PLC原理及应用课件

PLC原理及应用

21常用低压电器

本章主要通过介绍电气控制领域中常用低压电器的工作原理、用途、型号、规格及符号等知识，电器控制线路的基本环节，学会正确选择和合理使用常用电器、学会分析和设计电气控制线路的基本方法，为后继章节的学习打下基础。在PLC出现以前，控制作用由继电器和接触器组成的线路来实现，这常称为继电接触器控制系统，下面介绍继电接触器控制系统。31.1电器的基本知识

一、低压电器定义定义：交流1200V以下、直流1500V以下为低压。所谓低压电器指工作在交流1200V、直流1500V额定电压以下的电路中，能根据外界信号(机械力、电动力或其他物理量)，自动或手动接通和断开电路的电器，在此电压范围内使用的电器元件，统称低压电器。作用：是实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节。分类：低压电器可分为手动低压电器和自动低压电器。发展方向：小体积、高可靠性、使用方便、功能可组合性方向发展。4

电器：是接通和断开电路或调节、控制和保护电路及电气设备用的电工器具。

电器控制系统：完成由控制电器组成的自动控制系统，称为继电器—接触器控制系统。

电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异。下面是几种常用的电器分类。1．按工作电压等级分类（1）高压电器用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器。例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。（2）低压电器用于交流50Hz(或60Hz)，额定电压为1200V以下；直流额定电压1500V及以下的电路中的电器。例如接触器、继电器等。

二、电器的分类52．按动作原理分类（1）手动电器用手或依靠机械力进行操作的电器，如手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。（2）自动电器借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器，如接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。3．按用途分类（1）控制电器用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机起动器等。（2）主令电器用于自动控制系统中发送动作指令的电器，例如按钮、行程开关、万能转换开关等。（3）保护电器用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器、各种保护继电器、避雷器等。6（4）执行电器指用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。（5）配电电器用于电能的输送和分配的电器，例如高压断路器、隔离开关、刀开关、自动空气开关等。4．按工作原理分类（1）电磁式电器依据电磁感应原理来工作，如接触器、各种类型的电磁式继电器等。（2）非电量控制电器依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电器等。7

作用：

低压电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求，自动或手动改变电路的状态、参数，实现对电路或被控对象的控制、保护、测量、指示、调节、转换。注意：

对低压配电电器，要求是灭弧能力强、分断能力好，热稳定性能好、限流准确等。对低压控制电器，则要求其动作可靠、操作频率高、寿命长并具有一定的负载能力。三、电器的作用8电磁式电器构成：电磁机构+执行机构+灭弧装置（一）电磁机构

1.结构：固定铁心，衔铁，电磁线圈。

2.分类：直动式，拍合式。

3.原理：电磁线圈通电后，电磁吸力大于弹性力，使衔铁闭合。1.2常用低压电器

一、电磁式低压电器9（二）执行机构组成：一般由主触点及其灭弧装置组成。电弧的产生与灭弧装置电弧的产生：当断路器或接触器触点切断电路时，如电路中电压超过10-20V和电流超过80-100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，这实际上是一种气体放电的现象，通常称为“电弧”。电弧种类：交流电弧（交流电弧存在交流过零点，电弧易熄灭）和直流电弧。10如何熄灭电弧：根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。灭弧装置用途：用于熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。灭弧原理：①迅速拉长电弧；②冷却和去游离法。根据上述灭弧原则，常用的灭弧装置有如下几种。1）磁吹式灭弧装置2）灭弧栅3）灭弧罩4）多断点灭弧11接触器的功能作用：1.自动接通或断开大电流电路的电器。它可以频繁地接通或分断交直流电路，并可实现远距离控制。2.具有低电压释放保护功能，接触器具有控制容量大、过载能力强、寿命长、设备简单经济等特点，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件。控制对象：其主要控制对象是电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其它负载。接触器的分类：接触器可分为交流接触器和直流接触器两大类。二、接触器12触头系统：主触头、辅助触头

常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧1．结构

一）交流接触器

13142．工作原理

①线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；②线圈电压消失，触头恢复常态。③为防止铁心振动，需加短路环。15用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。二）直流接触器

16KM常闭辅助触点线圈KM主触点KM常开辅助触点KM三）接触器的符号

17额定电压

交流接触器：127、220、380、500V直流接触器：110、220、440V交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A额定电流

吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V直流接触器：24、48、220、440V四）接触器的主要技术指标

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根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；

额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。四）接触器的使用选择原则

19作用：根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。（控制、放大、联锁、保护和调节作用）分类：按用途分：控制和保护继电器（热继电器）

按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式

按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力按动作时间分：瞬时、延时继电器

特点：额定电流不大于5A三、继电器20一）电流继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。分类：过电流继电器、欠电流继电器过流电流继电器欠流电流继电器欠电流继电器KAI<KAKA过电流继电器>IKAKAKA21特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细分类：过电压继电器和欠电压继电器结构原理：与电流继电器类似欠电压继电器KAU<KAKA过电压继电器>UKAKAKA二）电压继电器22

中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。另外其触头的额定电流较大。

三）中间继电器23作用：电动机的过载保护利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作利用电阻值随温度变化而变化的特性制成利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作四）热继电器型式：双金属片式

热敏电阻式易熔合金式结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。241-1.接线端子2-主双金属片3-热元件4-推动导板5-补偿双金属片

6-常闭触头7-常开触头8-复位调节螺钉9-动触头

10-复位按钮11-偏心轮12-支撑件13-弹簧

四）热继电器（续）双金属片式热继电器原理示意图25四）热继电器（续）26使用与选择使用：作为电动机的过载保护，注意与熔断器的配合。选择：ＩeR

≥Ｉed

ＩeR：热继电器热元件的额定电流；Ｉed：电动机的额定电流。四）热继电器（续）27作用：按整定时间长短通断电路分类：按构成原理分：电磁式电动式空气阻尼式晶体管式数字式按延时方式分：通电延时型

断电延时型

五）时间继电器28(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)线圈一般符号(b)通电延时线圈(c)断电延时线圈(d)通电延时闭合动合（常开）触点(e)通电延时断开动断（常闭）触点（f）断电延时断开动合（常开）触点（g）断电延时闭合动断（常闭）触点（h）瞬动触点五）时间继电器（续）符号29五）时间继电器（续）30五）时间继电器（续）31作用：根据速度的大小通断电路结构：定子、转子和触头原理：与异步电动机类似参数：动作转速：>120rpm

复位转速：<100rpm六）速度继电器32定子---由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。符号六）速度继电器（续）转子---圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。33六）速度继电器（续）34压力继电器光电继电器温度继电器七）其它继电器35四、刀开关（自己看书）

作用：隔离电源，不频繁通断电路

1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）

作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。

结构图和符号：QS362.带熔断器式刀开关——用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。373.负荷开关用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。38

功能：

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，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。低压断路器具有多种保护功能(过载、短路、欠电压保护等)、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。

特点：操作安全，分断能力较高。

分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式）

结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。五、低压断路器3940塑壳式低压断路器原理图1．主触头2．自由脱扣器3．过电流脱扣器4．分励脱扣器5．热脱扣器6．失压脱扣器

7．按钮线路短路或严重过载保护远距离跳闸，对电路不起保护作用线路过载保护电动机的失压保护41低压断路器工作原理图42作用：短路和严重过载保护应用：串接于被保护电路的首端优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻分类：

六、熔断器瓷插式RC螺旋式RL有填料式RT无填料密封式RM快速熔断器RS自恢复熔断器43瓷插式熔断器螺旋式熔断器44有填料式熔断器无填料密封式熔断器45快速熔断器自恢复熔断器46作用：发送控制命令或信号的电器分类：控制按钮万能转换开关主令控制器

行程开关接近开关七、主令电器47控制按钮48万能转换开关49主令控制器50行程开关51滚轮式行程开关52微动行程开关53l-1交流接触器在衔铁吸合前的瞬间，为什么在线圈中产生很大的冲击电流?直流接触器会不会出现这种现象?为什么?l-2交流电磁线圈误接入直流电源，直流电磁线圈误接入交流电源，会发生什么问题?为什么?l-3在接触器标淮中规定其适用工作制有什么意义?l-4交流接触器在运行中有时在线圈断电后，衔铁仍掉不下来，电动机不能停止，这时应如何处理?故障原因在哪里?应如何排除?l-5继电器和接触器有何区别?l-6电压、电流继电器各在电路中起什么作用?它们的线圈和触点各接于什么电路中?如何调节电压(电流)继电器的返回系数?习题与思考题54

电器控制线路：根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。

主电路：包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，用粗线条画在原理图的左边。

控制电路：是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的触点等组成，用细线条画在原理图的右边。

采用电器元件展开图的画法：同一电器元件的各部件可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同类电器，可在文字符号后加上数字序号，如KM1、KM2等。

注意：所有按钮、触点均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出。551.1电气控制线路的设计、绘制及分析

一、电气控制线路的设计概述（一）设计的基本原则

满足技术、经济指标要求，操作、维修方便的基本要求。通过优选器件，提高可靠性，延长寿命，提高产品的竞争力。（二）设计的基本内容

1.拟订设计的任务书。

2.选择拖动方案和控制方式。

3.设计电气原理图及合理选择元件（原理设计）。

4.绘制电气安装接线图（工艺设计）。

5.汇总资料，编写说明书。561.选用典型环节。2.合理设计电路：必要时，可以使用逻辑代数化简电路，优化电路结构。①设计电气原理图时，还要考虑工程施工的要求。图2-1控制电路例如（双控）图2-1b与图2-1a相比，具有节省连接导线，可靠性高。（三）设计的一般规律57②减少控制触点，提高可靠性（a） （b）图2-2控制电路例如:图2-2a电路中，继电器线圈电流需要依次流过多个触点。图2-2b的控制电路每一个继电器线圈电流仅流过一个触点，可靠性得到提高。58③防止竞争现象图2-3反身自停电路例如:图2-3a为反身自停电路，存在电气导通的竞争现象。图2-3b为无竞争的反身自停电路。结论：继电、接触器控制电路不得用自身触点切断线圈的导电电路。59（四）设计的基本方法

电气控制原理设计方法有两种，经验设计法和逻辑代数设计法。

1.经验设计法

电气控制设计的内容包括主电路、控制电路和辅助电路的设计。（1）电气控制设计步骤①主电路→②控制电路→③辅助电路→④反复审核。（2）常用的经验设计方法

①根据生产机械的要求，选用典型环节，将它们有机的组合起来，并加以补充修改，综合成所需的控制电路。

②没有典型环节，可以根据工艺要求自行设计，采用边分析边画图的方法，不断增加电器元件和控制触点，以满足给定的工作条件和要求。（3）经验设计的特点

①设计方法简单易于掌握，使用广泛。

②要求设计者有一定的设计经验，需要反复修改图纸，设计速度较慢。

③设计程序不固定，一般需要进行模拟实验。

④不宜获得最佳设计方案。602.逻辑设计法

利用逻辑代数，从生产工艺出发，考虑控制电路中逻辑变量关系，在状态波形图的基础上，按照一定的设计方法和步骤，设计出符合要求的控制电路。

该方法设计出的电路较为合理、精练可靠，特别在复杂电路设计时，可以显示出逻辑设计法的设计优点。61注意：理论部分同学们自学，实际绘制与分析，边设计分析边讲解！二、电气控制线路的绘制与分析三、电气控制原则注意：时间原则、速度原则、电流原则、与行程原则，在下节实例讲解！四、电动机保护环节注意：短路保护；过载保护；欠、失电压保护；接地保护等。五、电气控制电路的连锁环节注意：电气联锁、机械联锁。622.2基本电气控制线路

一、直接起动控制线路☞直接起动：在电源容量足够大时，小容量笼型电动机可直接起动。

优点：是电气设备少，线路简单。

缺点：是起动电流大，引起供电系统电压波动，干扰其它用电设备的正常工作。（一）点动控制

注意：根据控制要求，分析需要的电气器件。

主电路：由刀开关QS、熔断器FU、交流接触器的主触点KM、热继电器FR、笼型电动机M和接地保护PE组成；

控制电路：由起动按钮SB和交流接触器线圈KM组成。63图2-4实现点动的控制线路（一）点动控制最简单的点动控制：适合小功率电动机控制起动过程：先合上刀开关QS→按下起动按钮SB→接触器线圈KM通电→接触器主触点KM闭合→电动机M通电直接起动。停机过程：松开起动按钮SB→接触器线圈KM断电→接触器主触点KM断开→电动机M停电停转。点动控制：按下按钮，电动机转动，松开按钮，电动机停转，这种控制就叫点动控制，它能实现电动机短时转动，常用于机床的对刀调整和电动葫芦等。保护环节：短路保护FU；过载保护FR；欠、失电压保护KM；接地保护PE。64（二）长动（连续）控制长动控制：在实际生产中往往要求电动机实现长时间连续转动，即所谓长动控制。根据控制要求，分析需要的电气器件。主电路：由刀开关QS、熔断器FU、接触器的主触点KM

、热继电器发热元件FR、电动机M和接地保护PE组成；控制电路：由停止按钮SB2、起动按钮SB1、接触器的常开辅助触点和线圈KM

、热继电器的常闭触点FR组成。65起动过程：合上刀开关QS→按下起动按钮SB2→接触器线圈KM通电→接触器主触点KM闭合和常开辅助触点闭合→电动机M接通电源运转；松开起动按钮SB2，利用接通的接触器常开辅助触点KM自锁、电动机M连续运转。自锁概念：这种依靠接触器自身辅助常开触点的闭合而使线圈保持通电的控制方式，称自锁或自保。（二）长动（连续）控制长动控制：适合长时间连续转动电动机控制停机过程：按下停止按钮SB1→接触器线圈KM断电→接触器主触点KM和辅助常开触点KM断开→电动机M断电停转。保护环节：短路保护FU；过载保护FR；欠、失电压保护KM；接地保护PE。图2-5长动控制线路66工作原理（演示）本控制线路具有如下三点优点：1）防止电源电压严重下降时电动机欠电压运行。2）防止电源电压恢复时，电动机自行起动而造成设备和人身事故。3）避免多台电动机同时起动造成电网电压的严重下降。67（三）点动和长动混合控制

在生产实践中，机床调整完毕后，需要连续进行切削加工，则要求电动机既能实现点动又能实现长动。图2-6点动和长动结合的控制线路68开关切换点动控制：SA断开FU1KMM3～FRQL1L3L2主电路FU2SB1KMKMFRSB2SA控制电路（三）点动和长动混合控制图2-6a的线路比较简单，采用钮子开关SA实现点动和长动控制。连续控制：SA闭合

69采用钮子开关SA实现点动和长动控制70按钮切换工作原理：连续控制：按下按钮SB1点动控制：按下按钮SB3FU1KMM3～FRQL1L3L2主电路FU2SB1KMKMFRSB2SB3控制电路（三）点动和长动混合控制图2-6b的线路采用复合按钮SB3实现控制。71采用复合按钮SB3实现控制72中间继电器KA控制工作原理：连续控制：按下按钮SB3点动控制：按下按钮SB2（三）点动和长动混合控制图2-6c的线路采用中间继电器KA实现控制。73采用中间继电器KA实现控制74以下控制电路能否实现即能点动、又能连续运行

思考不能点动！KMSB1KMSB2FRSB75概述：在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向，如工作台前进、后退；电梯的上升、下降等，这就要求电动机能实现正、反转。实现：对于三相异步电动机来说，可通过两个接触器来改变电动机定子绕组的电源相序来实现。二、可逆旋转（正反转）控制线路电路形式:电动机原理：改变电动机三相电源的相序，可改变电动机的旋转方向按钮、接触器控制位置控制76按钮、接触器控制正反转控制电路（续）主电路：KM2FU1KM1M3～FRQL1L3L2主电路控制电路：控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2正转按钮反转按钮工作原理：基本控制电路缺点：77控制电路：工作原理：接触器联锁控制联锁接触器联锁(电气互锁)按钮联锁(机械互锁)控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1接触器联锁新名词：电气互锁按钮、接触器控制正反转控制电路（续）优点：工作安全可靠缺点：操作不便78正反转（电气互锁控制）79按钮、接触器控制正反转控制电路（续）控制电路：工作原理：优点：按钮联锁控制操作方便控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2缺点：易产生故障联锁接触器联锁(电气互锁)按钮联锁(机械互锁)新名词：机械互锁80按钮、接触器控制正反转控制电路（续）控制电路：工作原理：优点：接触器、按钮双重联锁控制安全可靠，操作方便FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2KM2KM1控制电路图81正反转（电气机械互锁控制)演示82a） b） c） 作业：分析下列a、b、c控制工作过程？解：图a、b、c是电动机正、反转控制线路

a)无互锁控制电路

b)具有电气互锁的控制电路

c)具有复合互锁的控制电路（完美）83正反转（行程开关控制）84三、三相异步电动机的调速控制线路

1.双速电机控制（按钮控制）852.双速电机控制（开关控制）86四、三相异步电动机的制动控制线路原因：三相异步电动机从切除电源到完全停止运转。由于惯性的关系，总要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求。如万能铣床、卧式镗床、电梯等，为提高生产效率及准确停位，要求电动机能迅速停车，对电动机进行制动控制。方法：制动方法一般有两大类

1.机械制动

2.电气制动

①反接制动

②能耗制动87反接制动控制线路88例1：如果图10-17的控制电路接成如图所示的那样，会有什么后果？89解：图（a）电路中，KM的辅助常开触头不仅锁住了SB2，而且也锁住了SB1。因此，在按下SB2使接触器KM线圈通电，其常开触头KM实现自锁作用后，再按下SB1时，线圈KM不会断电，即起动电动机后就无法用按钮SB1使它停转，停止按钮SB1失去了作用。图（c）电路中，接触器KM的常开触头与线圈并联，按下SB2时接触器线圈通电，其常开触头闭合，造成短路，会烧断熔断器中的熔体。图（d）电路中，用一个按钮SB1的常开和常闭两个触头替代原电路中的起动和停止两个按钮。当按下按钮SB1时，由于按钮的结构特点通常是常闭触头先断开，常开触头后闭合，因此无法使接触器线圈通电，电动机也就无法起动。90例2：如图所示的电路中用了两个起动按钮SB2和SB3，试分析说明这个电路的工作原理。91解：电路中两个起动按钮是有区别的。SB3是常开常闭组合按钮，它的常闭触头串联在自锁电路中，因此在按下SB3时，先切断自锁电路，使接触器KM不能自锁，故SB3只能起点动控制作用。而SB2则是普通的起动按钮，在按下SB2时，自锁电路能起作用。由此可见，本电路是既可点动又可使电动机连续运行的控制电路。92二、实验内容（1）点动实验：不接KM的自锁触点，按SB2。（2）直接启动及停车试验：接上KM的自锁触点，启动按SB2，停车按SB1。（3）欠压保护实验：电动机启动后，拉开实验装置上的三相开关QS，使电动机停转，然后重新合上实验装置上的三相开关QS，不按SB2按钮，观察电动机是否会自行启动。（4）电动机的正反转实验：拉开实验装置上的三相开关QS，将电动机定子绕组的三根电源线中任意两根的一头对调，再合上实验装置上的三相开关QS，重新启动电动机，观察电动机是否改变了转向。9394五、实验报告内容1．画出实验步骤中的线路图。2．写出实验的操作步骤。3．写出实验心得。六、思考题1．线路是如何实现电气互锁的？2．主回路只串联两只发热元件？以星行连接的负载为例，没有串联发热元件的一项发生过载时，是否也能得到保护？3．热继电器是否也能起到短路保护？4．零压保护是如何实现的？5．若在实验中发生故障，画出故障线路，分析故障原因。95图3-1电磁式接触器及其电动机起保停控制线路示意图96图3-2简单的起、保、停电气控制线路97简单的起、保、停电气控制线路演示98二、电动机多地点控制线路（例：三地控制的线路）99三地控制的线路演示1001.主电路实现顺序控制2.控制电路实现顺序控制

要求几台电动机的启动或停止按一定的先后顺序来完成的控制方式三、顺序、连锁控制线路顺序启动同时停止控制顺序启动逆序停止控制例如机床中要求润滑电动机起动后，主轴电动机才能起动101＃1电机M1控制要求：

1.M1(油泵)起动后，M2(主轴电机)才能起动

2.M2可单独停＃2电机M2顺序、连锁控制102主电路实现顺序控制103控制电路实现顺序控制（1）：两电机只保证起动的先后顺序，没有延时要求。

FUKM2FR2ABCFUM3~ABCKM1FR1M3~主电路控制电路KM2SB3SB4FR2KM2KM1SB1SB2FR1KM1KM1104控制电路实现顺序控制(2)：M1起动后，M2延时起动。SB2

KM1

KT

KM2

延时

KM2

M1起动KT

M2起动主电路同前控制电路KTKM2FRKM1SB1SB2KM1KM2KTKM2105顺序启动同时停止控制或M2单独停止特点:电气原理图：FU1KM1M13～FR1QL1L3L2KM2M23～FR2主电路控制电路KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1106

顺序控制演示107顺序启动逆序停止控制FU1KM1M3～FR1QL1L3L2KM2M3～FR2KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1KM2电气原理图：特点:主电路控制电路108四、起动控制电路

（一）笼型异步电动机手动开关直接起动控制线路对容量较小，并且工作要求简单的电动机，如小型台钻、砂轮机、冷却泵的电动机，可用手动开关在动力电路中接通电源直接起动。109

一般中小型机床的主电动机采用接触器直接起动用接触器直接起动控制线路图110（二）笼型异步电动机降压起动控制线路原因：容量大于10kW的笼型异步电动机直接起动时，起动冲击电流为额定值的4～7倍，故一般均需采用相应措施降低电压，即减小与电压成正比的电枢电流，从而在电路中不至于产生过大的电压降。方法：常用的降压起动方式有定子电路串电阻降压起动、星形—三角形(Y-△)降压起动和自耦变压器降压起动。降压原理：丫一∆形的降压起动方法是，起动时将电动机定子绕组结成丫形，这时加在电动机每相绕组上的电压为电源电压额定值的1/3，而其起动转矩为∆形连接直接起动转矩的1/3。起动电流降为∆形连接直接起动电流的1／3，作用:减小了起动电流对电网的影响。优点：在于星形起动电流只是原来三角形接法的1/3，起动电流特性好、结构简单、价格低。缺点：是起动转矩也相应下降为原来三角形接法的1/3，转矩特性差，因而本线路适用于电网电压380V，额定电压660V/380V，Y／∆接法的电动机轻载起动的场合。111图3-7星形—三角形降压起动控制电路112星形—三角形降压起动控制电路演示113(三)定子串电阻降压起动控制电路(1)114(三)定子串电阻降压起动控制电路(2)115原因：三相异步电动机从切除电源到完全停止运转。由于惯性的关系，总要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求。如万能铣床、卧式镗床、电梯等，为提高生产效率及准确停位，要求电动机能迅速停车，对电动机进行制动控制。五、制动控制电路方法：制动方法一般有两大类

1.机械制动

2.电气制动

①反接制动

②能耗制动116工作原理：改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序，使定子绕组产生方向相反的旋转磁场，从而产生制动转矩，实现制动。反接制动要求在电动机转速接近零时及时切断反相序的电源，以防止电动机反向起动。（一）反接制动控制线路工作过程：当想要停车时，首先将三相电源切换，然后当电动机转速接近零时，再将三相电源切除。控制线路就是要实现这一过程。注意：电动机正在正方向运行时，如果把电源反接，电动机转速将由正转急速下降到零。如果反接电源不及时切除，则电动机又要从零速反向起动运行。如图3-10(a)、图3-10(b)所示为反接制动的控制线路。117（a）（b）图3-10反接制动控制线路

118图3-10(a)图有这样一个问题：在停车期间，如果为了调整工件，需要用手转动机床主轴时，速度继电器的转子也将随着转动，其常开触点闭合，KM2通电动作，电动机接通电源发生制动作用，不利于调整工作。存在问题与解决方案图3-10(b)图的反接制动线路解决了这个问题：控制线路中停止按钮使用了复合按钮SB1，并在其常开触点上并联了KM2的常开触点，使KM2能自锁。这样在用手转动电动机时，虽然KS的常开触点闭合，但只要不按复合按钮SB1，KM2就不会通电，电动机也就不会反接于电源，只有按下SB1，KM2才能通电，制动电路才能接通。注意：因电动机反接制动电流很大，故在主回路中串入电阻R，可防止制动时电动机绕组过热。119反接制动控制线路演示120能耗制动时，制动转矩随电动机的惯性转速下降而减小，因而制动平稳。这种制动方法将转子惯性转动的机械能转换成电能，又消耗在转子的制动上，所以称为能耗制动。能耗制动的制动转矩大小与通入直流电流的大小与电动机的转速n有关，同样转速，电流大，制动作用强。一般接入的直流电流为电动机空载电流的3~5倍，过大会烧坏电动机的定子绕组。电路采用在直流电源回路中串接可调电阻的方法，调节制动电流的大小。工作原理：

在三相电动机停车切断三相交流电源的同时，将一直流电源引入定子绕组，产生静止磁场。电动机转子由于惯性仍沿原方向转动，则转子在静止磁场中切割磁力线，产生一个与惯性转动方向相反的电磁转矩，实现对转子的制动。设计方案：1.单向运行能耗制动控制线路

①按时间原则控制线路；

②按速度原则控制线路。

2.可逆运行能耗制动控制线路

3.单管能耗制动控制线路（二）能耗制动控制线路1211.单向运行能耗制动控制线路

(1)按时间原则控制线路。122(2)按速度原则控制线路。123单向能耗制动线路演示124能耗制动与反接制动比较

反接制动时，制动电流很大，因此制动力矩大，制动效果显著，但在制动时有冲击，制动不平稳且能量消耗大。能耗制动与反接制动相比，制动平稳，准确，能量消耗少，但制动力矩较弱，特别在低速时制动效果差，并且还需提供直流电源。

在实际使用时，应根据设备的工作要求选用合适的制动方法。125六、行程控制实现工作台自动往复运动控制线路分析：（一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB1；接触器线圈KM1上电，进给，到SQ1切换状态，KM2得电，KM1失电复位；返回，到SQ2切换，循环往复。（二）保护：1.短路保护FU；2.过载保护FR；3.自锁、互锁保护；4.PE接地保护；5.欠压保护（接触器）。126行程控制实现工作台自动往返运动控制线路127行程、时间控制实现动力头滑台钻孔加工自动循环电器控制线路

分析：（一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB1；接触器线圈KM1上电，进给加工开始，到SQ2切换状态，时间继电器KT得电延时开始即进行无进给切削；同时KM1失电复位；KT时间到触点切换，KM2得电，返回，到SQ1切换，KM2失电，释放;KM1得电,重复前面的过程.（二）保护：1.短路保护FU；2.过载保护FR；3.自锁、互锁保护；4.PE接地保护；5.欠压保护（接触器）。128行程、时间控制实现动力头滑台钻孔加工的电器控制线路

(对前面进行改造)分析：（一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB1；接触器线圈KM1上电，进给加工开始，到SQ2切换状态，时间继电器KT得电延时开始即进行无进给切削；同时KM1失电复位；KT时间到触点切换，KM2得电，返回，到SQ1切换，KM2失电，释放。（二）保护：1.短路保护FU；2.过载保护FR；3.自锁、互锁保护；4.PE接地保护；5.欠压保护（接触器）。129补充：电流控制横梁自动夹紧的线路在龙门刨床上装有横梁机构，刀架装在横梁上，随加工件大小不同横梁需要沿立柱上下移动，在加工过程中，横粱又需要保证夹紧在立柱上不允许松动。横梁升降电动机安装在龙门项上，通过涡轮传动，使立柱上的丝杠转动，通过螺母使横梁上下移动。横梁的夹紧与放松由夹紧电动机完成。横粱夹紧电动机通过减速机构传动夹紧螺杆，通过杠杆作用使压块将横梁夹紧或放松。130横粱夹紧装置示意图131横梁的状态：横梁在静止时，是被机械杠杆机构央紧在龙门刨床的立柱上的，要求横梁运动时必须首先放松横梁。而在横梁运动结束后，自动夹紧在立柱上。反映横梁放松的参量：采用行程开关SQ来检测和控制。反映横梁夹紧程度的参量：用夹紧电动机的电流来反映夹紧力的大小，因为产生夹紧力后，夹紧力要增大，电流也增大，电流参量反映横梁夹紧程度，我们使用电流继电器来检测夹紧电动机的电流值，当电流到达预定值时，标志夹紧到位，电流继电器的触点动作，切换电路，夹紧停止，达到控制目的。132横粱自动夹紧控制线路133横粱自动夹紧控制工作分析：按横梁运动按钮SBl后（横梁运行电动机和控制线路末画出），中间继电器K通电，其常闭触点打开，常开触点闭合，KM2吸合，电动机反转，带动机械杠杆机构使横梁放松，放松一定程度后行程开关SQ按压合，其常闭触点打开，KM2释放，横梁放松完毕。SQ常开触点闭合，为横粱夹紧作准备。当不用要横梁运动时，可松开按钮SBl，中间继电器K释放，其常闭触点闭合，接触器KM1动作，电动机正转，开始夹紧。此时行程开关SQ释放，但KM1通过中间继电器K及自锁触点仍然通电，继续夹紧。随着夹紧电动机电流越来越大，大到一定值时，电流继电器KA动作，其常闭触点打开，KM1失电，夹紧停止。134分析下列a、b、c控制工作过程？图2-7两台电动机顺序起动控制线路图2-7a所示控制线路的特点是：KM2的线圈接在KM1自锁触头后面，这就保证了M1起动后，M2才能起动的顺序控制要求。图2-7b所示控制电路的特点是：在KM2的线圈回路中串接了KM1的常开触头。显然，KM1不吸合，即使按下SB2，KM2也不能吸合，这就保证了只有M1电机起动后，M2电机才能起动。停止按钮SB3控制两台电动机同时停止，停止按钮SB4控制M2电动机的单独停止。图2-7c所示控制电路的特点：在图2-7b中的SB3按钮两端并联了KM2的常开触头，从而实现了M1起动后，M2才能起动，而M2停止后，M1才能停止的控制要求，即M1、M2是顺序起动，逆序停止。135习题与思考题3-1如何决定笼型异步电动机是否可采用直接起动法？3-2长动和点动的区别是什么？3-3笼型异步电动机是如何改变转动方向的？3-4什么叫能耗制动？什么叫反接制动？各有什么特点及适用场合？3-5什么是自锁？什么是互锁？试举例说明各自的作用。3-6画出带有热继电器过载保护的笼型异步电动机正常起动运转的控制线路。3-7画出具有双重互锁的异步电动机正、反转控制线路。3-8某三相笼型异步电动机单向运转，要求起动电流不能过大，制动时要快速停车。试设计主电路和控制电路，并要求有必要的保护。3-9某三相笼型异步电动机可正反转，要求降压起动，快速停车。试设计主电路和控制电路，并要求有必要的保护。3-10星形—三角形降压起动方法有什么特点并说明其使用场合？1363-11试设计一个采取两地操作的点动与连续运转的电路图。3-12试设计一控制电路，要求：按下按钮SB，电动机M正转；松开SB，M反转，1min后M自动停止，画出其控制线路。3-13试设计两台笼型电动机M1、M2的顺序起动停止的控制线路。(1)M1、M2能顺序起动，并能同时或分别停止。(2)M1起动后M2起动，M1可点动，M2可单独停止。3-14设计一个控制电路，要求第一台电动机起动10s以后，第二台电动机自动起动。运行5s后，第一台电动机停止，同时第三台电动机自动起动；运行15s后，全部电动机停止。3-15设计一控制电路，控制一台电动机，要求：(1)可正反转；(2)两处起停控制；(3)可反接制动；(4)有短路和过载保护。137☞继电器控制系统存在的缺点

(主要是线路复杂)：1.继电器控制线路是接线开关电路，实现控制的程序就在线路接法的本身，线路一旦确定，难以调整和更改，不能适应当前快速的技术进步和产品更新的要求。2.输出响应时间长，不能适应生产自动化程度不断提高的要求。3.控制要求复杂时，继电器控制系统将变得十分庞大笨重，难以实现。因此随着科学技术的发展，人们在不断探求着实现开关量控制的新途径。4.1PLC的由来一、产生138☞PLC控制系统比电气控制系统好得多①控制方法上：硬：软②工作方式上：

并行工作方式：串行工作方式③控制速度上：

速度慢：快

④定时和计数控制上：

精度低：高

⑤可靠性和可维护性上：可靠性低：高1391968年美国通用汽车公司GM：适应汽车型号的不断更新；生产工艺不断变化的需要；小批量、多品种生产。尽可能减少重新设计；尽可能减少更换继电器控制系统及接线；降低成本，缩短周期。PLC产生的背景1401968年，GM公司提出十项设计标准——招标：编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。141这次招标引起了工业界的密切注视，吸引了不少大公司前来投标，最后DEC公司(美国数字设备公司)一举中标，并于1969年研制成功第一台PC，当时命名为PC(ProgrammableController)。这台PLC投运到汽车生产线后，取得了极为满意的效果，引发了效仿的热潮，从此PLC技术得以迅猛的发展。142

严格地讲，至今对PLC没有最终的定义。

国际电工委员会（IEC）1985年在可编程序控制器标准草案（第二稿）中作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境条件下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备都应按易于使工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”

美国电气制造协会（NEMA）1987年作的定义如下：“它是一种带有指令存储器、数字或模拟I/O接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。”

IEC(国际电工委员会)在标准草案中，将这种装置定义为可编程序控制器(ProgrammableController)，简称PC。为了避免同个人计算机混淆，现在一般将可编程序控制器简称PLC（ProgrammableLogicController）。二、定义143①可编程控制器与微机的比较学习难易程度不同

PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器控制经验的人，学习起来容易。微机需要更多的知识储备。通用性不同

PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。微机是由通用计算机推广应用发展起来的，标准化程序高，兼容性强。运行方式不同

PLC不能直接使用微机的许多软件。PLC一般具有模块结构，可针对不同对象进行组合和扩展。微机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速，实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势，但它要求使用者具有一定计算机专业知识。相同点：PLC和微机都是专为工业现场应用环境而设计的，都具有很高的可靠性。三、关于PLC的几个比较144②可编程控制与继电接触器控制的比较◆控制逻辑不同

PLC为“软接线”技术，继电为硬接线逻辑。◆控制逻辑方面

PLC：同一个器件的线圈和它的各触点动作不同时发生。继电：同一继电器的所有触点与线圈通电或断电同时发生◆控制速度

PLC：速度极快；继电：速度慢◆定时/计数

PLC定时精度高，范围大，有计数功能，继电：定时精度不高，范围小，无计数功能◆设计与施工

PLC：现场施工与程序设计同步进行，周期短，调试和维修方便。继电：设计、现场施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难◆可靠性和维护性

PLC连线少，使用方便，并具有自诊断作用等◆价格

PLC：贵（长远利益）继电：便宜（短期利益）145③继电-接触器控制与PLC控制原理图的比较主电路原理图相同PLC控制原理图原理图

继电-接触器控制原理图

146继电-接触器控制线路PLC控制线路（梯形图）④继电-接触器控制与PLC控制控制图的比较147⑤继电-接触器控制与PLC控制实际控制的比较

继电-接触器控制直接控制（起保停）148⑤继电-接触器控制与PLC控制实际控制的比较

PLC控制连续控制（起保停）149⑤继电-接触器控制与PLC控制实际控制的比较继电-接触器控制正反转控制电路150⑤继电-接触器控制与PLC控制实际控制的比较PLC控制正反转控制电路151点数(I/OPoints)：指能够输入/输出开关量、模拟量的总个数。一般是4或8的倍数。四、常用术语扫描周期：是指PLC执行系统监控程序、用户程序、I/O刷新一次所用的时间。它直接反映PLC的响应速度，因此是PLC的重要指标之一，其单位是ms/kw(kb)。梯形图：梯形图是PLC用户编程时最常用的一种图形编程方法，是表示I/O点之间逻辑关系的一种图。它实质上是变相的继电器控制逻辑图，形式和规范非常相似，其目的是为了让工厂技术人员不必懂计算机，就可使用(设计、阅读)它。1524.2PLC的功能、特点与分类

一、主要功能1.开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种控制要求。2.模拟控制（A/D和D/A控制）

在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。过去，PLC长于逻辑运算控制，对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能，而且编程和使用方便。3.定时/计数控制

PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。对于定时器，定时间隔可以由用户加以设定；对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。1534.步进控制

PLC为用户提供了一定数量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步进控制功能。5.运动控制

在机械加工行业，可编程序控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动控制。6.数据处理大部分PLC都具有不同程度的数据处理能力，它不仅能进行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等操作，有些PLC还可以进行浮点运算和函数运算。7.通信联网

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。154二、可编程控制器的特点编程方法简单易学功能强，性能价格比高通用性强，控制程序可变硬件配套齐全．用户使用方便。（适应性强）可靠性高。（抗干扰能力强：硬件、软件）系统的设计、安装、调试工作量少维护工作量小，维修方便体积小，能耗低成本低，水平高155可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。硬件抗干扰措施：（1）常规手段：选用优质元器件，设计合理的系统结构，实施加固使其易于抗冲击，印制板的设计加工和焊接工艺严格规范。（2）隔离：所有I/O电路一律采用光电器件进行隔离，使内外无电气回路的联接点(电浮空)，这样可以抗电干扰。（3）滤波：对供电系统及输入回路采用模拟量滤波(如LC、π型滤波网络)，再加上数字滤波，以消除或抑制高频干扰。（4）屏蔽：采用导电、导磁性能良好的材料进行屏蔽，以防电磁波辐射的干扰。（5）增强电源的适应性：PLC的供电系统(内部为DC)采用开关电源，并用集成电压调整器进行调整，使之适应电网电压较宽范围的波动。（6）采用模块式结构：一旦某模块有故障，能迅速更换，使系统停用时间减到最低程度。156软件抗干扰措施：（1）设置警戒时钟WDT(看门狗)：PLC在正常的运行程序中对WDT定时复位，若超过了WDT规定的时间，WDT会发出报警信号，并强制系统CPU复位，使之走入正常的运行程序。（2）系统软件对用户软件自动进行检查：能对用户程序进行查错、报错，使用户程序无语法、结构性错误，错误的程序或参数得不到运行。（3）掉电保护：对RAM区用后备电池或蓄能电容，掉电时使RAM继续有电，保证用户程序运行的状态信息和中间数据不会丢失。（4）自检：系统程序中有对CPU及外围器件自动检测的功能，一旦出错，立即报警。157按I/O点数分小型PLC

I/O点数为256点以下的为小型PLC

（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）中型PLC

I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC大型PLC

I/O点数为2048以上的为大型PLC

（其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）三、可编程控制器的类型目前PLC的种类非常多，型号和规格也不统一，了解PLC的分类有助于PLC的选型和应用。158按结构形式分整体式PLC

将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。模块式PLC

将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。紧凑式PLC

还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。模块式PLC

将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。紧凑式PLC

还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。整体式PLC

将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。159按功能分低档PLC

具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。中档PLC

具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。

高档PLC

具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。

1604.3PLC的应用状况和发展趋势

一、应用状况

PLC自问世以来，经30多年的发展，在工业发达国家(如美、日、德等)已成为重要的产业之一，生产厂家不断涌现，PLC的品种多达几百种。国内应用始于80年代。一些大中型工程项目引进的生产流水线上采用了PLC控制系统，使用后取得了明显的经济效益，从而促进了国内PLC的发展和应用。

目前国内PLC的应用已取得了许多成功的经验和成果，证明了PLC是大有发展前途的工业控制装置，它与DCS、SCADA、计算机网络系统相互集成、互相补充而形成的综合系统将得到更加广泛的应用。161

我国PLC的生产厂家主要是80年代涌现出来的，靠技术引进、转让、合资等方式进行生产，目前约有十几家表4-1我国PLC的生产厂家及生产的PLC型号（不全）生产厂家PLC型号生产厂家PLC型号天津中环自动化仪表公司DJK-84无锡华光电子工业有限公司KCK系列上海东屋电器有限公司CF系列苏州机床电器厂CYK系列杭州机床电器厂DKK、D系列上海电力电子设备厂KKI-IC大连组合机床研究所S系列机械部北京自动化所MPC、KB系列上海国际程控公司E、EM、H系列上海工业自动化研究所TCMS-300/D杭州通灵控制电脑公司HZK系列苏州电子计算机厂YZ系列162日本：立石(OMRON)、三菱、日立、夏普、松下、东芝、富士、安川、横河、光洋(Koyo)等公司。美国：AB(AllenBradley)、GM(GouldModicon)、GE(GE-Fanuc)、SquareD、西屋(WestingHouse)、TI仪器(Texas,Instruments德洲仪器)等公司。德国：西门子（Siemens）、BBC、AEG等公司。法国：TE(Telemecanique)公司等。目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品国内流行的PLC多是国外产品，主要有：163

其中美国的A-B、GE-Fanuc、Modicon，德国的西门子(Siemens)，法国的TE(Telemecanique)，日本的三菱、立石(OMRON)等7家公司，在所有PLC制造厂中占有主导地位。这7家公司占有着全世界PLC市场80%以上的份额，他们的系列产品有其技术广度和深度，从售价为100美元左右的微型PLC到有数千个I/O点的大型PLC应有尽有。

小型PLC日本各厂家占领的市场份额最大，其结构型式的优点也较为突出，故其他国家小型PLC的结构形式也都向日本看齐。大、中型PLC市场份额的90%一直被美、日、欧三家占领，具有三足鼎立之势，近年来日本稍有颓势。164165166167图例：ABSLC500168二、PLC的应用领域：

目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：开关量逻辑控制、运动控制、过程控制（PID闭环控制）、数据处理、通信联网（构成DCS、FCS系统）。

PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。注：DCS：集散控制系统；FCS：现场总线控制系统169170传送带生产线控制灌装及包装机械木材加工电梯控制空调控制纺织机械印刷机械171172173174175176177178179180

随着PLC技术的推广、应用，PLC将向两个方面发展：一方面向着大型化的方向发展，另一方面则向着小型化的方向发展。

PLC向大型化方向发展，主要表现在大中型PLC高功能、大容量、智能化、网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合的自动控制。

PLC向小型化方向发展，主要表现在下列几个方面：为了减小体积、降低成本，向高性能的整体型发展；在提高系统可靠性的基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强；应用的专业性，使得控制质量大大提高。三、发展趋势181高性能、高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。

182向小型化和大型化两个方向发展小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。183大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。PLC的联网与通信有两类：①PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；②PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。

184增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。

185编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。1865.1PLC硬件结构组成PLC由三个基本部分组成：输入部分、逻辑处理部分、输出部分。基本结构示意图参见图5-1所示。图5-1PLC的基本组成框图输入部分输出部分187输入部分：是指各类按钮、行程开关、传感器等接口电路，它收集并保存来自被控对象的各种开关量、模拟量信息和来自操作台的命令信息等。逻辑处理部分：用于处理输入部分取得的信息，按一定的逻辑关系进行运算，并把运算结果以某种形式输出。输出部分：是指驱动各种电磁线圈、交/直流接触器、信号指示灯等执行元件的接口电路，它向被控对象提供动作信息。

为了使用方便，PLC还常配套有编程器等外部设备，它们可以通过总线或标准接口与PLC连接。不同厂家不同类型的PLC指令系统的指令符号、指令内容、指令条数也是不同；关于软器件和I/O口的相应规定也不一样。虽然PLC方方面面都有很多不同，但是这种装置都称为可编程序控制器，它们在基本内涵上一定同多异少。188PLC硬件系统结构组成外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图189主ＣＰＵ单元(10/20/30/40/60)扩展单元（特殊功能,通讯.)数字量输入输出单元

:Max2模拟量输入输出单元

:Max2通讯单元

:Ma