电控电路设计及应用.ppt

MHN AUTO,電控電路設計與應用,會簽:核准：審核:王國來 報告人:廖良保,Rev:A 2006/08/08,MHN AUTO,內 容,1.繼電器邏輯控制電路組成,2.繼電器邏輯控制電路實例,二.繼電器邏輯控制電路,1.常用電器及使用參數,2.電氣繪圖基本規則,4.常用電控模組,三.可編程控制器(PLC)控制電路,3.可編程控制器編程,4.可編程控制器應用實例,一.電控電路中常用元件,3.電氣繪圖符號,1.PLC型號及選型,2.可編程控制器控制電路組成,四.人機介面,2.人機介面編程,1.常用型號及選型,MHN AUTO,六.伺服&步進控制,2.步進電機簡介,4.伺服電機控制,五.變頻器,2.應用,1.常用 型號及選型,1.常用型號,七.單片機應用,2.單片機指令,1.單片機的基本結構,3.單片機應用,九.結束語,八.電控電路設計,2.電控電路設計步驟,1.電控電路設計基礎,3.步進電機控制,MHN AUTO,一.電控電路中常用元件,1.常用電器及使用參數,MHN AUTO,2.電氣繪圖基本規則,一.電控電路中常用元件,1).原理图一般分为：电源电路、主电路、控制电路、信号电路、照明电路。（1）.电源电路画成水平线，相序由上而下排列，中性线和保护地线画在相线 下面。直流电源正极在上，负极在下。（2）.主电路是受电动力装置及保护器，画在原理图左侧。（3）.控制电路、信号电路、照明电路绘图时要跨在两相电源线之间，依次垂 直画在右侧耗能元件（线圈、灯）画在电路下方，电器触点画在耗能 元件上方。2).原理图中各电气触点按常态画出。3).原理图中电器按照统一国家标号画出。4).原理图中同一电器的各元件按其作用分画在不同电路中，必须标以相同文字 符号。5).原理图中对有直接电联系的交叉点应用小黑圆点表示。,MHN AUTO,3.電氣繪圖符號,一.電控電路中常用元件,MHN AUTO,4.常用電控模組,常用電控元件,1.常用低 壓電器,2.常用電 控模組,1.可編程序控制器:主控制單元,I/O擴展單 元,其他特殊控制模塊,2.觸摸屏:,3.變頻器:,4.步進馬達及驅動器:,5.伺服馬達及驅動器:,:斷路器,接觸器,繼電器,按鈕,開關等等.,一.電控電路中常用元件,MHN AUTO,二.繼電器邏輯控制電路,1.繼電器邏輯控制電路組成,1).電源電路:總電源,馬達電源電路.,2).主電路:執行元件的驅動控制電路.,MHN AUTO,二.繼電器邏輯控制電路,1.繼電器邏輯控制電路組成,3).控制電路:中間邏輯控制電路.,4).信號電路:設備狀態指示電路.,MHN AUTO,1.繼電器邏輯控制電路組成,5).照明電路:設備照明電路.,MHN AUTO,2.繼電器邏輯控制電路實例,1).三相異步電動機星三角啟動,二.繼電器邏輯控制電路,MHN AUTO,2.繼電器邏輯控制電路實例,2).工作台往復運動控制,二.繼電器邏輯控制電路,MHN AUTO,三.可編程控制器控制電路,1.PLC型號及選型,選型:1).根據實際控制需求選擇PLC型號.2).根據控制執行元件類型選擇PLC的I/O類型.3).根據執行元件數選擇PLC的I/O點數和特殊模組數.注:三菱PLC應用廣泛,後面有關PLC的描述都以三菱PLC為例.,MHN AUTO,三.可編程控制器控制電路,2.可編程控制器控制電路組成,1)電源電路:PLC的CPU控制電路供電(一般為AC220V或DC24V).2)輸入電路:各執行元件動作檢測信號,各功能檢測信號接入PLC.電子 式檢測開關有PNP或NPN型,須與PLC配合使用.3)輸出電路:PLC的輸出有晶體管,繼電器和可控硅等,PLC輸出點為機 械或電子開關,帶負載時需外接電源.4)I/O隔離,放大電路:當負載大於PLC的輸出能力,需加隔離放大電路.較多的是PLC帶繼電器,然後繼電器帶執行元件.5)執行元件電路:PLC直接或間接控制執行元件.6)特殊功能模塊控制電路:PLC常用的為數字I/O模塊,為了實現其他功 能需使用相應模塊.例如:A/D D/A模塊,軸控模塊,通訊模 塊等,MHN AUTO,三.可編程控制器控制電路,3.可編程控制器編程,1).根據機械動作要求,構思整機控制設置,列詳細控制動作流程框圖.2).定義I/O,規劃軟元件的使用.3).一般自動機的控制必須有如下功能:手動動作,單循環,參數設定,功能 設定,自動動作,異常處理,正確操作提示,互鎖,輔助功能等.(1).手動動作:各執行機構需有手動控制功能,便于操作及調試.(2).單循環:各功能部分(多動作)可進行單部分連貫動作,便于單工站的調 試操作.(3).參數設定:對動作的時間,速度,位置,程序數據等參數設定,提高設備的 可操作性和彈性,以利于多料號生產.(4).工能設定:設定機構動作是否執行以及執行的時序,提高設備的可操 作性和彈性,以利于多料號生產.,MHN AUTO,三.可編程控制器控制電路,3.可編程控制器編程,(5).自動動作:設備自動動作,可連續或單步進行,可單次和循環動作.設置 單步和單次動作方便調機.(6).異常處理:異常處理應包括異常信息提示,設備異常自動處理,異常停 機.發生異常先提示,再對可自動處理的異常實現自處理,不能 自動處理的則異常停機.(7).正確操作提示:對非異常狀態下的錯誤操作或未進入可操作狀態給予 提示,以使操作員正確操作.(8).各功能控制的互鎖:對於有干涉的機械動作或控制狀態進行互鎖.(9).輔助功能:各項輔助功能,例如:周期顯示,計數(良品,不良品,不良分類)開機時間,故障停機時間等.,MHN AUTO,三.可編程控制器控制電路,4.可編程控制器應用實例,MHN AUTO,4.可編程控制器應用實例,MHN AUTO,4.可編程控制器應用實例,MHN AUTO,四.人機介面,1.常用型號及選型,選型:根據實際控制需求選擇人機介面型號.部分低檔人機介面寫入 和讀出的時為編譯後的程式,人機介面的編程軟體不能對它進 行編輯.注:PRO-FACE GP2000系列人機介面應用廣泛,後面有關人機介面 的描述都以GP2000系列為例.,MHN AUTO,四.人機介面,2.人機介面編程,1)根據機械動作要求,構思整機控制設置,規劃人機介面畫面.2)一般自動機的控制必須有如下畫面:手動畫面,單循環,參數設定,功能 設定,自動動作,異常處理,正確操作提示,輔助功能顯示,I/O顯示等.(1).手動畫面:各執行機構需有手動控制功能,便于操作及調試.(2).單循環畫面:各功能部分(多動作)可進行單部分連貫動作操作,便于單 工站的調試.(3).參數設定畫面:對動作的時間,速度,位置,程序數據等參數設定畫面.(4).工能設定畫面:設定機構動作是否執行以及執行的時序畫面,提高設 備的可操作性和彈性,以利于多料號生產.,MHN AUTO,(5).自動動作畫面:需有連續或單步控制按鈕,有單次和循環動作選擇按 鈕,以及其它輔助功能控制.(6).異常處理畫面:異常信息提示,設備異常後處理控制.(7).正確操作提示:對非異常狀態下的錯誤操作或未進入可操作狀態給予 提示.(8).輔助功能顯示:介面需設周期,計數(良品,不良品,不良分類),開機時間,故障停機時間等.(9).I/O顯示:顯示PLC的I/O,便于調試時信號查詢.3)詳細規劃畫面的設定:各畫面放置的元件以及各元件對應的PLC軟元件.,四.人機介面,2.人機介面編程,MHN AUTO,4)依據各畫面的規劃,利用專用軟體編寫畫面.(1).開新工程:選擇人機介面和PLC型號,寫入工程檔案名.(2).開新畫面.(3).依據詳細規劃放置人機介面軟元件.(4).編輯軟元件:設定軟元件與PLC對應地址及其它參數.(5).存儲畫面.(6).編輯完畫面後存儲工程,人機介面程序完成.(7).調試程序.,四.人機介面,2.人機介面編程,MHN AUTO,五.變頻器,1.常用型號及選型,選型:根據實際控制需求選擇變頻器型號.主要參數有輸入電壓,輸出電壓,輸出頻率範圍,負載功率等,MHN AUTO,五.變頻器,2.原理及應用 1).變頻器通過改變輸出電壓頻率調節三相異步電動機轉速.2).變頻器的控制方式:(1).有級多檔位調速,控制器的數字輸出控制變頻器的數字輸入口,設 定速度檔位.數字控制抗干擾能力強,可遠程控制.(2).無級調速,控制器的模苡電壓控制變頻器的模拟輸入口,設定速度.模拟信號易受外界干擾,控制器不宜離變頻器太遠.(3).通信控制,通過RS485通信口控制器與變頻器通信,調節速度.可實 現遠程控制.,MHN AUTO,2.原理及應用,數字控制口,模以控制口,通信控制口,MHN AUTO,六.步進&伺服控制,1.常用型號,選型:根據實際控制需求選擇驅動器和馬達型號.伺服主要參數有輸入電 壓,功率,馬達輸出軸,馬達是否帶煞車等.步進主要參數有輸入電壓,輸出電壓和功率,步距角等.,MHN AUTO,2.步進電機簡介:步進馬達(步進電動機)是一種用電脈沖信號進行控制,並將電脈轉 換成相應的角位移或線位移的控制電機.步進電動機的步距角和轉速,不受電壓波動和負載變化的影響,也不 受環境條件影響,僅與脈沖頻率有關.它每轉一周都有固定的步數,其 步進距誤差不會長期積累.步進電動機的位移及角位移量與控制脈沖數成正比,轉速與控制脈 沖成反比.步進電動機通過改變脈沖頻率速調速,能夠快速起動,反轉 和制動.,六.步進&伺服控制,MHN AUTO,3.步進電機控制:1).步進控制系統包括:控制器,步進驅動器和步進馬達.2).控制器通過發脈衝,以脈衝的頻率和數量控制步進的速度和位置.3).選擇合適的控制器:常用的控制器有單片機,PLC,軸控卡,數控系統等.4).設計控制電路.5).依據實際控制要求設定步進參數.,六.步進&伺服控制,MHN AUTO,4.伺服電機控制(以松下A4伺服為例):1).伺服控制系統包括:控制器,伺服驅動器和伺服馬達.2).伺服使用時先選擇控制模式 伺服控制模式常用的有:位置控制模式和速度控制模式.位置控制模式中,控制器發脈衝給伺服驅動器,控制馬達的速度和位置.速度控制模式中,控制器輸出控制電壓控制伺服速度.3).選擇合適的控制器:常用的控制器有單片機,PLC,軸控卡,數控系統等.4).根據控制模式設計控制電路.5).依據實際控制要求設定伺服參數.6).位置控制模式和速度控制模式電路如下:,六.步進&伺服控制,MHN AUTO,位置控制模式電路:,MHN AUTO,速度控制模式電路:,MHN AUTO,七.單片機應用,1.單片機的基本結構,.1.中央處理器(CPU).2.記憶體(Memory)(1)ROM(Read only memory)(2)EPROM(Erasable programable read only memory)(3)RAM(Random access memory).3.輸入/輸出(Input/Output),MHN AUTO,.4.MCS-51系列常用編號之內部結構,MHN AUTO,.5.MCS-51系列內部結構,MHN AUTO,1)算術邏輯單元 算術邏輯單元(arithmatic and logic unit)簡稱為ALU,是負責執行算術運算及邏輯運算的單元.通常ALU的輸入是累積器A及臨時暫存器,運算的結果則返回累積器中或透過匯流排送至資料記憶體或輸入/輸出埠.2)程式計數器 程式計數器(program counter)簡稱PC,會自動指出存放於記憶體中下一個執行指令的地址,以便CPU去讀取.由於MCS-51系列的程式計數器是16位的,所以其記憶體容量位216=65536=64K.注:1K=1024.3)計時/計數器(1).工作模式設定 TMOD(2).控制暫存器TCON,.5.MCS-51系列內部結構,MHN AUTO,4).程式記憶體(1)位址0000H(重置):當接腳Reset=1後,CPU會從位址0000H開始執行程 式,所以程式的第一條指令一定要放在0000H處.(2)位址0003H(外中斷0):當CPU接受外部中斷0,CPU會跳到0003H去執 行中斷副程式.執行中斷副程式必需以RETI作結尾.(3)位址000BH(計時/計數器0中斷):當CPU接受計時/計數器0因溢位而產生的中斷要求時，CPU會跳到000BH去執行中斷副程式.執行中斷副程式必需以RETI作結尾.(4)位址0013H(外中斷1):當CPU接受外部中斷1,CPU會跳到0003H去執 行中斷副程式.執行中斷副程式必需以RETI作結尾.(5)位址001BH(計時/計數器1中斷):當CPU接受計時/計數器1因溢位而產生的中斷要求時，CPU會跳到000BH去執行中斷副程式.執行中斷副程式必需以RETI作結尾.,.5.MCS-51系列內部結構,MHN AUTO,.5.MCS-51系列內部結構,(6)位址0023H(串行口中斷):當串行口接受資料或傳送資料完畢時，而令CPU跳到位址0023H去執行中斷副程式.執行中斷副程式必需以RETI作結尾.5)資料記憶體(1)一般用途的寄存器：位址00H1FH，共有32 byte;(2)可位尋址區：位址20H2FH，共16 byte。(3)資料儲存區：位址30H7FH，共80 byte，可自由使用。6)特殊功能暫存器 累積器A，暫存器B，程序狀態寄存器PSW，堆棧寄存器SP，資料指標暫存器DPTR，輸入/輸出口(P0P3)。,MHN AUTO,七.單片機應用,2.單片機指令,資料傳送指令,1.MOV A,Rn;n=07,功能：將暫存器Rn的內容送入累積器A內。例：MOV A,R5,2.MOV A,direct;,功能：將直接定址 位元組內容送入累積器A內。例：MOV A,P2,3.MOV A,#data;,功能：將常數data送入累積器A內。例：MOV A,#30H,4.MOV A,Rm;m=01,功能：以暫存器Rm的內容為位址，到內部RAM去提取資料並送入累積器A內。例：MOV R1,#30H;MOV A,R1,MHN AUTO,資料傳送指令,5.MOVC A,A+DPTR;,功能：以累積器A的內容與資料指標暫存器DPTR的內容之和作為位址，到程序記憶體內讀取該位址之內容，然後將器載入累積器A內。例：MOV DPTR,#300 MOV A,#20H MOVC A,A+DPTR,6.MOVX A,Rm;m=01,功能：將Rm所指定之外部RAM的內容載入累積器A內。,例：MOV R1,#12H;MOVX A,R1,2.單片機指令,MHN AUTO,位元運算指令,1.CLR C,功能：將進位旗標C的內容清除為零。,2.CLR bit,功能：將直接定址位元的內容清除為零。例：CLR P0.0,3.SETB C,功能：將進位旗標C的內容置為1。,4.SETB bit,功能：將直接定址位元的內容置為1。例：SETB 20H.0,2.單片機指令,MHN AUTO,2.單片機指令,位元運算指令,5.CPL C,6.CPL bit,功能：將直接定址位元的內容取反。然後再存入直接定位元內。,7.ANL C,bit,功能：將進位旗標C的內容和直接定位元的內容做邏輯AND運算，並將其結果存入進位旗標C內。例：ANL C,Acc.6,功能：將進位旗標C的內容取反，然後再存入進位旗標C內。,MHN AUTO,位元運算指令,8.ANL C,/bit,功能：將直接定址位元的內容取反後AND入進位旗標C內。,9.ORL C,bit,功能：將直接定址位元的內容與進位旗標C內容做邏輯OR運算然，並將運算結果存入進位旗標C內。,10.MOV C,bit,功能：將直接定址位元的內容載入進位旗標C內。例：MOV C,Acc.6,11.MOV bit,C,功能：將進位旗標C的內容載入直接定址位元內。例：MOV P1.5,C,2.單片機指令,MHN AUTO,分支跳轉指令,1.AJMP address,功能：跳到位址address去執行程序。跳轉范圍:2K byte,2.LJMP address,功能：跳到位址address去執行程序.跳轉范圍:64K byte,3.SJMP address,功能：跳到位址address去執行程序.跳轉范圍:-128+127 byte,4.JMP A+DPTR,功能：將累積器A的內容與資料指標暫存器DPTR的內容相加,作為目的位址,跳至該位址執行程序.,2.單片機指令,MHN AUTO,分支跳轉指令,5.JZ address,功能：若累積器A的內容等於零,跳至address處執行程序.若累積器A的內容不等於零,則不跳,繼續往下執行程序.跳轉范圍：-128127,6.JC address,功能：若進位旗標C=1,則跳至address處執行程序,若進位旗標C=0則不跳,繼續往下執行程序.跳轉范圍：-128+127,7.JB bit,address,功能：若直接定址位元之內容等於1,則跳至address處執行程序.若直接定址位元之內容等於0,則不跳,繼續往下執行程序.跳轉范圍:-128+127,8.JBC bit,address,功能：將直接定址位元地內容等於1,則將其清除為0,並跳至address處執行程序.若直接定址位元的內容等於0,則不跳,繼續往下執行程序.跳轉范圍:-128+127.,2.單片機指令,MHN AUTO,分支跳轉指令,9.CJNE A,direct,address,功能：若累積器A的內容不等於直接定址位元組的內容,則跳至address處執行程序,若兩者內容相等,則不跳,繼續往下執行程序.注意:上述相對位址必須在-128+127的范圍內.,10.DJNZ Rn,address,功能：先將暫存器Rn的內容減1,然後視減後的結果決定程序的走向.若減後的結果不等於0,則跳至address處執行程序;若減後的結果等於0,則不跳,繼續往下執行程序.,2.單片機指令,MHN AUTO,呼叫指令及回返指令,11.ACALL address,功能：1.將本指令執行完後之PC值存入堆棧器內.2.然後跳至address處去執行(副)程序.3.遇到回返指令RET時,才會回主程序執行.范圍:2K byte,12.LCALL address,功能：1.將本指令執行完後之PC值存入堆棧器內.2.然後跳至address處去執行(副)程序.3.遇到回返指令RET時,才會回主程序執行.范圍:64K byte,13.RET,功能：副程序的結尾指令.,2.單片機指令,MHN AUTO,邏輯運算指令,1.ANL A,Rn,功能：把累積器A的內容和暫存器Rn的內容做邏輯AND運算，然後將運算結果存入累積器A內。,2.ANL A,#data,功能：把累積器A的內容和常數data做邏輯AND運算，然後將運算結果存入累積器A內。,3.ANL A,Rm,功能：把累積器A的內容和直接定址位元組的內容做邏輯AND運算，然後將運算結果存入累積器A內。,2.單片機指令,MHN AUTO,2.單片機指令,邏輯運算指令,4.ANL direct,A,功能：把直接定址元組的內容和累積器A的內容做邏輯AND運算，然後將運算結果存入直接定址元組A內。,5.ANL direct,data,功能：把直接定址元組的內容和常數data做邏輯AND運算，然後將運算結果存入直接定址元組A內。,6.ORL A,Rn,功能：把累積器A的內容和暫存器Rn的內容做邏輯OR運算，然後將運算結果存入累積器A內。,MHN AUTO,邏輯運算指令,7.ORL A,#data,功能：把累積器A的內容和常數data做邏輯OR運算，然後將運算結果存入累積器A內。,8.ANL direct,data,功能：把直接定址元組的內容和常數data做邏輯AND運算，然後將運算結果存入直接定址元組A內。,9.ORL A,Rn,功能：把累積器A的內容和暫存器Rn的內容做邏輯OR運算，然後將運算結果存入累積器A內。,2.單片機指令,MHN AUTO,七.單片機應用,3.單片機應用,1).用定時器做走馬燈,汇編編程,ORG 0000H MOV A,#11111110BLOOP MOV P1,A ACALL DELAY RL A AJMP LOOPDELAY MOV R4,#10 MOV TMOD,#00000001BTIMER MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB TR0WAIT JB TF0,OK AJMP WAITOK CLR TF0DJNZ R4,TIMER RET END,MHN AUTO,計時50ms*10=500ms=0.5s,工作於模式1(16位),計數值=65536-5000=15536=3C0B0H，即TH0=3CH,TL0=B0H,計時副程序,主程序,流程圖,MHN AUTO,3.單片機應用,2).C語言編程,#include/*頭文件*/#define START_B P1.0/*定義*/#define DOWN_SENO P1.1#define DOWN_SEND P1.2#define UP_SENO P1.3#define UP_SEND P1.4#define UP_CY P0.0#define DOWN_CY P0.1void ini();/*函數聲明*/void delay(long int);void delay(long int t)/*延時*/while(t!=0)t-;,MHN AUTO,void ini()/*動作復位*/DOWN_CY=1;while(DOWN_SENO);delay(100);UP_CY=1;while(UP_SENO);delay(100);void main()/*主函數*/ini();while(1)while(START_B);delay(200);,MHN AUTO,while(!START_B);UP_CY=0;while(UP_SEND);delay(100);DOWN_CY=0;while(DOWN_SEND);delay(300);DOWN_CY=1;while(DOWN_SENO);UP_CY=1;while(UP_SENO);,MHN AUTO,八.電控電路設計,1.電控電路設計基礎 一定程度上說電控設計實際上是一個應用的過程,需要設計者對各項控制用元件非常了解,才能在實際應用中合理使用.常用的元件前几節有說明.另外整機控制中需要運用電子測量技術,必需了解電子及測量技術.電子電路在實際的自動控制應用中也相當重要.PC的編程應用亦相當廣泛,特別是在測量中PLC在數據採集和處理上無法完成.在大中型控制系統中,上位監控機一般用PC機.,MHN AUTO,八.電控電路設計,2.電控電路設計步驟 1).了解機器所要達成的任務,機械對控制的要求.2).設計電控方案,對方案進行可行性評估.必要時測試控制功能能否實現.3).方案確定後進行具體設計:(1).設計原理圖,合理選擇各控制元件.(2).設計電器安裝接線圖.(3).根據原理圖列BOM表.(4).編寫控制程序(PLC,觸摸屏,ROBOT,CCD,PC等程序和參數).(5).程序調試.4).依據BOM表發包標準件.5).組立調試.6).修改圖面和程序,控制圖面和程序B版定稿發行.,MHN AUTO,九.結束語,總體上說,電控設計需掌握電子及測量技術,電氣控制技術和電腦編程控制技術.隨著科技的進步,新技術和新元件的不斷涌現,不斷引用新技術新元件是提高控制技術和能力的必要手段.,