电工学-三相电动机教学课件PPT.ppt 245页

'7.1三相异步电动机的构造第7章交流电动机7.2三相异步电动机的转动原理7.3三相异步电动机的电路分析7.4三相异步电动机转矩与机械特性7.5三相异步电动机的起动7.6三相异步电动机的调速7.7三相异步电动机的制动7.8三相异步电动机铭牌数据7.9三相异步电动机的选择7.11单相异步电动机7.10同步电动机(略) 1.了解三相交流异步电动机的基本构造和转动原理。本章要求：2.理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握起动和反转的基本方法,了解调速和制动的方法。3.理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。第7章交流电动机 电动机的分类：笼型异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、机械特性、控制方法电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机第7章交流电动机 1.定子7.1三相异步电动机的构造铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1---U2V1---V2W1---W2三相绕组机座：铸钢或铸铁 转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子笼型转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)笼型转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体,或铸铝形成转子绕组。(2)绕线型转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。笼型绕线型 笼型电动机与绕线型电动机的的比较：笼型：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线型：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。 7.2三相异步电动机的转动原理 7.2.1旋转磁场定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)U1U2V1V2W1W21.旋转磁场的产生o U1V2W1V1W2U2规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。(•)电流出()电流入o U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相电流合成磁场的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°600动画to AU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°2.旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线(电路如图)U1U2W1W2V1V2取决于三相电流的相序0to 3.旋转磁场的极对数P当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：otU1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2 若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。W"1U1V1W1V"1U"2U2U"1V2V"2W2W"2 极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关OW"1U1V1W1V"1U"2U2U"1V2V"2W2W"2 4.旋转磁场的转速工频：旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2O p=2时0 旋转磁场转速n0与极对数p的关系旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速 7.2.2电动机的转动原理1.转动原理U1U2V2W1V1W2定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩TnF 7.2.3转差率旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机如果:无转子电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。 异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率s例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为 7.3三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。变压器：变化eU1E1=4.44fN1E2=4.44fN2E1、E2频率相同，都等于电源频率。异步电动机每相电路i1u1e1e1e2e2i2+－++++－－－－f1f2 7.3.1定子电路1.旋转磁场的磁通异步电动机：旋转磁场切割导体e，U1E1=4.44f1N1每极磁通旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以2.定子感应电势的频率f1感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f1=电源频率f 7.3.2转子电路1.转子感应电势频率f2∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化定子感应电势频率f1转子感应电势频率f2转子感应电势频率f2旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同 2.转子感应电动势E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2当转速n=0(s=1)时，f2最高，且E2最大，有E20=4.44f1N2转子静止时的感应电势即E2=sE20转子转动时的感应电势3.转子感抗X2当转速n=0(s=1)时，f2最高，且X2最大，有X20=2f1L2即X2=sX20 4.转子电流I25.转子电路的功率因数cos2转子绕组的感应电流 转子绕组的感应电流转子电路的功率因数结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率s有关，即与转速n有关。I2cos2s1I2,O 7.4三相异步电动机转矩与机械特性7.4.1转矩公式转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数 由此得电磁转矩公式由前面分析知： 由公式可知电磁转矩公式1.T与定子每相绕组电压成正比。U1T2.当电源电压U1一定时，T是s的函数。3.R2的大小对T有影响。绕线型异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转距。 7.4.2机械特性曲线OTS根据转矩公式得特性曲线：OT1 电动机在额定负载时的转矩。1.额定转矩TN三个重要转矩OT额定转矩(N•m)如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为 2.最大转矩Tmax转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax，否则将造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。令：求得临界转差率OTTmax将sm代入转矩公式，可得 当U1一定时，Tmax为定值过载系数(能力)一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使T2T2电机能起动，否则不能起动。OTTst起动能力 4.电动机的运行分析电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载)。此过程中，n、sE2,I2I1电源提供的功率自动增加。T2sT2>TT=T2nTT´2达到新的平衡T2常用特性段TO 5.U1和R2变化对机械特性的影响(1)U1变化对机械特性的影响UTmTstT2TO (2)R2变化对机械特性的影响TOR2Tstn硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。 (2)R2变化对机械特性的影响不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。TOR2Tstn硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。 7.5三相异步电动机的起动7.5.1起动性能起动问题：起动电流大，起动转矩小。一般中小型笼型电机起动电流为额定电流的5~7倍;电动机的起动转矩为额定转矩的(1.0~2.2)倍。大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：原因：起动：n=0，s=1,接通电源。起动时，n=0，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子电流定子电流 7.5.2起动方法(1)直接起动二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。(2)降压起动：星形-三角形(Y－)换接起动自耦降压起动（适用于笼型电动机）(3)转子串电阻起动（适用于绕线型电动机）以下介绍降压起动和转子串电阻起动。 设：电机每相阻抗为1.降压起动(1)Y－换接起动降压起动时的电流为直接起动时的+－起动U1U2V1V1W1W2正常运行+－U1U2V1V2W1W2 Y－起动器接线简图L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△动触点Y动触点静触点 Y－起动器接线简图Y起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1起动UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2 Y－起动器接线简图工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1正常运行+－U1U2V1V2W1W2 (a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。(b)Y－起动Y－换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y-换接起动应注意的问题+－起动U1U2V1V1W1W2正常运行+－U1U2V1V2W1W2 L1L3L2FUQ(2)自耦降压起动Q2下合：接入自耦变压器，降压起动。Q2上合：切除自耦变压器，全压工作。合刀闸开关QQ2自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成Y形不能采用Y－起动的笼型异步电动机。 滑环电刷定子转子起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。起动电阻2.绕线型电动机转子电路串电阻起动Rst•RstRst 若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2ÞTstTO转子电路串电阻起动的特点 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机正转电动机反转三相异步电动机的正、反转电源~UVWM3~UVW电源~M3~ 例1:(1)解:一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组△型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：(1)额定电流IN?(2)额定转差率sN?(3)额定转矩TN、最大转矩Tmax、和起动转矩TN。 (2)由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）(3) 解：在上例中(1)如果负载转矩为510.2N•m,试问在U=UN和U´=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。又当负载转矩为起动转矩的80%和50%时，电动机能否起动？(1)在U=UN时Tst=551.8N•m>510.2N.m不能起动(2)Ist=7IN=784.2=589.4A在U´=0.9UN时能起动例2: 在80%额定负载时不能起动在50%额定负载时可以起动(3) 7.6.1变频调速(无级调速)f=50Hz逆变器M3~整流器f1、U1可调+–~变频调速方法恒转距调速（f1f1N）频率调节范围：0.5~几百赫兹三种电气调速方法7.6三相异步电动机的调速 7.6.2变极调速(有级调速)变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。U11U21U12U22iiP=2··U11U12U21U22··NNSS U11U21U12U22ii••P=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。U11··U12U21U22SN To7.6.3变转差率调速(无级调速)变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。nn"••TLTLs´s••Tso 7.7三相异步电动机的制动7.7.1能耗制动制动方法机械制动电气制动能耗制动反接制动发电反馈制动在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。 nF转子Tn0=07.7.2反接制动停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。运转制动M3~ M3~运转制动•nF转子Tn07.7.3发电反馈制动当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态， 同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。nF转子Tn0n>n0 7.8三相异步电动机铭牌数据1.型号磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机教材表8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。 异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线型异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO 2.接法定子三相绕组的联接方法。通常U2U1W2V1V2W1Y联结联结W2U2V2V1W1U1接线盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2接电源W1U1V1W2U2V2接电源 3.电压例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。 4.电流例如：Y/6.73/11.64A表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。5.功率与效率鼠笼电机=72~93％电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。 注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。6.功率因数PN三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。7.额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cosO 如：nN=1440转/分sN=0.048.绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。 7.9.1功率的选择功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。1.对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。2.对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。7.9三相异步电动机的选择 7.9.2种类和型式的选择1.种类的选择一般应用场合应尽可能选用笼型电动机。只有在需要调速、不能采用笼型电动机的场合才选用绕线型电动机。2.结构型式的选择根据工作环境的条件选择不同的结构型式，如开启式、防护式、封闭式电动机。7.9.3电压和转速的选择根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。Y系列笼型电动机的额定电压只有380V一个等级。大功率电动机才采用3000V和6000V。 单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步电动机的定子中放置单相绕组,转子一般用笼型。定子绕组中通入单相交流电后,形成脉动磁场，若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。定子定子绕组转子AA"NS7.11.1单相异步电动机的工作原理7.11单相异步电动机 定子绕组产生的脉动磁场，可用正、反两个旋转磁场合成来等效。即+-m=+-=tO 脉动磁场的分解④⑥⑧⑧③⑦⑦⑨⑨⑥⑤②①+-①-++-②③④⑤ 正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩(正向)起动转矩为零(反向)正转转反 ....F鼠笼式转子导条及电流当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。AA" 为了获得所需的起动转矩，单相异步电动机的定子进行了特殊设计。常用的单相异步电动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电动机。他们都采用笼型转子，但定子结构不同。7.11.2电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，一个是工作绕组A–A"，另一个是起动绕组B–B",两个绕组在空间相隔90º。起动时，B–B"绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近90º，即可获得所需的旋转磁场。 iAS•ABB"A~iBM~电容分相式异步电动机设两相电流为两相电流正弦波形如图所示。iBiAO起动绕组工作绕组 ABB"A"ABB"A"ABB"A"两相旋转磁场动画450900iBiAO 改变电容C的串联位置，可使单相异步电动机反转。将开关S合在位置1，电容C与B绕组串联，电流iB较iA超前近90；当将S切换到位置2，电容C与A绕组串联，电流iA较iB超前近90。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的反转。电动机转子转动起来后，利用离心力将开关S断开(S是离心开关)，使起动绕组B–B´断电。SABB"iAiBA12~实现正反转的电路M~ 7.11.2罩极式单相异步电机~~i12定子绕组鼠笼式转子短路环极掌(极靴) 当电流i流过定子绕组时，产生了一部分磁通1，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通2。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得2在相位上滞后1，从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。 三相异步电动机在运行过程中，若其中一相与电源断开，就成为单相电动机运行。此时电动机仍将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超过额定电流，时间一长，会使电动机烧坏。这种情况往往不易察觉，在使用电动机时必须注意。如果三相异步电动机在起动前就断了一线，则不能起动，此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了，也会使电动机烧坏。7.11.3三相异步电动机的单相运行 解：电动机电磁转矩TU12，当电源电压下降低时，电磁转矩减小，使转速下降，转差率增加，转子电流和定子电流都会增大。稳定时电磁转矩等于机械负载转矩，但转矩降低了，定、转子电流却增大了。过程如下：使T=TC。例：三相异步电动机在一定的负载转矩下运行时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速有无变化？ 第10章继电接触控制系统10.4行程控制10.1常用控制电器10.2鼠笼式电动机直接起动的控制线路10.3鼠笼式电动机正反转的控制线路10.5时间控制 本章要求：1.了解常用低压电器的结构、功能和用途;2.掌握自锁、联锁的作用和方法;3.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。第10章继电接触控制系统 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。本章主要介绍几种常用的低压电器，基本的控制环节和保护环节的典型线路。第11章继电接触控制系统实现继电接触控制的电气设备，统称为控制电器，如刀闸、按钮、继电器、接触器等。下面介绍常用控制电器的用途及电工表示符号。 1.用途：组合开关也称转换开关，常用于机床控制电路的电源开关，也用于小容量电动机的起/停控制或照明线路的开关控制。2.结构：对常用的三极开关来说，每一极有一对静触片与盒外接线柱相接，动触片受手柄控制可以转动，以达到线路的通/断控制。3.种类：有单极、双极、三极和四极等，额定电流有10、25、60和100A等多种。10.1.1组合开关10.1常用控制电器 M3~用组合开关起停电动机的接线图手柄转轴静触头动触头用手柄转动转轴时，就可将三个触点同时接通或断开。 10.1.2按钮(手动切换电器)(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。按钮开关的外形和符号(a)外形图常闭触点常开触点 复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式静触头常开静触头外壳4SBSBSB结构符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(起动按钮)复合按钮1234123按钮帽 交流接触器的外形与结构10.1.3接触器用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。(a)外形(b)结构 10.1.3接触器用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。~M3~线圈辅助触点铁心衔铁电源电机主触点常闭常开弹簧 符号线圈KM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)KM动合(常开)辅助触点动断(常闭)辅助触点KM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。动合(常开)主触点KM常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ20和3TB等系列。如CJ10系列主触点额定电流5、10、20、40、75、120A等数种；额定工作电压通常是220V或380V。 10.1.4继电器继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别在于：接触器的主触点可以通过大电流；继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。1.电流及电压继电器电流继电器：可用于过载或过载保护，电压继电器：主要作为欠压、失压保护。 2.中间继电器中间继电器触头容量小，触点数目多，用于控制线路。通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。(b)符号KA线圈常开触头KA常闭触头KA(a)外形中间继电器外形与符号 3.时间继电器是从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后才动作的继电器。适用于定时控制+直流电磁式结构图阻尼铜套衔铁工作原理：当衔铁未吸合时，磁路气隙大，线圈电感小，通电后激磁电流很快建立，将衔铁吸合，继电器触点立即改变状态。而当线圈断电时，铁心中的磁通将衰减，磁通的变化将在铜套中产生感应电动势，并产生感应电流，阻止磁通衰减，当磁通下降到一定程度时，衔铁才能释放，触头改变状态。因此继电器吸合时是瞬时动作，而释放时是延时的，故称为断电延时。(1)直流电磁式时间继电器 a)通电延时继电器b)断电延时继电器KT线圈通电延时闭合常开触点KT通电延时断开常闭触点KTKT线圈(b)符号断电延时断开常开触点KT断电延时闭合常闭触点KT延时继电器的外形与结构(a)外形(2)空气式延时继电器 通电延时的空气式时间继电器结构示意图常开触头延时闭合常闭触头延时打开微动开关2微动开关1常开触头常闭触头线圈通电衔铁向下吸合连杆动作触头动作工作原理调节螺丝进气孔托板线圈动铁心恢复弹簧挡块释放弹簧活塞杆橡皮膜排气孔(2)空气式时间继电器 断电延时的空气式时间继电器结构示意图常闭延时闭合常闭延时断开常开触头常闭触头空气式时间继电器的延时范围大(有0.4~60s和0.4~180s两种)。结构简单，但准确度较低。时间继电器的型号有JS7-A和JJSK2等多种类型。 10.1.5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(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10.1.5热继电器工作原理结构原理图双金属片常闭触头用于电动机的过载保护。 10.1.6熔断器符号FU熔断器额定电流IF的选择(1)电灯、电炉等电阻性负载IF>IL(3)频繁起动的电机(2)单台电机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。 用于自动往复控制或限位保护等。1.1.7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。未撞击撞击(a)外形图ST常开触点常闭触点ST(c)符号行程开关的外形符号 可实现短路、过载、失压保护。10.1.8自动空气断路器(自动开关)锁钩主触点手动闭合过流脱扣器欠压脱扣器衔铁释放自动空气断路器原理图连杆装置释放弹簧 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际位置，突出的是电气原理。电器自动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：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。 熔断器FU交流接触器KM组合开关Q按扭SBSB1SB235热继电器FRM3～42110.2鼠笼式电动机直接起动的控制线路1.直接起动(a)结构图 主电路控制电路10.2鼠笼式电动机直接起动的控制线路(1)电路SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..保险丝热继电器发热元件开关接触器主触点起动按钮停止按钮接触器线圈接触器辅助触点热继电器动断触点(b)原理图 控制电路一、直接起动电动机的保护SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..热继电器过载保护保险丝短路保护接触器零压、欠压保护热继电器动断触点主电路控制电路 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(零压)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(亦称自起动)，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。 FRKMKMSB1SB2控制电路KM合上开关Q起动(2)控制原理KM辅助触点闭合自锁。按下起动按钮SB2,KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机运转。通电KM主电路FR3~MFUQQ转动 合上开关Q(2)控制原理松开起动按钮SB2利用自身辅助触点，维持线圈通电的作用称自锁自锁FRKM..KMSB1SB2..控制电路KM辅助触点闭合自锁。按下起动按钮SB2,KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机运转。通电起动KM转动主电路FR3~MFUQQ (2)控制原理FRKM..KMSB1SB2..控制电路通电主电路FRFUQ3~MQ转动KM自锁停车按下停止按钮SB1,KM线圈断电KM主触点断开,电动机停转。KM辅助触点断开，取消自锁。 (2)控制原理转动停车按下停止按钮SB1,KM线圈断电KM主触点断开,电动机停转。KM辅助触点断开，取消自锁。停转FRKM..KMSB1SB2..控制电路通电主电路FRFUQ3~MQ断电KM去掉KM辅助触点,实现点动控制。 2.既能长期工作又能点动的控制电路按下起动按钮，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。KMSB2FRKMSB1~SB3复合按钮 2.既能长期工作又能点动的控制电路KMSB2FRKMSB1~SB3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 KMSB2FRKMSB1~SB3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KMSB2FRKMSB1~SB3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。先断开后闭合断开断电 KM1FUQKM2M1M23~3~.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2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。M1转动3.电机的顺序控制M2转动.... M13~这样的顺序控制是否合理？两电机各自要有独立的电源；这样接，主触头(KM1)的负荷过重。KM1KM2M23~思考 KM2SBKM2SBKM1FR1FR2KM1例1：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一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 SBKM1FR1例：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一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？KM2SBKM2FR2KM1停止：断电断电断开断开 10.3鼠笼式电动机正反转的控制线路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。 SBF和SBR决不允许同时按下，否则造成电源两相短路。正反转的控制线路3~MFRFU正转触点KMRKMFKMF.KMRFRQKMFSB..SBFKMF正转接触器正转按钮正反转控制电路必须保证正转、反转接触器不能同时动作。反转接触器SBRKMRKMR..........反转按钮反转触点 按下SBFSBKMF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。KMRSBFKMFKMFSBRKMRKMR.....通电断开断电电机正转闭合 机械联锁电气联锁利用复合按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KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR当电机正转时，按下反转按钮SBR先断开断电闭合通电断开停止正转闭合闭合电机反转 10.4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。STaSTb电机正程限位开关STaSTb逆程 STaSTb前进(正转）后退12按SBF时KMF通电(其常闭断开，常开闭合)KMF断电KMR通电行程开关自动往返运动：挡块电机正转工作台前进到达预定位置，挡块1撞击STbSBKMRSBFKMFKMFKMRSTbSTaKMFKMRSBR停止正转电机反转(工作台后退) 时间继电器触点类型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常闭触点常开触点返回 10.5时间控制1.Y–换接起动控制线路Y接法KM3KM1FUQ接法.SB1.SB2KTKM1KM3KM2KM3KM1KM1KTKM2KTKM2KM2 通电通电.SB1.SB2KTKM1KM3KM2KM3KM1KM1KTKM2KTKM2通电断电通电延时继电器通电延时断开复合按钮起动过程：按SB2KM1通电KM2断电绕组Y接KM2断电KM1接通电源KM2—绕组联接KM3—绕组Y联接常闭断开常开闭合常闭延时断开电动机Y接起动常闭断开常开闭合自锁KT通电KM3通电通电瞬时闭合 KM1接通电源KM2—绕组联接KM3—绕组Y联接KT通电起动过程：按SB2KM1通电KM2断电绕组Y接KM2断电常闭断开常开闭合常闭延时断开电动机Y接起动常闭断开常开闭合自锁KM3通电通电通电.SB1.SB2KTKM1KM3KM2KM3KM1KM1KTKM2KTKM2通电断电松开SB2,电机仍处于Y接起动状态。 KM1接通电源KM2—绕组联接KM3—绕组Y联接通电通电SB1SB2KTKM1KM3KM2KM3KM1KM1KTKM2KTKM2通电断电通电延时继电器通电延时断开KM1断电常开断开常闭闭合当KT常闭触点延时断开时断电复合按钮 KM1接通电源KM2—绕组联接KM3—绕组Y联接通电通电SB1SB2KTKM1KM3KM2KM3KM1KM1KTKM2KTKM2通电断电通电延时继电器通电延时断开复合按钮断电KM1断电常开断开常闭闭合当KT常闭触点延时断开时通电断电KM2通电常闭断开KM3断电常闭闭合绕组接Y接断开 KM1接通电源KM2—绕组联接KM3—绕组Y联接通电通电SB1SB2KTKM1KM3KM2KM3KM1KM1KTKM2KTKM2通电断电通电延时继电器通电延时断开复合按钮KM1断电常开断开常闭闭合当KT常闭触点延时断开时通电断电KM2通电常闭断开KM3断电常闭闭合绕组接Y接断开通电电机接运行KM1通电 2.鼠笼式电动机能耗制动控制线路断电延时继电器直流电源断电延时断开....SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2..KM2FU23~MFRKM1QFU1 正常运行：按SB2KM1通电KM1主触点闭合电机运转常开闭合自锁常闭断开KM2断电KT通电,常开闭合KM1接通电机电源KM2接通直流电源制动开始KT控制切断直流电源时间~断电延时断开通电通电断电断电延时继电器SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2 KM1接通电机电源KM2接通直流电源制动开始KT控制切断直流电源时间~通电通电断电SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2断电延时断开制动时：按SB1KM1断电KM1主触点断开电机脱离三相电源常开断开常闭闭合断电 KM1接通电机电源KM2接通直流电源制动开始KT控制切断直流电源时间断电延时断开~通电通电断电SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2断电通电断电KT断电KM2通电制动开始制动时：按SB1KM1断电KM1主触点断开电机脱离三相电源常闭闭合常开断开 KM1接通电机电源KM2接通直流电源制动开始KT控制切断直流电源时间~通电通电通电SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2断电断电KT断电KM2通电制动开始制动时：按SB1KM1断电KM1主触点断开电机脱离三相电源常闭闭合常开断开延时KT触点断开KM2断电制动结束断电延时断开断电 正反转控制线路3~MFRFUQ......KMFFRKMRSB1SBFKMFSBRKMRKMRKMFKMR下图所示的鼠笼式电动机正反转控制线路中有几处错误，请改正之。 PLC是什么？PLC的产生和发展PLC的特点及应用PLC的内部结构认识PLC PLC是什么字面意思：可通过编制程序来实现某种控制的仪器？第一单元认识PLC 继电器控制系统不适应生产发展1968年，美国GM提出10项指标招标，称为“GM十条”1969年，DEC公司研制成功，美国GM首先使用。（此时的功能较少，仅具逻辑功能，称可编程逻辑控制器。ProgrammableLogicController，PLC）引入微处理器技术，功能增强（已不仅仅具有逻辑功能，称可编程控制器。ProgrammableController，PC）1、编程简单，可现场修改程序2、维护方便，采用插件式结构3、可靠性高4、体积小5、成本可与继电器系统竞争6、可将数据直接输入计算机7、可用市电供电8、能直接驱动电磁阀，接触器等9、通用性强，能扩展10、能存储程序70年代起，美、日、西欧各国陆续研制，并大量应用。我国从1974年开设研制，77年开设应用。一、PLC的产生和发展第一单元认识PLC 由各种继电器、接触器、定时器组成，结构简单，适宜实现简单控制系统，但在复杂系统中，接线过于庞杂、维护困难，可靠性不高。第一单元认识PLC PLC的定义（国际电工委员会）PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。是一种“通用的工业控制计算机”。随着技术的发展，现代PLC得到了迅猛的发展和应用，已与CAD/CAM、机器人技术一起并称为当代工业自动化的三大支柱第一单元认识PLC 二、常用PLC列举：美国、欧洲、日本、中国3、日本三菱MITSUBISHI：2、欧洲：德国SIEMENS4、日本欧姆龙OMRON：国外产品1、美国：A-B,GE,TI……世界上最大的PLC制造商：美国的Rockwell国产上海香岛机电制造公司广州南洋电器苏州机床电器厂第一单元认识PLC 日本 4、国产 三、PLC的硬件结构硬件基本构成基本单元：扩展单元、扩展模块:CPU、存储器、I/O接口、电源CPU模块：I/O接口：CPU：大脑，统一指挥存储器：ROM存放系统程序;RAM存放用户程序输入接口：接受外部命令输出接口：输出程序运行结果，驱动负载第一单元认识PLC PLC控制系统结构第一单元认识PLC 1）、输入接口（直流、交流、交直流）光电耦合，消除干扰，提高可靠性第一单元认识PLC 2）、输出接口晶体管输出型：接直流负载晶闸管输出型:交流继电器输出型:交直流第一单元认识PLC 220V+-设：开关断开、灯不亮用逻辑“0”表示，开关闭合、灯亮用逻辑“1”表示。逻辑表达式：Y=A•B1.“与”逻辑关系“与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生。000101110100ABYBYA状态表基本逻辑关系为“与”、“或”、“非”三种。 BY220VA+-2.“或”逻辑关系“或”逻辑关系是指当决定某事件的条件之一具备时，该事件就发生。逻辑表达式：Y=A+B真值表000111110110ABY 3.“非”逻辑关系“非”逻辑关系是否定或相反的意思。逻辑表达式：Y=A状态表101AY0Y220VA+-R 通过上面三个基本逻辑关系我们可以知道开关之间的联接方式，可以用逻辑关系来表示。所以实际中继电控制中开关的联接方式就可以写成一个逻辑函数式，我们只要给PLC这个关系式，再给PLC各个人工控制的开关的状态，最终Y的输出结果我们可以利用PLC运算得到。这样做PLC最终的输出Y的状态和实际中继电控制中最后线圈的状态完全一致。再利用PLC的输出就可以控制我们需要控制的器件。 停车FRKM..KMSB1SB2..控制电路主电路FRFUQ3~MQKM这样我们就可以将一个控制电路用相应的逻辑表达式来描述。。如最基本的自保持电路可以写成为KM=（SB2+KM)• PLC控制系统特点特点1、主要由程序控制，硬件系统简单硬件方面：I/O接口采用RC滤波、光电隔离技术软件方面：自诊断功能2、功能强大，修改方便3、系统稳定，可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统（接线逻辑）用接线连接来实现控制(复杂,维护困难)PLC控制系统（存储逻辑）只需连接输入/输出设备，控制部分用软件编程取代接线连接(维护、扩展方便)第一单元认识PLC 五、分类及编程工具：1、按结构分:2、按点数分：微型机整体式、模块式小型机大型机中型机128点64点512点3、编程工具：1）、手持编程器：指令表语言2）、计算机配套的编程软件：梯形图语言第一单元认识PLC PLC基本工作模式RUNSTOP循环扫描第一单元认识PLC *循环扫描*第一单元认识PLC 系统程序:系统程序，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。系统程序，由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能。系统程序，由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。PLC的软件系统1系统程序；2用户程序；3编程语言 ◆用户程序:用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序。它是由PLC控制对象的要求而定的。为便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。 PLC的编程语言在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。程序的表达方式基本有四种：梯形图、指令表、逻辑功能图和高级语言。梯形图是当前使用最广泛的一种编程方法。除了的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。 1.梯形图编程语言两种梯形图的继电器符号图对照梯形图（Ladderdiagram）编程语言是一种图形语言,类似于继电器控制线路图的一种编程语言，它面向控制过程，直观易懂，是PLC编程语言中应用最多的一种语言。物理继电器PLC继电器常开常闭触点线圈 (1)名词解释——软继电器PC的继电器不是物理的电器，它是PC内部的寄存器位，因为它具有与物理继电器相似的功能，常称之为“软继电器”。PLC每一个继电器都对应着内部的一个寄存器位，该位为“1”态时，相当于继电器接通；为“0”态时，则相当于继电器断开。常闭触点线圈常开触点说明： 000000100001000PLC控制00001SB2KMKM继电器控制SB1线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点(2)两种控制的梯形图比较 物理继电器继电器需硬接线连接触点个数有限PLC继电器继电器用程序软连接触点个数无限继电器的接线改变——控制功能改变PLC的用户程序改变——控制功能改变(3)两种控制中继电器的区别 用PLC控制——外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制——要改变控制电路的实际接线。KMQFUKRM3~SB1SB2KMKHKM继电器控制接线PLC控制外部接线输入设备PLC~SB1SB2KRKM输出设备欲改变控制功能：主电路相同例如 2、语句表编程语言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程序指令语句是PLC用户程序的基础元素LD00000，表示逻辑操作开始OR01000；表示常开触点01000与前面的触点并联ANDNOT00001；表示常闭触点00101与前面的触点串联OUT01000；表示前面的逻辑运算结果输出给01000END;表示程序结束梯形图程序语句表程序00000010000100000001END PLC采用“顺序扫描、不断循环”工作方式，这个过程可分输入采样，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。输入端子输入锁存器输入状态寄存器输出锁存器输出状态寄存器输出端子程序执行读读写输入采样程序执行输出刷新 检查CPU等内部硬件，对监视定时器（WDT）复位以及其它工作与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器对用户程序扫描执行，并将结果存入相应的寄存器将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载2.2.2PLC的工作过程分自诊断、与编程器或计算机等通信、输入采样、程序执行和输出刷新五个阶段。 00002010000000100002010002.2.2PLC扫描工作各环节的功能①PLC上电后，首先检查硬件是否正常。②按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。对输入的数据进行处理，将结果存入元件映象寄存器。③计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线 ④I/O刷新阶段⑤外设端口服务读输入点的状态并写入输入映像寄存器。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。访问外设端口连接的外部设备。 4.PLC执行用户程序的特点①按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序②执行程序时所需数据取自于：输入映像寄存器元件映像寄存器③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输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变④每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入/读出数据 读读读写写执行用户程序I/O刷新I/O刷新I/O刷新I/O刷新0100101000000000000101000输入端子输入电路用户输入设备输入映像寄存器输出电路输出端子元件映像寄存器输出锁存器用户输出设备从输入端子到输出端子的信号传递过程(3)PC的循环扫描工作过程（信号传递过程） CPU单元I/O扩展单元00000~0000501000~01003输入6点输出4点输入点输出点00000~0001101000~01007输入12点输出8点输入点输出点10点I/O型20点I/O型00000~0001101000~01007输入18点输出12点输入点输出点30点I/O型00100~0010501100~0110300000~0001101000~01007输入24点输出16点输入点输出点40点I/O型00100~0011101100~0110700200~0021101200~01207输入12点输出8点00200~0021101200~01207输入12点输出8点00300~0031101300~01307输入12点输出8点00400~0041101400~01407输入12点输出8点00300~0031101300~01307输入12点输出8点00400~0041101400~01407输入12点输出8点CPM12A的I/O扩展配置及I/O点编号CPM2A的基本构成 2.编程工具(1)编程器CQM1-PRO01(2)个人计算机：需使用配套软件，软件CXP6.0（中文版）。 CPM2A的继电器区及数据区CPM1A的继电器区及数据区内部继电器区（IR）特殊辅助继电器区（SR）暂存继电器区（TR）保持继电器区（HR）辅助记忆继电器区（AR）链接继电器区（LR）定时器/计数器区（TIM/CNT）数据存储区（DM）内部继电器区（IR）内部继电器区（IR）输入/输出继电器区输入继电器：10通道输出继电器：10通道内部辅助继电器区：32个通道，512点，通道号：200~231000，001：CPU单元输入002，009：扩展单元输入010，011：CPU单元输出012，019：扩展单元输出 继电器号的表示方法：ⅩⅩⅩⅩⅩ通道中的序号00~15通道号指明一个位时，用5位数字表示，这5位数字称为继电器号。注意：输入/输出继电器区未被使用的通道也可以作为内部辅助继电器使用。特殊辅助继电器区（SR）特殊辅助继电器区（SR）：232~25524个通道供系统使用内部辅助继电器区（IR）：200~23132个通道供用户使用特殊辅助继电器区（SR）前半部（232~251）通常以通道为单位使用 暂存继电器区（TR）用于暂存复杂梯形图中分支点的ON/OFF状态。在用语句表编程时使用。CPM1A有8个暂存继电器，范围为TR0~TR7。暂存继电器在同一程序段中不能重复使用，在不同程序段可以重复使用。保持继电器区（HR）具有断电保持功能，能保持断电前的ON/OFF状态。HR00~HR19：20个通道，每通道16个继电器，共有320个继电器。 辅助记忆继电器区（AR）AR00~AR15：16个通道，用来存储PC的工作状态信息，具有断电保护功能。定时器/计数器区（TIM/CNT）用于定时器和计数器，定时器和计数器统一编号，其编号称为TC号。CPM1A有128个定时器和计数器。TC号为000~127。一个TC号即可以用作定时器，也可以用作计数器。但所有的定时器和计数器的TC号不能重复。定时器普通定时器TIM高速定时器TIMH计数器普通计数器CNT可逆定时器CNTR电源断电时，定时器复位，计数器保持断电前的状态。 基本指令LD和LDNOT指令NNN：继电器编号IR，SR，HR，AR，LR，TC，TR功能：LD：常开触点与母线相连LDNOT：常闭触点与母线相连2.OUT和OUTNOT指令NNN：继电器编号IR，SR，HR，AR，LR，TR功能：OUT：指令输出逻辑运算结果OUTNOT：逻辑运算结果取反后输出说明：（1）.若输出位为PC的输出点，则运算结果输出到PC外部若输出位为PC的内部继电器，则运算结果为中间结果，不输出到PC外部。（2）.线圈并联输出时，可以连续使用OUT、OUTNOT。 例：0000001000010010000101002LD00000OUT01000OUTNOT01001LDNOT00001OUT010023.AND和ANDNOT指令NNIR，SR，HR，AR，LR，TCN：继电器编号 功能：AND：表示常开触点与前面的触点电路相串联。ANDNOT：表示常闭触点与前面的触点电路相串联。例：000000100001000000010100100000LD00000AND00001OUT01000LD00000ANDNOT01000OUT01001说明：（1）.AND、ANDNOT只能以位为单位进行操作。（2）.串联的触点数没有限制。 0000001000010010000100002例：两种输出形式0000001000010010000100002（a）连续输出（b）连续输出次序颠倒以上两图逻辑功能相同，但是（b）图用语句表编程繁琐，应尽量避免。（a）连续输出LD00000AND00001OUT01000AND00002OUT01001（b）连续输出次序颠倒LD00000AND00001AND00002OUT01001LD00000AND00001OUT01000 4.OR和ORNOT指令NNIR，SR，HR，AR，LR，TCN：继电器编号功能：OR：表示常开触点与前面的触点电路相并联。ORNOT：表示常闭触点与前面的触点电路相并联。说明：（1）.OR、ORNOT只能以位为单位进行操作。（2）.并联的触点数没有限制。 LD00000OR00001OUT01000LD00000ORNOT00003OUT01001例：0000001000000030000101001000005.ANDLD功能：用于逻辑块串联连接。注意：（1）.每个逻辑块都以LD或LDNOT指令开始。（2）.ANDLD指令单独使用。 例：0000020000000020000300001000040000500006就以上梯形图用两种方法编程方法1：分置法方法2：后置法LD00000AND00001ORNOT00002LD00003OR00004ANDLDLD00005ORNOT00006ANDLDOUT20000LD00000AND00001ORNOT00002LD00003OR00004LD00005ORNOT00006ANDLDANDLDOUT20000对逻辑块多少无限制ANDLD前面的逻辑块数少于8 6.ORLD功能：用于逻辑块并联连接。注意：（1）.每个逻辑块都以LD或LDNOT指令开始。（2）.ORLD指令单独使用，后面没有操作数。例：00000010010000200003000010000500004方法1：分置法方法2：后置法LD00000ANDNOT00001LD00002AND00003ORLDLDNOT00004ANDNOT00005ORLDOUT01001LD00000ANDNOT00001LD00002AND00003LDNOT00004ANDNOT00005ORLDORLDOUT01001 例：利用以上指令对复杂梯形图编程00000010050000120002000020000600005000080000700004000032000120000先找出逻辑块LD00000OR00001ANDNOT00002LD00005ANDNOT00006ORLDLD00007AND00008ORLDLD00003AND00004OR20002ANDLDLD20000AND20001ORLDOUT01005 7.置位和复位指令SETNRESETNIR，SR，HR，AR，LR，N：继电器编号功能：SET：当执行条件为ON时，使指定的继电器置位为ON。当执行条件为OFF时，指定的继电器不改变原状态。RESET：当执行条件为ON时，使指定的继电器复位为OFF。当执行条件为OFF时，指定的继电器不改变原状态。0000300000SET20000RESET20000LD00000SET20000LD00003RESET20000000000000320000 8.保持指令KEEP（11）SRKEEP（11）N置位输入复位输入IR，SR，HR，AR，LRN：继电器编号功能：.当S=ON，R=OFF时，保持继电器N的状态，即使S由ON变为OFF，继电器N的状态也不变。.当R=ON时，继电器N的状态为OFF0000300002KEEP（11）HR0000LD00002LD00003KEEP（11）HR000000000200003HE0000注意：（1）.KEEP（11）指令功能和SET、RESET指令的功能类似，但KEEP指令是一个整体，中间不允许插入任何指令。 （2）.KEEP（11）指令完成一个起停保电路的功能。HR00000000200003HR00000000200003HR0000（3）.当用KEEP（11）指令对保持继电器编程时，可实现断电保持的功能。9.上升沿微分指令和下降沿微分指令DIFU（13）和DIFD（14）DIFU（13）NDIFD（14）NIR，SR，HR，AR，LRN：继电器编号功能：DIFU（13）：执行条件由OFF变为ON时，指定继电器N在一个扫描周期为ON。DIFD（14）：执行条件由ON变为OFF时，指定继电器N在一个扫描周期为ON。 DIFU（13）和DIFD（14）指令的接通时间只有一个扫描周期。00000DIFU（13）20000DIFD（14）20001000002000020001TsTs说明：（1）.IR区中已经用作输入通道的位不能作为微分指令的输出位，输出通道的位最好也不要用。（2）.输入条件在第n次扫描到为OFF，n+1次扫描到为ON时，DIFU指令执行，所以对于开机就为ON的执行条件，DIFU指令不执行。同样，对于开机就为OFF的执行条件DIFD指令不执行。 10.空操作指令NOP（00）无梯形图符号、无操作数功能：用来取消某一步操作。常用于修改梯形图。例如：0000000001010000000001000改为：LD00000AND00001OUT01000LD00000NOP（00）OUT01000使步序号变更更少。11.结束指令END（01）END（01）无操作数功能：表示程序结束。是程序的最后一条指令。END（01）后面的指令一概不执行。利用END指令插在各程序段之间，可以进行分段调试。若程序中没有END指令，则PC不执行程序，并显示出错信息：“NOENDINST”。 连锁/连锁解除指令（IL（02）/ILC（03））IL（02）ILC（03）功能：用来处理梯形图中得分支电路，IL和ILC一起使用。若IL得执行条件为ON，位于IL和ILC之间得程序正常执行。若IL得执行条件为OFF，位于IL和ILC之间得程序不执行。IL和ILC之间得程序输出状态为：.所有输出位为：OFF.所有定时器：复位.所有计数器、移位寄存器、有保持功能指令的输出位：保持以前状态说明：（1）.不论IL前面得执行条件为OFF或ON，PC都要对IL—ILC中间的程序进行处理，要占用扫描时间。（2）.IL和ILC可以成对使用，也可以多个IL指令配一个ILC指令，但不允许嵌套。IL---IL…..ILC（允许）ILIL……ILCILC（不允许） 例：分支电路如下：00000000020000101000010010100201003000030000400005A00000000020000101000010010100201003000030000400005IL（02）ILC（03）LD00000IL（02）LD00001OUT01000LDNOT00002OUT01001LD00003ANDNOT00004OUT01002ILC（03）LD00005OUT01003从A点看，00000为后面3个分支的执行条件注意区别并联输出、连续输出和复合输出的结构及其编程方法 暂存继电器TR(TR0~TR7)处理梯形图的另一种方法，用暂存继电器。把一个TR置于一个分支点处，则当前结果就会存在指定TR中。一般用TR位处理，比用IL-ILC指令处理语句表程序稍长。00000000020000101000010010100200003TR0TR0000030000000001TR001000000020100101002TR0LD00000OUTTR0AND00001OUT01000LDTR0AND00002OUT01001LDTR0AND00003OUT01002说明：（1）.同一程序段中，同一个TR号不能重复使用；在不同程序段中，同一个TR号可以重复使用。（2）.TR不是编程指令，只能和LD或OUT等指令一起使用。 跳转/跳转结束指令（JMP（04）/JME（05））JMP（04）NJME（05）NN：跳转号00~49功能：.当JMPN的执行条件为OFF时，跳过JMPN和JMEN之间的程序段，转去执行JMEN后面的程序。JMPN和JMEN之间的所有输出、定时器和计数器的状态保持不变，JMP和JME之间的程序不执行，不占用扫描时间。.当JMPN的执行条件为ON时，执行JMPN和JMEN之间的程序段。梯形图： 0000401002000000000120000JMP（04）00010002000100003TIM000#0200CNT001#0100TIM000JME（05）0001002跳步的意义当00000为OFF时，JMP00到JME00之间的程序段不执行。01000、01002、20000、TIM000、CNT001保持跳步前的状态。例如，TIM000若跳步前未定时，则跳步期间也不会定时，即使20001为ON；若跳步前已定时，则跳步期间停止定时并保持当前值不变，即使20001为OFF；一旦00000变为ON，JMP00到JME00之间的程序被执行，当20001为ON时，TIM000将从当前值开始恢复定时。 .有两种跳转类型：跳转号N=00和跳转号N≠00N≠00时，JMPN---JMEN每个跳转号只能在程序中使用一次。N=00时，JMP00---JME00可以在程序中使用多次。以00为跳转号时，CPU要花费一定时间寻找下一个JME00指令，所以它的执行时间比N≠00时的跳转指令的执行时间要稍长一些。.多个JMPN可以公用一个JMEN，JMP—JMP—JME。.跳转指令可以使用嵌套，但必须是不同的跳转号的嵌套。如：JMP00—JMP01----JME01---JME00 定时器和计数器指令1.定时器指令--TIMTIMNSVIR，SR，HR，AR，LR，DM，*DM，#SV：定时器设定值（字，BCD码）000~127N：定时器TC号功能：通电延时型.当定时器的执行条件为OFF时，定时器输出为OFF。.当定时器的执行条件为ON时，定时器开始定时，定时时间到，定时器输出为ON。当定时器的执行条件变为OFF时，定时器输出随之变为OFF。.定时器最小定时时间单位为0.1秒，定时范围0~999.9秒，SV取值范围为0000~9999 例：定时器TIM000，SV=15秒，定时到01000得电。TIM0000000001000TIM000#0150TIM0000000001000TIM000200例：定时器TIM000，SV=IR200中数据，定时到01000得电。LD00000TIM000#0150LDTIM000OUT01000LD00000TIM000200LDTIM000OUT01000注意：定时器没有断电保持功能，断电时，定时器复位。 2.高速定时器指令--TIMH（15）TIMHNSVIR，SR，HR，AR，LR，DM，*DM，#SV：定时器设定值（字，BCD码）000~127N：定时器TC号功能：同TIM.定时器最小定时时间单位为0.01秒，定时范围0~99.99秒，SV取值范围为0000~9999，SV必须是BCD码。3.计数器指令CNTCNTNSVCPRIR，SR，HR，AR，LR，DM，*DM，#SV：计数器设定值（字，BCD码）000~127N：计数器TC号CP为脉冲输入端；R为复位端 功能：.当R=ON时，不计数，当前值PV=SV；当R由ON→OFF时，开始计数。.当R=OFF时，CP端由OFF→ON时，计数器减1，计数器减到0时，停止计数，计数器输出变为ON。注意:(1).计数器编程时，先编写计数器脉冲输入端CP，再编写复位端R，最后编CNT指令。(2).计数器具有断电保持功能，断电时计数器当前值保持不变。00001例：CNT0040000001005CNT004#0150LD00000LD00001CNT004#0150LDCNT004OUT0100500001=OFF时，00000由OFF→ON时，计数器减1，PV=0时，CNT004变为ON。若计数过程中复位，则停止计数，SV→PV 3.可逆计数器指令--CNTR（12）IR，SR，HR，AR，LR，DM，*DM，#SV：计数器设定值（字，BCD码）000~127N：计数器TC号CNTR(12)NSVACPSCPRACP加计数脉冲输入端；SCP减计数脉冲输入端；R为复位端功能：.当R=ON时，不计数，当前值PV=0000；CNTR输出为OFF。.两个计数脉冲输入端同时为ON时，即ACP、SCP均为ON时，不计数。.当R=OFF时，可以计数，.ACP输入端由OFF变为ON计数器加1；.SCP输入端由OFF变为ON计数器减1。 2、比较指令CMP（20）实现两个数的比较，并使相应的标志位置位。第一数与第二数相比：大于（GR），25505ON等于（EQ），25506ON小于（LE），25507ON操作数：000~018、200~254、HR00~18、AR00~14、LR00~14、TIM/CNT000~126、DM0000~1022、6144~6154、DCMPS 00002CNT000#0003CMP#0002CNT00000002c00025313255060100125507010002550501002 3、移位指令SFT（10）IN为输入信号，SP移位脉冲，R复位信号。st起始通道地址，E结束通道地址。复位端ON时，st到E的地址内容全部置0，并禁止移位。复位端为OFF时，允许移位。移位由移位脉冲实现，当SP从0到1变化时，把IN的内容移入st的00位，而st到E的数据向高位移动一位。SFTstEINSPR SFTstEINSPR 25502：1s脉冲25315：上电初始化。图7-20SFT指令应用示例(a)指令编程；(b)指令表 算术左移指令：ASL（25）把通道数据左移一位。算术右移指令：ASR（26）把通道数据右移一位。循环左移：ROL（27）把通道数据及进位位循环左移。循环右移：ROR（28）把通道数据及进位位循环右移。DCY015000D1500CYD1500CYCYD1500 编写梯形图时注意事项：1.梯形图中线圈应放在最右边。000000000101000错误的000000000101000正确的除少数指令（如ILE、JME等）不允许有执行条件外，几乎所有指令都需要执行条件。.若一条指令在PC上电后需要一直执行，不能直接连在母线上，可以将SR区的常ON标志25313或常OFF标志25314取反后作为执行条件。.若一条指令在PC上电后只执行一次，则将SR区的25315作为执行条件。 3.触点不能画在垂直路径上12010003454540100052213不能用语句表编程，应按逻辑关系改为：4.编程时，对于逻辑关系复杂的程序段，应按先复杂后简单的原则编程10100023230100013120100012301000 尽量避免出现双线圈输出在同程序中，同一元件线圈使用2次或多次，称为双线圈输出。这时前面的输出无效，最后一次输出才是有效输出。20000000000100001000双线圈输出易引起逻辑分析上的混乱010000000001000010010000101000设：00000为ON，00001为OFF第一支路：01000得电第二支路：01001得电第三支路：01000失电I/O刷新01001得电01000失电从第二支路看，01001要想得电01000必须为ON，由此看出上图逻辑混乱。 PLC控制系统设计一.PLC控制系统的组成PLC控制系统信号输入元件：向PC输入指令信号或被控对象的状态信号。（如按钮、限位开关、传感器等）输出执行元件：控制被控对象的工作。（电磁阀、接触器、信号灯等）PC：通过执行软件程序来完成控制功能。二.设计步骤深入了解控制要求，确定控制的操作方式（手动、自动、连续、单周期、单步等），应完成的动作（动作顺序、动作条件、保护、连锁等）。根据控制要求，确定I/O点数。（输入、输出形式、要留有余量）根据I/O点数及控制的其它要求（特殊功能）选择PC型号。进行I/O点分配，绘制PC外部接线图，设计控制系统主电路。 设计PC程序对于复杂对象，应先绘制控制流程图，如有必要，画出详细的功能表图，然后设计梯形图。利用输入信号开关板模拟现场信号，对PC控制程序进行模拟调试。制作控制柜。进行现场调试。编制技术文件（包括电气原理图、软件清单、使用说明书、元件明细表等）。 分析控制对象确定控制内容选择PLC类型硬件设计软件设计系统总装统调符合设计要求投入运行调整硬件否调整软件否是 梯形图的基本电路1.启保停电路01000000010100000002PCKM∼SB1SB2DC24V0000100002COMCOMFUAC220V010002.双向控制电路其中SB1为启动按钮，SB2为停止按钮。010000000101000000000000200001010010100101001000020000001000PCKM1∼SB1SB2DC24V0000000001COMCOMFUAC220V01000SB3KM20100100002（其中SB3为停止按钮） TIM00020000200000000020000TIM00001000TIM000#00203.定时器和计数器的应用（1）.单脉冲电路控制要求：在控制信号的上升沿产生脉宽一定的单脉冲2s2s000000100000000为ON→20000得电20000常开点闭合自锁20000常开点闭合TIM000定时2s01000得电定时到TIM000常闭点断开01000失电无论00000接通时间长短，01000产生的脉宽均为TIM000定时时间2s。 （2）.闪烁电路作用：产生周期性方波脉冲2s3s00000010002s3sTIM00000000TIM00101000TIM001#0030TIM000#002000000为ONTIM000定时2s定时2s到TIM000常开点闭合，01000为ONTIM001定时3s定时到TIM001常闭点打开TIM000常开点打开01000为OFFTIM001为OFFTIM001常闭点闭合当00000为OFF时，停止脉冲输出。 （3）.周期性脉冲序列发生器作用：产生一定周期的脉冲序列（a）.自复位定时器作用：在控制信号的作用下，用定时器产生一定周期的脉冲序列5s0000001000Ts00000TIM000TIM000#005000000闭合→TIM000线圈得电定时5s→定时到→TIM000常闭点打开。在下一个扫描周期，因为TIM000常闭点已经打开→TIM000线圈失电→→TIM000常闭点闭合再下一个周期，TIM000线圈得电，开始第二次定时、循环。由于Ts很小，可以近似认为脉冲序列的周期为5s。 （b）.自复位定时器作用：在控制信号的作用下，用计数器产生一定周期的脉冲序列5s0000001000Ts25500为0.1s时钟脉冲序列，计数器的SV＝5050×0.1＝5s可以实现5s的定时。00000为ON，则R为OFF，不复位。CNT000开始对25500计数→计数到→CNT000线圈得电→CNT000常开点闭合→CNT000复位→CNT000常开点打开。在下一个扫描周期，因为CNT000常开点已经打开，不复位→→CNT000开始对25500计数→…..如此循环。CNT0002550000000CNT000#0050CPR （4）.定时/计数范围的扩展PC中定时器或计数器的定时、计数范围有限（定时器：0～999.9s、高速定时器：0～99.99s；计数器：0～9999），若想实现长时间定时、计数，可以用两个以上的定时器、计数器串联。例：用两个计数器实现1小时定时CNT0002550000000CNT000#0600CPR00000CNT000CNT001#0060CPR60s00000CNT000….60个（1小时）CNT001 4.移位寄存器的应用（1）.在自动化生产线上的应用某生产线有5个工位1号工位：检查站，检查产品是否合格产品合格：00000为ON产品不合格：00000为OFF5号工位：剔除站，不合格产品被机械手剔除12345检查站剔除站产品要从1号站经过4次移动移到5号站，产品合格则继续下面的工艺，产品不合格则被机械手剔除。因此使用4位移位寄存器20000～20003。2000020001200022000300000的状态01000000010000000002SFT(10)200200CPR20003IN01000传送带的主动轴上装有移位信号传感器，产品每移一位，传感器发出一个移位脉冲，由00001输入。00002为工作控制信号，01000带动机械手工作。 （3）.延时接通电路（a）.启动按钮为带自锁按钮TIM0000000001000TIM000#0050000005s01000（b）.启动按钮为不带自锁按钮2000020000TIM0002000001000TIM000#00500000000001000005s010000000120000注意：00000为启动按钮，00001为停止按钮，必须对00000实现自锁。 （4）.延时断开电路（a）.按钮为带自锁按钮TIM000000000000001000TIM000#0050000005s01000（b）.按钮为不带自锁按钮200002000020000TIM0002000001000TIM000#00500000000001000005s010000000120000 （5）.顺序延时接通电路（a）.采用定时器的电路0100201001TIM0000000001000TIM000#0100TIM001#0200TIM002#0300TIM001TIM0020000010s0100020s30s0100101002 1.Y–换接起动控制线路Y接法KM3KM1FUQ接法.SB1.SB2KTKM1KM3KM2KM3KM1KM1KTKM2KTKM2KM2利用PLC实现电动机的Y–起动 通电通电.SB1.SB2KTKM1KM3KM2KM3KM1KM1KTKM2KTKM2通电断电通电延时继电器通电延时断开复合按钮起动过程：按SB2KM1通电KM2断电绕组Y接KM2断电KM1接通电源KM2—绕组联接KM3—绕组Y联接常闭断开常开闭合常闭延时断开电动机Y接起动常闭断开常开闭合自锁KT通电KM3通电通电瞬时闭合 2.系统图用PLC控制三相异步电动机的Y-起动PLC接线图X1X2COMY1COM~KM1SB1SB2220V24VY2KM2FRY3KM3 3.梯形图程序Y1接通电源、Y2△形连接、Y3星形连接[][][]TMX500[]R0T0Y3[]TMX101[]T0T1Y2X2R0X1R0Y2T0Y1R0Y3(ED)4.语句表指令STX2ORR0AN/X1OTR0STY2OR/T0ANSOTY1STR0TMX0K50STR0AN/T0OTY3STT0TMX1K10STT1AN/Y3OTY2ED 启动时，按下SB2，X2常开闭合，此时R0接通，定时器接通，Y1、Y3也接通，KM1、KM3接触器接通，电动机进入星形降压启动。延时5秒后，定时器T0动作，其常闭触点断开，使Y1、Y3断开，KM1、KM2断开。T0的常开触点闭合，接通定时器T1，延时1秒后，T1动作，Y1、Y2接通，KM1、KM2接通，电动机三角形联结，进入正常工作。时间常数K=50延时0.1×50=5秒 例1：送料小车自动控制系统的梯形图设计ST1ST2右行左行0000400003控制要求：小车在ST1处装料，15s后装料结束，开始右行，碰到行程开关ST2后停下来卸料，10s后左行，碰到行程开关ST1又停下来装料，这样不停的循环工作。在左行和右行过程中，按下停止按钮SB3小车停止运行。 （1）.控制按钮设置一个右行启动按钮SB1；一个左行启动按钮SB2；一个停止按钮SB3。（2）.I/O分配输入输出按钮及行程开关PC输入端子号输出设备名称PC输出端子号右行启动按钮SB100000右行接触器01000左行启动按钮SB200001左行接触器01001停止按钮SB300002装料电磁阀01002右端行程开关ST200003卸料电磁阀01003左端行程开关ST100004（3）.梯形图设计（A）.小车的左行、右行是典型的双向控制电路，先画出双向控制电路。 （B）.考虑行程开关的作用。小车没有到位行程开关不动作，小车到位行程开关动作，则相应的小车运行应停止。0100001001000010100001001000020000001000右行左行000000000200001010010100001001000010100001001000020000001000右行左行000000000200001010010000300004 （C）.考虑装料、卸料小车右行ST2（00003）动作停止右行卸料10S左行小车左行ST3（00004）动作停止左行装料15S右行故用00003控制TIM000延时10S，卸料，卸料完成左行用00004控制TIM001延时15S，装料，装料完成右行按下停止按钮SB3（00002），全部停止 00003TIM000#01000100300004TIM001#015001002卸料装料TIM000TIM0010000300004000000000200001010010100001001000010100001001000020000001000右行左行 依次串联即构成顺序启动电路0100201003010040100101000010000000000001010010000200003010020000400005010030000600007010040000800009'