电气控制与可编程控制器

电气控制与可编程控制器江苏师范大学电气学院金鑫电气控制技术的发展概述电气控制技术的发展分为四个阶段：1、集中拖动——以一台电动机拖动多台设备；2、分散拖动——各个运动机构分别由不同电动机拖动；3、硬件电路控制——采用继电器、接触器及顺序控制器；4、软件控制——可编程控制器西门子S7系列PLC欧姆龙C200H系列PLC松下FP0系列PLC三种流派的三类代表产品表1三种流派的代表产品及网络结构序号代表产品（型号）PLC网络生产公司1PLC—3PLC—53级总线复合型拓扑结构美国A—B公司（A—B）2S7系列3级总线复合型拓扑结构西德西门子公司（SIEMENS）3FP系列4级子网的复合型网络日本松下电工公司4C系列复合型网络结构日本立石公司（OMRON）可编程序控制器的应用领域•中央空调•电梯控制•运动系统•纺织机械•木工机械•污水处理•包装机械•通用机械•汽车制造•立体仓库•磨床•印刷机械•橡胶化工机械第一章常用低压控制电器第一节基本知识第二节主令电器第三节断路器第四节熔断器第五节接触器第六节继电器第一节基本知识一、电器的分类（一）按工作电压等级分1、高压电器用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器，如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。2、低压电器用于交流50Hz（或60Hz）额定电压为1200V以下、直流额定电压1500V及以下电路内起通断、保护、控制或调节作用的各种电器，如接触器、继电器等。（二）按动作原理分1、手动电器；2、自动电器（三）按用途分1、控制电器用于控制电路和控制系统，如接触器、继电器2、配电电器用于电能的输送和分配，如高压断路器3、主令电器用于控制系统中发送动作指令，如按钮、转换开关4、保护电器用于电路及电器设备的保护，如熔断器、热继电器5、执行电器用于完成某种动作或传送功能，如电磁铁第二节主令电器主令电器主要用来切换控制电路。主要有：控制按钮、位置开关、凸轮控制器与主令控制器。一、控制按钮1、作用：在低压控制电路中，用于发布手动控制指令。2、结构及分类结构如右图按用途和结构的不同，分为起动按钮、停止按钮和复合按钮等。按钮及主控开关主控和急停开关转换开关起动按钮带有常开触头，手指按下按钮帽，常开触头闭合；手指松开，常开触头复位。停止按钮带有常闭触头，手指按下按钮帽，常闭触头断开；手指松开，常闭触头复位。复合按钮带有常开触头和常闭触头，手指按下按钮帽，先断开常闭触头再闭合常开触头；手指松开，常开触头和常闭触头先后复位。图形及文字符号如图：二、位置开关（又称行程开关）位置开关在电气控制系统中，用以实现顺序控制、定位控制和位置开关的检测。它包括以机械行程直接驱动的行程开关和微动开关及以电磁信号（非接触式）输入动作信号的接近开关。行程开关是一种利用生产机械的某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器，用于控制生产机械的运动方向、行程大小和位置保护等。当行程开关用于位置保护时，亦称为限位开关。有自动复位和非自动复位两种。按结构不同行程开关可分为直动式、滚轮式和微动式，如图限位开关和接近开关的图形及文字符号如图所示。位置开关三、凸轮控制器与主令控制器1、凸轮控制器主要用于起重设备中直接控制中小型绕线式异步电动机的起动、停止、调速、换向和制动。主控和急停开关转换开关按钮及主控开关第三节低压开关和低压断路器一、低压断路器1、作用（1）用于低压配电电路非频繁通断控制；（2）在电路发生短路、过载或欠电压等故障时，自动分断电路。2、结构及工作原理如右图低压断路器剩余电流保护断路器小型断路器3、低压断路器的类型（1）万能式断路器（或称为框架式断路器），作配电网络的保护开关；（2）塑料外壳式断路器，除作作配电网络的保护开关外，还可用作电动机、照明电路及电热器的控制开关；（3）快速断路器，用于半导体整流元件和整流装置的保护；（4）限流断路器，用于短路电流相当大的电路中。4、低压断路器的选用（1）额电压大于或等于线路或设备的额定电压；电流大于或等于负载工作电流（2）断路器的通断能力大于或等于电路的最大短路电流；（3）塑料外壳式断路器用在短路电流不太大的场合；限流式断路器用在短路电流相当大的场合；框架式断路器用在额定电流比较大或有选择性保护要求时；直流快速断路器用在起控制和保护的半导体器件直流电路中。5、图形及文字符号QF2、类型：胶壳刀开关和铁壳刀开关两种。3、胶壳刀开关使用注意事项（1）安装时，手柄向上，不得倒装或平装，避免自动下落误动作合闸；（2）接线时，电源线接在上端，负载线接在下端，使拉闸后刀片与电源隔离。4、胶壳图形及符号二、刀开关1、作用（1）非频繁接通和分断电路；（2）将电路与电源隔离。第四节熔断器熔断器在电路中主要起短路保护作用。熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管组成。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到保护作用。一、常用的熔断器二、熔断器的主要特性（一）安秒特性熔断时间t与通过熔体的电流I的关系，如图。（二）极限分断能力三、熔断器的选用（自学）熔断器低压熔断器第五节接触器接触器是用来频繁地接通和分断交直流主回路和大容量控制电路。其主要控制对象是电动机，能实现远距离控制，并具有欠（零）电压保护。接触器按其主触头所控制主电路电流的种类可分为交流接触器和直流接触器两种。一、接触器的结构和工作原理主要由电磁系统、触头系统和灭弧装置组成，如图所示：电磁系统触头系统灭弧装置（一）电磁系统电磁系统的作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触头动作。主回路、控制回路•主回路：是功率回路，传递的是能量•控制回路：是信号回路，传递的是信息二、自动控制系统中常用的低压控制电器接触器交流接触器强力小接触器1、电磁系统的结构形式如下图所示，根据铁心形状和衔铁运动方式，可分为三种：图a适用于直流接触器；图b其铁心形状有E形和U形两种，多用于触点容量较大的交流接触器；图c衔铁和铁心均为双E形，用于交流接触器、继电器2、电磁线圈电磁线圈的作用是将电能转换成磁场能量。按通入电流种类的不同，分为直流线圈和交流线圈两种。对于直流电磁铁因其铁心不发热只有线圈发热，所以直流电磁铁的电磁线圈做成高而薄的瘦长型而不设线圈骨架，使线圈与铁心直接接触易于散热。对于交流电磁铁，因其铁心存在磁滞和涡流损耗，这样线圈和铁心都发热，所以交流电磁铁的电磁线圈设有骨架，使铁心与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，这样做有利于铁心和线圈的散热。当输入量x＜xc时衔铁不动作，其S输出量y=0；当x=xc时，衔铁吸合，输出量y从“0”跃变为“1”；再进一步增大输入量使x＞xc，则输出量仍为y=1。当输入量x从xc减小的时候，在x＞xf的过程中虽然吸力特性向下降低．但因衔铁吸合状态下的吸力仍比反力大，所以衔铁不会释放，输出量y=1。当x=xfl时，因吸力小于反力，衔铁才释放，输出量由“1”突变为”0’；再减小输量，输出量仍为“0”。可见，电磁机构的输入——输出特性或“继电特性”为一矩形曲线。（二）触头系统触头是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。1、触头的结构形式按其所控制的电路可分为主触头和辅助触头。主触头：用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流；辅助触头：用于接通或断开控制电路，只能通过较小的电流。按其原始状态可分为常开触头和常闭触头。常开触头：原始状态时（即线圈未通电）断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头；常闭触头：原始状态闭合，线图通电后断开的触头叫常闭触头（线圈断电后所有触头复原）。2、触头的分类（1）按结构形式可分为桥型触头和指型触头，如图所示。（2）按接触形式可分为点接触、线接触和面接触三种，如图所示。常用于小电流的电器常用于中容量的电器常用于大容量的电器（三）灭弧装置1、电弧的概念：高温高导电的游离气体2、常用的灭弧装置：灭弧罩、灭弧栅、磁吹灭弧装置和多纵缝灭弧装置。（四）接触器的工作原理思考？1、交流电磁线圈误接入直流电源，直流电磁线圈误接入交流电源，会发生什么问题？为什么？2、交流接触器中短路环的作用是什么？直流接触器是否有短路环？为什么？第六节继电器继电器主要用于控制与保护电路或作信号转换用。当输入量变化到某一定值的继电器动作，其触头接通或断开交、直流小容量的控制问路。继电器的种类很多常用的分类方法有：按用途分：有控制继电器和保护继电器。按动作原理分：有电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和热继电器。按输入信号的不同来分：有电压继电器、中间继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等。继电器电子时间继电器热过载继电器中间继电器一、电磁式继电器常用的电磁式继电器有电压继电器、中间继电器和电流继电器。（一）电磁式继电器的结构与工作原理1、结构及工作原理电磁系统触头系统释放弹簧2、图形及文字符号电磁式继电器•参照接触器原理自学•建议：从二者异同为切入点思考这个问题自学≠不学思考：如何用单片机的I/O口控制继电器？四、热继电器（一）热继电器的结构与工作原理1、结构：如右图热继电器一般用于三相异步电动机的长期过载保护。2、工作原理热过载继电器思考？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？装有热继电器是否就可以不装熔断器，为什么？时间继电器•时间继电器定义：----当吸引线圈通电或断电后其触点经过一定延时再动作的继电器。符号:KT•阻尼式•电子式(晶体管、数字式)4、图形及符号断电延时线圈KT通电延时线圈KT（三）半导体时间继电器P23六、速度继电器速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制，也称反接制动继电器。1、结构：如右图2、工作原理速度继电器的轴与电动机的轴相连接。转子固定在轴上，定子与轴同心。当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，绕组切割磁场产生感应电动势和电流，此电流和永久磁铁的磁场作用产生转矩，使定子向轴的转动方向偏摆，使通过定子柄拨动触头，使常闭触头断开、常开触头闭合。当电动机转速下降到接近零时，转矩减小，定子柄在弹簧力的作用下恢复原位，触头也复原。3、图形及符号速度继电器有两组触头（各有一对常开触头和一对常闭触头），可分别控制电动机正、反转的反接制动。图形及符号如下图。第二章电气控制系统基本控制电路•基本控制•常用基本控制电路•电气控制电路读图机床系统控制电路图•图2-1一、起动、自锁控制•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？•3。2。1工作过程合上QS，按下SB2，KM线圈吸合，KM主触点闭合，电动机运转。KM辅助常开触点闭合，自锁。按下SB1，KM线圈断电，主触点、辅助触点断开，电动机停止。自锁另一作用：实现欠压和失压保护•3。2。1二、互锁控制•控制要求：正、反转；•如何实现？•缺点•3。2。2解决•加互锁----在同一时间里两个接触器只允许一个工作的控制作用称为互锁（联锁）。•缺点•3。2。3解决•复合联锁正、反转控制•3。2。4三、顺序控制•控制要求：•改变控制要求：•3。2。5控制规律•当要求甲接触器工作时，乙接触器就不能工作，此时应在乙接触器的线圈电路中串入甲接触器的动断触点。•当要求甲接触器工作时乙接触器不能工作，而乙接触器工作时甲接触器不能工作，此时应在两个接触器的线圈电路中互串入对方的动断触点。四、工作正常与点动•控制要求：•3。2。6五、多点控制连锁控制•两点控制•三点控制如何实现？•3。2。7六、自动循环控制•控制要求•图2-21控制过程•图2-21•表2-8第二节常用基本控制电路•笼型异步电动机起动控制线路•行程控制线路•电路图一、笼型异步电动机起动控制线路•串电阻降压起动工作过程•表2-4星—三角降压起动•工作原理•3。3。23。3。3工作过程•表2-3二、行程控制线路•可逆行程自动往返循环控制•3。6。2正反转控制•控制要求：•图2-12三、电路图•P211图6。3•P212图6。4•P212图6。5补充：电气原理图的画法及阅读方法•电力拖动的电气控制系统主要由各种控制电器元件和电动机组成。在绘制电气控制线路时，必须使用国家统一规