《工厂电气控制与可编程序控制器》教学课件

工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器第一篇 电气控制技术0绪论1常用低压电器 2 继电 -接触器控制系统的基本控制电路3电气控制在生产中的应用 4继电 -接触器控制系统的设计工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 电气控制与可编程控制器 课程是工业自动化及机电专业必修课程。 电气控制与可编程控制器 以 电工基础 和 电子技术 课程为知识基础、以从事机电工程技术人员为讲授对象，是以电气控制技术应用和电气工程设计为主的学科。 电气控制与可编程控制器 课程教材内容分两大部分。第一部分为工厂电气控制技术，主要内容有主电路常用的低压电器、控制电路常用的电器元件、继电接触式自动控制系统、典型生产机械电器控制线路、电气控制系统的设计与安装、电气控制实训等；第二部分为可编程序控制器，以三菱 FX2N系列 PLC为例，系统介绍了 PLC的结构、工作原理、指令系统、编程方法、应用实例及实验系统。绪 论工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 设置本课程的目的是： 使同学掌握工厂电气控制系统常用元器件使用、基本控制环节、电气控制系统的设计与安装等基本知识与相关技能，从而胜任现代企业中或销售部门与电气控制系统相关的设计、维修、安装、销售及管理等工作。 学习本课程的要求是 ： 学生应掌握常用低压电器的使用、继电接触式自动控制系统基本控制环节、典型生产机械电器控制线路、电气控制系统的设计与安装，掌握可编程序控制器的工作原理、系统组成、指令系统和编程方法，具备继电接触器式电气控制系统的设计能力、工厂常用电气设备的维修与安装能力，具有对可编程控制器的应用能力。工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器1 常用低压电器1.1概述低压电器的概念 ：是指工作在交流 1200 V、 直流 1500 V以下的电路中，起通、断、保护、控制或调节作用的电器设备。低压电器的分类 ： 按用途可分为 低压配电电器、低压控制电器、低压主令电器、低压保护电器、低压执行电器 等。按动作性质可分为 手动电器 和 自动电器 两种工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器低压电器的基本结构触头的结构形式有：(1)桥式触头 （ a， b）(2)指形触头 （ C）触点的结构形式 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器低压电器的基本结构电弧电弧产生： 电弧的产生 当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于 1020 伏，电流不小于 80 100mA，电器的触头间便会产生电弧。 电弧是高温高导电率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。 因此，在了解开关电器的结构和工作情况之前，首先来看看其是如何产生和熄灭的。 电弧的形成是触头间中性质子 (分子和原子 )被游离的过程。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度 E很高 (E = U/d)。当电场强度超过 310V/m 时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式称为：强电场发射。 从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度 v足够高，电子的动能 A = mv2足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导；在外加电压下，介质被击穿而产生电弧，电路再次被导通。 触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射，形成热电场发射。同时在高温的作用下 (电弧中心部分维持的温度可达 10000 以上 )，气体中性质点的不规则热运动速度增加。当具有足够动能的中性质点相互碰撞时，将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。 随着触头分开的距离增大，触头间的电场强度 E逐渐减小，这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器低压电器的基本结构常用灭弧方法 ： 电动力灭弧、磁吹灭弧、栅片灭弧、窄缝灭弧。1、电动力灭弧灭弧原理：触头断开时，两个断口处产生电弧，根据左手定则电弧受 F作用 向外运动。 电弧被拉长 迅速熄灭受冷却作用工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 2、磁吹灭弧工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器 3、栅片灭弧工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器低压电器的基本结构电磁机构组成： 吸引线圈、铁心、衔铁三大部分 分类：按衔铁的运动方式可分为直动式和拍合式 作用：将电磁能 机械能 使触点闭合或断开（动作）工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器交直流电磁机构区别铁心直流励磁的电磁铁 交流励磁的电磁铁通过恒定磁通 通过交变磁通线圈产生热量 线圈产生热量铁心不产生热量 铁心产生热量（无磁滞损耗与涡流损耗） （有磁滞损耗与涡流损耗）线圈无骨架且成细长形 线圈有骨架且粗短形 （增加其和铁心接触面积） （与铁心分开） 有助于散热 以免铁心热量传给线圈（铁心为纯铁铸成） 铁心为硅钢片叠成 降低成本 减少铁损耗工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器交直流电磁机构区别线圈电压线圈：并联在电源上电流值由电路电压和线圈阻抗决定线圈匝数多、导线细电流小、采用绝缘性能好的漆包线线圈电压线圈：并联在电源上电流值由电路电压和线圈阻抗决定线圈匝数多、导线细电流小、采用绝缘性能好的漆包线工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器低压电器的基本结构交流电磁铁的短路环 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器低压控制电器的主要技术参数额定工作电压和电流通断能力使用寿命使用类别 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器型号表示方法工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器表 1-2 低压电器的加注通用派生代号一览表派生字母 含 义 派生字母 含 义A、 B、 C 结构设计有改进或变化 H 保护式、带缓冲装置J 交流、防溅式 M 密封式、灭磁Z 直流、自动复位、防震 Q 防尘式、手车式N 可逆 L 电流的W 无灭弧机构 F 高返回、带分励脱扣P 电磁复位、放滴式、单相、电压的、两个电源K 开启式S 有锁定机构、手动复位、防水式、三相、双线圈TTHTA按湿热带临时措施制造湿热带干热带工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器1.2 接触器 接触器是一种用来频繁接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。它是利用电磁吸力和弹簧反作用配合动作而使触头闭合或分断的一种电器，还具有低压释放保护的功能，并能实现远距离控制，在自动控制系统中应用得相当广泛。 接触器按其主触头通过电流的种类不同，可分为直流接触器和交流接触器。工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器交流接触器交流接触器主要由电磁铁和触点两部分组成， 当电磁铁线圈通电后， 吸住动铁心（也称衔铁）， 使常开触点闭合， 因而把主电路接通。 电磁铁断电后， 靠弹簧反作用力使动铁心释放， 切断主电路。工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器交流接触器结构及图形符号(a) 外形图； (b) 结构图； (c) 电气符号 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器交流接触器的触点分为两类， 一类接在电动机的主电路中， 通过的电流较大， 称作 主触点 ； 另一类接在控制电路中， 通过的电流较小， 称为 辅助触点 。 主触点断开瞬间， 触点间会产生电弧烧坏触点， 因此交流接触器的动触点都做成桥式， 有两个断点， 以降低当触点断开时加在断点上的电压， 使电弧容易熄灭。 在电流较大的接触器的主触点上还专门装有灭弧罩， 其外壳由绝缘材料制成， 里面的平行薄片使三对主触点相互隔开， 其作用是将电弧分割成小段， 使之容易熄灭。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器为了减小磁滞及涡流损耗， 交流接触器的铁心由硅钢片叠成。 此外， 由于交流电在一个周期内有两次过零点， 当电流为零时， 电磁吸力也为零， 使动铁心振动， 噪声大。 为了消除这一现象， 在交流接触器铁心的端面一部分嵌有 短路环 。 在选用接触器时， 应注意它的额定电流、 线圈电压及触点数量等。 接触器的额定电压是指吸引线圈的额定电压， 额定电流是指主触点的额定电流。 工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器直流接触器工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器接触器的选择一般根据以下原则来选择接触器：（ 1）接触器类型交流负载选交流接触器，直流负载选直流接触器，根据负载大小不同，选择不同型号的接触器。（ 2）接触器额定电压接触器的额定电压应大于或等于负载回路电压。（ 3）接触器额定电流接触器的额定电流应大于或等于负载回路的额定电流。对于电动机负载，可按下面的经验公式计算：Ij=1.3Ie其中： Ij为接触器主触点的额定电流；Ie为电动机的额定电流。工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器（ 4）吸引线圈的电压吸引线圈的额定电压应与被控回路电压一致。（ 5）触点数量接触器的主触点、常开辅助触点、常闭辅助触点数量应与主电路和控制电路的要求一致。工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器1.3 继电器继电器 是一种根据外界输入的信号（电量，如电压、电流；非电量，如时间、速度、热量等）来控制电路的通、断的自动切换电器。其触点常接在控制电路中。值得注意的是，继电器的触点不能用来接通和分断大容量电路，这也是继电器与接触器显著的区别。继电器的种类很多。按输入信号的不同可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、热继电器、速度继电器与压力继电器等。本节主要介绍常用的电磁式（电压、电流、中间）继电器、时间继电器、速度继电器、热继电器和其他信号继电器。工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器1电磁式继电器电磁式继电器是使用最多的一种继电器，其基本结构和动作原理与接触器大致相同。但继电器是用于切换小电流的控制和保护电器，其触点种类和数量较多，体积较小，动作灵敏，无需灭弧装置。(1)电流继电器电流继电器是根据线圈中电流的大小而控制电路通、断的控制电器。它的线圈是与负载串联的，线圈的匝数少、导线粗、线圈阻抗小。电磁式电流继电器结构如图 1-9（ a） 所示。工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器电流继电器又有 过电流继电器 和 欠电流继电器 之分。当线圈电流超过整定值时衔铁吸合、触点动作的继电器，称为过电流继电器，它在正常工作电流时不动作 。过电流继电器的图形符号、文字符号如图 1-9（ b） 所示。 当线圈电流降到某一整定值时衔铁释放的继电器，称为欠电流继电器。通常它的吸引电流为额定电流的 30 50，而释放电流为额定电流的10 20，正常工作时衔铁是吸合的。欠电流继电器的文字符号、图形符号如图 1-9（ c） 所示。工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器（ a） 电磁式电流继电器结构示意图 （ b） 过电流继电器（ c） 欠电流继电器图 1 9 电流继电器的结构示意图及符号工厂电气控制与可编程控制器工厂电气控制与可编程控制器(2) 电压继电器电压继电器是根据线圈两端电压大小而控制电路通断的控制电器。它的线圈是与负载并联的，线圈的匝数多，导线细，线圈的阻抗大。电压继电器又分为过电压继电器和欠电压继电器。过电压继电器是在电压为 110 115的额定电压以上动作，而欠电压继电器在电压为 40 70额定电压动作。它们的图形符号、文字符号如图 1 10所示。常用