電工電子學(xué)：第10章 電氣控制技術(shù)第3版

第10章電氣控制技術(shù)10.1常用低壓電器10.2三相異步電動(dòng)機(jī)繼電-接觸控制電路*10.3可編程控制器*10.4異步電動(dòng)機(jī)的電子控制10.5安全用電電氣控制技術(shù)是自動(dòng)控制技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，它采用各種電氣、電子器件對(duì)各種控制對(duì)象按生產(chǎn)和工藝的要求進(jìn)行有效的控制。本章首先介紹一些常用電器，并討論三相異步電動(dòng)機(jī)典型的繼電接觸控制電路。然后介紹可編程序控制器的基礎(chǔ)知識(shí)及異步電動(dòng)機(jī)的電子控制。10.1常用低壓電器10.1.1

刀開關(guān)和熔斷器10.1.2

低壓斷路器10.1.3

剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置10.1.4

交流接觸器10.1.5

繼電器10.1.6

按鈕和行程開關(guān)低壓電器一般是指交流1200V、直流1500V以下，用來(lái)切換、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)用電設(shè)備的電器。低壓電器種類很多，按其動(dòng)作方式可分為手動(dòng)電器和自動(dòng)電器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子電器已成為自動(dòng)電器的重要組成部分。10.1.1

刀開關(guān)和熔斷器1.閘刀開關(guān)閘刀開關(guān)是一種手動(dòng)控制電器。閘刀開關(guān)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由刀片（動(dòng)觸點(diǎn)）和刀座（靜觸點(diǎn)）組成。圖示是膠木蓋瓷座閘刀開關(guān)的結(jié)構(gòu)和符號(hào)閘刀開關(guān)一般不宜在負(fù)載下切斷電源，常用作電源的隔離開關(guān)，以便對(duì)負(fù)載端的設(shè)備進(jìn)行檢修。在負(fù)載功率比較小時(shí)也可以用作電源開關(guān)L1L2L3aQSQSUVWb2.熔斷器一種短路保護(hù)電器，串接在被保護(hù)的電路中。電路短路——短路電流使熔斷器的熔體發(fā)熱熔斷，切斷電路——保護(hù)線路及電氣設(shè)備。常用的熔斷器及圖形文字符號(hào)如圖所示。螺旋式管式符號(hào)FU熔體的選擇熔體額定電流的選擇應(yīng)考慮被保護(hù)負(fù)載的電流大小，同時(shí)也必須注意負(fù)載的工作方式。一般可按下列條件進(jìn)行⑴對(duì)無(wú)沖擊（起動(dòng)）電流的電路為

IfuN≥IN

式中，IN表示負(fù)載額定電流。⑵對(duì)具有沖擊（起動(dòng)）電流的電路為

IfuN≥KIS式中，IS表示負(fù)載的沖擊電流值，例如異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。K為計(jì)算系數(shù)，數(shù)值在0.3~0.6之間10.1.2

低壓斷路器按結(jié)構(gòu)來(lái)分，有萬(wàn)能式(又稱框架式，通稱ACB)和塑料外殼式(通稱MCCB、MCB)兩大類。低壓斷路器也稱為自動(dòng)空氣開關(guān)，可用來(lái)接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，控制不頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，在線路或電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)載、短路或欠電壓等故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電路，予以保護(hù)。廣泛用于配電、電動(dòng)機(jī)、家用等線路的通斷控制及保護(hù)。低壓斷路器由操作機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)、保護(hù)裝置、滅弧系統(tǒng)等組成。下圖是其原理示意圖。QF圖形符號(hào)10.1.3

剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置以前稱為漏電保護(hù)器，用以對(duì)低壓電網(wǎng)直接觸電和間接觸電進(jìn)行有效保護(hù)。圖示為三相四線制系統(tǒng)剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置原理示意圖。TA——剩余電流互感器

QF——主開關(guān)TL——主開關(guān)的分勵(lì)脫扣器線圈無(wú)漏電或觸電時(shí)TA的二次側(cè)不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置不動(dòng)作,系統(tǒng)保持正常供電當(dāng)被保護(hù)電路發(fā)生漏電或有人觸電時(shí)，通過(guò)TA一次側(cè)各相電流的相量和不為零，產(chǎn)生了剩余電流Ik，即

在TA的鐵心中出現(xiàn)交變磁通，TA二次線圈就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)中間環(huán)節(jié)進(jìn)行處理比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，使主開關(guān)分勵(lì)脫扣器線圈TL通電，驅(qū)動(dòng)主開關(guān)QF自動(dòng)跳閘，切斷故障電路，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)10.1.4

交流接觸器接觸器是繼電接觸控制中的主要器件之一。它利用電磁吸力來(lái)動(dòng)作，常用于直接控制主電路下圖為一些交流接觸器的外形交流接觸器主要組成部分電磁鐵觸點(diǎn)組靜鐵芯、動(dòng)鐵芯吸引線圈主觸點(diǎn)(動(dòng)合觸點(diǎn))輔助觸點(diǎn)(動(dòng)合/動(dòng)斷觸點(diǎn))接觸器各部件圖形符號(hào)如圖所示選用接觸器考慮的主要參數(shù)主觸點(diǎn)額定電流/額定電壓輔助觸點(diǎn)數(shù)目吸引線圈額定電壓10.1.5

繼電器繼電器是一種自動(dòng)電器，輸入量可以是電壓、電流等電量，也可以是溫度、時(shí)間、速度或壓力等非電量，輸出就是觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)輸入量變化到某一定值，繼電器動(dòng)作而帶動(dòng)其觸點(diǎn)接通(或切斷)它所控制的電路。圖為繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)的繼電特性XN——額定值XC——?jiǎng)幼髦礨f——返回值KF=Xf

/XCKC=XN/XC——儲(chǔ)備系數(shù)——返回系數(shù)1.中間繼電器中間繼電器是一種電磁繼電器，其結(jié)構(gòu)與工作原理和交流接觸器基本相同，只是電磁系統(tǒng)小一些，觸點(diǎn)數(shù)量則多一些。中間繼電器的觸點(diǎn)容量較小，通常一是用來(lái)傳遞信號(hào)，同時(shí)控制多個(gè)電路；二是也可以直接用來(lái)接通和斷開小功率電動(dòng)機(jī)或其他電氣執(zhí)行元件。圖為中間繼電器的外形及符號(hào)。KA線圈動(dòng)合觸頭KA動(dòng)斷觸頭KA2.時(shí)間繼電器時(shí)間繼電器是一種利用電磁原理、機(jī)械原理或電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)延時(shí)接通或斷開的控制電器。⑴空氣阻尼型時(shí)間繼電器利用空氣通過(guò)小孔節(jié)流的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)延時(shí)動(dòng)作組成：電磁系統(tǒng)、延時(shí)機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)通延時(shí)時(shí)間繼電器原理示意圖如圖所示時(shí)間繼電器按觸點(diǎn)系統(tǒng)可分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種類型。右圖為時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)注意動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)分別有瞬時(shí)、延時(shí)閉合、延時(shí)斷開三種符號(hào)瞬時(shí)動(dòng)作通延時(shí)斷延時(shí)⑵場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)間繼電器上電(T1T2T3截止)→經(jīng)R10RP1R2對(duì)C2充電→UG↑→T1T2T3導(dǎo)通→繼電器K線圈通電，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合(信號(hào)輸出)，另一動(dòng)合閉合，C2經(jīng)R8放電(T1T2截止)3.熱繼電器和電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器⑴熱繼電器利用電流熱效應(yīng)原理工作組成：發(fā)熱元件、雙金屬片、觸點(diǎn)工作原理：過(guò)載→雙金屬片彎曲→繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作熱繼電器圖形符號(hào)如圖⑵電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器過(guò)流設(shè)定起動(dòng)時(shí)間設(shè)定不平衡度設(shè)定比較動(dòng)作過(guò)流、斷相報(bào)警I/V變換信號(hào)處理電流互感器電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器原理框圖如圖所示M3~KMKMUVWFUSK電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器工作示意圖如右圖所示保護(hù)器從電流互感器獲得主電路電流情況，經(jīng)I/U變換器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，與(過(guò)流、起動(dòng)時(shí)間、不平衡度等)設(shè)定值進(jìn)行比較，決定是否進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作4.固態(tài)繼電器一種由光電耦合器件、集成觸發(fā)器和功率器件組成的無(wú)觸點(diǎn)繼電器固態(tài)繼電器的符號(hào)及原理如圖所示，輸入接直流控制電路，輸出接交流主電路。單相交流固態(tài)繼電器三相交流固態(tài)繼電器三相交流直流控制端[例題10.1.1]分析固態(tài)繼電器組成電路的功能[解]若A=1SSR1~SSR5不通電動(dòng)機(jī)停止A=0電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)B控制其轉(zhuǎn)向B=1SSR1SSR3SSR5導(dǎo)通，進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的相序?yàn)閁VWB=0SSR1SSR2SSR4導(dǎo)通，進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的相序?yàn)閁WV電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與B=1時(shí)相反1111000××1100101000011UVWUWV10.1.6

按鈕和行程開關(guān)按鈕和行程開關(guān)是一種在控制系統(tǒng)中發(fā)出指令的電器，稱為主令電器。1.按鈕按鈕是一種簡(jiǎn)單的手動(dòng)開關(guān)，用來(lái)接通或斷開控制電路。按鈕原理圖及符號(hào)如圖所示。動(dòng)/靜觸點(diǎn)均為橋式雙斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)2.機(jī)械式行程開關(guān)1.靜觸頭2.動(dòng)觸頭3.頂桿4.彈簧5.復(fù)位彈簧行程開關(guān)常被安裝在工作機(jī)械行程的終點(diǎn)處，以限制機(jī)械的行程，因此也稱為限位開關(guān)工作過(guò)程如圖所示，工作機(jī)械碰撞傳動(dòng)頭時(shí)，頂桿3受力向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的位置時(shí)，彈簧4的力的垂直分量變?yōu)橄蛏?，帶?dòng)了動(dòng)觸頭向上跳，從而使得動(dòng)斷觸頭斷開，動(dòng)合觸頭閉合；當(dāng)去掉外力F時(shí)，復(fù)位彈簧5使頂桿4上升，動(dòng)觸頭復(fù)位。外形及符號(hào)1

2

3

4

5

F

3.接近開關(guān)高頻振蕩型：用以檢測(cè)各種金屬體

電容型：用以檢測(cè)各種導(dǎo)電或不導(dǎo)電的液體或固體

光電型：用以檢測(cè)所有不透光物質(zhì)

超聲波型：用以檢測(cè)不透過(guò)超聲波的物質(zhì)

電磁感應(yīng)型：用以檢測(cè)導(dǎo)磁或不導(dǎo)磁金屬接近開關(guān)是一種無(wú)觸點(diǎn)的行程開關(guān)。當(dāng)被測(cè)物體與之接近到一定距離時(shí)就會(huì)發(fā)出動(dòng)作信號(hào)。它在定位精度、操作頻率、使用壽命和對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力等方面具有明顯優(yōu)點(diǎn)。接近開關(guān)按照其工作原理，可分為以下類型：下圖為停振型接近開關(guān)框圖。金屬物體未接近開關(guān)的感應(yīng)頭時(shí)，振蕩器產(chǎn)生自激振蕩，→繼電器線圈K無(wú)電流不動(dòng)作；金屬物體接近開關(guān)的感應(yīng)頭時(shí)，產(chǎn)生渦流，→使得振蕩電路的品質(zhì)因數(shù)Q明顯下降，振蕩器停振，→繼電器線圈K通電動(dòng)作4.微動(dòng)開關(guān)微動(dòng)開關(guān)是一種行程很小的、瞬時(shí)動(dòng)作的主令電器。它是一種施壓促動(dòng)的快速開關(guān)，又叫靈敏開關(guān)。工作原理：外部機(jī)械力→作用于動(dòng)作簧片→能量積聚到臨界點(diǎn)→動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)快速接通或斷開作用力移去→動(dòng)作簧片產(chǎn)生反向動(dòng)作力→反向行程達(dá)到簧片的動(dòng)作臨界點(diǎn)→瞬時(shí)完成反向動(dòng)作。特點(diǎn)：觸點(diǎn)間隔小、動(dòng)作行程短、按動(dòng)力小、通斷迅速。動(dòng)觸點(diǎn)的動(dòng)作速度與傳動(dòng)元件動(dòng)作速度無(wú)關(guān)。右圖是微動(dòng)開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理圖。10.2三相異步電動(dòng)機(jī)繼電-接觸控制電路10.2.1

直接起動(dòng)和正反轉(zhuǎn)控制電路10.2.2

時(shí)間控制和行程控制電路10.2.1

直接起動(dòng)和正反轉(zhuǎn)控制電路1.直接起動(dòng)控制線路

KKMM

FR

KM

FU

QS

3~

M

LL22

LL11

L3

SSBB22

SSBB11

KKMM

FFRR

刀開關(guān)QS：隔離開關(guān)熔斷器FU：短路保護(hù)接觸器KM：失壓保護(hù)熱繼電器FR：過(guò)載保護(hù)SB1：停止按鈕SB2：起動(dòng)按鈕KM輔助觸頭：自鎖主電路輔助電路點(diǎn)動(dòng)SBTSBPKMFRKMSBP1SBT1在直接起動(dòng)控制電路中串聯(lián)第2個(gè)停止按鈕在起動(dòng)按鈕處并聯(lián)第2個(gè)起動(dòng)按鈕即可實(shí)現(xiàn)兩地控制KM1FUQSKM2M1M23~3~SB3SB1KM1KM1SB2KM2KM2FR1FR2FR1FR2L2L1L3下圖為順序控制電路——只有當(dāng)M1起動(dòng)后，M2才可以起動(dòng)，從而兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)控制2.正反轉(zhuǎn)控制電路KMFL1

L2L3QSFUM~3KMFFRSBPSBFKMFFRKMRKMRKMFKMRSBRKMR聯(lián)鎖觸點(diǎn)10.2.2

時(shí)間控制和行程控制電路1.時(shí)間控制電路以三相異步電動(dòng)機(jī)Y—Δ起動(dòng)控制的電路為例KM1——控制電動(dòng)機(jī)的啟停KMY——用于控制電動(dòng)機(jī)繞組的星形聯(lián)結(jié)KMΔ——用于控制電動(dòng)機(jī)繞組的星形聯(lián)結(jié)根據(jù)延時(shí)要求，電動(dòng)機(jī)按一定時(shí)間間隔進(jìn)行控制。在繼電接觸控制電路中，用時(shí)間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制功能。按下SBTKM1、KMY和KT的線圈得電KM1、KMY的動(dòng)合主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)星形啟動(dòng)KM1的輔助觸頭閉合自鎖延時(shí)時(shí)間到，KT的延時(shí)動(dòng)斷觸頭斷開，KMY線圈失電KMY主觸頭斷開KMY互鎖動(dòng)斷觸頭閉合KT延時(shí)動(dòng)合觸頭閉合，KMΔ線圈得電KMΔ主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)成三角形運(yùn)行并自鎖KMΔ互鎖動(dòng)斷觸頭斷開使KT線圈失電復(fù)位SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2KM2FU2FRKM1QSFU13~ML2L1L3前述星型——三角起動(dòng)控制電路應(yīng)用了通延時(shí)時(shí)間繼電器電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)電路使用的是斷延時(shí)時(shí)間繼電器，請(qǐng)自行分析其工作原理KMRM3~U1V1W1FRKMFFUQSL1L2L3KMFST2ST1SBFSBPKMFKMRSBRKMRKMRST1ST3ST4ST2向左向右FRKMFST3ST1ST2ST42.行程控制電路龍門刨等設(shè)備中的工作部件往往需要作自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有行程開關(guān)的電路可以實(shí)現(xiàn)這些功能*10.3可編程控制器10.3.1

可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理10.3.2可編程控制器的基本指令和編程10.3.3

可編程控制器應(yīng)用舉例概述可編程控制器(ProgrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PLC)，它是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)。⑴可靠性高，靈活性好。⑵編程容易，使用方便。⑶接線簡(jiǎn)單，通用性好。⑷易于安裝，便于維護(hù)。⑸便于組成控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC特點(diǎn)：機(jī)械、電力、采礦、冶金、化工、造紙、紡織、水處理等PLC應(yīng)用領(lǐng)域10.3.1

可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理1.可編程控制器的結(jié)構(gòu)通信接口中央處理器微處理器電源系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用戶程序存儲(chǔ)器輸入電路輸入接點(diǎn)輸出電路輸出接點(diǎn)COM+-按鈕觸點(diǎn)行程開關(guān)…M+-繼電器線圈指示燈執(zhí)行電機(jī)外部電源KM…PLC類型：整體式、模塊式——按結(jié)構(gòu)分整體式：把電源、控制器和輸入輸出做成一個(gè)整體，或加少量擴(kuò)展模塊，組成一個(gè)小型的控制系統(tǒng)通信/編程口輸入/輸出端擴(kuò)展I/O模塊模塊式：獨(dú)立的電源、機(jī)架、處理器、各種I/O、通信模塊。使用者根據(jù)控制系統(tǒng)的大小、功能等的不同進(jìn)行靈活的組態(tài)，并易于構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)電源模塊機(jī)架通信/網(wǎng)絡(luò)模塊I/O模塊處理器模塊輸入電路：把它們的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能接收和處理的數(shù)字信號(hào)輸出電路：接收中央處理器的數(shù)字信號(hào)，把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)接觸器線圈、伺服電機(jī)等執(zhí)行裝置Allen-BradleyA-BQualityControlNETCHACHBOKA#01RUNREMPROGLogix5555?RUNOKRS232BATI/ORUNREMPROGLogix5555?RUNOKRS232BATI/O<>ETHERNETRXDTXDOK<>ETHERNETRXDTXDOK<>ETHERNETRXDTXDOKControlNETCHACHBOKA#01處理器通訊板通訊板I/O

模板I/O

模板I/O

模板機(jī)架電源Allen-BradleyA-BQualityControlNETCHACHBOKA#01RUNREMPROGLogix5555?RUNOKRS232BATI/ORUNREMPROGLogix5555?RUNOKRS232BATI/O<>ETHERNETRXDTXDOK<>ETHERNETRXDTXDOK<>ETHERNETRXDTXDOKControlNETCHACHBOKA#01處理器通訊板通訊板I/O

模板I/O

模板I/O

模板機(jī)架電源處理器處理器中央處理器：包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器用戶程序存儲(chǔ)器：用來(lái)存放用戶根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求而編制的程序，可進(jìn)行編制或修改系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序進(jìn)行編譯處理的程序，用戶不能改變微處理器：處理并運(yùn)行用戶程序，監(jiān)控輸入、輸出電路的工作狀態(tài)，并作出邏輯判斷，協(xié)調(diào)各部分的工作，必要時(shí)作出應(yīng)急處理可編程控制器編程工具手持式編程器——體積小、重量輕、攜帶方便，易于在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)PLC進(jìn)行編程與調(diào)試，早期用得較多圖形操作終端——主要作為人機(jī)界面使用，附帶編程功能通用計(jì)算機(jī)編程——由于計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大，應(yīng)用軟件豐富，筆記本的便攜性等多種優(yōu)點(diǎn)，使得該方法稱為絕對(duì)主要的編程方法2.輸入和輸出電路開關(guān)量輸入電路R1R2CDT1+-COM直流電源直流輸入方式內(nèi)部電路內(nèi)部電路R1R2C2T1+-C1R3交流電源交流輸入方式繼電器輸出——交直流，有觸點(diǎn)，開關(guān)速度不夠快內(nèi)部電路RC+-負(fù)載K外電源晶閘管輸出——無(wú)觸點(diǎn)，只用于交流負(fù)載內(nèi)部電路R1R2T2T1負(fù)載R3外電源+-晶體管輸出——無(wú)觸點(diǎn)，只用于直流負(fù)載內(nèi)部電路R1R2DT1+-負(fù)載T2外電源輸出電路的作用——把微處理器發(fā)出的邏輯指令1或0轉(zhuǎn)換成開關(guān)的閉合或斷開輸入電路的作用——把外部開關(guān)的閉合或斷開轉(zhuǎn)換成微處理器能夠接收的邏輯信號(hào)1或0輸出線圈動(dòng)合觸點(diǎn)負(fù)載+-外電源用輸出繼電器等效表示輸出電路用輸入繼電器等效表示輸入電路輸入線圈動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)斷觸點(diǎn)+[例題10.3.1]

正反轉(zhuǎn)控制，試問(wèn)在PLC的輸入側(cè)和輸出側(cè)應(yīng)分別接入哪些元件？畫出接線圖。若用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的KMFKMRVAC/VDCY0Y1X0X1X2COMSBRFRSBP+–+–PLC內(nèi)部電源外接電源SBFX3[解]按鈕SBP）、1個(gè)熱繼電器FR和2個(gè)接觸器（正轉(zhuǎn)接觸器KMF和反轉(zhuǎn)接觸器KMR）實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制需要3個(gè)控制按鈕（正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SBF、反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SBR和停止PLC的輸入點(diǎn)：4個(gè)PLC的輸出點(diǎn)：2個(gè)3.可編程控制器工作原理繼電接觸器控制電路——接線程序控制系統(tǒng)PLC控制邏輯——存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)PLC工作過(guò)程——采用循環(huán)掃描的工作方式輸入掃描程序掃描輸出掃描內(nèi)務(wù)整理啟動(dòng)PLC啟動(dòng)后，其工作過(guò)程可分解為輸入掃描、程序掃描、輸出掃描及內(nèi)務(wù)整理幾個(gè)階段經(jīng)歷的這四個(gè)工作過(guò)程，稱為一個(gè)掃描周期。然后又周而復(fù)始地重復(fù)上述過(guò)程。PLC的掃描周期與程序的長(zhǎng)短有關(guān)10.3.2可編程控制器的基本指令和編程1.PLC程序的表達(dá)方式根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)制定的工業(yè)控制編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)（IEC1131-3），PLC的編程語(yǔ)言包括以下五種：梯形圖語(yǔ)言（LD）、指令表語(yǔ)言（IL）、功能塊圖語(yǔ)言（FBD）、順序功能流程圖語(yǔ)言（SFC）及結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言（ST）梯形圖編程語(yǔ)言是PLC程序設(shè)計(jì)中最常用的編程語(yǔ)言，與繼電器線路類似。特點(diǎn)是與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，形象、直觀和實(shí)用。本章只介紹梯形圖

梯形圖示例X0X2X3X4X1Y0Y1條件指令輸出指令指令類型：輸入指令（條件指令）輸出指令（執(zhí)行指令）條件指令的返回值為“1”或“0”(真或假)輸出指令執(zhí)行其指令功能而發(fā)生一連串期望的數(shù)據(jù)處理事件梯級(jí)條件為真時(shí)激活輸出指令幾個(gè)條件指令的串聯(lián)——“與”邏輯集合幾個(gè)條件指令或其“與”集合的并聯(lián)——“或”邏輯關(guān)系只有輸出而無(wú)輸入的梯級(jí)稱為無(wú)條件輸出，反之不可2.PLC器件的編址FX2N的編址輸入繼電器X0~X267(八進(jìn)制)*輸出繼電器Y0~Y267(八進(jìn)制)*輔助繼電器M0~M3071，M8000~M8255（特殊用）定時(shí)器T0~T255計(jì)數(shù)器C0~C234，C235~C255（高速計(jì)數(shù)用）*FX2N的最大I/O分別為184點(diǎn)，總數(shù)為256點(diǎn)

PLC的核心是微處理器，使用時(shí)將它看成由繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等組成的一個(gè)組合體。這些器件都分配有一個(gè)唯一的內(nèi)存地址，不同廠家對(duì)器件的編址方式不盡相同，但其基本方法相似。MicroLogix1200的編址

輸入繼電器I1:0.0/0~I1:6.0/15輸出繼電器O0:0.0/0~O0:6.0/15輔助繼電器B3:0/0~**定時(shí)器T4:0~**計(jì)數(shù)器C5:0~***MicroLogix1200提供2k×16bits的數(shù)據(jù)區(qū)，使用者可以在此范圍內(nèi)根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自由組態(tài)。另外，文件編號(hào)除0、1、2之外，可以任意一個(gè)小于255的數(shù)字，如T14:0是有效的定時(shí)器。

3.FX系列PLC的基本指令PLC的指令系統(tǒng)包含了基本繼電器指令、定時(shí)和計(jì)數(shù)指令、算術(shù)指令、數(shù)據(jù)操作和處理指令、數(shù)據(jù)傳送指令、特殊功能指令這幾大類，指令數(shù)量多達(dá)百條以上。本章介紹最基本的繼電器類指令以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器指令。⑴繼電器類指令——操作的對(duì)象是數(shù)據(jù)的一個(gè)位I/O數(shù)據(jù)每一個(gè)位的0或1代表的是連接到PLC的實(shí)際設(shè)備開關(guān)的打開或閉合在PLC運(yùn)行時(shí)，處理器將根據(jù)梯形圖程序的邏輯對(duì)這些位清零或置1指令圖形符號(hào)類型功能LD動(dòng)合輸入程序掃描到此指令時(shí)，檢查X0的值，若X0為1，指令返回值為真，否則為假LDI動(dòng)斷輸入程序掃描到此指令時(shí)，檢查X0的值，若X0為0，指令返回值為真，否則為假OUT非保持型輸出梯級(jí)條件為真時(shí)，Y0置1，否則清0SETSETY0保持型輸出一旦梯級(jí)條件為真，Y0置1并保持RSTRSTY0一旦梯級(jí)條件為真，Y0清0并保持PLSPLSY0微分輸出梯級(jí)條件由假變真時(shí)，Y0置1并保持一個(gè)掃描周期PLFPLFY0梯級(jí)條件由真變假時(shí)，Y0置1并保持一個(gè)掃描周期X0Y0X0FX系列PLC常用的繼電器類指令圖為采用上述繼電器指令所構(gòu)成的梯形圖及相應(yīng)的波形圖。

X1X0Y0Y1一個(gè)掃描周期Y2Y3X0Y0X1SETY1PLSY2PLFY3RSTY1⑵定時(shí)器/計(jì)數(shù)器指令

定時(shí)器有通延時(shí)與斷延時(shí)、即時(shí)型與保持型之分。定時(shí)器累加器數(shù)字每增加1所間隔的時(shí)間，叫時(shí)基。時(shí)基設(shè)定關(guān)系到定時(shí)長(zhǎng)度與定時(shí)精度，通常定時(shí)誤差不大于一個(gè)時(shí)基值。FX系列PLC用不同編號(hào)的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)定時(shí)長(zhǎng)度與精度的不同要求保持型定時(shí)器在梯級(jí)條件為假時(shí)，只停止計(jì)時(shí)，用RST(復(fù)位)指令才能對(duì)其復(fù)位。對(duì)即時(shí)型定時(shí)器，一旦梯級(jí)條件為假，即自動(dòng)復(fù)位當(dāng)梯級(jí)條件為真時(shí)，定時(shí)器按照時(shí)基累加。當(dāng)加到與預(yù)置值相等時(shí)，停止累加，置完成標(biāo)志。計(jì)數(shù)器累計(jì)值的變化是因梯級(jí)條件由假到真的跳變引起的。計(jì)數(shù)器的預(yù)置值可以是從下限值到上限值之間的任意整數(shù)。對(duì)于16位的計(jì)數(shù)器，-32768~+32767；而32位計(jì)數(shù)器，-2147483648~+2147483647。當(dāng)計(jì)數(shù)值等于預(yù)置值時(shí)，計(jì)數(shù)完成。在計(jì)數(shù)完成后，當(dāng)梯級(jí)條件再出現(xiàn)由假到真的轉(zhuǎn)換時(shí)，F(xiàn)X系列PLC的計(jì)數(shù)器累計(jì)值保持不變。計(jì)數(shù)值不會(huì)自動(dòng)清零，需要復(fù)位指令(RST)來(lái)進(jìn)行清除。編

號(hào)類

型數(shù)

量時(shí)

基(秒)定時(shí)范圍(秒)T0~T199即時(shí)2000.10.1~3276.7T200~T245即時(shí)460.010.01~327.67T246~T249保持40.0010.001~32.767T250~T255保持60.10.1~3276.7FX系列PLC定時(shí)器參數(shù)

編號(hào)數(shù)量計(jì)數(shù)范圍計(jì)數(shù)性質(zhì)C0~C19920016bits(0~32767)加計(jì)數(shù)C200~C2343532bits(-2147483648~+2147483647)雙向計(jì)數(shù)FX系列計(jì)數(shù)器

KMVAC/VDCY0X0X1COMSBPSBT+–+–PLCM0T0X0X1M0C0M0T0T0K10K5[RSTC0]X1C0Y0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器指令舉例按下SBT使輸入X0為1時(shí)，定時(shí)器T0啟動(dòng)內(nèi)部繼電器M0用于自鎖。T0按1秒（10×0.1）反復(fù)計(jì)時(shí)；每完成一次定時(shí)，計(jì)數(shù)器C0加1；當(dāng)C0加到5時(shí)，Y0輸出1。當(dāng)按下SBP使輸入X1為1時(shí)，定時(shí)器和計(jì)數(shù)器復(fù)位。注意定時(shí)器/計(jì)數(shù)器出現(xiàn)在程序輸入側(cè)時(shí)，是作為定時(shí)/計(jì)數(shù)是否完成的判據(jù)4.基本編程規(guī)則⑴梯形圖的每一行均從左邊母線開始，輸出指令接在右邊的母線上，所有輸入指令不能放在輸出指令右邊錯(cuò)誤畫法正確畫法⑵在同一個(gè)程序中，同一個(gè)輸出點(diǎn)不可重復(fù)出現(xiàn)在輸出指令中，以免產(chǎn)生誤動(dòng)作⑶PLC程序是根據(jù)梯形圖從左到右、從上到下地執(zhí)行，不符合順序執(zhí)行的電路不能直接編程⑷輸入指令的使用次數(shù)不受限制，它可以用于串聯(lián)連接的電路中，也可以用于并聯(lián)連接的電路中5.FX系列PLC編程舉例⑴瞬時(shí)接通、延時(shí)斷開的電路18sY0X1Y0X1K180X1T0Y0Y0T0當(dāng)輸入X1為1時(shí)，第一個(gè)梯級(jí)條件為真，輸出Y0為1并自鎖在第二梯級(jí)，此時(shí)X1為1，梯級(jí)條件為假，定時(shí)器T0不工作當(dāng)輸入繼電器斷開，即X1為0時(shí)，第二個(gè)梯級(jí)條件為真，定時(shí)器T0啟動(dòng)經(jīng)18s后，第一梯級(jí)的T0為1→Y0為0→第二梯級(jí)條件為假，定時(shí)器T0復(fù)位⑵計(jì)數(shù)電路15sY0X01234C1Y0K1500T200X0RSTC1K4C1T200當(dāng)X0從0變1，計(jì)數(shù)器C1的計(jì)數(shù)值加1；經(jīng)4次后計(jì)數(shù)完成，Y0輸出1，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T20015秒后T200定時(shí)完成，計(jì)數(shù)器C1復(fù)位，Y0輸出為0注意T200的時(shí)基為0.01秒6.MicroLogix1200PLC的基本指令MicroLogix1200可編程控制器是羅克韋爾自動(dòng)化生產(chǎn)的微型PLC之一梯形圖的繼電器類指令與FX系列比較相似，而定時(shí)/計(jì)數(shù)指令差異較大MicroLogix1200的定時(shí)參數(shù)全部由軟件設(shè)定。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括控制與狀態(tài)標(biāo)志、預(yù)置值(Preset)、累計(jì)值(Accumulator)。標(biāo)志位指示定時(shí)器所處狀態(tài)標(biāo)志位ENTTDN定時(shí)器所處狀態(tài)

000梯級(jí)條件為假，定時(shí)器不工作

110梯級(jí)條件為真，且ACCUM<PRESET，定時(shí)器工作中

101梯級(jí)條件為真，ACCUM≥PRESET，定時(shí)器完成計(jì)時(shí)允許位工作位完成位該類指令需要確定以下三個(gè)參數(shù)：定時(shí)器編號(hào)(如T4:0~255)定時(shí)器時(shí)基(在0.001、0.01、1三選一)定時(shí)器預(yù)置值(1~32767)MicroLogix1200的定時(shí)器指令即時(shí)型定時(shí)器指令TON當(dāng)梯級(jí)條件為真時(shí)，定時(shí)器按時(shí)基間隔開始加計(jì)數(shù)，累計(jì)值增加當(dāng)累計(jì)值大于或等于預(yù)置值時(shí)，停止計(jì)數(shù)并置完成標(biāo)志(DN=1)若計(jì)數(shù)期間或計(jì)數(shù)完成后，梯級(jí)條件為假，累計(jì)值以及標(biāo)志EN、TT或DN清零保持型定時(shí)器指令RTO計(jì)時(shí)過(guò)程與TON類似需復(fù)位指令RES來(lái)復(fù)位定時(shí)器(注意不是RST!)區(qū)別在于：當(dāng)計(jì)數(shù)期間梯級(jí)條件為假時(shí)，累計(jì)值保持不變，在梯級(jí)條件重新為真時(shí)，繼續(xù)計(jì)時(shí)。MicroLogix1200的計(jì)數(shù)器指令羅克韋爾自動(dòng)化的全系列PLC計(jì)數(shù)器是均由軟件設(shè)定的雙向保持型計(jì)數(shù)器，其中MicroLogix1200的計(jì)數(shù)范圍為-32768~+32767。計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中除了預(yù)置值與計(jì)數(shù)值外，還有一些標(biāo)志位指示計(jì)數(shù)器工作狀態(tài)標(biāo)志位意

義CU加計(jì)數(shù)允許CD減計(jì)數(shù)允許DN=1Accum≥PresetOV計(jì)數(shù)上溢UN計(jì)數(shù)下溢計(jì)數(shù)器累計(jì)值(計(jì)數(shù)值)下溢上溢下限值上限值0加計(jì)數(shù)減計(jì)數(shù)CU=1CD=1OVUN

預(yù)置值

DN=0DN=1使用計(jì)數(shù)指令須確定以下參數(shù)：計(jì)數(shù)器編號(hào)(如C5:0~255)預(yù)置值(-32768~+32767)累計(jì)值(如0)加計(jì)數(shù)(CTU)指令減計(jì)數(shù)(CTD)指令計(jì)數(shù)指令為輸出指令，位于梯形圖右側(cè)計(jì)數(shù)器必須以(RES)指令復(fù)位采用FX系列PLC的星—三角形起動(dòng)PLC外部接線圖KM1KMYKMΔVAC/VDCY1Y2Y3X0X1X2COMSBPFRSBT+–PLC外接電源10.3.3

可編程控制器應(yīng)用舉例1.三相異步電動(dòng)機(jī)星形–三角形起動(dòng)控制X0X1X2Y1Y1Y1T0Y3Y2T0T1Y2Y1Y3T0K100T1K5相應(yīng)的梯形圖采用FX系列PLC主電路10s0.5sSBTSBPKM1KMYKMΔ異步電動(dòng)機(jī)星—三角形起動(dòng)時(shí)序波形采用MicroLogix系列PLCKM1KMYKMΔVAC/VDCO:0/1O:0/2O:0/3I:0/0I:0/1I:0/2COMSBPFRSBT+–+–PLC內(nèi)部電源外接電源外部接線圖TimerOnDelayTimerT4:1TimeBase0.01Preset50Accum0TON(EN)(DN)I:00I:01I:02O:01O:01O:01T4:0DNO:03O:02T4:0DNT4:1DNO:02O:01TimerOnDelayTimerT4:0TimeBase0.01Preset1000Accum0TON(EN)(DN)O:03梯形圖設(shè)電磁閥均為常閉液位大于等于傳感器高度時(shí)，傳感器輸出1，否則為0。自動(dòng)攪拌開關(guān)AUTO閉合，即進(jìn)入自動(dòng)攪拌控制。電磁閥1（VT1）電磁閥2（VT2）傳感器1（SN1）傳感器2（SN2）電動(dòng)機(jī)（KM）出料閥（VT3）2.液體原料拌和控制電動(dòng)機(jī)電磁閥1電磁閥2出料閥傳感器1傳感器2原料A原料BPLC控制接線圖VT1VT2VT3KMVAC/VDCO:0/1O:0/2O:0/3O:0/0I:0/0I:0/1I:0/2COMSN1SN2AUTO+–+–PLC內(nèi)部電源外接電源電動(dòng)機(jī)電磁閥1電磁閥2出料閥原料A原料B工藝流程：AUTO=1→VT1=1→SN2=1→VT1=0

，VT2=1→SN1=1→VT2=0，KM=1，（Timer0=30s）→Timer0.DN=1，KM=0，VT3=1(timer1=60s)→timer1.DN=1，VT3=0。AUTO=1，進(jìn)行下一輪拌和；否則，停止。傳感器1傳感器2電動(dòng)機(jī)時(shí)序波形圖SN1SN2VT2KM30s30sVT360s60sAUTOVT1裝置的梯形圖I:00TimerOnDelayTimerT4:0TimeBase0.01Preset3000Accum0TON(EN)(DN)TimerOnDelayTimerT4:1TimeBase0.01Preset6000Accum0TON(EN)(DN)I:02O:00O:03O:01O:01I:02I:01O:00O:03O:02T4:0ENT4:0TTO:00I:01O:01O:02T4:1DNT4:0DNO:01O:02O:03T4:1TT*10.4異步電動(dòng)機(jī)的電子控制10.4.1

異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)10.4.2異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)控制要求起動(dòng)——軟起動(dòng)停止——軟停止運(yùn)轉(zhuǎn)——調(diào)速繼電器/接觸器可以實(shí)現(xiàn)其起動(dòng)、停止及有級(jí)調(diào)速缺點(diǎn)：斷續(xù)控制，速度慢，精度低電子控制裝置特點(diǎn)：反應(yīng)快，控制特性好，可靠性高，體積小，重量輕10.4.1

異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)在設(shè)定時(shí)間ts內(nèi)，電動(dòng)機(jī)端電壓從US→UN，如圖，為軟起動(dòng)在設(shè)定時(shí)間tP內(nèi)，電動(dòng)機(jī)端電壓從UN逐漸下降，如圖，為軟停止減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)及損害減小Ist對(duì)電網(wǎng)沖擊減輕對(duì)負(fù)載的沖擊電子式電動(dòng)機(jī)控制器原理框圖主電路：晶閘管或IGBT控制電路：從主電路獲得取樣數(shù)據(jù)經(jīng)微處理器處理后發(fā)信號(hào)控制功率器件，從而控制電動(dòng)機(jī)的電壓或電流除了實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)、軟停止功能外，通常還有其他控制功能如限流起動(dòng)、全壓起動(dòng)、快速起動(dòng)、泵控制和準(zhǔn)確停車等。注意：不可將電動(dòng)機(jī)控制器用于電機(jī)的調(diào)速！SMC-Flex控制器的典型接線圖232425262728PTC輸入1920293031323334QSL112控制模塊(微處理器)FUL2L3人機(jī)界面通信模塊M3~SBPSBT111817測(cè)速計(jì)輸入接地故障T1T2T3電源輔助觸點(diǎn)#1輔助觸點(diǎn)#2故障觸點(diǎn)報(bào)警觸點(diǎn)123456161314主電路基本輸入設(shè)定輔助輸出觸點(diǎn)信號(hào)輸入10.4.2異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速變頻調(diào)速：將50Hz的工頻電源變換成頻率可以改變的交流電源，從而調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速原理電路參考電壓uru、urv、urw控制電壓uG1、uG3、uG5輸出電壓uUV、uVW、uWUuG2、uG4、uG6與之反相改變參考電壓頻率即可改變輸出電壓頻率總線電壓電流控制電源人機(jī)界面通信接口01020305060708091112131415161718R1R2R3停止起動(dòng)反向開關(guān)1開關(guān)2開關(guān)3開關(guān)4+10VAGND4~20mA輸入0~10V輸入+24V模擬量輸出光電耦合輸出1光電耦合輸出2繼電器輸出控制器QSFURSTUVWM3~PowerFlex40交流變頻器內(nèi)部框圖及外部接線圖啟/停/轉(zhuǎn)向速度預(yù)置模擬量PID調(diào)節(jié)設(shè)定10.5安全用電10.5.1

觸電方式10.5.2

保護(hù)接地和保護(hù)接零10.5.3

電氣防火和防爆10.5.4

靜電的防護(hù)10.5.1

觸電方式1.單相觸電單相觸電是指人體某一部位觸及一相帶電體的觸電方式。電源中性點(diǎn)接地情況下單相觸電電源中性點(diǎn)不接地單相觸電不帶電金屬外殼漏電造成的