1、一、教学要求的基本层次,教学要求分为三个层次，即：掌握、理解和了解。 1. 掌握本课程的重点内容要求达到全面、深入地掌握程度。并能够举一反三，熟练解决相关问题，这是学位考的重点考核内容。 2. 理解本课程的一般内容要求能够理解，并能够进行分析和判断。 3. 了解本课程的一些基本概念要求能够了解。同时一些涉及数学、电子的内容不要求进一步深入和扩展的要求。,二、考题类型,一、选择题（包括单、多选择） 二、简答题 三、程序分析题（包括PLC、单片机） 四、控制系统设计（包括低压电器、PLC、单片机 的硬、软件） 五、分析、判断题,三、复习范围和具体要求,第一章 概述 复习内容： 第三节：机电控制系统
2、的基本要素和功能 第四节：控制系统的基本概念 具体要求： 1、机电一体化系统的五大构成要素、五大功能及它们的对应关系。 2、控制系统基本类型 3、闭环控制系统的基本组成。 4、控制系统的基本要求。以上内容要求掌握。,重要内容的回顾 （教材P3 12） 1.机电一体化系统的构成,机电一体化系统的各部分的作用：,1.电气控制单元:处理、运算、决策，实现控制功能。 2.能源（运转功能）:提供能量，转换成需要的形式，实现动力功能。 3.执行机构:包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完成要求的动作，实现驱动功能和能量转换功能。 4.机械本体（结构功能）：由机械零件组成，能够传递运动并完成某些有效工作的
3、装置。 5.检测传感装置:检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能,机电一体化的形人结构,2、控制系统的基本类型,按输入量的特征分类,恒值控制系统：系统输入量为恒定值。控制任务是保证在任 何扰动作用下系统的输出量为恒值。如：恒温箱控制、电网电压、频率控制等。 随动系统（伺服系统）：输入量的变化规律不能预先确知，其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并能排除各种干扰因素的影响，准确地复现输入信号的变化规律。如：仿形加工系统、火炮自动瞄准系统等 程序控制系统：输入量的变化规律预先确知，控制器按照预先确定的顺序，或按照一定逻辑顺序逐次对各个阶段进行控制，使被控对象按照要求而运动。程序控制主
4、要包括如下三种形式：,按系统中传递信号的性质分类,连续控制系统：系统中各部分传递的信号为随时间连续变化的信号。连续控制系统通常采用微分方程描述。离散（数字）控制系统：系统中某一处或多处的信号为脉冲序列或数字量传递的系统。离散控制系统通常采用差分方程描述。,方程系数与时间的关系-定常、时变*,按系统元件特性分类,线性控制系统： 由线性元件组成，输入输出问具有叠加性和均匀性性质。以线性微分方程来表述。,非线性控制系统： 系统中有非线性元件，输入输出间不具有叠加性和均匀性性质。 用非线性微分方程来表述。,控制系统根据有无反馈作用可分为三类：,开环控制,控制器与被控对象间只有顺序作用而无反向联系且控制
5、单方向进行。,数控机床的开环控制系统方块图,优点：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。,缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力。,闭环控制,闭环控制系统特点：输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程有直接影响。闭环的作用：应用反馈，减少偏差。,优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化具有 抗干扰能力。,缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析和设计复杂。,复合控制,复合控制系统是在闭环控制系统的基础上再附加一条开环控制通路而形成的一种控制系统。典型的复合控制系统结构如图所示。,(a) 按输入量补偿的复合控制,(b) 按扰
6、动量补偿的复合控制,复合控制系统结构图,3、闭环控制系统的组成,6.校正元件：用以改善系统控制质 量的装置。校正元件分为串联和并联两种。控制系统中比较元件、放大元件、执行元件和反馈元件等共同起控制作用，统称为控制器。实际的控制系统中，扰动总是不可避免的，扰动分为内部扰动和外部扰动。但在控制系统中，扰动集中表现在控制量与被控量的偏差上，因此，可以将控制系统的扰动等效为对控制对象的干扰。,4、自动控制系统的基本要求,稳定性： 系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。稳定性是控制系统正常工作的首要条件。,稳定的摆,不稳定的摆,(c)稳定,(d)不稳定,注意：控制系统稳定性由系统结构所决定，与外
7、界因素无关,(a)输入信号,(b)控制系统,准确性： 控制精度，以系统稳态误差来衡量。稳态误差是指输入量作用系统后，系统的调整（过渡）过程结束而趋于稳定状态时，系统输出量的实际值与给定量之间的差值。,快速性： 系统输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。,注意： 不同性质的控制系统，对稳定性、精确性和快速性要求各有侧重。 系统的稳定性、精确性、快速性相互制约。如提高系统响应的快速性，可能会引起振荡，稳定性变差；改善系统的稳定性，控制过程可能过于迟缓，甚至控制精度降低。因此，应根据实际需求合理选择。,第二章 机电控制系统的数学模型 此部分内容只需一般了解
8、第三章传感器技术 此章内容省略,第四章 继电接触控制系统设计,复习内容 4.1 常用低压电器 4.2 电气原理图的画法规则 4.3 基本控制电路 4.4 三相异步电机控制系统设计具体要求： 1、掌握各种常用低压电器（空气开关、中间继电器、空气开关熔断器、接触器、热继电器）的功能及应用场合； 2、了解常用低压电器文字与图形符号； 3、掌握基本控制电路（包括三相异步电机启动、停止控制系统） 4、能够根据工艺要求，设计相应的低压电器控制系统。,重要内容回顾 1、常用低压电器 （见教材P7580),断路器(又称空气开关） 作用： 不频繁地接通或断开负载电路具有过载、短路、失压保护功能 结构：自动开关从
9、结构由三部分组成： 主触点及灭弧系统（执行部分）接通/分断主电路； 各种脱扣器（感测元件）接收电路的故障信号； 操作机构（机械传递部件）由脱扣器接收信号后由它实现自动/手动跳闸的任务。,断路器文字与图形符号,继电器,作用：根据某种输入信号的变化，接通/断开控制电路，实现控制目的。 种类：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器及压力继电器等；中间继电器 特点：中间继电器（KA）实质上是电压继电器的一种，但它的触点数多，触点的容量大（额定电流510A）。作用：信号传递、放大、分路、反相。图形、文字符号：,时间继电器,定义：线圈通电或断电后其触点经过一定延时再动作的继电器 种类：
10、断电延时时间继电器、通电延时时间继电器。,图形、文字符号,触点表示含义 具体见教材P103,热继电器,作用：利用热效应原理，对电机或电气设备过载起保护作用。,长期过载、频繁启动、欠电压、 断相运行均会引起过电流。,接触器,作用：接触器是一种用来频繁地接通或断开有负载的主电路的自动控制器。 与继电器的区别：主、辅触点之分按主触点通过的电流是直流还是交流，接触器分为直流/交流接触器。 主触点容量大。 图形及文字符号：,2、基本控制电路（见教材P105116),（1）启动、自锁与停止控制电路 生产设备在使用时，一般都必须有启动与停止按钮，用于控制设备的启动与停止。 （2）长动与点动控制 生产设备在正
11、常情况下是连续工作，即所谓长动；而点动是指按下按钮时，设备工作，手松开按钮时，设备立即停止工作。 （3）互锁控制是指多组控制电路相互禁止，即一个动作禁止其他动作。 （4）多点控制 多点控制电路设置多套起、停按钮，分别安装在设备的多个操作位置。 （5）顺序控制用于实现机械设备依次动作的控制要求。,Part1 自动启/停控制,依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持通电的现象-自锁为什么加自锁？ 为什么用点动开关？ 启动、停止优先级？,起停控制电路的保护分析,过载保护：热继电器FR用于电动机过载时，其在控制电路的常闭触点打开，接触器KM线圈断电，使电动机M停止工作。排除过载故障后，手动使其复位，控制电
12、路可以重新工作。 短路保护：熔断器组FU1用于主电路的短路保护，FU2用于控制电路的短路保护。 欠压、零压保护：当电源电压严重下降或电路失电，接触器各触点复位断开电动机的电源，一旦电源恢复，不操作起动按钮，KM线圈不会再次自行通电，电动机不会自行起动，从而避免事故发生。即自锁电路具有欠压和失压保护。,a) 按钮操作：SB3常闭触点用来切段自锁电路实现点动。 b) 转换开关控制：SA合上，有自锁电路，SB2为长动操作按钮；SA断开，无自锁电路，SB2为点动操作按钮。 c) 中间继电器KA控制：按动SB2、KA通电自锁，KM线圈通电，此状态为长动；按动SB3、KM线圈通电，但无自锁电路，为点动操作
13、。,Part2 长动与点动控制,KM,KM,结论: 由N个电器都能控制甲接触器通电,则N个电器的常开触点应并联接到甲接触器的线圈电路上; 由N个电器都能控制甲接触器断电,则N个电器的常闭触点应串联接到甲接触器的线圈电路上;,Part3 多点控制,Part4 互锁正反转控制电路,控制要求：正、反转； 如何实现？缺点?,Part4 互锁正反转控制电路之一,主电路： KM1主触点接通正相序电源M正转。 KM2主触点接通反相序电源M反转。 控制电路： SB1控制正转，SB2控制反转，SB3用于停止控制。 KM的常闭触点用于互锁控制，即使在接触器故障情况下，也可以保证不发生主电路短路现象。,正停反,Pa
14、rt4 互锁正反转控制电路之二 按钮联锁功能,使用和常开触点联动的常闭触点的断开对方支路线圈电流，再利用常开触点的闭合接通通电线圈电流。,正反停,a）KM1的辅助常开触点起自锁和顺控的双重作用。 b）单独用一个KM1的辅助常开触点作顺序控制触点。 c）M1M2的顺序起动、M2M1的顺序停止控制。,Part5 顺序控制,结论,基本电路的结构特点： 1.自锁： 接触器常开触点与启动按钮常开触点相并联。 2.互锁： 两个接触器的常闭触点串联在对方线圈的电路中。 3.点动： 无自锁环节。 4.多地： 启动按钮的常开触点并联、停止常闭触点串联。 5.顺序： 若启动顺序为:先甲后乙,则在乙线圈电路中串联甲
15、的常开触点; 若停止顺序为:先乙后甲,则在甲停止按钮并联乙的常开触点;,（6）三相异步电机控制电路,降压启动控制电路 星形三角形 制动控制电路 电磁机械制动,异步电机星-三角形启动,Y接法,三角形接法,为什么采用时间继电器？,KM2,异步电机制动控制之一 电磁机械制动,1、电磁机械制动原理：抱闸的电磁线圈YB通电时，电磁力克服弹簧的作用，闸瓦松开，电动机可以运转。,3、低压电器控制系统设计 （1）皮带运输机的电气控制线路设计,工艺要求,停止时顺序为：1#-2#-3#，并具有一定时间间隔，以保证停机后不残余货物； 不论2#或3#机出现故障，1#机必须停机，以免继续进料，造成货物堆积； 启动时顺序
16、为：3#-2#-1#，并具有一定时间间隔，以免货物在皮带上堆积，造成后面皮带重载启动 必要的常规保护（如失压、过载、短路等）,主电路设计,电机：三相交流异步电机，因为皮带传输机属于长期工作，不需要调速、也不需要正/反转； 启动方式：直接启动。由于电网相对电机容量足够大，且三台电机又不同时启动，故不会对电网产生较大冲击； 停止方式：自由停机。皮带运输机不经常停机，且对停机时间、准确度无特殊要求； 常规保护；熔断器（短路）热继电器（过载）中间继电器（失压）；,（2）送料小车控制系统设计,工艺过程： 在限位开关SQ4处装料，装料时间为10秒； 在限位开关SQ3处卸料，卸料时间为15秒；,卸料口,根据
17、工艺确定控制系统工作过程,装料 条件：启动信号及左到位信号 动作：启动时间继电器KT1 右行 条件：KT110秒 动作：电机正转 卸料 条件：右到位信号 动作：启动时间继电器KT2 左行 条件：KT215秒 动作：电机反转,根据控制系统工作过程选择器件,输入器件 按钮：SB0启动、SB2停止 执行器件 接触器：KM1/KM2(电机的正、反转） 检测器件 限位开关SQ3/SQ4、通电延时时间继电器KT1/KT2、中间继电器KA,模拟试题 一、简答题,1 中间继电器和接触器有何异同？在什么条件下可以用继电器来代替接触器起动电动机？ 2 电动机的起动电流很大，当电动机起动时，热继电器会不会动作？为什
18、么？ 3 既然在电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器？装有热继电器是否可以不装熔断器？为什么？ 4 继电器接触器控制线路中一般应设哪些保护？各有什么作用？短路保护和过载保护有什么区别？零电压保护的目的是什么？,二、设计题,1、设计一个控制线路，要求第一台电动机起动10S后，第二台电动机自行起动，运行5S后，第一台电动机停止并同时使第三台电动机自行起动，再运行15S后，电动机全部停止。2、某机床主轴和润滑油泵各由一台电动机带动，要求主轴必须在油泵开动后才能起动。主轴能正反转并能单独停车，有短路、零压及过载保护等。试绘出电气控制原理图。,3、自动定时搅拌机如下图所示。按下启动按钮时，控
19、制出料阀门A关闭，进料阀门B打开，开始进料。当罐内的液面上升到一定的高度时，液面传感器的SL1的常开触点接通，关闭进料阀门B，同时启动搅拌电机M，开始搅拌。在搅拌3分钟后，停止搅拌，打开出料阀门A。当罐内液面下降到一定位置，液面传感器SL2常开触点断开，关闭出料阀门B，又重新打开进料阀门A，又一次进料，重复上述过程，完成自动定时搅拌。请用低压电器构成此控制系统。,第六章 可编程序控制器,复习内容 1 可编程控制器PLC概述 2 PLC的组成 3 基本工作原理 4 编程语言及程序编程设计 5 顺序步进指令及编程 具体要求 1、掌握PLC的构成以及各部分的作用； 2、掌握PLC循环扫描三个阶段完成
20、什么任务； 3、掌握PLC各基本逻辑指令的功能和梯形图编程规则，并能将梯形图、语句表、波形之间的相互关系及转换 4、能根据工艺要求，编写相应的用户程序。,重要内容回顾,1、PLC的基本组成(见教材P169173)主要由中央处理单元CPU、存储器、和输入输出接口、编程器等四部分组成.,（1）中央处理单元CPU,CPU是PLC系统的核心它通过输入装置读入外设的状态，由用户程序处理，并根据处理结果通过输出装置去控制外设. （2）存储器 存储器主要存放系统程序、用户程序及工作数据 （3）输入输出接口通过IO接口可以检测被控对象或被控生产过程的各种参数，以这些现场数据作为PLC对被控对象进行控制的依据同
21、时PLC又通过IO接口将处理结果送给被控设备或工业生产过程，以实现控制 （4）编程器编程器是通过电缆与CPU相连接，主要功能是：向CPU输入用户程序；在线监视CPU的运行情况；完成某些特定的功能。,2、PLC扫描工作方式,（1）输入采样阶段,调理电路：它包括电平转换、光电隔离、滤波电路； 输入映像区：在PLC的存储器中专门存放输入数据的区域； 输入刷新：当CPU采样时，输入信号由缓冲区进入输入映像区； 注：只有在采样时，输入映像区的数据才与输入信号一致，其他时间范围内输入信号变化是不会影响输入映像区的数据的！,(2) 执行用户程序操作,（3）输出刷新阶段,输出状态刷新：CPU不能直接驱动负载，
22、当前处理的结果放在输出映像区内，在程序执行结束后（或下次扫描用户程序之前），才将输出映像区的数据通过锁存器输出到输出端子上,顺序执行程序中的各条指令，根据输入状态和指令 内容进行数据处理,3、基本逻辑指令（见教材P180191) 输入继电器(X),每一个输入电路单元相当于一个输入继电器。输入电路D1、T1导通相当于继电器线圈接通。内部电路通断相当于继电器常开、常闭触点的通断。 输入继电器作用：接收来自外部的开关信号。 输入继电器由外部信号来驱动，而不能由程序的指令来驱动。输入继电器采用八进制编号。,输出继电器(Y),输出继电器作用：将PLC的信号传送到外部负载的器件。 输出继电器按程序执行结果
23、而被驱动，它有一个外部输出的常开触点，有许多常开、常闭触点可以在编程中运用。 输出继电器也采用八进制编号。,辅助继电器(M),辅助继电器作用：同继电器控制系统的中间继电器类似。 辅助继电器带有若干常开触点和常闭触点，供编程使用，辅助继电器的触点不可直接驱动外部负载，要通过输出继电器才能驱动外部负载。 辅助继电器分为:通用辅助继电器和保持辅助继电器,定时器T,在PLC内定时器是根据时钟脉冲累积计时的，时钟脉冲分为1ms、10ms、100ms，定时器一旦接通，即开始作加法运算，当等于设定值，定时器才有输出; 定时器分为普通定时器、累积型定时器 当定时器输入断开，定时器复位（普通定时器）； 定时器是
24、通电延时型定时器.,T450,K200,计数器,计数器分为16位加计数器、32位双向计数器、高速计数器 计数输入从断到通，计数值加1；当设定值K，输出触点动作 ； 每个计数器都具有掉电保护；当计数器的复位端接通时，计数器将终止计数，设定值并立即返回初始值。,K,语句表基本逻辑指令,FX系列PLC共有27条基本逻辑指令。 1、LD(常开触点）LDI (常闭触点）、Y、M、T、C逻辑开始：在梯形图中表示一个逻辑行的开始； 2、OUT Y、M、T、C 线圈驱动指令：不能驱动X，OUT用于T、C时必须紧跟K；,3、AND ANI串联连接指令： 4、OR ORI 并联连接指令,5、ORB 串联电路块并联
25、连接指令：,LD X400 AND X401 AND X402 LD X403 AND X404 ORB,6、ANB并联电路块串联连接指令,LD X400 OR X402 LDX401 OR X403 OR X404 ANB,7、PLS、 PLF ：上升沿、下降沿微分输出指令 下降沿微分输出指令：其作用是将较宽的脉冲输入信号变成脉宽为一个扫描周期的脉冲信号 。指令可以用于Y、M。,8、 检测上升沿和下降沿的触点指令 LDP、ANDP(与）和ORP（或）：检测上升沿的触点指令，触点的中间有一个向上的箭头，对应的触点仅在指定元件波形的上升沿（OFF变为ON）时接通一个扫描周期。 LDF、ANDF
26、(与）和ORF （或）：检测下降沿的触点指令，触点的中间有一个向下的箭头，对应的触点仅在指定元件波形的下降沿（ON变为OFF）时接通一个扫描周期。 上升沿指令和下降沿指令可以用于X、Y、M、T、C和S。,9、SET：置位指令，使操作保持ON的指令。 SET指令用于Y、M、和S； RST：复位指令，使操作保持OFF的指令。 ，RST指令的可以用于复位Y、M、S、T、C，将对定时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器的内容清零。 这两条指令具有记忆功能；,10、MC、 MCRM主控指令、主控复位指令：两条指令必须同时使用，MC用于分支处，形成新母线；分支电路执行结束后，用MCR指令返回原母线。 MC和
27、MCR指令中包含嵌套的层数N0 N7 ，N0为最高层，最低层为 N7,LD X002 MC N0M100 LD X000 OUT Y001 LD X003 OUT Y000 MCR N0 LD X001 OUT Y002,11、栈存储器与多重输出指令,在PLC中有11个存储器，它们用于存储运算的中间结果，称为栈寄存器。MPS（Push）、MRD（Read）和MPP（Pop）指令分别是进栈、读栈和出栈指令，它们用于多重输出电路。堆栈采用“先进后出”的数据存取方式。 MPS指令用于存储电路中有分支处的逻辑运算结果，以便以后处理有线圈的支路时可以调用该运算结果。使用一次MPS指令，逻辑运算结果压入堆
28、栈的第一层，堆栈中原来的数据依次向下一层推移。 MRD指令读取存储在堆栈最上层的电路分支点处的运算结果，读数后堆栈内的数据不会上下移动。 MPP指令时，堆栈中各层的数据向上移动一层，最上层的数据在读出后从栈内消失。,4、编程规则,梯形图中的继电器触点可在编制用户程序时多次引用，既可常开又可常闭 梯形图中输入触点和输出线圈不是物理触点和线圈， 输出线圈中对应输出映像区的相应位，不能用该编程元素直接驱动现场执行机构 梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在右母线，所有的触点不能放在线圈的右边；,输出线圈不能直接与左母线相连，如需要，可以通过一个没有使用元件的常闭（动断）接点或者用特殊辅助继电器来连接。在每一逻辑行上串联触点多的电路应放在上方,在每一逻辑行上并联触点多的电路应放在左边,如果在同一程序中，同一输出元件的线圈使用二次或二次以上，称为双线圈输出。双线圈输出容易引起误操作，应该尽量避免。但不同编号的输出元件可以并行输出。,5、基本指令的应用,优先电路：有二个输入按钮来控制二路输出。 先按钮者有优先权，后者无效。 当X001先接通，M100（自锁） 使Y001有输出，同时M100的常闭触点断开，即使X002接通，Y002没有输出。 同样，X002先接通，M101动作，Y002有输出。M101的常闭触点断开，Y001没有输出。优先电路可用在电机正反转控制。,延时电路,振荡电路,
