电气控制与PLC知识点.docx
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电气控制与PLC知识点
电气控制与PLC知识点
第一节低压电器概述
一、电器：
高压电器：
低压电器：
二、低压电器的分类
1．按用途方式
1）低压配电电器
低压配电电器主要用于低压供电系统。
分断能力强、限流效果好，动稳定和热稳定性能好。
刀开关、自动开关、隔离开关、转换开关等。
2）低压控制电器
低压控制电器主要用于电力拖动控制系统。
有一定的通断能力、操作频率高，电气和机械寿命长。
接触器、继电器、控制器等。
3）低压主令器
用于发送控制指令的电器。
操作频率高，抗冲击，电气和机械寿命长。
按钮、主令开关、行程开关、万能开关等。
4）低压保护电器
用于对电路和电气设备进行安全保护的电器。
有一定的通断能力、反应灵敏、可靠性高。
熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器等。
2．按操作方式
1）手动电器：
刀开关、按钮、转换开关
2）自动电器：
低压断路器、接触器、继电器
三、电磁式电器组成
1.电磁机构
组成：
铁芯，衔铁，线圈
原理：
线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。
总结：
a.衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。
b.直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流。
c.交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。
U型电磁铁：
6～7倍
E型电磁铁：
10～15倍
衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，交流电压线圈可能烧毁。
对于可靠性要求高，或频繁动作的控制系统采用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构。
2.触点系统
1）触点（执行元件）作用：
分断和接通电路的作用。
2）触点接触形式：
点接触、线接触、面接触
3．灭弧装置灭弧措施：
降低电弧温度和电场强度
磁吹式灭弧装置（广泛应用于直流接触器中）：
磁吹灭弧装置：
利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大，吹弧能力也越强。
灭弧栅（常用作交流灭弧装置）
灭弧罩（用于交流和直流灭弧）：
采用一个用陶土和石棉水泥做的耐高温的灭弧罩，用以降温和隔弧。
电动力吹弧
第二节接触器
一、交流接触器
1．结构
触头系统：
主触头、辅助触头
常开触头（动合触头）
常闭触头（动断触头）
电磁系统：
动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧
灭弧系统：
灭弧罩及灭弧栅片灭弧
2．工作原理：
线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。
为防止铁心振动，需加短路环。
二、直流接触器
用途：
远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。
结构：
电磁机构、触头系统和灭弧装置。
工作原理：
与交流接触器基本相同。
交流接触器与直流接触器的区别
交流接触器：
铁心用硅钢片冲压而成，减少铁损；
线圈绕在骨架上，短而粗的圆筒状，便于散热；
铁心端面上安装铜制短路环，防止震动和噪声；
常用灭弧罩和灭弧栅；
直流接触器：
铁心不发热，用整块钢制成；
线圈散热：
长而薄的圆筒状；
常用磁吹灭弧装置；
三、接触器的图形符号和文字代号
第三节其他低压电器
热继电器
作用：
电动机的过载保护
型式：
双金属片式热敏电阻式易熔合金式
结构：
由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。
热继电器的图形和文字符号
速度继电器的文字和图形符号
熔断器
⏹作用：
短路和严重过载保护（供电线路和电气设备）
⏹应用：
串接于被保护电路的首端
⏹优点：
结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻
控制按钮
1．结构：
按钮帽、复位弹簧、动触点、静触点
2．种类：
1）颜色：
红—停止、急停绿—起动黑—点动黑白（白色、灰色）—启动、停止交替动作蓝色-复位
2）结构：
蘑菇—急停指示灯式—指示钥匙—安全平钮—一般
3.图形和文字符号
行程开关
继电器接触器控制系统
组成：
按钮、继电器、接触器等低压电器。
特点：
具有线路简单、维护方便、便于操作、价格低廉等许多优点。
第一节电气控制线路的绘制
电气图：
表达设备的电气控制系统的组成、分析控制系统工作原理以及安装、调试、检修控制系统。
一、电气原理图
二、电器元件布置图
表明电气原理图中所有电器元件、电器设备的实际位置，为电气控制设备的制造、安装提供必要的资料。
三、电气接线图
第二节鼠笼电动机简单的起停电气控制线路
全压起动：
将额定电压直接加到电动机的定子绕组上，使电动机起动旋转。
（p≤10kw）
降压起动：
起动时减少加在定子绕组上的电压，以限制起动电流；在起动完成后再将定子电压恢复至额定值。
线路的保护环节
1）过载保护：
FR
2）短路保护：
FU
3）失压、欠压保护：
自锁触点（接触器）
欠压和失（零）压保护的优点：
1、防止电动机低压运行。
2、避免多台电动机同时起动造成的电网电压波动。
3、防止在电源恢复时，电动机突然起动运行而造成设备和人身事故。
电器控制中：
按钮→发布命令信号
接触器→实现对控制对象的控制
继电器→根据控制过程中各个量的变化发出相应的控制信号。
第三节电气控制基本线路
一、正反转的控制线路
实现方法：
对调交流电动机的任意两相电源相序。
a.接触器互锁正/反转控制电路b.按钮和接触器双重互锁控制电路
接触器互锁正/反转控制电路工作过程:
问题：
KMl、KM2同时闭合，造成相间短路。
电气互锁：
利用接触器（继电器）的常闭触点串接在对方线圈回路中而形成的相互制约的控制。
按钮和接触器双重互锁控制电路
仅有按钮互锁控制电路可以吗？
机械互锁：
利用复合按钮的常闭触点串接在对方线圈回路中而形成的相互制约的控制。
（方便操作）
存在问题：
若出现熔焊或衔铁卡在吸合状态的故障时，虽然线圈已失电但是其主触点无法断开。
此时另一接触器一旦得电动作，主电路就会发生短路。
解决：
为保证工作的可靠和操作的方便可采用按钮和接触器双重互锁。
此时若出现上述故障现象，则接触器的互锁常闭触点必然将另一接触器的控制电路切断，避免另一接触器线圈得电。
结论：
复合按钮不能代替联锁触点的作用。
二、按顺序工作的联锁控制
顺序控制：
保证操作的合理和工作的安全可靠（按一定顺序工作的联锁要求）。
四、点动控制电路
1、基本的点动控制电路
2、点动/长动控制电路
五、多点起、停与多条件控制电路
第四节三相异步电动机的降压起动控制线路
起动方式:
a.直接起动（全压起动）
缺点：
起动电流大（额定电流的5～7倍）。
过大的起动电流将会造成线路的电压下降，影响到电动机的起动转矩，严重时，会导致电动机本身无法起动。
直接起动只能用于电源容量较电动机容量大得多的情况。
b.降压起动：
Y-△降压起动定子串电阻降压起动定子串自耦变压器降压起动
第五节三相异步电动机的制动控制线路
制动目的：
准确、迅速停车；工作安全
制动分类：
机械制动：
机械抱闸
电气制动：
反接制动、能耗制动、回馈制动
1、反接制动
2、能耗制动：
特点：
能耗小，需直流电源，设备费用高。
适用场合：
要求平稳制动，停位准确。
（如铣床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等）。
第三章可编程序控制器工作原理
3.1PLC的基本概念
国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：
可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
3.2PLC的基本结构
PLC主要由CPU模块（包含存储器）、输入模块、输出模块、电源和编程装置组成。
CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。
CPU模块功能：
接收、存储有编程工具输入的用户程序和数据。
检查、校验用户程序。
接收、调用现场信息，
执行用户程序。
驱动PLC外部的负载。
故障诊断。
存储器用来存储程序和数据，根据工作原理，存储空间一般包括三个区：
系统程序存储区
用户程序存储区：
用户程序区、系统区。
工作数据存储区 RAM
PLC的硬件结构
整体式PLC
体积小，价格低，小型PLC一般采用这种结构；
将CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱形机壳内；通常将此整体称为CPU模块；
配有许多专用的特殊功能模块，使PLC的功能得到扩展，如模拟量I/O模块、通信模块等。
模块式PLC
大、中型的，较复杂的，要求较高的系统一般选用模块式结构的PLC；
由机架和模块组成；模块插在模块插座上，模块插座焊在机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，还有扩展机架；
组态方便灵活：
用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能模块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。
3.3PLC的工作原理
一、用触点和线圈实现逻辑运算
在数字量控制系统中，变量仅有两种相反的工作状态，如高电平和低电平、继电器线圈的通电和断电、触点的接通和断开，可以用逻辑代数中的1和0来表示，一般在波形图中，用高电平表示1状态，用低电平表示0状态。
1、读取输入；
2、执行用户程序；程序执行阶段，输入值固定，系统运行稳定。
可以提高程序的执行速度。
灵活。
3、通信处理；
4、CPU自诊断测试；
5、改写输出；
6、中断程序的处理；
7、立即I/O处理；
PLC与计算机的异同
相同点：
（1）基本结构相同
（2）程序执行原理相同
不同点：
（1）两者的不同点主要体现在工作方式上。
（2）应用范围不同。
（3）对使用环境耐受力不同。
（4）编程语言简单、容易掌握。
（5）输入输出接口电路已经备好。
（6）对电源要求不高，允许电压波动范围较宽。
PLC与继电接触器的异同
相同点：
图形结构和逻辑关系相同。
不同点：
（1）实现原理不同：
软元件 逻辑运算
（2）工作方式不同：
串行
第4章S7-200可编程控制器组成
第一节 S7-200PLC系统组成
ØS7-200PLC系统配置
ØS7-200PLC主机
ØS7-200PLC接口模块
ØS7-200PLC扩展和系统配置
1S7-200PLC的系统配置
2 基本单元
第一代：
CPU21X，主机都可进行扩展。
第二代：
CPU22X
CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可加扩展模块。
S7-200CPU
最大I/O配置的预算
Ø主机允许带扩展模块的数量
Ø映像寄存器数量
Ø电流提供
Ø模块电流
Ø电流预算规则
ØI/O点数扩展和编址
第4章PLC程序设计基础
4.1PLC的编程语言
4.2存储器的数据类型与寻址方式
4.3位逻辑指令
4.4定时器与计数器指令
4.5应用举例
4.1PLC的编程语言与程序结构
4.1.1PLC编程语言的国际标准
IEC61131-3是PLC的编程语言标准5种编程语言：
顺序功能图（SFC）梯形图（LD或LAD）功能块图（FBD）指令表（IL）结构文本（ST）
4.2存储器的数据类型与寻址方式
4.2.1CPU的存储区
1、输入过程映像寄存器（I）
S7-200PLC编址范围（I0.0～I15.7）
外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为ON（1状态），反之为OFF（0状态）。
可以多次使用同一个输入位的常开触点和常闭触点。
2、输出过程映像寄存器（Q）
梯形图中输出映像寄存器Q0.0的线圈“通电”，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的常开触点闭合，使接在标号为0.0的端子的外部负载工作，反之则外部负载断电；输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点，但是在梯形图中，每一个输出位的常开触点和常闭触点都可以使用多次。
3、变量存储区（V）
是全局存储器；
在程序执行过程中用来存放中间结果，或用来保存与工序或任务有关的其他数据。
4、位存储区（M）
作为控制继电器来存储中间操作状态或其他控制信息。
可按位、字节、字或双字来存取数据。
5、定时器存储区（T）
T0～T255
定时器位：
用来描述定时器的延时动作的触点状态，定时器位为1时，梯形图中对应的定时器常开触点闭合，常闭触点断开；为0时则触点的状态相反；
接通延时、断开延时、保持型接通延时定时器；
三种定时器：
1ms,10sm和100ms；
6、计数器存储区（C）
C0~C255
加计数器、减计数器和加减计数器；
当计数器当前值大于等于设定值时，计数器位被置1（为ON），梯形图中对应的计数器常开触点闭合，常闭触点断开；为0时则触点的状态相反；
7、高速计数器（HC）
HC0~HC5
8、累加器（AC）
AC0~AC3（4个）是可以象存储器那样使用的读/写单元，可以用它向子程序传递参数，或从子程序返回参数，以及用来存放计算的中间结果；
累加器是32位的，可以按字节、字和双字来存取累加器中的数据，存取数据的长度根据所用的指令决定。
9、特殊存储器（SM）
提供实现一些特殊的状态和控制功能，用于CPU与用户之间交换信息；
CPU224编址范围SM0.0～SM179.7，共180个字节。
其中SM0.0～SM29.7的30个字节为只读型区域。
提供实现一些特殊的状态和控制功能，用于CPU与用户之间交换信息；
①SMB0
状态位字节，在每次扫描循环结尾由S7-200CPU更新
SM0.0RUN状态，该位始终为1。
SM0.1首次扫描时为1，用于程序的初始化。
SM0.4 输出一个占空比为50％的分时钟脉冲。
SM0.5 输出一个占空比为50％的秒时钟脉冲。
SM0.6一个扫描周期为ON，另一为OFF循环交替。
4.3 基本逻辑指令类指令
1装载指令及输出指令
LD（Load）
用于网络块逻辑开始的常开触点与母线的连接。
LDN（LoadNot）
用于网络块逻辑运算开始的常闭触点与母线的连接。
=（Out）
与线圈相对应,驱动线圈的触点电路接通时,指定位对应的输出映像寄存器为1，反之则为0。
取反指令：
NOT
空操作指令：
NOP
LAD形式为：
STL形式为：
NOPN（N=0～255）
2触点串联（与）指令
A（And）用于单个常开触点的串联连接。
AN（AndNot）用于单个常闭触点的串联连接。
3触点并联指令
O（OR）：
用于单个常开触点的并联连接。
ON（OrNot）用于单个常闭触点的并联连接。
4串联电路块的并联连接指令
OLD（OrLoad）：
用于串联电路块的并联连接。
5并联电路块的串联连接指令
ALD（AndLoad）：
栈装载与指令（与块指令）；用于并联电路块的串联连接。
7置位、复位指令
9跳变触点指令
EU（EdgeUp）：
正跳变触点指令；
ED（EdgeDown）：
负跳变触点指令；
4.4定时器指令
定时器的分类：
接通延时定时器断开延时定时器保持型接通延时定时器
定时器的分辨率：
1ms,10ms和100ms
定时器的当前值、设定值：
均为16位有符号整数，最大值是32767
接通延时定时器：
TON
断开延时定时器：
TOF
分辨率对定时器的影响：
1ms分辨率的定时器位和当前值的更新和扫描周期不同步。
扫描周期大于1ms时，定时器位和当前值在一个扫描周期内被多次刷新。
10ms分辨率的定时器的定时器位和当前值在每个扫描周期开始时被刷新。
定时器位和当前值在整个扫描周期过程中不变。
在每个扫描周期开始时将一个扫描周期的时间间隔加到定时器当前值上。
100ms分辨率的定时器的定时器位和当前值在执行该定时器指令时被刷新。
为了使定时器正确地定时，要确保在一个扫描周期中只执行一次100ms定时器指令。
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