PLC原理及应用课件

PLC原理及應用

21常用低壓電器

本章主要通過介紹電氣控制領域中常用低壓電器的工作原理、用途、型號、規格及符號等知識，電器控制線路的基本環節，學會正確選擇和合理使用常用電器、學會分析和設計電氣控制線路的基本方法，為後繼章節的學習打下基礎。在PLC出現以前，控制作用由繼電器和接觸器組成的線路來實現，這常稱為繼電接觸器控制系統，下麵介紹繼電接觸器控制系統。31.1電器的基本知識

一、低壓電器定義定義：交流1200V以下、直流1500V以下為低壓。所謂低壓電器指工作在交流1200V、直流1500V額定電壓以下的電路中，能根據外界信號(機械力、電動力或其他物理量)，自動或手動接通和斷開電路的電器，在此電壓範圍內使用的電器元件，統稱低壓電器。作用：是實現對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測和調節。分類：低壓電器可分為手動低壓電器和自動低壓電器。發展方向：小體積、高可靠性、使用方便、功能可組合性方向發展。4

電器：是接通和斷開電路或調節、控制和保護電路及電氣設備用的電工器具。

電器控制系統：完成由控制電器組成的自動控制系統，稱為繼電器—接觸器控制系統。

電器的用途廣泛，功能多樣，種類繁多，結構各異。下麵是幾種常用的電器分類。1．按工作電壓等級分類（1）高壓電器用於交流電壓1200V、直流電壓1500V及以上電路中的電器。例如高壓斷路器、高壓隔離開關、高壓熔斷器等。（2）低壓電器用於交流50Hz(或60Hz)，額定電壓為1200V以下；直流額定電壓1500V及以下的電路中的電器。例如接觸器、繼電器等。

二、電器的分類52．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）自動電器借助於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。3．按用途分類（1）控制電器用於各種控制電路和控制系統的電器，例如接觸器、繼電器、電動機起動器等。（2）主令電器用於自動控制系統中發送動作指令的電器，例如按鈕、行程開關、萬能轉換開關等。（3）保護電器用於保護電路及用電設備的電器，如熔斷器、熱繼電器、各種保護繼電器、避雷器等。6（4）執行電器指用於完成某種動作或傳動功能的電器，如電磁鐵、電磁離合器等。（5）配電電器用於電能的輸送和分配的電器，例如高壓斷路器、隔離開關、刀開關、自動空氣開關等。4．按工作原理分類（1）電磁式電器依據電磁感應原理來工作，如接觸器、各種類型的電磁式繼電器等。（2）非電量控制電器依靠外力或某種非電物理量的變化而動作的電器，如刀開關、行程開關、按鈕、速度繼電器、溫度繼電器等。7

作用：

低壓電器能夠依據操作信號或外界現場信號的要求，自動或手動改變電路的狀態、參數，實現對電路或被控對象的控制、保護、測量、指示、調節、轉換。注意：

對低壓配電電器，要求是滅弧能力強、分斷能力好，熱穩定性能好、限流準確等。對低壓控制電器，則要求其動作可靠、操作頻率高、壽命長並具有一定的負載能力。三、電器的作用8電磁式電器構成：電磁機構+執行機構+滅弧裝置（一）電磁機構

1.結構：固定鐵心，銜鐵，電磁線圈。

2.分類：直動式，拍合式。

3.原理：電磁線圈通電後，電磁吸力大於彈性力，使銜鐵閉合。1.2常用低壓電器

一、電磁式低壓電器9（二）執行機構組成：一般由主觸點及其滅弧裝置組成。電弧的產生與滅弧裝置電弧的產生：當斷路器或接觸器觸點切斷電路時，如電路中電壓超過10-20V和電流超過80-100mA，在拉開的兩個觸點之間將出現強烈火花，這實際上是一種氣體放電的現象，通常稱為“電弧”。電弧種類：交流電弧（交流電弧存在交流過零點，電弧易熄滅）和直流電弧。10如何熄滅電弧：根據上述電弧產生的物理過程可知，欲使電弧熄滅，應設法降低電弧溫度和電場強度，以加強消電離作用。當電離速度低於消電離速度，則電弧熄滅。滅弧裝置用途：用於熄滅觸頭分斷負載電流時產生的電弧。滅弧原理：①迅速拉長電弧；②冷卻和去游離法。根據上述滅弧原則，常用的滅弧裝置有如下幾種。1）磁吹式滅弧裝置2）滅弧柵3）滅弧罩4）多中斷點滅弧11接觸器的功能作用：1.自動接通或斷開大電流電路的電器。它可以頻繁地接通或分斷交直流電路，並可實現遠距離控制。2.具有低電壓釋放保護功能，接觸器具有控制容量大、超載能力強、壽命長、設備簡單經濟等特點，是電力拖動自動控制線路中使用最廣泛的電器元件。控制對象：其主要控制對象是電動機，也可用於電熱設備、電焊機、電容器組等其他負載。接觸器的分類：接觸器可分為交流接觸器和直流接觸器兩大類。二、接觸器12觸頭系統：主觸頭、輔助觸頭

常開觸頭（動合觸頭）常閉觸頭（動斷觸頭）電磁系統：動、靜鐵芯，吸引線圈和反作用彈簧滅弧系統：滅弧罩及滅弧柵片滅弧1．結構

一）交流接觸器

13142．工作原理

①線圈加額定電壓，銜鐵吸合，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合；②線圈電壓消失，觸頭恢復常態。③為防止鐵心振動，需加短路環。15用途：遠距離通斷直流電路或控制直流電動機的頻繁起停。結構：電磁機構、觸頭系統和滅弧裝置。工作原理：與交流接觸器基本相同。二）直流接觸器

16KM常閉輔助觸點線圈KM主觸點KM常開輔助觸點KM三）接觸器的符號

17額定電壓

交流接觸器：127、220、380、500V直流接觸器：110、220、440V交流接觸器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A直流接觸器：40、80、100、150、250、400、600A額定電流

吸引線圈額定電壓交流接觸器：36、110（127）、220、380V直流接觸器：24、48、220、440V四）接觸器的主要技術指標

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根據電路中負載電流的種類選擇接觸器的類型；接觸器的額定電壓應大於或等於負載回路的額定電壓；吸引線圈的額定電壓應與所接控制電路的額定電壓等級一致；

額定電流應大於或等於被控主回路的額定電流。四）接觸器的使用選擇原則

19作用：根據某種輸入信號的變化，接通或斷開控制電路，實現自動控制和保護電力裝置的自動電器。（控制、放大、聯鎖、保護和調節作用）分類：按用途分：控制和保護繼電器（熱繼電器）

按動作原理分：電磁式、感應式、電動式、電子式、機械式

按輸入量分：電流、電壓、時間、速度、壓力按動作時間分：暫態、延時繼電器

特點：額定電流不大於5A三、繼電器20一）電流繼電器特點：線圈串接於電路中，導線粗、匝數少、阻抗小。分類：過電流繼電器、欠電流繼電器過流電流繼電器欠流電流繼電器欠電流繼電器KAI<KAKA過電流繼電器>IKAKAKA21特點：線圈並聯在電路中，匝數多，導線細分類：過電壓繼電器和欠電壓繼電器結構原理：與電流繼電器類似欠電壓繼電器KAU<KAKA過電壓繼電器>UKAKAKA二）電壓繼電器22

中間繼電器實質上是一種電壓繼電器，結構和工作原理與接觸器相同。但它的觸點數量較多，在電路中主要是擴展觸點的數量。另外其觸頭的額定電流較大。

三）中間繼電器23作用：電動機的超載保護利用雙金屬片受熱彎曲去推動杠杆使觸頭動作利用電阻值隨溫度變化而變化的特性製成利用超載電流發熱使易熔合金熔化而使繼電器動作四）熱繼電器型式：雙金屬片式

熱敏電阻式易熔合金式結構：由發熱元件、雙金屬片和觸頭及動作機構等部分組成。241-1.接線端子2-主雙金屬片3-熱元件4-推動導板5-補償雙金屬片

6-常閉觸頭7-常開觸頭8-複位調節螺釘9-動觸頭

10-複位按鈕11-偏心輪12-支撐件13-彈簧

四）熱繼電器（續）雙金屬片式熱繼電器原理示意圖25四）熱繼電器（續）26使用與選擇使用：作為電動機的超載保護，注意與熔斷器的配合。選擇：ＩeR

≥Ｉed

ＩeR：熱繼電器熱元件的額定電流；Ｉed：電動機的額定電流。四）熱繼電器（續）27作用：按整定時間長短通斷電路分類：按構成原理分：電磁式電動式空氣阻尼式電晶體式數字式按延時方式分：通電延時型

斷電延時型

五）時間繼電器28(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)線圈一般符號(b)通電延時線圈(c)斷電延時線圈(d)通電延時閉合動合（常開）觸點(e)通電延時斷開動斷（常閉）觸點（f）斷電延時斷開動合（常開）觸點（g）斷電延時閉合動斷（常閉）觸點（h）瞬動觸點五）時間繼電器（續）符號29五）時間繼電器（續）30五）時間繼電器（續）31作用：根據速度的大小通斷電路結構：定子、轉子和觸頭原理：與非同步電動機類似參數：動作轉速：>120rpm

複位轉速：<100rpm六）速度繼電器32定子---由矽鋼片迭成籠型空心圓環套在轉子上，裝有鼠籠型短路繞組。符號六）速度繼電器（續）轉子---圓柱形永久磁鐵，與電動機同軸連接。33六）速度繼電器（續）34壓力繼電器光電繼電器溫度繼電器七）其他繼電器35四、刀開關（自己看書）

作用：隔離電源，不頻繁通斷電路

1.開關板用刀開關（不帶熔斷器式刀開關）

作用：不頻繁地手動接通、斷開電路和隔離電源用。

結構圖和符號：QS362.帶熔斷器式刀開關——用作電源開關、隔離開關和應急開關，並作電路保護用。373.負荷開關用途：作不頻繁帶負荷操作和短路保護用。38

功能：

低壓斷路器也稱為自動空氣開關，可用來接通和分斷負載電路，也可用來控制不頻繁起動的電動機。它功能相當於閘刀開關、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等電器部分或全部的功能總和，是低壓配電網中一種重要的保護電器。低壓斷路器具有多種保護功能(超載、短路、欠電壓保護等)、動作值可調、分斷能力高、操作方便、安全等優點，所以目前被廣泛應用。

特點：操作安全，分斷能力較高。

分類：框架式（萬能式）和塑殼式（裝置式）

結構：觸頭系統、滅弧裝置、脫扣機構、傳動機構。五、低壓斷路器3940塑殼式低壓斷路器原理圖1．主觸頭2．自由脫扣器3．過電流脫扣器4．分勵脫扣器5．熱脫扣器6．失壓脫扣器

7．按鈕線路短路或嚴重超載保護遠距離跳閘，對電路不起保護作用線路超載保護電動機的失壓保護41低壓斷路器工作原理圖42作用：短路和嚴重超載保護應用：串接於被保護電路的首端優點：結構簡單，維護方便，價格便宜，體小量輕分類：

六、熔斷器瓷插式RC螺旋式RL有填料式RT無填料密封式RM快速熔斷器RS自恢復熔斷器43瓷插式熔斷器螺旋式熔斷器44有填料式熔斷器無填料密封式熔斷器45快速熔斷器自恢復熔斷器46作用：發送控制命令或信號的電器分類：控制按鈕萬能轉換開關主令控制器

行程開關接近開關七、主令電器47控制按鈕48萬能轉換開關49主令控制器50行程開關51滾輪式行程開關52微動行程開關53l-1交流接觸器在銜鐵吸合前的瞬間，為什麼線上圈中產生很大的衝擊電流?直流接觸器會不會出現這種現象?為什麼?l-2交流電磁線圈誤接入直流電源，直流電磁線圈誤接入交流電源，會發生什麼問題?為什麼?l-3在接觸器標淮中規定其適用工作制有什麼意義?l-4交流接觸器在運行中有時線上圈斷電後，銜鐵仍掉不下來，電動機不能停止，這時應如何處理?故障原因在哪里?應如何排除?l-5繼電器和接觸器有何區別?l-6電壓、電流繼電器各在電路中起什麼作用?它們的線圈和觸點各接於什麼電路中?如何調節電壓(電流)繼電器的返回係數?習題與思考題54

電器控制線路：根據電路通過的電流大小可分為主電路和控制電路。

主電路：包括從電源到電動機的電路，是強電流通過的部分，用粗線條畫在原理圖的左邊。

控制電路：是通過弱電流的電路，一般由按鈕、電器元件的線圈、接觸器的輔助觸點、繼電器的觸點等組成，用細線條畫在原理圖的右邊。

採用電器元件展開圖的畫法：同一電器元件的各部件可以不畫在一起，但需用同一文字符號標出。若有多個同類電器，可在文字符號後加上數字序號，如KM1、KM2等。

注意：所有按鈕、觸點均按沒有外力作用和沒有通電時的原始狀態畫出。控制電路的分支線路，原則上按照動作先後順序排列，兩線交叉連接時的電氣連接點須用黑點標出。551.1電氣控制線路的設計、繪製及分析

一、電氣控制線路的設計概述（一）設計的基本原則

滿足技術、經濟指標要求，操作、維修方便的基本要求。通過優選器件，提高可靠性，延長壽命，提高產品的競爭力。（二）設計的基本內容

1.擬訂設計的任務書。

2.選擇拖動方案和控制方式。

3.設計電氣原理圖及合理選擇元件（原理設計）。

4.繪製電氣安裝接線圖（工藝設計）。

5.匯總資料，編寫說明書。561.選用典型環節。2.合理設計電路：必要時，可以使用邏輯代數化簡電路，優化電路結構。①設計電氣原理圖時，還要考慮工程施工的要求。圖2-1控制電路例如（雙控）圖2-1b與圖2-1a相比，具有節省連接導線，可靠性高。（三）設計的一般規律57②減少控制觸點，提高可靠性（a） （b）圖2-2控制電路例如:圖2-2a電路中，繼電器線圈電流需要依次流過多個觸點。圖2-2b的控制電路每一個繼電器線圈電流僅流過一個觸點，可靠性得到提高。58③防止競爭現象圖2-3反身自停電路例如:圖2-3a為反身自停電路，存在電氣導通的競爭現象。圖2-3b為無競爭的反身自停電路。結論：繼電、接觸器控制電路不得用自身觸點切斷線圈的導電電路。59（四）設計的基本方法

電氣控制原理設計方法有兩種，經驗設計法和邏輯代數設計法。

1.經驗設計法

電氣控制設計的內容包括主電路、控制電路和輔助電路的設計。（1）電氣控制設計步驟①主電路→②控制電路→③輔助電路→④反復審核。（2）常用的經驗設計方法

①根據生產機械的要求，選用典型環節，將它們有機的組合起來，並加以補充修改，綜合成所需的控制電路。

②沒有典型環節，可以根據工藝要求自行設計，採用邊分析邊畫圖的方法，不斷增加電器元件和控制觸點，以滿足給定的工作條件和要求。（3）經驗設計的特點

①設計方法簡單易於掌握，使用廣泛。

②要求設計者有一定的設計經驗，需要反復修改圖紙，設計速度較慢。

③設計程式不固定，一般需要進行模擬實驗。

④不宜獲得最佳設計方案。602.邏輯設計法

利用邏輯代數，從生產工藝出發，考慮控制電路中邏輯變數關係，在狀態波形圖的基礎上，按照一定的設計方法和步驟，設計出符合要求的控制電路。

該方法設計出的電路較為合理、精練可靠，特別在複雜電路設計時，可以顯示出邏輯設計法的設計優點。61注意：理論部分同學們自學，實際繪製與分析，邊設計分析邊講解！二、電氣控制線路的繪製與分析三、電氣控制原則注意：時間原則、速度原則、電流原則、與行程原則，在下節實例講解！四、電動機保護環節注意：短路保護；超載保護；欠、失電壓保護；接地保護等。五、電氣控制電路的連鎖環節注意：電氣聯鎖、機械聯鎖。622.2基本電氣控制線路

一、直接起動控制線路☞直接起動：在電源容量足夠大時，小容量籠型電動機可直接起動。

優點：是電氣設備少，線路簡單。

缺點：是起動電流大，引起供電系統電壓波動，干擾其他用電設備的正常工作。（一）點動控制

注意：根據控制要求，分析需要的電氣器件。

主電路：由刀開關QS、熔斷器FU、交流接觸器的主觸點KM、熱繼電器FR、籠型電動機M和接地保護PE組成；

控制電路：由起動按鈕SB和交流接觸器線圈KM組成。63圖2-4實現點動的控制線路（一）點動控制最簡單的點動控制：適合小功率電動機控制起動過程：先合上刀開關QS→按下起動按鈕SB→接觸器線圈KM通電→接觸器主觸點KM閉合→電動機M通電直接起動。停機過程：鬆開起動按鈕SB→接觸器線圈KM斷電→接觸器主觸點KM斷開→電動機M停電停轉。點動控制：按下按鈕，電動機轉動，鬆開按鈕，電動機停轉，這種控制就叫點動控制，它能實現電動機短時轉動，常用於機床的對刀調整和電動葫蘆等。保護環節：短路保護FU；超載保護FR；欠、失電壓保護KM；接地保護PE。64（二）長動（連續）控制長動控制：在實際生產中往往要求電動機實現長時間連續轉動，即所謂長動控制。根據控制要求，分析需要的電氣器件。主電路：由刀開關QS、熔斷器FU、接觸器的主觸點KM

、熱繼電器發熱元件FR、電動機M和接地保護PE組成；控制電路：由停止按鈕SB2、起動按鈕SB1、接觸器的常開輔助觸點和線圈KM

、熱繼電器的常閉觸點FR組成。65起動過程：合上刀開關QS→按下起動按鈕SB2→接觸器線圈KM通電→接觸器主觸點KM閉合和常開輔助觸點閉合→電動機M接通電源運轉；鬆開起動按鈕SB2，利用接通的接觸器常開輔助觸點KM自鎖、電動機M連續運轉。自鎖概念：這種依靠接觸器自身輔助常開觸點的閉合而使線圈保持通電的控制方式，稱自鎖或自保。（二）長動（連續）控制長動控制：適合長時間連續轉動電動機控制停機過程：按下停止按鈕SB1→接觸器線圈KM斷電→接觸器主觸點KM和輔助常開觸點KM斷開→電動機M斷電停轉。保護環節：短路保護FU；超載保護FR；欠、失電壓保護KM；接地保護PE。圖2-5長動控制線路66工作原理（演示）本控制線路具有如下三點優點：1）防止電源電壓嚴重下降時電動機欠電壓運行。2）防止電源電壓恢復時，電動機自行起動而造成設備和人身事故。3）避免多臺電動機同時起動造成電網電壓的嚴重下降。67（三）點動和長動混合控制

在生產實踐中，機床調整完畢後，需要連續進行切削加工，則要求電動機既能實現點動又能實現長動。圖2-6點動和長動結合的控制線路68開關切換點動控制：SA斷開FU1KMM3～FRQL1L3L2主電路FU2SB1KMKMFRSB2SA控制電路（三）點動和長動混合控制圖2-6a的線路比較簡單，採用鈕子開關SA實現點動和長動控制。連續控制：SA閉合

69採用鈕子開關SA實現點動和長動控制70按鈕切換工作原理：連續控制：按下按鈕SB1點動控制：按下按鈕SB3FU1KMM3～FRQL1L3L2主電路FU2SB1KMKMFRSB2SB3控制電路（三）點動和長動混合控制圖2-6b的線路採用複合按鈕SB3實現控制。71採用複合按鈕SB3實現控制72中間繼電器KA控制工作原理：連續控制：按下按鈕SB3點動控制：按下按鈕SB2（三）點動和長動混合控制圖2-6c的線路採用中間繼電器KA實現控制。73採用中間繼電器KA實現控制74以下控制電路能否實現即能點動、又能連續運行

思考不能點動！KMSB1KMSB2FRSB75概述：在實際應用中，往往要求生產機械改變運動方向，如工作臺前進、後退；電梯的上升、下降等，這就要求電動機能實現正、反轉。實現：對於三相非同步電動機來說，可通過兩個接觸器來改變電動機定子繞組的電源相序來實現。二、可逆旋轉（正反轉）控制線路電路形式:電動機原理：改變電動機三相電源的相序，可改變電動機的旋轉方向按鈕、接觸器控制位置控制76按鈕、接觸器控制正反轉控制電路（續）主電路：KM2FU1KM1M3～FRQL1L3L2主電路控制電路：控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2正轉按鈕反轉按鈕工作原理：基本控制電路缺點：77控制電路：工作原理：接觸器聯鎖控制聯鎖接觸器聯鎖(電氣互鎖)按鈕聯鎖(機械互鎖)控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1接觸器聯鎖新名詞：電氣互鎖按鈕、接觸器控制正反轉控制電路（續）優點：工作安全可靠缺點：操作不便78正反轉（電氣互鎖控制）79按鈕、接觸器控制正反轉控制電路（續）控制電路：工作原理：優點：按鈕聯鎖控制操作方便控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2缺點：易產生故障聯鎖接觸器聯鎖(電氣互鎖)按鈕聯鎖(機械互鎖)新名詞：機械互鎖80按鈕、接觸器控制正反轉控制電路（續）控制電路：工作原理：優點：接觸器、按鈕雙重聯鎖控制安全可靠，操作方便FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2KM2KM1控制電路圖81正反轉（電氣機械互鎖控制)演示82a） b） c） 作業：分析下列a、b、c控制工作過程？解：圖a、b、c是電動機正、反轉控制線路

a)無互鎖控制電路

b)具有電氣互鎖的控制電路

c)具有複合互鎖的控制電路（完美）83正反轉（行程開關控制）84三、三相非同步電動機的調速控制線路

1.雙速電機控制（按鈕控制）852.雙速電機控制（開關控制）86四、三相非同步電動機的制動控制線路原因：三相非同步電動機從切除電源到完全停止運轉。由於慣性的關係，總要經過一段時間，這往往不能適應某些生產機械工藝的要求。如萬能銑床、臥式鏜床、電梯等，為提高生產效率及準確停位，要求電動機能迅速停車，對電動機進行制動控制。方法：制動方法一般有兩大類

1.機械制動

2.電氣制動

①反接制動

②能耗制動87反接制動控制線路88例1：如果圖10-17的控制電路接成如圖所示的那樣，會有什麼後果？89解：圖（a）電路中，KM的輔助常開觸頭不僅鎖住了SB2，而且也鎖住了SB1。因此，在按下SB2使接觸器KM線圈通電，其常開觸頭KM實現自鎖作用後，再按下SB1時，線圈KM不會斷電，即起動電動機後就無法用按鈕SB1使它停轉，停止按鈕SB1失去了作用。圖（c）電路中，接觸器KM的常開觸頭與線圈並聯，按下SB2時接觸器線圈通電，其常開觸頭閉合，造成短路，會燒斷熔斷器中的熔體。圖（d）電路中，用一個按鈕SB1的常開和常閉兩個觸頭替代原電路中的起動和停止兩個按鈕。當按下按鈕SB1時，由於按鈕的結構特點通常是常閉觸頭先斷開，常開觸頭後閉合，因此無法使接觸器線圈通電，電動機也就無法起動。90例2：如圖所示的電路中用了兩個起動按鈕SB2和SB3，試分析說明這個電路的工作原理。91解：電路中兩個起動按鈕是有區別的。SB3是常開常閉組合按鈕，它的常閉觸頭串聯在自鎖電路中，因此在按下SB3時，先切斷自鎖電路，使接觸器KM不能自鎖，故SB3只能起點動控制作用。而SB2則是普通的起動按鈕，在按下SB2時，自鎖電路能起作用。由此可見，本電路是既可點動又可使電動機連續運行的控制電路。92二、實驗內容（1）點動實驗：不接KM的自鎖觸點，按SB2。（2）直接啟動及停車試驗：接上KM的自鎖觸點，啟動按SB2，停車按SB1。（3）欠壓保護實驗：電動機啟動後，拉開實驗裝置上的三相開關QS，使電動機停轉，然後重新合上實驗裝置上的三相開關QS，不按SB2按鈕，觀察電動機是否會自行啟動。（4）電動機的正反轉實驗：拉開實驗裝置上的三相開關QS，將電動機定子繞組的三根電源線中任意兩根的一頭對調，再合上實驗裝置上的三相開關QS，重新啟動電動機，觀察電動機是否改變了轉向。9394五、實驗報告內容1．畫出實驗步驟中的線路圖。2．寫出實驗的操作步驟。3．寫出實驗心得。六、思考題1．線路是如何實現電氣互鎖的？2．主回路只串聯兩只發熱元件？以星行連接的負載為例，沒有串聯發熱元件的一項發生超載時，是否也能得到保護？3．熱繼電器是否也能起到短路保護？4．零壓保護是如何實現的？5．若在實驗中發生故障，畫出故障線路，分析故障原因。95圖3-1電磁式接觸器及其電動機起保停控制線路示意圖96圖3-2簡單的起、保、停電氣控制線路97簡單的起、保、停電氣控制線路演示98二、電動機多地點控制線路（例：三地控制的線路）99三地控制的線路演示1001.主電路實現順序控制2.控制電路實現順序控制

要求幾臺電動機的啟動或停止按一定的先後順序來完成的控制方式三、順序、連鎖控制線路順序啟動同時停止控制順序啟動逆序停止控制例如機床中要求潤滑電動機起動後，主軸電動機才能起動101＃1電機M1控制要求：

1.M1(油泵)起動後，M2(主軸電機)才能起動

2.M2可單獨停＃2電機M2順序、連鎖控制102主電路實現順序控制103控制電路實現順序控制（1）：兩電機只保證起動的先後順序，沒有延時要求。

FUKM2FR2ABCFUM3~ABCKM1FR1M3~主電路控制電路KM2SB3SB4FR2KM2KM1SB1SB2FR1KM1KM1104控制電路實現順序控制(2)：M1起動後，M2延時起動。SB2

KM1

KT

KM2

延時

KM2

M1起動KT

M2起動主電路同前控制電路KTKM2FRKM1SB1SB2KM1KM2KTKM2105順序啟動同時停止控制或M2單獨停止特點:電氣原理圖：FU1KM1M13～FR1QL1L3L2KM2M23～FR2主電路控制電路KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1106

順序控制演示107順序啟動逆序停止控制FU1KM1M3～FR1QL1L3L2KM2M3～FR2KM2FU2FRSB3FRKM1SB1SB4SB2KM1KM2KM1KM2電氣原理圖：特點:主電路控制電路108四、起動控制電路

（一）籠型非同步電動機手動開關直接起動控制線路對容量較小，並且工作要求簡單的電動機，如小型台鑽、砂輪機、冷卻泵的電動機，可用手動開關在動力電路中接通電源直接起動。109

一般中小型機床的主電動機採用接觸器直接起動用接觸器直接起動控制線路圖110（二）籠型非同步電動機降壓起動控制線路原因：容量大於10kW的籠型非同步電動機直接起動時，起動衝擊電流為額定值的4～7倍，故一般均需採用相應措施降低電壓，即減小與電壓成正比的電樞電流，從而在電路中不至於產生過大的電壓降。方法：常用的降壓起動方式有定子電路串電阻降壓起動、星形—三角形(Y-△)降壓起動和自耦變壓器降壓起動。降壓原理：丫一∆形的降壓起動方法是，起動時將電動機定子繞組結成丫形，這時加在電動機每相繞組上的電壓為電源電壓額定值的1/3，而其起動轉矩為∆形連接直接起動轉矩的1/3。起動電流降為∆形連接直接起動電流的1／3，作用:減小了起動電流對電網的影響。優點：在於星形起動電流只是原來三角形接法的1/3，起動電流特性好、結構簡單、價格低。缺點：是起動轉矩也相應下降為原來三角形接法的1/3，轉矩特性差，因而本線路適用於電網電壓380V，額定電壓660V/380V，Y／∆接法的電動機輕載起動的場合。111圖3-7星形—三角形降壓起動控制電路112星形—三角形降壓起動控制電路演示113(三)定子串電阻降壓起動控制電路(1)114(三)定子串電阻降壓起動控制電路(2)115原因：三相非同步電動機從切除電源到完全停止運轉。由於慣性的關係，總要經過一段時間，這往往不能適應某些生產機械工藝的要求。如萬能銑床、臥式鏜床、電梯等，為提高生產效率及準確停位，要求電動機能迅速停車，對電動機進行制動控制。五、制動控制電路方法：制動方法一般有兩大類

1.機械制動

2.電氣制動

①反接制動

②能耗制動116工作原理：改變非同步電動機定子繞組中的三相電源相序，使定子繞組產生方向相反的旋轉磁場，從而產生制動轉矩，實現制動。反接制動要求在電動機轉速接近零時及時切斷反相序的電源，以防止電動機反向起動。（一）反接制動控制線路工作過程：當想要停車時，首先將三相電源切換，然後當電動機轉速接近零時，再將三相電源切除。控制線路就是要實現這一過程。注意：電動機正在正方向運行時，如果把電源反接，電動機轉速將由正轉急速下降到零。如果反接電源不及時切除，則電動機又要從零速反向起動運行。如圖3-10(a)、圖3-10(b)所示為反接制動的控制線路。117（a）（b）圖3-10反接制動控制線路

118圖3-10(a)圖有這樣一個問題：在停車期間，如果為了調整工件，需要用手轉動機床主軸時，速度繼電器的轉子也將隨著轉動，其常開觸點閉合，KM2通電動作，電動機接通電源發生制動作用，不利於調整工作。存在問題與解決方案圖3-10(b)圖的反接制動線路解決了這個問題：控制線路中停止按鈕使用了複合按鈕SB1，並在其常開觸點上並聯了KM2的常開觸點，使KM2能自鎖。這樣在用手轉動電動機時，雖然KS的常開觸點閉合，但只要不按複合按鈕SB1，KM2就不會通電，電動機也就不會反接於電源，只有按下SB1，KM2才能通電，制動電路才能接通。注意：因電動機反接制動電流很大，故在主回路中串入電阻R，可防止制動時電動機繞組過熱。119反接制動控制線路演示120能耗制動時，制動轉矩隨電動機的慣性轉速下降而減小，因而制動平穩。這種制動方法將轉子慣性轉動的機械能轉換成電能，又消耗在轉子的制動上，所以稱為能耗制動。能耗制動的制動轉矩大小與通入直流電流的大小與電動機的轉速n有關，同樣轉速，電流大，制動作用強。一般接入的直流電流為電動機空載電流的3~5倍，過大會燒壞電動機的定子繞組。電路採用在直流電源回路中串接可調電阻的方法，調節制動電流的大小。工作原理：

在三相電動機停車切斷三相交流電源的同時，將一直流電源引入定子繞組，產生靜止磁場。電動機轉子由於慣性仍沿原方向轉動，則轉子在靜止磁場中切割磁力線，產生一個與慣性轉動方向相反的電磁轉矩，實現對轉子的制動。設計方案：1.單向運行能耗制動控制線路

①按时间原则控制线路；

②按速度原则控制线路。

2.可逆運行能耗制動控制線路

3.單管能耗制動控制線路（二）能耗制動控制線路1211.單向運行能耗制動控制線路

(1)按時間原則控制線路。122(2)按速度原則控制線路。123單向能耗制動線路演示124能耗制動與反接制動比較

反接制動時，制動電流很大，因此制動力矩大，制動效果顯著，但在制動時有衝擊，制動不平穩且能量消耗大。能耗制動與反接制動相比，制動平穩，準確，能量消耗少，但制動力矩較弱，特別在低速時制動效果差，並且還需提供直流電源。

在實際使用時，應根據設備的工作要求選用合適的制動方法。125六、行程控制實現工作臺自動往復運動控制線路分析：（一）工作：1.合刀開關QS；2.按下啟動按鈕SB1；接觸器線圈KM1上電，進給，到SQ1切換狀態，KM2得電，KM1失電複位；返回，到SQ2切換，循環往復。（二）保護：1.短路保護FU；2.超載保護FR；3.自鎖、互鎖保護；4.PE接地保護；5.欠壓保護（接觸器）。126行程控制實現工作臺自動往返運動控制線路127行程、時間控制實現動力頭滑台鑽孔加工自動迴圈電器控制線路

分析：（一）工作：1.合刀開關QS；2.按下啟動按鈕SB1；接觸器線圈KM1上電，進給加工開始，到SQ2切換狀態，時間繼電器KT得電延時開始即進行無進給切削；同時KM1失電複位；KT時間到觸點切換，KM2得電，返回，到SQ1切換，KM2失電，釋放;KM1得電,重複前面的過程.（二）保護：1.短路保護FU；2.超載保護FR；3.自鎖、互鎖保護；4.PE接地保護；5.欠壓保護（接觸器）。128行程、時間控制實現動力頭滑台鑽孔加工的電器控制線路

(對前面進行改造)分析：（一）工作：1.合刀開關QS；2.按下啟動按鈕SB1；接觸器線圈KM1上電，進給加工開始，到SQ2切換狀態，時間繼電器KT得電延時開始即進行無進給切削；同時KM1失電複位；KT時間到觸點切換，KM2得電，返回，到SQ1切換，KM2失電，釋放。（二）保護：1.短路保護FU；2.超載保護FR；3.自鎖、互鎖保護；4.PE接地保護；5.欠壓保護（接觸器）。129補充：電流控制橫樑自動夾緊的線路在龍門刨床上裝有橫樑機構，刀架裝在橫樑上，隨加工件大小不同橫樑需要沿立柱上下移動，在加工過程中，橫粱又需要保證夾緊在立柱上不允許鬆動。橫樑升降電動機安裝在龍門項上，通過渦輪傳動，使立柱上的絲杠轉動，通過螺母使橫樑上下移動。橫樑的夾緊與放鬆由夾緊電動機完成。橫粱夾緊電動機通過減速機構傳動夾緊螺杆，通過杠杆作用使壓塊將橫樑夾緊或放鬆。130橫粱夾緊裝置示意圖131橫樑的狀態：橫樑在靜止時，是被機械杠杆機構央緊在龍門刨床的立柱上的，要求橫樑運動時必須首先放鬆橫樑。而在橫樑運動結束後，自動夾緊在立柱上。反映橫樑放鬆的參量：採用行程開關SQ來檢測和控制。反映橫樑夾緊程度的參量：用夾緊電動機的電流來反映夾緊力的大小，因為產生夾緊力後，夾緊力要增大，電流也增大，電流參量反映橫樑夾緊程度，我們使用電流繼電器來檢測夾緊電動機的電流值，當電流到達預定值時，標誌夾緊到位，電流繼電器的觸點動作，切換電路，夾緊停止，達到控制目的。132橫粱自動夾緊控制線路133橫粱自動夾緊控制工作分析：按橫樑運動按鈕SBl後（橫樑運行電動機和控制線路末畫出），中間繼電器K通電，其常閉觸點打開，常開觸點閉合，KM2吸合，電動機反轉，帶動機械杠杆機構使橫樑放鬆，放鬆一定程度後行程開關SQ按壓合，其常閉觸點打開，KM2釋放，橫樑放鬆完畢。SQ常開觸點閉合，為橫粱夾緊作準備。當不用要橫樑運動時，可鬆開按鈕SBl，中間繼電器K釋放，其常閉觸點閉合，接觸器KM1動作，電動機正轉，開始夾緊。此時行程開關SQ釋放，但KM1通過中間繼電器K及自鎖觸點仍然通電，繼續夾緊。隨著夾緊電動機電流越來越大，大到一定值時，電流繼電器KA動作，其常閉觸點打開，KM1失電，夾緊停止。134分析下列a、b、c控制工作過程？圖2-7兩臺電動機順序起動控制線路圖2-7a所示控制線路的特點是：KM2的線圈接在KM1自鎖觸頭後面，這就保證了M1起動後，M2才能起動的順序控制要求。圖2-7b所示控制電路的特點是：在KM2的線圈回路中串接了KM1的常開觸頭。顯然，KM1不吸合，即使按下SB2，KM2也不能吸合，這就保證了只有M1電機起動後，M2電機才能起動。停止按鈕SB3控制兩臺電動機同時停止，停止按鈕SB4控制M2電動機的單獨停止。圖2-7c所示控制電路的特點：在圖2-7b中的SB3按鈕兩端並聯了KM2的常開觸頭，從而實現了M1起動後，M2才能起動，而M2停止後，M1才能停止的控制要求，即M1、M2是順序起動，逆序停止。135習題與思考題3-1如何決定籠型非同步電動機是否可採用直接起動法？3-2長動和點動的區別是什麼？3-3籠型非同步電動機是如何改變轉動方向的？3-4什麼叫能耗制動？什麼叫反接制動？各有什麼特點及適用場合？3-5什麼是自鎖？什麼是互鎖？試舉例說明各自的作用。3-6畫出帶有熱繼電器超載保護的籠型非同步電動機正常起動運轉的控制線路。3-7畫出具有雙重互鎖的非同步電動機正、反轉控制線路。3-8某三相籠型非同步電動機單向運轉，要求起動電流不能過大，制動時要快速停車。試設計主電路和控制電路，並要求有必要的保護。3-9某三相籠型非同步電動機可正反轉，要求降壓起動，快速停車。試設計主電路和控制電路，並要求有必要的保護。3-10星形—三角形降壓起動方法有什麼特點並說明其使用場合？1363-11試設計一個採取兩地操作的點動與連續運轉的電路圖。3-12試設計一控制電路，要求：按下按鈕SB，電動機M正轉；鬆開SB，M反轉，1min後M自動停止，畫出其控制線路。3-13試設計兩臺籠型電動機M1、M2的順序起動停止的控制線路。(1)M1、M2能順序起動，並能同時或分別停止。(2)M1起動後M2起動，M1可點動，M2可單獨停止。3-14設計一個控制電路，要求第一臺電動機起動10s以後，第二臺電動機自動起動。運行5s後，第一臺電動機停止，同時第三臺電動機自動起動；運行15s後，全部電動機停止。3-15設計一控制電路，控制一臺電動機，要求：(1)可正反轉；(2)兩處起停控制；(3)可反接制動；(4)有短路和超載保護。137☞繼電器控制系統存在的缺點

(主要是線路複雜)：1.繼電器控制線路是接線開關電路，實現控制的程式就線上路接法的本身，線路一旦確定，難以調整和更改，不能適應當前快速的技術進步和產品更新的要求。2.輸出回應時間長，不能適應生產自動化程度不斷提高的要求。3.控制要求複雜時，繼電器控制系統將變得十分龐大笨重，難以實現。因此隨著科學技術的發展，人們在不斷探求著實現開關量控制的新途徑。4.1PLC的由來一、產生138☞PLC控制系統比電氣控制系統好得多①控制方法上：硬：軟②工作方式上：

並行工作方式：串行工作方式③控制速度上：

速度慢：快

④定時和計數控制上：

精度低：高

⑤可靠性和可維護性上：可靠性低：高1391968年美國通用汽車公司GM：適應汽車型號的不斷更新；生產工藝不斷變化的需要；小批量、多品種生產。盡可能減少重新設計；盡可能減少更換繼電器控制系統及接線；降低成本，縮短週期。PLC產生的背景1401968年，GM公司提出十項設計標準——招標：編程簡單，可在現場修改程式；維護方便，採用插件式結構；可靠性高於繼電器控制櫃；體積小於繼電器控制櫃；成本可與繼電器控制櫃競爭；可將數據直接送入電腦；可直接使用115V交流輸入電壓；輸出採用115V交流電壓，能直接驅動電磁閥、交流接觸器等；通用性強，擴展方便;能存儲程式，記憶體容量可以擴展到4KB。141這次招標引起了工業界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標，最後DEC公司(美國數字設備公司)一舉中標，並於1969年研製成功第一臺PC，當時命名為PC(ProgrammableController)。這臺PLC投運到汽車生產線後，取得了極為滿意的效果，引發了效仿的熱潮，從此PLC技術得以迅猛的發展。142

嚴格地講，至今對PLC沒有最終的定義。

國際電工委員會（IEC）1985年在可編程序控制器標準草案（第二稿）中作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數字運算的電子系統，專為在工業環境條件下應用而設計。它採用可編程序的記憶體，用來在內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，並通過數字式、模擬式的輸入輸出，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於使工業控制系統形成一個整體、易於擴充其功能的原則設計。”

美國電氣製造協會（NEMA）1987年作的定義如下：“它是一種帶有指令記憶體、數字或模擬I/O介面，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數和算術運算功能，用於控制機器或生產過程的自動控制裝置。”

IEC(國際電工委員會)在標準草案中，將這種裝置定義為可編程序控制器(ProgrammableController)，簡稱PC。為了避免同個人電腦混淆，現在一般將可編程序控制器簡稱PLC（ProgrammableLogicController）。二、定義143①可編程控制器與微機的比較學習難易程度不同

PLC繼承了繼電器系統的基本格式和習慣，對於有繼電器控制經驗的人，學習起來容易。微機需要更多的知識儲備。通用性不同

PLC一般是由電氣控制器的製造廠家研製生產，各廠家的產品不通用。微機是由通用電腦推廣應用發展起來的，標準化程式高，相容性強。運行方式不同

PLC不能直接使用微機的許多軟體。PLC一般具有模組結構，可針對不同對象進行組合和擴展。微機可使用通用微機的各種編程語言，對要求快速，即時性強、模型複雜的工業對象的控制佔有優勢，但它要求使用者具有一定電腦專業知識。相同點：PLC和微機都是專為工業現場應用環境而設計的，都具有很高的可靠性。三、關於PLC的幾個比較144②可編程控制與繼電接觸器控制的比較◆控制邏輯不同

PLC為“軟接線”技術，繼電為硬接線邏輯。◆控制邏輯方面

PLC：同一個器件的線圈和它的各觸點動作不同時發生。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：速度極快；繼電：速度慢◆定時/計數

PLC定時精度高，範圍大，有計數功能，繼電：定時精度不高，範圍小，無計數功能◆設計與施工

PLC：現場施工與程式設計同步進行，週期短，調試和維修方便。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◆可靠性和維護性

PLC連線少，使用方便，並具有自診斷作用等◆價格

PLC：貴（長遠利益）继电：便宜（短期利益）145③繼電-接觸器控制與PLC控制原理圖的比較主電路原理圖相同PLC控制原理圖原理圖

繼電-接觸器控制原理圖

146繼電-接觸器控制線路PLC控制線路（梯形圖）④繼電-接觸器控制與PLC控制控制圖的比較147⑤繼電-接觸器控制與PLC控制實際控制的比較

繼電-接觸器控制直接控制（起保停）148⑤繼電-接觸器控制與PLC控制實際控制的比較

PLC控制連續控制（起保停）149⑤繼電-接觸器控制與PLC控制實際控制的比較繼電-接觸器控制正反轉控制電路150⑤繼電-接觸器控制與PLC控制實際控制的比較PLC控制正反轉控制電路151點數(I/OPoints)：指能夠輸入/輸出開關量、模擬量的總個數。一般是4或8的倍數。四、常用術語掃描週期：是指PLC執行系統監控程序、用戶程式、I/O刷新一次所用的時間。它直接反映PLC的回應速度，因此是PLC的重要指標之一，其單位是ms/kw(kb)。梯形圖：梯形圖是PLC用戶編程時最常用的一種圖形編程方法，是表示I/O點之間邏輯關係的一種圖。它實質上是變相的繼電器控制邏輯圖，形式和規範非常相似，其目的是為了讓工廠技術人員不必懂電腦，就可使用(設計、閱讀)它。1524.2PLC的功能、特點與分類

一、主要功能1.開關邏輯和順序控制這是PLC應用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現各種控制要求。2.模擬控制（A/D和D/A控制）

在工業生產過程中，許多連續變化的需要進行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬於模擬量。過去，PLC長於邏輯運算控制，對於模擬量的控制主要靠儀錶或分佈式控制系統，目前大部分PLC產品都具備處理這類模擬量的功能，而且編程和使用方便。3.定時/計數控制

PLC具有很強的定時、計數功能，它可以為用戶提供數十甚至上百個定時器與計數器。對於定時器，定時間隔可以由用戶加以設定；對於計數器，如果需要對頻率較高的信號進行計數，則可以選擇高速計數器。1534.步進控制

PLC為用戶提供了一定數量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步進控制功能。5.運動控制

在機械加工行業，可編程序控制器與電腦數控（CNC）集成在一起，用以完成機床的運動控制。6.數據處理大部分PLC都具有不同程度的數據處理能力，它不僅能進行算術運算、數據傳送，而且還能進行數據比較、數據轉換、數據顯示列印等操作，有些PLC還可以進行浮點運算和函數運算。7.通信聯網

PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位電腦以及其他智能設備之間能夠交換資訊，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。154二、可編程控制器的特點編程方法簡單易學功能強，性能價格比高通用性強，控制程式可變硬體配套齊全．用戶使用方便。（適應性強）可靠性高。（抗干擾能力強：硬體、軟體）系統的設計、安裝、調試工作量少維護工作量小，維修方便體積小，能耗低成本低，水準高155可編程序控制器採取了一系列硬體和軟體抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用於有強烈干擾的工業生產現場。硬體抗干擾措施：（1）常規手段：選用優質元器件，設計合理的系統結構，實施加固使其易於抗衝擊，印製板的設計加工和焊接工藝嚴格規範。（2）隔離：所有I/O電路一律採用光電器件進行隔離，使內外無電氣回路的聯接點(電浮空)，這樣可以抗電干擾。（3）濾波：對供電系統及輸入回路採用模擬量濾波(如LC、π型濾波網路)，再加上數字濾波，以消除或抑制高頻干擾。（4）遮罩：採用導電、導磁性能良好的材料進行遮罩，以防電磁波輻射的干擾。（5）增強電源的適應性：PLC的供電系統(內部為DC)採用開關電源，並用集成電壓調整器進行調整，使之適應電網電壓較寬範圍的波動。（6）採用模組式結構：一旦某模組有故障，能迅速更換，使系統停用時間減到最低程度。156軟體抗干擾措施：（1）設置警戒時鐘WDT(看門狗)：PLC在正常的運行程式中對WDT定時複位，若超過了WDT規定的時間，WDT會發出報警信號，並強制系統CPU複位，使之走入正常的運行程式。（2）系統軟體對用戶軟體自動進行檢查：能對用戶程式進行查錯、報錯，使用戶程式無語法、結構性錯誤，錯誤的程式或參數得不到運行。（3）掉電保護：對RAM區用後備電池或蓄能電容，掉電時使RAM繼續有電，保證用戶程式運行的狀態資訊和中間數據不會丟失。（4）自檢：系統程式中有對CPU及週邊器件自動檢測的功能，一旦出錯，立即報警。157按I/O點數分小型PLC

I/O點數為256點以下的為小型PLC

（其中I/O點數小於64點的為超小型或微型PLC）中型PLC

I/O點數為256點以上、2048點以下的為中型PLC大型PLC

I/O點數為2048以上的為大型PLC

（其中I/O點數超過8192點的為超大型PLC）三、可編程控制器的類型目前PLC的種類非常多，型號和規格也不統一，瞭解PLC的分類有助於PLC的選型和應用。158按結構形式分整體式PLC

將電源、CPU、I/O介面等部件都集中裝在一個機箱內，具有結構緊湊、體積小、價格低等特點。模組式PLC

將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模組，如CPU模組、I/O模組、電源模組（有的含在CPU模組中）以及各種功能模組。緊湊式PLC

還有一些PLC將整體式和模組式的特點結合起來。模組式PLC

將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模組，如CPU模組、I/O模組、電源模組（有的含在CPU模組中）以及各種功能模組。緊湊式PLC

還有一些PLC將整體式和模組式的特點結合起來。整體式PLC

將電源、CPU、I/O介面等部件都集中裝在一個機箱內，具有結構緊湊、體積小、價格低等特點。159按功能分低檔PLC

具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能。中檔PLC

具有低檔PLC功能外，增加模擬量輸入/輸出、算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程I/O、副程式、通信聯網等功能。有些還增設中斷、PID控制等功能。

高檔PLC

具有中檔機功能外，增加帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數運算、製錶及表格傳送等。高檔PLC機具有更強的通信聯網功能。

1604.3PLC的應用狀況和發展趨勢

一、應用狀況

PLC自問世以來，經30多年的發展，在工業發達國家(如美、日、德等)已成為重要的產業之一，生產廠家不斷湧現，PLC的品種多達幾百種。國內應用始於80年代。一些大中型工程專案引進的生產流水線上採用了PLC控制系統，使用後取得了明顯的經濟效益，從而促進了國內PLC的發展和應用。

目前國內PLC的應用已取得了許多成功的經驗和成果，證明了PLC是大有發展前途的工業控制裝置，它與DCS、SCADA、電腦網絡系統相互集成、互相補充而形成的綜合系統將得到更加廣泛的應用。161

我國PLC的生產廠家主要是80年代湧現出來的，靠技術引進、轉讓、合資等方式進行生產，目前約有十幾家表4-1我國PLC的生產廠家及生產的PLC型號（不全）生產廠家PLC型號生產廠家PLC型號天津中環自動化儀錶公司DJK-84無錫華光電子工業有限公司KCK系列上海東屋電器有限公司CF系列蘇州機床電器廠CYK系列杭州機床電器廠DKK、D系列上海電力電子設備廠KKI-IC大連組合機床研究所S系列機械部北京自動化所MPC、KB系列上海國際程式控制公司E、EM、H系列上海工業自動化研究所TCMS-300/D杭州通靈控制電腦公司HZK系列蘇州電子電腦廠YZ系列162日本：立石(OMRON)、三菱、日立、夏普、松下、東芝、富士、安川、橫河、光洋(Koyo)等公司。美國：AB(AllenBradley)、GM(GouldModicon)、GE(GE-Fanuc)、SquareD、西屋(WestingHouse)、TI儀器(Texas,Instruments德洲仪器)等公司。德國：西門子（Siemens）、BBC、AEG等公司。法國：TE(Telemecanique)公司等。目前國內市場還有韓國、臺灣等PLC產品國內流行的PLC多是國外產品，主要有：163

其中美國的A-B、GE-Fanuc、Modicon，德國的西門子(Siemens)，法國的TE(Telemecanique)，日本的三菱、立石(OMRON)等7家公司，在所有PLC製造廠中佔有主導地位。這7家公司佔有著全世界PLC市場80%以上的份額，他們的系列產品有其技術廣度和深度，從售價為100美元左右的微型PLC到有數千個I/O點的大型PLC應有盡有。

小型PLC日本各廠家佔領的市場份額最大，其結構型式的優點也較為突出，故其他國家小型PLC的結構形式也都向日本看齊。大、中型PLC市場份額的90%一直被美、日、歐三家佔領，具有三足鼎立之勢，近年來日本稍有頹勢。164165166167圖例：ABSLC500168二、PLC的應用領域：

目前，PLC在國內外已廣泛應用冶金、石油、化工、建材、機械製造、電力、汽車、輕工、環保及文化娛樂等各行各業，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應用領域不斷擴大。從PLC應用類型看，大致可歸納為以下幾個方面：開關量邏輯控制、運動控制、過程控制（PID閉環控制）、數據處理、通信聯網（構成DCS、FCS系統）。

PLC的應用範圍已從傳統的產業設備和機械的自動控制，擴展到以下應用領域：中小型過程控制系統、遠程維護服務系統、節能監視控制系統，以及與生活相關的機器、與環境相關的機器，而且有急速的上升趨勢。注：DCS：集散控制系統；FCS：現場匯流排控制系統169170傳送帶生產線控制灌裝及包裝機械木材加工電梯控制空調控制紡織機械印刷機械171172173174175176177178179180

隨著PLC技術的推廣、應用，PLC將向兩個方面發展：一方面向著大型化的方向發展，另一方面則向著小型化的方向發展。

PLC向大型化方向發展，主要表現在大中型PLC高功能、大容量、智能化、網路化發展，使之能與電腦組成集成控制系統，對大規模、複雜系統進行綜合的自動控制。

PLC向小型化方向發展，主要表現在下列幾個方面：為了減小體積、降低成本，向高性能的整體型發展；在提高系統可靠性的基礎上，產品的體積越來越小，功能越來越強；應用的專業性，使得控制品質大大提高。三、發展趨勢181高性能、高速度、大容量方向發展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的回應速度和更大的存儲容量。目前，有的PLC的掃描速度可達0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。在存儲容量方面，有的PLC最高可達幾十兆位元組。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡記憶體或硬碟。

182向小型化和大型化兩個方向發展小型PLC由整體結構向小型模組化結構發展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發了各種簡易、經濟的超小型微型PLC，最小配置的I/O點數為8～16點，以適應單機及小型自動控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和網路化發展，使之能與電腦組成集成控制系統，對大規模、複雜系統進行綜合性的自動控制。現已有I/O點數達14336點的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU並行工作和大容量記憶體，功能強。183大力開發智能模組，加強聯網與通信能力為滿足各種控制系統的要求，不斷開發出許多功能模組，如高速計數模組、溫度控制模組、遠程I/O模組、通信和人機介面模組等。PLC的聯網與通信有兩類：①PLC之間聯網通信，各PLC生產廠家都有自己的專有聯網手段；②PLC與電腦之間的聯網通信。為了加強聯網與和通信能力，PLC生產廠家也在協商制訂通用的通信標準，以構成更大的網路系統。

184增強外部故障的檢測與處理能力據統計資料表明：在PLC控制系統的故障中，CPU占5%，I/O介面占15%，輸入設備占45%，輸出設備占30%，線路占5%。前二項共20%故障屬於PLC的內部故障，它可通過PLC本身的軟、硬體實現檢測、處理。而其餘80%的故障屬於PLC的外部故障。PLC生產廠家都致力於研製、發展用於檢測外部故障的專用智能模組，進一步提高系統的可靠性。

185編程語言多樣化在PLC系統結構不斷發展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數PLC使用的梯形圖、語句表語言外，為了適應各種控制要求，出現了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與電腦相容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言並存、互補與發展是PLC進步的一種趨勢。1865.1PLC硬體結構組成PLC由三個基本部分組成：輸入部分、邏輯處理部分、輸出部分。基本結構示意圖參見圖5-1所示。圖5-1PLC的基本組成框圖輸入部分輸出部分187輸入部分：是指各類按鈕、行程開關、感測器等介面電路，它收集並保存來自被控對象的各種開關量、模擬量資訊和來自操作臺的命令資訊等。邏輯處理部分：用於處理輸入部分取得的資訊，按一定的邏輯關係進行運算，並把運算結果以某種形式輸出。輸出部分：是指驅動各種電磁線圈、交/直流接觸器、信號指示燈等執行元件的介面電路，它向被控對象提供動作資訊。

為了使用方便，PLC還常配套有編程器等外部設備，它們可以通過匯流排或標準介面與PLC連接。不同廠家不同類型的PLC指令系統的指令符號、指令內容、指令條數也是不同；關於軟器件和I/O口的相應規定也不一樣。雖然PLC方方面面都有很多不同，但是這種裝置都稱為可編程序控制器，它們在基本內涵上一定同多異少。188PLC硬體系統結構組成外部設備現場用戶輸出設備微處理器（CPU）運算器控制器輸出部件輸入部件系統存儲器用戶存儲器I/O擴展接口通訊及編程接口編程設備電腦印表機等感測器按鈕、開關現場信號電磁閥中間繼電器執行器現場用戶輸入設備擴展設備擴展單元通訊模組功能模組電源變換器～110V/220V市電PLC基本單元PLC系統結構示意圖189主ＣＰＵ單元(10/20/30/40/60)擴展單元（特殊功能,通訊.)數字量輸入輸出單元

:Max2模擬量輸入輸出單元

:Max2通訊單元