1、可编程控制器应用技术第1章 常用低压电器 1.1 低压电器的基本知识 1.2 接触器 1.3 继电器 1.4 熔断器 1.5 开关电器 1.6 主令电器下一页返回第2章 基本电气控制电路 2.1 电气控制系统的基本知识 2.2 电动机的启动控制电路 2.3 电动机的制动控制电路 2.4 电动机的其他典型控制电路上一页 下一页返回第3章 可编程控制器概述 3.1 可编程控制器的产生 3.2 可编程控制器的特点及分类 3.3 可编程控制器的结构与工作原理 3.4 可编程控制器的主要性能指标 3.5 可编程控制器的应用及发展趋势上一页 下一页返回第4章欧姆龙PLC的硬件配置及内部器件 4.1 P型机
2、的硬件配置及内部器件 4.2 CPM1A型机的硬件配置及内部器件上一页 下一页返回第5章 欧姆龙PLC的指令系统及应用 5.1 编程语言 5.2 P型机的指令系统 5.3 程序设计指导 5.4 常用基本电路 5.5 程序设计举例 5.6 CPM1A的指令系统上一页 下一页返回第6章 PLC控制系统的设计 6.1 PLC控制系统设计的基本原则 6.2 PLC控制系统设计的主要内容与步骤 6.3 PLC控制系统的硬件设计与选型 6.4 PLC控制系统的软件设计 6.5 PLC的安装与接线上一页 下一页返回第7章 PLC控制系统应用举例 7.1装卸料小车的运行控制 7.2液体混合装置的自动控制上一页
3、返回第1章 常用低压电器 1.1 低压电器的基本知识 1.2 接触器 1.3 继电器 1.4 熔断器 1.5 开关电器 1.6 主令电器1.1 低压电器的基本知识 1.1.1低压电器的分类 低压电器的品种、规格很多，作用、构造及工作原理各不相同，因而有多种分类方法。1.按动作方式分 低压电器按它的动作方式可分为自动电器和手动电器两大类。2.按性能和用途分 低压电器按它在电路中所处的地位和作用可分为控制电器和配电电器两大类。3.按有无触点分 低压电器按它有无触点可分为有触点电器和无触点电器两大类。下一页返回1.1 低压电器的基本知识 4.按工作原理分 低压电器按它的工作原理可分为电磁式电器和非电
4、量控制电器两大类 1.1.2电磁机构及触头系统 低压电器一般都有两个基本部分，即感受部分和执行部分。感受部分感受外界信号，并做出反应。自动电器的感受部分大多由电磁机构组成;手动电器的感受部分通常为电器的操作手柄。执行部分根据控制指令，执行接通或断开电路的任务。下面简单介绍电磁式低压电器的电磁机构和触头系统。1.电磁机构 电磁机构是电磁式低压电器的检测部分，它的主要作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作，从而实现电路的接通或分断。电磁机构由吸引线圈、铁芯及衔铁组成。上一页 下一页返回1.1 低压电器的基本知识 其结构形式按电磁机构的形状分有E形和U形两种;按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合
5、式，如图1一1所示。2.触头系统 触头是电器的执行机构，在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。由于铜具有良好的导电、导热性能，因此，触头通常用铜制成。触头的结构形式有很多种，下面介绍常见的儿种分类方式。1)按接触形式分 触头按接触形式分为点接触、线接触和面接触三种，如图1一2所示。2)按结构形式分 触头按结构形式分为桥式和指式，如图1-2中，图(a和图(b)为桥式 触头，图(c)为指式触头。上一页 下一页返回1.1 低压电器的基本知识 3)按是否运动分 触头按是否运动分为动触头和静触头。4)按控制的电路分 触头按控制的电路分为主触头和辅助触头。5)按原始状态分 触头按原始状态分为常开触头和常闭
6、触头。触头的参数主要有:(1)额定电压:触头断路后允许施加的最大电压。(2)额定电流:触头长期工作时所允许的最大电流。(3)触头寿命:触头在额定条件下能正常使用的最多次数。(4)灵敏度:单位时间内，触头允许通断的最高次数。上一页 下一页返回1.1 低压电器的基本知识 3.电弧的产生及灭弧 开关电器切断电流电路时，触头在通电状态下动、静触头脱离接触，若触头间电压大于10 V,电流超过80 mA时，由于电场的存在，会使触头表面的自由电子大量溢出而产生蓝色的光柱，即电弧。电弧有直流电弧和交流电弧两类，交流电弧又自然过零点，故较易熄灭。灭弧的主要措施有:迅速增加电弧长度(拉长电弧)，使得单位长度内维持
7、电弧燃烧的电场强度不够而使电弧熄灭;使电弧与流体介质或固体介质相接触，加强冷却和去游离作用，使电弧加快熄灭。低压控制电器常用的具体灭弧方法有:(1)机械灭弧法(2)磁吹灭弧法(3)窄缝(纵缝)灭弧法(4)栅片灭弧法上一页返回1.2 接触器 接触器属于控制类电器，它的作用是将电磁能转换成机械能，通过电磁力吸引衔铁带动触点动作，实现对电路的控制。接触器适用于远距离频繁接通和分断交直流主电路和控制电路的自动控制电器。接触器主要控制对象是电动机，也可用于其他电力负载，如电热器、电焊机等。接触器具有欠压保护、零压保护、控制容量大、工作可靠、寿命长等优点，是自动控制系统中应用最多的一种电器。1.2.1结构
8、与工作原理 接触器按其主触点控制电路中电流的种类可分为交流接触器和直流接触器，应用最多的是交流接触器。图1一3所示为CJ20交流接触器实物。交流接触器主要由电磁机构、触点系统和灭弧装置三部分组成。电磁机构包括线圈、铁芯和衔铁.交流接触器结构如图1-4所示。下一页返回1.2 接触器 接触器的工作原理是利用电磁铁吸力及弹簧反作用力配合动作，使触头接通或断开。接触器工作原理示意如图1一5所示。1.2.2规格型号及电气符号 我国常用的交流接触器主要有CJ10,CJ12,CJ20,CJX1和CJX2等系列。其型号含义如图1一6所示。接触器在电气控制系统中的文字符号用KM来表示，其电气符号如图1-7所示。
9、1.2.3主要技术参数 1.额定电压 接触器的额定电压是指主触头的额定电压。上一页 下一页返回1.2 接触器 2.额定电流 接触器的额定电流指主触头的额定电流。3.线圈的额定电压 接触器线圈的额定电压指接触器线圈两端所加额定电压。4.额定操作频率 对于频繁操作的场合，就采用了具有直流吸引线圈、主触头为交流的接触器。它们的额定操作频率可高达1 200次/h。5.接通与分断能力 接触器的接通与分断能力是指接触器的主触点在规定的条件下能可靠地接通和分断的电流值，而不应该发生熔焊、飞弧和过分磨损等。6.动作值 接触器的动作值是指接触器的吸合电压与释放电压。上一页 下一页返回1.2 接触器 1.2.4接
10、触器的选用 接触器的选择主要考虑以下技术数据:(1)接触器类型选择:按其所控制的负载性质分为交流和直流。(2)主触点额定电压:接触器的额定电压应大于或等于所控制线路的。(3)主触点额定电流的选择:接触器的额定电流应大于或等于所控制线路的额定电流)对于电动机负载一般按经验公式计算:(4)电磁线圈额定电压选择:根据控制电路的电压一般选用380 V,220V。(5)接触器触点数量、种类选择:应满足主电路和控制电路对触点的要求。上一页返回1.3 继电器 继电器是一种根据某种输入信号的变化接通或断开控制电路，实现控制目的的电器。继电器的输入信号可以是电流、电压等电量，也可以是温度、速度、时间、压力等非电
11、量.而输出通常是触占的接通或断开。继电器的种类很多，主要可以按以下方法分类:(1)按用途可分为控制继电器、保护继电器。(2)按动作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、热继电器、机械式继电器、电动式继电器和电子式继电器等。(3)按动作信号可分为电流继电器、电压继电器、时间继电器、速度继电温度继电器、压力继电器等。(4)按动作时间可分为瞬时继电器和延时继电器下一页返回1.3 继电器 1.3.1热继电器 热继电器是利用流过继电器热元件的电流所产生的热效应而反时限动作的保护继电器。热继电器主要用于电动机的过载、断相、三相电流不平衡运行及其他电气设备发热引起的不良状态而进行的保护控制。1.结构与工作原
12、理 图1一8所示为JR36系列热继电器的外形结构。热继电器主要由热元件、双金属片和触点三部分组成。热继电器的工作原理示意如图1一9所示。双金属片是它的测量元件，由两种具有不同线膨胀系数的金属通过机械辗压而使之形成一体，线膨胀系数大的称为主动层，小的称为被动层。上一页 下一页返回1.3 继电器 2.型号及电气符号 热继电器的种类繁多，目前我国生产并广泛使用的热继电器主要有JR16,JR20,JR36,JRS等系列产品，其型号含义如图1一10所示。热继电器在电气控制系统中的文字符号用FR来表示，其电气符号如图1一11所示。3.主要参数 热继电器的主要参数有:(1)整定电流(2)额定电流(3)热元件
13、的额定电流 4.热继电器的选用上一页 下一页返回1.3 继电器(1)热继电器的类型选择。轻载启动、长期工作的电动机或间断长期工作的电动机，一般选择两相结构的热继电器;电源电压的均衡性和工作环境较差或较少有人照管的电动机，或多台电动机的功率差别较大时，可选择三相结构的热继电器;而三角形连接的电动机，应选用带断相保护装置的热继电器。(2)热继电器的额定电流应略大于电动机的额定电流。(3)热继电器的整定电流选择。热继电器的整定电流是指热继电器长期不动作的最大电流，超过此值即动作。1.3.2时间继电器 时间继电器是电路中控制动作时间的继电器，它是一种利用电磁原理或机械动作原理来实现触点延时接通或断开的
14、控制电器。上一页 下一页返回1.3 继电器 时间继电器的种类很多，按照构成原理分为电磁式、电子式、空气阻尼式、晶体管式及数字式等。电磁式时间继电器一般在直流控制电路中应用较广，它是利用电磁阻尼原理，在直流电压继电器的线圈电路或结构上采取措施以达到延时的目的。数字式时间继电器是目前发展最快、最有前途的电子器件。其特点是延时范围广、精度高、体积小、便于调节、寿命长。空气阻尼式时间继电器又称气囊式时间继电器，它是利用空气阻尼作用达到延时的目的，主要由电磁机构、延时机构和触点组成。通电延时型时间继电器的动作原理是:线圈通电时使触头延时动作，线圈断电时使触头瞬时复位。通电延时型时间继电器结构示意如图1一
15、12所示。上一页 下一页返回1.3 继电器 断电延时型时间继电器的动作原理是:线圈通电时使触头瞬时动作，线圈断电时使触头延时复位。断电延时型时间继电器结构示意如图1一13所示。时间继电器的文字符号用KT表示，电气符号如图1一14所示。1.3.3电流继电器 根据线圈中电流的大小通断电路的继电器称为电流继电器。电流继电器特点是其线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。电流继电器按用途可分为过电流继电器和欠电流继电器。1.过电流继电器 当线圈通过的电流为额定值时，所产生的电磁吸力不足以克服弹簧的反作用力，此时衔铁不动作。当线圈通过的电流超过整定值时，电磁吸力大于弹簧的反作用力，铁芯吸引衔铁动作，带
16、动常闭触点断开，常开触点闭合。上一页 下一页返回1.3 继电器 2.欠电流继电器 正常工作时，欠电流继电器的衔铁处于吸合状态。如果电路中负载电流过低，并且低于欠电流继电器线圈的释放电流时，其衔铁打开，触点复位，从而切断电气设备的电源，实现欠电流保护。电流继电器文字符号用KI表示，其电气符号如图1一15所示。1.3.4电压继电器 根据线圈两端电压的大小通断电路的继电器称为电压继电器。它的吸引线圈匝数多、导线细、电阻大。电压继电器按用途也可分为过电压继电器和欠电压继电器。1.过电压继电器 过电压继电器在电路中用于过电压保护。上一页 下一页返回1.3 继电器 2.欠电压继电器 欠电压继电器在电路中用
17、于欠电压保护。电压继电器文字符号用KV表示，其电气符号如图1一16所示。1.3.5中间继电器 中间继电器属于电压继电器的一种，主要用在500V及以下的小电流控制回路中，用来扩大辅助触点数量，实现信号的传递、放大、转换等作用。中间继电器文字符号用KA表示，其电气符号如图1一17所示。1.3.6速度继电器 根据速度的大小通断电路的继电器称为速度继电器.上一页 下一页返回1.3 继电器 感应式电速度继电器是根据电磁感应原理制成的，在结构上主要由转子、定子、绕组及触点组成，其结构原理如图1一18所示。速度继电器的文字符号用KS表示，其电气符号如图1一19所示。上一页返回1.4 熔断器 熔断器是一种结构
18、简单、使用维护方便、体积小、价格便宜的保护电器，广泛用于照明电路中的过载和短路保护及电动机电路中的短路保护。1.4.1结构与工作原理 熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管两部分组成，俗称保险封。熔体材料一般为低熔点的金属材料,熔管是由陶瓷、硬质纤维制成的管状外壳，起保护作用。熔管的作用主要是为了便于熔体的安装并作为熔体的外壳，在熔体熔断时兼有灭弧的作用。工作中，熔体串接于被保护电路，既是感测元件，又是执行元件;当电路发生短路或严重过载故障时，通过熔体的电流超过一定的额定值，使熔体发热，当达到熔点温度时，熔体某处自行熔断，从而分断故障电路，起到保护作用。下一页返回1.4 熔断器 熔断器种类很多，常用
19、的有瓷插式熔断器、螺旋式熔断器、有填料式熔断无填料密封式熔断器、快速熔断器、自恢复式熔断器、户外跌落式熔断器等，其实物如图1一20所示。1.瓷插式熔断器 瓷插式熔断器多用于低压分支电路的短路保护。2.螺旋式熔断器 螺旋式熔断器多用于机床电气控制线路的短路保护。3.封闭管式熔断器 封闭管式熔断器可分为以下三种:无填料式熔断器 有填料式熔断器 快速熔断器上一页 下一页返回1.4 熔断器 4.自恢复式熔断器 自恢复式熔断器的特点是能重复使用，不必更换熔体。其熔体采用金属钠，因为它具有常温时电阻很小，高温气化时电阻值骤升，故障消除后温度下降，气态钠回归固态钠等良好导电性恢复的特性。5.户外跌落式熔断器
20、 户外跌落式熔断器用于交流50 Hz额定电压为10 kV的电力系统中，主要用于输电线路和电力变压器的短路和过负荷保护。常用的型号有RW3,RW7系列等。1.4.2规格型号及电气符号 熔断器的型号含义及电气符号如图1-21所示。上一页 下一页返回1.4 熔断器 1.4.3主要技术参数 低压熔断器的主要参数有以下几项。1.额定电压 额定电压能保证熔断器长期正常工作的电压。2.额定电流 额定电流保证熔断器在长期工作制下，各部件温升不超过极限允许温升所能承载的电流值。3.熔体的额定电流 熔体的额定电流是指在规定工作条件下，长时间通过熔体而熔体不熔断的最大电流值。上一页 下一页返回1.4 熔断器 4.分
21、断能力 分断能力是指熔断器在规定的使用条件下，能可靠分断的最大短路电流值。通常用极限分断电流值来表示。1.4.4熔断器的选用 熔断器的选择，主要是选择其种类、额定电压、熔断器额定电流等级和熔体的额定电流。额定电压是根据所保护电路的工作电压来选择的。熔断器的额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。熔体电流的选择是熔断器选择的核心。(1)电阻性负载或照明电路。上一页 下一页返回1.4 熔断器(2)电动机控制电路。(3)为防止发生越级熔断，上、下级(如供电干线、支线)熔断器间应有 良好的协调配合，应使上一级熔断器的熔体额定电流比下一级大1 2个级差。上一页返回1.5 开关电器 开关属于配电电器，是低
22、压电器中极为常用的电器之一，其作用是分合电路、通断电流，主要用于电能的分配和小型电器设备的控制，被广泛应用于各类设备上。它包括刀开关、断路器等。1.5.1刀开关 刀开关又称闸刀开关，是结构最简单、应用最广泛的一种手动电器。刀开关在低压电路中用于不频繁地接通和分断电路，或用于隔离电路与电源，故又称“隔离开关”。刀开关的种类很多，外形结构各异。刀开关按刀的极数可分为单级、双极和三极;按刀的转换方向可分为单掷和双掷;按灭弧情况可分为带灭弧罩和不带灭弧罩;按接线方式可分为板前接线式和板后接线式。刀开关主要有以下几种。下一页返回1.5 开关电器 1.板式刀开关(不带熔断器式刀开关)板式刀开关用于不频繁地
23、手动接通、断开电路和隔离电源。刀开关由绝缘底板、静插座、手柄、触刀和铰链支座等组成，其外形及电气符号如图1一22所示。2.开启式负荷开关(胶盖开关)开启式负荷开关又称胶盖开关，用做电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。其外形与电气符号如图1一23所示。3.封闭式负荷开关(铁壳开关)封闭式负荷开关又称铁壳开关，用于手动通断电路及短路保护。封闭式负荷开关外形、内部结构及电气符号如图1-24所示。上一页 下一页返回1.5 开关电器 1.5.2低压断路器 低压断路器又称自动空气开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载和短路保护的电器。低压断路器具有操作安全、工作可靠、动作值
24、可调、分断能力较强等优点，得到广泛应用，是低压配电网络和电力拖动系统中重要的综合性保护电器之一。1.结构与工作原理 低压断路器按其结构形式可分为塑壳式低压断路器和枢架式低压断路器(万能式)两大类。枢架式断路器主要用做配电网络的保护开关，而塑壳式断路器除用做配电网络的保护开关外，还用做电动机和照明线路的控制开关。常用低压断路器的外形如图1-25所示。上一页 下一页返回1.5 开关电器 低压断路器主要由触头、灭弧系统、各种脱扣器和操作机构等组成，其结构原理如图1-26所示。2.型号含义及电气符号 低压断路器常用型号有DW10,DW15,DZ10,DZ20,DS,DWX15和DZX10等系列。低压断
25、路器型号含义及电气符号如图1-27所示。3.低压断路器的选用 选择低压断路器时主要考虑以下几个方面:(1)断路器额定电压、额定电流应大于或等于控制线路或设备的正常工作电压、工作电流。(2)断路器极限通断能力大于或等于控制线路最大短路电流。(3)欠电压脱扣器额定电压等于控制线路额定电压。(4)过电流脱扣器的额定电流应大于或等于控制线路的最大负载电流。上一页返回1.6 主令电器 主令电器是自动控制系统中专门发号施令的电器，主要用来接通、分断和切换控制电路，即用它来控制接触器、继电器等电器的线圈得电与失电，从而控制电力拖动系统的启动与停止以及改变系统的工作状态。主令电器应用广泛，种类繁多。常用的主令
26、电器有按钮开关、转换开关、行程开关等。1.6.1按钮开关 按钮开关俗称按钮，是一种靠手动操作且具有自动复位的控制开关。为了适用于不同的工作场合，按钮的外形结构也各有不同，如图1-28所示。1.结构与工作原理 按钮主要由按钮帽、复位弹簧、桥式动触点、常闭常开触点、支柱连杆及外壳等部分组成。按钮的结构原理如图1一29所示。下一页返回1.6 主令电器 2.型号含义及电气符号 图1-30中结构形式代号的含义是:K一开启式;H一保护式;S一防水式;F一防腐式;J-紧急式;X一旋钮式;Y-钥匙操作式;D一带灯按钮。3.按钮的选用(1)根据使用场合和具体用途的不同要求，按照电器产品选用手册来选择不同型号和规
27、格的按钮。(2)根据控制系统的设计方案对工作状态指示和工作情况要求合理选择按钮或指示灯的颜色，如启动按钮选用绿色，停止按钮选择红色等。(3)根据控制回路的需要选择按钮的数量，如单联钮、双联钮和三联钮等。上一页 下一页返回1.6 主令电器 1.6.2转换开关 转换开关又称组合开关，是一种多触点、多档位结构、能够控制和转换多个电路的手动操作的开关电器。1.结构与工作原理 转换开关结构形式有很多种，其常用外形如图1一31所示。转换开关主要由操作结构、手柄、面板、定位装置和触点系统等组成，其内部结构如图1一32所示。2.型号含义及电气符号 目前，我国生产的转换开关主要有LW 5,LW 6系列，其型号含
28、义及电气符号如图1一33所示。上一页 下一页返回1.6 主令电器 3.转换开关的选用(1)转换开关的额定电压应大于等于安装地点线路的电压等级。(2)用于照明或电加热电路时，转换开关的额定电流应大于等于被控制电路中负载电流。(3)用于电动机电路时，转换开关的额定电流是电动机额定电流的1.5 2.5倍。(4)当操作频率过高或负载的功率因数较低时，转换开关要降低容量使用，否则会影响开关寿命。1.6.3行程开关 行程开关又称限位开关或位置开关，用于机械设备运动部件的位置检测。上一页 下一页返回1.6 主令电器 1.结构与工作原理 行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式和微动式;按其复位方式可分为自动复位
29、式和非自动复位式;按其触点性质可分为触点式和无触点式。常用行程开关外形如图1一34所示。无触点位置开关又称接近开关。常用接近开关结构外形如图1一35所示。按钮式行程开关的结构及工作原理与按钮类似，其内部结构如图1一36(a)所示。滚轮式行程开关内部结构如图1一36(b)所示，其动作原理是当运动部件的挡铁碰压行程开关的滚轮时，推杆连同转轴一起转动，使凸轮推动撞块，当撞块被压到一定位置时，推动微动开关快速动作，使其常闭触点断开，常开触点闭合。上一页 下一页返回1.6 主令电器 2.型号含义及电气符号 目前，常用的行程开关有LX一10,LX一19和LX一32等系列，其型号含义及电气符号如图1一37所
30、示。上一页返回图1一1 电磁机构的结构返回图1一2 触头的常见结构返回图1一3 CJ20接触器实物返回图1一4 交流接触器结构返回图1一5 接触器工作原理示意返回图1一6 接触器型号含义返回图1一7 接触器电气符号返回图1一8 CR36 系列热继电器的外形结构返回图1一9热继电器的工作原理示意返回图1一10 热继电器型号含义返回图1一11 热继电器电气符号返回图1一12通电延时型时间继电器结构示意返回图1一13断电延时型时间继电器结构示意返回图1一14时间继电器电气符号返回图1一15 电流继电器电气符号返回图1一16 电压继电器电气符号返回图1一17 中间继电器电气符号返回图1一18 速度继电
31、器结构原理返回图1一19 速度继电器电气符号返回图1一20 熔断器实物返回图1-21熔断器的型号含义及电气符号返回图1 22 板式刀开关外形及电气符号返回图1一23开启式负荷开关外形及电气符号返回图1一24封闭式负荷开关外形及电气符号返回图1一25常用低压断路器返回图1一26低压断路器结构原理返回图1一27低压断路器型号含义及电气符号返回图1一28 常用按钮返回图1一29 按钮结构原理返回图1-30 按钮型号含义及电气符号返回图1一31常用转换开关返回图1一32 转换开关内部结构返回图1一33转换开关型号含义及电气符号返回图1一34 常用行程开关返回图1一35 常用接近开关返回图1一36 行程
32、开关内部结构返回图1一37行程开关型号含义及电气符号返回第2章 基本电气控制电路 2.1 电气控制系统的基本知识 2.2 电动机的启动控制电路 2.3 电动机的制动控制电路 2.4 电动机的其他典型控制电路2.1 电气控制系统的基木知识 电气控制系统是由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等电气设备及电气元件按照一定的控制要求连接而成，实现对电力拖动系统的启动、正反转、制动、调速和保护等功能，满足生产工艺的要求，实现生产过程自动化控制。2.1.1图形符号和文字符号 电气控制系统图中的图形符号和文字符号必须符合国家标准规定。图形符号由符号要素、一般符号及限定符号组成。符号要素是具有确定意义
33、的简单图形，必须同其他图形组合构成一个设备或概念的完整符号。文字符号包括基本文字符号、辅助文字符号和补充文字符号。基本文字符号分为单字母符号和双字母符号。下一页返回2.1 电气控制系统的基木知识 2.1.2 气原理图 电气原理图用于表示电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系。电气原理图是根据电气控制线路的工作原理来绘制的。电气原理图一般分为主电路、控制电路及照明和指示电路。以某设备电气原理图2一1为例，来说明绘制电气原理图时应遵循的原则。(1)电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。(2)主电路的电源电路一般绘制成水平线，受电的动力装置(如电动机)及其
34、保护电器支路用垂直线绘制在图的左侧，控制电路及照明和指示电路用垂直线依次绘制在图面的右侧。上一页 下一页返回2.1 电气控制系统的基木知识(3)同一电器的各部件采用同一文字符号表明。当同一电器元件的不同部件(如线圈、触点)分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电器元件的不同部件补标汁统一的文字符号.(4)所有电气元件的图形符号，均按电器未接通电源和没有受外力作用时的状态绘制。(5)为阅图方便，图中自左向右或自上而下表示操作顺序，并尽可能减少线条和避免线条交叉。(6)将图分成若干图区，上方为该区电路的用途和作用，下方为图区号。在继电器、接触器线圈下方列有触点表，用以说明线圈和触点的从属关系。
35、触点表中标明相应触点的索引图区号，对未使用的触点用“x”表明，如图2-2所示。上一页 下一页返回2.1 电气控制系统的基木知识(7)接点的表示方法:三相交流电源采用L1,L2,L3标记;主电路按U、V,W顺序标记;分支电路在U,V,W后加数字1,2,3来标记;控制电路用不多于3位的阿拉伯数字编号。(g)电气原理图的全部电机、电器元件的型号、文字符号、用途、数量及额定技术数据等，均应填写在元件明细表内。2.1.3元件布置图 元件布置图表示机械设备上所有电气设备和元件的实际位置，是生产机械电气控制设备制造、安装和维修必不可少的技术文件。元件布置图根据设备的复杂程度可集中绘制在一张图上或控制柜、操作
36、台的电气元件布置图分别绘出。绘制元件布置图时机械设备轮廓用双点划线画出，所有可见的和需要表达清楚的电气元件及设备，需要用粗实线绘出其简单的外形轮廓，如图2一3所示。上一页 下一页返回2.1 电气控制系统的基木知识 2.1.4电气接线图 电气接线图主要用于安装接线、线路检查、线路维护和故障处理等，它表示在设备电控系统各单元和各元器件间的接线关系，并标注出所需数据，如接线端子号、连接导线参数等。实际应用中通常与电路图和位置图一起使用，如图2一4所示。绘制电气接线图有以下原则:(1)外部单元同一电器的各部件画在一起，其布置尽可能符合电器实际情况。(2)各电气元件的图形符号、文字符号和回路标记均以电气
37、原理图为准，并保持一致。上一页 下一页返回2.1 电气控制系统的基木知识 (3)不在同一控制箱和同一配电盘上的各电气元件必须经接线端子板进行连接。(4)对于控制装置的外部连接线应在图上或用接线表表示清楚，并注明电源的引入点。上一页返回2.2 电动机的启动控制电路 电动机的启动是指电动机通电后由静止状态逐渐加速到稳定运行状态的过程。2.2.1负荷开关直接启动控制电路 将额定电压全部加到电动机定子绕组上使电动机启动，称为全压启动或直接启动。负荷开关直接启动控制电路如图2一5所示。这种启动方法的主要优点是控制方式简单、启动时间短;主要缺点是启动电流对电网的影响较大，影响负载系统正常工作，但这种影响将
38、随电源容量的增大而减少。2.2.2点动控制电路 有的生产机械的某些运动部件不需要电动机连续拖动，只要求电动机做短暂运转，这就需要对电动机进行点动控制。下一页返回2.2 电动机的启动控制电路 点动控制电路如图2一6所示。点动控制电路工作原理:合上电源组合开关QS，按下点动按钮SB，接触器KM线圈通电，在主电路中接触器KM主触点闭合，电动机M接入三相电源，启动运转。松开按钮SB,接触器KM线圈失电，主电路中其主触点断开，切断电动机的三相电源，电动机停止运转。该电路功能为:按下按钮SB,电动机M启动单向运转;松开按钮SB,电动 机M停止。这种电路不能实现连续运行，通常称为点动控制电路。常用于电葫芦控
39、制和车床拖板箱快速移动的电机控制。2.2.3长动控制电路 根据控制要求，有些生产机械的运动部件要求能够单向连续运行，和点动控制相比，这种连续运行的电路称为长动控制电路。上一页 下一页返回2.2 电动机的启动控制电路 长动控制电路如图2一7所示。长动控制电路工作原理:合上电源刀开关QS，主电路引入三相电源。按下启动按钮SB1，接触器KM线圈通电，主电路中，其常开主触点闭合，电动机接通电源开始启动。同时接触器KM的辅助常开触点闭合，使接触器KM线圈有两条通电路径。这样当松开启动按钮SB1后，接触器KM线圈仍能通过其辅助触点通电并保持吸合状态。这种依靠接触器本身辅助触点使其线圈保持通电的现象称为自锁
40、，起自锁作用的触点称为自锁触点。长动控制电路也称为自锁电路或起保停控制电路。要使电动机停止运转，按下停止按钮SB2，接触器KM线圈失电，则其主触点断开，切断电动机三相电源，电动机M停止运转，同时接触器KM自锁触点也断开，控制回路解除自锁。松开停止按钮SB2,控制电路又回到启动前的状态。上一页 下一页返回2.2 电动机的启动控制电路 2.2.4降压启动控制电路 降压启动是指在启动时，在电源电压不变的情况下，通过改变连接方式或增加启动设备，降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机启动后，再将电压恢复到额定值。降压启动方式有定子绕组串电阻(或电抗)降压启动、自祸变压器启动法、星形/三角形(Y一)启动
41、法和使用软启动器等。其中星形/三角形降压启动较为常用，下面主要介绍星形/三角形降压启动控制电路。图2-8所示为电动机的Y一降压启动控制电路，该电路主要由三个接触器和一个时间继电器构成。上一页返回2.3 电动机的制动控制电路 2.3.1反接制动 反接制动是在电动机三相电源被切断后，立即通上与原相序相反的三相电源，以形成与原转向相反的电磁力矩，利用这个制动力矩使电动机迅速停止转动。反接制动优点是设备简单、制动力矩较大、制动迅速，缺点是冲击大。图2-9所示为单向运转反接制动控制电路。反接制动控制电路工作原理:速度继电器KS与电动机同轴，在电动机正常运转时，KM 1通电吸合，速度继电器KS的常开触点闭
42、合，为反接制动做好准备。2.3.2能耗制动 反接制动机械冲击强烈、制动不平稳、准确度不高。在要求平稳制动、停位准确的场合，通常采用能耗制动。下一页返回2.3 电动机的制动控制电路 为了节约成本，能耗制动通常是对原电源进行半波或桥式整流以得到直流电源，而不需另外配置。图2一10所示为用速度继电器控制的桥式整流单向能耗制动控制电路。能耗制动所消耗的能量较小，制动准确率较高，制动转矩平滑，但制动力较弱，还需直流电源整流装置，所以费用较高。上一页返回2.4 电动机的其他典型控制电路 2.4.1点动和长动混合控制 在工业生产中，当机械设备要求既能连续工作，又能手动控制进行调整工作时，这就要求控制电路同时
43、具备点动和长动的控制功能。点动和长动混合控制电路如图2一11所示.点动与长动混合控制电路是在点动控制与自锁控制的基础上增加一个复合按钮来实现的。2.4.2电动机的正反转控制 在实际生产中，常需要机械设备的运动部件实现正反两个方向的运动，从电动机的原理可知，改变电动机三相电源相序即可改变电动机的旋转方向。接触器联锁的电动机正反转控制电路如图2一12所示。下一页返回2.4 电动机的其他典型控制电路 对于复合按钮，还可以同时将SB1,SB2的常闭触点分别串接在对方控制电路中，构成按钮机械互锁，实现接触器/按钮双重联锁控制，如图2一13所示。2.4.3电动机的多地和多条件控制 电动机的多地控制是指在多
44、个地方对电动机进行启动和停止的控制。当机械设备需要操作人员在不同的方位均可对其进行起停操作时，就要求控制电路能够满足多地控制。控制电路如图2一14所示。还有些生产设备要求同时满足多个条件，才能对其进行启停操作，这就要用到多条件控制。控制电路如图2一15所示。2.4.4电动机的位置和自动往返循环控制 有些生产机械如万能铣床，要求工作台在一定距离内能自动往返。通常利用行程开关控制电动机正反转实现。上一页 下一页返回2.4 电动机的其他典型控制电路 图2-16所示为工作台自动往返循环运动示意图和控制电路。2.4.5电动机的顺序控制 电动机的顺序控制是指两台或多台电动机的顺序启动或顺序停止的控制。实际
45、生产中，有些设备常要求电动机按一定的顺序启动，如铣床工作台的进给电动机必须在主轴电动机启动后才可以启动，这就要用到电动机的顺序控制。以两台电动机的顺序控制为例，图2一17 (a)为顺序启动、同时停止控制电路，图2一17(b)为顺序启动、逆序停止控制电路。上一页返回图2一1 某设备电气原理返回图2-2 接触器及继电器触点表含义返回图2一3 元件布置图返回图2-4 电气接线图返回图2一5负荷开关直接启动控制电路返回图2一6 点动控制电路返回图2一7 长动控制电路返回图2一8 Y一降压启动控制电路返回图2-9单向运转反接制动控制电路返回图2一10桥式格流单向能耗制动控制电路返回图2一11点动与长动混
46、合控制电路返回图2一12 电动机正反转控制电路返回图2一13接触器/按钮双重联锁正反转控制电路返回图2一14 两地控制电路返回图2一15 多条件控制电路返回图2-16工作台自动往诉运动示意图和控制电路返回图2一17 两台电动机顺序控制电路返回第3章 可编程控制器概述 3.1 可编程控制器的产生 3.2 可编程控制器的特点及分类 3.3 可编程控制器的结构与工作原理 3.4 可编程控制器的主要性能指标 3.5 可编程控制器的应用及发展趋势3.1 可编程控制器的产生 早期的可编程控制器是为取代继电器控制线路、存储程序指令、完成顺序控制而设计的。它主要用于逻辑运算、定时、计数等顺序控制，属开关量控制
47、。所以，通常称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)。进人20世纪80年代，随着微电子技术和计算机技术的快速发展，可编程控制器也取得突飞猛进的发展。其控制功能不断增强，远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，具有了算术运算、数据处理、数据传输和联网通信等功能，成为一种新型的工业自动控制设备。近年来个人计算机(Personal Computer)的简称为PC，为了避免混淆，继续将PLC作为可编程控制器的简称。总之，可编程控制器是一台计算机，是专为工业环境下应用而设计制造的特殊计算机。返回3.2 可编程控制器的特点及分类 3.2.1可编程控制器的特点
48、 可编程控制器的主要特点如下：1.可靠性高，抗干扰能力强 一般由程序控制的电子设备所产生的故障有两种:一种是软故障，由于外界恶劣环境，如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。另一种是硬故障，由元器件损坏而引起的故障 PLC除了本身具有较强的自诊断能力、能及时给出错误信息、停止运行等待修复外，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面也采取厂多种措施，使PLC具有了很强的抗干扰能力。1)硬件方面的抗干扰措施下一页返回3.2 可编程控制器的特点及分类 2)软件方面的抗干扰措施 2.编程简单，容易掌握 3.设计、安装容易，维护工作量少 4.功能完善，通用性强 5.体积小，功耗低 6.性
49、价比高 总之，PLC的基本特点是:可靠、方便、通用、价廉。3.2.2可编程控制器的分类 1.按组成结构形式分类 按组成结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。上一页 下一页返回3.2 可编程控制器的特点及分类 1)整体式PLC 整体式结构的特点是将PLC的基本部件，如CPU、输入、输出、电源等部件都集中装在一个标准机壳内，构成一个整体。整体式结构的PLC具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。2)模块式PLC 模块式结构的PLC是由一些标准模块单元构成，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种功能模块，将这些模块安装在固定的机架或导轨上，即构成一个完整的PLC系统。2.按I/0点数分类
50、 I/0点数是指PLC的外部输入、输出端子数。按I/O点数可将PLC分为小型机、中型机和大型机三类。上一页 下一页返回3.2 可编程控制器的特点及分类 3.按功能分类 按功能可将PLC分为低档机、中档机和高档机。4.按生产厂家分类 目前我国使用的PLC几乎都是国外品牌。在全世界有上百家PLC 制造厂商，但只有几家举足轻重的厂商，它们分别是美国的AB公司、CE通用电气公司、莫迪康公司;德国的西门子(SIEMEN幻公司、BBC公司;法国的施耐德(SCHNEIDER)自动化公司;日本的欧姆龙OMRON)公司、三菱公司、日立公司;韩国的LG公司。这几家公司控制着全世界80%以上的PLC市场。上一页返回
