博学博学 求是求是 明明德德可编程序控制器可编程序控制器原原 理理 及及 应应 用用制作：制作： 江苏大学电气信息工程学院江苏大学电气信息工程学院博学博学 求是求是 明明德德第一章第一章第一章第一章 工厂电气控制基础工厂电气控制基础工厂电气控制基础工厂电气控制基础第二章第二章第二章第二章 PLCPLCPLCPLC概述概述概述概述第三章第三章第三章第三章 PLCPLCPLCPLC的基本组成和工作原理的基本组成和工作原理的基本组成和工作原理的基本组成和工作原理第四章第四章第四章第四章 S7-200 PLCS7-200 PLCS7-200 PLCS7-200 PLC的系统配置的系统配置的系统配置的系统配置第五章第五章第五章第五章 S7-200 PLCS7-200 PLCS7-200 PLCS7-200 PLC的指令系统的指令系统的指令系统的指令系统第六章第六章第六章第六章 PLCPLCPLCPLC控制系统设计控制系统设计控制系统设计控制系统设计目目 录录博学博学 求是求是 明明德德第一章 工厂电气控制基础1-11-11-11-1 常用低压电器常用低压电器常用低压电器常用低压电器1-21-21-21-2电气控制电路基本环节电气控制电路基本环节电气控制电路基本环节电气控制电路基本环节博学博学 求是求是 明明德德1.1常用低压电器电器是一种能根据外界的信号电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理（机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件护、检测和调节用的电气元件或设备。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12001200v v、直流额定直流额定电压电压15001500v v及以下的电路中及以下的电路中的电器产品的电器产品博学博学 求是求是 明明德德电力拖动自动控制系统常用电器电力拖动自动控制系统常用电器博学博学 求是求是 明明德德电磁式电器1.组成电磁机构电磁机构触点系统触点系统灭弧装置灭弧装置博学博学 求是求是 明明德德电磁式电器工作原理图1铁芯 2线圈 3衔铁 4静触点5动触点 6触点弹簧 7释放弹簧 b）线圈通以交流电电磁式电器工作原理示意图 （a）线圈通以直流电的电磁机构I与无关博学博学 求是求是 明明德德图1-2 吸力特性与反力特性的配合1直流电磁铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性 3反力特性吸力特性：是指电磁吸力随衔铁与铁芯间气隙吸力特性：是指电磁吸力随衔铁与铁芯间气隙变化的关系曲线。变化的关系曲线。 反力特性：是指反作用力反力特性：是指反作用力FrFr与气隙与气隙的关系曲线的关系曲线 在衔铁吸合过程中，其吸力特性必须始终处于反力特性上方，即吸力要大于反力；反之衔铁释放时，吸力特性必须位于反力特性下方，即反力要大于吸力（此时的吸力是由剩磁产生的）。在吸合过程中还须注意吸力特性位于反力特性上方不能太高，否则会影响到电磁机构寿命。 1）电磁机构吸力特性与反力特性的配合吸力特性与反力特性的配合：博学博学 求是求是 明明德德交流电磁铁的短路环1衔铁 2铁芯 3线圈 4短路环(2) 交流电磁机构上短路环的作用博学博学 求是求是 明明德德（3）触点系统触点是电器的执行机构，它在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。结构形式：触点的接触形式：触点的分类： 按触点的运动情况：动触点和静触点 按触点的职能分：主触点和辅助触点 按触点的状态可分为：常开触点和常闭触点桥式触点和指形触点点接触、线接触和面接触博学博学 求是求是 明明德德3. 灭弧系统常用的灭弧方法有电动力灭弧、磁吹灭常用的灭弧方法有电动力灭弧、磁吹灭弧、栅片灭弧、灭弧罩几种弧、栅片灭弧、灭弧罩几种 博学博学 求是求是 明明德德二.接触器定义：接触器是用于远距离频繁地接通和分断主电路或大容量控制电路，主要用于控制电动机，也可用于控制其他电力负载。接触器的种类按工作原理可以分为：电磁式、 气动式、 液压式博学博学 求是求是 明明德德电磁式接触器分类按主触头所在动力回路的电流种类分：按主触头所在动力回路的电流种类分： 交流、交流、 直流直流按主触头对数分：按主触头对数分：单极（一对主触头）、多极（二至四对主触头）单极（一对主触头）、多极（二至四对主触头）按电磁线圈回路（通常叫做控制回路）的电流种按电磁线圈回路（通常叫做控制回路）的电流种类分：类分： 交流操作交流操作 、 直流操作直流操作按主回路电压等级分：按主回路电压等级分： 低压低压 、 高压高压按铁心结构形式分：按铁心结构形式分：转动式（或称角移式）和直转动式（或称角移式）和直动式动式博学博学 求是求是 明明德德接触器结构简图博学博学 求是求是 明明德德接触器的图形符号、文字符号博学博学 求是求是 明明德德接触器铭牌上的额定电压是指主触头的接触器铭牌上的额定电压是指主触头的额定电压。额定电压。交流接触器的额定电压一般为交流接触器的额定电压一般为220220V V、380V380V、660V660V及及11401140V V；直流接触器一般为直流接触器一般为220220V V、440V440V及及660660V V。辅助触头的常用额定电压：交流辅助触头的常用额定电压：交流380380V V；直流直流220220V V。接触器的主要技术参数-额定电压博学博学 求是求是 明明德德接触器的主要技术参数-额定电流接接触触器器的的额额定定工工作作电电流流系系指指主主触触头头的的额额定电流。定电流。接接触触器器电电流流等等级级为为：6 6A A、10A10A、16A16A、25A25A、40A40A、60A60A、100A100A、160A160A、250A250A、400A400A、600A600A、1000A1000A、1600A1600A、2500A2500A及及40004000A A。博学博学 求是求是 明明德德接触器的主要技术参数-操作频率交流接触器的操作频率一般为：交流接触器的操作频率一般为： 300300次次/ /h h12001200次次/ /h h 直流接触器的额定操作频率比交流接触直流接触器的额定操作频率比交流接触器的高器的高博学博学 求是求是 明明德德接触器的选用1.接触器的类型选择：接触器的类型选择：根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型。根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型。2.额定电压的选择额定电压的选择接触器的额定电压不小于负载回路的电压。接触器的额定电压不小于负载回路的电压。3.额定电流的选择：额定电流的选择：一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流。对于电一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流。对于电动机负载可按经验公式计算：动机负载可按经验公式计算：4.吸引线圈的额定电压：吸引线圈的额定电压：吸引线圈的额定电压与所接控制电路的电压相一致。吸引线圈的额定电压与所接控制电路的电压相一致。博学博学 求是求是 明明德德2、继电器 定义继电器是控制系统中一种重要的元件，它的作用就是继电器是控制系统中一种重要的元件，它的作用就是按照某种要求接通或断开控制系统中的电路。按照某种要求接通或断开控制系统中的电路。当继电器输入电压、电流和频率等当继电器输入电压、电流和频率等电量电量或温度、压力或温度、压力和转速等和转速等非电量非电量达到规定值时，继电器的触点便接通达到规定值时，继电器的触点便接通或分断所控制或保护的电路。或分断所控制或保护的电路。继电器一般由输入继电器一般由输入感测机构感测机构感测机构感测机构和和输出执行机构输出执行机构输出执行机构输出执行机构两部分组两部分组成，前者用以反映输入量的高低，后者用以接通或切成，前者用以反映输入量的高低，后者用以接通或切断电路。断电路。 常用的继电器是有触点的，触点有通和断两种状态，常用的继电器是有触点的，触点有通和断两种状态，状态的改变由某种机构带动。状态的改变由某种机构带动。博学博学 求是求是 明明德德继电器-分类按动作原理，继电器可以分按动作原理，继电器可以分电磁式、电磁式、感应式、感应式、电子式、电子式、热效应式、热效应式、气动式、气动式、电动式等；电动式等；按动作时间，继电器可以分按动作时间，继电器可以分 瞬时动作和延时动作（也叫时间继电器）等瞬时动作和延时动作（也叫时间继电器）等；博学博学 求是求是 明明德德继电器-分类按按输输入入量量的的物物理理性性质质，继继电电器器可可以以分分为为电电压压、电电流、速度、时间、温度、压力、热继电器等。流、速度、时间、温度、压力、热继电器等。最最常常用用的的是是电电磁磁式式继继电电器器，它它是是根根据据吸吸引引线线圈圈中中的电流量的大小来动作的。的电流量的大小来动作的。电电磁磁式式继继电电器器分分直直流流和和交交流流两两大大类类，它它们们的的主主要要结结构构和和工工作作原原理理与与接接触触器器基基本本相相同同，它它们们各各自自又又可分为电流、电压、时间、中间继电器等。可分为电流、电压、时间、中间继电器等。吸吸引引线线圈圈采采用用直直流流控控制制的的叫叫直直流流继继电电器器；吸吸引引线线圈采用圈采用交流控制的交流控制的叫交流继电器。叫交流继电器。博学博学 求是求是 明明德德继电器继电器特性曲线 K=x1/x2称为继电器的返回系数称为继电器的返回系数 博学博学 求是求是 明明德德继电器-电压继电器1 1）电压继电器）电压继电器触点的动作和线圈的动作电压大小有关的继电器叫电压继电器，触点的动作和线圈的动作电压大小有关的继电器叫电压继电器，它用于它用于电力拖动系统的电力拖动系统的电压保护电压保护和和控制控制，使用时，使用时电压继电器的线电压继电器的线电压继电器的线电压继电器的线圈圈圈圈与与负载负载负载负载并联。并联。 其线圈的匝数其线圈的匝数多多而而线径细线径细。分类：分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电压继按线圈电流的种类可以分为交流和直流电压继电器，按吸合电压大小又可以分为过电压、欠电压和电器，按吸合电压大小又可以分为过电压、欠电压和零电压继电器。零电压继电器。特点特点博学博学 求是求是 明明德德继电器-中间断电器中间继电器的作用是中间继电器的作用是增加增加被控制线路的被控制线路的数量数量或或加大加大触触点允许的点允许的断开容量断开容量，以达到分配控制信号和功率放大，以达到分配控制信号和功率放大的目的。的目的。中间继电器有交、直流两种。中间继电器的特点是触中间继电器有交、直流两种。中间继电器的特点是触点数目较多，一般在点数目较多，一般在3 34 4对以上，触点形式常采用桥对以上，触点形式常采用桥形触点（与接触器辅助触点相同）。形触点（与接触器辅助触点相同）。动作功率较大的中间继电器与小型接触器的结构相同。动作功率较大的中间继电器与小型接触器的结构相同。博学博学 求是求是 明明德德继电器-中间断电器适用于交流适用于交流500500V V以下的控制线路以下的控制线路，线圈电压为，线圈电压为交流交流1212V V、36V36V、127V127V、220V220V及及380380V V五种。继电五种。继电器有八对触点，额定电流为器有八对触点，额定电流为5 5A A，最高操作频率最高操作频率为为12001200次次/ /h h。 适用于直流适用于直流110110V V以下的控制电路以下的控制电路，线圈额定电，线圈额定电压为直流压为直流1212V V、24V24V、48V48V、110V110V四种，线圈消四种，线圈消耗功率不大于耗功率不大于3 3W W，继电器具有带公共触点的三继电器具有带公共触点的三常开、三常闭触点，触点额定电流为常开、三常闭触点，触点额定电流为3 3A A。博学博学 求是求是 明明德德继电器-电流继电器2 2）电流继电器）电流继电器触点的动作和线圈的动作电流大小有关的继电器叫电触点的动作和线圈的动作电流大小有关的继电器叫电流继电器，使用时电流继电器的线圈与负载串联。流继电器，使用时电流继电器的线圈与负载串联。特点特点其线圈的匝数少而粗。其线圈的匝数少而粗。分类：分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电流继电器，按线圈电流的种类可以分为交流和直流电流继电器，按吸合电流大小又可以分为过电流和低电流继电器。按吸合电流大小又可以分为过电流和低电流继电器。博学博学 求是求是 明明德德继电器-时间继电器时间继电器的特点是当得到控制信号后（时间继电器的特点是当得到控制信号后（如继电器线圈接通或断如继电器线圈接通或断开电源开电源），其触点状态并），其触点状态并不立即改变不立即改变，而是经过一段时间的延迟，而是经过一段时间的延迟之间，触点才闭合或断开，因此这种继电器又称为延时继电器。之间，触点才闭合或断开，因此这种继电器又称为延时继电器。接通延接通延时型时型断开延断开延时型时型闭闭闭闭博学博学 求是求是 明明德德继电器-热继电器热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。主要用于交流电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行的保护及其它电气设备发热状态的控制。热继电器的选用 ：1）过载能力能力较差的差的电动机，机，热元件的元件的额定定电流流IRT为电动机的机的额定定电流流IN的的6080。（2 2）在不频繁的启动场合，若电动机启动电流为其额定电流）在不频繁的启动场合，若电动机启动电流为其额定电流6 6倍以及倍以及启动时间不超过启动时间不超过6 6秒时，可按电动机的额定电流选取热继电器；秒时，可按电动机的额定电流选取热继电器；（3 3）当电动机为重复且短时工作制时，要注意确定热继电器的操作）当电动机为重复且短时工作制时，要注意确定热继电器的操作频率，对于操作频率较高的电动机不宜使用热继电器作为过载保护。频率，对于操作频率较高的电动机不宜使用热继电器作为过载保护。博学博学 求是求是 明明德德主令电器 主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器，主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器，用来控制接触器、继电器或其它电器线圈，使电路接用来控制接触器、继电器或其它电器线圈，使电路接通或分断，从而达到控制生产机械的目的。通或分断，从而达到控制生产机械的目的。主令电器应用广泛、种类繁多。按其作用可分为：控主令电器应用广泛、种类繁多。按其作用可分为：控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器及其它主令电器（如脚踏开关、钮子开关、紧控制器及其它主令电器（如脚踏开关、钮子开关、紧急开关）等。急开关）等。博学博学 求是求是 明明德德按钮1-按钮帽 2-复位弹簧 3-动触点4-常闭静触点 5-常开静触点博学博学 求是求是 明明德德（二）行程开关行程开关又称限位开关或位置开关。是一种利用生产行程开关又称限位开关或位置开关。是一种利用生产机械某些运动部件的撞击来发出控制信号的小电流主机械某些运动部件的撞击来发出控制信号的小电流主令电器。主要用于生产机械的运动方向、行程大小控令电器。主要用于生产机械的运动方向、行程大小控制或位置保护等。制或位置保护等。接近开关和光电开关接近开关和光电开关 非接触式的、无触点行程开关非接触式的、无触点行程开关 接近开关按其工作原理分：有高频振荡型、电容型、感接近开关按其工作原理分：有高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等，其中高频振应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等，其中高频振荡型最为常用荡型最为常用 博学博学 求是求是 明明德德五、熔断器熔断器是一种结构简单、使用方便、价熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器。常作为电路或用电格低廉的保护电器。常作为电路或用电设备的设备的严重过载和短路保护，严重过载和短路保护，主要用作主要用作短路保护。短路保护。熔断器的熔断器的熔体熔体串联串联在被保护电路中在被保护电路中 博学博学 求是求是 明明德德六、低压断路器低压断路器又称自动空气开关或自动开关。它相当于低压断路器又称自动空气开关或自动开关。它相当于刀开关、熔刀开关、熔刀开关、熔刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器断器、热继电器、过电流继电器断器、热继电器、过电流继电器断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合，是一种和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护欠压、失压、过载和短路保护的的电器。电器。 1-12 低压断路器结构示意图1主触点 2自由脱扣机构 3过电流脱扣器4分励脱扣器 5热脱扣器 6失压脱扣器 7按钮博学博学 求是求是 明明德德1.2继电器-接触器原理图的绘制 1） 1 1）基本原则是按电路画图）基本原则是按电路画图同同一一电电路路中中串串联联的的各各部部件件都都展展开开地地画画在在一一条条线线上上。全全部部控控制制线线路路分分为为主主回回路路、控控制制回回路路和和辅辅助回路。助回路。主主回回路路是是电电气气控控制制线线路路中中大大电电流流通通过过的的部部分分，包包括括从从电电源源到到电电机机之之间间相相连连的的电电器器元元件件，一一般般由由（QS,FU, QS,FU, FRFR的热元件的热元件( (QF)KMQF)KM主触点和电动机）主触点和电动机）接触器和继电器线圈等是小电流线路属于接触器和继电器线圈等是小电流线路属于控制回路控制回路；其其他他如如信信号号、保保护护、测测量量等等也也是是小小电电流流线线路路但但属属于于辅辅助助回路回路。博学博学 求是求是 明明德德继电器-接触器原理图的绘制 22 2）所所有有的的主主回回路路（或或称称动动力力回回路路）在在图图上上都都用用粗粗线线画画出出，并并且且一一般般都都画画在在图图纸纸的的上上方方或或左左方方。控控制制和和辅辅助助回回路路用用细细线线表表示示，画画在在同同一一张张图图纸纸的下方或的下方或右方右方。3 3）图图中中各各电电器器元元件件均均应应用用国国标标规规定定的的图图形形符符号号和文字符号和文字符号同一电器的各部件（如继电器的线圈和触点）可以画同一电器的各部件（如继电器的线圈和触点）可以画在不同的位置，但必须采用相同的文字符号表示。为在不同的位置，但必须采用相同的文字符号表示。为了区分同一电器的各触点或同一类型的各电器，可以了区分同一电器的各触点或同一类型的各电器，可以用辅助符号或数字序号加以区别。用辅助符号或数字序号加以区别。博学博学 求是求是 明明德德继电器-接触器原理图的绘制4 4）线线路路图图中中的的所所有有触触点点都都按按其其“正正常常”位位置置画画出出所谓正常位置是指各电器在没有通电或受外力作用时所谓正常位置是指各电器在没有通电或受外力作用时的状态。例如接触器线圈未通电，主令控制器手柄在的状态。例如接触器线圈未通电，主令控制器手柄在零位，按钮未按下时的情况等。零位，按钮未按下时的情况等。 5 5）尽可能减少线条和避免线条交叉）尽可能减少线条和避免线条交叉 各各导导线线之之间间有有电电的的联联系系时时，在在导导线线的的交交点点处处画画一一个个实实心心圆圆点点。根根据据图图面面布布置置的的需需要要，可可以以将将图图形形符符号号旋旋转转9090度，但文字符号不可倒置。度，但文字符号不可倒置。博学博学 求是求是 明明德德异步电动机控制线路原理图单向点动、自锁“一按（点）就动，一一按（点）就动，一松（放）就停松（放）就停”的电的电路称为点动控制电路。路称为点动控制电路。点动控制电路常用于点动控制电路常用于调整机床，对刀操作调整机床，对刀操作等。因短时工作，电等。因短时工作，电路中不设热继电器路中不设热继电器 单向点动控制电路 博学博学 求是求是 明明德德单向自锁控制电路依靠接触器自身辅助依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持触点而使其线圈保持通电的现象称为自锁。通电的现象称为自锁。起自锁作用的辅助触起自锁作用的辅助触点，则称为自锁触点点，则称为自锁触点 单向自锁控制电路 博学博学 求是求是 明明德德单向点动、自锁混合电路（1）（2）博学博学 求是求是 明明德德2.电动机正反向运行控制电路 1.接触器接触器KM1KM1和和KM2KM2触点不可同时闭合，以免发生相间短路故障。触点不可同时闭合，以免发生相间短路故障。互锁互锁：利用接触器常闭辅助触点互相制约的方法称为互锁。而这两个常闭辅助：利用接触器常闭辅助触点互相制约的方法称为互锁。而这两个常闭辅助触点称为互锁触点。触点称为互锁触点。2 2正一反一停控制电路正一反一停控制电路1.正停反控制电路正停反控制电路博学博学 求是求是 明明德德2.电动机正反向运行控制电路 3自动停止控制电路博学博学 求是求是 明明德德2.电动机正反向运行控制电路 3自动往返控制电路博学博学 求是求是 明明德德2.电动机正反向运行控制电路 3自动延时往返控制电路有粗博学博学 求是求是 明明德德三相笼型异步电动机减压起动控制电路博学博学 求是求是 明明德德典型控制电路（一）多地点控制（二）顺序启动博学博学 求是求是 明明德德顺序起动博学博学 求是求是 明明德德组成电气控制电路的基本规律 （）(一一) 按联锁控制的规律按联锁控制的规律联锁控制：电气控制电路中，各电器之间的互相制约、互相联锁控制：电气控制电路中，各电器之间的互相制约、互相配合的控制配合的控制如如：顺序控制，电动机正，反转控制电路，单相顺序控制，电动机正，反转控制电路，单相点动、自锁混合控制电路点动、自锁混合控制电路正确选择联锁触点正确选择联锁触点正确选择联锁触点正确选择联锁触点 关键关键博学博学 求是求是 明明德德组成电气控制电路的基本规律（二）(二二) 按控制过程的变化参量进行控制的规律按控制过程的变化参量进行控制的规律：星形星形三角形降压起动控制电路时间作为控制参量三角形降压起动控制电路时间作为控制参量 在自动往返控制电路中，选择运动部件的行程作为控制参量在自动往返控制电路中，选择运动部件的行程作为控制参量 反接制动控制电路中，选择速度作为控制参量反接制动控制电路中，选择速度作为控制参量 绕线式异步电动机的控制电路绕线式异步电动机的控制电路 ，选择电流作为控制参量，选择电流作为控制参量 控制过程中选择电压、压力、温度等控制参量进行控制的方式分控制过程中选择电压、压力、温度等控制参量进行控制的方式分别称为电压原则、压力原则、温度原则别称为电压原则、压力原则、温度原则 按控制过程的变化参量进行控制的关键是正确选择控制参量、确定控制原按控制过程的变化参量进行控制的关键是正确选择控制参量、确定控制原则，并选定能反映该控制参量变化的电器元件。例如按时间原则控制时应则，并选定能反映该控制参量变化的电器元件。例如按时间原则控制时应选定时间继电器来反映时间参量的变化选定时间继电器来反映时间参量的变化 如如博学博学 求是求是 明明德德电动机控制的保护环节 电气控制系统中常用的保护环节有短路保护、过载保护、失压、欠压保护、弱磁保护、安全接地、工作接地等 博学博学 求是求是 明明德德博学博学 求是求是 明明德德博学博学 求是求是 明明德德