第1章緒論1.4電氣控制的結(jié)構(gòu)與組成1.5課程的性質(zhì)與內(nèi)容1.3電氣控制在船舶工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展1.1電氣控制的基本概念1.2電氣控制的歷史與發(fā)展1.1電氣控制的基本概念電氣控制的基本概念電器與電氣是兩個不同概念：電器：指具體的電工設(shè)備（如繼電器、開關(guān)等），用于電路控制、保護(hù)等操作。電氣：指涉及電能生產(chǎn)、傳輸、使用的整個學(xué)科領(lǐng)域以電動機(jī)為主要控制對象實現(xiàn)生產(chǎn)自動化由低壓電器組成控制系統(tǒng)主要功能：自動控制、保護(hù)、監(jiān)測電氣控制技術(shù)：1.2電氣控制的歷史與發(fā)展電氣控制的歷史與發(fā)展?1.早期拖動方式?2.繼電接觸器控制3.可編程序控制器（PLC）的誕生4.電氣控制技術(shù)的發(fā)展趨勢19世紀(jì)末-20世紀(jì)初：集中拖動，一個車間用一臺蒸汽機(jī)或電動機(jī)提供動力，通過復(fù)雜傳動機(jī)構(gòu)分配，不能滿足自動控制需求。20世紀(jì)30年代：發(fā)展為分散拖動，各運(yùn)動部件用不同電動機(jī)拖動，簡化傳動機(jī)構(gòu)，提高傳動效率，利于自動控制。電氣控制的歷史與發(fā)展?1.早期拖動方式?2.繼電接觸器控制3.可編程序控制器（PLC）的誕生4.電氣控制技術(shù)的發(fā)展趨勢20世紀(jì)20-30年代出現(xiàn)，由繼電器、接觸器等組成，通過電氣連接線連接，實現(xiàn)電動機(jī)控制，保證生產(chǎn)工藝要求。優(yōu)點：電路簡單、設(shè)計安裝方便、維護(hù)容易、價格低廉、抗干擾能力強(qiáng)。缺點：固定接線，靈活性差；元器件多，可靠性差；通用性差。電氣控制的歷史與發(fā)展?1.早期拖動方式?2.繼電接觸器控制3.可編程序控制器（PLC）的誕生4.電氣控制技術(shù)的發(fā)展趨勢20世紀(jì)60年代末，美國通用汽車公司招標(biāo)，提出10項技術(shù)要求。1969年，美國莫迪康公司研制出PLC，在通用汽車公司試用成功，開創(chuàng)電氣控制新時代。PLC結(jié)合繼電接觸器與計算機(jī)優(yōu)點，成為工業(yè)控制計算機(jī)，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，推動工廠自動控制技術(shù)飛躍。電氣控制的歷史與發(fā)展?1.早期拖動方式?2.繼電接觸器控制3.可編程序控制器（PLC）的誕生4.電氣控制技術(shù)的發(fā)展趨勢從手動到自動、簡單到智能、硬接線到軟件控制、單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)控制發(fā)展。應(yīng)用計算機(jī)、自動控制等多種先進(jìn)技術(shù)，低壓電器朝高性能、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。引入新技術(shù)，實現(xiàn)參數(shù)自動控制、集中管理，基于網(wǎng)絡(luò)的電氣控制實現(xiàn)異地控制和信息化?，F(xiàn)場總線技術(shù)使低壓電器具有智能化和網(wǎng)絡(luò)通信功能，成為電氣技術(shù)發(fā)展方向。電氣控制技術(shù)朝集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化方向發(fā)展，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。1.3電氣控制在船舶工業(yè)中的

應(yīng)用與發(fā)展電氣控制在船舶工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展系統(tǒng)控制：管理推進(jìn)/電站/舵機(jī)等關(guān)鍵系統(tǒng)智能監(jiān)控：集成傳感器與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備實時監(jiān)測?核心應(yīng)用電氣控制在船舶工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展從傳統(tǒng)繼電器到PLC控制結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)/AI實現(xiàn)船舶智能化國際e-Navigation標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)?技術(shù)發(fā)展電氣控制在船舶工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展中日韓歐競相發(fā)展智能船舶中國已發(fā)布首部《智能船舶規(guī)范》自主研發(fā)出首艘智能散貨船?行業(yè)現(xiàn)狀電氣控制在船舶工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展全電推/自動駕駛船舶數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用零排放環(huán)保解決方案未來趨勢1.4電氣控制的結(jié)構(gòu)與組成電氣控制的結(jié)構(gòu)與組成電氣控制系統(tǒng)由信號輸入、控制單元和執(zhí)行輸出三個部分組成,如圖1-1所示。圖1-1電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.4.1信號輸入信號輸入部分由各種輸入器件組成,這些輸入器件收集并保存被控對象實際運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)和信息。這些數(shù)據(jù)和信息包括被控對象上的各種參數(shù)信息(壓力、溫度、流量、速度及位置等),各種控制信息(啟動、停止及調(diào)速等)。1.4.2控制單元控制單元作為電氣控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)處理輸入信息并執(zhí)行控制功能。在繼電接觸器系統(tǒng)中，控制單元由繼電器組成，通過固定接線實現(xiàn)控制邏輯，功能一旦設(shè)定便難以更改。而在PLC系統(tǒng)中，控制邏輯可編程存儲，功能變更只需修改程序，極大提升了靈活性和應(yīng)用范圍，這是其與繼電接觸器系統(tǒng)的關(guān)鍵區(qū)別。1.4.3執(zhí)行輸出執(zhí)行輸出部分是對需要控制的對象或設(shè)備提供實際的控制信號。電氣控制系統(tǒng)將輸入信號經(jīng)過控制單元處理后,再將控制信息輸出,即轉(zhuǎn)換成控制對象所需的物理信號,最終完成電氣控制系統(tǒng)的功能,如電動機(jī)的啟動停止、正反轉(zhuǎn),閥門的開關(guān),工作臺的移動、升降等。1.5課程的性質(zhì)與內(nèi)容課程的性質(zhì)與內(nèi)容本課程是自動化專業(yè)、電氣工程專業(yè)必修的專業(yè)課,在專業(yè)領(lǐng)域里,對于提高學(xué)生工程實踐的能力、培強(qiáng)分析問題和解決問題的能力具有重要作用。核心內(nèi)容包含：?一、繼電接觸器電氣控制(1)常用低壓電器類型、工作原理以及選型。(2)電氣控制系統(tǒng)圖紙類型,畫圖工具。(3)繼電接觸器電氣控制系統(tǒng)的基本控制電路。(4)典型船舶機(jī)械設(shè)備電氣控制電路分析。?二、PLC電氣控制系統(tǒng)(1)PLC的工作原理。(2)S7-1200PLC的硬件選型。(3)S7-1200PLC的軟件編程。(4)S7-1200PLC控制系統(tǒng)設(shè)計實例。課程價值?：繼電接觸器控制作為現(xiàn)代技術(shù)基礎(chǔ)，因其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，仍在小型系統(tǒng)及信號采集/驅(qū)動環(huán)節(jié)廣泛應(yīng)用，與PLC技術(shù)形成互補(bǔ)，共同構(gòu)成電氣工程師必備技能體系。課程的性質(zhì)與內(nèi)容本課程是自動化專業(yè)、電氣工程專業(yè)必修的專業(yè)課,在專業(yè)領(lǐng)域里,對于提高學(xué)生工程實踐的能力、培強(qiáng)分析問題和解決問題的能力具有重要作用。核心內(nèi)容包含：?一、繼電接觸器電氣控制(1)常用低壓電器類型、工作原理以及選型。(2)電氣控制系統(tǒng)圖紙類型,畫圖工具。(3)繼電接觸器電氣控制系統(tǒng)的基本控制電路。(4)典型船舶機(jī)械設(shè)備電氣控制電路分析。?二、PLC電氣控制系統(tǒng)(1)PLC的工作原理。(2)S7-1200PLC的硬件選型。(3)S7-1200PLC的軟件編程。(4)S7-1200PLC控制系統(tǒng)設(shè)計實例。課程價值?：繼電接觸器控制作為現(xiàn)代技術(shù)基礎(chǔ)，因其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，仍在小型系統(tǒng)及信號采集/驅(qū)動環(huán)節(jié)廣泛應(yīng)用，與PLC技術(shù)形成互補(bǔ)，共同構(gòu)成電氣工程師必備技能體系。一、繼電接觸器電氣控制?基礎(chǔ)概念?：以三相電機(jī)手動直接控制為例，說明主電路與控制電路構(gòu)成，指出直接控制的局限性。?自動控制原理?：通過增加接觸器、熱繼電器等元件實現(xiàn)啟停自動控制，引入元件交互索引與圖紙分區(qū)概念。?工程實踐要求?：強(qiáng)調(diào)原理圖需配套元器件選型表、布置圖與接線圖，形成完整技術(shù)文檔。?二、PLC電氣控制系統(tǒng)對比優(yōu)勢?：以電機(jī)延時啟動功能變更為例，對比繼電接觸器改線復(fù)雜性與PLC編程靈活性。?系統(tǒng)構(gòu)成?：主電路沿用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，控制部分采用標(biāo)準(zhǔn)化I/O接線，通過程序?qū)崿F(xiàn)邏輯控制。?實施流程?：需完成PLC型號選擇（以西門子S7-1200為例）、硬件組態(tài)與軟件編程。第2章常用低壓電器2.4斷路器2.3繼電器2.1低壓電器的定義與分類2.2接觸器2.6主令電器2.7新型智能電器2.5熔斷器2.1低壓電器的定義與分類2.1.1低壓電器定義

低壓電器是指工作在交流電壓1000V以下、直流電壓1500V及以下的電器。它是能夠根據(jù)外界特定的信號和要求,自動或手動接通和斷開電路,實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護(hù)、檢測、變換和調(diào)節(jié)用的電氣元件。2.1.2低壓電器分類低壓電器種類繁多,結(jié)構(gòu)形式各異,工作原理及功能也各不相同。因此低壓電器的分類方法很多。本教材主要從用途進(jìn)行分類,常用的低壓電器主要類別及用途見表2-1。2.2接觸器2.2.1接觸器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理目前最常用的接觸器是電磁接觸器,它由電磁機(jī)構(gòu)、觸點、滅弧裝置及其他部分組成。接觸器的實物圖、結(jié)構(gòu)圖以及文字圖形符號如圖2-1所示。電磁機(jī)構(gòu)將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,產(chǎn)生電磁吸力帶動觸點動作。電磁機(jī)構(gòu)包括電磁線圈、動鐵心和靜鐵心。觸點是接觸器的執(zhí)行元件,用來接通或斷開被控制電路,包括主觸點和輔助觸點。滅弧裝置用于熄滅主觸點在分?jǐn)嚯娏魉查g觸點間氣隙中產(chǎn)生的電弧。其他部分包括釋放彈簧機(jī)構(gòu)、支架與底座等。接觸器的工作原理說明:當(dāng)電磁線圈通電后,線圈電流產(chǎn)生磁場,使靜鐵心產(chǎn)生電磁力吸引銜鐵,并帶動觸點動作,使常閉觸點斷開,常開觸點閉合,兩者是聯(lián)動的。當(dāng)線圈斷電時,電磁力消失,銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放,使觸點復(fù)原,即常開觸點斷開,常閉觸點閉合。2.2.2接觸器的分類接觸器根據(jù)所控制主電路電流的類型,可分為交流接觸器和直流接觸器。交流接觸器:線圈可以是交流線圈也可以是直流線圈,主觸點接通、切斷交流主電路。直流接觸器:線圈只能是直流線圈,主觸點接通、切斷直流主電路。交流線圈中通上交流電,交變磁通穿過鐵心,產(chǎn)生渦流和磁滯損耗,使鐵心發(fā)熱。為減少鐵心損耗,鐵心用硅鋼片沖壓而成;為便于散熱,線圈做成短而粗的圓筒狀繞在骨架上;為防止交變磁通使銜鐵產(chǎn)生強(qiáng)烈振動和噪聲,鐵心端面上安裝銅制的短路環(huán)。滅弧裝置通常采用滅弧罩和滅弧柵。直流線圈中通上直流電,不產(chǎn)生渦流和磁滯損耗,鐵心不發(fā)熱,鐵心可以用整塊鋼制成。為便于散熱,線圈制成長而薄的圓筒狀。滅弧裝置通常采用滅弧能力較強(qiáng)的磁吹滅弧裝置。2.2.3接觸器的主要技術(shù)參數(shù)和選用方法接觸器的主要技術(shù)參數(shù)電流類型;線圈電壓;主觸點額定電流、額定電壓、觸點極數(shù);輔助觸點額定電流、觸點對數(shù);等等。選用接觸器時主要依據(jù)以下幾點(1)接觸器的使用類別應(yīng)與負(fù)載性質(zhì)相一致:控制交流負(fù)載應(yīng)選用交流接觸器;控制直流負(fù)載則選用直流接觸器。(2)主觸點的額定工作電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載電路的電壓。2.2.3接觸器的主要技術(shù)參數(shù)和選用方法選用接觸器時主要依據(jù)以下幾點(3)主觸點的額定工作電流應(yīng)大于或等于負(fù)載電路的電流。接觸器的額定電壓和電流是指主觸點的額定電壓和電流。當(dāng)控制對象為電動機(jī)時,可以根據(jù)電動機(jī)的功率計算接觸器主觸頭的電流:式中,IC為接觸器主觸點電流(A);K

為經(jīng)驗系數(shù),一般取(1~1.4);PN

為電動機(jī)的額定功率(kW);UN

為電動機(jī)的額定電壓(V)。(4)吸引線圈的額定電壓和頻率應(yīng)與控制回路的電壓和頻率相一致,接觸器在線圈額定電壓85%及以上時應(yīng)能可靠地吸合。(5)主觸點和輔助觸點的數(shù)量應(yīng)能滿足控制系統(tǒng)的需要。2.3繼電器2.3.1電磁式繼電器由于電磁式繼電器具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、壽命長等一系列優(yōu)點,故在電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。電磁式繼電器按吸引線圈電流的種類不同,可分為直流和交流兩種;按輸入信號的性質(zhì),可分為電壓繼電器和電流繼電器。電磁式繼電器的實物圖以及文字圖形符號如圖2-2所示。2.3.2時間繼電器當(dāng)繼電器感應(yīng)元件接收外界信號后,經(jīng)過設(shè)定的延時時間才執(zhí)行部分動作的繼電器稱為時間繼電器。電磁式繼電器的實物圖、延時時序圖以及文字圖形符號如圖2-3所示。

選用時間繼電器,主要從以下幾個方面考慮:(1)根據(jù)控制電路對延時方式的要求選擇通電延時還是斷電延時。(2)根據(jù)控制電路對觸點的數(shù)目要求選擇。(3)根據(jù)控制電路延時范圍和精度要求選擇。(4)根據(jù)使用場合、工作環(huán)境選擇。2.3.3熱繼電器熱繼電器是依靠電流流過發(fā)熱元件時產(chǎn)生的熱量,使雙金屬片發(fā)生彎曲而推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的一種電器,主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)、斷相及電流不平衡運(yùn)行的保護(hù)及其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制。熱繼電器的實物圖、結(jié)構(gòu)圖以及文字圖形符號如圖2-4所示。熱繼電器的工作原理如圖2-4(b)所示。熱元件(雙金屬片7)由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片組合的復(fù)層材料構(gòu)成(設(shè)上層膨脹系數(shù)大)。2.3.3熱繼電器熱繼電器選用時主要從以下幾個方面考慮:(1)長期工作制下,按電動機(jī)的額定電流來確定熱繼電器的型號與規(guī)格。熱繼電器元件的額定電流接近或略大于電動機(jī)的額定電流IN，即使用時,熱繼電器的整定旋鈕應(yīng)調(diào)到電動機(jī)的額定電流值處,否則將不起保護(hù)作用。(2)對于星形連接的電動機(jī),因其繞組相電流與線電流相等,選用兩相或三相普通的熱繼電器即可。(3)對于三角形連接的電動機(jī),當(dāng)在接近滿載的情況下運(yùn)行時,如果發(fā)生斷相,最嚴(yán)重一相繞組中的相電流可達(dá)額定電流值的2.5倍左右,而流過熱繼電器的線電流也達(dá)額定電流值的2倍以上,此時普通熱繼電器的動作時間能滿足保護(hù)電動機(jī)的要求。(4)對頻繁正反轉(zhuǎn)及頻繁通斷工作和短時工作的電動機(jī),不宜采用熱繼電器來保護(hù)。(5)如遇到下列情況,選擇熱繼電器的整定電流要比電動機(jī)額定電流高一些:①電動機(jī)負(fù)載慣性轉(zhuǎn)矩非常大,啟動時間長。②電動機(jī)所帶動的設(shè)備不允許任意停電。③電動機(jī)拖動的負(fù)載為沖擊性負(fù)載,如沖床、剪床等設(shè)備。2.3.4速度繼電器速度繼電器常用于電動機(jī)的反接制動電路中,其實物圖、結(jié)構(gòu)圖以及文字圖形符號如圖2-5所示。速度繼電器的結(jié)構(gòu)如圖2-5(b)所示。1為轉(zhuǎn)子,由永久磁鐵做成,隨電動機(jī)轉(zhuǎn)動;3為定子,其上有定子短路繞組4;5為定子柄,可繞定軸擺動;按圖中規(guī)定的轉(zhuǎn)動方向,左邊6、7、8為正向觸點,右邊為反向觸點。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,永久磁鐵的磁場切割定子上的短路導(dǎo)體,并使其產(chǎn)生感應(yīng)電流,永久磁鐵與這個電流互相作用,將使定子向著軸的轉(zhuǎn)動方向擺動,并通過定子柄撥動動觸點。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速接近零時(約100r/min),定子柄在恢復(fù)力的作用下恢復(fù)到原來的位置。2.3.5固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器(SolidStateRelay,SSR)是20世紀(jì)70年代中后期發(fā)展起來的一種新型無觸點繼電器。固態(tài)繼電器是由固態(tài)半導(dǎo)體器件組成的無觸點開關(guān)器件,它較之電磁繼電器具有工作可靠、壽命長、對外界干擾小、能與邏輯電路兼容、抗干擾能力強(qiáng)、開關(guān)速度快、無火花、無動作噪聲和使用方便等一系列優(yōu)點,因而具有很寬的應(yīng)用領(lǐng)域,有逐步取代傳統(tǒng)繼電器之勢,并進(jìn)一步擴(kuò)展到許多傳統(tǒng)繼電器無法應(yīng)用的領(lǐng)域,如計算機(jī)的輸入和輸出接口、外圍和終端設(shè)備。固態(tài)繼電器的實物圖以及文字圖形符號如圖2-6所示。固態(tài)繼電器選用時考慮的主要參數(shù)有輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流等。2.4斷路器2.4斷路器斷路器俗稱空氣開關(guān)、自動開關(guān),適用于低壓配電電路不頻繁通斷控制,在電路發(fā)生短路時,斷開電路,是起保護(hù)作用的電器。斷路器的實物圖、結(jié)構(gòu)圖以及文字圖形符號如圖2-7所示。在功能上,它相當(dāng)于刀開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器等的組合,其結(jié)構(gòu)如圖2-7(b)所示。斷路器包含四種脫扣方式:磁脫扣、熱脫扣、欠電壓脫扣以及分勵脫扣。其中最重要的是磁脫扣和熱脫扣,分別提供短路保護(hù)和過載保護(hù)。2.4斷路器磁脫扣是斷路器中的一個關(guān)鍵組件,它的作用是在電路發(fā)生短路時迅速切斷電源以保護(hù)電路。磁脫扣的設(shè)計確保了在短路情況下能夠提供快速響應(yīng),這是電氣安全中非常重要的。斷路器的主觸頭是由操作機(jī)構(gòu)(手動或電動)合閘的。選用斷路器時主要從以下幾個方面考慮:(1)斷路器的額定電流應(yīng)等于或大于負(fù)載允許的長期平均電流。(2)斷路器的極限分?jǐn)嗄芰σ笥诨虻扔陔娐纷畲蠖搪冯娏鳌?3)欠電壓脫扣器額定電壓應(yīng)等于主電路額定電壓。(4)熱脫扣器的整定電流的選擇應(yīng)與熱繼電器的額定電流選擇一致。(5)磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流應(yīng)大于負(fù)載正常工作時的尖峰電流,保護(hù)電動機(jī)時,磁脫扣器的瞬時脫扣整定電流

式中,K

為考慮整定誤差和啟動電流IST

允許變化的安全系數(shù),對于動作時間在0.02s以上的斷路器,K=1.35;對于動作時間在0.02s以下的斷路器,K=1.7。2.5熔斷器2.5熔斷器熔斷器是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉的保護(hù)電器,廣泛用于供電電路和電氣設(shè)備的短路保護(hù)。熔斷器由熔體和安裝熔體的外殼兩部分組成。熔斷器種類很多,結(jié)構(gòu)也各不相同,主要有插入式、螺旋式、有填料密封管式、無填料密封管式等。熔斷器的實物圖以及文字圖形符號如圖2-8所示。2.5熔斷器熔斷的電流,是熔斷器選擇的核心。具體有下列幾條原則:(1)電路上、下兩級都裝設(shè)熔斷器時,為使兩級保護(hù)相互配合良好,兩級熔體額定電流的比值不小于1.6∶1。(2)對于照明電路或電阻爐等沒有沖擊性電流的負(fù)載,熔體的額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流,即式中,IR

為熔體的額定電流,I

為電路的工作電流。(3)保護(hù)一臺異步電動機(jī)時,考慮電動機(jī)沖擊電流的影響,熔體的額定電流按下列關(guān)系選用:式中,IN

為電動機(jī)額定電流。(4)用一個熔斷器保護(hù)多臺異步電動機(jī)時,則熔體的額定電流按下列關(guān)系選用:式中,INm

為容量最大的一臺電動機(jī)的額定電流,∑IN

為其余電動機(jī)額定電流之和。2.5熔斷器【例2.1】

兩臺電動機(jī)不同時啟動,一臺電動機(jī)的額定電流為14.6A,另一臺電動機(jī)的額定電流為4.64A,啟動電流都為額定電流的7倍,用一個熔斷器進(jìn)行短路保護(hù),則熔體電流需要滿足什么要求?2.6主令電器為標(biāo)明按鈕的作用,避免誤操作,通常將按鈕帽做成紅、綠、黑、黃、藍(lán)、白、灰等顏色,并對按鈕顏色做了如下規(guī)定:(1)“停止”和“急停”按鈕必須是紅色。當(dāng)按下紅色按鈕時,必須使設(shè)備停止工作或斷電。(2)“啟動”按鈕的顏色是綠色。(3)“啟動”與“停止”交替動作的按鈕必須是黑色、白色或灰色,不得用紅色和綠色。(4)“點動”按鈕必須是黑色。(5)“復(fù)位”按鈕(如保護(hù)繼電器的復(fù)位按鈕)必須是藍(lán)色。按鈕主要是根據(jù)所需要的觸點數(shù)、觸點形式、使用的場合及顏色來選擇。2.6.1按

鈕按鈕是最常用的主令電器,按鈕的實物圖、結(jié)構(gòu)圖以及文字圖形符號如圖2-9所示。2.6.2行程開關(guān)、接近開關(guān)和光電開關(guān)行程開關(guān)是用于檢測工作機(jī)械的位置,發(fā)出命令以控制其運(yùn)動方向或行程長短的主令電器。按結(jié)構(gòu)不同行程開關(guān)可分為直動式、滾輪式和微動式三種。行程開關(guān)、接近開關(guān)和光電開關(guān)的實物圖、結(jié)構(gòu)圖以及文字圖形符號如圖2-10所示。2.6.3萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是由多組同結(jié)構(gòu)的觸頭組件疊裝而成的多回路控制電器。由于它能轉(zhuǎn)換多種和多數(shù)量的電路,用途廣泛,故被稱為萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的實物圖、結(jié)構(gòu)圖、文字圖形符號及觸點通斷表如圖2-11所示。如圖2-11(b)結(jié)構(gòu)示意圖所示,圖中“1”是轉(zhuǎn)軸,“2”是觸點,“3”是凸輪,“4”是彈簧。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)有額定電壓、額定電流、絕緣電壓、發(fā)熱電流及觸點數(shù)量等。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的選用可參考以下原則:(1)根據(jù)控制電路的電壓和電流來選擇,使萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的額定電壓與額定電流符合電路的要求。(2)按操作需要選擇手柄形狀以及手柄的定位特征。(3)根據(jù)不同控制要求選用觸點數(shù)量、接觸系統(tǒng)節(jié)數(shù)和接線圖編號。(4)選擇面板形式及標(biāo)志。2.6.4電

纜電纜是一種電能或信號傳輸裝置,通常是由幾根或幾組導(dǎo)線組成。在電氣控制系統(tǒng)中,用來連接各種低壓電器,構(gòu)成一定的邏輯關(guān)系控制電動機(jī)等用電設(shè)備。電纜的選型主要從以下幾個方面考慮:(1)根據(jù)使用環(huán)境選擇不同電纜,比如船舶上使用的是船用電纜,礦山使用的是礦用電纜,傳遞信號的電纜使用的是屏蔽電纜,電力系統(tǒng)中使用的是電力電纜等,組成這些電纜的導(dǎo)線都是一樣的,不同的是絕緣包裝不一樣。(2)根據(jù)通過的電流即電纜載流量選擇導(dǎo)線的粗細(xì),即截面積。還要考慮環(huán)境溫度對電纜載流量的影響,溫度越高載流量越小。環(huán)境溫度為25℃時,不同截面積的載流量見表2-2。(3)還要考慮環(huán)境溫度對電纜載流量的影響,溫度越高載流量越小。2.7新型智能電器2.7.1軟啟動器

交流電動機(jī)(如籠型)啟動電流可達(dá)額定值的6~8倍,大功率電機(jī)啟動時將引發(fā)電網(wǎng)電壓驟降,導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常,且機(jī)械沖擊會縮短設(shè)備壽命,因此需平穩(wěn)啟?？刂?。?電壓調(diào)節(jié)?:通過電子電路按預(yù)設(shè)規(guī)律(如斜坡升壓)逐步提升輸出電壓至全壓,抑制啟動沖擊電流;?功能擴(kuò)展?:集成軟制動(平緩減速)、動態(tài)節(jié)電(按負(fù)載調(diào)整電壓)及過載/缺相/短路保護(hù)。?軟啟動器作用機(jī)制?:?參數(shù)適配?:動態(tài)匹配電機(jī)轉(zhuǎn)矩與負(fù)載需求,避免轉(zhuǎn)矩冗余或不足;?應(yīng)用價值?:通過精準(zhǔn)控制啟停過程,平衡電網(wǎng)穩(wěn)定性、設(shè)備壽命與能效,尤其適用于對電壓波動敏感或負(fù)載慣性大的工業(yè)場景。硬件升級?以電子脫扣器替代傳統(tǒng)機(jī)械脫扣器,通過微處理器實現(xiàn)電流/電壓實時監(jiān)測與故障識別;??

功能強(qiáng)化保護(hù)全覆蓋?兼容短路、過載、過熱、漏電、斷相保護(hù),且響應(yīng)速度更快(毫秒級切斷);參數(shù)可視化?實時顯示電流、電壓、功率、諧波等參數(shù),支持故障錄波與趨勢分析;?擴(kuò)展功能?集成數(shù)據(jù)存儲、通信接口(支持Modbus/Profinet等協(xié)議)、遠(yuǎn)程控制及組態(tài)編程能力。0102智能斷路器是集成微處理器控制單元的低壓斷路器,其核心差異：2.7.2智能斷路器2.7.2智能斷路器?多功能融合?智能電器(如接觸器、電機(jī)保護(hù)器)整合傳統(tǒng)多設(shè)備功能,簡化系統(tǒng)架構(gòu);?通信賦能?現(xiàn)場總線(如Profibus、EtherCAT)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動設(shè)備聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)邊緣計算、遠(yuǎn)程運(yùn)維及預(yù)測性維護(hù);?應(yīng)用場景升級?從單一保護(hù)向“監(jiān)測-控制-優(yōu)化”一體化發(fā)展,支持工業(yè)4.0/能源互聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化場景。?價值體現(xiàn)?智能電器通過“感知-決策-執(zhí)行”閉環(huán),顯著提升供電可靠性、能效管理及運(yùn)維效率,成為電力電子系統(tǒng)向信息化、智能化躍遷的關(guān)鍵節(jié)點。智能化趨勢?第3章電氣圖及繼電接觸器控制基本電路3.4三相異步電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制3.5正、反轉(zhuǎn)自動循環(huán)控制3.3三相異步電動機(jī)啟動控制3.1電氣圖的基本知識3.2電氣圖紙規(guī)范3.6三相異步電動機(jī)高、低速控制3.7三相異步電動機(jī)制動控制3.8繼電接觸器控制電路中的典型環(huán)節(jié)3.9電氣控制線路的分析和設(shè)計方法3.1電氣圖的基本知識3.1.1電氣圖形符號與文字符號國家電氣圖用符號標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電氣圖中圖形符號的畫法。國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的圖形符號基本與國際電氣技術(shù)委員會(InternationalElectroTechnicalCommission,IEC)發(fā)布的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相同。表3-1中列出了部分常用電器元件新舊國標(biāo)的圖形符號與文字符號,實際使用時如果需要更詳細(xì)的資料,可以查閱國家標(biāo)準(zhǔn)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4728.1~13—2018~2022《電氣簡圖圖形符號》規(guī)定了繪制各種電氣圖用的圖形符號。3.1.2電氣控制系統(tǒng)圖類別4.電器元件選型表電器元件選型表主要列出電氣原理圖中所有電器元件、導(dǎo)線以及端子,同時列出該元件品牌、型號等。一般提供給公司的采購人員。3.電氣端子接線圖電氣端子接線圖表示各電氣設(shè)備之間實際接線的簡圖,主要用于電氣設(shè)備安裝接線,線路檢查和故障處理。1.電氣原理圖電氣原理圖表示電氣控制電路的工作原理以及各電器元件的作用和相互關(guān)系,而不考慮各電器元件實際安裝位置和實際連線情況。電氣原理圖一般分為主電路和控制電路兩部分。2.電氣設(shè)備布置圖電氣設(shè)備布置圖表示各種電氣設(shè)備在機(jī)械設(shè)備和電氣控制柜中的實際安裝位置。3.2電氣圖紙規(guī)范3.2.1電氣圖紙繪制軟件目前國內(nèi)用得比較多的電氣圖紙繪制軟件平臺有兩種:AutoCADElectrical,EPLAN(圖3-1、3-2)。AutoCADElectrical軟件可自動執(zhí)行常見設(shè)計任務(wù)并提高繪圖效率。EPLAN是電氣制圖的專門軟件,提供了多種多樣的功能,用以實現(xiàn)快速原理圖設(shè)計、多種報表自動生成、工程項目管理等。3.2.2電氣圖紙規(guī)范1.圖紙尺寸電氣圖紙的基本規(guī)格包括A0、A1、A2、A3和A4。具體尺寸見表3-2。3.2.2電氣圖紙規(guī)范2.圖紙分區(qū)圖紙分區(qū)主要有圖紙分區(qū)區(qū)域、繪圖區(qū)域以及標(biāo)題欄區(qū)域,如圖3-3所示。在繪制、閱讀和使用電氣圖時,往往需要表示電氣圖中各個組成部分在圖上的位置。圖3-3中分區(qū)區(qū)域中的數(shù)字直接定義圖紙的區(qū)域位置。圖中繪圖區(qū)域是電氣原理圖、布置圖、接線圖以及元器件選型表的繪制區(qū)域。標(biāo)準(zhǔn)的一張圖紙還要有標(biāo)題欄,通常畫在圖紙的下方,格式可以根據(jù)需要繪制。標(biāo)題欄中一般要包含設(shè)計、校對、批準(zhǔn)、項目名稱、頁描述、圖號、項目編號、位置及頁數(shù)等。3.2.3電氣圖紙實例現(xiàn)以船舶中經(jīng)常用到的液面控制進(jìn)行舉例說明,這個液面可以是船舶上水箱的液面,也可以是油船上燃油箱的液面。如圖3-4所示是一個液面控制的電動機(jī)手動/自動控制系統(tǒng)示意圖。虛線框里面的電器元件以及連線即為控制柜里的內(nèi)容。圖中通過選擇開關(guān)SA,切換手動控制和自動控制。根據(jù)圖3-4液面控制示意圖,通過EPLAN畫出的系統(tǒng)電氣原理圖、元器件選型表、安裝布置圖、端子接線圖以及電纜規(guī)格圖表如圖3-5、圖3-6、圖3-7、圖3-8以及圖3-9所示。圖紙由公司或單位的電氣工程師繪制,繪制后不同圖紙交給不同部門進(jìn)行生產(chǎn)加工,加工完成后圖紙?zhí)峤唤o客戶,同時公司存檔供售后服務(wù)使用。3.2.3電氣圖紙實例

圖3-5所示電氣原理圖主要提供給公司或單位施工部門的接線施工人員進(jìn)行生產(chǎn)。從電路原理圖中可以看出,斷路器還需兼顧短路保護(hù)的功能,因此還需要判斷磁脫扣器電流的大小,即接觸器的選型依據(jù)主要是:主觸點的額定電流,可以根據(jù)電動機(jī)的功率計算接觸器主觸頭的電流,即熱繼電器的選型依據(jù)主要是:熱繼電器元件的額定電流IRT接近或略大于電動機(jī)的額定電流IN,即3.2.3電氣圖紙實例

具體元器件選型表如圖3-6所示。元器件選型表主要提供給公司或單位采購部門的采購人員進(jìn)行器件購買。3.2.3電氣圖紙實例

圖3-7是控制箱外部和內(nèi)部器件的安裝布置圖,圖中左邊是控制箱外部器件布置,包括指示燈、開關(guān)按鈕以及標(biāo)牌等,布置主要考慮整齊美觀。圖中右邊是控制箱內(nèi)部器件布置,包括斷路器、接觸器、繼電器以及接線端子等,布置主要考慮強(qiáng)、弱電器件分區(qū),布線及進(jìn)線方便,以及整齊美觀。布置圖主要提供給公司或單位施工部門的接線施工人員進(jìn)行生產(chǎn)加工。3.2.3電氣圖紙實例

圖3-8所示的端子接線圖主要提供給客戶的現(xiàn)場施工人員進(jìn)行現(xiàn)場接線加工,主要包括電源連接和控制對象的連接。3.2.3電氣圖紙實例

連接的電纜依據(jù)圖3-9所示的電纜規(guī)格圖表進(jìn)行購買、放置以及連接。因此圖3-9所示的電纜規(guī)格圖表也是提供給客戶的。3.3三相異步電動機(jī)啟動控制3.3.1直接啟動直接啟動有兩種方式:開關(guān)直接啟動和接觸器控制直接啟動。如圖3-10(a)所示,電機(jī)M1的控制采用負(fù)荷開關(guān)QS1作為電源開關(guān),不具有短路和過載保護(hù),因此在主電路中要有熔斷器FU1和熱繼電器FR1,開關(guān)SA1控制電動機(jī)啟停。如圖3-10(b)所示,電機(jī)M2的控制采用斷路器QF1作為電源開關(guān),如果選用的斷路器具有短路和過載保護(hù),那么就可以省掉熔斷器和熱繼電器,開關(guān)SA2控制電動機(jī)啟停。開關(guān)在主電路中直接控制電動機(jī)的方式適用于不頻繁啟動的小容量電動機(jī),同時也不能遠(yuǎn)距離控制和自動控制。如圖3-10(c)所示,電機(jī)M3的控制采用普通的斷路器QF2作為主電路和控制電路的電源開關(guān),因此在主電路中增加了熱繼電器FR2,采用接觸器直接控制M3的啟動、停止。3.3.2減壓啟動1.星形-三角形變換減壓啟動星形-三角形變換減壓啟動電氣控制線路圖如圖3-11所示。正常運(yùn)行時,三相定子繞組三角形連接,啟動時,三相定子繞組星形連接,啟動完畢后三相定子繞組恢復(fù)至三角形連接。星形-三角形變換減壓啟動可以將啟動電流減小到全壓啟動時的1/3。圖3-11(a)是主電路,圖3-11(b)、圖3-11(c)是控制電路。3.3.2減壓啟動2.定子繞組串電阻減壓啟動定子繞組串電阻減壓啟動電氣控制線路如圖3-12所示。電動機(jī)啟動時在三相定子電路中串接電阻可降低繞組電壓,以限制啟動電流;啟動后再將電阻短路,電動機(jī)即可在全壓下運(yùn)行。3.4三相異步電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制3.4三相異步電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制如圖3-13所示是異步電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)電氣控制電路。圖3-13(a)是主電路,從圖中可以看出,用兩個接觸器KM1和KM2主觸點的導(dǎo)通和關(guān)斷可以完成電動機(jī)定子相序的改變。3.5正、反轉(zhuǎn)自動循環(huán)控制3.5正、反轉(zhuǎn)自動循環(huán)控制圖3-14(a)是工作臺自動往返循環(huán)控制示意圖,主要是通過行程開關(guān)來控制電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。SQ1、SQ2、SQ3、SQ4為行程開關(guān),按要求安裝在固定的位置上。工作臺運(yùn)行到其位置時,撞塊會壓到行程開關(guān),開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化,代替人工按鈕發(fā)出指令。工作臺前進(jìn)到位后,會碰到行程開關(guān)SQ1,通過行程開關(guān)(相當(dāng)于按了一個按鈕),將正轉(zhuǎn)線路切斷,同時接通反轉(zhuǎn)線路,讓工作臺后退。后退到位后,動作和前面一樣,不再贅述。圖3-14(b)為主電路,圖3-14(c)是控制電路。3.6三相異步電動機(jī)高、低速控制3.6三相異步電動機(jī)高、低速控制圖3-15中,若定子繞組每相由2匝繞組1和2組成,如采用圖3-15(a)所示順序串接方法,形成了2對極的磁場,假如將圖中每匝繞組的始端與末端改接成圖3-15(b)或(c),則形成了1對極的磁場。由此可見,改變定子繞組的連接方式可獲得磁極對數(shù)的成倍變化。3.6三相異步電動機(jī)高、低速控制

三相定子繞組常采用兩種改接方法。圖3-16(a)將一個三角形連接的三相繞組改接為雙星形,其對應(yīng)的極對數(shù)減小了一半,同步轉(zhuǎn)速則增加了一倍,電機(jī)轉(zhuǎn)速也就相應(yīng)提高到高速運(yùn)行。若變極前后電動機(jī)繞組內(nèi)均流過額定電流,則變極前后電動機(jī)近似恒轉(zhuǎn)矩。圖3-16(b)是將一個星形連接的三相繞組改變成兩個星形的并聯(lián)連接即雙星形,其對應(yīng)的極對數(shù)也減小了一半,同步轉(zhuǎn)速也增加了一倍,電機(jī)轉(zhuǎn)速同樣也會相應(yīng)提高到高速運(yùn)行。同樣若變極前后電動機(jī)繞組內(nèi)均流過額定電流,則變極前后近似恒功率。因此從圖3-16可以看出,在低速運(yùn)行時,電動機(jī)三相繞組1、2、3端接入三相電源;在高速運(yùn)行時,4、5、6端接入三相電源。按照此順序連接會使電動機(jī)因變極而改變旋轉(zhuǎn)方向,因此變極后必須改變繞組的相序。3.6三相異步電動機(jī)高、低速控制如圖3-17所示籠型異步電動機(jī)雙速控制電路工作原理:低速運(yùn)行:按下SB2,接觸器KM1線圈得電,KM1主觸點閉合,電動機(jī)低速運(yùn)行→松開SB2,KM1輔助觸點閉合自鎖,繼續(xù)低速運(yùn)行→按下SB1,KM1線圈失電,KM1主觸點斷開,電動機(jī)停止。高速運(yùn)行:按下SB3,接觸器KM1、KT1線圈得,KM1主觸點閉合,電動機(jī)低速運(yùn)行,KT1瞬動觸點閉合→松開SB2,KM1輔助觸點閉合自鎖,繼續(xù)低速運(yùn);KT1瞬動觸點閉合自鎖,KT1繼續(xù)得電計時→KT1計時時間到,KT1的延時斷開觸點斷開,KM1線圈失電,KM1主觸點斷開;KT1的延時閉合觸點閉合,KM2、KM3線圈得電,KM2、KM3主觸點閉合,電動機(jī)高速運(yùn);KM3的輔助常閉觸點斷開,KT1線圈失電,KM2的輔助常開觸點閉合自鎖,KM2、KM3線圈繼續(xù)得電,KM2、KM3主觸點繼續(xù)閉合,電動機(jī)繼續(xù)高速運(yùn)行→按下SB1,KM2、KM3線圈失電,KM2、KM3主觸點斷開,電動機(jī)停止。電動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)先低速后高速的控制,目的是限制啟動電流。對容量較大的電動機(jī)適合采用這種控制方式。3.7三相異步電動機(jī)制動控制3.7.1能耗制動如圖3-18(a)所示為能耗制動主電路,通過變壓器和二極管不控整流配合獲得能耗制動所需的直流電源。如圖3-18(b)所示為能耗制動控制電路原理:按下SB2,接觸器KM1線圈得電,KM1主觸點閉合,電動機(jī)直接啟動運(yùn)行→松開SB2,KM1輔助觸點閉合自鎖,電動機(jī)保持運(yùn)行→按下SB1,KM1線圈失電,KM1主觸點斷開,KM1常閉輔助觸點閉合;接觸器KM2線圈得電,KM2主觸點閉合,電動機(jī)定子繞組通入直流電,開始能耗制動→松開SB1,KM2常開輔助觸點閉合自鎖,保持能耗制動狀態(tài);時間繼電器KT1得電開始計時→KT1定時時間到,其延時斷開觸點斷開,KM2、KT1線圈失電,KM2主觸點斷開,能耗制動結(jié)束。3.7.2反接制動圖3-19(a)是由速度繼電器KS進(jìn)行測速控制的單向運(yùn)行交流異步電動機(jī)反接線路,圖中速度繼電器KS與電動機(jī)同軸連接,用以檢測電動機(jī)的速度。圖3-19(b)所示為反接制動控制電路原理:按下SB2,接觸器KM1線圈得電,KM1主觸點閉合,電動機(jī)直接啟動運(yùn)行→松開SB2,KM1輔助觸點閉合自鎖,電動機(jī)保持運(yùn)行,當(dāng)速度高于速度繼電器KS設(shè)定轉(zhuǎn)速時,KS常開觸點閉合→按下SB1,KM1線圈失電,KM1主觸點斷開,KM1常閉輔助觸點閉合;此時由于機(jī)械慣性作用,電動機(jī)仍然保持一定轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速繼電器KS的常開觸點閉合,接觸器KM2線圈得電,KM2主觸點閉合,電動機(jī)定子繞組通入反序電源,開始反接制動→松開SB1,KM2常開輔助觸點閉合自鎖,保持反接制動狀態(tài);當(dāng)電動機(jī)速度下降到速度繼電器KS設(shè)定轉(zhuǎn)速時,KS常開觸點斷開,KM2線圈失電,KM2主觸點斷開,反接制動結(jié)束。3.8繼電接觸器控制電路中的典型環(huán)節(jié)3.8.1長動和點動控制長動控制是指按下啟動按鈕時,電動機(jī)運(yùn)行,松開按鈕后,電動機(jī)仍一直運(yùn)行。點動控制是指按下按鈕時,電動機(jī)驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行,松開按鈕時,停止運(yùn)行。生產(chǎn)機(jī)械常需要試車或調(diào)整,此時在控制電路中不僅需要“長動”控制,還需要有“點動”控制。如圖3-20(a)所示,SB2實現(xiàn)長動控制,復(fù)合按鈕SB1實現(xiàn)點動控制。如圖3-20(b)所示,用選擇開關(guān)SA1實現(xiàn)點動和長動控制。如圖3-20(c)所示,用SB2控制中間繼電器實現(xiàn)長動控制,SB3實現(xiàn)點動控制。長動和點動的區(qū)別在于控制線路中是否有自鎖環(huán)節(jié)。3.8.2聯(lián)

鎖聯(lián)鎖控制是電氣控制中的一種線路的聯(lián)動控制方式,它不屬于直接控制(比如按鈕),而是通過線路中繼電器或接觸器的觸點保持或限制自身及其他線路的控制環(huán)節(jié)。在3.3.1直接啟動章節(jié)中介紹的自鎖控制環(huán)節(jié)就屬于聯(lián)鎖控制的一種;在3.3.2.1星形-三角形減壓啟動中介紹的互鎖控制環(huán)節(jié)也屬于聯(lián)鎖控制的一種。下面再介紹一種在順序控制中用到的聯(lián)鎖,如圖3-21所示,電動機(jī)M2必須在電動機(jī)M1啟動后才能運(yùn)行,相當(dāng)于給電動機(jī)M2啟動加了一個限制條件。在控制接觸器KM2控制電路中串聯(lián)接入接觸器KM1的常開觸點,只有KM1線圈得電后,KM2線圈才能得電。在圖3-21中可以看出,斷路器換成了普通斷路器,在主電路中增加了熔斷器和熱繼電器。因為主電路中需要控制兩臺電動機(jī),都需要過載保護(hù)和短路保護(hù),不能用一個斷路器保護(hù)兩臺電動機(jī)。3.8.3多點控制有些生產(chǎn)機(jī)械要求能在兩個或兩個以上地點進(jìn)行控制,即所謂“多點”控制。例如,船內(nèi)機(jī)艙許多水泵電動機(jī)不但要求能在泵的附近進(jìn)行啟?？刂?而且要求能在集中控制室進(jìn)行遙控操縱,為此可將多點啟動按鈕并接形成“或”邏輯關(guān)系,多點停止按鈕串接形成“與”邏輯關(guān)系。如圖3-22所示為可由兩個地點控制電動機(jī)啟停的控制電路。顯然若按SB3、SB4中任一個啟動按鈕,接觸器KM1均通電吸合;若按下SB1、SB2中任一個停止按鈕,接觸器KM1均斷電釋放,從而實現(xiàn)兩地點控制。想要實現(xiàn)多點控制,即啟動按鈕并聯(lián),停止按鈕串聯(lián)。3.8.4主令控制主令控制器是一種主令電器,它可以有不同的手柄工作位置和控制電路數(shù),以滿足不同控制要求,如圖3-23(a)所示。圖3-23(b)、圖3-23(c)所示為主令控制的主電路和控制電路,實現(xiàn)主令控制器控制電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)。如圖3-23(c)所示控制電路原理:主電路和控制電路的電源開關(guān)合上后,主令控制器處于中間零位,觸點0閉合,欠壓保護(hù)中間繼電器KA1線圈得電→主令控制器手柄離開零位向右扳動,觸點(1、2)斷開,KA1常開觸點閉合自鎖;主令控制器的觸點(3、4)閉合,接通正轉(zhuǎn)接觸器KM1,使電動機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)→當(dāng)手柄向左扳動時,主令控制器觸點(5、6)閉合,電動機(jī)則反向運(yùn)轉(zhuǎn)。3.9電氣控制線路的分析和設(shè)計方法3.9.1電氣控制線路的分析方法查線讀圖是分析電氣控制線路的基本方法。如前所述,電氣控制線路主要由信號元件,控制元件和執(zhí)行器件組成。閱讀控制線路時,一般可先從電動機(jī)主電路著手,查看有哪些主觸點,根據(jù)其組合規(guī)律大致可知電動機(jī)是否具有正、反轉(zhuǎn)控制、制動控制等。然后在控制電路中按主電路中控制元件主觸點的文字符號找到相應(yīng)的控制環(huán)節(jié)(啟動、停止及調(diào)速主令電器)以及環(huán)節(jié)間的聯(lián)系(聯(lián)鎖)。分析控制電路通常由上往下進(jìn)行,并結(jié)合元件表進(jìn)行查閱,一般通過操作主令電器查對應(yīng)線路,分析操動主令電器時控制元件的動作順序及開關(guān)觸點信號的傳遞過程,并隨時注意控制元件觸點使執(zhí)行器件有何運(yùn)動或動作,進(jìn)而拖動被控機(jī)械有何運(yùn)動。若有自動循環(huán)控制,還要繼續(xù)查閱執(zhí)行器件帶動機(jī)械運(yùn)動時,將使哪些信號元件的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化,又將引起哪些控制元件開關(guān)狀態(tài)的變化,又如何影響執(zhí)行器件及其拖動機(jī)械。運(yùn)用查線讀圖法閱讀、分析控制線路直觀性強(qiáng),容易掌握,因而得到廣泛的采用。3.9.2電氣控制線路的設(shè)計方法1.主電路設(shè)計動力頭拖動電動機(jī)只要求單方向旋轉(zhuǎn),為使兩臺電動機(jī)同步啟動,可用接觸器KM3控制。2.控制電路設(shè)計滑臺電動機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)分別用兩個按鈕SB4與SB5控制,停車則分別用SB2與SB3控制。如圖3-24(b)所示。3.9.2電氣控制線路的設(shè)計方法3.聯(lián)鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計用限位開關(guān)SQ1的常閉觸點控制滑臺慢速進(jìn)給到位時的停車;用限位開關(guān)SQ2的常閉觸點控制滑臺快速返回至原位時的自動停車。接觸器KM1與KM2之間應(yīng)互相聯(lián)鎖。其控制電路如圖3-25(a)所示。4.電路的完善電路初步設(shè)計完畢后,可能還有不夠合理的地方,因此需要仔細(xì)校核。圖3-25(a)中,一共用了三個KM1的常開輔助觸點,而一般的接觸器只有兩個常開輔助觸點。因此,必須進(jìn)行修改。3.9.3設(shè)計控制電路時應(yīng)注意的問題1.盡量減少連接導(dǎo)線設(shè)計控制電路時,應(yīng)考慮各電器元件的實際位置,盡可能地減少配線時的連接導(dǎo)線。如圖3-26(a)所示是不合理的。因為按鈕一般裝在操作臺上,而接觸器則是裝在電氣柜內(nèi),這樣接線就需要由電氣柜二次引岀連接線到操作臺上,所以一般都將啟動按鈕和停止按鈕直接連接,就可以減少一次引出線,如圖3-26(b)所示。3.9.3設(shè)計控制電路時應(yīng)注意的問題2.正確連接電器的線圈電壓線圈不能串聯(lián)使用,如圖3-27(a)所示。由于它們的阻抗不盡相同,會造成兩個線圈上的電壓分配不等。即使外加電壓是同型號線圈電壓的額定電壓之和,也不允許。因為電器動作總有先后,當(dāng)一個接觸器先動作時,則其線圈阻抗增大,該線圈上的電壓降增大,另一個接觸器不能動作,導(dǎo)致控制系統(tǒng)出錯。因此,當(dāng)兩個接觸器線圈需要同時得電工作時,其線圈應(yīng)采用并聯(lián),正確的連接方法如圖3-27(b)。3.控制電路中應(yīng)避免出現(xiàn)寄生電路寄生電路是電路動作過程中有其他不需要接通的電路接通。4.盡可能減少電器數(shù)量,采用標(biāo)準(zhǔn)件和相同型號的電器電器越少,成本越低;型號越少,需要準(zhǔn)備的電器越少;采用標(biāo)準(zhǔn)件,改動少,后期維護(hù)方便。5.可逆電路的聯(lián)鎖在頻繁操作的可逆電路中,正、反向接觸器之間不僅要有電氣聯(lián)鎖,而且還要有機(jī)械聯(lián)鎖。6.要有完善的保護(hù)措施在電氣控制電路中,為保證操作人員、電氣設(shè)備及生產(chǎn)機(jī)械的安全,一定要有完善的保護(hù)措施。第4章可編程序控制器概述4.4PLC與繼電器接觸器系統(tǒng)4.5PLC的工作過程4.3PLC的結(jié)構(gòu)4.1PLC的概念4.2PLC的歷史4.6PLC的特點4.1PLC的概念4.1PLC的概念PLC本質(zhì)上是一種工業(yè)數(shù)字控制器,其功能是完成從輸入設(shè)備接收信號,根據(jù)邏輯編程以及計算結(jié)果,輸出信號控制外圍設(shè)備的整個控制流程。如圖4-1所示為PLC的功能結(jié)構(gòu)圖,輸入設(shè)備的狀態(tài)會被PLC周期掃描并實時更新到輸入映像表中。通過編程器下載到PLC存儲器中的用戶程序?qū)⒁援?dāng)前的輸入狀態(tài)為基礎(chǔ)進(jìn)行計算,并將計算結(jié)果更新到輸出映像表中。輸出設(shè)備將根據(jù)輸出映像表中的值實時刷新輸出狀態(tài)。圖4-2常用的工業(yè)PLC如圖4-2所示為一些工業(yè)常用的國內(nèi)外PLC系統(tǒng)。應(yīng)該注意到PLC具備多種尺寸和多等級處理能力,不僅可以實現(xiàn)成本優(yōu)化,還允許設(shè)計實施復(fù)雜的分布式控制系統(tǒng)。許多廠商的PLC系統(tǒng)允許使用其他品牌PLC系統(tǒng)作為整個分布式控制系統(tǒng)中的一部分。另外,超大型控制系統(tǒng)可以通過在一個PLC系統(tǒng)基礎(chǔ)上擴(kuò)展大量互聯(lián)功能模塊來實現(xiàn)。4.2PLC的歷史4.2.1起

步圖4-3通用汽車發(fā)布的設(shè)計規(guī)范招標(biāo)書PLC的誕生源自美國通用汽車(GeneralMotorsCompany,GM)的一個實際項目需求。在1968年6月對外界發(fā)布了一份僅有4頁紙的設(shè)計規(guī)范招標(biāo)書,如圖4-3所示,希望通過一個全新的控制系統(tǒng)取代繼電器接觸器控制系統(tǒng)工作,這份招標(biāo)要求就是后來被人們所熟知的“通用十條”。通用汽車的這份招標(biāo)書很快吸引了7家公司應(yīng)標(biāo),但最后只有3家公司提供了實際原型機(jī)進(jìn)行項目測試,它們分別是數(shù)字設(shè)備公司(DigitalquipmentCorporation,DEC)、信息儀表公司(3-I)和貝德福德協(xié)會(BedfordAssociates),這些原型機(jī)也被認(rèn)為是可編程邏輯控制器的雛形。4.2.1起步第一位競爭者DEC公司,成立于1957年,專注于開發(fā)小型計算機(jī)系統(tǒng),因此在控制計算方面有著更多的技術(shù)優(yōu)勢。針對通用汽車的要求,DEC公司在1969年6月率先開發(fā)并交付了第一臺原型機(jī)PDP-14,如圖4-4所示,由一個控制單元和幾個外部接口盒組成。其控制單元包括一個可調(diào)節(jié)大小的ROM,最多容納4K的12位指令用于輸出控制。然而當(dāng)Hydra-Matic部門修改PDP-14程序時,不僅需要將應(yīng)用程序發(fā)回DEC公司,還需要將修改好的內(nèi)存板返還給工廠,這個往返處理過程需要消耗約一周的時間,這個缺點也成為PDP-14后來被通用汽車替換掉的主要原因。此外,DEC是不提供布線程序列表的公司(當(dāng)時提供布線程序列表可以加速機(jī)器安裝和檢修)。4.2.1起步第二位競爭者3-I一直和Hydra-Matic的計算機(jī)部門保持著業(yè)務(wù)往來,其推出的控制設(shè)備PDQ-Ⅱ具有高級邏輯運(yùn)算功能的明顯優(yōu)勢,如圖4-5所示。然而與當(dāng)時的其他計算機(jī)一樣,當(dāng)PDQ-Ⅱ重新編寫程序時,用戶必須借助一個布爾程序,然后使用微型計算機(jī)接口以電傳打字機(jī)打孔紙帶方式,使用特殊的加載器加載處理。雖然這種方式相比DEC的PDP-14“打回原廠”效率高很多,但當(dāng)時除了計算部門可以高效完成指令修改外,Hydra-Matic其他電氣部門照樣難以修改程序,因此PDQ-II同樣無法被通用汽車接受。圖4-5PDQ-II原型機(jī)4.2.1起步最后一位競爭者貝德福德協(xié)會則是由迪克·莫利(圖4-6)和喬治·施文克于1964年聯(lián)合成立的一家新英格蘭控制系統(tǒng)工程公司。早在還身為操作工時,迪克·莫利就對機(jī)床操作中的重復(fù)性工作不厭其煩,一直構(gòu)思發(fā)明一個將所有功能都集于一個編輯器的一勞永逸“神器”。面對通用汽車的招標(biāo)文件,迪克·莫利和喬治·施文克成立了貝德福德協(xié)會的第七家控制公司,命名為莫迪康(ModularDigitalController,Modicon),并在1969年底研發(fā)推出了“084”型號PLC,如圖4-7所示,因為它是貝德福德協(xié)會的第84個項目。4.2.1起步由于Modicon084編程相對簡單,用戶只要插入編程單元并選擇適當(dāng)?shù)能浖K,然后鍵入梯形圖即可快速進(jìn)行編程,并且梯形圖中關(guān)于邏輯編程的相關(guān)符號,基本來源于電氣工程中描述順序操作的功能指令,這使廣大的電氣工程師和電工能夠非?？焖俚厣鲜?因此Modicon084獲得了Hydra-Matic部門電路系統(tǒng)小組的青睞。此外,Modicon084安裝在硬質(zhì)外殼內(nèi),提高了安全等級,這也是DEC的PDP-14、3-I的PDQ-Ⅱ所無法比擬的,很快Modicon084就替代PDP-14和PDQ-Ⅱ,成了通用汽車的唯一選擇,并在后續(xù)服役了超過10年時間。4.2.1起步Modicon084雖然不是第一個安裝的測試原型機(jī),但另辟蹊徑推出了梯形圖的編程方式,獲得了當(dāng)時所有電氣工程師的認(rèn)可,成功替代前兩者取得競標(biāo)勝利,也牢牢地奠定了其在自動化界的地位。1970年6月通用汽車發(fā)布針對三家競爭者的設(shè)計要素比較文件如圖4-8所示。4.2.2發(fā)

展“一枝獨(dú)秀不是春,百花齊放春滿園?！盡odicon084的勝出使這一場持續(xù)兩年的招標(biāo)競爭落下了帷幕,而屬于PLC的高速發(fā)展時代才剛剛開始。其后莫迪康一直在自動化行業(yè)不斷突破,1973年“084”PLC被升級為“184”PLC重新推出,1975年推出了284”PLC,1979年推出了工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)Modbus,1994年推出了Quantum(昆騰)系列PLC,1997年被施耐德電氣公司收購后,成為旗下第4個主要品牌。競爭失利的3-I公司,被當(dāng)時以變阻器、繼電器和電機(jī)控制聞名的Allen-Bradley(AB,艾倫-布拉德利)收購,開始轉(zhuǎn)向生產(chǎn)固態(tài)控制設(shè)備,推出了基于AMD芯片的PLC-3等產(chǎn)品4.2.2發(fā)

展在德國,PLC市場被西門子獨(dú)占鰲頭,路斯特(LTI-Motion)、菲尼克斯電氣(PhoenixContact)等競爭者則緊隨其后。奧地利自動化廠商貝加萊(Bernecker&Rainer)在80年代推出了“黑色系列”PLC,如圖4-10所示,也被稱為“PCC(可編程計算機(jī)控制器)”。根據(jù)I/O點數(shù)不同,當(dāng)時不同自動化廠商在小型機(jī)(小于256個I/O點數(shù))、中型機(jī)(256~2048個I/O點數(shù))和大型機(jī)(超過2048個I/O點數(shù))市場占有率雖偶有交替起伏,但微型、小型PLC應(yīng)用仍占據(jù)市場的絕對主流。這也促使西門子、羅克韋爾、施耐德電氣、歐姆龍、三菱等在小型機(jī)市場具有先發(fā)優(yōu)勢和代表產(chǎn)品的玩家成為無可爭議的行業(yè)巨頭,其中西門子、羅克韋爾、施耐德電氣更是長期把持全球前三的位置。4.2.3競

爭1991年后,PLC在處理速度、控制功能、通信能力等方面均有新的突破,并向電氣控制、儀表控制、計算機(jī)控制一體化方向發(fā)展,性價比不斷提高,不知不覺中成了工業(yè)自動化的支柱之一。此時PLC向下可以連接各類型傳感器、數(shù)控設(shè)備和儀器儀表,完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等動作,實現(xiàn)自動控制與數(shù)據(jù)采集;向上可與SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)等系統(tǒng)互聯(lián)互通,將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)一步向上層生產(chǎn)執(zhí)行層傳遞,擔(dān)當(dāng)了銜接設(shè)備層與信息層的重任,成為工廠與車間的控制中樞。最早的PC-based控制系統(tǒng)是以工控機(jī)為核心,通過擴(kuò)展帶PCI接口的專用板卡組成。例如1986年倍福自動化(Beckhoff)推出首款PC-based設(shè)備控制器,如圖4-11所示,完成了對于木材加工設(shè)備的實時自動控制。自動化(Beckhoff)推出首款PC-based設(shè)備控制器,如圖4-11所示,完成了對于木材加工設(shè)備的實時自動控制。4.2.4國產(chǎn)PLC國產(chǎn)PLC發(fā)展史：從“上半場缺席”到“下半場突圍”?1.上半場（1970s-2000s）：技術(shù)代差與產(chǎn)業(yè)化斷層??仿制階段（1974年）?：早期仿制美國第二代PLC，因質(zhì)量缺陷與生態(tài)缺失未推廣。?攻關(guān)階段（“七五”“八五”）?：科研機(jī)構(gòu)突破技術(shù)門檻，但缺乏工程化能力，未能規(guī)?；?。?2.下半場（2000s至今）：民營廠商主導(dǎo)突圍??匯川技術(shù)（2003年成立）?：?路徑?：依托變頻器技術(shù)切入PLC，主攻中小型及微型市場。?成果?：2023年小型PLC國內(nèi)市占率15%（國內(nèi)廠商第一），戰(zhàn)略聚焦“一軸一網(wǎng)一生態(tài)”，推出EtherCAT總線PLC、Easy/H系列等，主打高性價比與場景適配。?信捷電氣（2000年成立）?：?路徑?：從FC系列小型PLC起步，拓展至XC（增強(qiáng)型）、XD（PLC+HMI）、XG（中型）等，2024年發(fā)布超薄型XF系列與CoDeSys兼容的XS系列。?成果?：2013-2023年P(guān)LC營收復(fù)合增速20%，2023年小型PLC市占率7%（國內(nèi)廠商第二）。?其他廠商?：和利時、中控、臺達(dá)（全球前20）等在細(xì)分領(lǐng)域突破，但整體國產(chǎn)PLC份額僅20%-30%，高端市場仍被西門子、羅克韋爾等壟斷。4.2.4國產(chǎn)PLC?國產(chǎn)PLC的三大核心痛點突圍方向：構(gòu)建“技術(shù)+生態(tài)”雙循環(huán)?技術(shù)突破?：?硬件可靠性?：通過車規(guī)級芯片、冗余設(shè)計、寬溫測試提升MTBF（平均無故障時間）至10萬小時以上。?軟件標(biāo)準(zhǔn)化?：兼容IEC61131-3與OPCUA，開發(fā)國產(chǎn)PLC編程平臺（如匯川InoQuickShop），強(qiáng)化工藝算法庫（如張力控制、多軸同步）。?生態(tài)構(gòu)建?：?校企合作深化?：與頭部院校共建聯(lián)合實驗室，開發(fā)國產(chǎn)PLC實驗課程，舉辦全國性技能競賽。?行業(yè)解決方案?：聚焦細(xì)分場景（如鋰電、光伏），聯(lián)合SCADA、HMI廠商提供完整解決方案，避免與國外品牌在通用市場硬碰硬。?市場策略?：?農(nóng)村包圍城市?：從中小型PLC切入，以性價比優(yōu)勢搶占OEM（設(shè)備制造商）市場，逐步滲透大型項目。?出海破局?：依托“一帶一路”國家基建需求，輸出國產(chǎn)PLC+變頻器+伺服系統(tǒng)集成方案。?可靠性信任危機(jī)?：?技術(shù)迭代斷層?：國外PLC經(jīng)歷數(shù)十年“市場-反饋-優(yōu)化”閉環(huán)，國產(chǎn)PLC缺乏工業(yè)場景長期驗證，用戶對高可靠性存疑。?數(shù)據(jù)對比?：西門子、三菱等頭部品牌故障率＜0.1%，國產(chǎn)PLC故障率普遍＞0.5%（行業(yè)數(shù)據(jù)）。?軟件生態(tài)壁壘?：?開發(fā)平臺差距?：西門子TIAPortal、羅克韋爾Logix5000等平臺支持IEC61131-3、OPCUA等標(biāo)準(zhǔn)，積累20年以上工程案例庫；國產(chǎn)廠商軟件平臺多依賴開源內(nèi)核，功能碎片化。?應(yīng)用場景缺失?：復(fù)雜工藝（如CNC、機(jī)器人聯(lián)動）依賴底層算法庫，國產(chǎn)PLC在運(yùn)動控制精度、多軸同步性上落后1-2代。?生態(tài)與用戶斷層?：?校企綁定策略?：西門子、三菱等通過教材編寫、高校實驗室共建（如西門子自動化示范中心）壟斷教育市場，國產(chǎn)PLC在校企合作中起步較晚（如信捷電氣2023年與江蘇科大合作）。?人才缺口?：國內(nèi)PLC工程師缺口超50萬人，頭部企業(yè)優(yōu)先選用熟悉國外品牌的工程師，形成人才使用慣性。4.2.5啟

示回顧PLC超過半個世紀(jì)的發(fā)展和應(yīng)用歷程,可以得到以下啟示:(1)PLC在最初代替繼電器執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序控制功能的基礎(chǔ)上,逐漸引入了微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù),形成了新一代的智能編程控制器。(2)在超過半個世紀(jì)的PLC發(fā)展歷程中,國外自動化頭部廠商如西門子、施耐德電氣、羅克韋爾、歐姆龍、三菱具有先發(fā)優(yōu)勢,通過在自動化領(lǐng)域的積累進(jìn)行PLC產(chǎn)品的不斷更新迭代,這些國外自動化巨頭形成覆蓋小、中、大型機(jī)市場的完整產(chǎn)品線,通過“品牌+技術(shù)+應(yīng)用開發(fā)生態(tài)”的方式構(gòu)成了較高的“護(hù)城河”,占據(jù)市場的主導(dǎo)地位。(3)目前中、大型PLC側(cè)重于復(fù)雜場景的應(yīng)用,包括重資產(chǎn)設(shè)備、整條生產(chǎn)線乃至整個工廠的過程自動化控制,強(qiáng)調(diào)軟、硬件結(jié)合。自動化是數(shù)字化、智能化發(fā)展的前期階段,是企業(yè)推進(jìn)智能制造的前提和基礎(chǔ)。在2021年底國家八部委聯(lián)合印發(fā)的《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》中,專門制訂了智能制造示范工廠建設(shè)行動計劃,提出推進(jìn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)數(shù)字化連接,強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)、可視化管控、精準(zhǔn)配送、最優(yōu)庫存,致力于打造一批智能車間。PLC基于其穩(wěn)定性、可靠性、工作精度、性能一致性等優(yōu)越性,對于企業(yè)來說,在生產(chǎn)線自動化改造、生產(chǎn)效率提升、產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)和資源利用率提高等方面發(fā)揮著重要作用。4.3PLC的結(jié)構(gòu)4.3PLC的結(jié)構(gòu)一個典型的PLC主要由中央處理器(CPU)、供電電源、存儲器、通信接口、I/O接口和擴(kuò)展接口等組成。PLC可以看成是一個包含成百上千獨(dú)立的繼電器、計數(shù)器、定時器以及數(shù)據(jù)存儲單元的智能盒子,但這些繼電器、計數(shù)器、定時器并不存在,而是PLC內(nèi)部通過軟件模擬的數(shù)字功能模塊。例如,繼電器就是通過存儲器中一個bit(位)的狀態(tài)來模擬的。如圖4-12所示為典型PLC硬件結(jié)構(gòu)的簡單框圖。4.4PLC與繼電器接觸器系統(tǒng)4.4.1軟、硬件連接方式PLC梯形圖邏輯使用帶地址標(biāo)志的標(biāo)準(zhǔn)符號來表示不同的元件。貫穿整個梯形圖的兩條豎直線稱為電源/電壓母線LI、L2,每一行的梯級程序都是從左側(cè)的L1開始,最后到右側(cè)的L2結(jié)束,電源從左側(cè)經(jīng)過中間的程序電路到右側(cè)形成閉合回路。如圖4-13所示是一行梯形圖程序,觸點符號“‖”表示輸入的“常開觸點”,而線圈符號“()”表示輸出的繼電器的線圈,外部電路中的交流/直流電源是不在梯形圖中標(biāo)識的。4.4.1軟、硬件連接方式西門子S7-1200PLC系列1214CPU的外形圖和接線結(jié)構(gòu)圖如圖4-14所示,在圖4-14(b)上面圈中所示的輸入接口位置接入了一個開關(guān),對應(yīng)(a)圖中箭頭所指的接口,PLC將此輸入接口通道命名為DIa.0,“D”表示開關(guān)量,Portal(博途)軟件中對通道字節(jié)序號“a”是自定義的,默認(rèn)情況下CPU上的第一個輸入字節(jié)通道序號為“0”,表示此通道即為PLC輸入映像寄存器中I0.0對應(yīng)的輸入接口。該輸入接口上開關(guān)的狀態(tài)就決定了PLC中CPU輸入映像寄存器中I0.0的狀態(tài)(接通表示“1”,斷開表示“0”)。4.4.2原理圖和PLC程序?qū)⒌?章中圖3-10的縱向原理圖畫成橫向原理圖如圖4-15所示(邏輯一致,元件符號有區(qū)別)。圖中SB1為啟動按鈕,SB2為停止按鈕,FR1為過載保護(hù)觸點,KM1為接觸器。4.4.2原理圖和PLC程序不考慮經(jīng)濟(jì)因素,采用PLC進(jìn)行控制時,需要將輸入、輸出元件連接到PLC的輸入、輸出接口上,并確定對應(yīng)輸入、輸出地址,其連接圖如圖4-16所示。根據(jù)確定的輸入、輸出地址編寫的電機(jī)控制的PLC梯形圖程序如圖4-17所示。可以看出圖4-15所示,通過硬線連接元件的控制原理圖邏輯,與圖4-17所示,通過PLC編寫的梯形圖程序邏輯,兩者完全一樣。不同的是,兩者實現(xiàn)的方式不一樣,前者通過實實在在的元件硬線連接實現(xiàn),后者通過軟件語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)。4.4.3比

較與傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)相比,PLC體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、開發(fā)周期短、安裝和維護(hù)工作量小,PLC還有完善的監(jiān)控和自診斷功能,可以及時發(fā)現(xiàn)和排除故障。01功能多樣傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)采用硬接線方式安裝而成,只能進(jìn)行開關(guān)量的控制;而PLC采用軟件編程來實現(xiàn)各種控制功能,可以實現(xiàn)開關(guān)量、模擬量以及通信數(shù)據(jù)的控制。03靈活性高02可靠性高傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)在長期使用的過程中,受接觸不良和觸點壽命的影響,可靠性低;PLC由于采用了微電子和計算機(jī)技術(shù),可靠性比較高,抗干擾能力強(qiáng)。04維護(hù)方便傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)是針對一定的生產(chǎn)機(jī)械、固定的生產(chǎn)工藝而設(shè)計的,隨著控制對象以及控制邏輯的增多,擴(kuò)充和改裝都必須重新設(shè)計、重新配置;而對于PLC,在I/O點數(shù)及內(nèi)存允許范圍內(nèi),可自由擴(kuò)充,只要改變程序,就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變。4.5PLC的工作過程4.5.1循環(huán)掃描過程PLC程序運(yùn)行時的循環(huán)掃描工作過程分為三個階段,即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。循環(huán)掃描工作過程如圖4-18所示。PLC程序運(yùn)行時采用周期性循環(huán)處理的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。掃描周期的長短與CPU的運(yùn)算速度、I/O點的情況、用戶應(yīng)用程序的長短及編程情況等有關(guān)。4.5.2循環(huán)掃描工作過程的優(yōu)缺點根據(jù)工作過程可以看出,PLC采用集中采樣,集中輸出工作方式。在執(zhí)行程序時,采用輸入、輸出映像區(qū)對輸入、輸出進(jìn)行處理,具有顯著的優(yōu)點:在采樣周期中,將所有輸入信號一起讀入,此后在整個程序處理過程中PLC系統(tǒng)與外界隔絕,直到輸出控制信號到下一個工作周期再與外界交涉,從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力,提高了工作的可靠性。訪問映像寄存器的速度比直接訪問I/O點要快,有利于程序快速運(yùn)行。I/O點是“位”實體(開關(guān)量),只能按位或者字節(jié)來訪問,而映像寄存器可以按位、字節(jié)、字或者雙字的形式來訪問,也就是說,使用映像寄存器更為靈活。4.5.2循環(huán)掃描工作過程的優(yōu)缺點問

題:1.不允許雙重輸出2.輸入、輸出滯后輸入模塊的濾波時間輸出模塊的滯后時間因掃描工作方式產(chǎn)生的輸入、輸出滯后時間4.6PLC的特點4.6PLC的特點01易學(xué)易用,深受工程技術(shù)人員歡迎配套齊全,功能完善,適用性強(qiáng)可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)體積小,重量輕,能耗低重要的特點“可編程”,開發(fā)和改造周期短,維護(hù)方便02030405第5章S7-1200PLC硬件與配置5.4S7-1200PLC的系統(tǒng)配置5.5S7-1200PLC硬件系統(tǒng)的常見問題5.3S7-1200PLC的信號擴(kuò)展模塊5.1S7-1200PLC概述5.2S7-1200PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成5.1S7-1200PLC概述5.1.1S7-1200PLC的特點(1)設(shè)計新穎,易于使用結(jié)構(gòu)緊湊,具有集成I/O和模塊化擴(kuò)展選件,可根據(jù)具體自動化任務(wù)進(jìn)行高度定制;集成的PROFINET接口可以和TIAPortal工程組態(tài)框架高度配合;通過模塊化板卡設(shè)計,無須改變物理尺寸,即可擴(kuò)展控制器。(2)系統(tǒng)診斷錯誤消息以普通文本形式顯示在TIAPortal中、HMI或Web服務(wù)器上,可進(jìn)行高效故障排除和快速故障定位,縮短了調(diào)試時間,并大幅縮短了停產(chǎn)時間。SIMATICS7-1200提供了已集成在系統(tǒng)中的診斷功能,無須額外編程。(3)信息安全針對未授權(quán)的代碼或過程值修改提供保護(hù),需要在運(yùn)行期間提供較高可用性。專有技術(shù)保護(hù)、復(fù)制保護(hù)和訪問保護(hù)可防止各方未經(jīng)授權(quán)而打開或復(fù)制模塊,為算法和過程提供保護(hù)。這些安全功能已集成在S7-1200和TIAPortal中。(4)安全型CPU提供了故障安全CPU,適用于機(jī)器和工廠自動化中的標(biāo)準(zhǔn)及故障安全應(yīng)用。集成的安全功能通過PROFINET提供與PROFIsafe設(shè)備的連接。在工程組態(tài)工具STEP7SafetyBasic中,用戶通過對于標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)和安全相關(guān)任務(wù)都相同的組態(tài)和操作方式來創(chuàng)建其程序。(5)集成工藝功能用于執(zhí)行計數(shù)和測量、調(diào)節(jié)和運(yùn)動控制任務(wù)的集成工藝功能使得SIMATICS7-1200成為一個功能多樣的系統(tǒng),非常適合完成眾多自動化任務(wù)。集成的PID控制器,可根據(jù)具體目標(biāo)值,精確而高效地調(diào)整物理變量。所有CPU都支持跟蹤功能,這樣就能精確診斷和優(yōu)化用戶程序和運(yùn)動應(yīng)用。(6)TIAPorta在TIAPortal中可以進(jìn)行高效組態(tài),通過TIAPortal(博途)可以全面訪問整個數(shù)字化的自動化系統(tǒng),從數(shù)