《电气控制技术》课程论文
题目：电气控制技术在工业生产中的应用
班级：10级工业工程二班 学号： 07号
姓名： 秦琪
目 录
摘要 .............................................. 1 绪论 .............................................. 1 1继电器接触器的作用及其在生产中的应用
1.1接触器基本介绍 .................................. 5
1.2继电器基本介绍及其分类 ........................... 6
2.1 系统结构 ...................................................... 6
2.2 系统配置 ...................................................... 7
2.3 三相异步电动机正反转的PLC控制 ................................ 7
2.4 三相异步电动机正反转PLC控制的梯形图 .......................... 8
2.5 三相异步电动机的起、制动 ...................................... 9
第二章 系统调试
3系统调试 ......................................... 12
第三章 结束语及附录参考文献
4结束语 ........................................... 13 附录 .............................................. 14 参考文献 ......................................... 15
摘要：电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置或者系统为对象，以实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的一门技术在电气控制技术中，其控制系统是主要的组成部分。如今机械的电气控制系统是生产机械中不可缺少的组成部分，它对生产机械能否正确可靠地工作起着决定的作用。本文主要从继电接触器控制系统和可编程序控制系统两方面来介绍电器控制技术在工业生产中的应用
关键字：继电器 PLC 可编程控制器
引言：
电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求而迅
速发展的。从最早的手动控制发展到现在的自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制系统从有接触的硬接线继电器控制系统发展到以PLC为核心的无接触软接线可编程序控制系统。
在如今的家用电器中，继电器和接触器控制系统的到了广泛的应用，虽然继
电器接触器作为硬接线控制系统会导致线路复杂，体积大，故障率高等缺陷，但是其成本很低，在一些简单控制中有着很大的优势。相比较而言，可编程控制系统（PLC）是控制系统的一个大进步，它是把逻辑量的控制转变成了模拟量的控制，是一种通过程序实现控制的功能。如今的PLC实现了单体设备简单控制到胜任欲动控制过程控制以及集散控制等各种任务的跨越。总而言之，继电器接触器系统和可编程序控制系统在工业生产中必不可少，起到了关键性作用。
1继电器接触器的作用及其在生产中的应用
1.1接触器基本介绍
接触器(Contactor)是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开。在电工学上，因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制(某些型别可达800安培)电路的装置，所以经常运用于电动机做为控制对象﹐也可用作控制工厂设备﹑电热器﹑工作母机和各样电力机组等电力负载，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制。是自动控制系统中的重要元件之一。
1.2继电器基本介绍及其分类
当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生
预定的阶跃变化的一种电器就成为继电器。
1.21继电器的基本介绍
继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，继电器被所控制的输出电路导通或断开。输入量可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）及非电气量（如温度、压力、速度等）两大类。继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
1.22继电器的主要分类
1）电磁式继电器: 电磁式继电器在电气控制中起控制、放大、联锁、保护与调节的作用，以实现控制过程中的自动化。
2）固态继电器（SSR）: 固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。 固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。
3）时间继电器: 时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。
4）热继电器：热继电器是依靠电流流过发热元件时产生的热，是双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种电器，主要用于电动机的过载保护、断电及电流不平衡与性的保护以及其它电气设备发热状态的控制。
1.23继电器的作用
继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。
继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输
入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。 作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：
1) 扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。
2） 放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。
3）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。
4） 自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。
1.3继电器与接触器的区别
接触器是一种用来频繁的接通断开（交流、直流）负荷电流的电磁式自动切换电器，主要用来控制电动机、电焊机、电容器等设备。具有低压释放的保护功能，使用与频繁操作和远距离控制。接触器的主要特点有：1)由电信号驱动2）控制大电流电路3）接通断开电路。
继电器是一种根据某种输入信号的变化（多种信号）来接通或断开控制电路，以实现制动控制和保护的电器。其输入量可以是电压、电流等电气量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电气量，主要以用于小电源电路。
1.4接触器在电机控制中的应用
图1—3是用交流接触器控制异步电动机的主电路、控制电路和有关的波形图。接触器的结构和工作原理与继电器的基本相同，区别仅在于继电器触点的额定电流较小，而接触器是用来控制大电流负载的，例如它可以控制额定电流为几十安至几千安的异步电动机。按下起动按钮SBl，它的常开触点接通，电流经过SBl的常开触点和停止按钮SB2、作过载保护用的热继电器FR的常闭触点，流过交流接触器KM的线圈，接触器的衔铁被吸合，使主电路中的3对常开触点闭合，异步电动机M的三相电源被接通，电动机开始运行，控制电路中接触器KM的辅助常开触点同时接通。放开起动按钮后，SBl的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2、FR的’常闭触点流过KM的线圈，电动机继续运行。KM的辅助常开触点实现的这种功能称为“自锁”或“自保持”，它使继电器电路具有类似于R-S触发器的记忆功能。
在电动机运行时按停止按钮SB2，它的常闭触点断开，使KM的线圈失电，KM的主触点断开，异步电动机的三相电源被切断，电动机停止运行i同时控制电路中KM的辅助常开触点断开。当停止按钮SB2被放开，其常闭触点闭合后，KM的线圈仍然失电，电动机继续保持停止运行状态。图1.3给出了有关信号的波形图，图中用高电平表示1状态(线圈通电、按钮被按下)，用低电平表示0状态(线圈断电、按钮被放开)。
图1.3中的控制电路在继电器系统和PLC的梯形图中被大量使用，它被称为“起动-保持-停止”电路，或简称为“起保停”电路。
2可编程控制器PLC的基本介绍
2.1PLC的应用
最初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步，它的应用领域不断扩大。
如今，PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制与治理。PLC已日益成为产业控制装置家族中一个重要的角色。目前，在国内外PLC已经广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保以及文化娱乐等各行各业。随着PLC的性能价值的不断提高，其应用范围还在不断地扩大。
2.11PLC的应用领域
1） 用于开关量控制：利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制用于单机控制、多级控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑器、印刷机械、装配生产线、电镀流水线和电梯控制等等。这是PLC最基本的应用，也是最广泛的应用。
2） 运动控制：PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
3） 过程控制: 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
4） 数据处理: 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控
制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5） 通信及联网：PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
2.12PLC的应用特点
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、计时、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该按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。
1）可靠性高，抗干扰能力强:
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2）配套齐全，功能完善，适用性强:
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3）易学易用，深受工程技术人员欢迎:
LC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造:
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系
统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
5)体积小，重量轻，能耗低:
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2.13 可编程序控制器的发展趋势
在短短的几十年中，PLC得到了如此飞速的发展，并在各行各业得到了广泛的应用，这些事实说明，PLC具有强大的生命力。PLC将在工业控制领域发挥越来越大的作用，并将成为工业控制领域的主要控制设备。
PLC将向两个方面发展：一方面向着大型化的方向发展，另一方面则向着小型化的方向发展。PLC向大型化方向发展，主要表现在下列几个方面：
1） 为了在工业过程控制领域中有较大的应用市场，各制造企业纷纷学习其他企业产品的优点，取长补短，从而使产品的适用范围扩大，应用的规模从几十点扩展到成百上千乃至上万点，功能也从单一的逻辑运算扩展到几乎能满足所有的用户需求。此外，采用通信和开放的策略，使优化、计划、调度等功能也能够在PLC内实现，不同产品通信的实施也使应用的范围趋向多元化。
2） 制造业的发展离不开PLC的发展，因此，对PLC提出了功能、速度、通信、管理等方面的要求，这为PLC向大型化方向发展提供了用武之地
3) PLC的应用领域越来越广。PLC的应用早已从机械制造行业的应用向各行各业的应用发展。例如，在食品加工、炼油、化工、冶金、纺织、制浆和造纸、废水处理、制药和电子等行业的应用正如雨后春笋，不断壮大。
PLC向小型化方向发展，主要表现在下列几个方面：
1) 在设备级采用PLC。对一些工业过程的设备控制，采取化整为零的控制策略，采用配套的PLC，并配备了专用的控制柜、操作台和监视器等。例如，对锅炉设备而言，它有进水阀、蒸汽阀、燃料阀和空气阀，以及各种电动机和有关设备，采用配套的PLC可完成启动和熄火等顺序控制和回路控制，并可根据锅炉的规模，实现复杂的三冲量控制和双交叉限幅控制等。此外，可设置报警监视系统，在液位低、熄火或回火、蒸汽压力高或低时发出联锁或报警信号等。由于应用的专一性，使得控制质量大大提高。甚至有些公司还相继推出了能满足简单逻辑顺序控制要求的微可编程序控制单元，如西门子公司的Logo系列产品。
2) 向高性能的整体型发展。为了减小体积、降低成本，PLC的生产企业在向大型化发展的同时，也开发了小型、高性能的整体型系列产品，用于满足工业生产过程不同控制的需求。
3) 向小型化发展。在提高系统可靠性的基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强。西门子公司在它传统的大中型PLC领域之外也着力推出小型PLC，如S7-200系列（由最初的21X系列已发展到目前的22X系列）。虽然这一系列属于
小型PLC，但其功能已具备了某些中型机的性能要求，特别是网络通信能力在各种小型PLC产品中表现十分突出。
2.2PLC在自动售货机中的应用
PLC的控制要求是：控制系统的 I/O 点及地址分配、PLC 系统选型、电气控制系统 原理图、系统程序设计、PLC 的安装、电源设计、系统的接地、PLC 输出端保 护等方面来展开说明与论述。
2.21设计要求
⑴此自动售货机可投入 1 元、5 元或 10 元硬币。
⑵当投入的硬币总值等于或超过 12 元时，汽水按钮指示灯亮；当投入的硬币总 值超过 15 元时，汽水、咖啡按钮指示灯都亮。
⑶当汽水按钮指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出 7 秒后自动停止。汽水排出 时相应指示灯闪烁。
⑷当咖啡按钮指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出 7 秒后自动停止。咖啡排出 时相应指示灯闪烁。
⑸若投入的硬币总值超过所需钱数 （汽水 12 元， 咖啡 15 元） 时， 找钱指示灯亮。
2.22控制系统的 I/O 点及地址分配名称
2.23电气原理图设计
基于各端口的地址地址分布，SA1、SA2、SA3 三个投币口用于投币，统计投 币总钱数。然后由比较寄存器进行比较，如果投币总数大于或等于 12 时，KA2 继电器接通，汽水指示灯 HL3 变亮。如果在这时按下汽水按钮 SA5，则常闭开关 SA5 断开，常开开关 SA5 闭合，信号发生器工作发出持续的脉冲信号，汽水指示 灯 HL4 闪亮。同时 SA5 闭合的同时，继电器 KA4 接通，使得常开开关 KA4 闭合， YV2 得电使得汽水阀门打开，排放汽水。7 秒钟以后延时开关 KT2 断开，指示灯 停止闪亮，汽水阀门闭合。其原理图见图 3
当延时开关 KT2 断开以后，常开开关 KT2 闭合，则寄存器减 12。如果剩余 钱数大于 0，则找钱指示灯 HL5 亮，继电器 KA5 得电，常开开关 KA5 闭合，找出 剩余的钱。如果剩余的钱为零，则无任何操作。找钱电路见图
4.
找钱电路原理图 如果投币总数大于或等于 15，则排放咖啡，其具体设计与汽水的类似，详 细见电气原理图。 在投币之前还有一个存储器清零与复位的问题，即初始化。在这里由计数手 动复位开关 SA6 来实现。
2.24系统流程设计
2.25PLC梯形图设计
梯形图采用经过西门子的编程语言。其中用到存储器的传送与加减指令。其梯形图的编程思路与前面所述的思路相同。 首先闪电以后先进行清零操作。然后投币后，依据投币的不同金额，在寄存 器中加上不同的数据。如图 6 所示。
当投币数目大于或等于 12 时，启动 Q0.1，使得汽水指示灯变量。当按下汽 水排放按钮时，启动 M0.2，排放汽水，并由 T37 计时器计时 7 秒，同时使汽水 指示灯闪亮，完成排放汽水的过程
当投币总额大于或等于15的时，启动Q0.2，咖啡指示灯变亮。当按下汽水排放按钮时，启动 Q0.3，排放咖啡，同时 T38 计时器开始计时，计时7秒结束，停止排放咖啡。过程中咖啡指示灯闪亮。结束后，寄存器数据减 15。最后，寄存器数据大于0，KA6得电，找钱指示灯变亮，进行找钱操作。 否则不进行任何操作。
图 6.3 梯形图指令
结束语
PLC 诞生已经将近 40 周年，作为以微处理器为基础的智能控制器的一种,它的产品生命 周期算是很长了。在微处理器芯片发展得如此迅猛的年代，能够长时间占据工业控制的主流控 制器的地位不变，而且不仅在原来所固有的市场上稳步发展，而且还不断地蚕食其它的控制器 的市场，这可以算是工业控制行业的一个奇迹。而 PLC 的发展，也是有目共睹的。性能的提高， 功能的增加，应用范围的日渐广泛，在控制系统和控制器的领域内，没有任何一类其它产品能够与之匹敌。
参考文献
[1] 邹金慧. 可编程控制器及其系统. 重庆：重庆大学出版社,2011.
[2]漆汉宏. PLC 电气控制技术. 北京：机械工业出版社,2008.
[3] 朱英韬. 工厂电气控制技术. 北京：工业大学出版社，1991.
[4] 廖常初. PLC 编程及应用. 北京：机械工业出版社,1997.
[5] 百度文库
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《电气控制技术》课程论文
题目：电气控制技术在工业生产中的应用
班级：10级工业工程二班 学号： 07号
姓名： 秦琪
目 录
摘要 .............................................. 1 绪论 .............................................. 1 1继电器接触器的作用及其在生产中的应用
1.1接触器基本介绍 .................................. 5
1.2继电器基本介绍及其分类 ........................... 6
2.1 系统结构 ...................................................... 6
2.2 系统配置 ...................................................... 7
2.3 三相异步电动机正反转的PLC控制 ................................ 7
2.4 三相异步电动机正反转PLC控制的梯形图 .......................... 8
2.5 三相异步电动机的起、制动 ...................................... 9
第二章 系统调试
3系统调试 ......................................... 12
第三章 结束语及附录参考文献
4结束语 ........................................... 13 附录 .............................................. 14 参考文献 ......................................... 15
摘要：电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置或者系统为对象，以实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的一门技术在电气控制技术中，其控制系统是主要的组成部分。如今机械的电气控制系统是生产机械中不可缺少的组成部分，它对生产机械能否正确可靠地工作起着决定的作用。本文主要从继电接触器控制系统和可编程序控制系统两方面来介绍电器控制技术在工业生产中的应用
关键字：继电器 PLC 可编程控制器
引言：
电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求而迅
速发展的。从最早的手动控制发展到现在的自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制系统从有接触的硬接线继电器控制系统发展到以PLC为核心的无接触软接线可编程序控制系统。
在如今的家用电器中，继电器和接触器控制系统的到了广泛的应用，虽然继
电器接触器作为硬接线控制系统会导致线路复杂，体积大，故障率高等缺陷，但是其成本很低，在一些简单控制中有着很大的优势。相比较而言，可编程控制系统（PLC）是控制系统的一个大进步，它是把逻辑量的控制转变成了模拟量的控制，是一种通过程序实现控制的功能。如今的PLC实现了单体设备简单控制到胜任欲动控制过程控制以及集散控制等各种任务的跨越。总而言之，继电器接触器系统和可编程序控制系统在工业生产中必不可少，起到了关键性作用。
1继电器接触器的作用及其在生产中的应用
1.1接触器基本介绍
接触器(Contactor)是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开。在电工学上，因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制(某些型别可达800安培)电路的装置，所以经常运用于电动机做为控制对象﹐也可用作控制工厂设备﹑电热器﹑工作母机和各样电力机组等电力负载，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制。是自动控制系统中的重要元件之一。
1.2继电器基本介绍及其分类
当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生
预定的阶跃变化的一种电器就成为继电器。
1.21继电器的基本介绍
继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，继电器被所控制的输出电路导通或断开。输入量可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）及非电气量（如温度、压力、速度等）两大类。继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
1.22继电器的主要分类
1）电磁式继电器: 电磁式继电器在电气控制中起控制、放大、联锁、保护与调节的作用，以实现控制过程中的自动化。
2）固态继电器（SSR）: 固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。 固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。
3）时间继电器: 时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。
4）热继电器：热继电器是依靠电流流过发热元件时产生的热，是双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种电器，主要用于电动机的过载保护、断电及电流不平衡与性的保护以及其它电气设备发热状态的控制。
1.23继电器的作用
继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。
继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输
入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。 作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：
1) 扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。
2） 放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。
3）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。
4） 自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。
1.3继电器与接触器的区别
接触器是一种用来频繁的接通断开（交流、直流）负荷电流的电磁式自动切换电器，主要用来控制电动机、电焊机、电容器等设备。具有低压释放的保护功能，使用与频繁操作和远距离控制。接触器的主要特点有：1)由电信号驱动2）控制大电流电路3）接通断开电路。
继电器是一种根据某种输入信号的变化（多种信号）来接通或断开控制电路，以实现制动控制和保护的电器。其输入量可以是电压、电流等电气量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电气量，主要以用于小电源电路。
1.4接触器在电机控制中的应用
图1—3是用交流接触器控制异步电动机的主电路、控制电路和有关的波形图。接触器的结构和工作原理与继电器的基本相同，区别仅在于继电器触点的额定电流较小，而接触器是用来控制大电流负载的，例如它可以控制额定电流为几十安至几千安的异步电动机。按下起动按钮SBl，它的常开触点接通，电流经过SBl的常开触点和停止按钮SB2、作过载保护用的热继电器FR的常闭触点，流过交流接触器KM的线圈，接触器的衔铁被吸合，使主电路中的3对常开触点闭合，异步电动机M的三相电源被接通，电动机开始运行，控制电路中接触器KM的辅助常开触点同时接通。放开起动按钮后，SBl的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2、FR的’常闭触点流过KM的线圈，电动机继续运行。KM的辅助常开触点实现的这种功能称为“自锁”或“自保持”，它使继电器电路具有类似于R-S触发器的记忆功能。
在电动机运行时按停止按钮SB2，它的常闭触点断开，使KM的线圈失电，KM的主触点断开，异步电动机的三相电源被切断，电动机停止运行i同时控制电路中KM的辅助常开触点断开。当停止按钮SB2被放开，其常闭触点闭合后，KM的线圈仍然失电，电动机继续保持停止运行状态。图1.3给出了有关信号的波形图，图中用高电平表示1状态(线圈通电、按钮被按下)，用低电平表示0状态(线圈断电、按钮被放开)。
图1.3中的控制电路在继电器系统和PLC的梯形图中被大量使用，它被称为“起动-保持-停止”电路，或简称为“起保停”电路。
2可编程控制器PLC的基本介绍
2.1PLC的应用
最初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步，它的应用领域不断扩大。
如今，PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制与治理。PLC已日益成为产业控制装置家族中一个重要的角色。目前，在国内外PLC已经广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保以及文化娱乐等各行各业。随着PLC的性能价值的不断提高，其应用范围还在不断地扩大。
2.11PLC的应用领域
1） 用于开关量控制：利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制用于单机控制、多级控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑器、印刷机械、装配生产线、电镀流水线和电梯控制等等。这是PLC最基本的应用，也是最广泛的应用。
2） 运动控制：PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
3） 过程控制: 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
4） 数据处理: 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控
制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5） 通信及联网：PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
2.12PLC的应用特点
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、计时、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该按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。
1）可靠性高，抗干扰能力强:
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2）配套齐全，功能完善，适用性强:
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3）易学易用，深受工程技术人员欢迎:
LC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造:
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系
统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
5)体积小，重量轻，能耗低:
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2.13 可编程序控制器的发展趋势
在短短的几十年中，PLC得到了如此飞速的发展，并在各行各业得到了广泛的应用，这些事实说明，PLC具有强大的生命力。PLC将在工业控制领域发挥越来越大的作用，并将成为工业控制领域的主要控制设备。
PLC将向两个方面发展：一方面向着大型化的方向发展，另一方面则向着小型化的方向发展。PLC向大型化方向发展，主要表现在下列几个方面：
1） 为了在工业过程控制领域中有较大的应用市场，各制造企业纷纷学习其他企业产品的优点，取长补短，从而使产品的适用范围扩大，应用的规模从几十点扩展到成百上千乃至上万点，功能也从单一的逻辑运算扩展到几乎能满足所有的用户需求。此外，采用通信和开放的策略，使优化、计划、调度等功能也能够在PLC内实现，不同产品通信的实施也使应用的范围趋向多元化。
2） 制造业的发展离不开PLC的发展，因此，对PLC提出了功能、速度、通信、管理等方面的要求，这为PLC向大型化方向发展提供了用武之地
3) PLC的应用领域越来越广。PLC的应用早已从机械制造行业的应用向各行各业的应用发展。例如，在食品加工、炼油、化工、冶金、纺织、制浆和造纸、废水处理、制药和电子等行业的应用正如雨后春笋，不断壮大。
PLC向小型化方向发展，主要表现在下列几个方面：
1) 在设备级采用PLC。对一些工业过程的设备控制，采取化整为零的控制策略，采用配套的PLC，并配备了专用的控制柜、操作台和监视器等。例如，对锅炉设备而言，它有进水阀、蒸汽阀、燃料阀和空气阀，以及各种电动机和有关设备，采用配套的PLC可完成启动和熄火等顺序控制和回路控制，并可根据锅炉的规模，实现复杂的三冲量控制和双交叉限幅控制等。此外，可设置报警监视系统，在液位低、熄火或回火、蒸汽压力高或低时发出联锁或报警信号等。由于应用的专一性，使得控制质量大大提高。甚至有些公司还相继推出了能满足简单逻辑顺序控制要求的微可编程序控制单元，如西门子公司的Logo系列产品。
2) 向高性能的整体型发展。为了减小体积、降低成本，PLC的生产企业在向大型化发展的同时，也开发了小型、高性能的整体型系列产品，用于满足工业生产过程不同控制的需求。
3) 向小型化发展。在提高系统可靠性的基础上，产品的体积越来越小，功能越来越强。西门子公司在它传统的大中型PLC领域之外也着力推出小型PLC，如S7-200系列（由最初的21X系列已发展到目前的22X系列）。虽然这一系列属于
小型PLC，但其功能已具备了某些中型机的性能要求，特别是网络通信能力在各种小型PLC产品中表现十分突出。
2.2PLC在自动售货机中的应用
PLC的控制要求是：控制系统的 I/O 点及地址分配、PLC 系统选型、电气控制系统 原理图、系统程序设计、PLC 的安装、电源设计、系统的接地、PLC 输出端保 护等方面来展开说明与论述。
2.21设计要求
⑴此自动售货机可投入 1 元、5 元或 10 元硬币。
⑵当投入的硬币总值等于或超过 12 元时，汽水按钮指示灯亮；当投入的硬币总 值超过 15 元时，汽水、咖啡按钮指示灯都亮。
⑶当汽水按钮指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出 7 秒后自动停止。汽水排出 时相应指示灯闪烁。
⑷当咖啡按钮指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出 7 秒后自动停止。咖啡排出 时相应指示灯闪烁。
⑸若投入的硬币总值超过所需钱数 （汽水 12 元， 咖啡 15 元） 时， 找钱指示灯亮。
2.22控制系统的 I/O 点及地址分配名称
2.23电气原理图设计
基于各端口的地址地址分布，SA1、SA2、SA3 三个投币口用于投币，统计投 币总钱数。然后由比较寄存器进行比较，如果投币总数大于或等于 12 时，KA2 继电器接通，汽水指示灯 HL3 变亮。如果在这时按下汽水按钮 SA5，则常闭开关 SA5 断开，常开开关 SA5 闭合，信号发生器工作发出持续的脉冲信号，汽水指示 灯 HL4 闪亮。同时 SA5 闭合的同时，继电器 KA4 接通，使得常开开关 KA4 闭合， YV2 得电使得汽水阀门打开，排放汽水。7 秒钟以后延时开关 KT2 断开，指示灯 停止闪亮，汽水阀门闭合。其原理图见图 3
当延时开关 KT2 断开以后，常开开关 KT2 闭合，则寄存器减 12。如果剩余 钱数大于 0，则找钱指示灯 HL5 亮，继电器 KA5 得电，常开开关 KA5 闭合，找出 剩余的钱。如果剩余的钱为零，则无任何操作。找钱电路见图
4.
找钱电路原理图 如果投币总数大于或等于 15，则排放咖啡，其具体设计与汽水的类似，详 细见电气原理图。 在投币之前还有一个存储器清零与复位的问题，即初始化。在这里由计数手 动复位开关 SA6 来实现。
2.24系统流程设计
2.25PLC梯形图设计
梯形图采用经过西门子的编程语言。其中用到存储器的传送与加减指令。其梯形图的编程思路与前面所述的思路相同。 首先闪电以后先进行清零操作。然后投币后，依据投币的不同金额，在寄存 器中加上不同的数据。如图 6 所示。
当投币数目大于或等于 12 时，启动 Q0.1，使得汽水指示灯变量。当按下汽 水排放按钮时，启动 M0.2，排放汽水，并由 T37 计时器计时 7 秒，同时使汽水 指示灯闪亮，完成排放汽水的过程
当投币总额大于或等于15的时，启动Q0.2，咖啡指示灯变亮。当按下汽水排放按钮时，启动 Q0.3，排放咖啡，同时 T38 计时器开始计时，计时7秒结束，停止排放咖啡。过程中咖啡指示灯闪亮。结束后，寄存器数据减 15。最后，寄存器数据大于0，KA6得电，找钱指示灯变亮，进行找钱操作。 否则不进行任何操作。
图 6.3 梯形图指令
结束语
PLC 诞生已经将近 40 周年，作为以微处理器为基础的智能控制器的一种,它的产品生命 周期算是很长了。在微处理器芯片发展得如此迅猛的年代，能够长时间占据工业控制的主流控 制器的地位不变，而且不仅在原来所固有的市场上稳步发展，而且还不断地蚕食其它的控制器 的市场，这可以算是工业控制行业的一个奇迹。而 PLC 的发展，也是有目共睹的。性能的提高， 功能的增加，应用范围的日渐广泛，在控制系统和控制器的领域内，没有任何一类其它产品能够与之匹敌。
参考文献
[1] 邹金慧. 可编程控制器及其系统. 重庆：重庆大学出版社,2011.
[2]漆汉宏. PLC 电气控制技术. 北京：机械工业出版社,2008.
[3] 朱英韬. 工厂电气控制技术. 北京：工业大学出版社，1991.
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[5] 百度文库
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