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电器控制与PLC应用主讲：李秋菊西安电子科技大学模式识别与智能控制研究所主要内容电气控制基础可编程控制器基础S7-200PLC的系统配置S7-200PLC的指令系统STEP7-Micro/WIN32编程软件可编程控制器系统设计与应用可编程控制器的通信与网络课程要求及考核课堂讲授与实验相结合考核：笔试成绩+实验成绩使用教材《电气控制与PLC应用》电子工业出版社陈建明参考书目：与S7-200PLC相关的书籍绪论工业生产的各个领域，无论是过程控制系统还是传动控制系统，都包含着大量的开关量和模拟量。开关量也称为数字量，如电动机的启停、电灯的亮灭、阀门的开闭等。模拟量也称连续量，如不断变化的温度、压力、速度、流量、液位等。生产机械应用的电器与控制方法最初采用手动电器来控制执行电器，适用于容量小、操作单一的场合。随后发展为采用自动控制电器的继电-接触器控制系统，主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，特点是结构简单、价格低廉，维护方便，抗干扰性强，因此应用广泛。缺点是通用性和灵活性差，可靠性差。20世纪80年代出现了可编程控制器，在电气自动控制上获得了广泛应用。可编程控制器的功能极为强大，既可以实现开关量的控制，也可以实现模拟量的控制，但它最初是为了在数字量控制中取代继电-接触器控制系统而产生的，设计思想源自继电-接触器，两者有许多相同和相似之处。因此，熟悉继电-接触器控制技术之后，就很容易接受可编程控制器的编程语言，为进一步学习可编程序控制器奠定基础。电气控制基础常用低压控制电器常用低压电器的用途、结构、基本工作原理、型号规格、选用原则以及各自的电气图形符号和文字符号等。电气控制线路的基本原则和基本环节了解电气控制线路的绘制方法，掌握电动机的控制以及保护环节。1.1电器的分类电器是接通和断开电路或调节、控制和保护电路及电气设备用的电工器具。1、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。如高压断路器等。（2）低压电器：用于交流50赫兹（或60赫兹）额定电压为1200V以下、直流电压为1500V以下的电路内起通断、保护、控制或调节作用的电器。如接触器、继电器等。电器的分类2、按动作原理分（1）手动电器：人工操作发出动作指令的电器。如刀开关、按钮等。（2）自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。如接触器、继电器、电磁阀等。电器的分类3、按用途分（1）控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。如接触器、继电器、电动机启动器等。（2）配电电器：用于电能的输送和分配的电器。如高压断路器等。（3）主令电器：用于自动控制系统中发送动作指令的电器，如按钮、转换开关等。（4）保护电器：用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等。（5）执行电器：用于完成某种动作或传送功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。1.2接触器接触器是控制系统中常用的一种低压控制电器，用于频繁地接通和分断交直流主回路和大容量控制电路。主要控制对象是电动机，能实现远距离控制，并具有欠压保护和灭弧功能。接触器的结构接触器主要由电磁系统、触头系统、灭弧系统、释放弹簧以及基座等几部分构成。接触器的结构电磁系统电磁机构是电磁式低压电器的感测部件，其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使之闭合或断开，从而实现电路的接通或分断。电磁系统由磁路和激磁线圈两部分组成。磁路主要包括铁芯（静铁芯）、衔铁（动铁芯）和空气隙。激磁线圈的作用是将电能转换为磁能，可分为直流线圈和交流线圈。接触器的结构触头系统触头是接触器的执行元件，用于接通或断开被控制回路。通常由动、静触点组合而成。1、按触点的接触形式分有三种：点接触、线接触和面接触。接触器的结构3、按照触头的原始状态分常开触头：原始状态断开，通电后闭合。常闭触头：原始状态闭合，通电后断开。2、按照所控制的电路分主触头：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。接触器的结构灭弧装置当触头断开瞬间，触头间产生大量的带电粒子，形成炽热的电子流，产生弧光放电现象，称为电弧。常用的灭弧装置有电动力灭弧，灭弧栅、磁吹灭弧以及灭弧罩。接触器的工作原理接触器的图形、文字符号接触器的工作原理当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作；常闭触头断开，常开触头闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原，常开触头断开，常闭触头闭合。KMKMKMKM线圈主触头常开辅助触头常闭辅助触头接触器的技术参数接触器的型号及代表意义C20J/接触器J交流Z直流设计序号有TH表示湿热带额定工作电压代号：03-380V，06-660V，11-1140V用K表示组成矿用启动器的接触器额定工作电流（主触点）接触器的选用原则额定电压指主触头的额定电压，应等于负载的额定电压。额定电流指主触头的额定电流，应等于或大于负载的额定电流。电磁线圈的额定电压等于控制回路的电源电压。触头数目满足控制线路的要求。交流接触器的主触头有3对，辅助触头有4对；直流接触器主触头有2对，辅助触头有4对。额定操作频率指每小时的接通次数。1.3继电器继电器主要用于控制与保护电路或用于信号转换。当输入量变化到某一定值时，继电器动作，其触头接通或断开交、直流小容量的控制回路。继电器分类按用途分控制继电器、保护继电器按动作原理分电磁式、感应式、电动式、电子式继电器、热继电器按输入信号分电压继电器、中间继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器电磁式继电器结构与工作原理与接触器相似，区别如下：继电器可对多种输入量的变化作出反应；继电器用于切换小电流的控制电路和保护电路；不需要灭弧装置，无主、辅触点之分；电磁式继电器的图形、文字符号KAKAKA线圈常开触头常闭触头电磁式继电器的特性输入/输出特性，又称继电特性xyy1Ox1x2X2：继电器吸合值X1：继电器释放值K=x1/x2：继电器的返回系数吸合时间：从线圈接受电信号到衔铁完全吸合所需的时间。释放时间：从线圈失电到衔铁完全释放所需的时间。电磁式继电器电压继电器反映电压信号。使用时，电压继电器的线圈与负载并联，其线圈匝数多而线径细。欠电压继电器：（30%~50%）额定电压过电压继电器：（105%~120%）额定电压零电压继电器：（5%~25%）额定电压中间继电器：在控制电路中起信号传递、放大、切换和逻辑控制等作用，实质为电压继电器。电磁式继电器电流继电器反映电流信号，在使用时，电流继电器线圈和负载串联，其线圈匝数少而线径粗。欠电流继电器过电流继电器型号表示及选用JZ：电压继电器；JL：电流继电器考虑触头数量、种类、返回系数、电压、电流、负载等。热继电器热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。主要用于交流电动机的过载保护、断相及电流不平衡运动的保护及其他电器设备发热状态的控制。热继电器结构与工作原理热元件由发热电阻丝制成；双金属片由两种热膨胀系数不同的金属碾压而成，当双金属片受热时，会出现弯曲现象；热元件串接于电动机的主电路中，常闭触头串接于电动机的控制电路中。热继电器主要由热元件、双金属片和触头组成。热元件双金属片导板触头热继电器的符号热继电器的图形、文字符号FR发热元件FR常闭触点时间继电器从得到输入信号开始，经过一定的延时后才输出信号的继电器，称为时间继电器。通电延时：接收输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化。当输入信号消失后，输出瞬时复原。断电延时：接收输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。时间继电器的图形、文字符号KTKT线圈常开延时闭合触头KT常开延时断开触头KTKT常闭延时断开触头常闭延时闭合触头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。速度继电器主要由定子、转子和触头3部分构成。它的轴与电动机的轴相连接。转子固定在轴上，定子与轴同心。KSnKSnKS转子常开触头常闭触头速度继电器的图形、文字符号1.4熔断器串接于被保护电路，主要起短路保护作用。由熔体（保险丝）和安装熔体的熔管组成。熔体由熔点较低的材料构成，如铅、锡等。熔管由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，兼有灭弧作用。安-秒特性：电流越大，熔体熔断时间越短。最小熔断电流：熔断电流与不熔断电流的分界线。FU1.5低压隔离器低压隔离器又称刀开关、闸刀开关。品种主要有低压刀开关、熔断器式刀开关和组合开关3种。隔离器主要用于切断电源，将线路与电源明显隔开，以保障检修人员的安全。QK刀开关的图形、文字符号刀开关的种类1.6低压断路器低压断路器又称自动空气开关或自动开关。它相当于刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合。低压断路器与接触器的不同：接触器允许频繁地接通和分断电路，但不能分断短路电流；低压断路器不仅能分断额定电流、一般故障电流，还能分断短路电流，但操作频率较低。低压断路器按其用途及结构特点分为万能式、塑料外壳式、直流快速式和限流式等。低压断路器结构和工作原理低压断路器由操作机构、触头、保护装置（各种脱扣器）、灭弧系统等组成。低压断路器的主触头是靠手动操作或电动合闸的。主触头闭合后，自由脱扣机构将主触头锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路、过载或欠压时，各种保护脱扣器的衔铁动作，推动自由脱扣机构动作，主触头断开主电路。低压断路器的选用断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。断路器的极限通断能力大于或等于电路最大短路电流。欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流。QF低压断路器的图形、文字符号1.7主令电器主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器，用来控制接触器、继电器或其它电器线圈，使电路接通或分断，从而达到控制生产机械的目的。按其作用可分为：按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器等。按钮开关按钮开关俗称按钮。是一种结构简单、应用广泛的主令电器。按钮按钮在低压控制电路中用于手动发出控制信号。按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成。按用途和结构的不同，分为启动按钮、停止按钮和复合按钮等。启动按钮带有常开触头，手指按下按钮帽，常开触头闭合，松开手指，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，松开手指，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。SB启动按钮SB停止按钮SB复合按钮位置开关位置开关是利用运动部件的行程位置实现控制的电器元件，常用于自动往返的生产机械中。位置开关的结构与工作原理与按钮相同。区别在于位置开关不靠手动而是利用运动部件上的档块碰压而使触头动作。SQ常开触头SQ常闭触头凸轮控制器凸轮控制器用于起重设备和其它电力拖动装置，以控制电动机的启动、正反转、调速和制动。结构主要由手柄、定位机构、转轴、凸轮和触头组成。转动手柄时，转轴带动凸轮一起转动，转到某一位置时，凸轮顶动滚子，克服弹簧压力使触头动作而接通或分断电路。在转轴上叠装不同形状的凸轮，可以使若干个触头组按规定的顺序接通或分断。