清華大學(xué)電工技術(shù)課件14-17.ppt

1、,海南風(fēng)光,第14講,第8章交流電動機 單相異步電動機,8.4 單相異步電動機,一、 單相異步電動機的工作原理,結(jié)構(gòu)：定子放單相繞組（其中通220V單相交流電） 轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。,N,S,當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場增加時，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒有起動轉(zhuǎn)矩。,在電流正半周,轉(zhuǎn)子借助其它力量轉(zhuǎn)動后，外力去除后仍按原方 向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。其原理分析如下：,定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場（），可用正、反兩個旋轉(zhuǎn)磁場合成而等效。即：,脈動磁場的分解,正反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成轉(zhuǎn)矩特性,合成轉(zhuǎn)矩,（正向）,（反向）,電容分相式起動,二、單相異步電動機的起動,接近90,電容分

2、相式單相異步 電動機起動原理,t=t0,磁場逆時針 方向旋轉(zhuǎn),t=t0,t=t1,啟動時開關(guān)K閉合，使兩繞組電流相位差約為90，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電機轉(zhuǎn)起來；轉(zhuǎn)動正常以后離心開關(guān)被甩開，啟動繞組被切斷，而電機仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。,工作原理,罩極式單相電機,定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來。,圖中電機的轉(zhuǎn)動方向：順時針 旋轉(zhuǎn)。因為沒有短路環(huán)部分的磁通比有短路環(huán)部分的 磁通領(lǐng)先。,單相異步電動機的功率小，主要制成小型電機。它的應(yīng)用非常廣泛，如家用電器（洗衣機

3、、電冰箱、電風(fēng)扇）、電動工具（如手電鉆）、醫(yī)用器械、自動化儀表等。,三、單相電機的使用,三相異步電動機的單相運行,三相異步電動機在運行過程中，若其中一相和電 源斷開，則變成單相運行。此時和單相電機一樣， 電機仍會按原來方向運轉(zhuǎn)。但若負載不變，三相供 電變?yōu)閱蜗喙╇?，電流將變大，?dǎo)致電機過熱。使 用中要特別注意這種現(xiàn)象；三相異步電動機若在啟 動前有一相斷電，和單相電機一樣將不能啟動。此 時只能聽到嗡嗡聲，長時間啟動不了，也會過熱， 必須趕快排除故障。,海南風(fēng)光,第15講,第9章 直流電動機,第9章 直流電動機,9.1 概述 9.2 工作原理 9.3 電樞電動勢及電壓平衡關(guān)系 9.4 電磁轉(zhuǎn)矩 9

4、.5 機械特性 9.6 直流電動機的調(diào)速 9.7 直流電動機的使用和額定值,9.1 概述,與異步電動機相比，直流電動機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護不如異步機方便，而且要使用直流電源。,9.2 工作原理,一、 工作原理,電刷,換向片,注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn)動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。,由左手定則，通電線圈在磁場的作用下， 使線圈逆時針旋轉(zhuǎn)。,由右手定則，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的方向與電流的方向相反。,直流發(fā)電機,用右手定則判 感應(yīng)電動勢Ea的方向,電樞繞組 電阻Ra,感應(yīng)電動勢,輸出電壓,二、 直流電機的構(gòu)成,直流電

5、機由定子、轉(zhuǎn)子和機座等部分構(gòu)成。,機座,磁極,勵磁 繞組,轉(zhuǎn)子,勵磁式直流電動機結(jié)構(gòu),1. 轉(zhuǎn)子（又稱電樞） 由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。,2. 定子,定子的分類：,勵磁的定義：磁極上的線圈通以直流電 產(chǎn)生磁通，稱為勵磁。,根據(jù)勵磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵磁式的 直流電機又可細分為：,他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。,并勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。,串勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。,復(fù)勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在 同一電源上。,9.3 電樞電動勢及電壓平衡關(guān)系,電樞通入電流后，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機在磁場中轉(zhuǎn)動起來。通電

6、線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，又會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（用E表示）。,一、 電樞中的感應(yīng)電動勢,根據(jù)右手定則知，E和原通入的電流方向相反，其大小為：,單位： （韋伯），n（轉(zhuǎn)/每分），E（伏）,二、 電樞繞組中電壓的平衡關(guān)系,因為E與通入的電流方向相反，所以叫反電勢。,U：外加電壓 Ra:繞組電阻,9.4 電磁轉(zhuǎn)矩,一、電磁轉(zhuǎn)矩,單位： （韋伯），Ia（安培），T（牛頓米）,由轉(zhuǎn)矩公式可知： (1)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的條件：必須有勵磁磁通和電樞電流。 (2)改變電機旋轉(zhuǎn)的方向：改變電樞電流的方向或者 改變磁通的方向。,二、 轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系,電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，在電機運行時，必須和外 加負載和空載損耗的阻轉(zhuǎn)矩相平衡

7、，即,轉(zhuǎn)矩平衡過程：當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩（TL）發(fā)生變化時， 通過電機轉(zhuǎn)速、電動勢、電樞電流的變化，電磁 轉(zhuǎn)矩自動調(diào)整，以實現(xiàn)新的平衡。,例：,設(shè)外加電樞電壓 U 一定，T=TL+ T0(平衡)，這時， 若TL突然增加，則調(diào)整過程為：,與原平衡點相比，新的平衡點：Ia 、 P入,機械特性指的是電機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，下邊以他勵和串勵電機為例說明。,他勵電動機和并勵電動機的特性一樣。,9.5 機械特性,一、 他勵電動機的機械特性,n0： 理想空載轉(zhuǎn)速,即T=0時的轉(zhuǎn)速。（實際工作時,由于有空載損耗，電機的T不會為0。）,當(dāng) T時n ，但由于他勵電動機的電樞電阻Ra很小， 所以在負載變化時， 轉(zhuǎn)速 n

8、 的變化不大，屬硬機械 特性。,根據(jù) n-T 公式 畫出特性曲線,串勵的特點：勵磁線圈的電流和電樞線圈的電流相同。,二、 串勵電動機的機械特性,設(shè)磁通和電流成正比，即 =K Ia ,則,據(jù)此公式做出 T-n 曲線,(1) T=0時，在理想情況下，n。但實際上負 載轉(zhuǎn)矩不會為 0，不會工作在 T=0 的狀態(tài)， 但空載時 T 很小，n 很高。串勵不允許空載 運行，以防轉(zhuǎn)速過高。,串勵特性：,(2) 隨轉(zhuǎn)矩的增大，n 下降得很快，這種特性屬 軟機械特性。,(2) 恒功率負載（P 一定時，T 和 n 成反比）， 要選軟特性電機拖動。如：電氣機車等。,直流電動機特性類型的選擇:,(1) 恒轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械

9、(TL一定，和轉(zhuǎn)速無關(guān)）要 選硬特性的電動機，如： 金屬加工、起重機 械等。,9.6 直流電動機的調(diào)速,與異步電動機相比，直流電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價 格高，維護不方便，但它的最大優(yōu)點是調(diào)速性能好。,下面以他勵電動機為例說明直流電動機的調(diào)速方法。,（1）調(diào)速均勻平滑，可以無級調(diào)速。 （2）調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達200 （他勵式）以上 （調(diào)速比等于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比）。,直流電動機調(diào)速的主要優(yōu)點是：,由該式可知，n 和 有關(guān)，在 U 一定的情 況下，改變 可改變 n 。在勵磁回路中串 上電阻Rf，改變Rf大小調(diào)節(jié)勵磁電流，從而 改變 的大小。,一、改變磁通（調(diào)磁）,1.原理,其中： =K If,R

10、f If n ，但在額定情況下， 已接 近飽和，If 再加大，對 影響不大，所以這種增加 磁通的辦法一般不用。 Rf If n ，減弱磁通是常用的調(diào)速方 法。,If的調(diào)節(jié)有兩種情況：,概念：改變磁通調(diào)速的方法 減小磁通，n只能上調(diào)。,2.特性的變化,調(diào)速過程: U一定,則,暫時 T TL,（1）調(diào)速平滑，可做到無級調(diào)速，但只能向上調(diào)， 受機械本身強度所限，n不能太高。 （2）調(diào)的是勵磁電流（該電流比電樞電流小得多）， 調(diào)節(jié)控制方便。,3.減小 調(diào)速的特點：,二、改變電樞電壓調(diào)速,由轉(zhuǎn)速特性方程知： 調(diào)電樞電壓U，n0 變化，斜率不變， 所以調(diào)速特性是一 組平行曲線。,1.特性曲線,2.改變電樞

11、電壓調(diào)速的特點,（1）工作時電樞電壓一定，電壓調(diào)節(jié)時，不允許超 過UN，而 n U，所以調(diào)速只能向下調(diào)。 （2）可得到平滑、無級調(diào)速。 （3）調(diào)速幅度較大。,Uf=110V 固定,U=0110V 可調(diào),改變電樞電壓調(diào)速方案舉例：,例：已知他勵電動機的 PN=2.2KW, UN=220V ,IaN=12.4A Ra=0.5 , nN=1500r/min。 求：,（1）TL=0.5TN 時, n=? （2） =0.8 N 時, n=?,解：（1） TL=0.5TN 時,（2） =0.8 N 時,這種調(diào)速方法耗能較大，只用于小型直流機。 串勵電機也可用類似的方法調(diào)速。,三、改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速,在電樞中

12、串入電阻， 使 n 、 n0不變，即 電機的特性曲線變陡 （斜率變大），在相 同力矩下，n,9.7 直流電動機的使用和額定值,限制Iast的措施： （1）啟動時在電樞回路串電阻。 （2）啟動時降低電樞電壓。,一、使用,1.啟動,啟動時,n= 0 Ea=0，若加入額定電壓，則,Iast太大會使換向器產(chǎn)生嚴重的火花，燒壞換 向器。一般Iast限制在 (2-2.5)IaN 內(nèi)。,(1)若電動機原本靜止，由于勵磁轉(zhuǎn)矩 T = KT Ia， 而 0 ，電機將不能啟動，因此，反電動勢 為零，電樞電流會很大，電樞繞組有被燒毀 的危險。,（2）如果電動機在有載運行時磁路突然斷開， 則 E ，Ia ，T 和 ，

13、可能不滿 足TL的要求，電動機必將減速或停轉(zhuǎn)，使 Ia更大，也很危險。,措施： 他勵直流電動機一定要有失磁保護。一般在勵磁繞組加失壓繼電器或欠流繼電器。當(dāng)失壓或欠流時，自動切斷電樞電源U。,2.反轉(zhuǎn),電動機的轉(zhuǎn)動方向由電磁力矩的方向確定。,（1）反接制動,3.制動,制動的所采用的方法： 反接制動、能耗制動、發(fā)電回饋制動,電阻 R 的作用 是限制電源反 接制動時電樞 的電流過大。,（2）能耗制動 電樞斷電后立即接入一個電阻。,特殊情況下，例如汽車下坡時、吊車重物下降時， 在重力的作用下 nn0（ n0理想空載轉(zhuǎn)速），這時電動機變成發(fā)電機，電磁轉(zhuǎn)矩成為阻轉(zhuǎn)矩，從而限制電機轉(zhuǎn)速過分升高。,(3) 發(fā)

14、電回饋制動,直流電機有四個出線端，電樞繞組、勵磁繞組 各兩個，可通過標出的字符和繞組電阻的大小 區(qū)別。,4.連接,（1）繞組的阻值范圍,電樞繞組的阻值在零點幾歐姆到12歐姆。,他勵/并勵電機的勵磁繞組的阻值有幾百歐姆。,串勵電機的勵磁繞組的阻值與電樞繞組的相當(dāng)。,（2）繞組的符號,二、額定值,1. 額定功率PN :電機軸上輸出的機械功率。,2. 額定電壓UN ：額定工作情況下的電樞上加的直流電壓。（例：110V，220V，440V）,3. 額定電流IN ： 額定電壓下，軸上輸出額定功率時的電流（并勵應(yīng)包括勵磁電流和電樞電流）三者關(guān)系：PN=UNIN （ ：效率）,注意：調(diào)速時對于沒有調(diào)速要求的

15、電機，最大轉(zhuǎn)速 不能超過 1.2nN 。,4.額定轉(zhuǎn)速nN ：在PN，UN，IN 時的轉(zhuǎn)速。直流電 機的轉(zhuǎn)速等級一般在 500r/min 以上。特殊的直流電機轉(zhuǎn)速可以做到很低（如：每分鐘幾轉(zhuǎn)）或很高（每分鐘3000轉(zhuǎn)以上）。,海南風(fēng)光,第15講,第10章 控制電機,第10章 控制電機,10.1 概述 10.2 步進電動機 10.2.1 結(jié)構(gòu) 10.2.2 工作方式 10.2.3 小步距角的步進電動機 10.3 伺服電動機 10.3.1 交流伺服電動機 10.3.2 直流伺服電動機,前面介紹的異步電動機、直流電動機等都是作為動力使用的，其主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換，例如將電能轉(zhuǎn)換為機械能。本章介紹控制電

16、機。,10.1 概述,控制電機的種類很多，本章主要介紹步進機、伺服機。,對控制電機的主要要求：動作靈敏、準確、 重量輕、體積小、運行可靠、耗電少等。,10.2 步進電動機,機理：步進電機是利用電磁鐵原理，將脈沖信號 轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機。每來一個 電脈沖，電機轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機械移 動一小段距離。,特點：(1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。 (2)控制脈沖頻率，可控制電機轉(zhuǎn)速。 (3)改變脈沖順序，改變方向。,種類： 有勵磁式和反應(yīng)式兩種。兩種的區(qū)別在于勵磁式步進電機的轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈，反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子上沒有勵磁線圈。,應(yīng)用： 步進機的應(yīng)用非常廣泛。如：在數(shù)控機床、自動 繪圖儀等設(shè)備中

17、都得到應(yīng)用。,下面以反應(yīng)式步進電機為例說明步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。,10.2.1 結(jié)構(gòu),步進機主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均由磁性材料構(gòu)成，其上分別有六個、四個磁極 。,定子,轉(zhuǎn)子,定子繞組,定子的六個磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極組成一相。,注意：這里的相和三相交流電中的“相”的概念不同。步進機通的是直流電脈沖，這主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。,IA,IB,IC,10.2.2 工作方式,步進電機的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。,一、三相單三拍,（1）三相繞組聯(lián)接方式：Y 型,（3）工作過程,A 相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和 AA 對齊。,同理，B相通電，轉(zhuǎn)子2

18、、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉(zhuǎn)30；C相通電再轉(zhuǎn)30。,這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。,三相單三拍的特點：,（1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 30。此角稱為步距角，用S表示。,（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。,二、三相單雙六拍,三相繞組的通電順序為： AABBBCCCAA 共六拍。,工作過程：,A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對齊。,所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA 通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15。,（1）BB 磁場對 2、4 齒有磁拉力，該拉力使 轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動。,A、B相同時通電

19、,（2）AA 磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。,總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為15。,B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)了15。,三、三相雙三拍,三相繞組的通電順序為： AB BC CA AB 共三拍。,工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30，即 S = 30。,10.2.3 小步距角的步進電動機,實際采用的步進電機的步距角多為3度和1.5度，步距角越小，機加工的精度越高。,為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)子40個齒，定子仍是 6個磁極，但每個磁極上也有五個齒。,轉(zhuǎn)子的齒距等于360/ 40=9 ，齒寬、齒槽各4.5 。,為使轉(zhuǎn)、定子

20、的齒對齊，定子磁極上的小齒，齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同。,工作原理：假設(shè)是單三拍通電工作方式。,（1）A 相通電時，定子A 相的五個小齒和轉(zhuǎn)子對齊。此時，B 相和 A 相空間差120，含 120/9 = 齒 A 相和 C 相差240，含240/ 9 = 個齒。所以，A 相的轉(zhuǎn)子、定子的五個小齒對齊時，B 相、C 相不能對齊，B相的轉(zhuǎn)子、定子相差 1/3 個齒（3），C相的轉(zhuǎn)子、定子相差2/3個齒（6）。,若工作方式改為三相六拍，則每通一個電脈沖， 轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn) 1.5 。,異步機的轉(zhuǎn)動方向仍由相序決定。,同理，C 相通電再轉(zhuǎn)3 ,（2）A 相斷電、B 相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過1/3個 齒（3），使 B 相

21、轉(zhuǎn)子、定子對齊。,步進機通過一個電脈沖,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為 步距角。,10.3 伺服電動機,伺服電動機的作用是驅(qū)動控制對象。被控對象的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速受信號電壓控制，信號電壓的大小和極性改變時，電動機的轉(zhuǎn)動速度和方向也跟著變化。,伺服電動機的作用,10.3.1 交流伺服電動機,原理與兩相交流異步電機相同，定子上裝有兩個繞組 勵磁繞組和控制繞組。,勵磁繞組和控制繞組在空間相隔90。,勵磁繞組中串聯(lián)電容C的目的是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。,接線：,勵磁繞組的接線,適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個繞組的電流相位差接近90，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動起來。,例：選擇電容，可使交流伺服電

22、機電路中的電壓電流的相量關(guān)系如圖所示。,工作時兩個繞組中產(chǎn)生的電流 和 的相位差近90，因此便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。,控制電壓 與電源電壓 兩者頻率相同，相位相同或反相。,（1）U2= 0 時，轉(zhuǎn)子停止。,這時，雖然U2 =0V，U1仍存在，似乎成單相運行狀態(tài)，但和單相異步機不同。若單相電機啟動運行后，出現(xiàn)單相后仍轉(zhuǎn)。伺服電機不同，單相電壓時設(shè)備不能轉(zhuǎn)。,交流伺服電動機的特點：,原因：交流伺服電機 R2設(shè)計得較大。所以在U2=0時，交流伺服電機的T=f(s)曲線如下頁圖：,當(dāng)U2=0V時，脈動磁場分成的正反向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距T、T 的合成轉(zhuǎn)矩 T 與單相異步機不同。

23、合成轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，所以電機在U2=0V時，能立即停止，體現(xiàn)了控制信號的作用(有控制電壓時轉(zhuǎn)動，無控制電壓時不轉(zhuǎn))，以免失控。,（3）控制電壓 U2 大小變化時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速與電壓 U2 成正比。U2 的極性改變時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向改變。,（2）交流伺服電機 R2設(shè)計得較大，使Sm1，Tst大，啟動迅速，穩(wěn)定運行范圍大。,交流伺服電機的輸出功率一般為0.1-100 W，電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用在自動控制、溫度自動記錄等系統(tǒng)中。,應(yīng)用,10.3.2 直流伺服電動機,結(jié)構(gòu)：與直流電動機基本相同。為減小轉(zhuǎn)動慣量做得細長一些。,工作原理：與直流電動機相同

24、。,供電方式：他勵。勵磁繞組和電樞由兩個獨立電源供電：,由機械特性可知： (1)U1（即磁通）不變時，一定的負載下，U2,n。 (2)U2=0時，電機立即停轉(zhuǎn)。,反轉(zhuǎn)：電樞電壓的極性改變，電機反轉(zhuǎn)。,直流伺服電機的機械特性公式與他勵直流電機一樣：,直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬。經(jīng)常用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般為1-600W。它的用途很多，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。,應(yīng)用：,海南風(fēng)光,第16-17講,第12章 可編程序控制器 （PLC）,第12章 可編程序控制器,12.1 概述 12.2 基本概念和編程語言簡介 12.3 PLC指令及編程方法 12.4 應(yīng)用舉例 12.5 實驗,

25、12.1.1 什么是PLC ?,PLC 是一種專門用于工業(yè)控制的計算機。, 早期的PLC是用來替代繼電器、接觸器控制的。它主要 用于順序控制，只能實現(xiàn)邏輯運算。因此，被稱為可編程邏輯控制器（Programmable logic controller，略寫 PLC ), 隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程控制器的功能已遠遠超出了順序控制的范圍。被稱為可編程控制器（Programmable controller，略寫PC)。為區(qū)別于Personal Computer (PC)，故沿用PLC 這個略寫。,12.1 概述,12.1.2 PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理,一、 PLC結(jié)構(gòu)示意圖,二、各組成

26、部分的作用,2. 存儲器,1. CPU,(1)從程序存儲器讀取程序指令，編譯、執(zhí)行指令。 (2)將各種輸入信號取入。 (3) 把運算結(jié)果送到輸出端。 (4) 響應(yīng)各種外部設(shè)備的請求。,RAM：存儲各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào) 試的程序。 ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。,3. 輸入、輸出接口：采用光電隔離，實現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。,輸出接口作用：將主機向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。,輸出三種形式：繼電器 - 低速大功率 可控硅 - 高速大功率 晶體管 - 高

27、速小功率,輸入接口作用：將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主機。,（1）輸入接口電路：采用光電耦合器，防止強電干擾。,COM,光電三極管,發(fā)光二極管,直流電源,輸入端子,PLC,繼電器輸出,（2）輸出接口電路：均采用模塊式。,以繼電器形式為例：,PLC,4. 各種接口、高功能模塊：便于擴展。 小型機：一體機。有接口可擴展。 中、大型機：模塊式。可根據(jù)需要在主板上隨意組合。,編程設(shè)備可以是專用的手持式的編程器；也可以是安裝了專門的編程通訊軟件的個人計算機。,5. 編程設(shè)備,用戶可以通過鍵盤輸入和調(diào)試程序；另外在運行時，還可以對整個控制過程進行監(jiān)控。,12.1.3 工作方式,

28、CPU：等待命令。,PLC：循環(huán)掃描。 CPU從第一條指令開始執(zhí)行，遇到結(jié)束符又 返回第一條，不斷循環(huán)。,1. 輸入/輸出點數(shù) ( I/O點數(shù) )。 2. 掃描速度。 單位： ms /1000步 或 s /步 3. 內(nèi)存容量。 4. 指令條數(shù)。 5. 內(nèi)部寄存器數(shù)目。 6. 高功能模塊。,12.1.4 主要技術(shù)性能,1. 抗干擾、可靠性高。 2. 模塊化組合式結(jié)構(gòu)，使用靈活方便。 3. 編程簡單，便于普及。 4. 可進行在線修改。 5. 網(wǎng)絡(luò)通訊功能，便于實現(xiàn)分散式測控系統(tǒng)。 6. 與傳統(tǒng)的控制方式比較，線路簡單。,12.1.5 優(yōu)點,1. 用于開關(guān)邏輯控制。 2. 用于機加工數(shù)字控制。 3.

29、 用于閉環(huán)過程控制。 4 用于組成多級控制系統(tǒng)。,12. 1. 6 應(yīng)用,12.2 基本概念和編程語言簡介,PLC的內(nèi)存除存放用戶和系統(tǒng)的程序外，還有四個區(qū)： I/O區(qū)：可直接與外部輸入、輸出端子傳遞信息 內(nèi)部輔助寄存器區(qū)：存放中間變量 數(shù)據(jù)區(qū)：存放中間結(jié)果 專用寄存器區(qū)：定時時鐘、標志、系統(tǒng)內(nèi)部的命令,12. 2. 1 寄存器和接點的概念,用戶在對這四個區(qū)進行操作時，可以以寄存器和/或接點的方式進行。,PLC的寄存器（以FP1為例）一覽,字輸入寄存器 WX0WX12 位輸入寄存器 X0X12F 字輸出寄存器 WY0WY12 位輸出寄存器 Y0Y12F 通用字寄存器 WR0WR62F 通用位寄

30、存器 R0R62F 專用字寄存器 WR900WR903 專用位寄存器 R900R903F 定時器 TM0TM99 計數(shù)器 C100C143,通用數(shù)據(jù)寄存器DT0DT8999 專用數(shù)據(jù)寄存器DT9000DT9069 設(shè)定值寄存器 SV0SV143 經(jīng)過值寄存器 EV0EV143 索引寄存器 IX，IY 十進制常數(shù)寄存器 K 十六進制常數(shù)寄存器 H,PLC的寄存器（以FP1為例）,1. 輸入輸出(I/O)寄存器,輸入寄存器: 功能:存放外部輸入的信號 輸入寄存器編號:WX0WX12, 共13個寄存器，每個 寄存器16位 輸入位編號:X0X12F，共1613=208位,輸出寄存器: 功能:向輸出接口

31、輸出信號 輸出寄存器編號:WY0WY12, 共13個寄存器，每個 寄存器16位 輸出位編號:Y0Y12F，共16 13=208位,寄存器：是一個16位二進制單元 位（觸點）：16位中的每一位是一個“觸點”，對應(yīng)外部的一個輸入或者輸出端子。,輸入寄存器 WXm 輸出寄存器 WYm,輸入端子Xmn 輸出端子Ymn,m ：寄存器編號，用十進制數(shù)編號： m=012，共13個,n,n：寄存器的第n位，用16進制數(shù) 編號：n= 0F，共16位,例：若X0為“ON”，則 WX0 的第0位為 “1” 若X4 為“OFF”，則 WX0 的第4位為 “0” 若 WY1=7，則表明Y10、Y11、Y12三個接點 為

32、“ON”,接點通斷情況與接點的賦值有關(guān)：（以 Y0為例： 若 Y0的邏輯賦值為“1”，則,ST：（Start） 從母線開始一個新邏輯行時，或開始一個邏輯塊時， 輸入的第一條指令。 ST：以常開接點開始 ST/：以常閉接點開始,OT：（Output） 表示輸出一個變量。,ED：（End）表示程序無條件結(jié)束,可編程控制器FP1基本指令,邏輯關(guān)系 梯形圖 助記符,STX0 ANX1 OTY0,STX0 ORX1 OTY0,ST / X0 OTY0,當(dāng) X0 與 X1 都 “ON” 時， 則輸出 Y0 “ON”。,當(dāng) X0 或 X1 “ON” 時， 則輸出 Y0 “ON”。,當(dāng) X0 “OFF” 時，

33、 則輸出 Y0 “ON”。,注意：與、或、非運算均是對從該指令前面的ST 指令到該指令的前一個指令處的結(jié)果進行 運算。,X2是與圖中A點處的結(jié)果（即X0與X1的結(jié)果）相或，而不是與X1相或。,邏輯關(guān)系 梯形圖 助記符,STX0 ORX1 STX2 ORX3 ANS OTY0,STX0 ANX1 STX2 AN / X3 ORS OTY0,當(dāng) “X0 或 X1”與“X2 或X3” 都 “ON” 時， 則輸出 Y0 “ON”。,當(dāng) “X0 與 X1”或“X2 與 X3非” “ON” 時，則輸 出 Y0 “ON”。,例1：直接啟動停車控制,繼電器控制電路圖,I/O分配： X0：停車 X1：啟動 Y0

34、：KM,助記符語句表 ST X1 OR Y0 AN X0 OT Y0 ED,操作及動作過程,FP1型PLC控制器： 實際輸入端子：X0XF 實際輸出端子：Y0Y7,助記符語句表 ST X1 OR Y0 AN X0 OT Y0 ED,I/O分配： SB1X0 SBF X1 SBR X2 KMF Y0 KMR Y1,例2：三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制,ST X1 OR Y0 AN X0 AN / Y1 OT Y0 ST X2 OR Y1 AN X0 AN / Y0 OT Y1 ED,左重右輕,編程,I/O分配： SB1X0 SBF X1 SBR X2 KMF Y0 KMR Y1,I/O分配決定PLC

35、的端子接線圖,PLC的端子接線方式又決定編程語言,輸入按鍵的接線方式?jīng)Q定輸入的編程語句,停止鍵為常閉 ST X1 OR Y0 AN X0 OT Y0 ED,停止鍵為常開 ST X1 OR Y0 AN/ X0 OT Y0 ED,電機的起動停止控制,編程中應(yīng)注意的幾個問題,一、用電路變換簡化程序(減少指令的條數(shù)）,二、邏輯關(guān)系應(yīng)盡量清楚(避免左輕右重),ST X2 AN X3 AN X4 ST X2 AN X5 AN X6 AN X7,ST X2 AN X5 AN X6 AN X8 AN X9 ORS OT Y0 ED,根據(jù)該梯形圖和編程，X3、X6、X9 三個輸入開關(guān)應(yīng)采用何種接法？ 用常開？

36、用常閉？,三、避免出現(xiàn)無法編程的梯形圖,ST X3 AN X5 OR X1 AN/ X2 OT Y1,根據(jù)該梯形圖和編程，X2、X4 二個輸入開關(guān)應(yīng)采用何種接法？ 用常開？ 用常閉？,ST X1 AN X5 OR X3 AN/ X4 OT Y2 ED,2. 定時器及定時器指令,輸入接點,定時器號碼 （099）,時間常數(shù): 132767,動作說明： 當(dāng)Y0閉合后，定時器TM5開始計時。 經(jīng)過300.1=3s后，Y1閉合，Y2斷開。,Y0,例：,例3：定時器應(yīng)用舉例(書上P461高頻加熱時間控制）,分配I/O： X0 SB1 X1 SB2 Y0 KM TMX0 KT,PSHS, RDS,POPS,

37、ST X0 PSHS AN X2 OT Y0 RDS AN X1 OT Y1 POPS AN X2 OT Y3,3.堆棧及堆棧操作指令:,例4：定時器應(yīng)用舉例：用PLC控制三相異步電動機 的Y-起動。,Y 起動繼電器控制電路,I/O分配： SB1 X0 SB2 X1 KM0 Y0 KM1 Y1 KM2 Y2 KT TMX1,時間常數(shù)K=150 延時0.1 150 =15秒,用PLC控制三相異步電動機的Y-起動,I/O分配： SB1 X0 SB2 X1 KM0 Y0 KM1 Y1 KM2 Y2 KT TMX1,梯形圖,用PLC控制三相異步電動機的Y-起動,I/O分配： SB1 X0 SB2 X1

38、 KM0 Y0 KM1 Y1 KM2 Y2 KT TMX1,PLC接線圖,用PLC控制三相異步電動機的Y-起動,根據(jù)梯形圖和接線進行編程,ST X1 OR Y0 AN X0 OT Y0 ST X1 OR Y0 AN X0 PSHS AN/ Y2 TM X1 K 150,RDS AN/ T1 AN/ Y2 OT Y1 POPS ST T1 OR Y2 ANS AN/ Y1 OT Y2 ED,計數(shù)器初始值： 132767,計數(shù)器編號 (FP1機：100143),計數(shù)脈沖,復(fù)位信號,4. 計數(shù)器及計數(shù)器指令（CT指令）,CT指令梯形圖格式：,CT指令梯形圖與時序圖,PLC的寄存器（以FP1為例）一覽

39、,字輸入寄存器 WX0WX12 位輸入寄存器 X0X12F 字輸出寄存器 WY0WY12 位輸出寄存器 Y0Y12F 通用字寄存器 WR0WR62 通用位寄存器 R0R62F 專用字寄存器 WR900WR903 專用位寄存器 R900R903F 定時器 TM0TM99 計數(shù)器 C100C143,通用數(shù)據(jù)寄存器DT0DT8999 專用數(shù)據(jù)寄存器DT9000DT9069 設(shè)定值寄存器 SV0SV143 經(jīng)過值寄存器 EV0EV143 索引寄存器 IX，IY 十進制常數(shù)寄存器 K 十六進制常數(shù)寄存器 H,微分指令：DF, DF/,ST X0 DF OT R0 ST X1 DF/ OT R1,例5.

40、計數(shù)器應(yīng)用舉例：產(chǎn)品數(shù)量檢測（教材P509例9-3）,（每24個產(chǎn)品 機械手動作1次）, 電機起動后，R1產(chǎn)生寬度為一個掃描 周期的正脈沖，使CT100和TM1復(fù)位, 起、停傳送帶電機,計數(shù)器應(yīng)用舉例：產(chǎn)品數(shù)量檢測,每檢測到一個產(chǎn)品，X2產(chǎn)生一個正脈沖， 使CT100計一個數(shù), CT100每計24個數(shù)，機械手動作一次, 機械手動作后，延時2秒，將機械手 電磁鐵切斷，同時將CT100復(fù)位。CT100 復(fù)位后，Y1和TM1也復(fù)位,計數(shù)器應(yīng)用舉例：產(chǎn)品數(shù)量檢測,地址 指令 數(shù)據(jù) 0 ST X1 1 OR Y0 2 AN X0 3 OT Y0 4 ST Y0 5 DF 6 OT R1 7 ST X2

41、8 AN Y0 9 ST R1,地址 指令 數(shù)據(jù) 10 OR TM1 11 CT 100 12 K 24 13 ST CT100 14 AN/ TM1 15 OT Y1 16 ST CT100 17 AN/ R1 18 TM Y1 19 K 2 20 ED,置位指令與復(fù)位指令（SET，RST）,ST X1 SET Y1 ST X2 RST Y1,X1=1時，Y1=1,X1=0時，Y1仍=1,X2=1時，Y1=0,數(shù)據(jù)傳送指令（共11條）,16位數(shù)據(jù)傳送指令,若X1=1，則將WR0的數(shù)據(jù)傳送到WY0,移位指令（共12條）,16位數(shù)左移指令：SR,X0=0，輸入數(shù)據(jù)=0 X0=1，輸入數(shù)據(jù)=1,X

42、1通斷一次，輸入 一個計數(shù)脈沖,X2通斷一次，輸入 一個清0脈沖，使WR1=0,清0,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,X0=1,1,1,1,0,例6. 傳送指令、移位指令舉例,要求:X2開關(guān)通斷一次，用于WR1清0。 X0開關(guān)用于設(shè)置輸入數(shù)據(jù)。 X1開關(guān)通斷一次，輸入一個移位脈沖。 若X0開關(guān)合上，則串入數(shù)據(jù)為1，每輸入一個移位脈沖，輸出指示燈 依次點亮。若X0打開，則串入數(shù)據(jù)為0。,0 ST X0 1 ST X1 2 ST X2 3 SR WR1 4 F 0 5 WR1 6 WY0 7 ED,例7.傳送指令、移位指令舉例:節(jié)日彩燈控制,設(shè)計要求: 開機后輸出指

43、示燈Y0Y7全滅，每隔1秒從Y0至Y7依次 點亮1個；8個燈全亮持續(xù)5秒，然后每隔1秒從Y0至Y7依次熄滅 1個；8個燈全滅，然后再從Y0至Y7依次點亮。如此重復(fù)進行， 直至停機為止。（教材P515例9-4）,專用寄存器(FP1機：WR900WR903)。常用的如下：,R900A : “”標志 R900B: “=”標志 R900C: “”標志 R9010: 常ON繼電器 R9011: 常OFF繼電器 R9013: 僅在第一個掃秒周期ON，其他時候均為OFF R9014: 僅在第一個掃秒周期OFF，其他時候均為ON,時鐘脈沖發(fā)生器 R9018 周期 0.01s R901B 周期0.2s R901

44、9 周期0.02s R901C 周期1s R901A 周期0.1s R901D 周期2s 用于給定時器和移位提供一個內(nèi)部時鐘,SR WR0,R901C, R7（WR0的第7位）=1（8個燈全亮）時，起動定時器，定時5秒，使燈全亮5秒。時間到TM0反=0，給WR0輸入0，使燈逐個熄滅。, R10=0（關(guān)機）時，將常數(shù)0傳送給WY0，8個燈全滅, R10=1（開機）時，將WR0傳送給WY0，輸出, TM0反=1時，給WR0輸入1，使燈逐個點亮 R10=1時，R901C產(chǎn)生周期1秒的移位時鐘 R11信號將WR0清0, X1信號的上升沿求微分，在R11產(chǎn)生一個正脈沖，用于WR0清0, X1通斷一次起動

45、，R10=1；X0通斷一次停機，R10=0,節(jié)日彩燈控制梯形圖,功能解釋 （編程見教材P517）, 基本指令 數(shù)據(jù)傳送指令 算術(shù)運算指令 移位指令 位操作指令 數(shù)據(jù)變換指令 轉(zhuǎn)移控制指令 特殊控制指令,FP1指令分類（共128條）,按指令的功能可分為：,（1）ST （2）ST/ （3）OT （4）AN （5）AN/ （6）OR （7）OR/ （8）ANS （9）ORS （10）CT （11）TMR （12）TMX （13）TMY,鍵盤指令,（14）DF （15） SR （16）PSHS （17）RDS （18）POPS （19）SET （21）RST,非鍵盤指令,鍵盤指令由FP1鍵盤直接輸入（

46、閱讀教材P524533）,非鍵盤指令用SC鍵和指令的功能碼輸入（閱讀教材P534536）,功能擴展指令用Fn鍵和指令的功能碼輸入（閱讀教材P537538）,指令的功能碼,Fn,0,ENT,OR R.WR,0,WRT,AN Y.WY,0,WRT,1. 你能否設(shè)計一個用PLC控制十字路口紅綠黃交通燈的程序? 2. 你能否設(shè)計一個用PLC控制四層樓的電梯程序? 3. 你能否設(shè)計一個用PLC控制一臺彩印機的程序? 4. 你能否設(shè)計一個用PLC控制室內(nèi)安全防盜報警的程序? 5.你能否設(shè)計一個用PLC控制一臺龍門刨床的程序?,PLC實際應(yīng)用設(shè)計題目,第二部分 上機操作練習(xí) 實驗一 鍵盤及編輯命令練習(xí) 實驗

47、二 基本指令練習(xí) 第四部分 綜合練習(xí) 補充1 三相異步電機正反轉(zhuǎn)控制 補充2 延時自動往復(fù)行程控制 補充3 三相異步電機Y-起動 實驗一 運料小車控制,實驗內(nèi)容,實驗一人一組，要認真預(yù)習(xí)！,習(xí)題9-8,梯形圖的規(guī)則：,鍵盤指令：可從鍵盤上 直接鍵入的指令,擴展功能指令：用F鍵加功 能號方可鍵入的指令。,KP：（Keep）,ST X0 ST X1 KP R0,說明： （1）在置位信號接通的瞬間，R0置1。以后無論置位 信號狀態(tài)如何，只要復(fù)位信號斷開，R0的狀態(tài) 均為1。 （2）在復(fù)位信號接通的瞬間，R0置0。 （3）在復(fù)位信號和置位信號同時接通時，復(fù)位優(yōu)先。,SET、 RST（Reset）,這兩

48、條指令的功能類似于KP指令，但使用比KP 指令靈活。,ST X0 SET Y0 ST R20 RST R30,UDC:（可逆計數(shù)）,加減計數(shù)信號 例：設(shè)為 X0,計數(shù)脈沖 例：設(shè)為X1,復(fù)位信號： 例：設(shè)為X2,初值或存放 初值的寄存器,作為加減計數(shù) 器的寄存器,ST X0 ST X1 ST X2 F118(UDC) S D,一、 數(shù)據(jù)傳送指令,F0(MV) 、F1(MV/),功能說明：S為常數(shù)或寄存器，D 為寄存器。當(dāng)條件滿足時，S或S的內(nèi)容傳送到D。,F0(MV)：把 S 或 S 的內(nèi)容傳送到D。 F1(MV/)：把 S 或 S 的內(nèi)容求反后傳送到D。,10. 3. 3 其他常用指令簡介,其他傳送指令常用的有：F10(BKMV)， F11(COPY)等等。,例：某控制控制系統(tǒng)，若出現(xiàn)嚴重故障信號，則所有的動作全停，故障指示顯示。,I/O分配： X0：故障信號 Y0：故障指示 其他輸出端：Y1YF,二、 算術(shù)指令,F60(CMP),其它的算術(shù)運算指令，如算術(shù)運算、BCD碼運算、比較指令等等。,功能說明：當(dāng)R10接通時，比較EV0和100， 若EV0100，則Y0接通；若EV0=100，則Y1接通； 若EV0100，則Y2接通。,例：設(shè)計一個順序控制電路: 啟動時，電機D1先啟動， 3s后電機D2啟動，再過 5s后電機D3啟動。,I/O分配： X0：啟動按鈕