清华大学电工技术课件1417

海南风光第14讲第8章交流电动机单相异步电动机8.4 单相异步电动机一、单相异步电动机的工作原理结构：定子放单相绕组（其中通220V单相交流电）转子一般用鼠笼式。定子转子定子绕组220VNS 当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。在电流正半周在电流负半周？转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方 向继续转动。其原理分析如下：定子绕组产生的脉动磁场（），可用正、反两个旋转磁场合成而等效。即：+-tm=+-=m/2脉动磁场的分解-+-正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩起动转矩为零。（正向）（反向）正转转反电容分相式起动二、单相异步电动机的起动KDCWSTW:主绕组（工作绕组）ST：启动绕组K：离心开关AXAXWSTAXAXKDCWST接近90电容分相式单相异步 电动机起动原理KDCWSTAXAX WSTAXAXt=t0NSt=t0WSTAXAXNSWSTAXAXNSt=t1磁场逆时针方向旋转t=t0t=t1启动时开关K闭合，使两绕组电流相位差约为90，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。工作原理KDCWSTAXAX罩极式单相电机定子磁极转子短路环 定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。图中电机的转动方向：顺时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。三、单相电机的使用 三相异步电动机的单相运行 三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。海南风光第15讲第9章直流电动机 第9章 直流电动机 9.1 概述9.2 工作原理9.3 电枢电动势及电压平衡关系9.4 电磁转矩9.5 机械特性9.6 直流电动机的调速9.7 直流电动机的使用和额定值9.1 概述与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。直流电机的优点：（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。应用：（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具9.2 工作原理 一、工作原理 U+NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈II注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+NS电刷换向片IIFFU+NS电刷换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。直流发电机用右手定则判感应电动势Ea的方向U+NSEEIa电枢绕组电阻Ra感应电动势输出电压二、直流电机的构成直流电机由定子、转子和机座等部分构成。机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机结构1.转子（又称电枢）由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。2.定子定子的分类：永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。M他励UfIfIaUM并励UIfM串励UM复励U9.3 电枢电动势及电压平衡关系电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用E表示）。一、电枢中的感应电动势FFU+NS电刷换向片IIEE根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为：KE：与电机结构有关的常数n：电动机转速 ：磁通单位：（韦伯），n（转/每分），E（伏）FFU+NS电刷换向片IIEE二、电枢绕组中电压的平衡关系因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。U：外加电压Ra:绕组电阻MRaIaE+U以上两公式反映的概念：(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想 改变E，只能改变 或 n。(2)若忽略绕组中的电阻Ra，则 ，可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反 比，通过改变 可调速。9.4 电磁转矩KT：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流一、电磁转矩单位：（韦伯），Ia（安培），T（牛顿米）由转矩公式可知：(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者 改变磁通的方向。二、转矩平衡关系电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即TL：负载转矩T0：空载转矩 转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时，通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新的平衡。例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL+T0(平衡)，这时，若TL突然增加，则调整过程为：与原平衡点相比，新的平衡点：Ia、P入TL nEIa T 最后达到新的平衡点。机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例说明。他励电动机和并励电动机的特性一样。9.5 机械特性一、他励电动机的机械特性即：其中，M他励UfIfIaUn0：理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的T不会为0。）当 T时n，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小，所以在负载变化时，转速 n 的变化不大，属硬机械特性。根据 n-T 公式画出特性曲线n0nNTNTn n其中，串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。二、串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即 =K Ia ,则据此公式做出 T-n 曲线nTM串励UIa(1)T=0时，在理想情况下，n。但实际上负 载转矩不会为 0，不会工作在 T=0 的状态，但空载时 T 很小，n 很高。串励不允许空载 运行，以防转速过高。串励特性：(2)随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属 软机械特性。nT(2)恒功率负载（P 一定时，T 和 n 成反比），要选软特性电机拖动。如：电气机车等。直流电动机特性类型的选择:(1)恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关）要 选硬特性的电动机，如：金属加工、起重机 械等。9.6 直流电动机的调速 与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。（1）调速均匀平滑，可以无级调速。（2）调速范围大，调速比可达200（他励式）以上 （调速比等于最大转速和最小转速之比）。直流电动机调速的主要优点是：由该式可知，n 和 有关，在 U 一定的情况下，改变 可改变 n。在励磁回路中串上电阻Rf，改变Rf大小调节励磁电流，从而改变 的大小。一、改变磁通（调磁）1.原理其中，M他励UfIfIaU其中：=K If Rf If n，但在额定情况下，已接 近饱和，If 再加大，对 影响不大，所以这种增加 磁通的办法一般不用。Rf If n，减弱磁通是常用的调速方 法。If的调节有两种情况：概念：改变磁通调速的方法 减小磁通，n只能上调。其中，2.特性的变化所以：磁通减小以后特性上移，而且斜率增加。，因为：（减小）TLRf增加Tn其中，调速过程:U一定,则Rf E IaT nIa E暂时T TL其中，最后达到新的平衡T=TL（1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调，受机械本身强度所限，n不能太高。（2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），调节控制方便。3.减小 调速的特点：二、改变电枢电压调速由转速特性方程知：调电枢电压U，n0变化，斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。1.特性曲线nn0n0n0电压降低T其中，2.改变电枢电压调速的特点（1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超 过UN，而 n U，所以调速只能向下调。（2）可得到平滑、无级调速。（3）调速幅度较大。MUfIfIaU变压整流220V整流调压220VUf=110V固定U=0110V可调改变电枢电压调速方案举例：例：已知他励电动机的 PN=2.2KW,UN=220V,IaN=12.4A Ra=0.5,nN=1500r/min。求：（1）TL=0.5TN 时,n=?（2）=0.8 N 时,n=?解：（1）TL=0.5TN 时（2）=0.8 N 时这种调速方法耗能较大，只用于小型直流机。串励电机也可用类似的方法调速。三、改变转子电阻调速在电枢中串入电阻，使 n、n0不变，即电机的特性曲线变陡（斜率变大），在相同力矩下，nnn0RaRa+RT其中，9.7 直流电动机的使用和额定值限制Iast的措施：（1）启动时在电枢回路串电阻。（2）启动时降低电枢电压。一、使用1.启动启动时,n=0 Ea=0，若加入额定电压，则Iast太大会使换向器产生严重的火花，烧坏换向器。一般Iast限制在 (2-2.5)IaN 内。(1)若电动机原本静止，由于励磁转矩 T=KT Ia，而 0，电机将不能启动，因此，反电动势 为零，电枢电流会很大，电枢绕组有被烧毁 的危险。直流机在启动和工作时，励磁电路一定要接通，不能让它断开，而且启动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生以下事故：注意：（2）如果电动机在有载运行时磁路突然断开，则 E ，Ia ，T 和 ，可能不满 足TL的要求，电动机必将减速或停转，使 Ia更大，也很危险。（3）如果电机空载运行，可能造成飞车。E Ia T T0 n飞车措施：他励直流电动机一定要有失磁保护。一般在励磁绕组加失压继电器或欠流继电器。当失压或欠流时，自动切断电枢电源U。M他励UfIfIaU2.反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。（1）改变励磁电流的方向。（2）或改变电枢电流的方向。改变直流电机转向的方法：（1）反接制动3.制动制动的所采用的方法：反接制动、能耗制动、发电回馈制动MUUfIf+R运行制动电阻 R 的作用是限制电源反接制动时电枢的电流过大。（2）能耗制动 电枢断电后立即接入一个电阻。MUUfIf+R运行制动K停车时，电枢从电源断开,接到电阻上，这时：由于惯性电枢仍保持原方向运动，感应电动势方向也不变，电动机变成发电机，电枢电流的方向与感应电动势相同，从而电磁转矩与转向相反，起制动作用。特殊情况下，例如汽车下坡时、吊车重物下降时，在重力的作用下 nn0（n0理想空载转速），这时电动机变成发电机，电磁转矩成为阻转矩，从而限制电机转速过分升高。(3)发电回馈制动直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。4.连接（1）绕组的阻值范围 电枢绕组的阻值在零点几欧姆到12欧姆。他励/并励电机的励磁绕组的阻值有几百欧姆。串励电机的励磁绕组的阻值与电枢绕组的相当。自学（2）绕组的符号S1T1B1C1H1BC1Q1S2T2B2C2H2BC2Q2电枢绕组他励绕组并励绕组串励绕组换向极绕组补偿绕组启动绕组始端绕组名称末端二、额定值1.额定功率PN:电机轴上输出的机械功率。2.额定电压UN：额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例：110V，220V，440V）3.额定电流IN：额定电压下，轴上输出额定功率时的电流（并励应包括励磁电流和电枢电流）三者关系：PN=UNIN （：效率）注意：调速时对于没有调速要求的电机，最大转速 不能超过 1.2nN。4.额定转速nN：在PN，UN，IN 时的转速。直流电 机的转速等级一般在 500r/min 以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如：每分钟几转）或很高（每分钟3000转以上）。海南风光第15讲第10章控制电机 第10章 控制电机 10.1 概述10.2 步进电动机 10.2.1 结构 10.2.2 工作方式 10.2.3 小步距角的步进电动机10.3 伺服电动机 10.3.1 交流伺服电动机 10.3.2 直流伺服电动机 前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为动力使用的，其主要任务是能量转换，例如将电能转换为机械能。本章介绍控制电机。10.1 概述如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。控制电机的主要功能是转换和传递信号。控制电机的种类很多，本章主要介绍步进机、伺服机。对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。10.2 步进电动机机理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，改变方向。种类：有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。应用：步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动 绘图仪等设备中都得到应用。下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。10.2.1 结构 步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极。定子转子定子绕组 定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。ABC定子转子IAIBIC10.2.2 工作方式 步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。一、三相单三拍（1）三相绕组联接方式：Y 型（2）三相绕组中的通电顺序为：A 相 B 相 C 相通电顺序也可以为：A 相 C 相 B 相（3）工作过程化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。A 相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。CABBCA3412CABBCA3412同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；C相通电再转30。1C342CABBA 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为步距角，用S表示。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。二、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA 共六拍。工作过程：A相通电，转子1、3齿和A相对齐。CABBCA3412所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了15。（1）BB 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。A、B相同时通电（2）AA 磁场继续对1、3齿有拉力。CABBCA3412总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为15。CABBCA3412B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。三、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：AB BC CA AB 共三拍。AB通电CABBCA3412CABBCA3412BC通电以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转30，即 S=30。CA通电CABBCA341210.2.3 小步距角的步进电动机 实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5度，步距角越小，机加工的精度越高。为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁极上也有五个齿。转子的齿距等于360/40=9 ，齿宽、齿槽各4.5。为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿宽和齿槽和转子相同。工作原理：假设是单三拍通电工作方式。（1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含 120/9=齿 A 相和 C 相差240，含240/9=个齿。所以，A 相的转子、定子的五个小齿对齐时，B 相、C 相不能对齐，B相的转子、定子相差 1/3 个齿（3），C相的转子、定子相差2/3个齿（6）。若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，转子只转 1.5。异步机的转动方向仍由相序决定。同理，C 相通电再转3 （2）A 相断电、B 相通电后，转子只需转过1/3个 齿（3），使 B 相转子、定子对齐。f：电脉冲的频率 转速 步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为步距角。m:一个周期的运行拍数Zr：转子齿数如：Zr=40,m=3 时步距角10.3 伺服电动机 交流伺服电动机和直流伺服电动机。伺服电动机分类：伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化。伺服电动机的作用10.3.1 交流伺服电动机 原理与两相交流异步电机相同，定子上装有两个绕组 励磁绕组和控制绕组。励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。控制绕组励磁绕组转子励磁绕组中串联电容C的目的是为了产生两相旋转磁场。接线：励磁绕组的接线放大器控制绕组的接线检测元件控制信号 适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。1例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电流的相量关系如图所示。励磁绕组的接线放大器控制绕组的接线检测元件控制信号 工作时两个绕组中产生的电流 和 的相位差近90，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子转动起来。控制电压 与电源电压 两者频率相同，相位相同或反相。（1）U2=0 时，转子停止。这时，虽然U2=0V，U1仍存在，似乎成单相运行状态，但和单相异步机不同。若单相电机启动运行后，出现单相后仍转。伺服电机不同，单相电压时设备不能转。交流伺服电动机的特点：原因：交流伺服电机 R2设计得较大。所以在U2=0时，交流伺服电机的T=f(s)曲线如下页图：当U2=0V时，脉动磁场分成的正反向旋转磁场产生的转距T、T 的合成转矩 T 与单相异步机不同。合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电机在U2=0V时，能立即停止，体现了控制信号的作用(有控制电压时转动，无控制电压时不转)，以免失控。交流伺服电动机的T=f(s)曲线（U2=0时）sT210sTTT021反转正转（3）控制电压 U2 大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压 U2 成正比。U2 的极性改变时，转子的转向改变。（2）交流伺服电机 R2设计得较大，使Sm1，Tst大，启动迅速，稳定运行范围大。交流伺服电动机的机械特性曲线(U1=const)nTU20.8 U20.6 U20.4 U2Tn 交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在自动控制、温度自动记录等系统中。应用10.3.2 直流伺服电动机结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些。工作原理：与直流电动机相同。供电方式：他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：MU1IfIaU2放大器UU1为励磁电压，U2为电枢电压。由机械特性可知：(1)U1（即磁通）不变时，一定的负载下，U2,n。(2)U2=0时，电机立即停转。反转：电枢电压的极性改变，电机反转。直流伺服电机的机械特性公式与他励直流电机一样：机械特性曲线U20.8U20.6U20.4U2nT 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1-600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。应用：海南风光第16-17讲第12章可编程序控制器 （PLC）第12章 可编程序控制器 12.1 概述12.2 基本概念和编程语言简介12.3 PLC指令及编程方法12.4 应用举例12.5 实验12.1.1 什么是PLC?PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要 用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC)随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmable controller，略写PC)。为区别于Personal Computer(PC)，故沿用PLC 这个略写。12.1 概述12.1.2 PLC的结构和工作原理一、PLC结构示意图中央处理单元数据存储器输出接口地址总线 控制总线数据总线编程单元灯光指示电磁阀门接触器电源输入接口模拟量输入行程开关继电器接点各种开关程序存储器警报器电机二、各组成部分的作用2.存储器1.CPU(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令。(2)将各种输入信号取入。(3)把运算结果送到输出端。(4)响应各种外部设备的请求。RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。3.输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：继电器-低速大功率 可控硅-高速大功率 晶体管-高速小功率输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管发光二极管直流电源输入端子+内部电路3.3k1000PF470PLCXn+24V继电器输出（2）输出接口电路：均采用模块式。以继电器形式为例：PLC内部电路内部电路JYCOM+-交流电源或直流电源4.各种接口、高功能模块：便于扩展。小型机：一体机。有接口可扩展。中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。PCFP1-C16小型机CPU POWER中、大型机编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。5.编程设备用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制过程进行监控。PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR手持式的编程器12.1.3 工作方式CPU：等待命令。PLC：循环扫描。CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又 返回第一条，不断循环。一个扫描周期 O刷新 I刷新执行指令I/O刷新1.输入/输出点数(I/O点数)。2.扫描速度。单位：ms/1000步 或 s/步3.内存容量。4.指令条数。5.内部寄存器数目。6.高功能模块。12.1.4 主要技术性能1.抗干扰、可靠性高。2.模块化组合式结构，使用灵活方便。3.编程简单，便于普及。4.可进行在线修改。5.网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。6.与传统的控制方式比较，线路简单。12.1.5 优点1.用于开关逻辑控制。2.用于机加工数字控制。3.用于闭环过程控制。4 用于组成多级控制系统。12.1.6 应用12.2 基本概念和编程语言简介PLC的内存除存放用户和系统的程序外，还有四个区：I/O区：可直接与外部输入、输出端子传递信息 内部辅助寄存器区：存放中间变量 数据区：存放中间结果 专用寄存器区：定时时钟、标志、系统内部的命令12.2.1 寄存器和接点的概念用户在对这四个区进行操作时，可以以寄存器和/或接点的方式进行。PLC的寄存器（以FP1为例）一览字输入寄存器 WX0WX12位输入寄存器 X0X12F字输出寄存器 WY0WY12位输出寄存器 Y0Y12F通用字寄存器 WR0WR62F通用位寄存器 R0R62F专用字寄存器 WR900WR903专用位寄存器 R900R903F定时器 TM0TM99计数器 C100C143通用数据寄存器DT0DT8999专用数据寄存器DT9000DT9069设定值寄存器 SV0SV143经过值寄存器 EV0EV143索引寄存器 IX，IY十进制常数寄存器 K十六进制常数寄存器 HPLC的寄存器（以FP1为例）1.输入输出(I/O)寄存器输入寄存器:功能:存放外部输入的信号 输入寄存器编号:WX0WX12,共13个寄存器，每个 寄存器16位 输入位编号:X0X12F，共1613=208位输出寄存器:功能:向输出接口输出信号 输出寄存器编号:WY0WY12,共13个寄存器，每个 寄存器16位 输出位编号:Y0Y12F，共16 13=208位寄存器：是一个16位二进制单元位（触点）：16位中的每一位是一个“触点”，对应外部的一个输入或者输出端子。输入寄存器 WXm输出寄存器 WYm输入端子Xmn输出端子Ymnm：寄存器编号，用十进制数编号：m=012，共13个F E D C B A 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0寄存器mnn：寄存器的第n位，用16进制数 编号：n=0F，共16位X0XF代表WX0的第0位第15位Y0YF代表WY0的第0位第15位特殊规定例：若X0为“ON”，则 WX0 的第0位为“1”若X4 为“OFF”，则 WX0 的第4位为“0”若 WY1=7，则表明Y10、Y11、Y12三个接点 为“ON”PLC中有两类“接点”：常开接点和常闭接点。符号分别为：接点通断情况与接点的赋值有关：（以 Y0为例：若 Y0的逻辑赋值为“1”，则Y0Y0接通断开ST：（Start）从母线开始一个新逻辑行时，或开始一个逻辑块时，输入的第一条指令。ST：以常开接点开始 ST/：以常闭接点开始OT：（Output）表示输出一个变量。ED：（End）表示程序无条件结束可编程控制器FP1基本指令逻辑关系 梯形图 助记符Y0X0X1STX0ANX1OTY0STX0ORX1OTY0ST/X0OTY0与或非ANDORNOT当 X0 与 X1 都“ON”时，则输出 Y0“ON”。当 X0 或 X1 “ON”时，则输出 Y0“ON”。当 X0 “OFF”时，则输出 Y0“ON”。Y0X0X1Y0X0注意：与、或、非运算均是对从该指令前面的ST 指令到该指令的前一个指令处的结果进行 运算。AX2是与图中A点处的结果（即X0与X1的结果）相或，而不是与X1相或。Y0X0X2X1STX0ANX1ORX2OTY0例：逻辑关系 梯形图 助记符STX0ORX1STX2ORX3ANSOTY0STX0ANX1STX2AN/X3ORSOTY0当“X0 或 X1”与“X2 或X3”都“ON”时，则输出 Y0“ON”。区块与ANS（And Stack）区块或ORS（Or Stack）当“X0 与 X1”或“X2 与X3非”“ON”时，则输出 Y0“ON”。Y0X0X1X2X3Y0X0X2X1X3例1：直接启动停车控制继电器控制电路图SB1SB2KMKMI/O分配：X0：停车 X1：启动 Y0：KM(ED)Y0X0Y0X1梯形图：助记符语句表ST X1OR Y0AN X0OT Y0EDX1X0COMY0COMKMSB2SB1220V24V操作及动作过程(ED)Y0X0Y0X1梯形图：M3A B CKMFUQSFRFP1型PLC控制器：实际输入端子：X0XF实际输出端子：Y0Y7助记符语句表ST X1OR Y0AN X0OT Y0EDX1X0COMY0COMKMSB2SB1220V24VKMRM3A B CKMFFUQSKHKMFSB1KMFSBFKHKMRKMRSBRKMRKMFY0X0X2X1Y1X0Y1Y0Y0Y1I/O分配：SB1X0 SBF X1 SBR X2 KMF Y0 KMR Y1例2：三相异步电动机的正反转控制Y0X0X2X1Y1X0Y1Y0Y0Y1ST X1OR Y0AN X0AN/Y1OT Y0ST X2OR Y1AN X0AN/Y0OT Y1EDY0X0X2X1Y1X0Y1Y0Y0Y1左重右轻编程I/O分配：SB1X0 SBF X1 SBR X2 KMF Y0 KMR Y1I/O分配决定PLC的端子接线图X1X0COMY0COMKMFSBFSB1220V24VX2SBRY1KMRFRPLC的端子接线方式又决定编程语言(ED)Y0X0Y0X1梯形图：输入按键的接线方式决定输入的编程语句停止键为常闭ST X1OR Y0AN X0OT Y0ED停止键为常开ST X1OR Y0AN/X0OT Y0EDX0X1COMY0COMKMSB2SB1220V24V起动停止电机的起动停止控制编程中应注意的几个问题(ED)X0Y0X1Y0(ED)X1Y0X0Y0一、用电路变换简化程序(减少指令的条数）二、逻辑关系应尽量清楚(避免左轻右重)X3X2X5X4X6X8X7Y0X9(ED)X3X2X5X4X6X8X7Y0X9(ED)X5X6X2X2ST X2AN X3AN X4ST X2AN X5AN X6AN X7ST X2AN X5AN X6AN X8AN X9ORSOT Y0ED根据该梯形图和编程，X3、X6、X9三个输入开关应采用何种接法？用常开？用常闭？三、避免出现无法编程的梯形图X5(ED)X1X3X2Y1X4Y2X1(ED)X3X2Y1X5X3X1X4Y2X5ST X3AN X5OR X1AN/X2OT Y1根据该梯形图和编程，X2、X4二个输入开关应采用何种接法？用常开？用常闭？ST X1AN X5OR X3AN/X4OT Y2ED2.定时器及定时器指令输入接点定时器号码（099）时间常数:132767类型R：时钟周期为0.01秒X：时钟周期为0.1秒Y：时钟周期为1秒（1）时间常数与类型一起确定了定时时间=时钟周期时间 常数。（2）定时器为减计数。当输入接点X接通时，每来一个时 钟脉冲减1，直到减为0。这时，定时器的常开接点 闭合，常闭接点断开。（3）当输入接点X断开时，定时器复位，定时器的常开接点 断开，常闭接点闭合。说明：XTMn动作说明：当Y0闭合后，定时器TM5开始计时。经过300.1=3s后，Y1闭合，Y2断开。Y0TM X 305Y1TM5Y2TM5例：ST Y0TM X5K 30ST T5OT Y1ST/T5OT Y2用定时器指令编写的助记符语句表例3：定时器应用举例(书上P461高频加热时间控制）QSFU1KMKTKTKMSB1SB2KMKM分配I/O：X0 SB1X1 SB2Y0 KMTMX0 KTTM X 1000Y0T0EDX0X1Y0Y0X0TM X 1000Y0TM0EDX0X1Y0Y0X0梯形图X1X0COMY0COMKMSB2SB1220V24VPLC端子接线图ST X1OR Y0AN X0AN/T0OT Y0ST Y0AN X0TM X0K 100ED编程PSHS,RDS,POPS Y0X0Y1Y3X2X1X2ST X0PSHSAN X2OT Y0RDSAN X1OT Y1POPSAN X2OT Y3功能解释PSHS (Push Stack)：将结果存入堆栈RDS (Read Stack)：从堆栈读数POPS (Pop Stack)：从堆栈读数并清空堆栈3.堆栈及堆栈操作指令:例4：定时器应用举例：用PLC控制三相异步电动机 的Y-起动。Y 起动继电器控制电路KM2KTKTKM1KM1KM2KM2KTKM2KM0SB1SB2KM0FRI/O分配：SB1 X0SB2 X1KM0 Y0KM1 Y1KM2 Y2KT TMX1时间常数K=150延时0.1 150=15秒用PLC控制三相异步电动机的Y-起动KM2KTKTKM1KM1KM2KM2KTKM2KM0SB1SB2KM0FRI/O分配：SB1 X0SB2 X1KM0 Y0KM1 Y1KM2 Y2KT TMX1梯形图TM X 1501Y0EDX0X1Y0X0X1Y0Y2Y1TM1Y2Y2TM1Y1Y2用PLC控制三相异步电动机的Y-起动I/O分配：SB1 X0SB2 X1KM0 Y0KM1 Y1KM2 Y2KT TMX1PLC接线图X1X0COMY0COMKM0SB2SB1220V24VY1KM1FRY2KM2用PLC控制三相异步电动机的Y-起动TM X 1501Y0EDX0X1Y0X0X1Y0Y2Y1TM1Y2Y2TM1Y1Y2根据梯形图和接线进行编程ST X1OR Y0AN X0OT Y0ST X1OR Y0AN X0PSHSAN/Y2TM X1K 150RDSAN/T1AN/Y2OT Y1POPSST T1OR Y2ANSAN/Y1OT Y2ED计数器初始值：132767计数器编号(FP1机：100143)计数脉冲复位信号（1）复位信号接通时，计数器复位，装入初始值。（2）复位信号断开时，每来一个计数脉冲减1，直 到减为0，计数器的“常开接点接通，常闭接 点断开”。说明：4.计数器及计数器指令（CT指令）CT指令梯形图格式：CPRCTn1235049X1CT100RCT指令梯形图与时序图CT100X1X2CPR50ST X1ST X2CT 100K 50助记符编程PLC的寄存器（以FP1为例）一览字输入寄存器 WX0WX12位输入寄存器 X0X12F字输出寄存器 WY0WY12位输出寄存器 Y0Y12F通用字寄存器 WR0WR62通用位寄存器 R0R62F专用字寄存器 WR900WR903专用位寄存器 R900R903F定时器 TM0TM99计数器 C100C143通用数据寄存器DT0DT8999专用数据寄存器DT9000DT9069设定值寄存器 SV0SV143经过值寄存器 EV0EV143索引寄存器 IX，IY十进制常数寄存器 K十六进制常数寄存器 H微分指令：DF,DF/(DF)R0(DF/)R1X0X1ST X0DFOT R0ST X1DF/OT R1X0接通瞬间（上升沿），R0接点接通一个扫描周期T。X1断开瞬间（下降沿），R1接点接通一个扫描周期T。功能解释R0X0TX1R1T例例5.计数器应用举例：计数器应用举例：产品数量检测产品数量检测（教材（教材P509例例9-3）产品通过检测器PH机械手KM1KM2传送带电机PLC的I/O分配：X0 传送带停机按钮X1传送带起动按钮X2 产品通过检测器PHY0传送带电机KM1Y1机械手KM2TMY2定时器,定时2秒CT100计数器，初始值24（每24个产品机械手动作1次）电机起动后，R1产生宽度为一个扫描周期的正脉冲，使CT100和TM1复位 起、停传送带电机计数器应用举例：计数器应用举例：产品数量检测产品数量检测TM Y 21Y0EDX0X1Y0Y0Y1R1DFCT 24100TM1R1X2Y0R1CT100TM1CT100RCP每检测到一个产品，X2产生一个正脉冲，使CT100计一个数 CT100每计24个数，机械手动作一次 机械手动作后，延时2秒，将机械手 电磁铁切断，同时将CT100复位。CT100 复位后，Y1和TM1也复位计数器应用举例：计数器应用举例：产品数量检测产品数量检测TM Y 21Y0EDX0X1Y0Y0Y1R1DFCT 24100TM1R1X2Y0R1CT100TM1CT100RCP地址 指令 数据 0 ST X1 1 OR Y0 2 AN X0 3 OT Y0 4 ST Y0 5 DF 6 OT R1 7 ST X2 8 AN Y0 9 ST R1地址 指令 数据10 OR TM111 CT 10012 K 2413 ST CT10014 AN/TM115 OT Y116 ST CT10017 AN/R118 TM Y119 K 220 ED置位指令与复位指令（置位指令与复位指令（SET，RST）SRX1X2Y1Y1ST X1SET Y1ST X2RST Y1X1=1时，Y1=1X1=0时，Y1仍=1X2=1时，Y1=0X2X1Y1数据传送指令数据传送指令（共（共11条）条）16位数据传送指令梯形图格式目的寄存器源寄存器或常数K助记符（Move）指令代号F0MVX1F0MVWR0WY0例：ST X1F 0 WR0 WY0若X1=1，则将WR0的数据传送到WY0移位指令移位指令（共（共12条）条）16位数左移指令：SRSRX0X1CPINWR1X2RX0=0，输入数据=0X0=1，输入数据=1X1通断一次，输入一个计数脉冲X2通断一次，输入一个清0脉冲，使WR1=0F E D C B A 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0寄存器WR1清00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0X0=1CP111001例例6.传送指令、移位指令举例传送指令、移位指令举例要求:X2开关通断一次，用于WR1清0。X0开关用于设置输入数据。X1开关通断一次，输入一个移位脉冲。若X0开关合上，则串入数据为1，每输入一个移位脉冲，输出指示灯 依次点亮。若X0打开，则串入数据为0。X0X1Y0Y1Y2Y7Y3Y4Y5Y6X2输入指示灯输出指示灯输入开关FP1型PLC控制器内部电源SRX0X1CPINWR1X2 RX0X1Y0Y1Y2Y7Y3Y4Y5Y6X2FP1型PLC控制器SRX0X1CPINWR1X2RF0 MV WR1 WY0ED0 ST X01 ST X12 ST X23 SR WR14 F 05 WR16 WY07 ED例例7.传送指令、移位指令举例传送指令、移位指令举例:节日彩灯控制节日彩灯控制设计要求:开机后输出指示灯Y0Y7全灭，每隔1秒从Y0至Y7依次点亮1个；8个灯全亮持续5秒，然后每隔1秒从Y0至Y7依次熄灭1个；8个灯全灭，然后再从Y0至Y7依次点亮。如此重复进行，直至停机为止。（教材P515例9-4）X0X1Y0Y1Y2Y7Y3Y4Y5Y6FP1型PLC控制器停机开机内部电源专用寄存器(FP1机：WR900WR903)。常用的如下：R900A:“”标志 R900B:“=”标志 R900C:“”标志 R9010:常ON继电器 R9011:常OFF继电器 R9013:仅在第一个扫秒周期ON，其他时候均为OFFR9014:仅在第一个扫秒周期OFF，其他时候均为ON时钟脉冲发生器R9018 周期 0.01s R901B 周期0.2sR9019 周期0.02s R901C 周期1sR901A 周期0.1s R901D 周期2s用于给定时器和移位提供一个内部时钟SR WR0R901C R7（WR0的第7位）=1（8个灯全亮）时，起动定时器，定时5秒，使灯全亮5秒。时间到TM0反=0，给WR0输入0，使灯逐个熄灭。R10=0（关机）时，将常数0传送给WY0，8个灯全灭 R10=1（开机）时，将WR0传送给WY0，输出 TM0反=1时，给WR0输入1，使灯逐个点亮 R10=1时，R901C产生周期1秒的移位时钟 R11信号将WR0清0 X1信号的上升沿求微分，在R11产生一个正脉冲，用于WR0清0 X1通断一次起动，R10=1；X0通断一次停机，R10=0节日彩灯控制梯形图功能解释（编程见教材P517）TM X 500R10EDX0X1R10X1F0 MV WR0 WY0R11DFSR WR0R10TM0R11R7R10RCPINR11R901CR10F0 MV 0 WY0 基本指令 数据传送指令 算术运算指令 移位指令 位操作指令 数据变换指令 转移控制指令 特殊控制指令FP1指令分类（共128条）按指令的功能可分为：1条21条（1）ST（2）ST/（3）OT（4）AN（5）AN/（6）OR（7）OR/（8）ANS（9）ORS（10）CT（11）TMR（12）TMX（13）TMY键盘指令（14）DF（15）SR（16）PSHS（17）RDS（18）POPS（19）SET（21）RST非键盘指令扩展功能指令（22）MV键盘指令由FP1键盘直接输入（阅读教材P524533）非键盘指令用SC键和指令的功能码输入（阅读教材P534536）功能扩展指令用Fn键和指令的功能码输入（阅读教材P537538）例：PSHS输入时按键盘的顺序：SC9SCWRT屏幕显示：PSHS指令的功能码例：X1F0MVWR0WY0Fn0ENTORR.WR0WRTANY.WY0WRT1.你能否设计一个用PLC控制十字路口红绿黄交通灯的程序?2.你能否设计一个用PLC控制四层楼的电梯程序?3.你能否设计一个用PLC控制一台彩印机的程序?4.你能否设计一个用PLC控制室内安全防盗报警的程序?5.你能否设计一个用PLC控制一台龙门刨床的程序?PLC实际应用设计题目第二部分 上机操作练习 实验一 键盘及编辑命令练习 实验二 基本指令练习第四部分 综合练习 补充1 三相异步电机正反转控制 补充2 延时自动往复行程控制 补充3 三相异步电机Y-起动 实验一 运料小车控制实验内容实验一人一组，要认真预习！习题9-8Y0EDCT100X0Y0X0R0DFTM X 1000R1R0CT 80R1RCPR901CTM0100R1SY0DF/R1R0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 X0Y0R0R1TMCT梯形图的规则：（1）梯形图的左边为起始母线，右边为结束母线。梯形图按从左到右、从上到下的顺序书写。（2）梯形图中的接点（对应触头）有两种：常开（）和 常闭（）（3）输出用 表示，如 -R0、-Y0。一个 输出变量只能输出一次。输出前面必须有接点。（4）梯形图中，接点可串可并，但输出只能并不能串。（5）程序结束时有结束符-（ED）。PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR键盘指令：可从键盘上直接键入的指令扩展功能指令：用F键加功能号方可键入的指令。非键盘指令：用指令代码方可输入的指令。SCSC指令代码KP：（Keep）置位信号：例X0复位信号：例X1KP R0ST X0ST X1KP R0说明：（1）在置位信号接通的瞬间，R0置1。以后无论置位 信号状态如何，只要复位信号断开，R0的状态 均为1。（2）在复位信号接通的瞬间，R0置0。（3）在复位信号和置位信号同时接通时，复位优先。SET、RST（Reset）这两条指令的功能类似于KP指令，但使用比KP指令灵活。例：X0R20ST X0SET Y0ST R20RST R30UDC:（可逆计数）F118 UDC S D加减计数信号例：设为 X0计数脉冲例：设为X1复位信号：例：设为X2初值或存放初值的寄存器作为加减计数器的寄存器ST X0ST X1ST X2F118(UDC)S DIYDSIXDTEVSVWRWYWX常数一、数据传送指令F0(MV)、F1(MV/)F0 MV S D功能说明：S为常数或寄存器，D 为寄存器。当条件满足时，S或S的内容传送到D。F0(MV)：把 S 或 S 的内容传送到D。F1(MV/)：把 S 或 S 的内容求反后传送到D。10.3.3 其他常用指令简介其他传送指令常用的有：F10(BKMV)，F11(COPY)等等。例：某控制控制系统，若出现严重故障信号，则所有的动作全停，故障指示显示。F0 MV K1 WY0X0I/O分配：X0：故障信号 Y0：故障指示 其他输出端：Y1YF二、算术指令F60(CMP)F60 CMP EV0 K100R10Y0R10R900AY1R10R900BY2R10R900C其它的算术运算指令，如算术运算、BCD码运算、比较指令等等。功能说明：当R10接通时，比较EV0和100，若EV0100，则Y0接通；若EV0=100，则Y1接通；若EV0100，则Y2接通。例：设计一个顺序控制电路:启动时，电机D1先启动，3s后电机D2启动，再过5s后电机D3启动。I/O分配：X0：启动按钮X1：停车按钮Y0：电机D1Y1：电机D2Y2：电机D3Y1(DF)TX K 300TX K 501(ED)Y0X0Y0T0X1Y0Y2T1Y1方案一(DF)TX K 300TX K 501(ED)Y0X0Y0T0X1Y0Y2T1Y1Y1方案一方案二(DF)TX K 800(ED)Y0X0Y0R900CX1Y0Y2T0F60 CMP EV0 K50R9010Y1三、移位指令(1)左移指令 SR INCPCLRSR WRn（1）SR指令只能对WR型寄存器进行移位。（2）IN：串行输入端（补位），接点通，补1，接点断，补0。（3）CP：移位脉冲（4）CLR：复位清零。INOUT说明：210534SW2SW3SW1MV次品正品SW1:检测有无次品SW2:检测凸轮的突起SW3:检测有无次品落下SW1,SW2,SW3为光电传感器:凸轮每转一圈发出一个脉冲，且每个脉冲过一个物品。当次品移到4号位时，电磁阀MV打开，次品落入次品箱内。无次品则自动掉入正品箱内。有一复位按钮SB实现手动复位。I/O分配：X0:SW1X1:SW2X2:SW3X3:SBY0:MV例：I/O分配：X0:SW1 检测有无次品X1:SW2 检测凸轮的突起X2:SW3 检测有无次品落下X3:SB 复位Y0:MVX1X0R4X3X2(ED)SR WR 0KP Y0 RF RE RD RC RB RA R 9 R 8 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0IN无次品时该位总为0(2)双向移位指令 LRSR DIR INCLR CPF119 LRSR D1 D2DIR：移位方向。ON:左移 OFF:右移IN：串行输入端CP：移位脉冲CLR：复位清零说明：D1，D2为移位区的首址和末址。可使用的 寄存器有：WY,WR,SV,EV,DT例一：冲压机控制程序工作指示灯带式输送机输送机传动电机工件冲压机气筒冲压工作结束加工品检测搬运结束(x1)(X1)(X3)(X2)启动开关(X1)(Y0)(Y1)10.4 应用举例例二：楼宇电梯自动控制顺序控制例三：电机变速及精密位置控制X2 X3X4 X5工作台步进电机其他信号有：启动、停车、紧急停车、运动方向控制等等例四：在智能建筑技术中的应用智能建筑的七个层次（7）楼宇专用信息（6）楼宇共用信息处理（5）楼宇运营管理（4）楼宇设备自动控制（3）楼宇通讯（2）智能建筑环境（1）一般建筑PLC在其中的应用：（1）防盗、防火系统（2）供热、供气、空调、照明系统（一）办公自动化（二）楼宇自动化网络楼宇自动化：（1）保安 （2）设备管理例五：在大型车库管理中的应用管理分为三级：（2）管理级：由总出入口的PLC和各分库 的 PLC 构成。可监控全库车辆的进出 情况，同时显示各分库是否有空车位。（3）现场监控级：每个分库的PLC用远程 I/O单元检测车辆的出入情况。（1）中央监控级：一台PC及其外围设备。例六：养鱼场管理中的应用对鱼池中的水质、水温、流量等进行监测及控制，以实现科学养殖例七：24小时环境监测PLC进行现场检测：传感器检测的各种信号经A/D转换后，送至上位PLC及数据采集用的PC机。经数据处理后送中央监控级，再由中央机发出命令，送到管理用的PC机进行处理。系统分三级：中央监控级、数据采集及管理级、