《电气自动控制技术》PPT课件.ppt

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1、第12章 电气自动控制技术,12.1 常用控制电器,12.2 三相异步电动机基本控制电路,12.3 可编程序控制器,12.4 可编程序控制器应用举例,了解常用低压电器的结构、功能和用途 掌握自锁、联锁的作用和方法掌握过载、短路和失压保护的作用和方法4.掌握基本控制环节的组成、作用和工作过 程。能读懂简单的控制电路原理图、能设 计简单的控制电路,本章要点,5.了解可编程控制器的硬件结构和原理6.了解可编程控制器基本指令和编程方法7.了解可编程控制器的简单应用,应用电动机拖动生产机械，称为电力拖动。利用继电器、接触器实现对电动机和生产设备的控制和保护，称为继电接触控制。,以微型计算机为核心，使用软

2、件编程的方法代替继电器硬件的连接，可以很容易通过改变控制对象的运转程序来改变其控制过程，这种控制为PLC。,第12章 电气自动控制技术,12.1 常用控制电器,刀开关和熔断器,刀开关是一种结构简单的手动电器，又称闸刀开关。通常用来不频繁地接通或断开容量不大的三相异步电动机、低压供电电路，或作为用电设备与电源分离的隔离开关。,(a)外形图,(b)电路符号,熔断器额定电流IN的选择,（1）电灯、电炉等电阻性负载,IN IL,（3）频繁起动的电机,（2）空载启动的电机,熔断器用于低压线路中的短路保护。,常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。,可实现短路、过载、失压保护

3、。,12.1.2 自动空气断路器（自动开关）,锁钩,主触点手动闭合,衔铁释放,自动空气断路器原理图,连杆装置,释放弹簧,12.1.3 主令电器,(b)结构,按钮常用于接通和断开控制电路。,按钮的外形图和结构如图所示。,按钮开关的外形和结构,(a)外形图,1、按钮,实现电路自动切换、限位保护和行程控制等。,2、行程开关(限位开关),(b)示意图,结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。,(a)外形图,3、组合开关,组合开关又称转换开关，由数层动、静触片组装在绝缘盒而成的。动触点装在转轴上，用手柄转动转轴使动触片与静触片接通与断开。可实现多条线路、不同联接方式的转换。右图为用转换开关实现三相电动机起

4、停控制的接线图。,交流接触器的外形图,12.1.4 接触器,用于远距离频繁地接通和断开交直流电路及大容量控制电路电器。,接触器通常为三对常开触点，允许通过大电流，常用于主电路中。,接触器结构,线圈,辅助触点,铁心,衔铁,电源,电机,主触点,常闭,常开,弹簧,接触器工作原理,接触器符号,用于主电路流过的大电流（需加灭弧 装置）,用于控制电路流过的小电流（无需加灭弧装置）,属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示,接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。,常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ120等系列。,12.1.5 热继电器,用于电动机的过载保护。,热继电器外形与结构,(a)外形

5、,(b)结构,发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，常闭触点断开。,发热元件,杠杆,工作原理：,结构原理图,双金属片,常闭触头,热继电器结构和工作原理,热继电器的符号,串联在主电路中,串联在控制电路中,通电延时的空气式时间继电器结构示意图,12.1.6 时间继电器,时间继电器触头类型,通电延时式,瞬时动作,延时动作,常闭触点,常开触点,常开通电后延时闭合,常闭通电后延时断开,断电延时式,继电接触控制线路由一些基本控制环节组成，下面介绍继电接触控制线路的绘制。,在电工技术中所绘制的控制线路图为原理图，它不考虑电器的结构和实

6、际位置，突出的是电气原理。,电器继电控制原理图的绘制原则及读图方法：,1.按国家规定的电工图形符号和文字符号画图,2.控制线路由主电路（被控制负载所在电路）和控 制电路（控制主电路状态）组成,3.属同一电器元件的不同部分（如接触器的线圈和 触点）按其功能和所接电路的不同分别画在不同 的电路中，但必须标注相同的文字符号,4.所有电器的图形符号均按无电压、无外力作用下 的正常状态画出，即按通电前的状态绘制,5.与电路无关的部件（如铁心、支架、弹簧等）在控 制电路中不画出,分析和设计控制电路时应注意以下几点：,1.使控制电路简单，电器元件少，而且工作又要准确 可靠,2.尽可能避免多个电器元件依次动作

7、才能接通另一个 电器的控制电路,3.必须保证每个线圈的额定电压，不能将两个线圈串 联,12.2 三相异步电动机基本控制电路,12.2.1 直接起停和点动控制,(a)结构图,1.直接起停,电动机的保护,短路保护是因短路电流会引起电器设备绝缘损坏产生强大的电动力，使电动机和电器设备产生机械性损坏，故要求迅速、可靠切断电源。通常采用熔断器 FU和过流继电器等。,欠压是指电动机工作时，引起电流增加甚至使电动机停转，失压是指电源电压消失而使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能自动重新起动，易造成人身或设备故障。常用的失压和欠压保护有：对接触器实行自锁；用低电压继电器组成失压、欠压保护。,过载保护是为

8、防止三相电动机在运行中电流超过额定值而设置的保护。常采用热继电器FR保护，也可采用自动开关和电流继电器保护。,2.既能长期工作又能点动的控制电路,按下起动按钮SB2，电动机运转，松开起动按钮，电动机停转。,点动按钮SB3的作用：,（1）使接触器线圈KM通电；（2）使线圈KM不能自锁。,复合按钮,2.既能长期工作又能点动的控制电路,后闭合,先断开,按下SB3,闭合,电机运转,点动时：,自锁触点不起作用,通电,先断开,后闭合,断开,断电,2.既能长期工作又能点动的控制电路,松开SB3,2.既能长期工作又能点动的控制电路,松开SB3,电机停转,实现点动,用途:试车、检修以及车床主轴的调整等。,先断开

9、,后闭合,断开,断电,12.2.2 正反转和行程控制,将电动机接到电源的任意两根线对调一下，即可使电动机反转。,需要用两个接触器来实现这一要求。当正转接触器工作时，电动机正转；当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任意两根联线对调一下，电动机反转。,1.正反转,按下SBF,SB,KMF,在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为“联锁”。,“联锁”触点,利用接触器的触点实现联锁控制称电气联锁。,缺点：改变转向时必须先按停止按 钮。,解决措施：在控制电路中加入机械连锁。,KMR,SBF,KMF,KMF,SBR,KMR,KMR,.,.,.,.,.,通电,断开,断电,闭合,利用复合按

10、钮的触点实现联锁控制称机械联锁。,鼠笼式电动机正反转的控制线路,KMF,KMF,SBR,SB,KMR,SBF,KMF,KMR,KMR,KMF,KMF,SBR,SB,KMR,SBF,KMF,KMR,KMR,当电机正转时，按下反转按钮SBR,先断开,断电,闭合,通电,断开,闭合,闭合,电机反转,2.行程控制,自动往返运动：,1.能正向运行也能反 向运行2.到位后能自动返回,行程控制：,控制某些机械的行程，当运动部件到达一定行程位置时利用行程开关进行控制。,STa,STb,1,2,按SBF时,（其常闭断开，常开闭合）,KMF断电,KMR通电,自动往返运动：,正反转控制线路,下图所示的鼠笼式电动机正反

11、转控制线路中有几处错误，请改正之。,KM1,FU,Q,KM2,M1,M2,3,3,.,SB,SB1,KM1,KM1,SB2,KM2,KM2,按SB1,通电,闭合,再按SB2,闭合,通电,闭合,闭合,1.控制顺序：M1起动后M2才能起动。M2既不能单独起动，也不能单独停车。,12.2.3 时间和顺序控制,.,.,.,.,KM,FU,Q,FR,U1,U2,V1,V2,W1,W2,W2,V1,V2,U2,W1,U1,主电路,电机的Y起动,KM-Y闭合，电机接成 Y 形；KM-闭合，电机接成 形。,KM2,SB,KM2,SB,KM1,FR1,KM1,例：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一

12、套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止：起动时:M1起动后 M2才能起动；停车时:M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？,起动：,通电,通电,闭合,闭合,SB,KM1,FR1,停止：,断电,断电,断开,断开,继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题：,1、首先了解工艺过程及控制要求；2、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的 控制关系；3、主电路、控制电路分开阅读或设计；4、控制电路中，根据控制要求按自上而下、自左而 右的顺序进行读图或设计；5、同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都 叫相同的名字；6、原理图上所有电器，必须按国家统一

13、符号标注，且均按未通电状态表示；7、继电器、接触器的线圈只能并联，不能串联；8、控制顺序只能由控制电路实现，不能由主电路实现。,电器符号标注,刀闸 熔断器按钮接触器热继电器行程开关时间继电器中间继电器,QFUSBKMFRSTKTKA,12.3 可编程序控制器,1、定义 可编程控制器是一种数字运算的电子操作系统装置，专为工业现场应用而设计。其采用可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等，通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。,2、发展 20世纪60年代，美国通用汽车公司为适应汽车型号不断翻新需要，对生产线上的控制设备提出的新要求，研制了第

14、一台可编程控制器，通过改变存储在里面的指令来改变生产线的控制流程，提供了继电器控制系统无法比拟的灵活性。但该时期的可编程序控制器代替了继电器系统可完成各种顺序控制，虽采用了计算机的设计思想，实际只能进行逻辑运算，故称可编程逻辑控制器，简称PLC（Prog-rammable Logical Controller）。,20世纪80年代，随着微电子技术和计算机技术的发展，PLC的功能已远超出逻辑控制、顺序控制范围，可进行模拟量、位置控制，以及可实现远程通讯、柔性加工和制造系统等功能，故称其为可编程控制器（Programmable Controller）简称PC。为了与个人电脑PC区别，仍将其称为PL

15、C。PLC已被称为现代工业控制的主要三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。,目前，PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，加速了机电一体化的进程。,各种类型的PLC,中、大型PLC的结构外型，它通常采用积木式结构，可以根据需要将各种标准模块进行搭接，常用的模块有电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块以及各种特殊模块,中、大型PLC的结构外型,各种PLC的具体结构虽然多种多样，但其结构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心的电子电气系统。PLC各种功能的实现，不仅基于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。,PLC内部主要由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备

16、接口等几部分组成。,12.3.1 组成工作原理,一、组成,1、主机,CPU是PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我们常说的电脑芯片,主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器,系统程序存储器 主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改,用户程序及数据存储器 主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果,内部存储器 其有两类，一类是系统程序存储器，另一类是用户程序及数据存储器,2、输入/输出（I/O）接口,输入接口 用于接收输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信

17、号,输出接口 用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如:接触器、电磁阀、指示灯等）,3、电源,电源 指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源,4、编程器,编程器 是重要的外部设备，主要由键盘、显示器组成。小型PLC常用简易编程器，大、中型PLC多用智能编程器。目前许多PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程或监控,6、外部设备接口,I/O扩展接口 用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起,5、输入输出扩展接口,此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连,电源模块,CPU模块,IO模块,底板,二

18、、工作原理,PLC采用“顺序扫描、不断循环”工作方式，这个过程分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期,输入采样,程序执行,输出刷新,寄存器采用5位阿拉伯数码寻址,三、PLC主要技术性能（OMRON）,主要介绍OMRON（欧姆龙）C系列CMP1A,1、I/O点数（本体40点，可外加扩展）,点数 地址输入点数24点 0000000011 0010000111输出点数16点 0100001007 0110001107,指PLC输入/输出点数比为6:4，即输入点数24；输出点数16,用来衡量PLC所能存储用户程序的多少,6、扫描速度,指扫描1000步用户

19、程序所需的时间，以ms/千步为单位,7、指令系统条数,指PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数量。种类数量越多，软件功能越强,3、编程语言 梯形图方式,4、指令种类 基本指令14种，应用指令77种,5、存储容量,CMP1A PLC的数据区通道号分配表,四、PLC主要特点,1、可靠性高，抗干扰能力强 由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠性,2、编程简单，使用方便 采用梯形图语言编程，易于编程，且指令较少，容易记忆，PLC具有完善的自断功能，维修可采用插入式模块，非常方便,3、

20、通用性好，具有在线修改能力 PLC硬件采用模块化结构，可灵活地组态以适应不同控制对象，控制规模和控制功能的要求，且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广泛的工业通用性,4、体积小、重量轻、功耗低 PLC体积小，结构紧凑，可装入机械设备内部，具有较强的环境适应性和抗干扰能力，因此是实现机电一体化的理想控制设备,12.3.2 程序设计方法,一、可编程控制器的基本指令,3.定时器指令：TIM,（1）相当于时间继电器，精度为0.1秒，电源掉电时，定时器复位，即定时器无掉电保护功能（2）在一段程序中与计数器不能重复使用（3）在一段程序中编号不能重复使用,TIM N（N定时器编号

21、：000-127）XXXX(设置值为0000-9999）,4、计数器指令：CNT,CNT NXXXX（N 计数器编号：000-127）（XXXX 立即数：0000-9999）,（1）计数器与定时器注意事项同上（2）和（3）（2）计数器来一脉冲，计数器减值1，减至零时，产生输出信号,二、可编程控制器的编程方法,同其它电脑装置一样，PLC的操作是依其程序操作进行的，而程序是用程序语言表达，且表达的方式多种多样，不同的生产厂家，不同的机种，采用的表达方式不同，但基本上可归纳为,1、梯形图,是在继电控制系统电气原理图基础上开发出来的一种图形语言。它继承了继电器接点、线圈、串联、并联等术语和类似的图形符

22、号，具有形象、直观、实用的特点，不需学计算机专业知识，电气技术人员使用最方便，符号对比如表所示,（1）梯形图中的继电器并不一定是物理继电器，每个继电器或输入接点各为存储器中的一位，相应位为“1”态，表示继电器线圈通电或常开触头闭合，或常闭触头断开,（2）梯形图中流过的电流不是物理电流，而是概念电流，是程序执行的形象表示方式,梯形图和助记符语言是PLC中最常用的编程语言，学习中应注意以下概念,注意事项,（4）只有PLC中的物理继电器才能驱动实际负载，其它继电器只能作一种逻辑来使用，故称为“软继电器”,（3）梯形图中的继电器接点在编写用户程序时（即作为逻辑接点）可根据需要在梯形图中反复使用，没有数

23、量限制，既可用常开也可用常闭,2、梯形图编程原则,（1）PLC编程元件的触点在编程过程中可以无限次使用，每个继电器的线圈在梯形图中只能出现一次，它的触点可以使用无数次,（2）梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于线圈。线圈总是处于最右边，而且不能有触点，线圈不能直接与左边母线相连,（3）编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”,不合理,合理,不合理,合理,3、梯形图编程方法,（1）确定I/O点数及分配,（2）编制梯形图和指令语句表,（5）程序以END指令结束，程序的执行是从第一个地址到END指令结束，在调试的时候，可以利用这个特点将程序分成若干个块，进行分块调试，直至程序全部调试成功,

24、（4）两个或两个以上的线圈可以并联，但不可以串联,例1、三相异步电动机直接起动控制电路,PLC的输入/输出接线图,4、指令语句表,（1）指令语句表和计算机汇编语言很相似（2）编程的方式是用PLC指令助记符按控制要求组成语句表（3）梯形图和语句表之间可以相互转换例1直接起动控制电路用指令表编写的程序为,语句号 指令助记符 操作数（器件号）,0 LD 00001 1 OR 01101 2 AND-NOT 00002 3 OUT 01101 4 END,12.4 可编程控制器应用举例,选择PLC类型,硬件设计,软件设计,系统总装统调,投入运行,例题1:利用PLC实现正反转控制,具体要求：设正反转按钮分别为SB1、SB2，停车按钮为SB3，正反转接触器为KM1和KM2。,1、正反转控制电路,2、外部I/O接线图及地址分配,3、梯形图,4、助记符语句表,例题2:利用PLC实现正反转控制,在例题1的基础上，当按下SB1或者BS2是电动机运转，运行5s 后，自动换为反转运行，再经过5s 后又换正转运行，反复循环。当按下SB3时电动机停止运行,4、助记符语句表,4、助记符语句表,例题3:利用PLC实现正反转控制,在例题1要求的基础上，如果在电动机正转或者反转运行时，要求有相应的指示灯亮，说明电动机当前运行状态。请设计出梯形图和指令语句程序,