电气控制技术与PLC 第 1 章讲解

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1、电气控制技术 与PLC 电气与电子工程学 1 欢迎大家学习 电气控制技术与PLC 课 程 2 课程名称:电气控制技术与PLC n学 时：50h（理论：40h-实验：10h） n学 分：3学分 n先修课程：电子技术、自控原理、 电力电子技术、 电机及拖动基础、微机原理及应用 适用专业：电气工程及其自动化 n n 答疑方式答疑方式: : 电子邮件及面答电子邮件及面答 n n 邮邮 箱箱: : sunying_dianqisunying_dianqi n n 考核方式考核方式: : 闭卷考试闭卷考试 3 课程的几点要求： n上课不准讲话，打瞌睡；不旷课，迟到，早退，按点名次数 计，无故旷课达30%，

2、取消期末考资格； n每人准备一个作业本； 可用其他课程用过而没用完的本子，但不能用单页纸,学期 末作业本就是一本复习提纲； n按时完成作业，不抄作业； 4 参考教材 常用低压电器与可编程控制器刘 涳 西安电子科技大学出版社 2005年 电气控制与PLC技术应用孔祥冰 机械工业出版社 2008年 工厂电气控制技术方承远 机械工业出版社 2000年 常用低压电器原理及其控制技术王仁祥 机械工业出版社 2001年 可编程序控制器原理及应用 宫淑贞 人民邮电出版社 2002年 5 电气控制技术与PLC 课程性质： 本课程是一门实用性很强的专业课，是电 气工程及其自动化专业的主要必修课之一。 它是集传统

3、继电器控制技术、计算机术、 自动控制技术和网络通信技术于一体的综合性学 科。它包括“电气控制技术”和“PLC应用”两个 部 分。是从事电气控制的工程技术人员必备理论知 识。 6 电气控制技术与PLC 课程目的和任务： 熟悉常用控制电器的结构原理、用途及型号，达到正确 使用和选用的目的。 熟练掌握电气控制电路的基本环节，具备阅读和分析电 气控制电路图的能力， 具备独立设计简单电气控制电路的能力。 熟悉掌握PLC的工作原理与系统构成、指令系统、编程 方法及PLC控制系统的设计。 具备应用PLC实现电气控制自动化要求的设计、安装、 调试、故障处理能力。 7 课程教学重点、难点： n重点： 掌握低压电

4、器的结构、原理和应用；三相异步电 动机运行控制； PLC的循环扫描工作方式；PLC的编程语言：梯形 图和语句表；CPM1APLC的指令系统；PLC的控制系 统设计方法。 n难点： PLC是采用循环扫描的工作方式， 梯形图的顺序控制设计方法。 电气控制技术与PLC 8 主要内容 上篇 常用低压电器 第章 绪论、常用低压电器的基本原理 第章 常用低压电器 第章 三相异步电动机基本控制环节与基本电路 第章 电气控制系统设计 9 绪 论 n电气控制技术 n电气控制系统的分类 n电气控制系统的发展 上篇 常用低压电器 10 一、电气控制技术 n电气控制技术：用以实现生产过程电气化及其自动控制的 电气设备

5、及系统的控制技术。他是以各类电动机为动力的 传动装置与系统。 n电气系统：主要包括普通的电力传动控制（速度、位置、 压力、张力、流量等）系统。 n电气自动控制系统：由电动机及共电、检测、控制装置组 成的反馈控制系统，能自动完成能量变换和控制所需的信 息处理。 11 开环控制系统 n没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装 置进给系统），故系统稳定性好。 电 机 机械执行部 件 A相、B相 C相、 f、 n CNC 输入指令 脉冲频率f 脉冲个数n 换算 脉冲环 形分配 变换 功率 放大 12 半闭环数控系统 n半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装 置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋

6、转角度进行检 测，不是直接检测运动部件的实际位置。 位置控制调 节器 速度控制 调节与驱动 检测与反馈 单元 位置控制单 元 速度控制单 元 + + - - 电 机 机械执行部 件 CNC 插补 指令 实际 位置 反馈 实际 速度 反馈 13 全闭环数控系统 n全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对 运动部件的实际位置进行检测。 位置控制调 节器 速度控制 调节与驱动 检测与反馈单 元 位置控制单 元 速度控制单 元 + + - - 电机 机械执行部 件 CNC 插补 指令 实际 位置 反馈 实际 速度 反馈 14 电气自动控制系统的主要环节： 1、动力部分：整个系统的电源共给环节。

7、（动力电源、电器部 件、电动机） 2、生产过程自动控制部分：是生产过程自动化的核心，是间接 控制、指挥动力电器及系统工作的部件（逻辑控制电路和各种 自动化仪表）。 3、传动装置：是生产机械的连接及传动环节。 电气自动控制系统功能： 根据外界信号要求可接通或断开电路，改变参数，实现对 电路或对非电参数的控制设备。 15 x-y数控拖板 变频主轴 机床本体 数控系统及其 操作面板 行程开关 控制电柜 Z轴伺服电机 机床设备组成 16 CW6132型车床电气设备安装布置图 图图2-3 CW61322-3 CW6132型车床电气设备安装布置图型车床电气设备安装布置图 17 二、电气控制系统的分类 1、

8、按输入、输出信号的状态特征分类 1）开关量控制 2）连续量控制 2、按电器开关元件分类 1）有触点控制 2）无触点控制 3、按控制程序特征分类 1）固定程序（组合电路、时序电路、顺序电路） 2）可编程序 18 控制方式举例：电冰箱的自动恒温控制 n右上图为控制电路 n右下图为电冰箱温度变 化曲线和压缩机电动机 的运行情况 n系统特点： n结构简单，成本低 n频繁开停机，能耗大 温控器 K 电源 电动机 G M 1、开关量(断续)控制 19 电 源 变频器 温度传感器 电 动 机 0 1 P PN 0 t t 2、 连续控制 v 右上图为控制电路， v 右下图为电冰箱温度 变化曲线和压缩机电 动

9、机的运行情况。 系统特点： 结构复杂，成本高 运行平稳，能耗低 20 三、电气控制技术的发展 电气控制技术随着科学技术的不断发展创新，对生产工艺 不断提出新的要求，机床电气控制装置也在不断地更新。 在控制方法:从手动控制发展到自动控制； 在控制功能:从简单控制到复杂控制； 在操作上:由笨重到轻巧； 从控制原理:由单一的有触点硬接线继电器控制系统转为 以微处理器为中心的PLC软件控制系统。 新的控制理论和新型电器及电子器件的出现，不断地推动 着机床电气控制技术的发展。 21 电气控制技术的发展 蒸汽机时代： 从集中传动到分散传动 集中传动开始于瓦特的蒸汽机时代一个车间使用 一台蒸汽机提供动力通过

10、天轴、齿轮和皮带系统将动 力分配到各个纺织机械。 22 蒸汽机天轴纺纱机 23 电气控制技术的发展 19世纪末，电机技术开始产生并应用，20世纪20年代初逐 步取代蒸汽机，成为主要动力。 电气控制技术是针对电动机的控制技术，伴随着电机制造 和应用发展起来。 在20世纪的20年代至30年代（继电器控制） 借助继电器、接触器、按钮、行程开关等组成继电器接 触器控制系统，实现对机床的起动、停止、有级调速等控制。 继电器接触器控制系统的优点：是结构简单、价格低 廉、维护方便、抗干扰能力强。 继电器接触器控制系统的缺点：是由于是固定接线形 式，故在进行程序控制时，改变控制程序不方便、灵活性差； 采用有触

11、点开关，动作频率低，触点易损坏，可靠性差。 24 电气控制技术的发展 40年代至50年代： 出现了交磁放大机电动机控制，这是一种闭环反馈系 统，当输出量与给定量发生偏差时就自动调整，系统的控制 精度、快速性都有了提高。 25 电气控制技术的发展 60年代：（顺序控制） 出现了晶体管晶闸管控制，由晶闸管供电的直流调速系统 和交流调速系统调速性能大为改善，已完全取代了交磁放大 机电动机系统。 同时，出现了一种能够根据生产工艺要求，通过改变控制程 序便能达到控制目的的顺序控制器，它是通过组合逻辑元件的 插接或编程来实现继电接 触器控制线路的装置。它能满足程 序经常改变的控制要求，使控制系统具有较大的

12、灵活性和通用 性。它仍然是靠硬件手段完成自动控制任的，装置体积大，功 能也受到一定的限制，并没有得到普及应用。 26 电气控制技术的发展 20世纪70年代（PLC） 随着大规模集成电路和微处理器技术的发展和应用，上 述控制技术也发生了根本的变化，在出现了用软件手段来实 现各种控制功能，以微处理器为核心的新型工业控制器可 编程序控制器，这种器件完全能够适应恶劣的工业环境；由 于它兼备了计算机控制和继电控制系统两方面的优点，故目 前世界各国已作为一种标准化通设备普遍应用于工业控制。 27 电气控制技术的发展 微处理器和微型计算机问世(数控系统) 计算机应用于机床的局部控制或整机控制中，成为机床电

13、气控制系统的主要发展方向，其中数控机床和数控系统就是典 型的例子。 在50年代就出现了数控机床。数控机床是一种具有广泛通 用性的高效率自动化机床，它综合应用了电子技术、检测技 术、计算机技术、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的 最新技术成就。目前又发展成为带自动换刀，自适应控制等功 能的复杂数控系列产品，称为加工中心。 28 数控车床 29 数控加工中心 30 电气控制技术的发展 随着计算机技术的迅速发展，数控机床的应用日益广 泛，进一步推动了数控系统的发展，因此产生了自动编程系 统: 计算机数控系统（CNC）; 计算机群控系统（DNC）; 柔性制造系统（FMS）; 计算机集成制造系统（C

14、IMS）; 设计制造一体化（CADCAM）是机械制造自动化的高级 阶段，可实现产品从设计到制造的全部自动化。 31 第 1 章 低压电器的基本原理 上篇 常用低压电器 32 第1章 常用低压电器的基本原理 1.1 概 述 1.2 电磁式低压电器 基本结构 1.3 低压电器的主要技术性能和技术参数 重点：电器元件的结构、原理、作用。 难点：电器元件的结构。 33 1.1 概 述 34 1.1 概 述 低压电器是构成控制系统最常用的器 件，了解它的分类、结构和用途，对设计、 分析和维护控制系统都是十分必要的。 35 1.1.1 低压电器的定义 电器的定义： 是指能自动或手动接通和断开电路，以及对电

15、路或非电 路现象能进行切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件统 称为电器。(如：开关、继电、器熔断器、变压器) 低压电器定义： 通常是指交流（AC） 1200V 及以下与直流（DC）1500V 及以下电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气元件 。 36 1.1.2 常用低压电器的分类 电器的用途广泛，功能多样，种类繁多，结构各异，工作原 理也各有不同。电器有多种分类方法： n按工作电压的等级可分为： 高压电器：AC1200V、DC1500V及以上电路中的电器。 低压电器：AC1200V、DC1500V以下电路中的电器。 n按动作原理可分为： 手动电器：通过人的操作发出动作指令的电器。 自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。 37 1.1.2 常用低压电器的分类 n按工作原理可分为： 电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接 触器； 非电量控制电器：电器的工作是靠外力或某种非电物理量的 变化而动作的电其，如按