船舶电气设备及系统-大连海事大学第08章电动机的自动控制基础.ppt

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1、第8章 电动机的自动控制基础,8.1 控制电器的结构原理和功能 8.2 电动机的基本保护环节 8.3 控制电路的基本控制环节 8.4 可编程序控制器及应用,内容简介,本章首先介绍常用的控制电器如继电器、接触器等，讲述组成电器控制线路的基本规则；之后，分析可编程控制器的工作原理。,电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件或设备。,什么是电器,低压电器：常指用于交流额定电压1200v、直流额定电压1500v及以下的电路中的电器产品,8.1 控制电器的结构原理

2、和功能,8.1.1 接触器,当吸引线圈通电后，产生的电磁吸力将衔铁吸合，带动触头工作。当线圈断电或电流小到一定程度时，由反力弹簧作用使衔铁释放。,（a）线圈通以直流电的电磁机构 I与无关 b）线圈通以交流电,接触器有关符号：,2) 接触器的主要技术参数,（1）线圈额定电压：指接触器吸合线圈的额定工作电压。,（2）额定电流：指主触头的额定工作电流。,（3）动作值：指接触器的吸合线圈电压和释放电压。,8.1.2 主令电器,主令电器是切换控制线路的单极或多极电器，其触头容量小，不能切换主电路。主令电器主要包括按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。,1) 按钮开关,按钮开关通常用来接通或断开控制

3、电路，从而控制电动机或其他电气设备的运行。,2) 万能转换开关(多路多极开关),转换开关有自复位式和定位式两种操作方式。自复位式转换开关当人手离开操作手柄时能自动回复到原始位置；定位式转换开关则每隔30或45有一个定位。,3) 行程开关,行程开关又称限位开关，是利用机械运动部件的碰撞或接近来控制其触头动作的开关电器。常用型式有按钮式和转臂式两种,主令控制器是一种多位置多回路的控制开关，适合于频繁操作并要求有多种控制状态的场合，例如起货机、锚机的控制等。,4) 主令控制器,低压熔断器是低压配电系统中起安全保护作用的一种电器，广泛应用于电网保护和用电设备保护。主要作短路保护，有时也可起过载保护作用

4、。船上常用的有管式和螺旋式 。,8.1.3 熔断器,螺旋式熔断器,瓷插式熔断器,熔断器按结构可分为：开启式、半封闭式和封闭式三种。封闭式熔断器又分为无填料管式、有填料管式和有填料螺旋式等。,（a）管式熔断器,（b）螺旋式熔断器,（c）保护特性,（d）电路符号,1 熔断器的结构和特征 （1）插入式熔断器 （2）螺旋式熔断器 （3）有填料封闭管式快速熔断器,2熔断器的选用 （1）电灯支路：熔体额定电流支路上所有电灯的工作电流之和。 （2）单台直接起动电动机：熔体额定电流（15 25）电动机额定电流 （3）配电变压器低压侧：熔体额定电流（112） 变压器低压侧额定电流,熔体额定电流 的选择：,频繁起

5、动的电机,2. 电动机主回路,（稍大）,1. 平稳负载 （如电灯、电炉）,几台电动机共电路,3熔断器使用时的注意事项 （1）根据各种电器设备用电情况（电压等级、电流等级、负载变化情况等），在更换熔体时，应按规定换上相同型号、材料、尺寸、电流等级的熔体。 （2）按线路电压等级选用相应电压等级的熔断器，通常熔断器额定电压不应低于线路额定电压。 （3）根据配电系统中可能出现的最大短路电流，选择具有相应分断能力的熔断器。 （4）在电路中，各级熔断器应相应配合，通常要求前一级熔体比后一级熔体的额定电流大23倍，以免发生越级动作而扩大停电范围。,（5）不能随便改变熔断器的工作方式，在熔体熔断后，应根据熔断

6、管端头上所标明的规格，换上相应的新熔断管。不能用一根熔丝搭在熔管的两端，装入熔断器内继续使用。 （6）作为电动机保护的熔断器，应按要求选择熔丝，而熔断器只能作电动机主回路的短路保护，不能作过载保护。 （7）在下列线路中，不允许接入熔断器 接地线路中。 三相四线制的中性线路中。 直流电动机的励磁回路。,三、接触器 接触器是利用电磁吸力原理用于频繁地接通和切断大电流电路(即主电路)的开关电器。 接触器按控制电流的种类可分为：交流接触器和直流接触器，两类接触器在触头系统、电磁机构、灭弧装置等方面均有所不同 。,按操作方式分有：,电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器；,按灭弧介质分有：,空气电磁式接

7、触器、油浸式接触器和真空接触器等；,按主触头控制的电路种类分有：,交流接触器、直流接触器 、切换电容接触器等 ；,按电磁机构的励磁方式分有：,直流励磁操作与交流励磁操作两种 。,1交流接触器 图8-6是交流接触器的结构图和原理图。它主要是由电磁铁和触点组两部分组成。,（a）结构图 （b）原理图 图8-6 交流接触器,按状态的不同，接触器的触点分为动合（常开）触点和动断（常闭）触点两种。接触器在线圈未通电时的状态称为释放状态；线圈通电、铁心吸合时的状态称为吸合状态。接触器处于释放状态时断开、而处于吸合状态时闭合的触点称为动合触点；反之称为动断触点。,辅助触点既有动合触点，也有动断触点，通常接在由

8、按钮和接触器线圈组成的控制电路中，以实现某些功能，这部分电路又称辅助电路。,图8-7 接触器点动控制电路,图8-8 接触器连续运行控制电路,2直流接触器 直流接触器由操作电磁系统、触点灭弧系统、辅助触点及底板等部分组成。当接通操作线圈的操作电源时，电磁系统就产生电磁吸力，带动可动部分，使接触器触点闭合；当操作线圈断电时，电磁吸力消失， 在触点压力和反力弹簧的带动下，使触点断开。,交直流接触器在电磁机构有很大的区别，交流接触器的线圈铁芯和衔铁由硅钢片叠成，以便减少铁损，而直流接触器的铁心和衔铁可用整块钢。交流接触器的吸引线圈因具有较大的交流阻抗，故线圈匝数比较少，且采用较粗的漆包铜线绕制。相比之

9、下，直流接触器的线圈匝数较多，绕制的漆包线较细。,图8-9 短路环,为了消除交流接触器工作时的振动和噪声，交流接触器的电磁铁心上必须装有短路环，其原理参见关于交流电磁铁的介绍，图8-9所示为交流接触器上短路环的示意图。,四、继电器 继电器是根据电量(如电流、电压)或非电量(如时间、温度、压力、转速等)的变化而通断控制线路的电器，常用于信号传递和多个电路的扩展控制。,其结构和动作原理与电磁式接触器相似，与接触器不同的地方是继电器无主、辅触头之分，动作灵敏。它也有交流和直流之分。,分类： 过电压、欠电压、零电压继电器。,1电磁式继电器,（1）电压继电器：其电压线圈匝数多、线径细，并联于电路中。正常

10、电压时，衔铁被吸合。当电压低于某一整定值或为零时，衔铁被释放。,（2）电流继电器：其电流线圈匝数少、线径粗，串联于电路中。当电流达到某一整定值时，衔铁被吸合或释放。,（3）中间继电器：是将一个输入信号变为一个或多个输出信号的继电器。其作用是增加触头数量以扩大控制范围；具有以弱控强的开关信号“放大”能力。在较复杂的电路中用作程序控制元件。,2. 时间继电器,类型：,电子式,阻容式,电磁式（空气式）,电动式,机械式,数字式,（1）空气阻尼式时间继电器的工作原理,空气阻尼式时间继电器主要由电磁机构、工作触头(微动开关)、气室及传动机构等组成,它有通电延时与断电延时两种。,延时时间的长短与气室的进气量

11、有关，调节螺钉可整定延时时间，调节范围在0.4180s之间。,断 电 式,常闭 断电后 延时闭合,常开 断电后 延时断开,通 电 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,（2）半导体时间继电器,C1、C2为滤波电容,当电源变压器接上电源，正、负半波由二个二次绕组分别向电容C4充电， A点电位按指数规律上升。原始状态VT1管导通、VT2管截止。,+,+,_,_,附加电源的目的，提高线性度和增加延时时间。,（2）半导体时间继电器,当A点电位高于B点电位，VT1管截止、VT2管导通，VT2管集电极电流通过高灵敏继电器KA的线圈，右侧继电

12、器KA的触点输出信号，同时KA的常闭触点断开充电电路，KA的常开触点闭合使电容放电，为下次工作做好准备。,+,+,_,_,（2）半导体时间继电器,调节电位器RW1的数值，就可以改变延时的大小，延时可达0.2s300s。,+,+,_,_,3 热继电器,热继电器是利用电流的热效应而动作的电器。,热继电器脱扣后，经过一段时间冷却可自动或手动复位，图示的结构只能手动复位。热继电器也是反时限特性。,它主要作用是对电动机实现过载保护。整定电流与电动机的额定电流基本上一致 。,热继电器的符号,（a）外形图 （b）原理图 图8-10 热继电器,感应式,4 速度继电器,按转速大小传递信号的继电器。按结构的不同分

13、为感应式、离心式等。圆环的转动力矩很小，当转速降到100rmin时，触头在弹簧反力作用下恢复原位。,定子-由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。,转子-圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。,8.1.5 电磁制动器,电动机的机械制动采用电磁制动器来实现的，常见的有圆盘式和抱闸式两种。,1) 圆盘式电磁制动器,当电动机运转时，电磁刹车线圈通电产生吸力，将静摩擦片(即电磁铁的衔铁)吸住，而与动摩擦片相脱开，使电动机可自由旋转。停车时，刹车线圈失电，静摩擦片被反作用弹簧紧压到安装在电动机轴上的动摩擦片上，产生摩擦力矩，迫使电动机停转。,调整制动器外壳上的螺栓，用于改变反作用弹簧制动力矩

14、，但必须注意所有螺栓要均匀调节，否则会造成摩擦片歪斜、气隙不均匀，出现噪声和振动。,圆盘式电磁制动器工作时静、动摩擦片之间的间隙通常在2至6mm之间，间隙过小，容易造成松闸时静、动摩擦片之间的擦碰；间隙过大，则在制动时产生较大机械碰撞。,2) 抱闸式电磁制动器,抱闸式电磁制动器又叫电磁抱闸，其制动原理与圆盘式电磁制动器相仿。它由制动电磁铁和制动闸瓦制成。当制动电磁铁线圈通电后，产生吸力，使抱闸闸瓦松开，电动机便能自由转动；当线圈断电时，闸瓦在弹簧力作用下，将电动机闸轮刹住，使电动机迅速停转。,8.2 电动机的基本保护环节,对电动机控制而言，须具备四种基本保护：短路电流保护，过载保护(或过电流保

15、护)，欠电压保护(包括零电压保护)以及对三相交流电动机缺相保护等。,一、短路保护 电流不经负载而直接形成回路称短路。 常用的短路保护措施有：在电路中装设自动空气断路 器（又称自动空气开关）、熔断器（俗称保险丝）等。 熔断器串联在电源和用电电路之间，如图8-13中的 FU1。当流过的电流超过其允许值时，熔体自动熔 断，从而切断故障电路。当流过熔断器的电流小于其额 定电流时，熔断器可长期工作而不熔断。当流过的电流 超过其额定电流时，并不是立即熔断，而是要经过一定 的时间使熔体的温度达到熔点后才会熔断。,二、过载保护 对于大多数电气设备来说，当电流超过其额定值（即过载）时，并不一定会立即损坏，但长时

16、间的或严重的过载是不能允许的。故在电路中常装设过载保护，以防被保护电器因过载而损坏。 过载保护的原理是：当被保护电器出现长时间过载或超强度过载时，利用过载时出现的热效应、电磁效应等使过载保护电器动作，使被保护设备脱离电源。 用于过载保护的电器：热继电器、过电流继电器、自动空气开关。,三、失压（欠压）保护,失压(零压)（欠压）保护是依据接触器本身的电磁机构和起动按钮来实现的。当电源电压由于某种原因消失时，电动机会自动停车。当电源电压恢复时，电动机不会自动起动，只有在操作人员按下起动按钮后，电动机才可起动，这种保护称为失压保护。当电源电压过分降低（欠压）时，电动机为了维护电磁转矩满足负载转矩的需要

17、，其电流必将增加，使电动机可能过载甚至烧毁。而此时由于电源电压过分降低，接触器反力弹簧的作用力大于电磁吸力时衔铁将释放，主触头断开，使电动机脱离电源，实现欠压保护。,用作零电压和欠电压保护的继电器或接触器，必须具备高返回系数，吸引线圈的吸合电压Ux，一般整定在0.80.85额定电压之间，释放电压Uf整定在0.50.7额定电压之间。,四、缺相保护 三相交流异步电动机运行时，任一相断线(或失电)，会造成单相运行，此时电动机为了得到同样的电磁转矩，定子电流将大大超过其额定电流，导致电机发热烧坏，缺相运行的电机，还伴随着剧烈的电振动和机械振动。一般热继电器的发热元件串接在三相主电路的任意两相之中，在任

18、一相发生断路（缺相）故障时，必然导致另两相电流的大幅度增加。,8.3 控制电路的基本控制环节,一、电气控制系统原理电路图和安装接线图,在电气控制系统中，各种电机、电器等元件是按照生产工艺的要求，按照一定的规律，由导线等联成电气线路，而表示电气电路图的方法有两种，即原理图和安装接线图。,原理图是用来说明电气控制系统工作原理的电气电路图，绘制原理图的出发点是便于阅读，下面列出绘制原理图的几项原则：,（1）所有电机、电器等元件都应采用统一规定的图形符号和文字符号来表示。 （2）原理图一般分主电路和辅助电路两大部分。 （3）在原理图中，同一电器的不同部分（如线圈、触点）分散在图内不同的部位，为易于识别

19、，规定使用同一文字符号标明。,（4）在原理图中所有的触点均表示“正常状态”，所谓正常状态是指各种电器在没有通电和没有外力作用时的状态。 （5）为安装和维修方便，电机和电器的各接线端都要用数字编号。,安装接线图是用来表明电气控制系统中各元件的实际安装位置和接线情况的，在安装和检修电气设备时用安装接线图更为方便，下面列出绘制安装接线图的几项原则： （1）安装接线图应表示出各电器的实际位置，同一电器的各元件要画在一起。 （2）要表示出各电机、电器之间的电气联接，凡是导线走向相同的可以合并画成单线。 （3）安装接线图中元件的图形和文字符号以及端子的编号应与原理图一致。 （4）安装接线图上应标明导线的走

20、线管的型号、规格和尺寸。,CW6132型普通车床电气原理图,二、电动机的点动控制电路,三、电动机的连续控制电路 大多数鼠笼式电动机的连续控制采用磁力起动器进行控制。 磁力起动器是用来远距离控制和保护鼠笼式电动机最简单的成套电器，它是由电源开关、熔断器、按钮、交流接触器和热继电器等组成。,在点动控制的基础上，若将接触器KM的一对常开辅触头KM与起动按钮SBl的触头并联，即成为“连续”控制，辅触头 KM被称为“自锁”(或 “自保”)触头。上节介绍的交流磁力起动器对电动机进行直接起动控制就是连续控制方式。该方式中要解除“自锁”，必须按停车按钮SB2。,四、电动机的多地点控制电路 为了操作方便，某些设

21、备往往要求在两个或两个以上的地点对它都能进行操作。 实现这一要求的就是多地点控制，只要将两个或多个起动按钮和停止按钮分别组成并联和串联电路即可。 图8-16的电路就属于两地点控制中的按钮连接方式的一种。,有些生产机械要求能在两个或两个以上多地点进行控制，例如，机舱内许多泵浦电动机不但要求能在泵附近进行起停控制，而且要求能在集控室进行遥控操纵。为此可将多地点起动按钮并接成“或”逻辑关系，多地点停车按钮串接成“与”逻辑关系。,五、电动机的行程控制电路 某些生产机械的运动部件的行程范围有一定限制，例如船舶舵机的左右舵角偏转必须限制在35以内；起货机提升机构必须防止吊索收尽以免造成吊钩撞碰吊臂事故等。

22、实现行程控制，应将限位（行程）开关安置在设限的位置上。STB和STA分别为左右移动的终端限位（行程）开关。,限位控制是避免生产机械进入异常位置的一种限位保护。,六、电动机的互锁控制电路,线路中的接触器触头KMF和KMB构成了电动机正反转互锁保护，用于防止正、反转接触器KMF和KMB的同时动作。电气互锁.,机械和电气互锁保护，用于防止正、反转接触器KMF和KMB的同时动作。,七、电动机的联锁控制电路 船舶主空压机正常工作时，需要冷却水进行冷却，所以要求冷却水泵先运行，冷却水压力建立后才能起动空压机。还有船舶甲板上的电动起货机中的主拖动电动机的起动，只有在为它冷却的风机电动机起动后它才能起动。这就

23、是顺序起动联锁控制。,接触器KM1控制设备A， KM2控制设备B。KM1的常开辅触头串在KM2的控制回路中，因此只有当KM1获电动作后， KM2才有可能动作。而KM2的常开辅触头KM2与按钮SB3并联，因此当KM2获电处于运行状态时， KM1是不会失电停止工作的。,当一台电机启动后,第二台才能启动。如冷却泵先启动，工作泵后启动。,七、电动机的双位控制电路 在许多无人管理的生产场合，常用到 “双位”自动控制。例如船舶辅锅炉的高低水位控制，食品冷库的高低温度控制，空调压缩机的自动起停控制等等。 在压力双位控制中，通常使用组合式压力开关，此种压力开关有两对触头，一对是高压触头(为动断触头)，一对是低

24、压触头(为动合触头)。被控对象的高限对应于压力开关SP的高压触头的断开值，而其低限则对应于压力开关SP的低压触头的闭合值。,(a)单元式双位控制 (b)组合式双位控制 图8-21 双位控制,八、时间控制,船舶机舱泵浦电机按照时间原则启动，很多控制电路需要实施时间控制。例如： 大容量三相交流异步电动机起动的Y换接起动； 船上的燃油辅锅炉，点火时间通常设定为510s，在这段时间内如果点火不成功，则视为点火失败，发出报警。,通电延时,断电延时,第四节 异步电机的典型控制电路,一、电动机正反转控制电路 1电动机正、反转控制电路,图8-22是用辅助触头作联锁的电动机正反转控制电路。 图8-23是利用复合

25、按钮及辅助触头作联锁的电动机正反转起动控制。,图8-22 正反转起动控制,复合按钮正、反转起动控制,二、海（淡）水柜水位自动控制电路,水柜为压力水柜，随着用水量的变化，水、气空间容积在变化，即液位高度和气压都在变化。水位上升，气的空间高度减小，气压增加，如果不考虑漏气损耗，气压大小显然是与水位高低成正比例的，高限水位H(H)对应着高限压力，低限水位H(L)对应着低限压力 。,双位（限）原理的自动控制,海(淡)水柜(压力)自动控制,压力开关,SP(H)和SP(L)分别代替SB2和SB1,海(淡)水柜(压力)自动控制,空压机自动控制电路,它的控制要求是：当主空气瓶内气压达到2.52.8MPa高限值

26、时，空压机必须停机；而当气压降低到1.51.3MPa低限值时，空压机则要重新起动。 在手动控制时，先把“手动自动”转换开关置于“手动”位置。当“手动自动”转换开关置于“自动”位置时，空压机的起动和停机完全由组合式压力开关SP的高、低压触头来控制。,卸载起动 YV1冷却水电磁阀 YV2供气电磁阀 YV3残气电磁阀 SP_w冷却水压力开关 低油、水压保护 高温保护 过载保护 HL1、3停止指示灯 HL2、4运行指示灯,压力开关 高压整定为2.5-2.8MPa 低压整定为1.5-1.8MPa,三、异步电机Y换接起动控制电路,正常运行时采用形接法，起动时采用Y形接法，以减小起动电流。,按SB1 1KM

27、有电(自锁) KT通电延时 3KM有电(互锁2KM) Y形起动,KT延时时间到 3KM失电 2KM有电(自锁) 形起动 KT失电 FU短路保护 FR过载(缺相)保护 1KM失压保护,两地控制并带工作状态指示灯,四、自藕变压器降压起动控制电路 自藕变压器起动器，又叫补偿起动器。用它起动电动机时，起动电流和起动转矩可以根据抽头位置进行调节，使用自藕变压器时，高压侧接到电网，低压侧接到电动机。 图8-26为采用自藕变压器降压起动鼠笼式异步电动机的起动线路。,图8-26 自耦变压器降压起动控制,按SBT KM1有电(自锁) KM2有电 降压起动 KT通电延时,图8-26 自耦变压器降压起动控制,KT延

28、时时间到 KA有电(自锁) KM1失电(解锁) KM2失电 KM3有电 全压运行 FU短路保护 FR过载(缺相)保护 KA失压保护,五、定子回路串联电抗、电阻降压起动控制电路,鼠笼式异步电动机定子回路串电阻起动，适用于中等容量的异步电动机要求平稳起动的场合。这种降压起动方法是在电动机起动时，在三相定子回路中分别串接一个电阻，由于串联了电阻，使加在电动机绕组上的电压低于电网电压，待起动后，再将电阻短路切除，电动机即在额定电压下正常运行。,图8-27 定子回路串电阻降压起动,图8-28 另一种定子回路串电阻降压起动,六、三相异步电动机的制动控制电路 1机械制动控制电路 2反接制动控制电路 3能耗制

29、动控制电路,1机械制动控制电路,SBT起动按纽 SBP停止按纽 YB电磁制动器,2反接制动控制电路,图8-30 单向起动反接制动控制电路,YS速度继电器 大于120RPM闭合 低于100RPM断开 R反接制动限流电阻,YS转速可调整 限制30次/分,2反接制动控制电路,图8-31 单向起动反接制动另一控制电路,3能耗制动控制电路,图8-32 能耗制动主电路,图8-33 手动控制能耗制动电路,图8-34 延时控制能耗制动电路(通电延时继电器),图8-35 另一种延时控制能耗制动电路(断电延时继电器),八、三相交流异步电动机的调速控制电路 三相交流异步电动机调速的种类及方法较多，在这里只介绍异步电

30、动机的变极调速控制。改变异步电动机的磁极对数调速，一般适用于鼠笼型异步电动机，因为改变定子极对数时，转子极对数也必须同时改变，而鼠笼型转子本身没有固定的极数，它的极数随定子磁场的极数而定。为了避免在转子方面进行变极改接，故变极调速不用于绕线式转子异步电动机。,YD系列是国内变极电动机的主要产品系列。YD系列双速电动机为单绕组，三速、四速为双绕组。接线见图8-36，出线端见表8-2.,图8-36 YD系列双速电动机绕组接线,表8-2,图8-37 从起动到YY运转控制,图8-38 双速电动机的另一种控制电路,九、直流电动机起动控制电路 直流他励电动机起动时，需要在电枢电路中串入起动电阻，起动电阻的

31、控制方法很多。 图8-39所示为按时间原则控制直流电动机起动的电路。图中电动机的电枢电路串有三级起动电阻，电动机起动时，利用时间继电器，依次切除起动电阻。 图8-41是用按钮操作的利用时间原则起动电动机的电路。,图8-40 用主令控制器利用时间原理控制直流电动机的起动,KUC欠电流继电器 KOC过流保护继电器 KZP零位保护,RD续流电阻 Re调磁电阻,图8-40 用按钮操纵利用时间原则起动直流电动机,十、 直流他励电动机正、反转控制电路 改变转向的方法有两个：一是电枢绕组两端极性不变，而将励磁绕组反接，另一是励磁绕组极性不变而将电枢绕组反接。 图8-42 为直流他励电动机正反转主电路原理图,

32、图8-41 直流他励电动机正反转主电路原理图,第五节 电动机的智能控制,模块控制有几个明显的优点： 第一，集成化，单元结构体积小、控制电路可靠； 第二，智能化，在模块上采用了微处理器； 第三，互换性。,一、模块的基本功能 模块有五种，分别为ESM-101、ESM-102、ESM-103、ESM-104及ESM-105，用这些模块可以组成各种控制方法。 通过对模块上起动/停止按钮的操作，或通过对集控台、机旁等上起动/停止按钮的操作，就可以实现辅助机械（指电机）的起动/停止。 通过模块上的手动-自动或手动-自动转换选择按钮开关的选择，并根据压力开关信号或浮子液位信号，能自动实现电动机的起动/停止控

33、制。,二、智能化控制模块组成的控制电路的工作原理和运行分析 1模块ESM-105的控制功能,模块ESM-105组成的控制电路的功能是实现组合性负载自动切换且在电网失电后，再恢复供电时，能依据事先设定的次序重新自动起动并运行。,1）手动操作 1）起动和运行 2）停止 3) 过载 4) 连续起动 2）自动切换操作 1）起动和备用 2) 停止 3）过载 4）运行泵出口压力低 5） 连续起动,2模块ESM-105组成的控制电路的原理和运行分析,No1 泵控制电路,No2 泵控制电路,8.6 可编程序控制器及应用,在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称： 可编程序矩阵控制器PMC （Programma

34、ble Matrix Controller） 可编程序顺序控制器PSC （Programmable Sequence Controller） 可编程序逻辑控制器PLC （Programmable Logic Controller）,8.6.1 PLC概述,1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。,1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。,PLC的分类： （1）按 IO点数分类 IO点数小于 32为微型P

35、LC； IO点数在32128为微小型PLC； IO点数在128256为小型PLC； IO点九在2561024为中型PLC； IO点数大于1024为大型PLC； IO点数在4000以上为超大型PLC。,（2）按结构形式分类： 整体式PLC： 又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。 模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块， 如 CPU模块、I0模块、电源模块和各种功能模块。 模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。 叠装式PLC：有的PLC将整体

36、式和模块式结合起来， 称为叠装式PLC。,PLC的优、缺点： （1）PLC的优点 可靠性高(平均无故障时间3-5万小时) 编程简单 通用性强 体积小、结构紧凑、安装、维护方便,（2）PLC的缺点 主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。 编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。,PLC的应用领域,PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、 交通等行业。经验表明， 80 以上的工业控制可

37、以使用PLC来完成。 在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLC来取代。,8.4.2 PLC基本组成和工作原理, PLC的基本组成,1.中央处理单元（CPU）： (1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令 (2)将各种输入信号取入 (3) 把运算结果送到输出端 (4) 响应各种外部设备的请求 - 通用处理器：8086、80286、80386 单片机芯片：8031、8096 位片式微处理器：AMD-2900 小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU 大型PLC多采用高速位片式微处理器,2. 存储 RAM：存储各种暂存数据、

38、中间结果、用户正调 试的程序。 ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。,3. 输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。,输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。,输出三种形式：继电器 - 低速大功率 可控硅 - 高速大功率 晶体管 - 高速小功率,输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。,（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。,COM,光电三极管,发光二极管,直流电源,输入端子,PLC,发光二极管

39、,继电器输出,（2）输出接口电路：,以继电器形式为例：,PLC,+,交流电源或直流电源,4.电源单元 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。 可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。,5. 各种接口、高功能模块：便于扩展 小型机：一体机。有接口可扩展。,电源模块,CPU模块,IO模块,底 板,中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。,输入点总有输入映象区的某一位与之相对应,I/O映象区的大小与系统控制的规模有关,PLC工作时，将

40、采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应的位上。PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取用于I/O映象区，而不直接与外部设备发生关系 。, PLC的工作原理建立I/O映像区,初始化,CPU自诊断,通信信息处理,与外设交换信息,执行用户程序,输入输出信息处理,定期检查用户程序存储器、I/O单元的连接、I/O总线是否正常，定期复位监控定时器WDT,PLC之间以及PLC与PC之间； PLC与其他带微处理器的智能装置通信,编程器、终端设备、彩色图形显示器、打印机,以扫描的方式按顺序逐句扫描处理，运算结果存入输出映象区对应位中,扫描的方式输

41、入信号的状态存入输入映象区；结果存入输出映象区，直至传送到外部被控设备。,清除内部继电器区，复位定时器等，并进行自诊断，对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进行检查。,PLC工作过程,可编程序控制器对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。,用户程序的循环扫描过程,S7-200PLC的系统配置,基本单元（S7-200CPU模块）也称为主机，它包括一个中央处理单元（CPU）、电源、数字量输入输出单元。基本单元可以构成一个独立的控制系统。,个人计算机（PC）或编程器需装上STEP7-Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程序的编制、编辑、调试

42、和监视等。,STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等。,通讯电缆是PLC用来与个人计算机（PC）实现通讯的。可以用PC/PPI电缆（RS232RS485），也可用一个通讯处理器（CP）和多点接口（MP1）电缆，或者用一块MPI卡及随MP1卡提供的一根通讯电缆。,CPU226AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图,S7-200编程语言 （1）梯形图LAD：梯形图是在继电器接触器控制系统中的控制线路图的基础上演变而来的，是应用最多的一种编程语言。,（2）语句表STL：语句表STL类似于计算机的汇编语言，是PLC的最基础的编程语言。它可以编写出

43、用梯形图或功能图无法实现的程序，是PLC的各种语言中执行速度最快的编程语言。,（3）功能块图FBD：功能块图FBD类似于数字电子电路，它是将具有各种与、或、非、异或等逻辑关系的功能块图按一定的控制逻辑组合起来。,PLC梯形图语言的编程原则,1、梯形图由多个梯级组成，每个线圈可构成一个梯级， 每个梯级有多条支路，每个梯级代表一个逻辑方程； 2、梯形图中的继电器继电器、接点、线圈不是物理的， 是PLC存储器中的位(1=ON；0=OFF)；编程时常开/ 常闭接点可无限次引用，线圈输出只能是一次； 3、梯形图中流过的不是物理电流而是“概念电流”，只 能从左向右流； 4、用户程序的运算是根据PLC的输入

44、/输出映象寄存器中 的内容，逻辑运算结果可以立即被后面的程序使用； 5、PLC的内部继电器不能做控制用，只能存放逻辑控制 的中间状态； 6、输出线圈不能直接驱动现场的执行元件，通过I/O模 块上的功率器件来驱动。,1. 位操作功能 2. 定时器/计数器 3. 算术运算功能 4. 关系运算功能 5. 数据传送功能 6. 转换功能 7. 控制功能,S7-200PLC指令系统,2.功能块,1.继电器,输入参数,输出参数,长度,一、基本逻辑指令,助记符,LD I0.0 A I0.1 = Q0.0,LD I0.0 O I0.1 = Q0.0,LDN I0.1 = Q0.0,当 I0.0与 I0.1 都

45、“ON” 时， 则输出 Q0.0 “ON”(1)。,当 I0.0 或 I0.0 “ON” 时,则输出 Y0 “ON”(1),当 I0.1 “OFF” 时 则输出 Q0.0 “ON”(1),逻辑关系,梯形图,注意：与、或、非运算均是对从该指令前面的ST 指令到该指令的前一个指令处的结果进行 运算。,X2是与图中A点处的结果（即X0与X1的结果）相或，而不是与X1相或。,助记符,LD X0 O X1 LD X2 O X3 ALD = Y0,LD X0 A X1 LD X2 AN X3 OLD = Y0,当 “X0 或 X1”与“X2 或X3” 都 “ON” 时， 则输出 Y0 “ON”。,当 “X0 与 X1”或“X2 与 X3非” “ON” 时，则输 出 Y0 “ON”。,逻辑关系,梯形图,电动机直接起动停车控制,I/O分配： 停车按钮SB1: I0.0 起动按钮SB2: I0.1 接触器KM : Q0.1,I/O分配决定PLC的端子接线图,端子接线方式又决定编程语言,电动机直接起动停车控制,端子接线方式又决定编程语言,电动机直接起动停车控制,