电气控制与可编程控制器技术
第一章
１.什么是电器？电器的功能是什么？
电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量）和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的电气元件或设备。电器的控制作用就是手动或自动地接通、断开电路，“通”称为“开”，“断”也称为“关”。因此，“开”和“关”是电器最基本、最典型的功能。  
２.什么是吸力特性？电磁机构的电磁吸力F与气隙δ的关系曲线称为吸力特性。

交流电磁机构的吸力特性 直流电磁的犀利特性  反力特性吸力特性和反力特性
3.什么是反力特性？电磁系统的反作用力与气隙的关系曲线称为反力特性。
4.反力特性与吸力特性的配合？
为了保证使衔铁能牢牢吸合，反作用力特性必须与吸力特性配合好，如图所示。在整个吸合过程中，吸力都必须大于反作用力，即吸力特性高于反力特性，但不能过大或过小，吸力过大时，动、静触头接触时以及衔铁与铁心接触时的冲击力也大，会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头的熔焊或烧毁，影响电器的机械寿命；吸力过小时，会使衔铁运动速度降低，难以满足高操作频率的要求。因此，吸力特性与反力特性必须配合得当 ，才有助于电气性能的改善。
5.单相交流电磁机构为什么会产生震荡和噪声？怎么消除震荡和噪声？电路环怎么消除震荡和噪声？
1，由于单相交流电磁机构上铁心的磁通是交变的，故当磁通过零时，电磁吸力也为零，吸合后的衔铁在反力弹簧的作用下将被拉开，磁通过零后电磁吸力又增大，当吸力大于反力时，衔铁又被吸合。这样，交流电源频率的变化，使衔铁产生强烈振动和噪声2，交流电磁机构铁心端面上安装一个铜制的短路环。短路环包围铁心端面约2/3的面积，来消除震荡和噪声。3，当交变磁通穿过短路环所包围的截面积S2在环中产生涡流时，根据电磁感应定律，此涡流产生的磁通Φ2 在相位上落后于短路环外铁心截面S1中的磁通Φ1 ，由Φ1、Φ2产生的电磁吸力为F1、F2 ，作用在衔铁上的合成电磁吸力是F1+ F2，只要此合力始终大于其反力，衔铁就不会产生振动和噪声。 
6.触头接触形式有哪几种？
触头按其接触形式可分为点接触、线接触  和面接触三种
 

 

点接触 线接触 面接触
7.常用的灭弧装置有哪几种？电动力吹弧 磁吹灭弧 栅片灭弧
8.什么是继电器？继电器的工作原理是什么？
继电器是一种根据某种输入信号的变化，使其自身的执行机构动作的自动控制电器。当感应元件中的输入量（如电压、电流、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制电路。 
9.主令电器的定义是什么？都有什么类型？
主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器，它可以直接作用于控制电路，也可以通过电磁式电器的转换对主电路实现控制，其主要类型有按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器、脚踏开关等。 
10.按钮由复合按钮，它由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成。
11.什么是行程开关?
行程开关主要用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程长短。行程开关也称位置开关。
12.什么是接触器？
接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。
13.接触器的作用和工作原理是什么？
在线圈上施加交流电压后，铁心中产生磁通，该磁通对衔铁产生克服复位弹簧拉力的电磁吸力，使衔铁带动触头动作。触头动作时，常闭先断开，常开后闭合。主触头和辅助触头是同时动作的。当线圈中的电压值降到某一数值时，铁心中的磁通下降，吸力减小到不足以克服复位弹簧的反力时，衔铁就在复位弹簧的反力作用下复位，使主触头和辅助触头的常开触头断开，常闭触头恢复闭合。这个功能就是接触器的失压保护功能。 
第二章．
第二节．电气控制的基本控制环节 
一、启动电动机和自锁环节
短路保护FU1、过载保护、欠压和零压保护KM自锁。
二、互锁控制和顺序起动的定义是什么？
互锁控制是指生产机械或自动生产线不同的运动部件之间互相联系又互相制约，又称为联锁控制。1互锁也可以起到顺序控制的作用，称为顺序联锁控制。2互锁可以起到两个接触器不同时工作的互斥作用，成为互斥联锁控制。
 

 

 

 

 

 

 

(a)顺序起动顺序停止控制线路      (b)简化电路
（a）（b）为两台电机电机顺序气动控制电线路和不同时接通控制线路

 

 

 

 

 

 

 

简单的启停保护控制电路          (c)三地控制的控制电路
三，多地点控制线路原则：常开启动按钮要并联，常闭停止按钮应串联。
三相异步电动机有几种启动方式？
全压直接起动方式和降压起动方式。 单向长东控制线路实现对电动机的起动、
停止的自动控制。单向长动控制的电路图即为前图所示的起、保、停电路。  
单向点动控制线路
点一下，动一下，不点则不动。
电动机的可逆运行 有“正—停—反”手动控制电路与“正—反—停”手动控制电路。

 

 

 

 

 

 

正停反手动控制电路             正反停手动控制电路    
第五章
PLC的定义？
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
PLC的特点？
（一）可靠性高，抗干扰能力强 （二）配套齐全，功能完善，适用性强
（三）易学易用，深受工程技术人员欢迎（四）系统设计周期短,维护方便,改造容易（五）体积小，重量轻，能耗低
PLC的应用领域？
（一）开关量的逻辑控制（二）模拟量控制（三）运动控制（四）过程控制
（五）数据处理（六）通信及联网
PLC的组成？
（一）中央处理器（CPU） （二）存储器（三）输入输出接口I／O接口
（四）电源与编程设备
可编程控制器的软件包含系统软件和应用软件二大部分
1、系统软件　系统软件包含系统的管理程序，用户指令的解释程序，另外还包括一些供系统调用的专用标准程序块等。系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配、存储空间分配管理、及系统自检等工作。
2、应用软件　应用软件也叫用户软件。是用户为达到某种控制目的，采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序。
ＰＬＣ的编程语言有哪三种？
梯形图，指令表，顺序功能图，功能块图，结构文体
PLC系统正常工作时要完成如下的任务：
1.计算机内部各工作单元的调度、监控;2. 计算机与外部设备间的通讯；
3.用户程序所要完成的工作。
这些工作都是分时完成的。每项工作又都包含着许多具体的工作，以用户程序的完成来说又可分为以下三个阶段。
1、输入处理阶段也称输入采样阶段。在这个阶段中，可编程序控制器读入输入口的状态，并将它们存放在输入数据暂存区中。在输入处理阶段之后，即使输入口状态有变化，输入数据暂存区中的内容也不变，直到下一个周期的输入处理阶段，才读入这种变化。2、程序执行阶段在这个阶段中，PLC根据本次读入的输入数据，依用户程序的顺序逐条执行用户程序。执行的结果均存储在输出状态暂存区中。3、输出处理阶段也叫输出刷新阶段。这是一个程序执行周期的最后阶段。PLC将本次用户程序的执行结果一次性地从输出状态暂存区送到各个输出口，对输出状态进行刷新。

第六章
一）输入输出继电器[X/Y]
输入与输出继电器的地址号是指基本单元的固有地址号和扩展单元分配的地址号，为八进制编号。
输入端是PLC接收外部开关信号的端口,与内部输入继电器之间是采用光电绝缘电子继电器连接的，有无数个常开、常闭触点，可以无限次使用，但输入继电器不能用程序来驱动。
输出端是PLC向外部负载发送信号的端口，与内部输出继电器（如继电器、双向晶闸管、晶体管）连接，输出继电器也有无数个常开、常闭触点，可以无限次使用。可编程控制器内部输入输出继电器与外部端子的功能与作用见图6-7所示。 
 

 

 

 

 

 

 

图6-7可编程控制器内部输入输出继电器与外部端子的功能与作用 

可编程控制器在执行程序中，采用的是成批输入输出方式（也称刷新方式），其过程如图6-8所示。输入滤波器与输出元器件的驱动时间及运算时间会造成响应滞后，但可以调节输入滤波时间。
（1）输入处理   PLC在执行程序前，将可编程控制器的整个输入端子的ON／OFF状态读入到输入数据存储器中。
在执行程序中，即使输入变化，输入数据存储器的内容也不变，而要在下一个周期的输入处理时，才读入这种变化。 
2）程序处理  PLC根据程序存储器中的指令，从输入数据存储器和其它软组件的数据存储器中读出ON／OFF状态，从0步起进行顺序运算，将结果写入数据存储器。                   
各软组件的数据存储器会随着程序的执行逐步改变其内容。输出继电器的内部触点根据输出数据存储器的内容执行动作。
（3）输出处理   所有命令执行结束时，向输出锁存存储器传送输出数据存储器的ON／OFF状态，作为可编程控制器的实际输出。
第三节  FX2N系列PLC的基本指令及应用
FX2N系列可PLC有基本（顺控）指令27种，步进指令2种，应用指令128种,298个。本节将介绍基本指令。
（1）、逻辑取及线圈驱动（LD、LDI、OUT）指令
 

 

 

 

 

（2）、触点串联（AND、ANI）指令

语句步指令   元素          说明 
  0           LD      X002   
  1           AND   X000      串联触点
  2           OUT   Y003
  3           LD      Y003
  4           ANI     X003 　 串联触点    
  5           OUT    M101
  6           AND    T1　　 串联触点
  7           OUT    Y004     纵接输出 
（3）触点并联（OR、ORI）指令
 

 

 

 

 

 

（4）串联电路块的并联（ORB）指令
 

 

 

 

 

（5）并联电路块的串联（ANB）指令

第四节 编程规则及注意事项
一、梯形图的结构规则
（1）规则（3）不包含触点的分支应放在垂直方向，不可水平方向设置，以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径，如下图所示
 

 

 

 

图6-56  规则（3）说明
（2）如果有几个电路块并联时，应将触点最多的支路块放在最上面。若有几个支路块串联时，应将并联支路多的尽量靠近左母线。这样可以使编制的程序简洁明，指令语句减少。如下图所示

 

（3）遇到不可编程的梯形图时，可根据信号流向对原梯形图重新编排，以便于正确进行编程。图6－58中举了几个实例，将不可编程梯形图重新编排成了可编程的梯形图。

 

 

 

 

 

 

 

 

第五节　常用基本环节的编程
一、三相异步电动机单向运转控制：启－保－停电路单元
三相异步电动机单向运转控制电路在电气控制部分已经介绍过。现将线路图转绘于图6－61中。图（a）为PLC的输入输出接线图，从图中可知，启动按钮SB1接于X000输入点，停车按钮SB2接于X001，交流接触器KM接于输出点Y000，这就是端子分配图，实质是为程序安排代表控制系统中事物的机内组件。b）图是启－保－停单向控制梯形图。它是将机内组件进行逻辑组合的程序，也是实现控制系统内各事物间逻辑关系的体现。
 

 

 

 

 

启－保－停单向控制电路是梯形图中最典型的单元，它包含了梯形图程序的全部要素。它们是：
（1）事件　每一个梯形图支路都针对一个事件。事件用输出线圈（或功能框）表示，本例中为Y000。
（2）事件发生的条件　梯形图支路中除了线圈外还有触点的组合，使线圈置1的条件即是事件发生的条件，本例中为启动按钮使XO00置1。
（3）事件得以延续的条件　触点组合中使线圈置1得以保持的条件是与XO00并联的Y00O自锁触点闭合。
（4）使事件终止的条件　即触点组合中使线圈置1中断的条件。本例中为X001常闭触点断开。
二、三相异步电动机可逆运转控制：互锁环节
在上例的基础上，如希望实现三相异步电机可逆运转。只需增加一个反转控制按钮和一个反转接触器KM2即可。PLC的端子分配与及梯形图见图6－62。梯形图设计可以这样考虑，选二套启－保－停电路，一个用于正转，（通过Y000驱动正转接触器KM1），一个用于反转（通过Y001驱动反转接触器KM2）。考虑正反转二个接触器不能同时接通，在二个接触器的驱动支路中分别串入对方接触器的常闭触点（如Y000支路串入Y001常闭触点; Y001支路串入Y000常闭触点），这样当正转方向的驱动组件Y000接通时，反转方向的驱动组件Y001就不能同时接通。这种二个线圈回路中互串对方常闭触点的结构形式叫做“互锁”或“联锁”。  
 

 

 

 

 

三、二台电机延时启动的基本环节
二台异步电动机，一台启动10s后第二台启动，运行后能同时停止。欲实现这一功能，给二台电机供电的二个交流接触器要用PLC的二个输出口。由于是二台电机延时启动，同时停车，用一个启动按钮和一个停止按钮就够了，但延时需一个定时器。梯形图的设计可以依以下顺序进行:首先绘二台电机独立的启－保－停电路，第一台电机使用启动按钮启动，第二台电机使用定时器的常开触点延时启动，二台电机均使用同一停止按钮，然后再解决定时器的工作问题。由于第一台电机启动10s后第二台电机启动，因此第一台电机启动是计时起点，因而要将定时器的线圈并接在第一台电机的输出线圈上。本例的PLC端子分配与接线情况与图6-62（a）相同，梯形图绘于图6－63中。
 

 

 

 

四、定时器的延时扩展
定时器的计时时间都有一个最大值，如100ms的定时器最大计时时间为3276.7s。若
工程中所需的延时时间大于选定的定时器最大定时数值时，最简单的延时扩展方法是采用定时器接力计时，即先启动一个定时器计时，计时时间到时，用第一个定时器的常开触点启动第二个定时器，再使用第二个定时器启动第三个……。记住，要应用最后一个定时器的触点去控制最终的控制对象。图6－64梯形图就是定时器接力延时的例子。
 

 

 

 

另外也可以利用计数器配合定时器获得长延时，如图6－65。图中常开触点X000闭合是梯形图电路的执行条件，当X000保持接通时电路工作。在定时器T1的支路中接有定时器T1的常闭触点，它使定时器T1每隔10s复位一次。T1的常开触点每10秒接通一个扫描周期，使计数器C1计一个数，当C1计到设定值时，将控制对象Y010接通。从X000接通为始点的延时时间就是：定时器的时间设定值×计数器的设定值。X001是计数器C1的复位条件。
五、定时器构成的振荡电路
上面图6-65的梯形图实际上是一种振荡电路，产生的脉冲宽度为一个扫描周期，周期为10秒（即定时器T1的设定值）的方波脉冲。这个脉冲序列是作为计数器C1的计数脉冲的。当然，这种脉冲还可以用于移位寄存器的移位等其它场合
【例1】用PLC实现对通风机的监视。
用PLC设计一个对三台通风机选择运转装置进行监视的系统。如果三台风机中有二台在工作，信号灯就持续发亮；如果只有一台风机工作，信号灯就以1Hz的频率闪光；如果三台风机都不工作，信号灯就以10Hz频率闪光；如果选择运转装置不运行，信号灯就熄灭。
对PLC机内器件安排如表6-38所示。 
表6-38  器件安排表

输入器件	输出器件	其它机内器件
X000：风机1 （接触器的常开触点）	Y400：信号灯	M100：至少2台风机运行， 其信号为1
X001：风机2 （接触器的常开触点）		M101：当无风机运行时， 其信号为1
X002：风机3 （接触器的常开触点）		M8013：1Hz脉冲发生器 (1s周期振荡)
X003：运转选择开关		M8012：10Hz脉冲发生器   (0.1s周期振荡)

根据以上要求，条件信号有三个，即：
①三台风机中至少有二台在运行,这时有3种逻辑组合关系,如图6-67(a) 所示;
②只有一台风机在运行,逻辑关系如图6-67(b)所示;
③没有风机在运行,当这种逻辑至少有一种满足，信号灯发光,如图6-67(c)所示。
由以上三种逻辑关系可以绘出风机监视系统的梯形图如图6-68所示。
 

 

 

 

 

 

 

【例3】　三台电机的循环启停运转控制
三台电机接于Y001、Y002、Y003。要求它们相隔5s启动，各运行10s停止。并循环。根据以上要求。绘出电机工作时序图如图6－70所示。 
 

 

 

分析时序图，不难发现输出Y001、Y002、Y003的控制逻辑和间隔5s一个的“时间点”有关，每个“时间点”都有电机启停。因而用程序建立这些“时间点”是程序设计的关键。因本例时间间隔相等，“时间点”的建立可借助振荡电路及计数器。设X001为电机运行开始的时刻。让定时器T1实现振荡。再用计数器C0、C1、C2、C3做为一个循环过程中的时间点。循环功能借助C3对全部计数器的复位实现。“时间点”建立之后，用这些点来表示输出的状态就十分容易了。设计好的梯形图如下图所示 。