第10章 电气控制技术 10.1 常用低压电器 10.2 三相异步电动机继电-接触控制电路 *10.3 可编程控制器

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1 第10章 电气控制技术 10.1 常用低压电器 10.2 三相异步电动机继电-接触控制电路 *10.3 可编程控制器
第10章 电气控制技术 10.1 常用低压电器 10.2 三相异步电动机继电-接触控制电路 *10.3 可编程控制器 *10.4 异步电动机的电子控制 10.5 安全用电

2 电气控制技术是自动控制技术的一个重要组成部分，它采用各种电气、电子器件对各种控制对象按生产和工艺的要求进行有效的控制。
本章首先介绍一些常用电器，并讨论三相异步电动机典型的继电接触控制电路。然后介绍可编程序控制器的基础知识及异步电动机的电子控制。

3 10.1 常用低压电器 10.1.1 刀开关和熔断器 10.1.2 低压断路器 10.1.3 剩余电流动作保护装置 10.1.4 交流接触器
继电器 按钮和行程开关

4 低压电器一般是指交流1200V、直流1500V以下，用来切换、控制、调节和保护用电设备的电器。
低压电器种类很多，按其动作方式可分为手动电器和自动电器。 随着电子技术的发展，电子电器已成为自动电器的重要组成部分。

5 刀开关和熔断器 1. 闸刀开关 L1 L2 L3 a QS U V W b 闸刀开关是一种手动控制电器。闸刀开关的结构简单，主要由刀片（动触点）和刀座（静触点）组成。图示是胶木盖瓷座闸刀开关的结构和符号 闸刀开关一般不宜在负载下切断电源，常用作电源的隔离开关，以便对负载端的设备进行检修。在负载功率比较小时也可以用作电源开关

6 一种短路保护电器，串接在被保护的电路中。 电路短路——短路电流使熔断器的熔体发热熔断，切断电路——保护线路及电气设备。
2. 熔断器 一种短路保护电器，串接在被保护的电路中。 电路短路——短路电流使熔断器的熔体发热熔断，切断电路——保护线路及电气设备。 常用的熔断器及图形文字符号如图所示。 管式 FU 螺旋式 符号

7 熔体的选择 熔体额定电流的选择应考虑被保护负载的电流大小，同时也必须注意负载的工作方式。 一般可按下列条件进行 ⑴ 对无冲击（起动）电流的电路为 IfuN≥IN 式中，IN表示负载额定电流。 ⑵对具有冲击（起动）电流的电路为 IfuN≥KIS 式中，IS表示负载的冲击电流值，例如异步电动机的起动电流。K为计算系数，数值在0.3~0.6之间

8 低压断路器 低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，控制不频繁起动的电动机，在线路或电动机发生过载、短路或欠电压等故障时，能自动切断电路，予以保护。广泛用于配电、电动机、家用等线路的通断控制及保护。 按结构来分，有万能式(又称框架式，通称ACB)和塑料外壳式(通称MCCB、MCB)两大类。

9 低压断路器由操作机构、触点、保护装置、灭弧系统等组成。下图是其原理示意图。
QF 图形符号

10 10.1.3 剩余电流动作保护装置 剩余电流动作保护装置以前称为漏电保护器，用以对低压电网直接触电和间接触电进行有效保护。
图示为三相四线制系统剩余电流动作保护装置原理示意图。 TA —— 剩余电流互感器 QF ——主开关 TL —— 主开关的分励脱扣器线圈

11 无漏电或触电时 TA 的二次侧不产生感应电动势, 剩余电流动作保护装置不动作, 系统保持正常供电 当被保护电路发生漏电或有人触电时， 通过TA 一次侧各相电流的相量和不为零，产生了剩余电流Ik，即 在TA的铁心中出现交变磁通，TA二次线圈就产生感应电动势，经中间环节进行处理比较， 当达到预定值时，使主开关分励脱扣器线圈TL 通电， 驱动主开关QF 自动跳闸， 切断故障电路，从而实现保护

12 交流接触器 接触器是继电接触控制中的主要器件之一。它利用电磁吸力来动作，常用于直接控制主电路 下图为一些交流接触器的外形

13 交流接触器主要组成部分 静铁芯、动铁芯 电磁铁 吸引线圈 主触点(动合触点) 触点组 辅助触点(动合/动断触点) 接触器各部件图形符号如图所示 选用接触器考虑的主要参数 主触点额定电流/额定电压 辅助触点数目 吸引线圈额定电压

14 继电器 继电器是一种自动电器，输入量可以是电压、电流等电量，也可以是温度、时间、速度或压力等非电量，输出就是触点动作。当输入量变化到某一定值，继电器动作而带动其触点接通(或切断)它所控制的电路。 图为继电器动合触点的继电特性 XN——额定值 XC——动作值 Xf——返回值 继电器输入量的返回值Xf与动作值Xc的比值称作返回系数KF，即 KF=Xf/XC 返回系数也称为继电器的恢复系数。因为返回值Xf总是小于动作值XC的，所以返回系数KF<1。这样，当继电器吸合后，即使输入量有较大波动也不致于引起误动作。 用途不同的继电器返回系数也各不相同，所以继电器的返回系数可调，以适应不同用途的需要。 储备系数（也称安全系数）KC为额定工作输入量XN与动作值XC之比，即 KC=XN/XC 当输入信号在一定范围波动时，为了保证继电器此时能可靠的工作，输入量的额定值应高于动作值。如电压继电器额定工作电压为220V，动作电压最小值为176V，即电压在176V 时继电器有输出，它的储备系数KC=1.25。 继电器的吸合时间和释放时间 吸合时间是从激磁线圈接受动作信号到衔铁完全吸合所需的时间；释放时间是从线圈失电到衔铁完全释放(复位)所需的时间。一般继电器的吸合时间与释放时间为0.05~0.15s，快速继电器为0.005~0.05s，它们的大小影响着继电器的允许操作频率。 KF=Xf /XC —— 返回系数 KC=XN/XC —— 储备系数

15 中间继电器是一种电磁继电器，其结构与工作原理和交流接触器基本相同，只是电磁系统小一些，触点数量则多一些。
1.中间继电器 中间继电器是一种电磁继电器，其结构与工作原理和交流接触器基本相同，只是电磁系统小一些，触点数量则多一些。 中间继电器的触点容量较小，通常一是用来传递信号，同时控制多个电路；二是也可以直接用来接通和断开小功率电动机或其他电气执行元件。 KA 线圈 动合触头 动断触头 图为中间继电器的外形及符号。

16 时间继电器是一种利用电磁原理、机械原理或电子技术来实现触点延时接通或断开的控制电器。
2.时间继电器 时间继电器是一种利用电磁原理、机械原理或电子技术来实现触点延时接通或断开的控制电器。 不管何种类型的时间继电器，其组成的主要环节包括延时环节、比较环节与执行环节三个部分，如下图所示。 比较环节 延时环节 执行环节 信号 输入 开关 输出 时间继电器的输出开关的三种类型：瞬时触点；通延时触点；断延时触点。

17 右图为时间继电器的图形符号 时间继电器的输入不管是电磁的还是电子类型，均以继电器线圈形式表示。 瞬时动作 注意延时触点符号中圆弧缺口的方向，表示延时动作的方向 通延时 断延时

18 时间继电器各部分的图形符号及动作时序 图形符号 部分名称 动作性质 时序波形 输入 输出 KT 1：通电 0：断电 继电器线圈 瞬时动合触点
1 t 继电器线圈 1 t 瞬时动合触点 瞬时动作 1：闭合 0：断开 1 t 瞬时动断触点 1 t ton 延时闭合动合触点 通电延时动作 1 t *时序波形中，输入继电器线圈为1，得电；为0，失电。输出触点为1，闭合；为0，断开。ton、toff分别为通延时与断延时时间，根据型号的不同，通常在数十毫秒～数十分钟之间可调。 延时断开动断触点 1 t 延时断开动合触点 断电延时动作 1 t toff 延时闭合动断触点

19 3. 热继电器和电子式电动机保护器 ⑴ 热继电器 利用电流热效应原理工作 组成：发热元件、双金属片、触点 工作原理：过载→双金属片弯曲→继电器触点动作 热继电器图形符号如图

20 保护器从电流互感器获得主电路电流情况，经I/U变换器转换成电压信号输出，与(过流、起动时间、不平衡度等)设定值进行比较，决定是否进行保护动作
⑵ 电子式电动机保护器 过流设定 起动时间设定 不平衡度设定 比较 动作 过流、断相报警 I/V变换 信号处理 电流 互感器 电子式电动机保护器原理框图如图所示 保护器从电流互感器获得主电路电流情况，经I/U变换器转换成电压信号输出，与(过流、起动时间、不平衡度等)设定值进行比较，决定是否进行保护动作 M 3~ KM U V W FU S K 电子式电动机保护器工作示意图如右图所示

21 4.固态继电器 一种由光电耦合器件、集成触发器和功率器件组成的无触点继电器 固态继电器的符号及原理如图所示，输入接直流控制电路，输出接交流主电路。

22 三相交流固态继电器 单相交流固态继电器 三相交流 直流控制端 固态继电器的特点
SSR成功地实现了弱信号(Vsr)对强电(输出端负载电压)的控制。由于光耦合器的应用，使控制信号所需的功率极低(约十余毫瓦就可正常工作)，而且Vsr所需的工作电平与TTL、HTL、CMOS等常用集成电路兼容，可以实现直接联接。这使SSR在数控和自控设备等方面得到广泛应用。在相当程度上可取代传统的“线圈—簧片触点式”继电器(简称“MER”)。 SSR由于是全固态电子元件组成，与MER相比，它没有任何可动的机械部件，工作中也没有任何机械动作；SSR由电路的工作状态变换实现“通”和“断”的开关功能，没有电接触点，所以它有一系列MER不具备的优点，即工作高可靠、长寿命(有资料表明SSR的开关次数可达 次，比一般MER的106高几百倍)；无动作噪声；耐振耐机械冲击；安装位置无限制；很容易用绝缘防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能；在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳。这些特点使SSR可在军事(如飞行器、火炮、舰船、车载武器系统)、化工、井下采煤和各种工业民用电控设备的应用中大显身手，具有超越MER的技术优势。 三相交流 直流控制端

23 SSR1 SSR3 SSR5导通，进入电动机的相序为UVW B=0 SSR1 SSR2 SSR4导通，进入电动机的相序为UWV
[例题10.1.1] 分析固态继电器组成电路的功能 [解] 若 A=1 SSR1~SSR5不通 1 1 × 1 1 电动机停止 A=0 U V W U W V 电动机运转 B控制其转向 B=1 SSR1 SSR3 SSR5导通，进入电动机的相序为UVW B=0 SSR1 SSR2 SSR4导通，进入电动机的相序为UWV 电动机的转向与B=1时相反

24 10.1.6 按钮和行程开关 按钮和行程开关是一种在控制系统中发出指令的电器，称为主令电器。 1.按钮
按钮是一种简单的手动开关，用来接通或断开控制电路。 对复合按钮，介绍“先断后合”概念 按钮原理图及符 号如图所示。动/静触点均为桥式双断点结构

25 行程开关常被安装在工作机械行程的终点处，以限制机械的行程，因此也称为限位开关
2.机械式行程开关 外形及符号 行程开关常被安装在工作机械行程的终点处，以限制机械的行程，因此也称为限位开关 工作过程如图所示，工作机械碰撞传动头时，顶杆3受力向下运动，当到达一定的位置时，弹簧4的力的垂直分量变为向上，带动了动触头向上跳，从而使得动断触头断开，动合触头闭合；当去掉外力F时，复位弹簧5使顶杆4上升，动触头复位。 1 2 3 4 5 F 1.静触头 2.动触头 3.顶杆 4.弹簧 5.复位弹簧

26 3.接近开关 接近开关是一种无触点的行程开关。当被测物体与之接近到一定距离时就会发出动作信号。它在定位精度、操作频率、使用寿命和对环境适应能力等方面具有明显优点。 接近开关按照其工作原理，可分为以下类型： 高频振荡型：用以检测各种金属体 电容型：用以检测各种导电或不导电的液体或固体 光电型：用以检测所有不透光物质 超声波型：用以检测不透过超声波的物质 电磁感应型：用以检测导磁或不导磁金属

27 下图为停振型接近开关框图。 金属物体未接近开关的感应头时，振荡器产生自激振荡，→继电器线圈K无电流不动作； 金属物体接近开关的感应头时，产生涡流，→使得振荡电路的品质因数Q明显下降，振荡器停振，→继电器线圈K通电动作

28 4.微动开关 微动开关是一种行程很小的、瞬时动作的主令电器。它是一种施压促动的快速开关，又叫灵敏开关。 右图是微动开关的结构原理图。 工作原理：外部机械力→作用于动作簧片→能量积聚到临界点→动触点与静触点快速接通或断开 作用力移去→动作簧片产生反向动作力→反向行程达到簧片的动作临界点→瞬时完成反向动作。 特点：触点间隔小、动作行程短、按动力小、通断迅速。动触点的动作速度与传动元件动作速度无关。

29 10.2 三相异步电动机继电-接触控制电路 直接起动和正反转控制电路 时间控制和行程控制电路

30 10.2.1 直接起动和正反转控制电路 1. 直接起动控制线路 刀开关QS：隔离开关 熔断器FU：短路保护 接触器KM：失压保护
FR KM FU Q S 3~ M L 2 1 3 1. 直接起动控制线路 刀开关QS：隔离开关 S B 2 1 K M F R 熔断器FU：短路保护 接触器KM：失压保护 K M 热继电器FR：过载保护 SB1：停止按钮 辅助电路 SB2：起动按钮 点动 主电路 KM辅助触头：自锁

31 在直接起动控制电路中串联第2个停止按钮 在起动按钮处并联第2个起动按钮 即可实现两地控制 SBT SBP KM FR SBT1 SBP1

32 下图为顺序控制电路——只有当M1起动后，M2才可以起动，从而两台电动机顺序起动控制
KM1 FU QS KM2 M1 M2 3~ SB3 SB1 SB2 FR1 FR2 L2 L1 L3

33 2.正反转控制电路 联锁触点 L1 L2 L3 QS FU M ~3 FR KMR KMF SBP SBF FR KMF KMR SBR

34 时间控制和行程控制电路 1. 时间控制电路 根据延时要求，电动机按一定时间间隔进行控制。在继电接触控制电路中，用时间继电器来实现时间控制功能。 以三相异步电动机Y—Δ起动控制的电路为例 KM1——控制电动机的启停 KMY——用于控制电动机绕组的星形联结 KMΔ——用于控制电动机绕组的星形联结

35 延时时间到，KT的延时动断触头断开，KMY线圈失电 按下SBT KM1、KMY和KT的线圈得电
KMΔ互锁动断触头断开使KT线圈失电复位 KT延时动合触头闭合，KMΔ线圈得电

36 电动机能耗制动电路使用的是断延时时间继电器，请自行分析其工作原理
前述星型——三角起动控制电路应用了通延时时间继电器 电动机能耗制动电路使用的是断延时时间继电器，请自行分析其工作原理 SB1 KM1 SB2 FR KT KM2 FU2 QS FU1 3~ M L2 L1 L3

37 行车、龙门吊等设备在移动到导轨的尽头时需要能够自动停止，以防引发事故，

38 龙门刨等设备中的工作部件往往需要作自动往复运动，具有行程开关的电路可以实现这些功能
2.行程控制电路 M 3~ U1 V1 W1 FR KMF FU QS L1 L2 L3 龙门刨等设备中的工作部件往往需要作自动往复运动，具有行程开关的电路可以实现这些功能 FR SBF SBP KMF KMR KMR ST1 ST3 KMF ST2 KMF SBR KMR ST2 ST4 KMR ST1 向左 向右 ST1 ST3 ST4 ST2

39 *10.3 可编程控制器 10.3.1 可编程控制器的结构和工作原理 10.3.2 可编程控制器的基本指令和编程
可编程控制器的基本指令和编程 可编程控制器应用举例

40 概述 可编程控制器 (Programmable Logic Controller，简称PLC)，它是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算的电子系统。 PLC特点： PLC应用领域 ⑴ 可靠性高，灵活性好。 ⑵ 编程容易，使用方便。 ⑶ 接线简单，通用性好。 ⑷易于安装，便于维护。 ⑸ 便于组成控制网络系统。 机械、电力、采矿、冶金、化工、造纸、纺织、水处理等

41 10.3.1 可编程控制器的结构和工作原理 1. 可编程控制器的结构 输入电路 输入 接点 输出电路 输出 接点 通信接口
中 央 处 理 器 微 处 理 器 电 源 系统 程序 存储器 用户 M + - 继电器线圈 指示灯 执行电机 外部电源 KM … COM + - 按钮 触点 行程 开关 …

42 整体式：把电源、控制器和输入输出做成一个整体，或加少量扩展模块，组成一个小型的控制系统
PLC类型： 整体式、模块式——按结构分 整体式：把电源、控制器和输入输出做成一个整体，或加少量扩展模块，组成一个小型的控制系统 通信/编程口 扩展I/O模块 输入/输出端

43 模块式：独立的电源、机架、处理器、各种I/O、通信模块。使用者根据控制系统的大小、功能等的不同进行灵活的组态，并易于构成控制网络
电源模块 通信/网络模块 机架 I/O模块 处理器模块

44 输入电路：把它们的输入信号转换成中央处理器能接收和处理的数字信号
输出电路：接收中央处理器的数字信号，把这些信号转换成被控设备能接受的电压或电流信号，以驱动接触器线圈、伺服电机等执行装置 Allen-Bradley A-B Quality ControlNET CHA CHB OK A#01 RUN REM PROG Logix5555™ RUN OK RS232 BAT I/O < > ETHERNET RXD TXD OK 处 理 器 通 讯 板 模 机架 电源

45 中央处理器：包括微处理器、系统程序存储器和用户程序存储器
微处理器：处理并运行用户程序，监控输入、输出电路的工作状态，并作出逻辑判断，协调各部分的工作，必要时作出应急处理 系统程序存储器：存放系统管理和监控程序以及对用户程序进行编译处理的程序，用户不能改变 用户程序存储器：用来存放用户根据生产过程和工艺要求而编制的程序，可进行编制或修改

46 可编程控制器编程工具 手持式编程器——体积小、重量轻、携带方便，易于在现场对PLC进行编程与调试，早期用得较多 通用计算机编程——由于计算机功能强大，应用软件丰富，笔记本的便携性等多种优点，使得该方法称为绝对主要的编程方法 图形操作终端——主要作为人机界面使用，附带编程功能

47 2.输入和输出电路 开关量输入电路 内部电路 R1 + - 直流 电源 C D R2 T1 COM 直流输入方式

48 内部电路 R1 + - 交流 电源 C1 C2 R2 R3 T1 交流输入方式

49 继电器输出——交直流，有触点，开关速度不够快
外电源 内部电路 K + - R 负载 C 继电器输出——交直流，有触点，开关速度不够快

50 外电源 内部电路 + - T1 R2 R1 负载 R3 T2 晶闸管输出——无触点，只用于交流负载

51 内部电路 外电源 R1 T2 + - R2 T1 D 负载 晶体管输出——无触点，只用于直流负载

52 用输入继电器等效表示输入电路 用输出继电器等效表示输出电路
输入电路的作用——把外部开关的闭合或断开转换成微处理器能够接收的逻辑信号1或0 输出电路的作用——把微处理器发出的逻辑指令1或0转换成开关的闭合或断开 输入线圈 动合触点 动断触点 + 输出线圈 动合触点 负 载 外电源 用输入继电器等效表示输入电路 用输出继电器等效表示输出电路

53 正反转控制，试问在PLC的输入侧和输出侧应分别接入哪些元件？画出接线图。
[例题10.3.1] 若用PLC来实现三相异步电动机的 正反转控制，试问在PLC的输入侧和输出侧应分别接入哪些元件？画出接线图。 [解] 实现三相异步电动机的正反转控制需要3个控制 按钮（正转起动按钮SBF、反转起动按钮SBR和停止 按钮SBP）、1个热继电器FR和2个接触器（正转接触器KMF和反转接触器KMR） KMF KMR VAC/VDC Y0 Y1 X0 X1 X2 COM SBR FR SBP – – PLC 内部电源 外接电源 SBF X3 PLC的输入点：4个 PLC的输出点：2个

54 PLC工作过程——采用循环扫描的工作方式
3. 可编程控制器工作原理 继电接触器控制电路——接线程序控制系统 PLC控制逻辑——存储程序控制系统 PLC工作过程——采用循环扫描的工作方式 PLC启动后，其工作过程可分解为输入扫描、程序扫描、输出扫描及内务整理几个阶段 启动 输入扫描 内务整理 程序扫描 输出扫描 经历的这四个工作过程，称为一个扫描周期。然后又周而复始地重复上述过程。 PLC的扫描周期与程序的长短有关

55 10.3.2 可编程控制器的基本指令和编程 1. PLC程序的表达方式
可编程控制器的基本指令和编程 1. PLC程序的表达方式 根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），PLC的编程语言包括以下五种：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST） 梯形图编程语言是PLC程序设计中最常用的编程语言，与继电器线路类似。特点是与电气操作原理图相对应，形象、直观和实用。本章只介绍梯形图

56 输出指令执行其指令功能而发生一连串期望的数据处理事件
梯形图示例 指令类型： 输入指令（条件指令） 输出指令（执行指令） X0 X2 X3 X4 X1 Y0 Y1 条件指令的返回值为“1”或“0”(真或假) 梯级条件为真时激活输出指令 条件指令 输出指令 输出指令执行其指令功能而发生一连串期望的数据处理事件 几个条件指令的串联——“与”逻辑集合 几个条件指令或其“与”集合的并联——“或”逻辑关系 只有输出而无输入的梯级称为无条件输出，反之不可

57 2. PLC器件的编址 PLC的核心是微处理器，使用时将它看成由继电器、定时器、计数器等组成的一个组合体。这些器件都分配有一个唯一的内存地址，不同厂家对器件的编址方式不尽相同，但其基本方法相似。 FX2N的编址 输入继电器 X0~X267(八进制)* 输出继电器 Y0~Y267(八进制)* 辅助继电器 M0~M3071，M8000~M8255（特殊用） 定时器 T0~T255 计数器 C0~C234，C235~C255（高速计数用） * FX2N的最大I/O分别为184点，总数为256点

58 MicroLogix 1200的编址 输入继电器 I1:0.0/0~I1:6.0/15 输出继电器 O0:0.0/0~O0:6.0/15 辅助继电器 B3:0/0~** 定时器 T4:0~** 计数器 C5:0~** * MicroLogix 1200提供2k×16bits的数据区，使用者可以在此范围内根据需要对数据进行自由组态。另外，文件编号除0、1、2之外，可以任意一个小于255的数字，如T14:0是有效的定时器。

59 3. FX系列PLC的基本指令 PLC的指令系统包含了基本继电器指令、定时和计数指令、算术指令、数据操作和处理指令、数据传送指令、特殊功能指令这几大类，指令数量多达百条以上。 本章介绍最基本的继电器类指令以及定时器/计数器指令。 ⑴ 继电器类指令——操作的对象是数据的一个位 在PLC运行时，处理器将根据梯形图程序的逻辑对这些位清零或置1 I/O数据每一个位的0或1代表的是连接到PLC的实际设备开关的打开或闭合

60 FX系列PLC常用的继电器类指令 X0 X0 Y0 指令 图形符号 类型 功能 LD 动合输入
LDI 动断输入 程序扫描到此指令时，检查X0的值，若X0为0，指令返回值为真，否则为假 OUT 非保持型输出 梯级条件为真时，Y0置1，否则清0 SET SET Y0 保持型 输出 一旦梯级条件为真，Y0置1并保持 RST RST Y0 一旦梯级条件为真，Y0清0并保持 PLS PLS Y0 微分输出 梯级条件由假变真时，Y0置1并保持一个扫描周期 PLF PLF Y0 梯级条件由真变假时，Y0置1并保持一个扫描周期 X0 X0 Y0

61 图为采用上述继电器指令所构成的梯形图及相应的波形图。
X0 X0 Y0 X1 SET Y1 Y0 PLS Y2 Y1 PLF Y3 X1 一个扫描周期 Y2 RST Y1 Y3

62 ⑵ 定时器/计数器指令 定时器有通延时与断延时、即时型与保持型之分。 定时器累加器数字每增加1所间隔的时间，叫时基。 时基设定关系到定时长度与定时精度，通常定时误差不大于一个时基值。 FX系列PLC用不同编号的定时器实现定时长度与精度的不同要求 当梯级条件为真时，定时器按照时基累加。当加到与预置值相等时，停止累加，置完成标志。 对即时型定时器，一旦梯级条件为假，即自动复位 保持型定时器在梯级条件为假时，只停止计时，用RST(复位)指令才能对其复位。

63 计数器累计值的变化是因梯级条件由假到真的跳变引起的。
计数器的预置值可以是从下限值到上限值之间的任意整数。对于16位的计数器，-32768~ ；而32位计数器， ~ 。当计数值等于预置值时，计数完成。 在计数完成后，当梯级条件再出现由假到真的转换时， FX系列PLC的计数器累计值保持不变。计数值不会自动清零，需要复位指令(RST)来进行清除。

64 FX系列PLC定时器参数 FX系列计数器 编 号 类 型 数 量 时 基(秒) 定时范围(秒) T0~T199 即时 200 0.1
编 号 类 型 数 量 时 基(秒) 定时范围(秒) T0~T199 即时 200 0.1 0.1~3276.7 T200~T245 46 0.01 0.01~327.67 T246~T249 保持 4 0.001 0.001~32.767 T250~T255 6 FX系列计数器 编号 数量 计数范围 计数性质 C0~C199 200 16bits(0~32767) 加计数 C200~C234 35 32bits( ~ ) 双向计数

65 注意定时器/计数器出现在程序输入侧时，是作为定时/计数是否完成的判据
定时器/计数器指令举例 KM VAC/VDC Y0 X0 X1 COM SBP SBT + – PLC 按下SBT使输入X0为1时，定时器T0启动 内部继电器M0用于自锁。 T0按1秒（10×0.1）反复计时；每完成一次定时，计数器C0加1；当C0加到5时，Y0输出1。当按下SBP使输入X1为1时，定时器和计数器复位。 M0 T0 X0 X1 C0 K10 K5 [RST C0] Y0 注意定时器/计数器出现在程序输入侧时，是作为定时/计数是否完成的判据

66 ⑴ 梯形图的每一行均从左边母线开始，输出指令接在右边的母线上，所有输入指令不能放在输出指令右边
4. 基本编程规则 ⑴ 梯形图的每一行均从左边母线开始，输出指令接在右边的母线上，所有输入指令不能放在输出指令右边 错误画法 正确画法 ⑵ 在同一个程序中，同一个输出点不可重复出现在输出指令中，以免产生误动作 ⑶ PLC程序是根据梯形图从左到右、从上到下地执行，不符合顺序执行的电路不能直接编程 ⑷ 输入指令的使用次数不受限制，它可以用于串联连接的电路中，也可以用于并联连接的电路中

67 当输入X1为1时，第一个梯级条件为真，输出Y0为1并自锁
5. FX系列PLC编程举例 ⑴ 瞬时接通、延时断开的电路 当输入X1为1时，第一个梯级条件为真，输出Y0为1并自锁 Y0 X1 K180 T0 在第二梯级，此时X1为1，梯级条件为假，定时器T0不工作 当输入继电器断开，即X1为0时，第二个梯级条件为真，定时器T0启动 18s Y0 X1 经18s后，第一梯级的T0为1→ Y0为0→第二梯级条件为假，定时器T0复位

68 经4次后计数完成，Y0输出1，同时启动定时器T200
⑵ 计数电路 当X0从0变1，计数器C1的计数值加1； C1 Y0 K1500 T200 X0 RST C1 K4 经4次后计数完成，Y0输出1，同时启动定时器T200 15秒后T200定时完成，计数器C1复位，Y0输出为0 15s Y0 X0 注意T200的时基为0.01秒

69 MicroLogix 1200可编程控制器是罗克韦尔自动化生产的微型PLC之一
梯形图的继电器类指令与FX系列比较相似，而定时/计数指令差异较大 允许位 工作位 MicroLogix 1200的定时参数全部由软件设定。其数据结构包括控制与状态标志、预置值(Preset)、累计值(Accumulator)。标志位指示定时器所处状态 完成位 标志位 EN TT DN 定时器所处状态 梯级条件为假，定时器不工作 梯级条件为真，且ACCUM<PRESET，定时器工作中 梯级条件为真，ACCUM≥PRESET，定时器完成计时

70 MicroLogix 1200的定时器指令 该类指令需要确定以下三个参数： 定时器编号(如T4:0~255) 定时器时基(在0.001、0.01、1三选一) 定时器预置值(1~32767) 即时型定时器指令TON 当梯级条件为真时，定时器按时基间隔开始加计数，累计值增加 当累计值大于或等于预置值时，停止计数并置完成标志(DN=1) 若计数期间或计数完成后，梯级条件为假，累计值以及标志EN、TT或DN清零

71 保持型定时器指令RTO 计时过程与TON类似 区别在于： 当计数期间梯级条件为假时，累计值保持不变，在梯级条件重新为真时，继续计时。 需复位指令RES来复位定时器(注意不是RST!)

72 MicroLogix 1200的计数器指令 罗克韦尔自动化的全系列PLC计数器是均由软件设定的双向保持型计数器，其中MicroLogix 1200的计数范围为-32768~+32767。计数器的数据结构中除了预置值与计数值外，还有一些标志位指示计数器工作状态 标志位 意 义 CU 加计数允许 CD 减计数允许 DN=1 Accum≥Preset OV 计数上溢 UN 计数下溢 计数器累计值(计数值) 下溢 上溢 下限值 上限值 加计数 减计数 CU=1 CD=1 OV UN 预置值 DN=0 DN=1

73 使用计数指令须确定以下参数： 计数器编号(如C5:0~255) 预置值(-32768~+32767) 累计值(如0) 加计数(CTU)指令 减计数(CTD)指令 计数指令为输出指令，位于梯形图右侧 计数器必须以(RES)指令复位

74 采用FX系列PLC的星—三角形起动PLC外部接线图
可编程控制器应用举例 1. 三相异步电动机星形–三角形起动控制 主电路 采用FX系列PLC X0 X1 X2 Y1 T0 Y3 Y2 T1 K100 K5 相应的梯形图 采用FX系列PLC的星—三角形起动PLC外部接线图 KM1 KMY KMΔ VAC/VDC Y1 Y2 Y3 X0 X1 X2 COM SBP FR SBT – PLC 外接电源

75 采用MicroLogix系列PLC 外部接线图 梯形图 PLC 异步电动机星—三角形起动时序波形 KM1 KMY KMΔ VAC/VDC
COM SBP FR SBT – – PLC 内部电源 外接电源 外部接线图 Timer On Delay Timer T4:1 Time Base Preset Accum TON (EN) (DN) I:0 1 2 O:0 T4:0 DN 3 T4:1 Timer T4:0 Preset 梯形图 10s 0.5s SBT SBP KM1 KMY KMΔ 异步电动机星—三角形起动时序波形

76 液位大于等于传感器高度时，传感器输出1，否则为0。 自动搅拌开关AUTO闭合，即进入自动搅拌控制。 电磁阀1（VT 1）
2. 液体原料拌和控制 设电磁阀均为常闭 液位大于等于传感器高度时，传感器输出1，否则为0。 自动搅拌开关AUTO闭合，即进入自动搅拌控制。 电磁阀1（VT 1） 电磁阀2（VT 2） 传感器1（SN 1） 传感器2（SN 2） 电动机（KM） 出料阀（VT 3） PLC控制接线图 VT 1 VT 2 VT 3 KM VAC/VDC O:0/1 O:0/2 O:0/3 O:0/0 I:0/0 I:0/1 I:0/2 COM SN 1 SN 2 AUTO – – PLC 内部电源 外接电源 电动机 电磁阀 1 电磁阀 2 出料阀 传感器 1 传感器 2 原料 A 原料 B

77 工艺流程：AUTO=1→VT1=1 → SN2=1 → VT1=0 ，VT 2=1 →SN1=1 →VT2=0，KM=1，（Timer0=30s）→Timer0.DN=1，KM=0，VT3=1(timer1=60s) → timer1.DN=1，VT3=0。AUTO=1，进行下一轮拌和；否则，停止。 电磁阀 1 电动机 电动机 电磁阀 2 原料 A 原料 B 传感器 1 传感器 2 出料阀

78 时序波形图 AUTO SN 1 SN 2 VT 1 VT 2 KM 30s VT 3 60s

79 装置的梯形图 I:0 2 O:0 3 1 T4:0 EN TT T4:1 DN TON Timer On Delay Timer T4:0
Timer On Delay Timer T4:0 Time Base Preset Accum TON (EN) (DN) Timer T4:1 Preset 2 O:0 3 1 T4:0 EN TT T4:1 DN

80 *10.4 异步电动机的电子控制 异步电动机的软起动 异步电动机的变频调速

81 起动——软起动 异步电动机控制要求 停止——软停止 运转——调速 继电器/接触器可以实现其起动、停止及有级调速 缺点：断续控制，速度慢，精度低 电子控制装置特点：反应快，控制特性好，可靠性高，体积小，重量轻

82 10.4.1 异步电动机的软起动 在设定时间ts内，电动机端电压从US→UN，如图，为软起动
在设定时间tP内，电动机端电压从UN逐渐下降，如图，为软停止 减小转矩波动及损害 减小Ist对电网冲击 减轻对负载的冲击

83 电子式电动机控制器原理框图 主电路：晶闸管或IGBT 控制电路：从主电路获得取样数据经微处理器处理后发信号控制功率器件，从而控制电动机的电压或电流 除了实现软起动、软停止功能外，通常还有其他控制功能如限流起动、全压起动、快速起动、泵控制和准确停车等。 注意：不可将电动机控制器用于电机的调速！

84 主电路 辅助输出触点 基本输入设定 信号输入 SMC-Flex控制器的典型接线图 19 20 29 30 31 32 33 34
FU QS L1 1 4 T1 M 3~ 电源 L2 2 5 T2 L3 3 6 T3 19 20 29 30 31 32 33 34 控制模块 (微处理器) 辅助输出触点 辅助触点#1 基本输入设定 11 16 SBP 人机界面 通信模块 故障触点 18 SBT 17 报警触点 12 SMC-Flex智能电动机控制器由罗克韦尔自动化生产。该控制器的额定工作电流从5~480A分12个等级，额定工作电压为200~480V及200~600V两种，可根据所控制的电动机选用相应的等级。其工作方式除软起动、限流起动、全压起动外，还提供制动控制、精确停车等10余种控制模式。控制器的处理器还具有诊断功能，实现过载、欠载、过压、欠压、不平衡、失速堵转、接地故障等多种保护。内置的DPI通信接口可以选择从RS-485到以太网等多种通信手段，使控制器能以多种方式起动和停止，并通过通信口提供诊断信息。 13 辅助触点#2 14 信号输入 PTC输入 测速计 输入 接地故障

85 异步电动机的变频调速 变频调速：将50Hz的工频电源变换成频率可以改变的交流电源，从而调节异步电动机转速 原理电路

86 改变参考电压频率即可改变输出电压频率 参考电压 uru、urv、urw 控制电压 uG1、uG3、uG5 uG2、uG4、uG6 与之反相
uUV、uVW、uWU

87 PowerFlex 40 交流变频器内部框图及外部接线图
QS FU R S T U V W 总线 电压 M 3~ 01 02 03 05 06 07 08 09 11 12 13 14 15 停止 控制电源 电流 起动 启/停/转向 反向 控制器 开关1 开关2 人机界面 通信接口 模拟量输出 速度预置 16 17 18 R1 R2 R3 开关3 光电耦合输出1 开关4 光电耦合输出2 +24V +10V 模拟量PID调节设定 继电器输出 0~10V输入 AGND 4~20mA输入

88 10.5 安全用电 触电方式 保护接地和保护接零 电气防火和防爆 静电的防护

89 10.5.1 触电方式 1. 单相触电 单相触电是指人体某一部位触及一相带电体的触电方式。 电源中性点接地情况下单相触电
1. 单相触电 单相触电是指人体某一部位触及一相带电体的触电方式。 单相触电在触电事故中的比例最高。一般地说，中性点接地电网的触电比不接地电网的危险性大。 电源中性点接地情况下单相触电 电源中性点不接地单相触电 不带电金属外壳漏电造成的触电

90 2. 两相触电 两相触电是指人体同时触及电源的两相 带电体，电流由一相经人体流入另一相。此时加在人体上的最大电压为线电压。 两相触电与电网的中性点接地与否无关，其危险性最大，触电所造成的后果比单相要严重得多。 另外，10.1.3所说的剩余电流保护装置对于两相触电也无法提供保护

91 3. 跨步电压触电 当带电体接地时，电流由接地点向大地流散，在以接地点为圆心，一定半径（通常20m）的圆形区域内电位梯度由高到低分布，人进入该区域，沿半径方向两脚之间（间距以0.8m计）存在的电位差称为跨步电压UST，由此引起的触电事故称为跨步电压触电。 跨步电压的大小取决于人体站立点与接地点的距离，距离越小，其跨步电压越大。当距离超过20m（理论上为无穷远处），可认为跨步电压为零，不会发生触电的危险。

92 一旦发生触电事故时，应立即组织急救。要求动作迅速、方法正确。
首先要尽快地使触电者脱离电源 在所有触电情况下无论触电者状况如何，都必须立即请医务人员前来救治。

93 10.5.2 保护接地和保护接零 1. 保护接地 将电气设备在正常情况下不带电的金属
外壳和埋入地下并与其周围土壤良好接触的金属接地体相连接，称为保护接地 图中Rd为接地电阻，它等于接地体对地电阻和接地线电阻之和。根据安全规程规定，对1000V以下的系统，Rd一般不大于4Ω。 为了防止触电事故的发生，除了工作人员必须严格遵守操作规程，正确安装和使用电气设备或器材之外，还应该采取保护接地、保护接零等安全措施。 保护接地适用于中性点不接地的三相供电系统(IT)

94 RA Ia≤50V 式中RA——外露可导电部分的接地电阻
对于中性点接地的三相供电系统(TT) ，则当发生单相碰壳故障时，该相电压UP就会经过保护接地的电阻RA和电网中性点接地的电阻Rd 形成故障电流 RA Rd 设UP=220V，RA= Rd=4Ω，则Id=27．5A，设备外壳带电的电位为UP/2=110V，此电位值对人体仍然是危险的 。 在国标《低压配电设计规范》中规定TT系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下式要求 RA Ia≤50V 式中RA——外露可导电部分的接地电阻 Ia——保证保护电器切断故障回路的动作电流

95 2. 保护接零 在三相电源中性点接地的情况下，通常采用保护接零 保护接零就是将电气设备在正常情况下不带电的金属外壳接到三相电源的零线(中性线)上。当电气设备某一相的绝缘损坏而与外壳相碰时，就形成单相短路，该相保护装置动作(例如熔断器的熔丝熔断或断路器动作)，因而外壳不再带电，达到安全的目的 在采用接零保时护，电源中线不允许断开，如果断开则保护失败。所以在电源中线上、保护接零导线中不允许安装开关和熔断器。

96 这种供电系统有3条相线、1条工作零线N和1条保护零线PE，俗称为三相五线制。
保护接零适用于中性点接地的三相四线制供电系统(TN)。但在三相四线制不平衡负载系统中，由于零线上的电流不为零，使零线对地电位不为零。为了使保护更为安全可靠，采用TN—S系统。 这种供电系统有3条相线、1条工作零线N和1条保护零线PE，俗称为三相五线制。 电源端 接地点 电源 L1 L2 L3 N PE 用户的 电气装置 电气装置 中的设备 外露可 导电部分

97 10.5.3 电气防火和防爆 引起电气火灾或爆炸的原因： ⑴ 电气设备内部短路 ⑵ 电气设备严重过载 ⑶ 电路中的触点接触不良
⑷ 电气设备或线路的绝缘损坏或老化 ⑸ 电气设备中的散热部件或通风设施损坏

98 电气设备防火防爆措施： ⑴ 对于有火灾或爆炸危险场所，选用合理的电气设备类型，如防爆型、密封型、防尘型 ⑵ 严格遵守安全操作规程和有关规定，确保电气设备的正常运行 ⑶ 定期检查设备，排除事故隐患 ⑷ 保持通风良好，采用耐火材料及良好的保护装置

99 静电的防护 绝缘物体之间相互摩擦会产生静电。工业上，石油、塑料、化纤、纸张等生产或运输过程中都可能产生和积累静电，静电电压有时可高达数万伏 静电放电形成的火花，可引发火灾和爆炸 常用的防静电措施有： ⑴ 限制静电的产生 ⑵ 给静电提供转移和泄漏路径 ⑶ 利用异极性电荷中和静电 ⑷ 采用防静电接地

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