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第八章 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究以及其他各個領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的重要技術(shù)手段。盡管電氣控制系統(tǒng)種類繁多，功能各異，但其控制原理、基本線路、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)都是類似的。本章主要介紹一些電氣控制系統(tǒng)中常用的低壓電器、三相異步電動機(jī)的基本控制環(huán)節(jié)和基本控制原則、閱讀控制線路原理圖的方法以及可編程邏輯控制器PLC的基本使用方法。 第一節(jié) 常用低壓電器 低壓電器是組成各種電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)配套組件，它的正確使用是低壓電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行、安全用電的基礎(chǔ)和重要保證。本節(jié)主要介紹常用低壓電器的結(jié)構(gòu)、工作原理、用途及其圖形符號和文字符號，為正確選擇和合理使用這些電器進(jìn)行繼電接觸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 一、組合開關(guān) 組合開關(guān)實(shí)質(zhì)上也是一種刀開關(guān)，但它的刀片是轉(zhuǎn)動式的，操作比較輕巧。組合開關(guān)的動觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)裝在封閉的絕緣件內(nèi)，采用疊裝結(jié)構(gòu)，疊裝的層數(shù)由動觸點(diǎn)的數(shù)目決定，動觸點(diǎn)裝在操作手柄的轉(zhuǎn)軸上，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而改變各對動觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)的通斷狀態(tài)。組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)和圖形文字符號如圖8-1所示： 圖8-1 組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)和圖形文字符號 組合開關(guān)的主要參數(shù)有額定電壓、額定電流、極數(shù)等。其中額定電流有10A、25A、60A等幾個等級。常見產(chǎn)品有HZ5、HZ10系列。 組合開關(guān)常用作機(jī)床電氣控制線路的電源引入開關(guān)，也可以直接起動電壓在380V、額定功率在5.5kW及以下的小容量的籠型異步電動機(jī)。 二、按鈕開關(guān) 按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛的低壓電器，在繼電接觸控制系統(tǒng)中用于手動發(fā)出控制信號，其典型結(jié)構(gòu)如圖8-2所示，它由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸點(diǎn)和外殼等組成。通常，我們將未受外力作用或線圈未通電時(shí)斷開的觸點(diǎn)稱為常開觸點(diǎn)（動合觸點(diǎn)），情況相反的觸點(diǎn)稱為常閉觸點(diǎn)（動斷觸點(diǎn)）。 按用途和結(jié)構(gòu)不同，按鈕可分為起動按鈕、停止按鈕和符合按鈕等。 起動按鈕帶有常開觸點(diǎn)，當(dāng)手指按下按鈕帽時(shí)，按鈕的常開觸點(diǎn)閉合；手指松開，常開觸點(diǎn)斷開。停止按鈕帶有常閉觸點(diǎn)，當(dāng)手指按下按鈕帽時(shí)，按鈕的常閉觸點(diǎn)斷開；手指松開，常閉觸點(diǎn)閉合。復(fù)合按鈕帶有常開和常閉兩種觸點(diǎn)，當(dāng)手指按下按鈕帽時(shí)，先斷開按鈕的常閉觸點(diǎn)再閉合其常開觸點(diǎn)；手指松開，先斷開已閉合的常開觸點(diǎn)再閉合已斷開的常閉觸點(diǎn)。 為便于識別各個按鈕的作用，避免誤動作，通常在按鈕帽上做出不同的標(biāo)記或涂上不同的顏色，一般紅色表示停止按鈕，綠色表示起動按鈕。 按鈕的圖形文字符號如圖8-3所示。 常閉按鈕 常開按鈕 圖8-3 按鈕的圖形文字符號 圖8-2 按鈕典型結(jié)構(gòu) 三、熔斷器 熔斷器是最簡單和最常用的保護(hù)電器，廣泛應(yīng)用于供電線路和電氣設(shè)備的短路保護(hù)中。熔斷器由熔體（俗稱保險(xiǎn)絲）和安裝熔體的絕緣管或絕緣座等部分組成。熔體是熔斷器的核心，通常由低熔點(diǎn)的鉛錫合金、鋅、銅、銀的絲狀或片狀材料制成。使用時(shí)應(yīng)將熔斷器串接于被保護(hù)電路中，電路正常工作時(shí)，熔體不應(yīng)熔斷；當(dāng)電路發(fā)生故障從而導(dǎo)致通過熔斷器的電流超過一定數(shù)值，導(dǎo)致電流在熔體上產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而保護(hù)電路和用電設(shè)備。 1.熔斷器的主要技術(shù)指標(biāo) ⑴ 額定電壓 指熔斷器在長期工作時(shí)以及在斷開后能承受的電壓。 ⑵ 額定電流 指熔斷器長期工作時(shí)，設(shè)備部件溫升不超過規(guī)定值時(shí)所能承受的電流。 這里需要注意區(qū)分熔斷器的額定電流和熔斷器中熔體的額定電流。通常生產(chǎn)廠家為了減少熔斷器額定電流的規(guī)格，其額定電流等級較少，而熔斷器熔體的額定電流等級較多。因此在實(shí)際使用中可以在一個額定電流等級的熔斷器的絕緣管中安裝不同額定電流等級的熔體，但熔體的額定電流最大不能超過熔斷器的額定電流。 2. 熔斷器的選擇 要使熔斷器在電路中真正能起到對電路和用電設(shè)備的保護(hù)作用，必須正確選擇熔斷器。 ⑴熔斷器的額定電壓、額定電流和熔體額定電流的選擇 熔斷器的額定電壓、額定電流的選擇依據(jù)較為簡單，可按照以下兩條原則進(jìn)行選擇： ① 熔斷器的額定電壓應(yīng)大于或等于實(shí)際電路的工作電壓 ②熔斷器的額定電流應(yīng)大于或等于所裝熔體的額定電流 ⑵熔體選擇的原則： ①對于照明、電熱設(shè)備等電阻性負(fù)載，熔體的額定電流應(yīng)大于或等于電路的額定工作電流。 ②對于單臺異步電動機(jī)，考慮電動機(jī)起動時(shí)起動電流較大的影響，熔體的額定電流按下式計(jì)算： ③對于保護(hù)多臺異步電動機(jī)的熔斷器的熔體，若各臺電動機(jī)不同時(shí)起動，則應(yīng)按下式計(jì)算： 式中為容量最大一臺的電動機(jī)的額定電流，為其余電動機(jī)額定電流的總和。 ④為防止發(fā)生越級熔斷，上、下級熔斷器的熔體應(yīng)有良好的協(xié)調(diào)配置，通常應(yīng)使上級熔斷器的熔體額定電流比下一級大1－2個級差。 熔斷器的圖形、文字符號如圖8-4所示。 圖8-4 熔斷器的圖形、文字符號 四、接觸器 交流接觸器是一種用于頻繁接通或斷開交直流主電路、大容量控制電路等大電流電路的自動切換電器，主要用于控制電動機(jī)、電熱設(shè)備、電焊機(jī)、電容器組等，是電力拖動自動控制線路中應(yīng)用最為廣泛的電器元件。 接觸器主要包括電磁系統(tǒng)（靜鐵心、動鐵心、線圈）、觸點(diǎn)系統(tǒng)和滅弧裝置部分。按照用途不同，接觸器的觸點(diǎn)分主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)兩種。主觸點(diǎn)用來切換大電流電路；輔助觸點(diǎn)只能用來切換小電流電路。 按照主觸點(diǎn)控制的電路中電流種類分類，接觸器有直流接觸器和交流接觸器。 1.交流接觸器 交流接觸器用于控制電壓至380V、電流至600A的50Hz交流電路。其鐵心為雙E型，由硅鋼片疊壓而成。線圈套在靜鐵心上，接于控制電路中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖856所示。 圖8-5 交流接觸器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 交流接觸器工作原理如下：當(dāng)線圈所加電壓達(dá)到其額定電壓85％以上時(shí)，鐵心產(chǎn)生足夠的磁通，該磁通對動鐵心產(chǎn)生克服復(fù)位彈簧拉力的電磁吸力將動鐵心可靠吸合，通過絕緣桿使固定于動鐵心上的動觸點(diǎn)動作，于是交流接觸器的主觸點(diǎn)閉合從而接通主電路；同時(shí)常開輔助觸點(diǎn)閉合，常閉輔助觸點(diǎn)斷開，使與之相連的控制電路接通或者斷開。當(dāng)線圈中的電壓下降到某一數(shù)值時(shí)，電磁力減小到不足以克服復(fù)位彈簧的拉力，動鐵心就在復(fù)位彈簧的拉力作用下復(fù)位，使得主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。 接觸器的觸頭用于分?jǐn)嗷蚪油娐贰＝涣鹘佑|器一般有3對主觸點(diǎn)、2對輔助觸點(diǎn)。主觸點(diǎn)用于接通或斷開主電路，主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)一般采用雙斷點(diǎn)的橋式觸點(diǎn)，電路的接通和斷開由兩個斷點(diǎn)共同完成。由于這種雙斷點(diǎn)的橋式觸點(diǎn)具有電動力吹弧能力，所以10A以下的交流接觸器一般沒有滅弧裝置，而10A以上的交流接觸器則采用柵片滅弧罩滅弧。 交流接觸器的圖形、文字符號如圖8-6所示。 接觸器常開觸點(diǎn) 接觸器線圈 　接觸器常閉觸點(diǎn) 圖8-6 交流接觸器的圖形、文字符號 2.直流接觸器 直流接觸器主要用于電壓440V、電流600A以下的直流電路，其結(jié)構(gòu)與工作原理基本上與交流接觸器相同。所不同的是除觸點(diǎn)電流和線圈電壓均為直流外，其主觸點(diǎn)大都采用可滾動接觸的指型觸點(diǎn)，輔助觸點(diǎn)采用點(diǎn)接觸的橋型觸點(diǎn)。鐵心由整塊鋼或鑄鐵制成，線圈制成長而薄的圓筒形。 3.接觸器的主要技術(shù)指標(biāo) ⑴ 額定電壓 接觸器銘牌上的額定電壓是指主觸點(diǎn)的額定電壓，交流有127V、220V、380V等等級；直流有110V、220V、440V等等級。 ⑵ 額定電流 接觸器銘牌上的額定電流是指主觸點(diǎn)的額定電流。有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。 ⑶ 線圈額定電壓 交流有36V、110V、127V、220V、380V；直流有24V、48V、220V、440V。 ⑷ 額定操作頻率 額定操作頻率指接觸器每小時(shí)操作的次數(shù)。 五、熱繼電器 熱繼電器是應(yīng)用電流熱效應(yīng)得原理制成的，用來作為電動機(jī)的過載保護(hù)電器。 電動機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常常遇到過載的情況。若過載電流不太大且過載時(shí)間較短，電動機(jī)繞組的溫度就不會超過允許溫升，這種過載是允許的。但若過載的時(shí)間長、電流大，電動機(jī)繞組的溫度就會超過允許溫升使得電動機(jī)繞組絕緣老化，從而縮短電動機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電動機(jī)繞組，因而這種過載是不能接受的。熱繼電器就是應(yīng)用電流熱效應(yīng)原理，當(dāng)電動機(jī)過載時(shí)切斷電路，保護(hù)電動機(jī)。另外，熱繼電器可以根據(jù)過載電流的大小自動調(diào)整動作時(shí)間，具有反時(shí)限保護(hù)特性。 熱繼電器的結(jié)構(gòu)如圖8-7所示。 圖8-7 熱繼電器結(jié)構(gòu) 熱繼電器工作原理如下所示： 熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和常閉觸點(diǎn)三部分組成。熱元件繞在雙金屬片（由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬壓制而成）上，串接與電動機(jī)定子電路中，其常閉觸點(diǎn)串接與電動機(jī)的控制電路中。 當(dāng)電動機(jī)工作時(shí)，熱元件中有電流通過，因而使得熱元件發(fā)熱，熱元件產(chǎn)生的熱量使得雙金屬片發(fā)生彎曲。當(dāng)點(diǎn)擊正常工作時(shí)，雙金屬片的彎曲程度不足以使熱繼電器動作。當(dāng)電動機(jī)過載時(shí)，熱元件中的電流增大，加上時(shí)間效應(yīng)，會使得雙金屬片接受的熱量大大增加，因而彎曲程度加大，足以推動導(dǎo)板，通過動作機(jī)構(gòu)使得常閉觸點(diǎn)斷開，控制電路斷開，接觸器線圈失電，常閉主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)脫離電源，從而起到過載保護(hù)的作用。 使用熱繼電器時(shí)，要調(diào)整整定機(jī)構(gòu)，使熱繼電器的整定電流等于電動機(jī)的額定電流。這樣，電動機(jī)額定工作時(shí)，熱繼電器不動作；當(dāng)電動機(jī)過載，電流為整定電流的1.2倍時(shí)，熱繼電器將在20分鐘內(nèi)動作；當(dāng)過載電流為整定電流的1.5倍時(shí)，熱繼電器將在2分鐘內(nèi)動作。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，由于熱慣性，熱繼電器不能做短路保護(hù)。 六、自動空氣斷路器 自動空氣斷路器又稱自動空氣開關(guān)，可用來分配電能，也可用于非頻繁的起動異步電動機(jī)，對電源線路及電動機(jī)等實(shí)行保護(hù)。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的過載或短路及欠電壓等故障是能自動切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器與過流、欠壓、熱繼電器等的組合。 自動空氣斷路器的結(jié)構(gòu)原理如圖8-8所示，主要由觸頭、滅弧系統(tǒng)、各種脫扣和操作機(jī)構(gòu)組成。 圖8-8 自動空氣斷路器 手工合閘后，動、靜觸點(diǎn)閉合，脫扣聯(lián)桿9被鎖扣7的鎖鉤鉤住，它又將合閘聯(lián)桿5鉤住，將觸點(diǎn)保持在閉合狀態(tài)。熱元件14與主電路串聯(lián)，有電流流過時(shí)將產(chǎn)生熱量，從而使得熱脫扣器6的下端向左彎曲；當(dāng)電路過載時(shí)，熱脫扣器6的彎曲程度大大增加，從而將脫扣鎖鉤推離脫扣聯(lián)桿9，從而松開合閘聯(lián)桿5，于是動、靜觸點(diǎn)10、11受脫扣彈簧3的作用迅速分開。 電磁脫扣器8有一個匝數(shù)很少的線圈和主電路串聯(lián)。當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，它使鐵心脫扣器上部的吸力大于彈簧的反作用力，脫扣鎖鉤向左轉(zhuǎn)動，最后也使觸點(diǎn)斷開。當(dāng)需要手動脫扣時(shí)，按下手動脫扣按鈕2就使得觸點(diǎn)斷開。 七、行程開關(guān) 行程開關(guān)是以生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動部件或行程為信號而進(jìn)行動作的電器。行程開關(guān)按結(jié)構(gòu)可分為機(jī)械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸點(diǎn)行程開關(guān)和電氣結(jié)構(gòu)的非接觸式接近開關(guān)。常用的接觸式有觸點(diǎn)行程開關(guān)又可分為直動式和轉(zhuǎn)動式。直動式行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)和動作原理類似與按鈕，如圖8-11所示。 行程開關(guān)的圖形、文字符號如下圖所示。 行程開關(guān)常開觸點(diǎn) 行程開關(guān)常閉觸點(diǎn) 圖8-11 行程開關(guān)圖形、文字符號 [練習(xí)與思考] 8-1-1 復(fù)合按鈕動作具有什么特點(diǎn)？ 8-1-2 短路保護(hù)和過載保護(hù)有什么區(qū)別？為什么熱繼電器不能做短路保護(hù)？ 第二節(jié) 可編程控制器 可編程控制器（Programmable logic controller，簡稱為PLC）是在繼電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，以微處理器為核心，將自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、 通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、通用性強(qiáng)、易于編程、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)的核心部件，常用于開關(guān)邏輯控制、閉環(huán)過程控制、機(jī)械加工中的數(shù)字控制等領(lǐng)域，與機(jī)器人、 CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)稱為并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的三大支柱。 一、PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但其結(jié)構(gòu)和工作模式則大同小異，主要由CPU模塊、輸入/輸出接口單元、編程器和電源四大部分組成，如圖8-13所示。 圖8-13 PLC結(jié)構(gòu)框圖 1.CPU模塊 CPU模塊又稱中央處理器（Center processing unit），是PLC的核心。該模塊主要由CPU、存儲器、控制電路、譯碼電路和接口電路組成，主要用于：接收并存儲從編程器輸入的用戶程序；檢查編程過程是否出錯；進(jìn)行系統(tǒng)診斷；解釋并執(zhí)行用戶程序；完成通信及外設(shè)的某些功能。 CPU模塊中的存儲器可分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器、工作數(shù)據(jù)存儲器三部分。 系統(tǒng)程序存儲器用于存放系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序由PLC 的制造廠家編寫的，和PLC的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運(yùn)行的平臺。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能，而且在PLC使用過程中不會變動，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。 用戶程序存儲器存儲用戶編制的應(yīng)用程序。用戶應(yīng)用程序是用戶根據(jù)生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運(yùn)行正常，不需要改變，可將其固化在只讀存儲器EPROM中。 工作數(shù)據(jù)存儲器存放在應(yīng)用過程中要經(jīng)常變化，經(jīng)常存取的數(shù)據(jù)。因此，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器都選用RAM，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲器中，開辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表，包括I/O映象區(qū)以及各類軟元件。 I/O映象區(qū)：由于PLC投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。（請參閱PLC的工作原理）因此，它需要有一定數(shù)量的存儲單元(RAM)以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲單元稱作I/O映象區(qū)。I/O映象區(qū)包括：開關(guān)量輸入（I）映象區(qū)、開關(guān)量輸出（O）映象區(qū)、模擬量I/O映象區(qū)。 軟元件是指PLC內(nèi)部具有一定功能的器件，包括邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、變址寄存器和累加器等。為了利用這些軟元件進(jìn)行編程以達(dá)到控制要求，使用者必須熟悉和掌握這些軟元件的功能、編號及其使用方法。 2.輸入/輸出接口單元 輸入/輸出接口單元是系統(tǒng)的五官和手腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。實(shí)際生產(chǎn)中信號電平多種多樣，外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的電平也是多種多樣，而PLC的CPU只能處理標(biāo)準(zhǔn)電平，正是通過輸入輸出接口單元實(shí)現(xiàn)了這種信號電平的轉(zhuǎn)換。 輸入接口單元：輸入接口單元用來接收和采集輸入信號。按照接受和采集的信號類型不同輸入接口單元可分為兩類：模擬量輸入接口單元、數(shù)字量輸入接口單元（又稱開關(guān)量輸入接口單元）。模擬量輸入接口單元主要用于接收模擬量輸入信號。數(shù)字量輸入接口單元主要用于接收開關(guān)量輸入信號。 輸出接口單元：輸出接口單元把CPU模塊內(nèi)的輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容讀入，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換、 隔離和功率放大， 轉(zhuǎn)換成能帶一定負(fù)載的具體的輸出狀態(tài)。輸出接口電路分繼電器輸出型、 晶體管輸出型和晶閘管輸出型三種。 3.編程器 PLC的編程器一般有兩種類型：簡易編程器和圖形編程器。簡易編程器體積小，便宜，使用方便，適合小型PLC，缺點(diǎn)是需聯(lián)機(jī)編程；圖形編程器是指帶有顯示屏的編程器，可用指令語句編程，也可用梯形圖編程，可聯(lián)機(jī)編程也可脫機(jī)編程，操作方便，功能強(qiáng)大，但價(jià)格較高，適用于大型PLC。 4、電源 PLC的電源是指為CPU、存儲器、輸入/輸出接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。用來將外部供電電源轉(zhuǎn)變成供PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和I/O接口等電路工作所需要的直流電源。 二、PLC的工作原理 PLC有兩種基本工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序的狀態(tài)，停止?fàn)顟B(tài)一般用于程序的編制和調(diào)試。 在運(yùn)行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直到PLC停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序外，每次循環(huán)過程中，PLC不還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5 個階段，PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為循環(huán)掃描工作方式。 PLC的循環(huán)掃描工作方式大致可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段： 1.輸入采樣階段 PLC在輸入采樣階段，首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其存入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段，即使輸入狀態(tài)有變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變。變化了的輸入信號狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入采樣階段被讀入。 2.程序執(zhí)行階段 在程序掃描階段，PLC對用戶程序存儲器中存儲的用戶程序進(jìn)行逐句掃描，當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， PLC 就從輸入映像寄存器“讀入”輸入采樣階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入” 對應(yīng)系統(tǒng)軟設(shè)備 ( “軟繼電器” ) 的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件 ( “軟繼電器” ) 的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 3.輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作，這就是PLC的實(shí)際輸出。 三、三菱FX2N系列PLC 三菱公司是日本生產(chǎn)PLC的主要廠家之一，先后推出的小型、超小型PLC有F、F1、F2、FX1、FX2、FX0、FX0N、FX2N、FX2NC等系列。其中FX2N系列PLC性價(jià)比較高，非常適合在中小企業(yè)中推廣應(yīng)用。 1. FX2N的軟元件 FX2N系列PLC八類軟元件：輸入繼電器X、輸出繼電器Y、輔助繼電器M、狀態(tài)繼電器S、定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C、數(shù)據(jù)寄存器D、指針P、I、N。限于篇幅，這里只介紹常用的軟元件：輸入繼電器X、輸出繼電器Y、輔助繼電器M、定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C， ⑴ 輸入繼電器：輸入繼電器與PLC的輸入端相連，是PLC接收外部開關(guān)信號的元件，必須由外部信號來驅(qū)動，不能用程序驅(qū)動。FX2N型PLC輸入繼電器采用八進(jìn)制地址編號，最多可達(dá)128點(diǎn)(X0～X177)。 ⑵ 輸出繼電器：輸出繼電器是PLC用來輸送信號到外部負(fù)載的元件，只能用程序指令驅(qū)動。每一個輸出繼電器有一個外部輸出的常開觸點(diǎn)。輸出繼電器的地址是八進(jìn)制，最多可達(dá)128點(diǎn)(Y0～Y177)。 ⑶ 輔助繼電器：PLC內(nèi)部有很多輔助繼電器，輔助繼電器與輸出繼電器一樣只能用程序指令驅(qū)動，外部信號無法驅(qū)動它的常開常閉接點(diǎn)，但是這些接點(diǎn)不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，外部負(fù)載必須由輸出繼電器的外部接點(diǎn)來驅(qū)動。 ⑷ 定時(shí)器： PLC中定時(shí)器T相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的延時(shí)繼電器，定時(shí)器元件號按十進(jìn)制編號，設(shè)定時(shí)間由編程時(shí)設(shè)定系數(shù)K決定。T0～T199為0.1 s定時(shí)器，設(shè)定值范圍為0.1～3276.7 s，最小單位為0.1 s。T200～T245為0.01 s定時(shí)器，設(shè)定值范圍為0.01～327.67 s。 ⑸ 計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器在程序中起計(jì)數(shù)控制作用，元件按十進(jìn)制編號，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)次數(shù)由編程時(shí)設(shè)定的系數(shù)K決定。C0～C99為通用加計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)范圍為1～32 767。C100～C199為停電保持加計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)范圍為1～32 767。除此之外，還有可逆、加、減計(jì)數(shù)器等。 2. FX2N基本指令 FX2N系列 PLC有基本指令27種，步進(jìn)指令2種，應(yīng)用指令128種共298個。其中基本指令是最基礎(chǔ)的編程語言，可以說掌握了基本指令也就初步掌握了PLC的使用方法。限于篇幅，此處只介紹這27種基本指令中最常用的一部分，如果想了解FX2N指令系統(tǒng)，可查閱《三菱微型可編程控制器MELSEC-F FX2N系列編程手冊》。 邏輯取及線圈驅(qū)動（LD、LDI、OUT）指令 符號、名稱 功能 梯形圖表示和可操作組件 LD取 邏輯運(yùn)算開始的常開觸點(diǎn) LDI取反 邏輯運(yùn)算開始的常閉觸點(diǎn) OUT輸出 線圈驅(qū)動指令 指令說明 ⑴LD、LDI指令可用于將觸點(diǎn)與左母線連接，也可與后面介紹的AND、ORB指令配合使用于分支起點(diǎn)處。 ⑵OUT指令是對輸出繼電器Y、輔助繼電器M、狀態(tài)繼電器S、定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C的線圈進(jìn)行驅(qū)動的指令，但不能用于輸入繼電器X。 觸點(diǎn)串聯(lián)（AND、ANI）指令 符號、名稱 功能 梯形圖表示和可操作組件 AND與 常開觸點(diǎn)串聯(lián) ANI與非 常閉觸點(diǎn)串聯(lián) 指令說明 ⑴AND、ANI指令為單個觸點(diǎn)串聯(lián)指令。AND用于常開觸點(diǎn)串聯(lián)，ANI用于常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，串聯(lián)觸點(diǎn)數(shù)目不受限制。 ⑵OUT指令后，可通過觸點(diǎn)對其他線圈使用OUT指令，稱之為縱接輸出或連續(xù)輸出。縱接輸出只要順序正確，可重復(fù)使用。 觸點(diǎn)并聯(lián)（OR、ORI）指令 符號、名稱 功能 梯形圖表示和可操作組件 OR或 常開觸點(diǎn)并聯(lián) ORI或非 常閉觸點(diǎn)并聯(lián) 指令說明 ⑴OR、ORI指令為單個觸點(diǎn)并聯(lián)指令。OR用于常開觸點(diǎn)并聯(lián)，ORI用于常閉觸點(diǎn)并聯(lián)，并聯(lián)觸點(diǎn)數(shù)目不受限制。 ⑵與LD、LDI指令觸點(diǎn)并聯(lián)的觸點(diǎn)要使用OR、ORI指令 ⑶若兩個以上觸點(diǎn)的串聯(lián)支路與其他支路并聯(lián)時(shí)，不能使用OR、ORI指令，應(yīng)使用后面介紹的電路塊或（ORB）指令 串聯(lián)電路塊的并聯(lián)（ORB）指令 符號、名稱 功能 梯形圖表示和可操作組件 ORB電路塊或 串聯(lián)電路塊的并聯(lián) 指令說明 ⑴ORB指令是不帶操作組件編號的指令。 ⑵兩個或兩個以上觸點(diǎn)串聯(lián)連接的電路稱為串聯(lián)電路塊，當(dāng)串聯(lián)電路塊相并聯(lián)時(shí)，須使用ORB指令，而不能使用OR或ORI指令。 ⑶當(dāng)串聯(lián)電路塊并聯(lián)時(shí)，分支起點(diǎn)使用LD或LDI指令，分支結(jié)束后使用ORB指令 ⑷若多個串聯(lián)電路塊并聯(lián)時(shí)，則ORB指令沒有使用次數(shù)限制。 并聯(lián)電路塊的串聯(lián)（ANB）指令 符號、名稱 功能 梯形圖表示和可操作組件 ANB電路塊與 并聯(lián)電路塊的串聯(lián) 指令說明 ⑴ANB指令是不帶操作組件編號的指令 ⑵兩個或兩個以上觸點(diǎn)并聯(lián)連接的電路稱為并聯(lián)電路塊，當(dāng)并聯(lián)電路塊與前面的電路串聯(lián)時(shí)，須使用ANB指令，而不能使用AND或ANI指令。 ⑶當(dāng)并聯(lián)電路塊與前面的電路串聯(lián)時(shí)，分支起點(diǎn)使用LD或LDI指令，并聯(lián)電路塊結(jié)束后使用ANB指令 ⑷若多個并聯(lián)電路塊按順序和前面的電路串聯(lián)連接時(shí)，則ANB指令沒有使用次數(shù)限制。 主控觸點(diǎn)（MC/MCR）指令 指令助記符、名稱 功能 梯形圖表示和可操作組件 MC主控 主控電路塊起點(diǎn) MCR主控復(fù)位 主控電路塊終點(diǎn) 指令說明 ⑴MC為主控指令，用于公共串聯(lián)觸點(diǎn)的連接。MCR為主控復(fù)位指令，即MC的復(fù)位指令。在編程時(shí)，經(jīng)常遇到多個線圈同時(shí)受一個或一組控制。若在每個線圈的控制電路中都串入同樣的觸點(diǎn)，將多占存儲單元。應(yīng)用主控觸點(diǎn)則可以解決上述問題。 ⑵在應(yīng)用主控觸點(diǎn)指令時(shí)，主控指令控制的操作組件的常開觸點(diǎn)要與主控指令后的母線垂直，此時(shí)此常開觸點(diǎn)是控制一組梯形圖電路的總開關(guān)。當(dāng)此常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，將激活所控制的一組梯形圖電路。 ⑶主控（MC）指令母線后接的所有起始觸點(diǎn)均以LD、LDI指令開始，最后由MCR指令返回到主控（MC）指令后的母線，向下繼續(xù)執(zhí)行新的程序。 ⑷在沒有嵌套結(jié)構(gòu)的多個主控指令程序中，可以都用嵌套號N0來編程，N0的使用次數(shù)不受限制。 ⑸通過更改Mi的地址號，可以多次使用MC指令，形成多級嵌套，嵌套級Ni的編號由小到大。返回時(shí)通過MCR指令,從大的嵌套級開始逐級返回。 脈沖指令 指令助記符、名稱 功能 梯形圖表示和可操作組件 LDP取脈沖 上升沿檢測運(yùn)算開始 LDF取脈沖 下升沿檢測運(yùn)算開始 ANDP 上升沿檢測串聯(lián) ANDF 下升沿檢測串聯(lián) ORP 上升沿檢測并聯(lián) ORF 下升沿檢測并聯(lián) 指令說明 ⑴LDP、ANDP、ORP指令是進(jìn)行上升沿檢測的觸點(diǎn)指令，僅在指定的軟元件由OFF→ON上升沿變化時(shí)，使驅(qū)動的線圈接通1個掃描周期。 ⑵LDF、ANDF、ORF指令是進(jìn)行下降沿檢測的觸點(diǎn)指令，僅在指定的軟元件由ON→OFF下降沿變化時(shí)，使驅(qū)動的線圈接通1個掃描周期。 ⑶利用取脈沖指令驅(qū)動線圈和脈沖指令驅(qū)動線圈，具有相同的效果（該指令請查閱《三菱微型可編程控制器MELSEC-F FX2N系列編程手冊》） ⑷若多個并聯(lián)電路塊按順序和前面的電路串聯(lián)連接時(shí)，則ANB指令沒有使用次數(shù)限制。 微分脈沖輸出（PLS/PLF）指令 指令助記符、名稱 功能 梯形圖表示和可操作組件 PLS上沿脈沖 上升沿微分輸出 PLF下沿脈沖 下降沿微分輸出 指令說明 ⑴PLS指令使操作的元件在輸入信號上升沿處產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖輸出，PLF指令使操作的元件在輸入信號下降處產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖輸出 ⑵上述兩條指令可將輸入元件脈沖寬度較寬的輸入信號變成脈寬等于PLC掃描周期的觸發(fā)脈沖信號，相當(dāng)于對輸入信號進(jìn)行了微分運(yùn)算。 置位/復(fù)位（SET/RST）指令 指令助記符、名稱 功能 梯形圖表示和可操作組件 SET置位 線圈接通保持命令 RST復(fù)位 線圈接通清除命令 指令說明 ⑴SET為置位指令，使線圈接通保持，RST為復(fù)位指令，使線圈斷開復(fù)位。 ⑵對同一軟元件，SET、RST可以多次使用，最后執(zhí)行者有效。 空操作（NOP）指令和程序結(jié)束（END）指令 符號、名稱 功能 梯形圖表示和可操作組件 NOP 空操作 END 程序結(jié)束 指令說明 ⑴NOP指令就是使該步程序什么也不做。在程序中插入NOP指令，在更改程序或增加指令時(shí)可以使步序號不發(fā)生變化。 ⑵END指令為程序結(jié)束指令，若在程序中沒有END指令，則PLC從第0步開始掃描到程序存儲器最后一步，若在程序中含有END 指令，則END指令以后的程序就不再掃描執(zhí)行。 第三節(jié) 繼電接觸控制線路的基本控制環(huán)節(jié) 繼電接觸控制線路是把各種有觸點(diǎn)的接觸器、繼電器以及按鈕、行程開關(guān)等電氣元件，用導(dǎo)線按一定方式連接起來組成的控制線路。通過該線路能夠?qū)崿F(xiàn)對電動機(jī)或其他指定電器的啟停、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動等運(yùn)行方式的控制，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，滿足生產(chǎn)工藝的要求。 繼電接觸控制線路的優(yōu)點(diǎn)是電路圖比較直觀，裝置結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜，抗干擾能力強(qiáng)，因此廣泛應(yīng)用于各類生產(chǎn)設(shè)備及控制系統(tǒng)。它可以方便的實(shí)現(xiàn)簡單或復(fù)雜的、集中或遠(yuǎn)距離生產(chǎn)過程的自動控制。 需要指出的是，繼電接觸控制線路的缺點(diǎn)主要是由于采用固定接線形式，其通用性和靈活性較差；由于采用有觸點(diǎn)的開關(guān)電器，觸點(diǎn)容易發(fā)生故障，維修量較大，因此近些年來慢慢被PLC控制系統(tǒng)所取代。盡管如此，繼電接觸控制依然是各類電氣控制系統(tǒng)最基本的控制形式之一，即使在PLC控制系統(tǒng)中，主電路也仍然采用繼電接觸控制控制方式。 一、繪制繼電接觸控制線路圖的原則 1.繼電接觸控制線路由主電路和控制線路組成，主電路用粗實(shí)線繪制，常畫于左方或上方；控制電路用細(xì)實(shí)線畫于右方或下方。 2.所有電器應(yīng)采用國標(biāo)GB/T4728和國標(biāo)GB/T7159—1987的圖形符號和文字符號來繪制和標(biāo)記。 3.控制電路基本上按動作的先后順序自上而下或自左而右平行繪制。 4.觸點(diǎn)按未受外力，或線圈未通電時(shí)的狀態(tài)畫出。 二、電動機(jī)的起動及自鎖控制 三相異步電動機(jī)的起動、停車控制是繼電接觸控制系統(tǒng)中最基本的控制線路，控制線路如圖8-14所示。該線路可實(shí)現(xiàn)三相異步電動機(jī)起動、停車的控制并具有必要的保護(hù)環(huán)節(jié)。 1.電動機(jī)的起動及自鎖 圖8-14 電動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制線路圖 需要起動電動機(jī)時(shí)，可按下起動按鈕SB2，SB2按下后，與其串聯(lián)的交流接觸器KM線圈通電，串接于主回路的KM的主常開觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)起動，同時(shí)控制回路中與SB2并聯(lián)的KM的輔助常開觸點(diǎn)閉合，此時(shí)即使松手，停止對SB2按鈕的按壓，KM線圈依然可以保持通電，電動機(jī)不會停止，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 在繼電接觸控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中將交流接觸器KM的輔助常開觸點(diǎn)和起動按鈕SB2并聯(lián)稱為自鎖。自鎖具有對命令的“記憶”能力，當(dāng)命令下達(dá)后，能長期保持其狀態(tài)，即使命令消失。自鎖不僅可用于電動機(jī)的起動控制，凡是需要對命令進(jìn)行記憶的控制，都可使用自鎖。 2.電動機(jī)的停止 需要停止電動機(jī)時(shí)，可按下停止按鈕SB1，交流接觸器KM線圈斷電，主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，同時(shí)，KM的輔助觸點(diǎn)斷開，取消自鎖。 3.保護(hù)環(huán)節(jié) 要使電動機(jī)能長時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須為其施加必要的保護(hù)，在圖中所施加的保護(hù)包括： ⑴ 短路保護(hù) 短路保護(hù)由串接于主回路中的熔斷器FU實(shí)現(xiàn)。當(dāng)主電路發(fā)生短路時(shí)，通過FU的電流將超過其額定電流從而熔體將熔斷，使電動機(jī)立即停轉(zhuǎn)。 ⑵ 過載保護(hù) 過載保護(hù)由分別串接于主電路中的熱繼電器FR的熱元件和串接于控制電路中的FR的常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電動機(jī)過載時(shí)，F(xiàn)R的熱元件將過熱，從而導(dǎo)致其常閉觸點(diǎn)斷開，KM線圈斷電，從而使得KM的主觸點(diǎn)斷開，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。 ⑶ 失壓及欠壓保護(hù) 失壓及欠壓保護(hù)由交流接觸器KM實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電源電壓消失（失壓）或電源電壓嚴(yán)重下降（欠壓）時(shí)，交流接觸器KM中鐵心的引力將消失或減小，不足以克服復(fù)位彈簧的拉力，使得KM的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)停轉(zhuǎn)并失去自鎖。失壓及欠壓保護(hù)可防止在電壓嚴(yán)重下降時(shí)，電動機(jī)帶載的低壓運(yùn)行；也可防止在失壓后，當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，電動機(jī)的自行起動，從而避免對設(shè)備及人員的傷害。 三、互鎖控制及順序控制 互鎖控制是指生產(chǎn)機(jī)械的不同運(yùn)動部件之間的相互聯(lián)系、相互制約，又稱聯(lián)鎖控制。 1.電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制 在需要改變電動機(jī)轉(zhuǎn)向的情況下，例如機(jī)床工作臺的前進(jìn)和后退，主軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)等，可采用圖8-14所示的正反轉(zhuǎn)控制線路。其工作原理和電動機(jī)起動線路基本相同，不同之處只是利用了兩套起動按鈕和接觸器分別控制電動機(jī)的起動和停止。其中SB1為停止按鈕，SBF為正轉(zhuǎn)按鈕，SBR為反轉(zhuǎn)按鈕；KMF為正轉(zhuǎn)交流接觸器，其主觸點(diǎn)單獨(dú)閉合時(shí)，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；KMR為反轉(zhuǎn)交流接觸器，其主觸點(diǎn)單獨(dú)閉合時(shí)，電動機(jī)正轉(zhuǎn)。 在主電路中，要注意兩個接觸器主觸點(diǎn)之間的連接方式。根據(jù)第七章的知識，在電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，欲使其反轉(zhuǎn)，可使電動機(jī)M接至電源的三根導(dǎo)線中的兩根通過KMR主觸點(diǎn)對調(diào)，從而使得電動機(jī)反轉(zhuǎn)。 圖8－15 電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路 需要強(qiáng)調(diào)的是，在圖8-15中，KMF和KMR兩個交流接觸器的主觸點(diǎn)不能同時(shí)閉合，否則將導(dǎo)致電源兩相短路事故。如何才能避免該事故的發(fā)生呢？很顯然，只要保證正轉(zhuǎn)交流接觸器KMF動作時(shí)，反轉(zhuǎn)交流接觸器KMR不能動作即可，反之亦然。這種要求顯然就是前面提到過的互鎖。為滿足上述要求，圖中在KMF交流接觸器線圈前串接了KMR交流接觸器的常閉輔助觸點(diǎn)；同時(shí)在KMR交流接觸器線圈前串接了KMF交流接觸器的常閉輔助觸點(diǎn)。其工作過程如下所示： 需要電動機(jī)正轉(zhuǎn)的時(shí)候，可按下正轉(zhuǎn)按鈕SBF,于是正轉(zhuǎn)交流接觸器KMF線圈通電，主回路中KMF的主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)正轉(zhuǎn)。同時(shí)控制回路中與SBF并聯(lián)的KMF常開輔助觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖；控制回路中與反轉(zhuǎn)交流接觸器KMR線圈串聯(lián)的KMF的常閉輔助觸點(diǎn)斷開，此時(shí)即使因操作失誤，按下反轉(zhuǎn)按鈕SBR，反轉(zhuǎn)交流接觸器KMR的線圈也不會通電，從而實(shí)現(xiàn)互鎖，由于這種互鎖是通過電氣裝置實(shí)現(xiàn)的，因而將其稱為電氣互鎖。 從上述說明中可以發(fā)現(xiàn)，如要實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的換向，不能通過直接按壓相應(yīng)的按鈕實(shí)現(xiàn)，那么應(yīng)怎樣才能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的換向呢？ 當(dāng)電機(jī)需要換向時(shí)，需首先按下停止按鈕SB1，當(dāng)SB1按鈕按下后，KMF、KMR兩個交流接觸器的線圈均不會有電流通過，因而其主觸點(diǎn)全部斷開，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。此時(shí)再按下相應(yīng)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)按鈕，即可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的換向。為此當(dāng)電機(jī)需要換向時(shí)需按壓兩次按鈕，略顯繁瑣。為此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，常采用復(fù)合按鈕與觸點(diǎn)串聯(lián)的控制線路，見圖8-16。 圖8－16 帶有機(jī)械互鎖的電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路 當(dāng)電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，按下反轉(zhuǎn)按鈕SBR，與其同軸相連的常閉觸點(diǎn)斷開，從而使得正轉(zhuǎn)交流接觸器KMF的線圈斷電，主觸點(diǎn)斷開。與此同時(shí)，串接在反轉(zhuǎn)控制電路中的KMF的常閉觸點(diǎn)閉合，反轉(zhuǎn)交流接觸器KMR的線圈通電，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。同時(shí)串接在正轉(zhuǎn)控制電路中的反轉(zhuǎn)交流接觸器KMR的常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)互鎖。由于這種互鎖是通過機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)的，因而稱為機(jī)械互鎖。 2.電動機(jī)的順序控制 裝有多臺電動機(jī)的生產(chǎn)機(jī)械，有時(shí)要求按照一定的順序起動電動機(jī)，有的還要求按順序停機(jī)，這就要求對電動機(jī)進(jìn)行順序控制。 順序控制可通過互鎖實(shí)現(xiàn)，具體原則如下： ⑴ 要求甲接觸器動作后乙接觸器才能動作，則需將甲接觸器的常開觸點(diǎn)串聯(lián)在乙接觸器的線圈電路中。 ⑵ 要求甲接觸器動作后乙接觸器不能動作，則需將甲接觸器的常閉觸點(diǎn)串接在乙接觸器的線圈電路中。 圖8-17為車床油泵和主軸電動機(jī)的聯(lián)鎖控制電路。要求油泵電機(jī)M1先起動，使?jié)櫥到y(tǒng)有足夠的潤滑油以后，才能起動主軸電機(jī)M2。 圖8－17 電動機(jī)順序起動控制線路 工作原理如下： 按下SB1，KM1線圈通電，KM1主觸點(diǎn)閉合，油泵電機(jī)M1起動，同時(shí)KM1的自鎖觸點(diǎn)閉合，為KM2線圈通電做準(zhǔn)備。這時(shí)，按下SB2，主軸電機(jī)M2才能起動；如果M1未起動，即使按下SB2，主軸電機(jī)M2也不能起動。 3.保護(hù)環(huán)節(jié) 電路中的熔斷器FU1、FU2起短路保護(hù)作用；熱繼電器FR1、FR2起過載保護(hù)作用，因?yàn)閮蓚€熱繼電器的動斷觸點(diǎn)是串聯(lián)的，所以任何一臺電動機(jī)發(fā)生過載都會使M1、M2停轉(zhuǎn)。 四、繼電接觸控制實(shí)例—普通車床電氣控制線路 普通車床是一種金屬切削機(jī)床，在機(jī)械加工中廣泛使用。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途不同，分成普通車床、立式車床、六角車床、仿形車床等。主要用于加工各種回轉(zhuǎn)表面（內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成形回轉(zhuǎn)面等）和回轉(zhuǎn)體的端面。下面以CA6140普通車床為例進(jìn)行車床電氣控制線路的分析。 普通車床主要由床身、主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、光杠、絲杠和尾座等部件組成，結(jié)構(gòu)如圖8-18所示： 1－帶輪；2－進(jìn)給箱；3－掛輪架；4－帶輪；5－主軸管；6－床身；7－刀架； 8－溜板；9－尾座； 10－絲杠；11－光杠；12－床腿 圖8－18 普通車床結(jié)構(gòu) 由圖8-18可見該車床共有三臺電機(jī)：其中M1為主軸電機(jī)，拖動主軸旋轉(zhuǎn)，并通過進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動；M2為冷卻電機(jī)，提供切削液；M3為快速移動電機(jī)，拖動刀架快速運(yùn)動。 根據(jù)切削工藝要求，對該車床的電氣控制要求如下： 1.主電動機(jī)M1完成主軸主運(yùn)動和刀具的縱橫向進(jìn)給運(yùn)動的驅(qū)動，電動機(jī)為不調(diào)速的籠型異步電動機(jī)，采用直接起動方式，主軸采用機(jī)械變速，正反轉(zhuǎn)采用機(jī)械換向機(jī)構(gòu)。 2.冷卻泵電動機(jī)M2加工時(shí)提供冷卻液，防止刀具和工件的溫升過高。采用直接起動方式，為防止車床切削工件時(shí)無冷卻液，M2電動機(jī)需與M1電動機(jī)互鎖。 3.電動機(jī)M3為刀架快速移動電動機(jī)，可根據(jù)使用需要，隨時(shí)手動控制起停。 CA6140型普通車床的電氣控制線路原理圖如圖8-19所示。 圖8-19 CA6140型普通車床控制線路 ⑴M1電動機(jī)的控制 ① 起動： 閉合組合開關(guān)ＱＳ→ 按下起動按鈕SB2→接觸器KM1線圈通電→ KM1主觸點(diǎn)閉合，M1電動機(jī)運(yùn)行→ KM1輔助觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖。 ②停止：按下停止按鈕SB1→接觸器KM1線圈失電→KM1主觸點(diǎn)斷開，M1電動機(jī)止→ KM1輔助觸點(diǎn)斷開，取消自鎖。 ⑵M2電動機(jī)的控制 ①起動：M1電動機(jī)起動→與KM2交流接觸器線圈串聯(lián)的KM1輔助觸點(diǎn)閉合→KM2交流接觸器線圈通電→M2電動機(jī)自動起動運(yùn)行。 ②停止：M1電動機(jī)停止→與KM2交流接觸器線圈串聯(lián)的KM1輔助觸點(diǎn)斷開→KM2交流接觸器線圈失電→M2電動機(jī)停止運(yùn)行。 ⑶M3電動機(jī)的控制 ①起動： 閉合組合開關(guān)ＱＳ→ 按下起動按鈕SB3→接觸器KM3線圈通電→ KM3主觸點(diǎn)閉合，M3電動機(jī)運(yùn)行 ②停止：松開起動按鈕SB3→接觸器KM3線圈失電→KM3主觸點(diǎn)斷開，M3電動機(jī)停止。 [練習(xí)與思考] 8-2-1 什么是自鎖？什么是互鎖？ 8-2-2 有兩臺電動機(jī)M1、M2，試?yán)L制起動時(shí)M1先起動，停止時(shí)M2先停止的控制線路 第四節(jié) 基于可編程序控制器的電氣控制系統(tǒng) 如前所述，可編程序控制器PLC已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)的核心部件。除了主電路之外，傳統(tǒng)的繼電接觸控制中的各種控制環(huán)節(jié)，例如自鎖、電氣聯(lián)鎖、順序控制、時(shí)間控制、行程控制以及其他復(fù)雜的控制功能等，都可以用PLC實(shí)現(xiàn)。越是復(fù)雜的控制系統(tǒng)，越能顯示PLC的優(yōu)越性。 一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 1.根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備工藝要求，確定PLC控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)。 以電動正反轉(zhuǎn)控制電路為例，根據(jù)該電路的工藝要求，操作命令和控制信息是由2個按鈕（SBF、SBR）的動合觸點(diǎn)、一個按鈕（SB1）的動斷觸點(diǎn)及熱繼電器（FR）的動斷觸點(diǎn)輸入的，它們是PLC的輸入信號，需要接在4個輸入接線端子上，為其分配X000、X001、X002、X003；兩個交流接觸器KMF、KMR的線圈是被控對象，需接在兩個輸出接線端子上，可分配為Y000、Y001。故總共需要4個輸入點(diǎn)、2個輸出點(diǎn)。 2.列出PLC I/O分配表及其外部接線圖 根據(jù)上述分析，可列出I/O分配表和外部接線圖如圖8-20所示： 圖8-20 PLC控制電動正反轉(zhuǎn)電路外部接線圖 I/O分配表 輸入 SBF：X000 輸出 KMR：Y000 SBR：X001 SB1：X002 KMF：Y001 FR：X003 從本例可以看出，PLC的外部接線圖和I/O分配表之間存在一一對應(yīng)的關(guān)系，從其中一個可以很容易的推出另外一個。所以在本章后述部分，根據(jù)需要將僅僅給出I/O分配表或外部接線圖。 3.根據(jù)生產(chǎn)工藝要求畫出梯形圖 梯形圖作為PLC的編程語言，在繪制時(shí)需遵守如下繪制原則。 ⑴PLC編程元件的觸點(diǎn)在編程時(shí)可無限次使用。 ⑵梯形圖的各種符號，要以左母線為起點(diǎn)，右母線為終點(diǎn)，從左母線開始向右分行繪制；任何觸點(diǎn)不能放在線圈的右側(cè)與右母線相連；線圈一般不允許直接與左母線相連必須通過觸點(diǎn)與左母線連接，如圖8－21。 錯誤 正確 圖8-21 ⑶不包含觸點(diǎn)的分支應(yīng)放在垂直方向，不可水平放置，以便于識別觸點(diǎn)的組合和輸出線圈的控制線路。 ⑷如果有幾個電路塊并聯(lián)，應(yīng)將觸點(diǎn)最多的塊放在最上面。若有幾個支路塊串聯(lián)，應(yīng)使并聯(lián)支路多的塊靠近左母線，即使梯形圖滿足“上重下輕、左重右輕”的原則，如圖8－22。 錯誤 正確 錯誤 正確 圖8-22 ⑸盡量避免同一繼電器線圈在程序中重復(fù)出現(xiàn)，否則將引起誤動作。 按照上述控制原則，可畫出滿足生產(chǎn)工藝要求的梯形圖如圖8-23： 圖8-23 PLC控制電動正反轉(zhuǎn)電路梯形圖 4. 根據(jù)需要寫出梯形圖對應(yīng)的語句表 該梯形圖對應(yīng)的語句表如表所示： 地址 指令 0 LD X000 1 OR Y000 2 ANI Y001 3 ANI X003 4 ANI X002 5 OUT Y000 6 LD X001 7 OR Y001 8 ANI Y000 9 ANI X003 10 ANI X002 11 OUT Y001 該梯形圖的執(zhí)行流程如下： 當(dāng)需要電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，按下正轉(zhuǎn)按鈕SBF，X000常開觸點(diǎn)閉合，Y000線圈得電，正轉(zhuǎn)交流接觸器KMF線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；Y000置1同時(shí)，并聯(lián)在X000觸點(diǎn)上的Y000輔助常開觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖；與Y001線圈串聯(lián)的Y000輔助常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)互鎖。 如需換向，先按下停止按鈕SB1，X002常閉觸點(diǎn)斷開，Y000、Y001線圈失電，正反轉(zhuǎn)交流接觸器KMF、KMR線圈失電，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，同時(shí)Y000、Y001輔助常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，取消自鎖和互鎖； 再按下反轉(zhuǎn)按鈕SBR，X001常開觸點(diǎn)閉合，Y001線圈得電，反轉(zhuǎn)交流接觸器KMR線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，電動機(jī)反轉(zhuǎn)；Y001置1同時(shí)，并聯(lián)在X001觸點(diǎn)上的Y001輔助常開觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖；與Y000線圈串聯(lián)的Y001輔助常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)互鎖。 二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 作為第2節(jié)基本指令的應(yīng)用，下面通過一些實(shí)例討論P(yáng)LC應(yīng)用系統(tǒng)中的一些基本環(huán)節(jié)的編程，這些環(huán)節(jié)常作為梯形圖中的基本單元出現(xiàn)在PLC程序中。 例8-1： 三相異步電動機(jī)的起停保電路： 圖8-24 三相異步電動機(jī)起停保電路 圖8-24是我們在第三節(jié)介紹過的三相異步電動機(jī)單向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的主電路和控制電路圖，圖中的控制電路在繼電接觸控制系統(tǒng)或PLC控制系統(tǒng)中使用非常廣泛，被稱為“起動－保持－停止電路”，簡稱“起停保”電路。 下面根據(jù)前面介紹的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，介紹如何將該繼電接觸控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為PLC 控制系統(tǒng)。 由圖8-24可知，對該系統(tǒng)的控制要求為：當(dāng)按下起動按鈕SB2，電動機(jī)起動并連續(xù)運(yùn)行，按下停止按鈕SB1，電動機(jī)停止運(yùn)行。 該P(yáng)LC控制系統(tǒng)共有SB1、SB2、FR三個輸入信號，KM一個輸出信號。為這些信號分配I/O引腳，可得其I/O分配表如表所示： I/O分配表 輸入 SB1：X000 輸出 KMR：Y000 SB2：X001 FR：X003 根據(jù)控制要求要求可以畫出該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的梯形圖，如圖8-25所示： 圖8-25 PLC控制三相異步電動機(jī)起停保電路梯形圖 該梯形圖對應(yīng)的語句表如表所示： 地址 指令 0 LD X000 1 OR Y000 2 ANI X001 3 OUT Y000 4 END 例8-2：兩臺電動機(jī)順序起動 要求設(shè)計(jì)一用PLC控制的兩臺電動機(jī)順序起動的控制系統(tǒng)具體要求如下： ⑴第一臺起動10s后，第二臺自動起動 ⑵停止時(shí)可同時(shí)停止 根據(jù)題目要求，該控制系統(tǒng)共需2個輸入SB1（起動按鈕）、SB2（停止按鈕）2個輸出KM1（控制第一臺電動機(jī)）、KM2（控制第二臺電動機(jī)）。據(jù)此可得其I/O分配表如表9.6.3所示： I/O分配表 輸入 SB1：X000 輸出 KM1：Y000 SB2：X001 KM2：Y001 根據(jù)控制要求可以畫出該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的梯形圖，如圖8-26所示： 圖8-26 PLC控制兩臺電動機(jī)順序起動梯形圖 該梯形圖對應(yīng)的語句表如表所示： 地址 指令 0 LD X000 1 OR Y000 2 ANI X001 3 OUT Y000 4 OUT T0 K100 7 LD T0 8 OR Y001 9 ANI X001 10 OUT Y001 系統(tǒng)工作時(shí)需按下啟動按鈕SB1→X000閉合→ （1）Y000線圈得電→KM1交流接觸器閉合→第一臺電動機(jī)起動 （2）Y000常開觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自鎖 （3）T0定時(shí)器啟動，定時(shí)時(shí)間由指令中的K100指定，具體時(shí)間為100100ms=10s T0定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到→T0常開觸點(diǎn)閉合→Y001線圈得電→KM2交流接觸器閉合→第二臺電動機(jī)起動。 例8-3：三臺電動機(jī)循環(huán)啟停運(yùn)行控制，具體要求如下： 三臺電動機(jī)A、B、C，要求它們相隔5s啟動，各運(yùn)行10s停止。 該P(yáng)LC控制系統(tǒng)共有1個輸入SB作為啟動按鈕，3個輸出KM1、KM2、KM3分別控制三臺電機(jī)A、B、C，其中KM1控制電機(jī)A，KM2控制電機(jī)B，KM3控制電機(jī)C。為這些信號分配I/O引腳，可得其I/O分配表如表所示： I/O分配表 輸入 SB：X001 輸出 KM1：Y001 KM2：Y002 KM3：Y003 根據(jù)控制要求要求可以畫出該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的梯形圖，如圖8-27所示： 圖8-27 PLC控制三臺電動機(jī)循環(huán)啟停梯形圖 地址 指令 0 LD X001 1 PLS M0 3 LD X001 4 ANI T1 5 OUT T1 K50 8 LD M0 9 OR C3 10 RST C0 12 RST C1 14 RST C2 16 RST C3 17 LD T1 20 OUT C0 K1 22 OUT C1 K2 24 OUT C2 K3 25 OUT C3 K4 26 LD X001 27 ANI C1 28 OUT Y001 29 LD X001 30 AND C1 31 ANI C2 32 OUT Y002 29 LD X001 30 AND C1 31 ANI C3 32 OUT Y003 系統(tǒng)工作時(shí)需先按下啟動按鈕SB→X001閉合→ （1）在X001由斷開變?yōu)殚]合的瞬間，輔助繼電器M0線圈得電→M0常開觸點(diǎn)閉合，C0、C1 、C2、 C3 4個計(jì)數(shù)器被清零，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合 （2）Y001線圈得電，A電機(jī)啟動 （3）定時(shí)器T1開始工作，定時(shí)時(shí)間為50100ms=5s，定時(shí)時(shí)間到后→ ①T1的常閉觸點(diǎn)斷開，T1線圈失電，定時(shí)器停止工作→T1的常閉觸點(diǎn)閉合，T1線圈得電，T1再次開始工作進(jìn)行計(jì)時(shí)，通過上述分析可知，T1定時(shí)器線圈每隔5s得電一次，即其觸點(diǎn)應(yīng)每隔5s動作一次。 ②T1的常開觸點(diǎn)閉合，C0、C1 、C2、 C3 4個計(jì)數(shù)器開始對T1的常開觸點(diǎn)閉合次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 A． T1的常開觸點(diǎn)閉合一次，C0計(jì)數(shù)器的常開觸點(diǎn)C0閉合→Y002線圈得電，B電機(jī)啟動，其啟動時(shí)間和A電機(jī)啟動時(shí)間間隔5s B． T1的常閉觸點(diǎn)閉合兩次→ a) C1計(jì)數(shù)器的常開觸點(diǎn)閉合，Y003線圈得電，C電機(jī)啟動其啟動時(shí)間和B電機(jī)啟動時(shí)間間隔5s b) C1計(jì)數(shù)器的常閉觸點(diǎn)斷開，Y001線圈失電，A電機(jī)停止運(yùn)行，其運(yùn)行時(shí)間為10s C． T1的常閉觸點(diǎn)閉合三次→C2計(jì)數(shù)器的常閉觸點(diǎn)斷開，Y002線圈失電，B電機(jī)停止運(yùn)行，其運(yùn)行時(shí)間為10s D． T1的常閉觸點(diǎn)閉合四次→ a) C3計(jì)數(shù)器的常閉觸點(diǎn)斷開，Y003線圈失電，C電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，其運(yùn)行時(shí)間為10s b) C3計(jì)數(shù)器的常開觸點(diǎn)閉合，C0、C1 、C2、 C34個計(jì)數(shù)器被清零→程序返回（1） 例8-4： 三相異步電動機(jī)循環(huán)正反轉(zhuǎn)控制 要求設(shè)計(jì)一個用PLC的基本指令來控制電動機(jī)循環(huán)正反轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)，具體要求如下： ⑴按下起動按鈕，電動機(jī)正轉(zhuǎn)3s，停2s，反轉(zhuǎn)3s，停2s，如此循環(huán)5個周期，然后自動停止。 ⑵運(yùn)行中，可按停止按鈕停止，熱繼電器動作也應(yīng)停止。 根據(jù)題目要求，該控制系統(tǒng)共需3個輸入SB1（起動按鈕）、SB（停止按鈕）、FR（熱繼電器常開觸點(diǎn)），2個輸出KM1（正轉(zhuǎn)交流接觸器）、KM2（反轉(zhuǎn)交流接觸器）。據(jù)此可畫出PLC外部接線圖如圖圖9－15所示。 圖8-28 PLC控制三相異步電動機(jī)循環(huán)正反轉(zhuǎn)外部接