第3章 继电接触器控制系统设计
3.1 继电器基本知识
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。电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。依靠电磁效应，带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
在控制线路中用到的时间的时间继电器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。它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。
继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于接触器的主触头可通过大电流，而继电器的触头只能通过小电流。所以，继电器一般不用来直接控制主电路，而是通过控制接触器和其他开关设备对主电路进行间接控制。
3.2 元件选择
继电接触器控制系统设计中需要元件明细表如表3-1 所示：
表3-1 所需元件明细表
元件名称 三相笼型异步电动机 热继电器 时间继电器 中间继电器 熔断器 开关 元件符号 KM FR KT KA FU SB 数量 5台 5个 4个 4个 2组 若干 3.3 主电路图设计
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主电路中电机的转动主要是由电磁继电器控制，由于能实现单独控制，所以每一个电磁继电器的控制一个电机，主电路图如图3-1所示：
图3-1 主电路图
3.4 控制电路设计
根据设计方案及工作流程图设计，设计出的控制电路图如图3-2所示（见附录2）
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第4章 PLC控制系统设计
4.1 PLC基本知识
PLC（Programmable Logic Controller），是可编程逻辑控制器。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障， PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。因此，PLC控制必将替代传统的继电器-接触器控制。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。
梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。
梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。
4.2 确定I/O信号数量及PLC类型
（1）通过对五台三相笼型异步电动机顺序循环控制工作流程图的分析可知，系统总共需要I/O点17个，其中输入点12个，输出点5个；
（2）对于开关量控制系统的应用系统，对控制要求不高，可选用小型PLC；
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（3）PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块电路板上，省去插接环节，体积小，每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，适用于工艺过程比较稳定、控制要求比较简单的系统。模块式PLC的功能扩展，I/O点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式灵活。维修更换模块、判断与处理故障快方便，适用于工艺过程变化教多、控制要求复杂的系统。
结合以上，选用最熟悉最常使用的西门子S7-200系列（CPU224）的可编程控制器。
4.3 确定I/O信号地址分配及编号
I/O信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。只有分配I/O点地址以后才可以进行编程；对控制柜及PLC的外围来说，只有I/O点地址确定以后，才可以绘制电气接线图，所以只有准确、合理的进行I/O地址的分配与编号，才方便进行后续的设计图，如表4-1所示为该控制系统的I/O地址分配表。
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表4-1 I/O地址分配表
输入/输出 信号名称 循环启动信号 全部停止信号 一号电机启动信号 二号电机启动信号 三号电机启动信号 四号电机启动信号 信号名称 常开按钮 常闭按钮 常开按钮 常开按钮 常开按钮 常开按钮 常开按钮 常闭按钮 常闭按钮 常闭按钮 常闭按钮 常闭按钮 接触器 接触器 接触器 接触器 接触器 I/O地址 符号名称 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 SB6 SB12 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 输入信号 五号电机启动信号 一号电机停止信号 二号电机停止信号 三号电机停止信号 四号电机停止信号 五号电机停止信号 一号电机驱动信号 二号电机驱动信号 输出信号 三号电机驱动信号 四号电机驱动信号 五号电机驱动信号
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