1電氣控制與PLC原理

杭州電子科技大學自動化學院緒論主講：吳茂剛2一課程簡介

電氣控制技術是以各類電動機為動力的傳動裝置與系統為對象，以實現生產過程自動化的控制技術。電氣控制系統是其中的主干部分，在國民經濟各行業中的許多部門得到廣泛應用，是實現工業生產自動化的重要手段。目前，電氣控制技術已由繼電器接觸器硬接線的常規控制轉向以計算機為核心的軟件控制。什么是電氣控制技術？3

當前我國電氣控制技術的現狀是：一方面繼電器接觸器控制系統仍然是機械設備最常用的電氣控制方式；另一方面，PLC控制系統應用十分普遍，已經成為實現工業自動化的主要手段。本課程從實際應用出發，是一門實用性很強的專業課。它的前續課程有電機及其拖動、電力電子技術、微機原理、通信技術、過程控制等。課程主要內容包括：常用低壓電器和電氣控制的基本知識、PLC控制系統組成結構、指令應用、程序設計和系統設計等五大部分。4二電氣控制技術發展概況

隨著科學技術的不斷發展、生產工藝的不斷改進，特別是計算機技術的應用，新型控制策略的出現，不斷改變著電氣控制技術的面貌。在控制方法上，從手動控制發展到自動控制；在控制功能上，從簡單控制發展到智能化控制；在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統發展到以微處理器或微計算機為中心的網絡化自動控制系統。現代電氣控制技術綜合應用了計算機技術、微電子技術、檢測技術、自動化技術、智能技術、通信技術、網絡技術等先進的科技成果。5

總體來說，可將電氣控制技術分為三個階段第一階段：從集中傳動到分散傳動

20世紀初，電動機直接取代蒸汽機，開始是成組拖動，用一臺電動機通過中間機構實現能量分配與傳遞，拖動多臺生產機械(即成組拖動方式); 20世紀20年代，出現了單電機拖動，即由一臺電動機拖動一臺生產機械(即單獨拖動);

隨著生產發展及自動化程度的提高，又出現了多臺電動機分別拖動各運動機構的多電機拖動。6

第二階段：從繼電控制到可編程控制器控制繼電器—接觸器控制系統至今仍是許多生產機械設備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學習更先進電氣控制系統的基礎。它主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關等組成，由于其控制方式是斷續的，故稱為斷續控制系統。

以軟件手段實現各種控制功能、以微處理器為核心的可編程序控制器(ProgrammableLogicController,PLC)，是20世紀60年代誕生并開始發展起來的一種新型工業控制裝置。7

第三階段：從單臺設備的PC控制到整個生產線的PC控制在自動化領域，可編程控制器與CAD/CAM、工業機器人并稱為加工業自動化的三大支柱，其應用日益廣泛。自20世紀70年代以來，電氣控制相繼出現了直接數字控制(DDC)系統、柔性制造系統(FMC)、計算機集成制造系統(CIMS)、綜合運用計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、智能機器人、集散控制系統(DCS)、現場總線控制系統等多項高技術，形成了從產品設計與制造和生產管理的智能化生產的完整體系。8

電器是一種能根據外界的信號(機械力、電動力和其它物理量)，自動或手動接通和斷開電路，從而斷續或連續地改變電路參數或狀態，實現對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測和調節用的電氣元件或設備。

低壓電器通常是指在交流額定電壓1200V、直流額定電壓1500V及以下的電路中起通斷、保護、控制或調節作用的電器產品。三電氣控制系統與PLC概述1.低壓電器9按動作原理手動電器：需人工直接操作才能完成指令任務自動電器：產生電磁吸力而自動完成動作指令按用途控制電器：用于各種控制電路和控制系統配電電器：用于電能的輸送和分配主令電器：用于自動控制系統中發送控制指令保護電器：用于保護電路及用電設備執行電器：用于完成某種動作或傳送功能按工作原理電磁式電器：依據電磁感應原理工作非電量控制電器：靠外力或某種非電物理量的變化低壓電器的分類10電力拖動自動控制系統常用電器11低壓電器圖片斷路器中間繼電器繼電器按鈕及指示燈交流接觸器低壓熔斷器行程開關12

工業企業中使用的各種電氣設備和生產機械，都廣泛采用電動機拖動，電動機的控制是通過不同的控制方式來完成的。生產機械的工藝要求不同，控制電路也就不同，但任何復雜的控制電路都是由一些比較簡單的基本控制環節組合而成的。電氣控制系統是由電氣元件按照一定要求連接而成的。電氣控制系統圖是用圖形的方式來表示電氣控制系統中的電氣元件及其連接關系。圖中采用不同的圖形符號表示各種電器元件，采用不同的文字符號表示各電器元件的名稱、序號或線路的功能、狀況和特征，采用不同的線號或接點編號來表示導線與連接等。2.常規繼電器接觸器控制系統13應用舉例

三相異步電動機單向全壓啟動、停止控制線路：

主電路由刀開關QS、熔斷器FU1、接觸器KM的主觸點、熱繼電器FR的熱元件和電動機M構成。控制回路由熔斷器FU1常閉觸點FR、停止按鈕SB1、啟動按鈕SB2、接觸器線圈KM和常開觸點KM組成。14工作原理

啟動時，合上QS，按下按鈕SB2，則KM線圈有電，接觸器KM吸合，主觸點閉合，電動機接通電源開始全壓啟動，同時KM的輔助常開觸點也閉合，使KM吸引線圈經兩條路通電。這樣，當松手SB2復位跳開時，KM線圈照樣通電處于吸合狀態，使電動機進入正常運行。這樣依靠接觸器自身的觸點保持通電的現象稱為自鎖。要使電動機停止運行，只要按一下停止按鈕SB1即可。按下SB1，線圈KM斷電釋放，則KM的主觸點斷開電源，電動機自停車到轉速為零，同時輔助常開觸點也斷開，控制回路解除自鎖，所以手松開按鈕，控制回路也不能再自行啟動。15保護功能

(1)短路保護由熔斷器FU1、FU2分別實現主電路與控制電路的短路保護。

(2)過載保護熱繼電器FR是作為過載保護用的。熱繼電器在電動機起動的時間內能經得起起動電流沖擊而不動作。當過載時間比較長，熱繼電器動作，常閉觸點FR斷開，接觸器KM線圈失電跳閘、主觸點KM斷開主電路，電動機停止運轉，實現了電動機的過載保護。

(3)欠壓和失壓保護依靠接觸器本身實現。當電源電壓低到一定程度或失電，接觸器KM就會釋放，主觸點把主電源斷開，電動機停止運轉。163.可編程控制器可編程序控制器簡稱ProgrammableController—PCPersonalComputer—PCProgrammableLogicController—PLC17可編程控制器的定義1985年1月，國際電工委員會（IEC）定義：可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入/輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于使工業控制系統形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。18可編程控制器的特點

由于具有上述特點，使得可編程控制器的應用范圍極為廣泛。①可靠性高、抗干擾能力強。②適應性強、應用靈活。③編程方便、易于使用。④控制系統設計、安裝、調試方便。⑤維修方便、維修工作量小。⑥功能完善。19可編程控制器的應用①開關量邏輯控制自動生產線、機床電氣控制、沖壓機械、鑄造機械、運輸帶、包裝機、飛剪等控制②運動控制

金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機器人、電梯等。③閉環過程控制

溫度、壓力、流量等連續變化的模擬量的閉環控制。④數據處理

數學運算、數據傳輸、轉換、排序、查表、位操作。⑤通信聯網

PLC與