D第37页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1710 了解调节理论在电气传动工程中的运用典型环节的传递函数及系统动态结构图19101 系统各主要环节的特性和传递函数将一个环节或系统，在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比定义为这个环节或系统的传递函数。现代的交、直流调速系统都不外乎由电动机、晶闸管变流装置、触发装置和电子调节器等环节组成。下面将分别讨论各环节的传递函数。（1）调节器的传递函数1）常用调节器 在电气传动系统中，广泛使用的各种具有运算

32、功能的线性电子调节器，运算放大器N是其核心部分。根据其输入和反馈的阻容元件接法的不同，可构成不同的调节器。电子调节器的一般型式如图19111a所示。 图19111电子调节器a）一般型式 b）电子调节器框图 c）两个输入通道的调节器第38页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1710 了解调节理论在电气传动工程中的运用典型环节的传递函数及系统动态结构图19101 系统各主要环节的特性和传递函数（1）调节器的传递函数1）常用调节器当电子调节器以Ui（S）为输入量，Uo（S）为输出量时，其传递函数为第39页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1710 了解调节

33、理论在电气传动工程中的运用典型环节的传递函数及系统动态结构图19101 系统各主要环节的特性和传递函数（2）直流电动机的传递函数在直流调速系统中，最常用的电动机为他励直流电动机。由上面两式可得恒定磁场下，考虑反电动势影响时，电动机的结构框图如图19118a所示。若忽略电动势的影响，可简化为图19118b。图19118不考虑电源内阻电流连续时直流电动机结构框图a）考虑电动势扰动b）不考虑电动势扰动第40页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1711 熟悉PLC的组成及工作原理19131 PLC的组成PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是在程序控制器、1位微处理机

34、控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器。从广义上讲，PLC是一种计算机系统，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入输出接口，具有更适用于控制要求的编程语言，具有更适应于工业环境的抗干扰性能。因此，PLC是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。例1第41页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1711 熟悉PLC的组成及工作原理17111 PLC的组成（l）PLC的硬件系统PLC的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部件及外部设备组成。1）主机系统 PLC的主机系统由中央处理单元、存储单元、

35、输入单元、输出单元、输入输出扩展接口，外围设备接口以及电源等部分组成。各部分之间通过内部系统总线进行连接，如下图所示。第42页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1711 熟悉PLC的组成及工作原理17111 PLC的组成2）输入输出扩展环节 输入输出扩展环节是PLC输入输出单元的扩展部件，当用户所需的输入输出点数或类型超出主机的输入输出单元所允许的点数或类型时，可以通过加接输入输出扩展环节来解决。输入输出扩展环节与主机的输入输出扩展接口相连有两种类型：简单型和智能型。简单型的输入输出扩展环节本身不带中央处理单元，对外部现场信号的输入输出处理过程完全由主机的中央处理单元管理

36、，依赖于主机的程序扫描过程。通常，它通过并行接口与主机通信，并安装在主机旁边，在小型PLC的输入输出扩展时常被采用。智能型的输入输出扩展环节本身带有中央处理单元，它对生产过程现场信号的输入输出处理由本身所带的中央处理单元管理，而不依赖于主机的程序扫描过程。通常，它采用串行通信接口与主机通信，可以远离主机安装，多用于中大型PLC的输入输出扩展。3）外部设备 PLC的外部设备主要是编程器、彩色图形显示器、打印机等。第43页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1711 熟悉PLC的组成及工作原理17111 PLC的组成（2）PLC的软件系统PLC除了硬件系统外，还需要软件系统的支

37、持，它们相辅相成，缺一不可，共同构成 PLC。 PLC的软件系统由系统程序（又称系统软件）和用户程序（又称应用软件）两大部分组成。1）系统程序 系统程序由PLC的制造企业编制，固化在PROM或 EPROM中，安装在 PLC上，随产品提供给用户。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块等。2)用户程序 用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的编程语言自行编制的应用程序。用户程序包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序和操作站系统应用程序等。第44页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1711 熟悉PLC的组成及工作原理1

38、7112 PLC的工作过程（1）PLC的工作过程PLC上电后，就在系统程序的监控下，周而复始地按固定顺序对系统内部各种任务进行查询、判断和执行，这个过程实质上是一个不断循环的顺序扫描过程。一个循环扫描过程称为扫描周期。PLC采用周期扫描机制，简化了程序设计，提高了系统可靠性。具体表现在：在一个扫描周期内，前面执行的任务结果，马上就可被后面将要执行的任务所用；可以通过设定一个监视定时器来监视每个扫描周期的时间是否超过规定值，避免某个任务进入死循环而引起的故障，PLC的工作过程如图所示。第45页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1711 熟悉PLC的组成及工作原理17112

39、PLC的工作过程（1）PLC的工作过程PLC在一个扫描周期内基本上要执行以下六个任务。l）运行监控任务 2）与编程器交换信息任务3）与数字处理器（DPU）交换信息任务 4）与外部设备接口交换信息任务5）执行用户程序任务6）输入输出信息处理任务 第46页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1711 熟悉PLC的组成及工作原理17112 PLC的工作过程（2）PLC的输入输出过程PLC的工作方式是周期扫描方式，所以其输入输出过程是定时进行的，即在每个扫描周期内只进行一次输入和输出的操作。 PLC周期性的输入输出处理方式对一般控制对象而言是能够满足的，但是对那些要求响应时间小于扫

40、描周期的控制系统则不能满足，这时可以用智能型输入输出单元或专门的软件指令，通过与扫描周期脱离的方式来解决。 第47页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1711 熟悉PLC的组成及工作原理17113 PLC的中断输入处理过程PLC的中断输人处理方法同一般计算机系统是基本相同的，即当有中断申请信号输入后，系统要中断正在执行的相关程序而转向执行中断子程序；当有多个中断源时，它们将按中断的优先级有一个先后顺序的排队处理。系统可以通过程序设定允许中断或禁止中断。PLC对中断的响应不是在每条指令执行结束后进行，而是在扫描周期内某一个任务完成后进行，如图19137所示。PLC的中断源有

41、优先顺序，一般无嵌套关系，即在中断程序执行中，如果有新的中断发生，无论它的优先顺序如何，都不能中断正在执行的中断程序。只有在原中断处理程序结束后，再进行新的中断处理。第48页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四1711 熟悉PLC的组成及工作原理17114 PLC的工作原理PLC的工作原理与计算机的工作原理是基本一致的。它通过执行用户程序来实现控制任务。但是，在时间上，PLC执行的任务是串行的，与继电器逻辑控制系统中控制任务的执行有所不同。PLC的工作过程如上所述，可以看到，整个工作过程是以循环扫描的方式进行的。 第49页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星

42、期四1711 5 PLC硬件选择方法随着PLC控制的普及与应用，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列，上百种型号。目前在国内应用较多的PLC产品主要包括：美国 AB、 GE、 MODICON公司、德国西门子公司，以及日本OMRON、三菱公司等的 PLC产品。因此 PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有自己的特点，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要的作用。期性的输入输出处理方式对一般控制对象而言是能够满足的

43、，但是对那些要求响应时间小于扫描周期的控制系统则不能满足，这时可以用智能型输入输出单元或专门的软件指令，通过与扫描周期脱离的方式来解决。 选择恰当的PLC产品去控制一台机器或一个过程时，不仅能考虑应用系统目前的需求，还应考虑到那些包含于工厂未来发展目标的需要。如果能够考虑到未来的发展将会用最小的代价对系统进行革新和增加新功能。若考虑周到，则存储器的扩充需求也许只要再安装一个存储器模块即可满足；如果具有可用的通信口，就能满足增加一个外围设备的需要。对局域网的考虑可允许在将来将单个控制器集成为一个厂级通信网。若未能合理估计现在和将来的目标，PLC控制系统会很快变为不适宜的和过时的。 第50页，共6

44、0页，2022年，5月20日，18点46分，星期四17115 PLC硬件选择方法1 PLC机型的选择对于工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，往往选用整体式结构的PLC机型为好。反之，应考虑选用模块单元式机型。机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的功能价格比。具体应考虑以下几方面要求：（1）性能与任务相适应 （2）PLC的处理速度应满足实时控制的要求 （3）PLC机型尽可能统 （4）指令系统 （5）机型选择的其他考虑 （6）是否在线编程 第51页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四17115 PLC硬件选择方法2 、 P

45、LC容量估算PLC容量包括两个方面；一是 IO的点数，二是用户存储器的容量。（1） IO点数的估算 根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后调整和扩充，一般应加上1015的备用量。（2）用户存储器容量的估算 用户应用程序占用多少内存与许多因素（如 IO点数、控制要求、运算处理量、程序结构等）有关存储器容量的选择一般有两种方法。1）根据编程实际使用的节点数计算 这种方法可精确地计算出存储器实际使用容量，缺点是要编完程序之后才能计算。2）估算法 用户可根据控制规模和应用目的，按下面给出的公式进行估算。开关量输入：所需存储器字数输入点数10 开关量输出：所需存储器字数输出点数8 定时器

46、计数器；所需存储器字数定时器计数器数量 模拟量：所需存储器字数模拟量通道数 100 通信接口：所需存储器字数接口个数 300根据存储器的总字数再加上一个备用量。生产企业通常为其每个产品提供一条经验法则公式，可用于对存储容量做近似的估计。这个公式是将IO的总数乘以一常数（常数通常在3到8之间选取）。 第52页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四17115 PLC硬件选择方法3 、 PLC输入输出模块的选择（2）输人模块的确定 PLC的输人模块用来检测来自现场（按钮、行程开关、温控开关、压力开关等）的高电平信号，并将其转换为PLC内部的低电平信号。各类PLC所提供的输人模块，其

47、点数一般有8点、12点、16点、32点等不同规格，用户可根据系统所需点数加以选择。其工作电压常用的有直流 12、 24V，交流 110、 220V等，其中以直流24V最为普遍。选择输人模块主要考虑模块的输入电压等级。根据现场输入信号（按钮、行程开关）与PLC输人模块距离的远近来选择不同电压规格的模块。一般24V以下属低电平，其传输距离不宜太远，如 12V电压模块一般不超过 10m。距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。第53页，共60页，2022年，5月20日，18点46分，星期四17115 PLC硬件选择方法3 、 PLC输入输出模块的选择（1）数字IO点数与模块的确定 确定IO点数是系统设计的最重要的问题。一旦已确定使用某一类型的机型和详细的控制要求，就可以