电气与PLC控制系统的设计.ppt

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1、电气与PLC控制系统的设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第1章常用低压电器1.1概述一、低压电器的定义 是指工作在直流1500V、交流1000V（1140V）及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的基本器件。二、低压电器分类（一）按操作方式分：手动电器：由人工直接操作才能完成任务的电器称为手动电器，如刀开关、按钮和转换开关等。自动电器：指不需要人工直接操作，按照电的或非电的信号自动完成接通、分断电路任务的电器称

2、为自动电器，如低压断路器、接触器和继电器等。（二）按用途分：低压配电电器：主要用于低压供电系统，如刀开关、低压断路器、转换开关和熔断器等。低压控制电器：主要用于电力拖动控制系统，如接触器、继电器、控制器、控制按钮、行程开关、主令控制器和万能转换开关等。（三）按工作原理分：电磁式电器：根据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器、电磁式继电器等。非电量控制电路：电器的工作是靠外力或非电物理量的变化而动作的电器。如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器和温度继电器等。1、电磁式控制电器：由电磁机构、触头系统、灭弧系统组成。（1）电磁机构：电磁机构通常采用电磁铁的形式，由吸引线圈、铁心(亦称

3、静铁心或磁轭)和衔铁(也称动铁心)三部分组成。其作用原理：当线圈中有电流通过时，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使得衔铁与铁心闭合，由连接机构带动相应的触头动作。1-衔铁2-铁心3-线圈（2）触头系统：触头的作用是接通或分断电路。触头的结构有桥式触头指式触头：适用于分合次数多，电流大的场合。点接触式：适用于电流不大场合面接触式：电流较大场合。a-点接触式b-面接触式c-指式触头（3）灭弧系统：双断口电动力吹弧 磁吹灭弧 窄缝(纵缝)灭弧法 栅片灭弧法1.2 刀开关与组合开关 低压开关又称低压隔离器，是低压电器中结构比较简单、应用广泛的一类手动电器。主要有刀开关、组合开关、以及用刀开关与熔断器组合成

4、的胶盖瓷底刀开关和熔断器式刀开关，还有转换开关等。一、刀开关（一）闸刀开关（胶盖刀开关）1、文字符号：QS2、图形符号：单极双极三极（1）型号：胶盖刀开关即开启式负荷开关，适用于交流50Hz，额定电压单相220V、三相380V，额定电流至100A的电路中，作为不频繁地接通和分断有负载电路与小容量线路地短路保护之用。其中三极开关适当降低容量后，可作为小型感应电动机手动不频繁操作地直接起动即分断用。常用地有HK1和HK2系列。3、主要技术参数：胶盖刀开关的型号及其含义如下：（2）额定参数：额定电压，额定电流。4、刀开关的选用刀开关的额定电压应等于或大于电路额定电压。其额定电流应等于(在开启合通风良

5、好的场合)或稍大于(在封闭的开关柜内或散热条件较差的工作场合，一般选1.15倍)电流工作电流。在开关柜内使用还应考虑操作方式，如杠杆操作机构、螺旋式操作机构等。当用当开关控制电动机时，其额定电流要大于电动机额定电流的3倍。（二）组合开关1、文字符号：QS2、图形符号：单极三极3、基本结构及动作原理：实物图示意图4、主要技术参数（1）型号：广泛应用于电器设备的电源开关、测量三相电压和控制7.5kW以下小容量电动机的直接启动、正反转等不频繁操作的场合。组合开关的额定电压为220V和380V。额定电流有10A,25A,35A,60A等。产品型号有HZ5,HZ10系列等。组合开关的型号及其含义如下：（

6、2）额定参数：额定电压，额定电流。1.3 自动空气开关(断路器、自动开关)低压断路器是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压过载和短路保护的电器。可用来分配电能，不频繁地启动异步电机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或短路及欠电压等故障时能自动切断电路。1、文字符号：QF 2、图形符号：单极三极3、基本结构及动作原理：当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁被吸合，使自动脱扣器机构动作；当电路过载时，过载脱扣器的热元件产生的热量增加，使双金属片向上弯曲，推动自动脱扣器机构动作；当电路失压时，失压脱扣器的衔铁释放，也使自动脱扣器机构动作。实物图原理图1-分闸弹簧2-

7、主触头3-传动杆4-锁扣5-轴6-过电流脱扣器7-热脱扣器8-欠压失压脱扣器9-分励脱扣器DZ20系列低压断路器型号意义：4、主要技术参数（1）型号（2）额定参数：额定工作电压；在数值上取决于电网的额定电压等级，我国电网标准规定为AC220、380、660及1140V，DC220、440V等。应该指出，同一断路器可以在几种额定工作电压下使用，但相应的通断能力并不相同。额定电流：为过电流脱扣器的额定电流，一般指断路器的额定持续电流。通断能力：开关电器在规定的条件下(电压、频率及交流电路的功率因数和直流电路的时间常数)，能在给定的电压下接通和分断的最大电流值，也称为额定短路通断能力。分断时间：指切

8、断故障电流所需的时间，它包括固有的断开时间和燃弧时间。5、断路器的选用：（1）断路器的额定工作电压应大于或等于线路或设备的额定工作电压。对于配电电路来说应注意区别是电源端保护还是负载保护，电源端电压比负载端电压高出约5%左右。（2）断路器主电路额定工作电流大于或等于负载工作电流。（3）断路器的过载脱扣整定电流应大于或等于负载工作电流。（4）断路器的额定通断能力应大于或等于电路的最大短电流。（5）断路器低欠电压脱扣器额定电压等于主电路额定电压。1.4主令电器主令电器主要用来接通或断开控制电路，以发布命令或信号，改变控制系统工作状况的电器。常用的主令电器有控制按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制

9、器等。一、控制按钮1、文字符号：SB2、图形符号：常开按钮常闭按钮复合按钮3、基本结构及工作原理：实物图示意图1-按钮2-复位弹簧3-常闭静触头4-动触头5-常开静触头5、按钮的使用：（1）选择时应根据所需的触头数、使用的场所及颜色来确定。常用的LA18,LA19,LA20系列按钮开关，适用于AC500V,DC440V,额定电流5A，控制功率为AC300W,DC70W的控制回路中。4、型号：按钮开关的型号意义：（2）按钮颜色要求：“停止”和“急停”按钮必须是红色。当按下红色按钮时，必须使设备停止工作或断电。“起动”按钮的颜色是绿色。“起动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色，不得用

10、红色和绿色。“点动”按钮必须是黑色。“复位”(如保护继电器的复位按钮)必须是蓝色。当复位按钮还有停止的作用时，则必须是红色。二、行程开关1、文字符号：SQ2、图形符号：常开触头常闭触头3、基本结构及工作原理实物图结构图4、型号：常用的行程开关有JLXK1、LX19、LX32、LX33和微动开关LXW-11、JLXK1-11、LXK3等系列。行程开关的型号及其含义如下：熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器。广泛应用于低压配电系统及用电设备中作短路和过电流保护。1.5熔断器1、文字符号：FU2、图形符号：3、结构及工作原理熔断器是由熔体和绝缘底座(或

11、称熔管)等组成。熔体为丝状或片状。当负载发生故障时，有很大的短路电流通过熔断器，熔体很快熔断，迅速断开故障电路，从而有效地保护未发生故障的线路和设备。熔断器主要用作短路保护，而对于过载一般不能准确保护。4、主要技术参数（1）型号：低压熔断器的型号含义：（2）熔断器种类：1）瓷插式熔断器：瓷插式熔断器有RCIA的等系列。主要用于AC380V、50Hz的低压电路中，一般接在电路的末端，作为电气设备的短路保护。2）螺旋式熔断器：螺旋式熔断器有RL1等系列，主要用于AC50Hz或60Hz、额定电压500V以下，额定电流200A以下的电路中，作为短路或过载保护。实物图示意图3）管式熔断器：管式熔断器主要

12、有RM10型和RM0型2种。RM10是新型的无填料密闭管式熔断器，用作短保护和连续过载保护，主要用于额定电压AC500V或DC400V的电力网和成套配电设备上。RT0型为有填料密闭管式熔断器，用作电缆、导线及电气设备的短路保护和电缆、导线的过载保护，主要用于具有较大短路电流的电力网或配电装置中。示意图5、额定参数：（1）额定电压：是指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，它取决于线路的额定电压，其值一般等于或大于电气设备的额定电压。（2）额定电流：是指熔断器长期工作时，各部件温升不超过规定值时所能承受的电流。熔断器的额定电流等级比较少，而熔体的额定电流等级比较多，即在一个额定电流等级的熔断管

13、内可以分装不同额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔断管的额定电流。（3）极限分断能力：是指熔断器在规定的额定电压和功率因数(或时间常数)的条件下，能分断的最大短路电流值。在电路中出现的最大电流值一般是指短路电流值。所以，极限分断能力也是反映了分断短路电流的能力。6、熔断器的选择 工业上选择熔断器一般应从以下几个方面考虑：（1）熔断器的类型应根据线路的要求、使用 场合及安装条件进行选择。（2）熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器的工作电压。（3）熔断器的额定电流根据被保护的电路(支路)及设备的额定负载电流选择。熔断器的额定电流必须等于或高于所装熔体的额定电流。（4）熔断器的额定分断

14、能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流。（5）熔断器的选择需考虑电路中其他配电电器、控制电器之间选择性配合等要求。为此，应使上一级(供电干线)熔断器的熔体额定电流比下一级(供电支线)大12个级差。吸引线圈主触头 常开辅助触头 常闭辅助触头2、交流接触器 （1）基本结构 电磁机构：由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成。触头系统：由主触头和辅助触头组成。主触头由用于通断主电路，其额定电流一般为5A。（2）图形符号：1、接触器文字符号、图形符号 （1）文字符号：KM1.6 接触器工作原理示意图（2）工作原理：1-动触头动触头2-静触头静触头3-衔铁衔铁4-弹簧弹簧5-线圈线圈6-铁心铁心7-垫毡垫毡

15、8-触头弹簧触头弹簧9-灭弧罩灭弧罩10-触头压力弹簧触头压力弹簧3、直流接触器 应用于直流电力线路中，供远距离接通与分断电路及直流电动机的频繁起动、停止、反转或反接制动控制，以及CD系列电磁操作机构合闸线圈或频繁接通和断开电磁铁、电磁阀、离合器和电磁线圈等。常用直流接触器有：CJ18、CZ21、CZ22和CZ0系列等。4、主要技术参数（1）型号 目前国内常用交流接触器主要有：CJ10、CJ12、CJ20等系列。其中CJ10、CJ12是早期全国统一设计的系列产品；CJ20系列是全国统一设计的新型接触器，主要适用于交流50Hz、电压660V以下(其中部分等级可用于1140V)、电流630A以下的

16、电力线路中。近年来从国外引进一些交流接触器产品，有德国BBC公司的B系列、西门子公司的3TB系列、法国TE公司的LC1-D和LC2-D系列等。直流接触器的型号意义：交流接触器的型号意义：（2）额定参数：主要有额定电压、额定电流和线圈的额定电压等。1）额定电压 接触器铭牌上的额定电压是指主触头萨格的额定电压，通常用的电压等级为：直流接触器：220V,440V,660V。交流接触器：220V,380V,500V。2）额定电流 接触器铭牌上的额定电流是指主触头萨格的额定电流，通常用的电流等级为：直流接触器：25A,40A,60A,100A,150A,250A,400A,600A。交流接触器：5A,1

17、0A,20A,40A,60A,100A,150A,200A,250A等。3）线圈的额定电压 通常用的电压等级为：直流线圈额定电压有24V,48V,220V。交流线圈的额定电压有：36V,127V,220V,380V等。选用时一般交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器，但交流负载需要频繁动作时，可以采用直流线圈的交流接触器。1.7 继电器 继电器是一种根据外界输入地一定信号(电的或非电的)开控制电路中的电流通断的自动切换电器。继电器的种类繁多，常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及速度继电器等。1、电流、电压继电器（1）文字符号：KA(电流继电器)KV(电压继电

18、器)（2）图形符号：过电流继电器线圈欠电流继电器线圈过电压继电器线圈欠电压继电器线圈常闭触头常开触头（3）结构及工作原理 1）电流继电器：根据输入(线圈)电流大小而动作的继电器。电流继电器的线圈串接在被测电路中，以反应电流的变化。其触点接在控制电路中，用于控制接触器的线圈或信号指示灯的通断。过电流继电器:当电路发生短路及过流时立即将电路切断。因此，只有当过流继电器线圈通过电流超过额定电流时，继电器才动作。过电流继电器的动作电流整定范围：交流过电流继电器为110350IN，直流过电流继电器为70300IN，欠电流继电器：当电路电流过低时立即将电路切断。因此，主要当欠电流继电器线圈通过电流低于整定

19、电流时，继电器才动作。欠电流继电器动作电流整定范围：吸合电流为3050IN释放电流为1020IN 。2）电压继电器：根据输入电压大小而动作的继电器。电压继电器线圈与被测电路并联。过电压继电器：动作电压整定范围为 105120UN 欠电压继电器：吸合电压调整范围：3050UN 释放电压调整范围：720UN2、中间继电器（1）文字符号：KA（2）图形符号：吸引线圈常闭触头常开触头（3）工作原理 中间继电器的原理是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触头容量）的继电器。其实质是电压继电器，但它的触头数量较多（可达8对），触头容量较大（510A）、动作灵敏。（4）型号 中间继电器按电压分

20、两类：一类是用于交直流电路中的JZ系列，另一类是只用于直流操作的各种继电器保护线路中的DZ系列。（5）用途当其它电器的触头对数不够用时，可借助中间继电器来扩展它们的触头容量。3、时间继电器继电器输入信号输入后，经一定的延时，才有输出信号的继电器称为时间继电器。对于电磁式时间继电器，当电磁线圈通电或断电后，经一段时间，延时触都头状态才发生变化，即延时触头才动作。按照延时方式可分为：通电延时型和断电延时型两种。（1）文字符号：KT（2）图形符号：通电延时型：断电延时型：常闭瞬动触头常开延时触头常开常闭线圈常闭瞬动触头常开延时触头常开常闭线圈（3）基本结构及工作原理a-通电延时型b-断电延时型1-线

21、圈2-铁心3-衔铁4-反力弹簧5-推板6-活塞杆7-塔形弹簧8-弱弹簧9-橡皮膜10-空气室壁11-调节螺钉12-进气孔13-活塞14、16-微动开关15-杠杆（4）主要技术参数：1）常用空气阻尼式时间继电器为JS7、JS23系列。型号：额定参数：触点额定电压、电流：380V、5A线圈电压：交流36V、127V、220V、380V延时范围：0.460s和0.4180s2）常用晶体管式时间继电器有：JS14A、JS15、JSJ等系列。3）常用数字式时间继电器有：JS14S、JSS1、JS14P、H48S、DH14S。4、热继电器（1）文字符号：FR（2）图形符号：热元件常闭触头常开触头热继电器是

22、电流通过发热元件加热使双金属片弯曲，推动执行机构动作的电器。主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相电动机的断相保护（4）主要技术参数常用的热继电器有：JR0、JR2、JR9、JR10、JR15、JR16、JR20等几个系列。（3）基本结构及工作原理1-主双金属片主双金属片2-电阻丝电阻丝3-导板导板4-补偿双金属片补偿双金属片5-螺钉螺钉6-推杆推杆7-静触头静触头8-动触头动触头9-复位按钮复位按钮10-调节凸轮调节凸轮11-弹簧弹簧1）型号：2）技术参数额定电流：为发热元件额定电流；整定电流的调节范围：1.8速度继电器1、文字符号：KS2、图形符号：转子常开触头常闭触头速度继电器

23、是根据电磁感应原理制成的，它的套有永久磁铁的轴与被控电动机的轴相联，用以接受转速信号。常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型。JY1型能在3000r/min以下可靠工作；JFZ01型适用与3001000 r/min，JFZ02型适用与10003600 r/min。一般速度继电器转轴在120 r/min左右既能动作，在100 r/min以下复位。3、基本结构及工作原理1-调节螺钉2-反力弹簧3-常闭触头4-动触头5-常开触头6-返回杠杆7-杠杆8-定子导条9-定子10-转轴11-转子第2章 电气控制系统的基本控制线路2.1 三相鼠笼式异步电动机直接起动控制1、单向起动控制 控制线路：由闸刀开关、

24、熔断器、接触器、按钮等组成。主电路：三相电源到电动机的电路。由闸刀开关、熔断器、接触器主触头、热继电器发热元件组成。控制电路：由按钮和接触器吸引线圈等组成。控制线路安装布线图：把同一电器各工作部件集中在一起，按各部件实际位置画出。控制线路原理图：主电路画在一边，控制电路画在另一边。说明：（1）同一电器各工作部件画在各处，但它们的动作相互关联。（2）同一电器上的各部件，必须标以相同文字符号。1）工作原理 2）保护环节 短路保护：FU 过载保护：FR 失压保护：KM 失压保护指发生突然停电时，电动机与电源迅速断开，当电源恢复供电时，如不重新按下起动按钮，电动机不能起动。2、正反转控制 电动机反转：

25、将电动机任意两根火线对调。实现方法：采用KM1、KM2两个接触器控制电动机正、反转。KM1控制电动机正转。KM2控制电动机反转。（1）线路图 1）主电路 2）控制电路 要求：KM1、KM2线圈不能同时有电，以避免电源相之间短路。电动机正转KM1电动机反转KM2 主电路 控制电路3、行程限位控制有些位移性生产机械或部件（如起重机小车、电梯、铣床的工作台等）需要有终端限位控制或自动往返控制。（1）控制要求：有一工作台可实现前后移动，当移动到终端时，自行停车。（2）实现方法：1）用接触器KM1控制电动机正转，使工作台向前移动；用接触器KM2控制电动机反转，使工作台向后移动。2）行程开关SQ1作为工作

26、台向前移动的终端限位开关；行程开关SQ2作为工作台向后移动的终端限位开关。（3）线路图自动往复循环控制电路 机床工作台自动往复运动示意图4、顺序控制有的生产机械和设备需要多台电动机拖动，而各台电动机的起动与停止需要有一定的顺序控制关系。（1）控制要求：在一台锅炉控制，有M1、M2两台电动机。M1引风电动机；M2送风电动机。要求：起动时，引风机M1先起动，送风机M2后起动；停止时则相反，送风机M2后停止，引风机M1先停止。（2）线路图主电路控制电路2.2三相笼型异步电动机降压起动控制1、定子线路串电阻降压起动控制（1）控制要求：电动机M起动时定子线路串联电阻R，以实现降压起动，电动机起动后，恢复

27、额定电压进入稳定正常运转。（2）实现方法：1）接触器KM1闭合，电动机M定子线路串电阻降压起动。2）接触器KM2闭合，电动机正常运转。3）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时，KM2闭合。（3）线路图1）主电路2）控制电路主电路控制电路2、星形三角形降压起动控制（1）控制要求：电动机M起动时为星形连接，以实现降压起动，电动机起动后改为三角形连接，以恢复额定电压进入稳定正常运转。（2）实现方法：1）接触器KM1控制电机M通电接触器KM2控制电机M三角形连接接触器KM3控制电机M星形连接2）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器整定值时使KM3断电、KM2通电，电动机三角形

28、连接正常运转。（3）线路图1）主电路2）控制电路主电路控制电路2.3 三相鼠笼电动机的制动控制1、反接制动控制（1）实现方法：1）KM1为电动机M单向旋转接触器2）KM2为反接制动接触器，KV为速度继电器，R为反接制动电阻。（2）线路图1）主电路2）控制电路主电路控制电路2、能耗制动系统（1）控制要求：当需要电动机快速停止时，若在断开交流电源后，立即在定子绕组接入一直流电源，直流电流就会在电动机定子绕组中产生一个静止的磁场，而转子由于惯性作用在继续旋转，并切割这个磁场，在转子绕组中产生感应电动势和电流，利用转子感应电流与静止磁场的相互作用产生制动转矩，达到迅速而准确地制动地目的。能耗制动的效果

29、与通入直流电流的大小和三相绕组接法有关（可以有几种接法），但直流电流不能大于交流的起动电流，电动机停止时要立即断开直流电源。（2）实现方法1）KM1为电动机M单向旋转接触器2）KM2为能耗制动接触器3）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时（电动机M已停转），使KM2断电，直流电源被切除，制动结束。主电路控制电路（3）线路图1）主电路2）控制电路2.4继电接触式控制系统的电路设计1、电气控制设计的一般原则（1）最大限度的满足机械或设备对电气控制系统提出的要求。机械或设备对电气控制系统的要求，是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图。执行元件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供

30、，有调速要求的设备还应给出调速技术指标。其他如起动、转向、制动等控制要求应根据生产需要充分考虑。（2）在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济。在电气控制系统设计时，为了满足同一控制要求，往往要设计几个方案，应选择简单。经济可靠和通用件强的方案，不要盲目追求自动化程度和高指标。（4）要有完善的保护措施，防止发生人身事故与设备损坏事故。要预防可能出现的故障，采用必要的保护措施。例如短路、过载、失压或误操作等电气方面的保护功能和使设备正常运行所需要的其他方面的保护功能。2、电气控制设计的基本内容（1）确定电力传动方案和选择电动机的容量、结构型式和型号。（2）设计电气控制电路及相关的保护。（

31、3）选择控制电器，制定电器设备一览表。（4）确定电气操作台和控制柜，绘制电器布置图和接线图。（5）编写电气控制说明书和设计计算说明。（6）安装、接线和调试及最终确定设计方案。（3）妥善处理机械与电气的关系。机械或设备与电力拖动已经紧密结合融为一体，传动系统为了获得较大的调速比，可以采用机电结合的方法实现，但要从制造成本、技术要求和使用方便等具体条件去协调平衡。1、车床的结构普通车床的结构示意图1进给箱2挂轮箱3主轴变速箱4溜板与刀架5溜板箱6尾架7丝杠8光杠9床身第3章 常用机床的电气控制3.1车床电气控制2、车床的运动形式（1）切削运动1）主运动 工件的旋转运动，由主轴通过卡盘或顶尖去带动工

32、件旋转，它承受车削加工时的主要切削功率。2）进给运动 车床的进给运动是刀架的纵向或横向直线运动，其运动形式有手动和机动两种。（2）辅助运动 刀架的快速移动和工件的夹紧与放松 3、车床的控制特点 1）主轴能在较大的范围内调速。2）调速的方法可通过控制主轴变速箱外的变速手柄来实现。3）加工螺纹时，要求反转退刀，这就要求主轴能够正、反转。主轴的正、反转可通过采用机械方法如操作手柄获得。4、C6201型普通车床的电气控制车床的典型环节（1）主轴的正反转控制（2）主轴的点动控制（3）主轴电动机反接制 动停车控制（4）刀架快速移动控制（5）冷却泵电动机控制（6）主轴电动机负载检 测及保护环节 1、摇臂钻床

33、的结构3.2 摇臂钻床电气控制2、摇臂钻床的运动形式（1）主运动 主轴旋转（产生的切削）运动（2）进给运动 主轴的纵向进给（3）辅助运动v摇臂在外立柱上的垂直运动（摇臂的升降）v摇臂与外立柱一起绕内立柱的旋转运动v主轴箱沿摇臂长度方向的运动。3、摇臂钻床的控制特点（1）主轴电动机，为单方向旋转，主轴的正反转则由机床液压系统操纵机构配 合正反转摩擦离合器实现。（2）摇臂升降电动机,可实现正反转，短时工作，不用设长期过载保护。（3）液压泵电动机，可实现正反转。（4）电液联合控制4、Z3040摇臂钻床的电气控制原理图3M15、摇臂钻床的典型环节（1）主轴电动机的液压控制v正反转v调速v变速冲动（2）

34、摇臂的升降控制v摇臂的放松（液压控制）v摇臂的升降（点动控制）v摇臂的夹紧（液压控制）1、铣床的结构X62W万能卧式铣床结构示意图1底座2进给电动机3升降台4进给变速手柄及变速盘5溜板6转动部分7工作台8刀架支杆9悬梁10主轴11主轴变速盘12主轴变速手柄13床身14主轴电动机3.3 铣床电气控制2、铣床的运动形式（1)主运动 主轴的旋转运动（2）进给运动 工作台在三个相互垂直方向上的直线运动（手动或机动）（3）辅助运动 工作台在三个相互垂直方向上的快速直线移动 3、铣床的控制电路4、铣床的典型环节（1）主轴电动机控制电路v 两地操作v主轴电动机M1反接制动 v主轴变速 v主轴变速的冲动（2）

35、进给电动机控制电路 v工作台纵向前后运动的方向联锁 v工作台垂直上下运动和横向左右运动的方向联锁 v圆工作台和长工作台之间的联锁v进给变速时的冲动v工作台的快速移动 第4章 可编程控制器概述PLC是一种数字运算操作是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的电子系统，专为工业环境下应用而设计的工业控制装置。应用而设计的工业控制装置。4.1 PLC的产生与发展PLC的的产生与发展产生与发展第一代：从第一台第一代：从第一台PLC诞生到上个世纪诞生到上个世纪70年代初。年代初。第二代：第二代：70年代初至年代初至70年代末。年代末。CPU使用中小规模集成电路，采用磁芯存储器。使用中小规模集成电路，

36、采用磁芯存储器。CPU使用微处理器，采用半导体存储器使用微处理器，采用半导体存储器EPROM。可靠性较差，略强于继电器控制。可靠性较差，略强于继电器控制。机种单一，没形成系列。机种单一，没形成系列。有了计算机接口和模拟量控制功能。有了计算机接口和模拟量控制功能。可靠性提高。可靠性提高。整机功能向系列化、标准化发展，并由专用向通用方向过渡。整机功能向系列化、标准化发展，并由专用向通用方向过渡。功能简单（只有计数功能简单（只有计数/定时功能）。定时功能）。功能增强（增加逻辑功能增强（增加逻辑/数据运算、数据处理、自诊断等功能）。数据运算、数据处理、自诊断等功能）。第三代：第三代：70年代末到年代末

37、到80年代中期。年代中期。CPU使用使用8或或16位微处理器甚至多微处理器，采用半位微处理器甚至多微处理器，采用半导体存储器导体存储器EPROM、CMOSRAM等。等。增加浮点数运算，平方、三角函数等运算。增加浮点数运算，平方、三角函数等运算。增加查表、列表功能。增加查表、列表功能。自诊断及容错技术提高。自诊断及容错技术提高。梯形图语言及语句表成熟。梯形图语言及语句表成熟。小型小型PLC体积减小、可靠性提高、成本下降。体积减小、可靠性提高、成本下降。大型大型PLC向模块化、多功能方向发展。向模块化、多功能方向发展。第四代：第四代：80年代中期到年代中期到90年代中期。年代中期。第五代：第五代：

38、90年代中期之后。年代中期之后。增加高速计数、中断、增加高速计数、中断、A/D、D/A、PID等功能。等功能。处理速度进一步提高（处理速度进一步提高（1 s/步步）。）。连网功能增强。连网功能增强。编程语言进一步完善，开发了编程软件。编程语言进一步完善，开发了编程软件。CPU使用使用16位或位或32位微处理器。位微处理器。PLC的的I/O点增加，最多可达点增加，最多可达32K个个I/O点。点。处理速度进一步提高（处理速度进一步提高（1ns/步步）。）。PLC都可以与计算机通信。都可以与计算机通信。具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的功能。具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的

39、功能。开发了大量的特殊功能模块。开发了大量的特殊功能模块。编程软件功能更强大。编程软件功能更强大。不断开发出功能强大可编程终端。不断开发出功能强大可编程终端。PLC及其控制系统的发展趋势及其控制系统的发展趋势PLC的性能的性能对小型对小型PLC对大中型对大中型PLC向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、复杂系统的控制。复杂系统的控制。向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向发展。使之更利于取代

40、继电器控制。向发展。使之更利于取代继电器控制。I/O模块将直接安装在现场，模块将直接安装在现场，CPU与现场与现场I/O通过数通过数据通信实现控制，使系统控制更有效、可靠性更高；据通信实现控制，使系统控制更有效、可靠性更高；进一步应用计算机的信息处理技术、网络通信技术进一步应用计算机的信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使系统的产生控制功能与信息管理和图形显示技术，使系统的产生控制功能与信息管理功能一体化。功能一体化。PLC控制系统的性能控制系统的性能随着硬件冗余技术的应用，各种单元、甚至整个系随着硬件冗余技术的应用，各种单元、甚至整个系统都可应用冗余技术，使系统具有更高的可靠性；统都可

41、应用冗余技术，使系统具有更高的可靠性；1.通用性和灵活性强；通用性和灵活性强；2.抗干扰能力强，可靠性高；抗干扰能力强，可靠性高；3.编程语言简单易学；编程语言简单易学；4.与外部设备的连线简单、使用方便；与外部设备的连线简单、使用方便；5.功能强、功能的扩展能力强；功能强、功能的扩展能力强；6.控制系统设计、调试周期短；控制系统设计、调试周期短；7.体积小、重量轻、易于机电一体化；体积小、重量轻、易于机电一体化；8.PLC控制系统的故障少、维修方便。控制系统的故障少、维修方便。4.2 PLC的主要特点整体式整体式组合式组合式PLC的基本分类的基本分类小型机常采用整体式小型机常采用整体式中、大

42、型机常采用组合式中、大型机常采用组合式4.3 PLC的PLC的基本组成输输出出设设备备输输入入设设备备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输输出出单单元元输输入入单单元元 电电 源源外外设设接接口口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器CPU 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLC PLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT整体式整体式PLC的基本组成框图的基本组成框图输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；输入并存储用户程序、显示输入内容和

43、地址；CPU指挥指挥PLC完成各种预定的功能完成各种预定的功能检查、校验用户程序，发现错误即报警；检查、校验用户程序，发现错误即报警；执行用户程序、驱动外部输出设备动作；执行用户程序、驱动外部输出设备动作；诊断故障、记忆故障信息并报警。诊断故障、记忆故障信息并报警。1.CPU单元单元系统程序存储器系统程序存储器存储系统系统程序存储系统系统程序用户程序存储器用户程序存储器存储系统用户程序存储系统用户程序工作数据存储器工作数据存储器存储工作数据存储工作数据 2.存储器存储器PLC与外部设备联系的桥梁与外部设备联系的桥梁开关量输入单元开关量输入单元开关量输出单元开关量输出单元直流输入单元直流输入单元

44、交流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶体管输出单元晶闸管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元继电器输出单元 3.输入输入/输出单元输出单元直流输入电路直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2CT内内 部部 电电 路路滤波滤波 光电耦合光电耦合外部开关外部开关输入点的输入点的状态显示状态显示输入点输入点公共端公共端交流输入电路交流输入电路LED+5VAR2TCOMSCR1 内内 部部 电电 路路R3滤波滤波 光电耦合光电耦合输入点的输入点的状态显示状态显示外部开关外部开关输入点输入点晶体管输出电路晶体管输出电路COMT2LEDDFU+5V内内 部部 电电 路路T1R1R2R3负载负载光电

45、耦合光电耦合输出点的输出点的状态显示状态显示公共端公共端输出点输出点晶闸管输出电路晶闸管输出电路COMLEDR2CTFU内内 部部 电电 路路R1负载负载光电耦合光电耦合输出点的输出点的状态显示状态显示公共端公共端输出点输出点继电器输出电路继电器输出电路COMLEDJR内内 部部 电电 路路负载负载输出点的输出点的状态显示状态显示继电器继电器机械机械触点触点公共端公共端输出点输出点PLC由开关式稳压电源为内部电路供电由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好抗干扰性能好 有的有的PLC能向外部提供能向外部提供24V的直流的直流电源电源可作为输入单元连接的外部设备的电源可作为输入单元连接的外部设

46、备的电源 开关电源开关电源输入电压范围宽输入电压范围宽体积小体积小重量轻重量轻效率高效率高 4.电源单元电源单元 1.1.梯形图编程语言梯形图编程语言两种梯形图的继电器符号图对照两种梯形图的继电器符号图对照 物理继电器物理继电器 PLC继电器继电器常开常开常闭常闭 触触 点点线线 圈圈 梯形图编程语言是一种图形语言梯形图编程语言是一种图形语言 4.4 PLC4.4 PLC的编程语言的编程语言000000100001000PLC控制控制00001SB2KMKM继电器继电器控控制制SB1 2.两种控制的梯形图比较两种控制的梯形图比较线圈线圈线圈线圈常开触点常开触点常开触点常开触点常闭触点常闭触点常

47、闭触点常闭触点物理继电器物理继电器继电器需硬接线连接继电器需硬接线连接触点个数有限触点个数有限PLC继电器继电器继电器用程序软连接继电器用程序软连接触点个数无限触点个数无限继电器的接线改变继电器的接线改变控制功能改变控制功能改变PLC的用户程序改变的用户程序改变控制功能改变控制功能改变 3.两种控制中继电器的区别两种控制中继电器的区别用用PLC控制控制外部接线不变，改变用户程序。外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制用继电器控制要改变控制电路的实际接线。要改变控制电路的实际接线。KMQFUKHM3SB1SB2KMKHKM继电器控制接线继电器控制接线PLC控制外部接线控制外部接线输入输入设备设

48、备PLCSB1SB2KHKM输出输出设备设备欲改变控制功能：欲改变控制功能：主电路主电路相同相同例例如如2.2.语句表编程语言语句表编程语言用助记符表示指令的功能用助记符表示指令的功能多条指令语句的组合构成了语句表多条指令语句的组合构成了语句表程序程序指令语句是指令语句是PLC用户程序的基础元素用户程序的基础元素LD00000OR01000ANDNOT00001OUT0100000000010000100000001梯形图程序梯形图程序语句表程序语句表程序读读读读读读写写写写执行用户程序执行用户程序I/O刷新刷新I/O刷新刷新I/O刷新刷新I/O刷新刷新4.5PLC的工作过程的工作过程0100

49、10100000000 00001 01000输输入入端端子子输输入入电电路路用用户户输输入入设设备备输输入入映映像像寄寄存存器器输输出出电电路路输输出出端端子子元元件件映映像像寄寄存存器器输输出出锁锁存存器器用用户户输输出出设设备备1.PLC执行用户程序的特点执行用户程序的特点按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序执行程序时所需数据取自于：执行程序时所需数据取自于：输入映像寄存器输入映像寄存器元件映像寄存器元件映像寄存器输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写元件映像寄存器：在一

50、个扫描周期中可读可写输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变每个扫描周期每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入刷新阶段集中读入/读出数据读出数据2.PLC的的I/O滞后现象滞后现象（1）由于由于PLC采用循环扫描的工作方式。采用循环扫描的工作方式。PLC只在每个扫描周期的只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入刷新阶段集中输入/输输出，导致输出信号相对输入信号滞后。出，导致输出信号相对输入信号滞后。（2 2）输入滤波器对信号的延迟作用。输入滤波器对信号的延迟作用。滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。有的