电气控制与PLC培训讲义

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1、主讲 李淼2014.2项目一项目一 项目入门项目入门项目二项目二 电气控制相关技术的应用电气控制相关技术的应用项目三项目三 识读与绘制继电接触器控制电路识读与绘制继电接触器控制电路项目四项目四 西门子西门子S7-200系列系列PLC的应用的应用项目五项目五 人机界面及组态软件人机界面及组态软件1、机电产品的电气控制系统、机电产品的电气控制系统2、机电产品的传感器控制技术、机电产品的传感器控制技术3、继电器控制技术、继电器控制技术4、可编程控制技术（、可编程控制技术（PLC）5、人机界面技术、人机界面技术l什么是机电一体化？什么是机电一体化？l什么是机电产品？什么是机电产品？l 机电产品的基本要

2、素？机电产品的基本要素？l 各基本要素的作用？各基本要素的作用？项目一项目一 项目入门项目入门任务一任务一 认识机电产品认识机电产品l机电一体化是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐机电一体化是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念，是各相关技术有机结合的一种新形成的一个新概念，是各相关技术有机结合的一种新形式。关于机电一体化（形式。关于机电一体化（Mechatronics）这个名词的）这个名词的起源，说法很多。早在起源，说法很多。早在1971，日本，日本机械设计机械设计杂志杂志副刊就提出了副刊就提出了“Mechatronics”这一名词，这一名词，1976年以广年以广告为主的日本杂

3、志告为主的日本杂志Mechatronics Design News开开始使用，其中的始使用，其中的“Mechatronics”是由是由“Mechanics”的的前半部和前半部和“Electronics”的后半部组合而成。翻译为机的后半部组合而成。翻译为机电一体化或机械电子学。电一体化或机械电子学。l一、一、MechatronicsMechatronics的基本含义的基本含义“机电一体化机电一体化”是机械技术、微电子技术相互交叉、是机械技术、微电子技术相互交叉、融合的产物。融合的产物。机械技术机械技术（机械学（机械学机构学）机构学）机电一体化机电一体化技术领域技术领域微电子技术微电子技术（半导体

4、技（半导体技术、计算机术、计算机技术）技术）机电一体化技术的发展大体上可分为三个阶段机电一体化技术的发展大体上可分为三个阶段2020世纪世纪7070年代至年代至8080年代为第二阶段。年代为第二阶段。“蓬勃发展阶段蓬勃发展阶段”从从2020世纪世纪9090年代后期开始为第三阶段。年代后期开始为第三阶段。“智能化阶段智能化阶段”2020世纪世纪6060年代以前为第一阶段。年代以前为第一阶段。“萌芽阶段萌芽阶段”机电一体化技术发展史机电一体化技术发展史1 1、六十年代，日本通产省为扩大机械功能，在机械、六十年代，日本通产省为扩大机械功能，在机械上采用电气和电子技术，曾结合数控机床做过不少上采用电气

5、和电子技术，曾结合数控机床做过不少实验，但末能获得成功。实验，但末能获得成功。2 2、七十年代，微电子技术成熟，微机商品化，大规模、七十年代，微电子技术成熟，微机商品化，大规模集成电路问世，构成微机的基本单元集成电路问世，构成微机的基本单元CPUCPU、ROMROM、RAMRAM和和接口电路已经模块化，自己接口电路已经模块化，自己 制造制造 计算机成为可能。计算机成为可能。机电一体化得以现实。机电一体化得以现实。3 3、19711971年，日刊工业新闻社发行年，日刊工业新闻社发行机电一体化入门机电一体化入门和和机电一体化机电一体化月刊，专门刊载机电一体化新产品。月刊，专门刊载机电一体化新产品。

6、4 4、19761976年，机电一体化正式命名年，机电一体化正式命名 “”(Mechatronics(Mechatronics、机电一体化）。、机电一体化）。5 5、19711971到到19781978年日本政府颁发年日本政府颁发“机电法机电法”和和“机信机信法法”，对机电一体化的发展起到积极推动作用。，对机电一体化的发展起到积极推动作用。6 6、八十年代，在、八十年代，在“机信法机信法”指导下，机电一体化的指导下，机电一体化的产品如雨后春笋不断涌现。产品如雨后春笋不断涌现。7 7、九十年代，集成度提高，价格下降，机电一体化技、九十年代，集成度提高，价格下降，机电一体化技术在世界范围内得到迅猛

7、发展，机电一体化技术遍及术在世界范围内得到迅猛发展，机电一体化技术遍及社会各个领域。全盛时期开始。社会各个领域。全盛时期开始。l机电一体化的定义在日本多种多样。但机电一体化的定义在日本多种多样。但最具有指导性的定义是日本机械振兴协最具有指导性的定义是日本机械振兴协会经济研究所提出的。会经济研究所提出的。1、日本关于、日本关于Mechatronics的定义的定义l“机电一体化这个词乃是在机构的主功能、机电一体化这个词乃是在机构的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术，并将机械装置与电子设备以及软件技术，并将机械装置与电子设备以及软件等有机结合而成的系

8、统的总称等有机结合而成的系统的总称”。l美国是机电一体化产品开发和应用的最早的国美国是机电一体化产品开发和应用的最早的国家。如世界上第一台数控机床家。如世界上第一台数控机床(1952）、第一）、第一个工业机器人（个工业机器人（1962）。）。2、美国关于现代机械系统的定义、美国关于现代机械系统的定义“由计算机信息网络协调与控制的由计算机信息网络协调与控制的,用于完成包用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和和(或或)机电部件相互联系的系统机电部件相互联系的系统”。美国机械工程师协会的一个专家组于美国机械工程师协会的一个专家组于1984年年 在

9、给美国国家科学基金会的报告中，提出了现在给美国国家科学基金会的报告中，提出了现 代机械系统的定义。代机械系统的定义。l3、我国对机电一体化的理解、我国对机电一体化的理解 机电一体化是机电一体化技术及其产品的统称机电一体化是机电一体化技术及其产品的统称,还将柔性制造系统还将柔性制造系统(FMS)(Flexible Manufacturing System)和计算机集成制造系统和计算机集成制造系统(CIMS)(Computer Integrated Manufacturing System)包括在内。包括在内。机电一体化机电一体化是在机械产品中的机构主功能、动是在机械产品中的机构主功能、动力功能、

10、信息处理功能和控制功能上引进电子技术力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术和计算机技术和计算机技术,并将机械装置和电子设备以及计算机并将机械装置和电子设备以及计算机软件等有机结合起来构成的系统总称。软件等有机结合起来构成的系统总称。l 机电产品机电产品l 机电产品要素机电产品要素搬运机器人搬运机器人装配机器人装配机器人数控机床数控机床数控机床数控机床激光传真机激光传真机活动硬盘活动硬盘打印机打印机绘图仪绘图仪全自动洗衣机全自动洗衣机电冰箱电冰箱影碟机影碟机数码相机数码相机超声波探伤机超声波探伤机1）机械本体）机械本体 是所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、机是所有功能元素的机械支

11、持结构，包括机身、框架、机械连接、机械运动部件等。械连接、机械运动部件等。2）动力部分）动力部分 在控制系统的控制下，为系统提供能量和动力使系统正在控制系统的控制下，为系统提供能量和动力使系统正常运行。常运行。3）测试传感部分）测试传感部分 在系统运行中对系统本身和外界环境的各种参数及状态在系统运行中对系统本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。析、处理后产生相应的控制信息。4）执行机构）执行机构接收控制系统的控制信息和指令，完成要求的动作。接收控制系统的控制信息和指令，

12、完成要求的动作。5）驱动部分）驱动部分 在控制信息作用下，提供动力并实现功率匹配，驱动在控制信息作用下，提供动力并实现功率匹配，驱动各执行机构完成各种动作和功能。各执行机构完成各种动作和功能。6）控制及信息处理单元）控制及信息处理单元 将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统按要求实的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统按要求实现有序地运行。现有序地运行。7）接口）接口 系统中各单元和环节之间进行物质、能量和信

13、息交系统中各单元和环节之间进行物质、能量和信息交换的连接界面，是外部设备和数控装置之间的桥梁。换的连接界面，是外部设备和数控装置之间的桥梁。内脏内脏手脚手脚五官五官骨骼骨骼动力动力系统系统控制控制系统系统执行执行机构机构检测检测部分部分机械机械本体本体大脑大脑机电一体化系统各构成要素之间的相互联系机电一体化系统各构成要素之间的相互联系一、机电一体化产品的分类一、机电一体化产品的分类（1）产业机械：用于生产的电子控制机械。）产业机械：用于生产的电子控制机械。1、按机电一体化产品的用途分类、按机电一体化产品的用途分类（2）信息机械：用于信息处理、存储的电子机械产品）信息机械：用于信息处理、存储的电

14、子机械产品。（3）民生机械：用于生活领域的电子机械产品或机械电子产品。）民生机械：用于生活领域的电子机械产品或机械电子产品。2、按机电一体化产品的功能分类、按机电一体化产品的功能分类（1）在原有机械本体上采用微电子控制装置的产品。）在原有机械本体上采用微电子控制装置的产品。（2）用电子装置局部取代机械控制装置。）用电子装置局部取代机械控制装置。（3）用电子装置取代原来执行信息处理功能的机构。）用电子装置取代原来执行信息处理功能的机构。（4）用电子装置取代了机械的主功能的产品。）用电子装置取代了机械的主功能的产品。（5）信息设备和电子装置有机结合的信息电子设备。）信息设备和电子装置有机结合的信息

15、电子设备。（6）检测装置、电子装置和机构有机结合的检测用电子机械设备。）检测装置、电子装置和机构有机结合的检测用电子机械设备。二、机电一体化产品的构成及特点二、机电一体化产品的构成及特点1、主要构成、主要构成1）机械系统）机械系统4）信息处理及控制系统）信息处理及控制系统3）传感与检测系统）传感与检测系统5）执行机构）执行机构2）动力系统）动力系统l2、特点、特点1）安全性、可靠性高）安全性、可靠性高2）生产能力与工作质量高）生产能力与工作质量高3）使用性能好）使用性能好4）有复合功能）有复合功能5）便于调整和维护）便于调整和维护 机电一体化技术是系统技术、计算机与信息处机电一体化技术是系统技

16、术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、电力电子理技术、自动控制技术、伺服传动技术、电力电子技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程的一种高新技术。密集型系统工程的一种高新技术。1.内涵：指机械结构的设计与制造。内涵：指机械结构的设计与制造。2.作用：完成机电一体化系统间的连接以及如何作用：完成机电一体化系统间的连接以及如何与机电一体化的其它技术相适应，并利用其它技与机电一体化的其它技术相适应，并利用其它技术来更新概念，从而实现在结构、材料、性能上术来更新概念，从而实现在结构、材料、性能上的变更，以满足减少重量、缩小体

17、积、提高精的变更，以满足减少重量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善性能的要求。度、提高刚度、改善性能的要求。1.内涵：信息的变换、存取、运算、判断和决内涵：信息的变换、存取、运算、判断和决策；计算机的软件技术和硬件技术、网络与策；计算机的软件技术和硬件技术、网络与通信技术、数据库技术等。此外，人工智能通信技术、数据库技术等。此外，人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等也属技术、专家系统技术、神经网络技术等也属于该范畴。于该范畴。2.作用：是促进机电一体化技术发展和变革的作用：是促进机电一体化技术发展和变革的 最活跃的因素。最活跃的因素。1.内涵：研究如何将各种物理量转换成与之成比内涵：研

18、究如何将各种物理量转换成与之成比例的电量；研究对转换的电信号的加工处理。例的电量；研究对转换的电信号的加工处理。2.作用：传感与检测装置是机电一体化系统的作用：传感与检测装置是机电一体化系统的感觉器官，它与信息系统的输入端相连，并将感觉器官，它与信息系统的输入端相连，并将检测到的信号输送到信息处理部分，是实现自检测到的信号输送到信息处理部分，是实现自动控制、自动调节的关键环节。动控制、自动调节的关键环节。1.内涵：基本控制理论，对具体控制装置或系统内涵：基本控制理论，对具体控制装置或系统的设计，设计后的系统仿真、现场调试、投入的设计，设计后的系统仿真、现场调试、投入运行。运行。2.作用：实现机

19、电一体化系统的目标最优化，提作用：实现机电一体化系统的目标最优化，提高产品的精度、效率。高产品的精度、效率。1.内涵：机电一体化产品中的执行元件和驱动装内涵：机电一体化产品中的执行元件和驱动装置设计中的技术。置设计中的技术。2.作用：伺服系统是实现电信号到机械动作的转作用：伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件。执行元件一方面通过接口电路与换装置与部件。执行元件一方面通过接口电路与计算机相连，接受控制系统的指令；另一方面通计算机相连，接受控制系统的指令；另一方面通过机械接口与机械传动和执行机构相连，以实现过机械接口与机械传动和执行机构相连，以实现规定的动作。伺服驱动技术对机电一体化产品

20、的规定的动作。伺服驱动技术对机电一体化产品的动态性能、稳定性能、操作精度和控制质量等具动态性能、稳定性能、操作精度和控制质量等具有决定性的影响。有决定性的影响。1.内涵：以整体的概念，组织应用各种相关技术内涵：以整体的概念，组织应用各种相关技术的应用技术。的应用技术。2.作用：通过分析、评价、综合等措施，优选出作用：通过分析、评价、综合等措施，优选出最佳的功能技术方案。最佳的功能技术方案。传统机电技术的操作控制主要是通过具有电磁特传统机电技术的操作控制主要是通过具有电磁特性的各种电器来实现，在设计中不考虑或很少考虑彼性的各种电器来实现，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系；机械本体和电气驱

21、动界限分明，整此间的内在联系；机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造阶段算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造阶段就有机地结合在一起，十分注意机械和其

22、他部件之就有机地结合在一起，十分注意机械和其他部件之间的相互作用。间的相互作用。并行工程将上述各项技术尽量在各自范围内齐并行工程将上述各项技术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装置。过简单叠加完成整体装置。自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。规律、分析方法和自动系统的构造等。机电一体化技术将自动控制原理及方法作为重机电一体化技术将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件，应用要支撑技术，将自控部件作为重要控

23、制部件，应用自动控制原理和方法，对机电一体化装置进行分析自动控制原理和方法，对机电一体化装置进行分析和性能测算。和性能测算。机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。其研究的是机电用，目的是提高和改善系统性能。其研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身。一体化系统，而不是计算机应用本身。计算机在机电一体化系统中的应用仅仅计算机计算机在机电一体化系统中的应用仅仅计算机应用技术的一部分，它还可以在其他方面得到广泛应用技术的一部分，它还可以在其他方面得到广泛应用。应用。l什么是继电器接触式控制电路？什么是继电器接触式控制电路？l了解了解PLC的产生、发展、特点及应用。的产生、发展、特点及应用。项目一项目一 项目入门项目入门任务二任务二 认识电气控制系统认识电气控制系统演讲完毕，谢谢观看！