1.1电气控制及传统工业控制设备

希望同学们认真学习本门课程。可编程控 制器应用技术是一门实用性很强的学科， 非常重视培养学生的动手能力。因此，我 们的教学内容有很大一部分是动手实践， 相信同学们学习起来不会枯燥乏味。另外， 为了调动大家的积极性，我将配合多种教 学手段，希望同学们积极响应，我们的目 的只有一个—真正学到知识— 哪怕只是懂 得“1+1=2”
能不能增加电气使反转控制的操作不需先 按下停止按钮呢？回答使肯定的，图（d） 的电路较图（c）增加了按钮连锁，就形成 了正-反-停电路。（d）中用虚线相连的一 对动合动断触点是一只按钮的两对触点， 这里巧妙地利用了按钮按下时动断触点先 断开，动合触点后接通的特点，使按下反 转启动按钮时完成了先断开正转接触器， 再接通反转接触器的两个动作。
第一章
从 继 电 器 到 PLC
内容提要
本章回顾了工业控制设备从继电接触器向 PLC转变的过程，概括了工业控制计算机— —可编程控制器的特点及用途。本章关于 继电接触器系统的介绍是学习PLC应用的重 要基础。
PLC，是英文“Programmable Logic Controller”的缩写词，中译名为“可编程控 制器”。近30年来，PLC在工业控制领域 得到了十分广泛的应用，在现代工业生产 线上，到处都可以见到PLC。 那么PLC到底是一种什么样的器件呢？它是 怎样工作的，又在电器控制系统中担当什 么样的角色呢？ 下面我们先从传统的工业设备谈起。
三相异步电动机正反转控制电路
(a)
（b）
（c）
（d）
为了防止三相电源由于正传及反转接触器 同时接通而短路，控制电路（c）在针对每 个接触器线圈的启-保-停电路的基础上增加 了互锁环节。互锁是在不允许同时接通的 线圈电路总互串制约方电气的动断触点的 电路结构方法。在图（c）电路中，当接触 器KM1接通时，按下接触器KM2的启动按 钮，将由于KM1的动断触点断开了KM2线 圈电路，使KM2不可能接通。也就是说在 启动电动机反转时必须先按下停止按钮SB1 使电动机停车，才能启动反转接触器KM2 的工作，因此该电路被称为正-停-反电路。
从功能实质上来说，继电接触器系统所选用电器的种类及 电路的连接决定了各电器所代表的事件间的制约关系，也 就决定了电路的功能。在图（c）所示电动机正反转控制 电路中，接触器KM1代表电动机正转这一事件，定义为事 件A，接触器KM2代表电动机反转这一事件，定义为事件 B。A、B两个事件是不可以同时出现的，因而在接触器 KM1及KM2的线圈电路中增加了互锁环节。针对接触器 KM1及接触器KM2线圈得电条件的逻辑式为
图中所示电路分为两部分呢， 为电动机供电的是主电路，为 接触器的线圈供电的电路为控 制电路。该电路的操作过程是 这样的：需启动电动机时，按 下启动按钮SB2，接触器KM得 电，其动合主触点接通三相电 源，其并联在启动按钮上的动 合辅助触点，接通并在启动按 钮松开时为线圈提供电流通道， 电动机启动并运行。当需要停 车时，按下停止按钮SB1，接 触器KM线圈断电，其动合主触 点断开，动合辅助触点也断开， 电动机断电停车。以上这个电 路是继电接触器电路中最简单 的单元电路，由于线路中接触 器的动合辅助触点KM为本身的 线圈提供电流通路，被称为自 锁触点，该电路由于具有启动、 保持及停车功能，叫做启-保-停 电路。
二、存储逻辑的出现
以上提到的例子都是简单的工业控制，实际的工业控制系统可能复杂 得多。例如有数十台电动机及电器构成的生产流水线，或者是多控制 回路的模拟量控制系统，各台电动机与电器间具有复杂的逻辑或并联 变化关系。这样的系统如果用继电器、接触器，大量的模拟量处理装 置，成千上万根导线和成千上万个接线点构成。这样的控制装置最大 的问题是容易出现故障，只要有一个电器运行不正常或一个接点出现 接触不良，系统就不能正常运行。也就是说，一经制成，功能就不能 改变，非常不利于产品的更新换代。 而在20世纪60-70年代，社会的进步要求制造业生产出小批量、多品 种、多规格、低成本、高质量的产品以满足市场的需要，这就需要经 常地改变生产机械的功能。加上当时电子技术已经有了一定的发展， 计算机技术已经初露端倪，人们受到计算机的存储器可以反复改写的 启发，开始寻求一种以存储逻辑代替接线逻辑的新型工业控制设备。 这就是后来的可编程控制器。
1.1 电器控制及传统工业控制设备
一、继电接触器及接线逻辑
电气控制，这里主要指工业电气控制，是一个内容十分广泛的概念。 电灯需要点亮或熄灭，电动阀门需要关闭或开启，电动机需要启动或 调速，这些都属于工业控制的范畴。针对一台电动机的最简单的的控 制可以如图1-1所示。
由图1-1所示，一只手动开关就可以实现电动机的 开启或停止，它也就是最简单的工业控制设备。 不过，实际工业现场的控制设备要比图1-1复杂， 因为即使是简单到控制一盏灯或控制一台电动机， 电路只有通电、断电的设备是不够的，至少还应 具有针对电路及用电器的保护电器。图1-2的电路 在图1-1的基础上增加了熔断器，既增加了短路保 护。但这还不够，当电动机容量比较大时，需要 接通及分断的电流较大，使用手动开关既不安全 又不可靠。这时可以使用电磁开关—接触器，作 为接通即断开电路的主要设备。
图1-3是CJ20系列交流 接触器的简单结构图。 由图可见，接触器是 由铁心、线圈、反力 弹簧、触头及灭弧罩 等组成。其中铁心、 线圈、及反力弹簧组 成接触器的操动机构， 触头也称触点，为接 触器的工作机构，灭 弧罩用来熄灭电路分 断时产生的电弧。
接触器的工作过程
当其线圈接入电源时，磁场力使动铁心向静铁心运动，带 动动触头向静触头运动从而利用触头的接触完成电路的接 通。而线圈断电时，在反力弹簧的作用下，铁心及触头则 恢复常态。这里的常态指线圈未通电时的状态。 依常态，触点可分为动合触电及动断触点。动合触电在线 圈通电时接通电路，也称为常开触点。动断触点在线圈通 电时开断，也称为常闭触点。触头依接通分断能力又可以 分为主触头及辅助触头。主触头通过电流能力强（主触头 通过电流的能力常用该电器的额定电流值表示），用于主 电路。辅助触头的额定电流一般为5A，用于控制电路。这 里要强调的是同一接触器的所有触头无论是主触头还是辅 助触头，在线圈充电或断电时都同时动作，且改变通断状 态。
稍复杂一些的使用接触器 的工业控制例子可以是三 相异步电动机的正反转控 制。因为正反转控制需要 换接电动机三相电源的相 序，需使用两台接触器。 如图所示是三相异步电动 机正反转控制电路。（a） 中可见主电路中的两台接 触器可分为正序及逆序两 种方式将电源接入电动机。 在控制电路（b）中每个 接触器的线圈构成控制电 路的一个支路，正转按钮 SB2用于接通正转接触器 KM1，反转按钮SB3用于 接通反转接触器KM2。
如图所示，为三相异步电动机 单相运转电路。与前两个图不 同的是，此图不是以实物而是 以图形符号及文字符号绘出的。 这种图即使电气工程中传统的 电气原理图。图中同一电气的 线圈及触点部件分绘在图的不 同部位，但属于同一电气的部 件用同一文字符号表示（如接 触器KM的线圈及主辅触点）。 配合接触器的使用，电路中选 用了启动按钮SB2及停止按钮 SB1，还增加了热继电器FR。 热继电器是一种过载保护装置， 它可以在电动机工作电流少量 的超过额定电流一定时间后自 动断开电路，从而保护电动机 的绝缘材料不至于过热损坏。
可编程控制器应用技术
课程性质与应用
《可编程控制器应用技术》是机械设计制 造及自动化专业的一门专业必修课，本课 程主要介绍可编程控制器的基本概念和原 理、基本编程方法和技术以及可编程控制 器的典型应用。本课程对于指导学生将来 从事机电控制系统设计，培养学生的专业 素质起着重要的作用。
课程要求及内容
Baidu NhomakorabeaF F
KM 1
FR SB1 SB3 KM 2( SB2 KM 1) FR SB1 SB2 KM 1( SB2 KM 2)
KM 2
在工业控制中，人们将只有按接通及断开 两种状态的物理量称为开关量。开关量控 制的电路都可以用逻辑表达式表示，因而 人们将这类控制叫做逻辑控制。将这种元 器件间以实际线路连接表达控制逻辑关系 的方式称为接线逻辑。 工业中还有另一种控制系统，称为模拟量 控制系统。系统中的一些控制量，不像开 关量那样非通既闭，只有两种状态，而是 在一定范围内依一定的规律连续变化。
有时根据控制需要我们还可以使用时间继 电器，时间继电器是一种具有延时功能的 电器，当其线圈通电或断电时，作为其工 作机构的触点就可以延时动作。 以上例子中涉及的电动机台数很少，更多 台用电设备的控制就需引入更多的接触器 及继电器。这种使用继电器、接触器等电 器构成的控制电路被称为继电接触器控制 系统。继电接触器控制在20世纪30-70年代 时世界上占统治地位的电气控制技术。
掌握可编程控制器的工作原理、基本结构及主要性能指标。 掌握CPM2A系列可编程控制器的工作原理、基本结构及主要性能指 标。 可编程控制器的程序设计 ①基本逻辑指令 ②定时器与计时器指令 ③顺序控制程序设计方法 ④掌握可编程控制器程序设计的基本方法 了解可编程控制器的编程实例 结合实例掌握可编程控制器程序设计的基本技术 可编程控制器的功能指令 了解可编程控制器的功能指令 可编程控制器的通信系统 结合应用实例学习掌握可编程控制器的典型应用，掌握可编程控制器控 制系统设计与调试的基本步骤与方法