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1、低压电器基础知识低压电器基础知识第1页，共99页，编辑于2022年，星期五第第8章章 电动机的自动控制基础电动机的自动控制基础8.1 控制电器的结构原理和功能控制电器的结构原理和功能 8.2 电动机的基本保护环节电动机的基本保护环节 8.3 控制电路的基本控制环节控制电路的基本控制环节 8.4 可编程序控制器及应用可编程序控制器及应用 第2页，共99页，编辑于2022年，星期五 内容简介内容简介本本章章首首先先介介绍绍常常用用的的控控制制电电器器如如继继电电器器、接接触触器器等等，讲讲述述组组成成电电器器控控制制线线路路的的基基本本规规则则；之之后后，分分析析可可编程控制器的工作原理。编程控制
2、器的工作原理。第3页，共99页，编辑于2022年，星期五电器是一种能根据外界的信号（机械力、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、检测和调节用象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件或设备。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低压电器：常指用于交流额定电压1200v1200v、直流额定电压、直流额定电压1500v1500v及以下的电路中的电器产品及
3、以下的电路中的电器产品第4页，共99页，编辑于2022年，星期五8.1 控制电器的结构原理和功能控制电器的结构原理和功能 第5页，共99页，编辑于2022年，星期五时间继电器时间继电器热继电器热继电器按钮按钮熔断器熔断器限位开关限位开关接触器接触器组合按钮组合按钮中间继电器中间继电器第6页，共99页，编辑于2022年，星期五8.1.1 接触器接触器动作过程动作过程线圈通电线圈通电衔铁被吸合衔铁被吸合触头闭合触头闭合电机接通电源电机接通电源 线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁主触头主触头弹簧弹簧辅助辅助触头触头M3电机电机当吸引线圈通电后，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
4、度时，由反力弹簧作用使衔铁释放。第7页，共99页，编辑于2022年，星期五11铁芯铁芯 2 2线圈线圈 33衔铁衔铁 4 4静触点静触点 55动触点动触点 6 6触点弹簧触点弹簧77释放弹簧释放弹簧 电磁式电器工作原理示意图电磁式电器工作原理示意图 b b）线圈通以交流电）线圈通以交流电（a）线圈通以直流电的电磁机构）线圈通以直流电的电磁机构I与与无关无关第8页，共99页，编辑于2022年，星期五接触器有关符号：接触器有关符号：接触器线圈接触器线圈接触器主触头用于主电路接触器主触头用于主电路 （流过的电流大，需加灭弧装置）（流过的电流大，需加灭弧装置）常开常开常闭常闭接触器辅助触头用于控制电路
5、接触器辅助触头用于控制电路 （流过的电流小，无需加灭弧装置）（流过的电流小，无需加灭弧装置）接触器控制对象：电动机及其它电力负载接触器控制对象：电动机及其它电力负载接触器指标：额定工作电压、电流、触点数目等。接触器指标：额定工作电压、电流、触点数目等。第9页，共99页，编辑于2022年，星期五2)接触器的主要技术参数接触器的主要技术参数（1）线圈额定电压：）线圈额定电压：指接触器吸合线圈的额定工作电压。指接触器吸合线圈的额定工作电压。（2）额定电流：）额定电流：指主触头的额定工作电流。指主触头的额定工作电流。（3）动作值：）动作值：指接触器的吸合线圈电压和释放电压。指接触器的吸合线圈电压和释放
6、电压。第10页，共99页，编辑于2022年，星期五8.1.2 8.1.2 主令电器主令电器 主令电器是切换控制线路的单极或多极电器，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、主要包括按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。主令控制器等。第11页，共99页，编辑于2022年，星期五1)1)按钮开关按钮开关 按钮开关通常用来接通或断开控制电路，从而控制电按钮开关通常用来接通或断开控制电路，从而控制电动机或其他电气设备的运行。动机或其他电气设备的运行。第12页，共99页，编辑于2022
7、年，星期五2)万能转换开关万能转换开关(多路多极开关多路多极开关)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；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定位式转换开关则每隔30或或45有一个定位。有一个定位。第13页，共99页，编辑于2022年，星期五3)3)行程开关行程开关 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
8、两种有按钮式和转臂式两种第14页，共99页，编辑于2022年，星期五主主令令控控制制器器是是一一种种多多位位置置多多回回路路的的控控制制开开关关，适适合合于于频频繁繁操操作作并并要要求求有有多多种种控控制制状状态态的的场场合合，例例如如起起货货机机、锚锚机的控制等。机的控制等。4)4)主令控制器主令控制器第15页，共99页，编辑于2022年，星期五最简单而又有效的短路保护电器是熔断器，船最简单而又有效的短路保护电器是熔断器，船上常用的有管式和螺旋式上常用的有管式和螺旋式。8.1.3 8.1.3 熔断器熔断器第16页，共99页，编辑于2022年，星期五熔体额定电流熔体额定电流 的选择：的选择：频
9、繁起动的电机频繁起动的电机2.电动机主回路电动机主回路（稍大）（稍大）1.平稳负载平稳负载 （如电灯、电炉）（如电灯、电炉）电路符号电路符号FU安秒特性安秒特性tIF几台电动机共电路几台电动机共电路=（1.52.5)In(最大的电动机最大的电动机)+In(其余电动机其余电动机)第17页，共99页，编辑于2022年，星期五继电器是传递信号的一种电器。继电器是传递信号的一种电器。按感觉元件的动作原理可分为电磁式、感应式、按感觉元件的动作原理可分为电磁式、感应式、机械式、双金属片式、电子式、电动式等。机械式、双金属片式、电子式、电动式等。8.1.4 继电器继电器第18页，共99页，编辑于2022年，
10、星期五其其结结构构和和动动作作原原理理与与电电磁磁式式接接触触器器相相似似，与与接接触触器器不不同同的的地地方方是是继继电电器器无无主主、辅辅触触头头之之分分，动动作作灵灵敏敏。它也有交流和直流之分。它也有交流和直流之分。1)电磁式继电器电磁式继电器第19页，共99页，编辑于2022年，星期五（1）电电压压继继电电器器：其其电电压压线线圈圈匝匝数数多多、线线径径细细，并并联联于于电电路路中中。正正常常电电压压时时，衔衔铁铁被被吸吸合合。当当电电压压低低于于某某一一整整定定值值或或为零时，衔铁被释放。为零时，衔铁被释放。（2）电电流流继继电电器器：其其电电流流线线圈圈匝匝数数少少、线线径径粗粗，
11、串串联联于于电电路路中。中。当电流达到某一整定值时，衔铁被吸合或释放。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：）中间继电器：是将一个输入信号变为一个或多个输出是将一个输入信号变为一个或多个输出信号的继电器。信号的继电器。其作用是增加触头数量以扩大控制范围；具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有以弱控强的开关信号“放大放大”能力。在较复杂的电路中用能力。在较复杂的电路中用作程序控制元件。作程序控制元件。第20页，共99页，编辑于2022年，星期五 2)时间继电器时间继电器时间继电器时间继电器定时类型：定时类型：电子式电子式阻容式阻容式电磁式（空气式）电
12、磁式（空气式）电动式电动式机诫式机诫式数字式数字式第21页，共99页，编辑于2022年，星期五（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的工作原理空气阻尼式时间继空气阻尼式时间继电器主要由电磁机电器主要由电磁机构、工作触头构、工作触头(微动微动开关开关)、气室及传动、气室及传动机构等组成机构等组成,它有通它有通电延时与断电延时电延时与断电延时两种。两种。延时时间的长短与气室的进气量有关，调节螺钉可整定延时时间，延时时间的长短与气室的进气量有关，调节螺钉可整定延时时间，调节范围在调节范围在0.4180s之间。之间。第22页，共99页，编辑于2022年，星期五常开触头常开触头延时闭
13、合延时闭合 常闭触头常闭触头延时打开延时打开 线圈线圈衔铁衔铁常闭触头常闭触头常开触头常开触头线圈通电线圈通电 衔铁吸合（向下）衔铁吸合（向下）连杆动作连杆动作 触头动作触头动作动作过程动作过程铁心铁心出气孔出气孔进气孔进气孔橡皮膜橡皮膜伞形活塞伞形活塞 杠杆杠杆第23页，共99页，编辑于2022年，星期五断断 电电 式式常闭常闭断电后断电后延时闭合延时闭合常开常开断电后断电后延时断开延时断开通通 电电 式式瞬瞬时时动动作作延延时时动动作作常闭触点常闭触点常开触点常开触点常开常开通电后通电后延时闭合延时闭合常闭常闭通电后通电后延时断开延时断开第24页，共99页，编辑于2022年，星期五（2）半
14、导体时间继电器半导体时间继电器 C1、C2为滤波电容为滤波电容,当电当电源变压器接上电源，正、源变压器接上电源，正、负半波由二个二次绕组分负半波由二个二次绕组分别向电容别向电容C4充电，充电，A点电点电位按指数规律上升。原始位按指数规律上升。原始状态状态VT1管导通、管导通、VT2管截管截止。止。第25页，共99页，编辑于2022年，星期五（2）半导体时间继电器半导体时间继电器 当当A A点电位高于点电位高于B B点电位，点电位，V VT1T1管截止、管截止、V VT2T2管导通，管导通，V VT2T2管集电极电流通过高灵管集电极电流通过高灵敏继电器敏继电器KAKA的线圈，右侧的线圈，右侧继电
15、器继电器KAKA的触点输出信号，的触点输出信号，同时同时KAKA的常闭触点断开充的常闭触点断开充电电路，电电路，KAKA的常开触点闭的常开触点闭合使电容放电合使电容放电，为下次工，为下次工作做好准备。作做好准备。第26页，共99页，编辑于2022年，星期五（2）半导体时间继电器半导体时间继电器 调节电位器调节电位器R RW1W1的的数值，就可以改数值，就可以改变延时的大小，变延时的大小，延时可达延时可达0.2s0.2s300s300s。第27页，共99页，编辑于2022年，星期五3)热继电器热继电器热继电器是利用电流的热热继电器是利用电流的热效应而动作的电器。效应而动作的电器。热继电器脱扣后，
16、经过一段热继电器脱扣后，经过一段时间冷却可自动或手动复位，时间冷却可自动或手动复位，图示的结构只能手动复位。图示的结构只能手动复位。热继电器也是热继电器也是反时限特性反时限特性。第28页，共99页，编辑于2022年，星期五发热元件发热元件双金属片双金属片复位按钮复位按钮它主要作用是对电动机它主要作用是对电动机实现过载保护。整定电实现过载保护。整定电流与电动机的额定电流流与电动机的额定电流基本上一致基本上一致。扣板扣板拉簧拉簧连板连板常闭触头常闭触头热继电器的符号热继电器的符号发热元件发热元件KH常闭触头常闭触头KH第29页，共99页，编辑于2022年，星期五感应式感应式 4)速度继电器速度继电
17、器按转速大小传递信号按转速大小传递信号的继电器。按结构的不同分为感应式、离心式等。的继电器。按结构的不同分为感应式、离心式等。圆环的转动力矩很小，当转速降到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时，触头在弹簧反力作用下恢复原位。恢复原位。转轴转轴永久磁铁永久磁铁圆环圆环鼠笼绕组鼠笼绕组摆槌摆槌弹簧弹簧触头触头触头触头第30页，共99页，编辑于2022年，星期五8.1.5 电磁制动器电磁制动器 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。盘式和抱闸式两种。1)圆盘式电磁制动器圆盘式电磁制动器
18、第31页，共99页，编辑于2022年，星期五当电动机运转时，电磁刹车线圈通电产生吸力，将静摩擦片当电动机运转时，电磁刹车线圈通电产生吸力，将静摩擦片(即电磁铁的衔铁即电磁铁的衔铁)吸住，而与动摩擦片相脱开，使电动机可自吸住，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。机停转。第32页，共99页，编辑于2022年，星期五调整制动器外壳上的螺栓，用于改变反作用弹簧制动力调整制动器外壳上的螺
19、栓，用于改变反作用弹簧制动力矩，但必须注意所有螺栓要均匀调节，否则会造成摩擦矩，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。片歪斜、气隙不均匀，出现噪声和振动。第33页，共99页，编辑于2022年，星期五圆盘式电磁制动器工作时静、动摩擦片之间的间隙通圆盘式电磁制动器工作时静、动摩擦片之间的间隙通常在常在2 2至至6mm6mm之间，间隙过小，容易造成松闸时静、动之间，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。机械碰撞。第34页，共99页，编辑于2022年，星期五2)抱闸式
20、电磁制动器抱闸式电磁制动器 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。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。簧力作用下，将电动机闸轮刹住，使电动机迅速停转。第35页，共99页，编辑于2022年，星期五8.2 8.2 电动机的基本保护环节电动机的基本保护环节 对
21、电动机控制而言，对电动机控制而言，须具备四种基本保须具备四种基本保护：短路电流保护，护：短路电流保护，过载保护过载保护(或过电流或过电流保护保护)，欠电压保护，欠电压保护(包括零电压保护包括零电压保护)以及对三相交流电以及对三相交流电动机缺相保护等。动机缺相保护等。第36页，共99页，编辑于2022年，星期五8.2.1 8.2.1 短路电流保护短路电流保护 图示的交流磁力起图示的交流磁力起动器中，主电路和动器中，主电路和控制电路上都装有控制电路上都装有熔断器熔断器FUFU，以实现，以实现短路保护。短路保护。第37页，共99页，编辑于2022年，星期五8.2.2 8.2.2 过载保护过载保护 图
22、示的交流磁力起动器图示的交流磁力起动器中，装有热继电器中，装有热继电器FRFR，当电动机过载时，热继当电动机过载时，热继电器的脱扣机构动作，电器的脱扣机构动作，其对应的常闭触头其对应的常闭触头FRFR打打开，接触器线圈开，接触器线圈KMKM失电，失电，主辅触头复位，使电动主辅触头复位，使电动机停转，防止电动机因机停转，防止电动机因长期过载而发热烧坏。长期过载而发热烧坏。第38页，共99页，编辑于2022年，星期五图示的交流磁力起动器图示的交流磁力起动器中的热继电器中的热继电器FR起着起着缺相保护的作用，它将缺相保护的作用，它将断开接触器电源，使电断开接触器电源，使电动机停转。动机停转。8.2.
23、2 8.2.2 过载保护过载保护 第39页，共99页，编辑于2022年，星期五一般热继电器的发热元一般热继电器的发热元件串接在三相主电路的件串接在三相主电路的任意两相之中，在任一任意两相之中，在任一相发生断路故障时，必相发生断路故障时，必然导致另两相电流的大然导致另两相电流的大幅度增加，为热继电器幅度增加，为热继电器所检测到。所检测到。8.2.2 8.2.2 过载保护过载保护 第40页，共99页，编辑于2022年，星期五8.2.3 8.2.3 零电压和欠电压保护零电压和欠电压保护 零电压保护和欠电压保护零电压保护和欠电压保护一般可由同一电器来实现。一般可由同一电器来实现。在由按钮作为主令电器的
24、在由按钮作为主令电器的控制线路中，一般由线路控制线路中，一般由线路中的接触器兼作零压和欠中的接触器兼作零压和欠压保护，而不另设专用的压保护，而不另设专用的零压和欠压保护电器。如零压和欠压保护电器。如交流磁力起动器中由接触交流磁力起动器中由接触器器KMKM来实现该保护。来实现该保护。第41页，共99页，编辑于2022年，星期五8.2.3 8.2.3 零电压和欠电压保护零电压和欠电压保护 用作零电压和欠电压保用作零电压和欠电压保护的继电器或接触器，护的继电器或接触器，必须具备高返回系数，必须具备高返回系数，吸引线圈的吸合电压吸引线圈的吸合电压Ux，一般整定在，一般整定在0.80.85额定电压之间，
25、释额定电压之间，释放电压放电压Uf整定在整定在0.50.7额定电压之间。额定电压之间。第42页，共99页，编辑于2022年，星期五2.接线图接线图:又称安装图。又称安装图。*控制线路中电器和元件的图形符号和文字符号控制线路中电器和元件的图形符号和文字符号*电气线路图电气线路图电电气气线线路路图图可可分分为为主主电电路路和和辅辅助助（控控制制）电电路路。可可绘绘制制成成两两种种不不同同的形式：电路图和接线图。的形式：电路图和接线图。1.电路图电路图:对分析电气系统的工作原理是对分析电气系统的工作原理是 十分方便的。十分方便的。8.3 8.3 控制电路的基本控制环节控制电路的基本控制环节 第43页
26、，共99页，编辑于2022年，星期五*绘制电路图的规定绘制电路图的规定其主要规定归纳如下：其主要规定归纳如下：1.电机、电器和其他带电部分都应按国家标准规定的图形电机、电器和其他带电部分都应按国家标准规定的图形符号和文字符号绘制和标注。符号和文字符号绘制和标注。2.按主电路和控制电路两部分画出。按主电路和控制电路两部分画出。3.电器都按没通电或不受外力作用时的正常状态画出。电器都按没通电或不受外力作用时的正常状态画出。第44页，共99页，编辑于2022年，星期五5.各各元元件件一一般般按按动动作作顺顺序序从从上上到到下下,从从左左到到右右依依次次排排开开。有有直接电联系的导线交叉连接点要用小圆
27、圈或黑圆点表示。直接电联系的导线交叉连接点要用小圆圈或黑圆点表示。*绘制电路图的规定绘制电路图的规定其主要规定归纳如下：其主要规定归纳如下：4.同一电器的不同部件同一电器的不同部件,按其在电路中的作用画在不同的电路按其在电路中的作用画在不同的电路部位上部位上,标以相同的文字符号。标以相同的文字符号。第45页，共99页，编辑于2022年，星期五触头（触头（KM）打开）打开按钮松开按钮松开线圈（线圈（KM）断电）断电 电机停转。电机停转。触头（触头（KM）闭合）闭合按下按钮按下按钮（SB）线圈（线圈（KM）通电）通电电机转动；电机转动；A B CM3起动起动按钮按钮8.3.1 点动控制点动控制 第
28、46页，共99页，编辑于2022年，星期五8.3.2 连续控制连续控制 在点动控制的基础上，若将接触器在点动控制的基础上，若将接触器KMKM的一对常开辅触头的一对常开辅触头KMKM与与起动按钮起动按钮SBSBl l的触头并联，即成为的触头并联，即成为“连续连续”控制，辅触头控制，辅触头 KMKM被称为被称为“自锁自锁”(”(或或“自保自保”)”)触头。上节介绍的交触头。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。该方式中要解除方式。该方式中要解除“自锁自锁”，必须按停车按钮，必须按停车按钮SBSB2 2。第47页，共99页，
29、编辑于2022年，星期五8.3.3 行程控制行程控制 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左右舵角偏转必须限制在3535以内；起货机提升机构必须防止吊索以内；起货机提升机构必须防止吊索收尽而造成吊钩撞碰吊臂事故等。实现行程控制，应将开关安置在收尽而造成吊钩撞碰吊臂事故等。实现行程控制，应将开关安置在设限的位置上，其常闭触头设限的位置上，其常闭触头SQSQl l、SQSQ2 2与控制线路中的停止控钮与控制线路中的停止控钮SBSB2 2串联。串联。第48页，共99页，编辑于2022年，星期五当运动
30、机械移动到极限位置时，行程开关的常闭触头当运动机械移动到极限位置时，行程开关的常闭触头SQSQl l、SQSQ2 2断开，电动机便停转。显然限位控制是避免生产机械进入异常断开，电动机便停转。显然限位控制是避免生产机械进入异常位置的一种限位保护。位置的一种限位保护。8.3.3 行程控制行程控制 第49页，共99页，编辑于2022年，星期五8.3.4 多地点控制多地点控制 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
31、室进行遥控操纵。为此可将多地点起制，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动按钮并接成“或或”逻辑关系，多地点停车按钮串接成逻辑关系，多地点停车按钮串接成“与与”逻辑关系。逻辑关系。第50页，共99页，编辑于2022年，星期五8.3.5 互锁控制互锁控制 线路中的接触器触头线路中的接触器触头KMKMF F和和KMKMB B构成了电动机正反转互锁保护，用于构成了电动机正反转互锁保护，用于防止正、反转接触器防止正、反转接触器KMKMF F和和KMKMB B的同时动作。的同时动作。第51页，共99页，编辑于2022年，星期五8.3.6 联锁控制联锁控制 接触器接触器KMKM1
32、1控制设备控制设备A A，KM KM2 2控制设备控制设备B B。KMKM1 1的常开辅触头串在的常开辅触头串在KMKM2 2的的控制回路中，因此只有当控制回路中，因此只有当KMKM1 1获电动作后，获电动作后，KM KM2 2才有可能动作。才有可能动作。而而KMKM2 2的常开辅触头的常开辅触头KMKM2 2与按钮与按钮SBSB3 3并联，因此当并联，因此当KMKM2 2获电处于运行状态获电处于运行状态时，时，KM KM1 1是不会失电停止工作的。是不会失电停止工作的。第52页，共99页，编辑于2022年，星期五8.3.7 双位控制双位控制 在许多无人管理的生产场合，常用到在许多无人管理的生
33、产场合，常用到“双位双位”自动控制。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。制，空调压缩机的自动起停控制等等。第53页，共99页，编辑于2022年，星期五8.3.8 时间控制时间控制 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：施时间控制。例如：大容量三相交流异步电动机起动的大容量三相交流异步电动机起动的YY换接起动；换接起动；船上的燃油辅锅炉，点火时间通常设定为船上的燃油辅锅炉，点火时间通常设定为510s510s
34、，在这段时间内如，在这段时间内如果点火不成功，则视为点火失败，发出报警。果点火不成功，则视为点火失败，发出报警。第54页，共99页，编辑于2022年，星期五8.3.9 典型控制电路典型控制电路 1 1）电动机正反转控制电路电动机正反转控制电路 电动机的正反转控制本质上是一种互锁控制：电动机的正反转控制本质上是一种互锁控制：机舱风机的正反转控制，正转时通风机向机舱送风，反机舱风机的正反转控制，正转时通风机向机舱送风，反转时从机舱抽风。转时从机舱抽风。采用按钮互锁方式的电动机正反转电气互锁控制：采用按钮互锁方式的电动机正反转电气互锁控制：救生艇吊艇机的电气控制救生艇吊艇机的电气控制 。第55页，共
35、99页，编辑于2022年，星期五第56页，共99页，编辑于2022年，星期五KHKMFSB1KMFSBFKMRKMRKMRKMFSBRKMFKMRM3A BCFUQSKH电器互锁电器互锁机械互锁机械互锁双保险双保险机械互锁（复合按钮）机械互锁（复合按钮）电器互锁（互锁触头）电器互锁（互锁触头）第57页，共99页，编辑于2022年，星期五部分起货机控制线路部分起货机控制线路第58页，共99页，编辑于2022年，星期五2 2）海）海(淡淡)水柜水位自动控制电路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
36、变化。水间容积在变化，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，高限水位比例的，高限水位H(H)H(H)对应着高限压力，低限水对应着高限压力，低限水位位H(L)H(L)对应着低限压力对应着低限压力 。第59页，共99页，编辑于2022年，星期五双位（限）原理的自动控制双位（限）原理的自动控制第60页，共99页，编辑于2022年，星期五海海(淡淡)水柜水柜(压力压力)自动控制自动控制第61页，共99页，编辑于2022年，星期五SP(H)
37、和和SP(L)分别代替分别代替SB2和和SB1海海(淡淡)水柜水柜(压力压力)自动控制自动控制第62页，共99页，编辑于2022年，星期五3 3）空压机自动控制电路）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它的控制要求是：当主空气瓶内气压达到2.52.52.8MPa2.8MPa高限值时，高限值时，空压机必须停机；而当气压降低到空压机必须停机；而当气压降低到1.51.51.3MPa1.3MPa低限值时，空压机低限值时，空压机则要重新起动。则要重新起动。在手动控制时，先把在手动控制时，先把“手动自动手动自动”转换开关置于转换开关置于“手动手动”位置。当位置。当“手动自动手动自动”转换
38、开关置于转换开关置于“自动自动”位置时，空位置时，空压机的起动和停机完全由组合式压力开关压机的起动和停机完全由组合式压力开关SPSP的高、低压触头的高、低压触头来控制。来控制。第63页，共99页，编辑于2022年，星期五第64页，共99页，编辑于2022年，星期五压力继电器高压：2.52.8Mpa；低压：1.51.3Mpa.SP-W 为冷却水压力保护.“自动”：压力开关SP低压开关代替启动按钮；压力开关SP高压开关代替停止按钮.“手动”：合QS YV3有电，泄残阀开启泄残.按SB1 KA有电 YV1有电，冷却水阀开.当压力上升到正常值SP-W 闭合 KM有电 空压机启动.自锁 KT有电 KT断
39、 KA断电 KT断 YV3关闭 KT闭合 YV2供气阀开供气.延时第65页，共99页，编辑于2022年，星期五4 4）三相异步电动机）三相异步电动机YY起动控制电路起动控制电路 正常运行时采用正常运行时采用形接法，起动时采用形接法，起动时采用Y Y形接法，以减小起形接法，以减小起动电流。动电流。第66页，共99页，编辑于2022年，星期五第67页，共99页，编辑于2022年，星期五按按SB2 KM1有电有电 KM2有电有电 Y起动起动 KT有电有电 延时延时 KM2断电断电 自保自保 KM3有电有电 运转运转自保自保KT 断电断电起动过程：起动过程：第68页，共99页，编辑于2022年，星期五
40、第69页，共99页，编辑于2022年，星期五8.4 8.4 可编程序控制器及应用可编程序控制器及应用在在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称：的发展历程中，有过几个不同的名称：可编程序矩阵控制器可编程序矩阵控制器PMC （Programmable Matrix Controller）可编程序顺序控制器可编程序顺序控制器PSC （Programmable Sequence Controller）可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器PLC （Programmable Logic Controller）8.4.1 PLC8.4.1 PLC概述概述第70页，共99页，编辑于2022年，星期五1968
41、年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽），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。造一种新型的工业控制装置。1969年美国数字设备公司（年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线公司汽车生产线上首次应用成功。上首次应用成功。第71页，共99页，编辑于2022年，星期五可靠性高可靠性高(平均无故障时间平均无故障时间
42、3-5万小时）万小时）编程简单编程简单通用性强通用性强体积小、结构紧凑、安装、维护方便体积小、结构紧凑、安装、维护方便PLCPLC的优点的优点的优点的优点第72页，共99页，编辑于2022年，星期五PLCPLC的缺点的缺点的缺点的缺点主要是主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专的软、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，用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。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
43、公司的致，因此各公司的 PLC互不兼容。互不兼容。第73页，共99页，编辑于2022年，星期五PLCPLC的应用领域的应用领域的应用领域的应用领域PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应泛应 用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、电子、食品、交通等行业。经验表明，交通等行业。经验表明，80 以上的工业以上的工业控制可以使用控制可以使用PLC来完成。来完成。在日本，凡在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLC来取代。来
44、取代。第74页，共99页，编辑于2022年，星期五8.4.2 PLC8.4.2 PLC基本组成和工作原理基本组成和工作原理 PLC的基本组成的基本组成编程器或其他编程设备编程器或其他编程设备SBSQSAHLYVKM微处理器微处理器存储器存储器输输入入单单元元输输出出单单元元电源电源第75页，共99页，编辑于2022年，星期五1.中央处理单元（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将各种输入信号取入(3)把运算结果送到输出端把运算结果送到输出端(4)响应各种外部设备的请求响应各种外部设备的请求-通
45、用处理器：通用处理器：8086、80286、80386单片机芯片：单片机芯片：8031、8096位片式微处理器：位片式微处理器：AMD-2900小型小型PLC多采用多采用8位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPU中型中型PLC多采用多采用16位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPU大型大型PLC多采用高速位片式微处理器多采用高速位片式微处理器第76页，共99页，编辑于2022年，星期五2.存储存储RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。第
46、77页，共99页，编辑于2022年，星期五3.输入、输出接口：输入、输出接口：采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：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。电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器-低速大功率低速大功率 可控硅可控硅-高速大功率高速大功率 晶体
47、管晶体管-高速小功率高速小功率输入接口作用：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。信号送入主机。第78页，共99页，编辑于2022年，星期五（1）输入接口电路：）输入接口电路：采用采用光电耦合器，防止强电干扰。光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管光电三极管发光二极管发光二极管直流电源直流电源输入端子输入端子+PLCXn+24V发光二极管发光二极管第79页，共99页，编辑于2022年，星期五继电器输出继电器输出（2）输出接口电路：）输出接口电路：以以继电器形式为例：继电器形式为例：PLC内内部部电电路路内
48、内部部电电路路J+交流电源或直流电源交流电源或直流电源YCOM-第80页，共99页，编辑于2022年，星期五4.电源单元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。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。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。压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。第81
49、页，共99页，编辑于2022年，星期五5.各种接口、高功能模块：各种接口、高功能模块：便于扩展便于扩展 小型机：小型机：一体机。有接口可扩展。一体机。有接口可扩展。第82页，共99页，编辑于2022年，星期五电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合模块式。可根据需要在主板上随意组合。第83页，共99页，编辑于2022年，星期五输入点总有输入映象区的某一位与输入点总有输入映象区的某一位与之相对应之相对应 I/O映象区的大小与系统控映象区的大小与系统控制的规模有关制的规模有关 PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对工作时，将采集到的
50、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。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在执行用户程序时所需“输入继电器输入继电器”、“输出继电器输出继电器”的数据取用于的数据取用于I/O映象区，而不直接与外部设备发生关系映象区，而不直接与外部设备发生关系。PLC的工作原理的工作原理建立建立I/O映像区映像区第84页，共99页，编辑于2022年，星期五定期检查用户程序存储器、定期检查用户程序存储器、I/O单元的连接、单元的连接、I/O总线总线是否正常，定期复位监控定时器是否正常，定期复位监控定时器WDTPLC之间以及之间以及P