电工学第四章(教案)

第四章 常用电动机三相异步电动机是各种生产机械的主要动力设备，仅在需要均匀调速的生产机械上，如龙门刨床、轧钢机床及某些重型机床的主传动结构，以及电力机车中才采用直流电动机。而要求恒速连续工作的大功率压缩机、水泵、风机则采用交流同步电动机。单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中。4.1 三相交流异步电动机的工作原理4.1.1 结构一、笼型1定子：三相异步电动机的固定部分称为定子，由机座、压装在机座内的圆筒形铁心以及三相定子绕组组成。2旋转部分称为转子，由转子铁心、转子绕组和转轴等组成。转子绕组的作用是产生感应电动势、流过电流和产生电磁转矩，笼型转子的每个转子槽中插入一根铜导条，在伸出铁心两端的槽口处，用两个短路铜环分别把所有导条的两端都焊接起来。如果去掉铁心，整个绕组的外形就像一个笼子，所以称为笼型转子。中、小型异步电动机一般都采用铸铝转子，把导线条、端环以及端环上风叶一起铸出，笼型电动机结构简单、价格低廉、工作可靠，使用、维护都很方便，所以应用极为广泛。3在定子和转子之间有一个很小的间隙，称为气隙。二、绕线型1绕线型转子的绕组和定子相似，是用绝缘导线嵌放在转子槽内，联结成星形的三相对称绕组，绕组的三个出线端分别接到转子轴上的三个滑环（环与环，环与转轴都互相绝缘），通过碳质电刷把电流引出来。绕线型转子的特点是可以通过滑环和电刷在转子绕组回路中接入附加电阻，用以改善电动机的启动性能，或调节电动机的转速。 4.1.2 铭牌数据 1. 型号：型号是电动机名称、类型、规格的代号，例如三相异步电动机系列代号有：Y为普通笼型异步电动机；YR为绕线型异步电动机；YB为防爆型异步电动机；YQ为高起动转矩异步电动机等等。机座长度代号有：S短机座；M中机座；L长机座。2. 额定功率:电动机在制造厂所规定的额定情况下运行时，所输出的机械功率，单位一般为千瓦（kW）。三相异步电动机的额定功率为： 式中和分别为额定情况下的效率和功率因数，为额定转矩（N-m），为额定角速度（弧度/s）3. 额定电压：是指电动机额定运行时，外加于定子绕组上的线电压，单位为伏（V）。一般规定电动机的工作电压不应高于或低于额定值的5%。当工作电压高于额定值时，磁通将增大，造成铁心过热并使定子电流大于额定电流，引起绕组过热。当工作电压低于额定值时，引起输出转矩减小，转速下降，定子电流增加，也使绕组过热，对电动机的运行是不利的。4. 接法：我国的低压供电线电压为380V，所以规定额定功率为4kW及以上的异步电动机，额定电压为380V，绕组为三角形联结。额定功率为3kW及以下的，额定电压为380/220V，绕组为Y/联结（即电源线电压为380V时，电动机绕组为星形连接；电源线电压为220V时，电动机绕组为三角形联结）。电动机的连接方法见图4.1.6所示，图中、分别为三相绕组的始端（头），、分别为相应绕组的末端（尾）。5. 额定电流：是指电动机在额定电压和额定输出功率时，定子绕组的线电流，单位为安（A）。根据式（4.1.1）可得额定电流计算式为 电动机定子电流与输出功率的关系见图4.1.7。图4.1.6 定子绕组的星形联接和三角形联接 图4.1.7 三相异步电动机的工作特性曲线 6. 额定频率：我国国内用的异步电动机规定的电源频率为50Hz。7. 额定转速：是指电动机在额定电压、额定频率下，输出额定功率时的转速，单位为转/分（r/min）。8. 额定效率：电动机在额定运行时的效率，是额定输出功率与额定输入功率的比值。即 一般电动机的额定效率约为75%92%。从图4.1.7中的曲线可以看出，在额定功率的75%左右是效率最高。9. 额定功率因数：电动机在额定运行时的功率因数。三相异步电动机的功率因数与输出功率的关系见图4.1.7。在额定负载时在0.70.9之间，而在空载时只有0.20.3。因此，必须避免电动机长期在轻载和空载下运行。4.1.3 旋转磁场1.旋转磁场的产生在的瞬时，定子绕组中的电流方向如图4.1.10（a）所示。这时，是负的，其方向与参考方向相反，即自V2到V1；是正的，其方向与参考方向相同，即自W1到W2。按右手螺旋定则可得到各个绕组电流所产生的合成磁场方向，是一个具有两个磁极的磁场，又称为一对磁极的磁场，其磁极对数p=1。在时，定子绕组中电流的方向和三相电流的合成磁场的方向如图4.1.10（b）所示，也是一个两极磁场。但这个两极磁场的空间位置和时相比，已按顺时针方向在空间转过了角。同理可得在及时的三相电流合成磁场，它比时的合成磁场在空间沿顺时针方向又分别转过了和。2. 旋转磁场的转向若三相电流出现正幅值的顺序为A、B、C，则旋转磁场旋转方向是U1-U2、V1-V2、W1-W2如果将同三相电源相联接的三个导线中的任意两根的对调一下，例如B与C两相对调，即将通入W1-W2、通入V1-V2，则旋转磁场的旋转方向为U1-U2、W1-W2、V1-V2，形成反转。3.旋转磁场的极数产生的旋转磁场具有一对极，即p=1。若定子有12槽，每相绕组有两个相同的线圈串联，则三相绕组的始端之间相差的空间角，产生具有两对磁极的旋转磁场，即p=2。如果要产生三对极，即p=3的旋转磁场，则定子要有18槽每相绕组必须有三个相同的线圈串联，每相绕组的始端之间相差。4. 旋转磁场的转速（r/min） 式中的又称为同步转速，因我国电网频率Hz,当电动机磁极对数p分别为1、2、3、4时，相应的同步转速分别为3000、1500、1000、750 r/min。4.1.4 转动原理1当三相定子绕组接至三相电源后，在电动机内产生旋转磁场。2转子导体逆时针方向切割磁通而产生感应电动势，由感应电动势产生了感应电流，所以这种电动机被称为感应电动机。 3转子绕组中的感应电流与磁场相互作用又产生电磁力F，其方向由左手定则决定。4各个载流转子导体在旋转磁场作用下受到的电磁力对转子转轴所形成的合成转矩称为电磁转矩T，由于T 的作用使电动机转子转动起来。电磁转矩与旋转磁场的转向是一致的。5电动机转子的转速n必须低于旋转磁场转速 。所以这种电动机称为异步电动机。6异步电动机的同步转速与转速n之差与同步转速之比称为转差率，用s表示，即 由于一般电动机的转速n0，故转差率在0到1的范围内，即0s1，常用的异步电动机，在额定负载时的额定转速很接近同步转速，所以它的额定转差率很小，约为0.01-0.07。【例题4.1.1】三相异步电动机的额定转速为n=1440r/min，电源频率为50Hz，试求电动机的极数和额定负载时的转差率。【解】电动机的额定转速n接近于而小于同步转速，与1440r/min最接近的同步转速为=1500r/min，与此相对应的磁极对数，则额定负载时的转差率为：=4.2 三相交流异步电动机的使用4.2.1 转矩特性2.电磁转矩当时，表示电动机处于额定运行状态，此时转子转速为额定转速，转矩为额定转矩，所输出的机械功率为额定功率。根据式（4.1.1）可得（W） 则 （4.2.8）式中的单位为Nm,的单位为W，的单位为r/min。若的单位以kW表示，则式（4.2.8）可改写为。电动机最大转矩与额定转矩之比称为过载系数。Y系列异步电动机的范围为1.82.2，当电动机负载转矩时为过载运行状态，在短时间内是允许的，但长期过载必然会使电动机因电流太大温度升高而损坏。当S=1，n=0时表示电动机处于起动状态，此时的转矩称为起动转矩或堵转转矩。起动转矩与额定转矩之比称为起动转矩倍数，表示电动机的起动能力，Y系列异步电动机的起动转矩倍数为1.62.2。4.2.2 机械特性 当负载转矩发生变化时，只要，则电动机可以自动调节，使电动机的电磁转矩重新适应负载的需要。例如，当负载转矩增加时，电动机的电磁转矩T不能马上改变，因而导致电动机的转速下降，随着转速的下降，电磁转矩T上升，直到，电动机在一个新的工作点上稳定下来，此点的转速，如图中所示，所以bc段为稳定工作区，一般异步电动机特性曲线的bc段较平坦，故在此区段内，负载转矩的变动引起的转速变化不大，这种特性成为硬机械特性。如果负载转矩突然增加，或电源电压突然降低使时，则电动机转速迅速下降，进入ab段，电动机的电磁转矩随转速的下降而减小，导致电动机迅速停止运转，这种现象称为堵转。堵转后，电动机中的电流立即升高为额定电流的数倍，如果没有保护措施及时切断电源，电动机将被烧毁。4.2.3 起动1. 起动性能电动机能够起动的条件是起动转矩必须大于负载转矩。电动机在接通电源瞬间，转子电路的感应电动势和感应电流为最大，这称为起动电流或堵转电流。一般中小型三相异步电动机的起动电流为额定电流的57倍。过大的起动电流会在电源线路上产生较大的电压降落，影响同一变压器供电的其它负载的正常工作。如果附近的大容量异步电动机起动时，电灯会突然变暗，电动机的电磁转矩也会突然下降，转速降低。另外，尽管电动机起动电流很大，但由于转子的功率因数很低，实际上电动机的起动转矩是不大的。所以异步电动机不能在满载下起动，因而一般机床的主电动机都是空载起动，起动后再切削工作。2. 起动方法（1）直接起动直接起动就是采用开关或接触器直接将额定电压加到电动机上。这种起动方法的优点是简单、经济和起动快。缺点是由于起动电流很大，起动瞬间会造成电网电压突然下降。一台电动机能否直接起动，要根据电力管理部门的规定，如果电动机和照明负载共用一台变压器供电，则规定电动机起动时引起的电网电压降不能超过额定电压的5%，一般在15kW以下的笼型异步电动机可以考虑直接起动。（2）Y换接降压起动降压起动的目的是为了减小电动机起动时的起动电流对电网的影响，其方法是在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机转速接近稳定时，再把电压恢复到正常值。由于电动机的转矩与电压平方成正比，所以降压起动时转矩亦会相应减小，目前降压起动的主要方法为星三角（Y）换接起动，其适用条件是正常运行时定子绕组为联接的笼型异步电动机，图4.2.6为Y换接起动原理电路。在起动时，先将开关合上接通三相电源，然后将开关向下闭合，使电动机的定子绕组为星型联结，这时每相绕组上的起动电压只有它的额定电压的，当电动机到达一定转速后，迅速把开关向上闭合，定子绕组转换成三角形联结，使电动机在额定电压下运行。这种起动方式的电动机起动线电流和起动转矩都降低到直接起动时的,因此只能在空载情况下起动。（3）软起动法采用软起动控制器和电动机串联如图4.2.7所示，在电动机起动过程中，软起动控制器可按用户期望的起动特性，对电动机进行限流起动或限压起动，使其平滑可靠地完成起动。限流起动模式的起动过程如图4.2.8所示。在电动机起动时，软起动控制器的输出电流从零迅速增加，直到输出电流达到设定的电流限幅值 ，然后电压逐渐升高，电动机逐渐加速，最后达到稳定工作状态，输出电流为负载电流。电流限幅值可根据实际负载情况设定为（0.54）。由图可见，在负载一定时，选的小，起动时间长；反之，起动时间短。限压起动模式的起动过程如图4.2.9所示。在电动机起动时，软起动控制器的输出电压从较小的开始逐渐升高至额定电压。其初始电压及起动时间可根据负载情况和工艺要求设定，以获得满意的电压上升率，使电动机平滑地起动，避免电动机对负载的转速冲击及力矩冲击，并使对电网电压的冲击最小。电动机停车时，可直接断电停车，也可利用软起动控制器使输出电压逐渐平滑地减小至零，使电动机无机械应力地缓慢停车。软起动控制器还兼有对电动机的过流、过压、过载和缺相等保护功能。因此得到日益广泛地应用。（4）转子串接电阻起动绕线型电动机可以采用在转子回路中串电阻的起动方法，如图4.2.10所示。这样既可以限制起动电流，同时又增大了起动转矩。因此对要求启动转矩较大的生产机械，例如起重机、锻压机等常采用绕线型电动机拖动。电动机起动结束后，随着转速的上升将起动电阻逐段切除。4.2.4 调速电动机的调速就是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，使电动机的转速发生改变，以满足不同生产过程的要求。由异步电动机的转速公式：可见，改变异步电动机转速的方法有：改变转差率s、改变磁极对数p和改变电源频率。下面分别进行讨论：1. 改变磁极对数调速由式=可知，如果磁极对数p减小一半，则旋转磁场的转速将提高一倍，转子转速n差不多也提高一倍。因此改变p可以得到不同的转速。如何改变磁极对数，取决于定子绕组的布置和联接方式。笼型多速异步电动机的定子绕组是特殊设计和制造的，可以通过改变外部联接的方式来改变磁极对数p，以达到调节转速的目的。常见的多速电动机有双速、三速、四速几种，是有级调速。2. 改变转差率调速只要在绕线型电动机的转子电路中接入一个调速电阻（和起动电阻一样接入），改变电阻的大小，在负载转矩不变时，就可得到平滑调速。譬如增大调速电阻时，转差率s上升，而转速n下降。这种调速方法的优点是设备简单、投资少，缺点是功率损耗较大，运行效率较低，这种调速方法广泛应用于起重设备中。3. 变频调速变频调速是通过改变笼型异步电动机定子绕组的供电频率来改变同步转速而实现调速的。如果能均匀地改变供电频率，则电动机的同步转速及电动机的转速n均可以平滑的改变。在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，其特点是调速范围大、稳定性好、运行效率高。目前已有多种系列的通用变频器问世，由于使用方便，可靠性高且经济效益显著，得到了广泛地应用。近年来变频调速技术发展很快，目前主要采用如图4.2.11所示的通用变频调速装置，它主要由整流器和逆变器两大部分组成。整流器先将频率f为50Hz的三相交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率可调、电压有效值也可调的三相交流电，供给三相笼型电动机。由此可得到电动机的无极调速，并具有较好的机械特性。4.3 三相交流异步电动机的控制4.3.1 控制电器异步电动机的起动、反转、调速等运行状态都是由开关、接触器、继电器的触点及线圈联接成控制电路，通过控制电动机与电源的通断以及变更其接线方式来实现的，这种控制方式称为继电接触器控制。以下首先介绍一些主要的控制电器，然后介绍最简单的控制电路。1. 按钮按钮用来接通或断开控制电路（其中电流很小），从而控制电动机或其他电器设备的运行。其结构如图4.3.1所示。将按钮按下时，下面一对原来断开的静触点被动触点接通，以接通某一控制电路，该触点称为动合（常开）触点。上面一对原来接通的静触点则被断开，以切断另一控制电路，该触点称为动断（常闭）触点。松开按钮时，动触点在弹簧下自动回复到原来位置（称为复位）。2. 熔断器熔断器俗称保险丝，是最简便的而且有效的短路保护电器。它主要由熔体及安装熔体的绝缘座等部件组成，图4.3.2是常用的几种熔断器的结构。熔断器在使用时应与它所保护的电路串联。如果该电路一旦发生短路等故障时，只要通过熔体的电流超过某一定值，在一定时间内熔体将因过热而熔断，从而使电路断开，保护了线路及电器设备。图4.3.1 按钮的结构 图4.3.2 熔断器的结构3. 自动空气断路器自动空气断路器也叫自动开关，用于500V以下的交直流供电电路。其一般原理图如图4.3.3所示。图4.3.3 自动空气断路器的原理图断路器的主触点由手动操作结构使之闭合，并被锁钩锁在合闸的位置。如果电路中发生过流及短路故障，则过流脱扣器线圈将产生较强的电磁吸力使脱扣机构中的锁钩脱开，主触点在释放弹簧的作用下迅速分断电路。如果电路中电压严重下降或断电时，欠压脱扣器的衔铁就被释放而使主触点断开，实现了失压保护。当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作。4. 交流接触器交流接触器是利用电磁力来接通和断开主电路的执行电器。常用于电动机、电炉等负载的自动控制及远距离控制。图4.3.4是交流接触器的主要结构。当吸引线圈两端施加额定电压时，产生电磁力，将动铁心（上铁心）吸下，动铁心带动动触点一起下移，使动触点和静触点闭合接通电路，当线圈断电时，铁心失去电磁力，动铁心在复位弹簧的作用下复位，触点恢复常态。交流接触器有三对动合主触点和若干对辅助触点，主触点可以通过较大电流，用在主电路中控制三相负载，辅助触点用在电流较小的控制电路中。图4.3.4 交流接触器的结构5. 热继电器热继电器是用于交流异步电动机过载保护的，它利用电流的热效应而动作，其结构原理如图4.3.5所示。把低电阻的热元件传戒在电动机的主电路中，当热元件中通过的电流超过其整定值而过热一段时间后，由于双金属片的上面一层金属的膨胀系数小，而下面的大， 图4.3.5热继电器的原理图因而受热后便向上弯曲，使扣板脱扣，扣板在弹簧的拉力下将动断触点断开，使控制电动机的接触器线圈断电，从而断开电动机主电路，待热元件冷却后，按下复位按钮就可把热继电器复位，重新起动电动机。现在生产的热继电器都具有三组热元件，且具有断相保护功能，即在三项电流严重不平衡甚至断开一相的情况下，其机械结构亦能使扣板脱扣将动断触点断开，保护了电动机因断相造成二相电流过载而脱环的情况。6. 电磁继电器电磁继电器是由电磁铁带动触点动作的控制电器。其结构类似于交流继电器，只是电磁系统及触点小一些，而触点数量较多，较常用的有中间继电器，时间继电器等。中间继电器具有48对触点，在控制电路用来扩展控制路数及使输入电路与触点所控制的输出电路隔离。时间继电器的线圈通电吸合后，要经过一段延时时间才使触点动作（通电延时）；或是线圈断电放开后，再经过一段延时时间才使触点复原（断电延时），继电器的延时功能一般是由机械结构完成的。继电接触器控制系统中常用电机、电器的图形符号参见表4.3.1。4. 3. 2 直接起动控制在阅读控制电路时应注意，在原理线路图中，通常把整个线路分为主电路和控制电路两部分。主电路是从电源进线到电动机的联接线路，由空气开关、熔断器、接触器主触点、热继电器热元件组成，其工作电流较大。控制电路是由各种控制电器及其部件（如按钮、继电器的触点和线圈、接触器的辅助触点和线圈等）和信号灯等组成。同一个控制电器中起不同作用的部件应画在不同的电路中，然后用同一个文字符号标注，以说明它们是同属于一个控制电器 1. 三相异步电动机的点动控制电路点动控制是直接用按钮控制电动机的起动及停车，其控制原理图如图4.3.6所示。图的左边为主电路，由三相电源开始，经空气开关Q、熔断器FU、接触器KM的主触点到电动机构成。右边虚线框内为控制电路，由三相电源的一相开始，经按钮SB、接触器KM的线圈回到三相电源的另一相。工作时，首先合上空气开关Q，这时电动机不会运转。当按下按钮SB时，接触器KM的线圈通电产生电磁力，将三个动合主触点吸合，使电动机通电运转。松开按钮SB，接触器KM的线圈断电失磁，主触点断开，电动机断电停车，主电路中熔断器FU的作用是电动机的短路保护。2. 三相异步电动机的直接起动控制电路图4.3.7是中、小容量笼型电动机直接起动的控制线路，其中用了空气开关Q、交流接触器KM、按钮SB、热继电器FR及熔断器FU等控制电器。工作时先将空气开关Q闭合，引入电源，当按下起动按钮(动合触点)时，交流接触器KM的线圈通电，动铁心被吸合，将三个主触点(动合触点)闭合，使电动机通电起动。当松开时，按钮触点恢复到原来断开位置，但是由于与并联的交流接触器KM的辅助触点(动合触点)和主触点同时闭合，因此接触器线圈的电路仍然接通，而使接触器触点保持在闭合的位置。这个辅助触点称为自锁触点，起到使电动机能长时间运行的自锁作用。如按停止按钮(动断触点)，则将接触线圈的电路切断，动铁心和触点恢复到断开的位置，电动机停车。上述控制电路除具有对电动机实行远距离的起动、停车控制功能外，还具有短路保护、过载保护、失压和欠压保护作用。除空气开关本身带有短路、过载、保护功能外，电路中一旦发生短路事故，熔断器FU亦立即熔断，主电路和控制电路都失去电压，电动机马上停转。起过载保护作用的是热继电器FR。当电动机过载时，它的发热元件发热促使其常闭触头断开，因而接触器线圈断电，主触头断开，电动机停转。起失压和欠压保护作用的是交流接触器KM。当电源停电或者由某种原因使电源电压降低过多（欠压）时，接触器线圈电流将消失或减小，电磁力吸不住铁心，使电动机断开电源。当电源电压恢复时，如不重新按下起动按钮，电动机就不会自行启动（因自锁触点也是断开的），避免了发生事故；另外可以保证异步电动机不再电压过低的情况下运行，避免发生过电流。如果把上述控制线路中的接触器、热继电器以及熔断器等组装在一个防护壳中，则这个组合体称为磁力起动器。*4. 3. 3 正反转控制要改变三相异步电动机的转向，只须将电动机连接到电源的三根相线中的任意两根对调，改变通入电动机的三相电流相序，使旋转磁场转向变反。为此，只要用两个交流接触器就能实现这一要求，如图4.3.8（a）所示。当正转接触器工作时，电动机正转；当反转接触器工作时，由于对调了两根电源相线，所以电动机反转。由图可见，如果两个交流接触器同时吸合，它们的主触点都闭合，必将造成电源短路。为了保证两个接触器不同时工作，在控制电路中，每个接触器线圈串接了对方接触器的动断辅助触点和，即把正转接触器的一个动断辅助触点串接在反转接触器的线圈电路中，而把反转接触器的一个动断辅助点串接在正转接触器的线圈电路中。这两个动断触点称为联锁触点。这样一来，当按下正转起动按钮时，正转接触器线圈通电，主触点闭合，电动机正转。与此同时，联锁触点断开了反转接触器的线圈电路。因此，即使误按了反转起动按钮，反转接触器也不能动作。在同一时间里的两个接触器中只允许一个吸合的控制作用称为互锁作用。在图4.3.8（a）线路中，如果在正转过程中要求反转，必须先按停止按钮，让联锁触点闭合后，才能按反转起动按钮使电动机反转，这样就很不方便，为此可以采用复合按钮通过触点动作的先后不同进行按钮互锁。在图4.3.8（b）中每一个复合按钮都有一对动合触点和一对动断触点，两个起动按钮的动断触点分别与对方的接触线圈串联。当按下正转起动按钮时，它的动断触点先断开反转接触器的线圈，再接通正转接触器线圈；同样当按下反转起动按钮时，它的动断触点先断开正转接触器的线圈，再接通反转接触器线圈。因此，再改变电动机转向时可以不必先按停止按钮，只要按下相应的另一起动按钮即可。如果两种互锁方式同时采用，构成双重互锁相互制约的工作方式则控制更为可靠。在正反转控制电路中，短路保护、过载保护、失压和欠压保护所用的电器和保护原理都和直接起动控制电路相同。4. 3. 4 可编程控制简介继电接触器控制是传统的工业控制模式，它把继电器触点及线圈按一定的控制逻辑关系联接成控制线路，控制接触器通断，然后由电动机或电磁装置带动机构运动。但由于继电器本身占一定体积并消耗电能，经常会出故障，加上接线固定，使变更控制逻辑比较困难。所以应用在复杂的控制系统中可靠性、灵活性都比较差。现代控制系统中普遍采用可编程控制，它采用可编程控制器把复杂的继电器控制逻辑转换为由中央处理器、输入变换器、输出变换器及用户程序进行处理的开关量控制逻辑，实现了硬件逻辑的软件化。不仅克服了传统继电接触器控制的弊病，而且在控制器中还可以实现数值运算、与计算机联网通信、模拟量输入、模拟量输出等功能。1. 可编程控制器可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC ）的组成框图如图4.3.9所示，图中外部控制信号由按钮及各种开关输入，经过中央处理器按一定的程序处理以后，通过输出接口向各种输出设备如接触器电磁线圈、电磁阀、指示灯发出动作信号。而在内部的存储器图4.3.9 PLC的硬件系统结构图中存有固定的控制器运行监控、自检等各种功能的系统管理和监控程序，又有由用户编写的用编程器输入的用户程序。用户程序可以根据现场情况随时修改增删。在设计可编程控制系统时只要根据现场控制需要确定输入信号点数，输出信号点数（I/O点数），然后根据点数选定标准的PLC产品，把所用的输入开关元件按产品说明接到输入端子，把所用的输出执行元件接到输出端子，并注意执行元件电源电压要统一。不同的控制系统其I/O点数及输入输出元件是不一样的，但硬件连接的模式却是相似的，这就体现出硬件连接的标准化。2. 可编程控制器的编程可编程控制系统的控制功能是由用户程序实现的，为了便于与继电接触器控制衔接，PLC编程采用了类似于继电器触点控制线路的梯形图方式，而且在PLC内部具有大量的软中间继电器，延时继电器、保持继电器、数据存储器可供选用，替代了传统控制系统中的大量硬件（继电器实物），而且同一个软继电器有无数个触点可供使用，不像实际继电器的触点数是有限的，这样就通过编程实现很复杂很庞大的控制系统。以下就4.3.3节中介绍的一般电动机正反转控制为例说明PLC的接线和编程。其外部接线如图4.3.10所示。图中把图4.3.8线路中的正、反、停控制按钮、分别接入输入点X400、X401、X402，热继电器FR接入输入点X403，均采用动合触点输入。正、反转接触器、的线圈分别接入输出点Y431、Y432，并由外接的交流电源驱动。参照图4.3.8（b）的控制线路可画出相应的梯形图如图4.3.11所示。图中动合触点用符号表示，动断触点用符号表示，继电器线圈用表示。图4.3.10 PLC正反转控制的外部接线图 图4.3.11 正反转控制梯形图为了便于用手持式编程器的键盘输入，每个图形符号与一定的指令对应，指令符号通常由助记符号、代号及数据二部分组成，以下介绍三菱公司的系列的PLC的部分其基本指令。（1）LD、LDI指令 分别为与公共母线连接的动合触点和动断触点。应用在每一行梯形图的起始端。（2）AND、ANI指令 分别为与前面的触点相串联的动合触点和动断触点。（3）OR、ORI指令 分别与前面的触点相并联的动合触点和动断触点。（4）OUT指令 表示继电器、接触器线圈，应用在每一行梯形图回路的结束端。（5）END指令 表示整个梯形图程序的结束。PLC将回复到梯形图起始端重复执行程序。PLC一般对梯形图循环扫描一周的时间约为几ms几十ms，就一般工业控制而言，其实时性已经满足要求。以下列出与上述梯形图相对应的指令表序号 助记符 I/O代号 序号 助记符 I/O代号 序号 助记符 I/O代号00 LD X400 05 ANI X403 10 ANI Y43101 OR Y431 06 OUT Y431 11 ANI X40201 ANI X401 07 LD X401 12 ANI X40303 ANI Y432 08 OR Y432 13 OUT Y432 04 ANI X402 09 ANI X400 14 END