电气控制技术入门及应用.ppt

电气控制技术入门及基本应用 曹先玉 2 目录 第一部分 常用低压电器介绍 第一章 概述第二章 常用低压电器第二部分 基本应用 常用计算知识 第一章电器控制应用实例 第二章常用计算 第三部分 PLC介绍及基本应用 第四部分 仪器仪表方面的知识 3 第一部分 常用低压电器介绍 第一章 概述第二章 常用低压电器 4 第一章 概述电压的基本概念 电压的基本概念电压是指电路中两点A B之间的电位差 简称为电压 其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所作的功 电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向 电压的国际单位制为伏特 V 常用的单位还有毫伏 mV 微伏 V 千伏 kV 等 直流电压与交流电压如果电压的大小及方向都不随时间变化 则称之为稳恒电压或恒定电压 简称为直流电压 用大写字母U表示 如果电压的大小及方向随时间变化 则称为变动电压 对电路分析来说 一种最为重要的变动电压是正弦交流电压 简称交流电压 其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化 交流电压的瞬时值要用小写字母u或u t 表示 5 第一章 概述电压的基本概念 电压是推动电荷定向移动形成电流的原因 电流之所以能够在导线中流动 也是因为在电流中有着高电势和低电势之间的差别 这种差别叫电势差 也叫电压 换句话说 在电路中 任意两点之间的电位差称为这两点的电压 通常用字母U代表电压 电压的大小可以用电压表 符号 V 测量 串联电路电压规律 串联电路两端总电压等于各部分电路两端电压和公式 U总 U1 U2并联电路电压规律 并联电路各支路两端电压相等 且等于电源电压公式 U总 U1 U2 6 第一章 概述电压的基本概念 能产生幅值相等 频率相等 相位互差120 电势的发电机称为三相发电机 以三相发电机作为电源 称为三相电源 以三相电源供电的电路 称为三相电路 U V W称为三相 相与相之间的电压是线电压 电压为380V 相与中性线之间称为相电压 电压是220V 7 第一章 概述电压的基本概念 1 三相电源与单相电源的区别 发电机发出的电源都是三相的 三相电源的每一相与其中性点都可以构成一个单相回路为用户提供电力能源 注意在这里交流回路中不能称做正极或负极 应该叫线端 民用电中称火线 和中性线 民用电中称零线 2 按照规定 380伏 三相 的民用电源的中性点是不应该在进户端接地的 在变压器端接地 这个接地是考虑到不能因悬浮点位造成高于电源电压的点位 用户端的接地与变压器端的接地在大地中是存在一定的电阻的 供电方式是一根火线和一根零线 中性点引出线 构成回路 在单相三芯的电源插孔中还接有一根接地线 这是考虑到漏电保护器功能的实现 漏电保护器的工作原理是 如果有人体触摸到电源的线端即火线 或电器设备内部漏电 这时电流从火线通过人体或电器设备外壳流入大地 而不流经零线 火线和零线的电流就会不相等 漏电保护器检测到这部分电流差别后立刻跳闸保护人身和电器的安全 一般这个差流选择在几十毫安 如果 把电源的中性点直接接地 这在民用电施工中是不允许的 漏电保护器就失去了作用 不能保护人身和电器设备的短路了 8 第一章 概述 什么是电器呢 概括的说 电器就是一种控制电的工具 它可以根据外界指令 自动或者手动接通和断开电器 断续或连续地改变电路参数 实现对电路或非电对象的切换 控制 保护 检测和调节用的电气设备 通常我们所说的低压电器是指 其工作电压为交流1200V 直流1500V以下的电器 9 第一章 概述低压电器的分类 低压电器的分类 低压电器种类繁多 分类方法有很多种 1 按动作方式可分为手控电器和自控电器两大类 手控电器是指电器的动作由操作人员手工操作 如刀开关 按钮开关等 自控电器是指按照指令或物理量 如电流 电压 时间 速度 变化而自动动作的电器 如接触器 时间继电器等 2 按照用途来分类可分为开关电器和保护电器 开关电器主要在配电系统及动力设备中起控制作用 如刀开关 电路器等 保护电器主要在配电系统及动力设备中起保护作用 如熔断器 继电器等 3 按种类分类可分成刀开关和刀行转换开关 熔断器 断路器 接触器 继电器 主令电器和控制器等 10 第三章常用低压电器 第一节 刀开关刀开关也称闸刀开关 它广泛地应用在低压线路中作不频繁接通或分断容量不太大的低压供电线路 有时也作为隔离开关 将相连的电路空载切断或关合的设备 使用 11 第一节刀开关 1 刀开关的外形结构 主要由静插座 手柄 触刀 铰链支座和绝缘底座所组成 接通操作是用手握住手柄 使触刀铰链支座转动 推入插座内即完成 它所形成的电流通路是由铰链支座 触刀和静插座形成的 分断操作与接通操作相反 向外拉出手柄 使触刀脱离静插座 12 第一节刀开关 2 刀开关的灭弧刀开关在分断有负载的电路时 在触刀与静插座之间会产生电弧 而且电压等级越高 分断电流越大 产生电弧越严重 这种极高温度的电弧 轻则将触刀或静插座灼伤或烧毁 严重时会产生相间短路 造成重大事故 为了保障操作人员的安全 防止出现意外事故伤人 我们在使用刀开关来通断大功率电器时 要做好灭弧 13 第一节刀开关 3 选用与安装选用 使用刀开关 首先应根据其在线路中的作用和在成套配电装置中的安装位置 确定其结构形式 如果电路中的负载是由断路器 接触器或其他具有一定分断能力的开关电器来分断 即刀开关仅仅是用来隔离电源时 则只需选用带灭弧罩的产品 反之 如果刀开关必须分断负荷 就应使用带灭弧罩 而且是通过杠杆来操作的产品 应当注意 仅仅考虑正常工作电流是不够的 还应当看一下电路中可能出现的最大短路电流是否在该额定电流等级所对应的电动稳定性电流和热稳定性电流以下 否则就应当使用额定电流更大一级的刀开关 还有 如果刀开关是被用来控制电动机的话 就必须考虑电动机的启动电流 它往往可达电动机额定电流的6 7倍 甚至更大 14 第一节刀开关 安装 刀开关一般应垂直安装在开关板上 并使用静插座位于上方 以防止触刀等运动部件因支座松动而在自重作用下向下掉落 同插座接触 发生合闸而造成事故 在使用中应注意以下几点 1 当刀开关被用作隔离开关时 合闸顺序是先合上刀开关 再合上其他用以控制负载的开关电源 分闸顺序则相反 要先使控制负载的开关电器分闸 2 严格按照产品说明书规定的分断能力来分断负载 若是无灭弧罩的产品 一般不允许分断负载 不然的话 有可能导致持续燃弧 并造成电源短路 3 若是多极的刀开关 应保证各级动作的同步 而且接触良好 否则当负载是笼型异步电动机时 便有可能发生电动机因单相运转而烧坏的事故 4 如果刀开关不是安装在封闭的箱内 则应经常检查 防止因积尘过多而发生相间闪络现象 15 第二节 熔断器 熔断器也称为保险 其熔体也称为保险丝 它是一种保护类电器 在使用中 熔断器串联在被保护的电路中 当该电路中发生过载或短路故障时 如果通过熔断体的电流达到或超过了某一定值 在熔断体上产生的热量便会使其温度升高到熔体金属的熔点 导致熔体自行熔断 并以此切断故障电流 达到保护目的 这样 利用熔体的局部损坏 保护整个线路中的电气设备 防止它们因遭受过多的热量或过大的电动力而损坏 从这一点来看 相对被保护的电路来说 熔断器的熔体是一个 薄弱环节 来限制乃至消灭事故 16 第二节 熔断器 熔断器通常有两种 一种为瓷插式熔断器 一种为螺旋式熔断器 他们的常见形式如右图所示 上图为保险座 下图为保险管 17 第二节 熔断器 熔断器的选用与安装 1 对于一台电动机负载的短路保护 式中 系数 1 5 2 5 视负载性质和启动方式不同而选取 当轻载启动 启动次数少 时间短或降压启动时 取小值 当重载启动 启动频繁 时间长或全压启动时 取大值 2 对于多台电动机负载的短路保护 熔断体的额定电压应大于或等于线路工作电压 熔断器的额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流 18 第三节 按钮开关 按钮开关是一种典型的主令电器 其作用是 发布命令 所以它是一种操作人员与控制设备之间的中间环节 外形结构与符号按钮开关的文字符号为SB 按钮开关一般由按钮帽 复位弹簧 桥式动触点及解静点 推杆和外壳组成 根据触点的结构 按钮开关分为动断 停止 按钮 动合 启动 按钮及动合 动断 复合 按钮 为了便于识别各个按钮的作用 避免误动区 通常以红色表示停止按钮 绿色表示启动按钮 19 第三节 按钮开关 二 工作原理与型号含义动合按钮 动断按钮和复合按钮其结构类似 工作原理为 1 动合按钮 外力没作用时 手未按下 触点是断开的 外力作用时 动合触点闭合 但外力消失后 在复位弹簧作用下自动恢复原来打开的状态 2 动断按钮 外力未作用时 手按下 触点是闭合的 外用作用时 动合触点断开 但外力消失后 在复位弹簧的作用下自动恢复原来的闭合状态 3 复合按钮 动合触点和动断触点全部使用在同一线路中的一种方式 要注意的是按下复合按钮时 所有和触点都向相反和变化 即动合触点要闭合 动断触点要断开 但是 这二对触点的变化是有先后次序的 按下按钮时 动断触点先断开 动合触点后闭合 松开按钮时 动合触点先复位 断开 动断触点后复位 闭合 20 第三节 按钮开关 三 选用与安装选用根据使用场合的经济效益选用 简单的设备无特殊要求的 一般选用价格便宜的面板安装式 环境条件差 如油水较多的场所 一般选保护式或防水式 夜间操作且照明条件不好时 宜先用带灯式等 根据工作状态指示的要求选择按钮和指示灯的颜色 按钮帽和指示灯的颜色 具有指示电路工作状态功能 是使用者避免误操作的标记 因此在选用与更换按钮时应严格按规定颜色进行 否则会出现事故 21 第三节 按钮开关 使用安装按钮时 在面板上应严格按按钮颈部的螺纹外径钻孔 安装孔的尺寸一般为 22mm过大了 按钮固定不紧 过小了 易把颈部螺纹磨损 按压按钮的时间要根据控制电路的工作状态进行 一般作为启动和停止电动机时 按压时间不用太长 如用于制动的停止按钮 就必须按的时间略长一些 否则不起制动作用 按压按钮时 不要用力过大 否则会减少按钮的机械寿命 22 第四节接触器 接触器的定义及特点 接触器是一种自动控制电器 可以用来频繁地远距离接通或断开交 直流电路及大容量控制电路 它不同于刀开关类型的手动切换电器 它不但具有手动切换电器所不能实现的远距离操作功能 同时又具备有具备手动切换电器所没有的失电压保护功能 另外 接触器也不同于自动开关 因为接触器虽然具有一定的过载能力 但却不能切断短路电流 也不具备过载保护能力 接触器就其用途来说 主要是作用电力拖动与控制系统中的执行电器 而控制交流笼型异步电动机应是其最主要的用途之一 23 第四节接触器外形结构与符号 外形结构与符号接触器的外形结构如右图所示 在电器控制电路中接触器通常以KM来表示 24 第四节接触器结构 结构 1 电磁系统电磁系统由线圈 动铁心和静铁心等组成 交流接触器的线圈是由绝缘铜导线绕制而成 并与铁心之间有一定的间隙 以免与铁心直接接触而受热烧坏 交流接触器的铁心由硅钢片叠压而成 以减少铁心中的涡流损耗 避免铁心过热 在铁心上装有一个短路铜环 其作用是减少交流结触器吸合时产生的振动和噪音 故又称减振环 短路环 其材料为铜或镍铬合金等 2 触点系统触点系统分主触点和辅触点 主触点用以通断电流较大的主电路 体积较大 一般由三对动合组成 辅触点用以通断电流较小的控制电路 体积较小 它通常有动合和动断各两对触点 触点是用导电性能较好的纯铜制成 并在接触点部分镶银或银合金块 以减少接触电阻 为了使触点接触得更紧 以减小接触电阻 并消除开始接触时发生的有害振动 在触点上装有接触弹簧 以加大触点闭合时的互压力 25 接触器的结构示意图 26 第四节接触器工作原理 工作原理与型号含义其工作原理为 按下按钮 其动合触点闭合电磁线圈经过按钮和熔断器接通到电源上 线圈得电以后 产生的磁场将铁心磁化 吸动铁心 克服反作用弹簧的弹力 使它向着静铁心运动 并最终吸合在一起 接触器触点系统中的动触点是同动铁心机械地固定在一起的 当动铁心与静铁心吸引向下运动时 动触点亦随之向下运动 与静触点闭合 这样 电动机便经由接触器系统的熔断器接通电源 开始启动运转 一旦电源电压消失或者显著降低 以致电磁线圈没有励磁或励磁不足 动铁心就会因磁吸力消失或过小而在反作用弹簧的弹力作用下释放 脱离静铁心 与此同时 和动铁心固定在一起的动触点也与静触点脱离 使电动机同电源脱开 停止运转 和电动机电路比较 接触器电磁线圈的电流是很小的 所以能很方便地用细导线接到远处进行远距离操作 27 第五节继电器 继电器是一种根据某种输入信号接通或断开电路电流的电器 它一般通过接触器或其他电器对主电路进行控制 因此继电器触点的额定电流较小 5 10A 无灭弧装置 但它动作的准确性较高 继电器按输入信号的性质来分类 有中间继电器 热继电器 时间继电器 速度继电器 其他继电器等 28 中间继电器 中间继电器中间继电器的主要作用是起中间转换作用 是将一个信号变成多个信号的继电器 其输入为线圈的得电和失电 输出信号是触点的断开和闭合 它可以将输出信号同时传给几个控制元件或回路 显然中间继电器可起到记忆信号和放大信号的控制作用 一般控制线路的中间控制环节也基本上由中间继电器组成 中间继电器可分为直流与交流两种 其结构是由电磁机构和触点系统等组成 电磁机构与接触器相似 其触点因为通过控制电路的电流容量较小 所以不需加装灭弧装置 触点形式多为双断点桥式触点 29 中间继电器 在电器控制电路中接触器通常以KA来表示 常用中间继电器外观 30 中间继电器 工作原理 中间继电器结构与交流接触器相似 工作原理也相同 当线圈得电时 铁芯被吸合 触点系统动作 动合触点闭合 动断触点断开 线圈失电后 铁芯释放 触点系统复位 中间继电器的触点通常有一动合一动断 两动合两动断 三动合三动断这三种方式 31 中间继电器 选用与安装 选用 1 种类 型号与使用类别 选用继电器的种类 主要看被控制和保护对象的工作特性 而型号主要依据控制系统提出的灵敏度或精度要求进行选择 使用量程决定了继电器所控制的负载性质及通断条件 应与控制电路的实际要求相比较 看能否满足要求 2 使用环境 根据使用环境选继电器 主要考虑继电器的防护和使用区域 如对于含尘及腐蚀气体 易燃 易爆的环境 应选用带罩的全封闭式继电器 对于高原及湿热带等特殊区域 应选用适合其使用的产品 3 额定数据和工作制 继电器的额定数据在选用时主要主要线圈额定电压 触点额定电压和触点额定电流 线圈额定电压必须与所控制电路相符 触点额定电压可为继电器的最高额定电压 继电器的最高工作电流一般小于该继电器的发热电流 32 中间继电器 安装 安装前的检查 根据控制电路设备的要求 检查继电器名牌和整定值是否与要求相符 检查继电器的活动部分是否灵活 可靠 外罩及壳体是否有损坏或短缺部件等情况 清洁继电器表面的污垢 去除部件表面的防护油脂及灰尘 以保证运行可靠 安装与调整 安装接线时 应检查接线是否正确 接线螺钉是否拧紧 对于导线芯很细的对折一次 以增加线芯截面积 以免造成虚连 33 热继电器 热继电器为了充分发挥电动机的潜力 电动机短时过载是允许的 当然 无论过载量的大小如何 时间长了总会使绕组的温升超过允许值 丛而加剧绕组结缘的老化 缩短电动机的寿命 另外 严重过载会很快烧毁电动机 为防止电动机长期过载运行 可在线路中串入按照预定发热程度进行动作的热继电器 它可以有效的监视电动机是否长期过载或短时严重过载情况 并在超额过载预定值时有效切断控制系统电源 确保电动机安全 34 热继电器 在电器控制电路中接触器通常以FR来表示 热继电器常见形式 35 热继电器 外形 结构 从结构上看 热继电器主要由热元件 触点 动作机构 复位按钮和整定电流装置等组成 36 热继电器 1 热元件 由单极 两极或三极双金属片缠绕在外面的电阻丝组成 双金属片是由热膨胀系数不同的金属片复合而成 使用时 将电阻丝串联在异步电动机的定子电路上 2 触点 由一个动合触点 一个动断触点组成 3 动作机构 由导板 补偿双金属片 推杆 杠杆及拉簧组成 4 复位按钮 是热继电器动作后进行手动复位的按钮 可防止热继电器动作后 因故障未被排除而电动机又启动造成更大的故障 5 整定电流装置 热继电器长期不动作的最大电流称为整定电流 当电动机绕组的过载电流超过整定电流的1 2倍时 热继电器便要动作 整定电流的大小是通过热继电器上部的旋钮 即整定电流装置调节的 37 热继电器 工作原理当电动机过载时 电流增大 串入电路的电阻丝产生热量加热双金属片 因双金属片膨胀系数不同 引起双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲 推动导板等动作机构使触点动作 即动合触点闭合 动断触点断开 达到自动切断电源和发出相应报警信号的目的 38 热继电器 选用 热继电器主要用于保护电动机的过载 为得到比较好的效果 所以选用时手先了解所保护电动机的特性 工作条件 启动情况和负载性质 应使热继电器的秒安特性位于电动机的过载特性之下 并尽可能的接近 甚至重和 以充分发挥电动机的能力 通常使电动机在短时过载和启动瞬间 5 6In 时不受影响 热继电器保护电动机的特性匹配 安装 热继电器一般置于开展柜和启动器中 与接触器配合使用 安装位置应在接触器下面 一是接线方便 二是可免受其他电器发热造成的温度影响而误动作 热继电器接线螺钉与线头之间的接触面积应尽量大一些 接线要牢固 否则会使接头热烧毁胶木外壳 继电器在出厂时其出点一般调为手动复位 若需自动复位 可将复位调整螺钉顺时针方向转动 用手拨动几次 动触点没有在断开位置停顿现象后可将螺钉固紧 39 时间继电器 时间继电器也称为延时继电器 当它的感测部分接受输入信号以后 需经过一定的时间延时 它的执行部分才会动作 并输出信号以操纵控制电路 40 时间继电器 时间继电器的分类 时间继电器可以按照延时方式来分类 1 通电延时型 通电延时型时间继电器在其感测部分接受信号后 开始延时 一旦延时完毕 就立即通过执行部分输出信号以操纵控制电路 当输入信号消失时 继电器就立即恢复到动作前的状态 复位 2 断电延时型 与通电延时型相反 断电延时型时间继电器在其感测部分接受输入信号后 执行部分立即动作 但当输入信号消失后 继电器必须进过一定的延时 才能恢复到原来 即动作前 的状态 复位 并且有信号输出 3 重复延时型 重复延时型是指接通电源以后 时间继电器以一定的周期周而复始地连续工作 它是利用时间继电器与接触器 或继电器 组成控制电路实现重复延时功能 41 时间继电器 时间继电器在电气原理图中图形符号如下图所示 其中文字符号为KT 42 43 第六节断路器 断路器也称为自动空气开关 自动空气断路器等 是一种自动切断线路故障用的保护电器 它可以在电动机主回路同时实现短路 过载和欠电压保护 功能上相当于刀开关 熔断器 热继电器和欠电压继电器的组合作用 断路器一般使用在非频繁的接通和断开电源的场合 开关全部封装在盒内 手柄或操作按钮露出盒外 扳动手柄或按下按钮即可实现 分 与 和 操作 44 第六节断路器 断路器的外形结构与符号 QF 断路器种类很多 外形各异 其形状如下图所示 45 断路器 工作原理断路器主要部件除了动 静触点 灭弧室和操作机构之外 还有电磁脱扣器 热脱扣器 手动操作机构以及外壳等部件组成 有的自动空气开关还带有欠电压脱扣器 电磁脱扣器是一个电磁铁 它的电磁线圈串联在主电路中 当电路出现短路时 他就吸合玄铁 使操作机构动作 将主触点断开 可作短路保护用 电磁脱扣器带有调节螺钉 以便调节瞬时脱扣整定电流 热脱扣器是一个双金属片热继电器 发热元件串联在主电路中 当电路过载时 过载电流流过发热元件 使双金属片受热弯曲 操动机构动作 断开主触点 可作过载保护用 其顶端也带有调节螺钉 可以调节各级同步 46 断路器 选用断路器的额定电压大于线路额定电压 额定电流大于等于线路计算负载电流 断路器的额定短路通断能力大于等于线路中可能出现的最大短路电流 一般按有效计算 线路末端单相对地短路电流大于等于1 25倍断路器 或短路延时 脱扣器整定电流 断路器欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压 断路器的分励脱扣器额定电压等于控制电流电压 电动传动机构的额定工作电压等于控制电源电压 电动机保护用断路器可分为两类 一类是指断路器只做保护而不负担正常操作 另一类是指断路器须兼作保护和不频繁操作用 后一类情况需考虑操作条件和电器寿命 电动机保护用断路器长延时电流整定值等于电动机额定电流 对保护笼型电动机的断路器 瞬时整定电流等于8 15倍电动机额定电流 对于保护绕线转子电动机的断路器 瞬时整定电流等于3 6倍电动机额定电流 6倍长延时电流整定值的可返回时间大于等于电动机实际启动时间 按启动时负载的轻重 可选用可返回时间为1 3 5 8 15s中的一档 照明 生活用导线保护断路器的整定值小于等于线路计算负载电流 而瞬时动作整定值等于6 20倍线路计算负载电流 47 第二部分基本应用 常用计算知识 第一章电器控制应用实例 第二章常用计算 48 第一章电气控制应用实例 第一节点动与连续运转控制点动与连续运转控制是异步电动机两种不同的控制 实际应用中又常将两者结合起来使用 使同一台电动机既能点动又能连续运转 以达到控制的要求 点动与连续运转主要区别在于松动启动按钮后 电动机能否继续保持得电运转的状态 如果所设计的控制线路能满足松开启动按钮后 电动机仍然保持运转 即为连续运转控制 若松开启动按钮 电动机停止运转 即为点动控制 49 第一节点动与连续运转控制 一 点动控制线路点动控制是指按下按钮时 电动机就得电运转 松开按钮时 电动机就断电停止运转的电气控制 点动控制线路如右图所示 右图中左侧部分为主电路 三相电源经开关QF熔断器FU和接触器KM的的三对主触点 接到电动机M上 主电路中流过的电流是电动机的工作电流 电流值较大 右侧部分为控制电路 按钮SB和接触器线圈KM串联而成 控制电流较小 50 第一节点动与连续运转控制 点动控制线路工作原理 合上开关QF后 因没有按下点动按钮SB 接触器KM线圈没有得电 KM的主触点断开 电动机M不得电所以没有启动 按下点动按钮SB后 控制电路中接触器KM线圈得电 其主回路中的动合触点闭合 电动机得电运行 松开按钮SB 按钮在复位弹簧作用下自动复位 控制电路KM线圈断电 主电路中KM触点恢复原来断开状态 电动机停止运转 51 第一节点动与连续运转控制 二 连续运转控制线路连续运转控制是相对点动控制而言的 它是指在按下启动按钮启动电动机后 若松开按钮 电动机仍然能够得电连续运转 实现连续运转控制方法很多 所以对应的控制线路也就很多 利用接触器本身的动合触点来保证连续运转控制线路如图所示 比较上面点动控制线路和下面连续运转控制线路可见 连续运转控制在启动按钮SB2上并联一个接触器的辅助动合触点KM 52 连续运转控制线路 连续运转控制线路图 带指示灯 53 第一节点动与连续运转控制 连续运转控制原理图和接线图 54 第一节点动与连续运转控制 连续运转控制线路工作原理如下 合上开关QF 按下启动按钮SB2 接触器KM线圈得电 一方面它的并联主触点闭合 保证电动机通电运转 另一方面与按钮SB2并联的辅助动合触点闭合 这时即使松开SB2按钮 复位 控制线路由该触点闭合保证接触器KM线圈不失电 使得电动机能够长期运转下去 这种并联在启动按钮SB2上的动合辅助触点称为自锁 自保 触点 若在电动机运行中按下停止按钮SB1 接触器kM线圈失电 它的主触点和自保触点都断开 电动机停止运转 55 第一节点动与连续运转控制 56 PLC教学模型手动控制接线图 57 58 第二节基本应用 1 哈希COD仪器的常用控制方法 说明 由于哈希COD在有做样请求时本身会给出一个状态信号 因此我们可以利用这个状态信号来控制水泵的工作 由于这个状态信号为无源的 并且考虑到安全性 我们可以利用DC24V电源和中间继电器来起中间控制 将信号转换成接触器能够接受的AC220V信号 他们的转换过程如图 59 60 怡文COD仪器上面提供了两个触点 一个为外接泵控制触点 一个为外接阀控制触点 并且为交流220V有源信号 因此我们可以直接利用这个触点来启动交流接触器开控制水泵动作 接线如右图所示 2 怡文COD仪器的常用控制方法 61 第二章常用计算1 导线截面积与载流量的计算 1 导线截面积与载流量的计算一 一般铜导线载流量导线的安全载流量是根据所允许的线芯最高温度 冷却条件 敷设条件来确定的 一般铜导线的安全载流量为5 8A mm2 铝导线的安全载流量为3 5A mm2 如 2 5mm2BVV铜导线安全载流量的推荐值2 5 8A mm2 20A4mm2BVV铜导线安全载流量的推荐值4 8A mm2 32A二 计算铜导线截面积利用铜导线的安全载流量的推荐值5 8A mm2 计算出所选取铜导线截面积S的上下范围 S I 5 8 0 125I 0 2I mm2 S 铜导线截面积 mm2 I 负载电流 A 62 第二章常用计算2 熔断器的计算 2 熔断器的计算熔断器的容量是以电流A为单位 若要按设备的功率选择熔断器 以下作为参考资料 1 照明电路熔体额定电流 被保护电路上所有照明电器工作电流之和 2 电动机 单台直接起动电动机熔体额定电流 1 5 2 5 电动机额定电流 多台直接起动电动机总保护熔体额定电流 1 5 2 5 多台电动机中容量最大一台电动机的额定电流 其余各台电动机额定电流之和 降压起动电动机熔体额定电流 1 5 2 电动机额定电流 绕线式电动机熔体额定电流 1 2 1 5 电动机额定电流 63 第二章常用计算3 功率计算 3 功率计算 1 一般负载 也可以成为用电器 如电灯 冰箱等等 分为两种 一种是电阻性负载 一种是电感性负载 对于电阻性负载的计算公式 P UI对于日光灯负载的计算公式 P UIcos 其中日光灯负载的功率因数cos 0 5 不同电感性负载功率因数不同 统一计算家庭用电器时可以将功率因数cos 取0 8 也就是说如果一个家庭所有用电器加上总功率为6000瓦 则最大电流是I P Ucos 6000 220 0 8 34 A 但是 一般情况下 家里的电器不可能同时使用 所以加上一个公用系数 公用系数一般0 5 所以 上面的计算应该改写成I P 公用系数 Ucos 6000 0 5 220 0 8 17 A 也就是说 这个家庭总的电流值为17A 则总闸空气开关不能使用16A 应该用大于17A的 64 第二章常用计算 2 交流电动机功率计算 对于单相电路而言 电机功率的计算公式是 P IUcos 相电流I P Ucos 式中 I为相电流 它等于线电流P为电机功率U为相电压 一般是220Vcos 是电机功率因素 一般取0 75对于三相平衡电路而言 三相电机功率的计算公式是 P 1 732IUcos 由三相电机功率公式可推出线电流公式 I P 1 732Ucos 式中 P为电机功率U为线电压 一般是380Vcos 是电机功率因素 一般取0 75 0 85 65 第三部分PLC的基本应用PLC的概述 PLC的概述 可编程控制器 ProgrammableController 是以微处理器为基础 综合了计算机技术 自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置 是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品 早期的可编程控制器主要用于代替继电器实现逻辑控制 因此称为可编程逻辑控制器 ProgrammableLogicController 简称PLC 66 第三部分PLC的基本应用PLC的应用 PLC的应用 现代PLC不仅有逻辑运算 计时 步进控制功能 还能完成A D转换 D A转换 模拟量处理 高速计数 联网通信等功能 可以通过上位计算机进行显示 报警 记录 进行人机对话 因此 PLC具有极强的适应性 能够很好的满足各种类型控制的需要 是目前工厂中应用最广泛的自动化设备 67 第三部分PLC的基本应用PLC的特点 PLC的特点 PLC体积小 质量轻 便于安装 PLC的输入 输出系统能够直观的反映现场信号的变化状态 还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态 如内部工作状态 通信状态 I O点状态 异常状态和电源状态等 对此均有醒目的指示 非常有利于运行和维护人员对系统进行监控 68 第三部分PLC的基本应用 目前 世界上有200多个厂家生产可编程控制器产品 比较著名的厂家有美国的AB 通用 GE 莫迪康 MODICON 日本公司的三菱 MITSUBISHI 欧姆龙 OMRON 富士电机 FUJI 松下电工 德国的西门子 SIEMENS 法国的TE 施奈德 SCHNEIDER 韩国的三星 SAMSUNG LG等 西门子公司常用的PLC主要由小型机S7 200序列 控制点位在几个到几十个 中型机S7 300序列 控制点位在几十个到几百个 大型机S7 400序列 控制点位在几百到几千个 常用200系列PLC有以下几种 cup221 6输入4输出共10点 cpu222 8输入6输出共14点 cpu224 14输入10输出共24点 cpu226 24输入16输出共40点 69 PLC系统结构 PLC通常由CPU 存储器 输入输出接口 电源等几部分构成 典型plc系统结构如右图所示 70 常用S7 200系列西门子PLC外观图 71 S7 200系列西门子PLC 西门子CUP222PLC为8路输入6路输出 I O共计14点 它可以进行一定量模拟量的控制和两个模块的扩展 在点位比较少的控制系统中它的应用非常广泛 72 常用扩展模块 I O接口模块 PLC最常用的的I O接口模块主要包括模拟量输入模块 模拟量输出模块 开关量输入模块 开关量输出模块 1 模拟量输入模块用来把变送器输出的模拟信号 如4 20mA 转换成CUP内部的数字信号 供CUP处理 2 模拟量输出模块的作用刚好与模拟量输入模块相反 它是把CUP处理后的数字信号转换成相应的模拟电压或电流信号 3 开关量输入模块 由于现场过程来的数字量信号主要有交流电压 直流电压等信号类型 而PLC内部所能接收和处理的是电平二进制信号 所以开关量输入模块的作用是将现场过来的信号转换成PLC内部的信号电平 4 开关量输出模块 开关量输出模块是将CPU内部信号电平转换成过程所需要的外部信号 驱动电磁阀 继电器 接触器 指示灯 电机等各种负载设备 按输出开关器件它可分为晶体管输出 晶闸管输出和继电器输出三种类型 相应的输出信号为直流信号 交流信号和无源接点信号 73 模拟量输入模块 PLC扩展模块EM231 是将4路模拟量输入信号转换成PLC的CUP能够识别的数字信号 74 模拟量输出模块 PLC扩展模块EM232具有2路模拟量输出 它既能进行电压输出也能进行电流输出 电压输出 10V电注输出 0 20mA 75 模拟量输入输出模块 模拟量输入输出扩展模块EM235具有4路模拟量输入 1路模拟量输出 76 77 78 79 第四部分仪器仪表方面的知识 两线制三线制四线制接线方式 1 两线制 即电源 负载串联在一起 有一公共点 而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线 这两根电线即是电源线又是信号线 多数情况下 其中一根为 24V电源线 另一根既作为电源负极引线 又作为信号传输线 在信号传输线的末端通过一只标准负载电阻 也称取样电阻 接地 也就是电源负极 将电流信号转变成电压信号 2 三线制 即电源正端用一根线 信号输出正端用一根线 电源负端和信号负端共用一根线 其供电大多为24VDC 输出信号为4 20mA 负载电阻为250欧姆 3 四线制 两根线负责电源的供应 另外两根线负责输出被转换放大的信号 80 两线制接线方式 两线制变送器如图一所示 其供电为24V DC 输出信号为4 20mA DC 负载电阻为250 24V电源的负线电位最低 它就是信号公共线 对于智能变送器还可在4 20mA 81 三线制接线方式 三线制变送器如图三所示 所谓三线制就是电源正端用一根线 信号输出正端用一根线 电源负端和信号负端共用一根线 其供电大多为24V DC 输出信号有4 20mA DC 负载电阻为250 82 四线制接线方式 四线制变送器如图二所示 其供电大多为220V AC 也有供电为24V DC的 输出信号有4 20mA DC 负载电阻为250 83 控制系统的防护 仪表的防爆净化稳压电源UPS电源防雷接地 84 仪表的防爆 防爆仪表的防爆标志为 Ex 控制仪表的防爆主要是采用隔爆型防爆措施和本质安全型防爆措施 1 隔爆型防爆仪表 采用隔爆型防爆措施的仪表称为隔爆型防爆仪表 它的特点是仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内 其表壳强度足够大 接合面间隙足够深 最大的间隙宽度又足够窄 这样 即使仪表因事故在表壳内部燃烧或者爆炸时 火焰穿过缝隙过程中 受缝隙壁吸热及阻滞作用 将大大降低其外传能量和温度 从而不会引起仪表外部规定的易燃性气体混合物的爆炸 隔爆型防爆仪表安装及维护正常时 它能达到规定的防爆要求 但是揭开仪表壳后 它就失去了防爆性能 因此不能在通电运行的情况下打开表壳进行检修或调整 此外 这种防爆结构长期使用后 由于表壳结合面的磨损 缝隙宽度将会增大 因而长期使用会逐渐降低防爆性能 85 仪表的防爆 本质安全型防爆仪表 采用本质安全型防爆措施的仪表称为本质安全型防爆仪表 也称为安全火花型防爆仪表 这种防爆结构的仪表 在正常状态下或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不会引起规定的易燃易爆型气体的爆炸 安全火花型防爆仪表所采取的措施主要有以下两个方面 仪表采用底的工作电压和小的工作电流 通常 正常工作电压不大于24VDC 电流不大于20mADC 故障时电压不大于35VDC 电流不大于35mADC 在线路设计上 对于危险场所的电路 适当选择电阻 电容和电感的参数值 借以限制火花能量 使其只产生安全火花 同时在较大的电容 电感回路中并联双重化二极管 以消除不安全的火花 显然 安全火花型仪表防爆性能是仪表电路本身固有的防爆性能 它在本质上就是安全的 即使产生电火花现象 由于能量很小 也是安全火花 不至于引起爆炸 86 仪表的防爆 防爆仪表在其所实用的危险场合中使用 还必须考虑与其配合的仪表及信号导线可能对危险场所产生的影响 即应使整个测量或控制系统具有安全火花防爆性能 要使整个测量或控制系统的防爆性能符合安全火花防爆要求 必须满足两个条件 在危险场所使用安全火花型防爆仪表 在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅 安全栅的作用是限制由控制室至现场的能量 常用的安全栅有两种 一种是齐纳式安全栅 一种是隔离式安全栅 87 安全栅是一种安装在安全场所的本质安全型防爆仪表的关联设备 当本安防爆系统的本安仪表发生故障时 安全栅能将串入到故障仪表的能量限制在安全值以内 从而确保现场设备 人员和生产的安全 安全栅总体上分为二大类 一类为齐纳式安全栅 它是通过快速熔断丝和限压 限流电路实现能量限制作用 使在本安防爆系统中 不论现场本安仪表发生任何故障 都保证传输到现场 危险区 的能量处于一个安全值内 不会点燃规定的分级 分组爆炸性气体的混合物 从而保证现场安全 另一类是隔离式安全栅 它是通过本安回路与非本安回路之间用变压器耦合实现电源 信号输入 信号输出的隔离 并在本安端加类似于齐纳式安全栅的快速熔断丝和限流 限压电路实现能量的限制 保证本安防爆系统的安全 并具有抗干扰能力 88 常见安全栅外形 89 净化稳压电源 随着工业的发展 电源污染日益严重 电源或多或少都会受到电压浪涌的干扰 这些干扰可能是由于工业设备的运行及供电质量造成的 其表现形式为 电压变化忽高忽低及瞬态突变 即短期 10ms 或长期的尖峰高压 它占精密电子设备损坏的45 3 雷击占9 4 供电电网的各种干扰是造成计算机和精密电子设备损坏的主要原因之一 90 净化稳压电源 净化功能 净化功能是交流净化稳压电源特有的功能 所谓净化功能即对干扰杂波的滤除能力 这种净化功能是双向的 即可以滤除电网对负载的干扰 又可以滤除负载对电网的干扰 还能吸收外电路的高能量脉冲干扰 具有一定的防雷击能力 过载能力 稳压电源具有较强的抗过载能力 而且存过载时其运行特性不变响应速度 交流净化稳压电源对负载突变和线路输入突变具有很短的响应时间 其典型响应时间不少于4Oms 两个电源周期 因此它特别适合应用于电压起伏波动较大的场合 如工业生产现场 91 UPS电源 UPS是不间断电源 uninterruptiblepowersystem 的英文简称 是能够提供持续 稳定 不间断的电源供应的重要外部设备 UPS按工作原理分成后备式 在线式与在线互动式三大类 UPS顾名思义 它就是一台这样的机器 它在市电停止供应的时候 能保持一段供电时间 使人们有时间存盘 再从容地关闭机器 92 UPS电源 UPS是一种含有储能装置 以逆变器为主要组成部分的恒压 恒频的不间断电源 当市电正常时 UPS将市电稳压或稳压 稳频后供负载使用 同时向机内电池充电 当市电中断时 异常时 UPS立即在4 10毫秒内或 零 中断时间内将蓄电池的电源通过逆变转换的方式向负载继续供应电力 使负载维持正常的工作 以便保存资料并保护负载的软硬件不受损坏 从原理上来说 UPS是一种集数字和模拟电路 自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备 从功能上来说 UPS可以在市电出现异常时 有效地净化市电 还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电 使你能有充裕的时间应付 从用途上来说 随着信息化社会的来临 UPS广泛地应用于从信息采集 传送 处理 储存到应用的各个环节 其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的 93 UPS电源使用中的几点说明 1 UPS电源的场所摆放应避免阳光直射 并留有足够的通风空间 同时 禁止在UPS输出端口接带有感性的负载 2 使用UPS电源时 应务必遵守厂家的产品说明书有关规定 保证所接的火线 零线 地线符合要求 用户不得随意改变其相互的顺序 比如 美国PULSE牌UPS电源的交流输入接线与我国的交流电输入插座的连接方式正好相反 还有例如EAST 东方 的三相UPS需要注意相序问题 否则会出现相序错误报警 其他品牌也是如此 3 严格按照正确的开机 关机顺序进行作 避免因负载突然加上或突然减载时 UPS电源的电压输出波动大 而使UPS电源无法正常工作 4 禁止频繁地关闭和开启UPS电源 一般要求在关闭UPS电源后 至少等待6秒钟后才能开启UPS电源 否则 UPS电源可能进入 启动失败 的状态 即UPS电源进入既无市电输出 又无逆变输出的状态 5 禁止超负载使用 厂家建议 UPS电源的最大启动负载最好控制在80 之内 如果超载使用 在逆变状态下 时常会击穿逆变三极管 实践证明 对于绝大多数UPS电源而言 将其负载控制在30 60 额定输出功率范围内是最佳工作方式 6 定期对UPS电源进行维护工作 清除机内的积尘 测量蓄电池组的电压 更换不合格的电池 检查风扇运转情况及检测调节UPS的系统参数等 94 防雷1 避雷有关概念 1 雷电过电压是由于电力系统内的设备或构筑物遭受直接雷击或感应雷引起的过电压 引起这种过电压的能量来源于外界 又称外部过电压 雷电过电压产生的冲击波 其电压幅值可达1亿伏 其电流幅值可达几十万安培 因此对电力系统危害极大 必须采取有效措施加以防护 A 直击雷过电压 直击雷 雷直接击中电气设备 线路 建筑物 强大的雷电流通过物体泄入大地 在物体上产上很高的电位降 称为雷击过电压 雷电流通过被击物体时 将产生有破坏作用的热效应 机械效应 相伴还有电磁效应和对物体的闪络放电 B 感应过电压 感应雷 当雷云在架空线路 或其他物体 上方时 在地面物体上感应出与雷击等量的相及电荷 当雷击放电时 先导通道中电荷迅速中和 架空线路上的感应电荷失去束缚 变成自由电荷 流向线路两端 产生很高的过电压 高压线路几十万伏 低压几万伏 C 雷电波侵入 高电位引入 由于直击雷或感应雷而产生的高电位雷电波 沿架空线路或金属管道侵入变配电所或用户 而造成危害 供电系统由于雷电波的侵入而造成的雷害事故 在整个雷害过程中占50 以上 因此更应注意此种过电压 95 防雷2 雷的有关名词概念 1 幅值与陡度雷电流幅值是 Im 与雷击中的电荷量及雷击放电通道的阻抗有关的量 雷电流一般在1 4us内增长到幅值 在幅值前一段波形称为波头 而从幅值起到雷电流衰减到Im 2的一段波形称波尾 雷电波陡度是波头增长的速率 di dt 陡度 可达50KA us以上 雷电流陡度越大 产生的电压越高 对绝缘破坏越严重 2 年平均雷暴日数 凡有雷活动的日子 包括看到雷闪听到雷声都称为雷暴日 由当地气象台统计的多年雷暴是年平均值 称年平均雷暴日数 少雷区 每年平均雷暴日数不超过15天 多雷区 年平均雷暴日数超过40天 年平均雷暴日数越多 说明该地区雷电活动越频繁 因此防雷要求越高 防雷措施越要加强 96 防雷3 防雷设备 1 接闪器 专门用来接受直接雷击 雷闪 的金属物体 接闪的金属杆称为避雷针 接闪的金属线称为避雷线 架空地线 接闪的金属带 金属网称为避雷带 避雷网 所有的接闪器都必须经过接地引下线与接地装置相连 A 避雷针B 避雷线C 避雷带和避雷网 97 防雷3 防雷设备 A 避雷针镀锌圆钢 针长1 2M 直径不小于16mm 镀锌焊接钢管 针长1 2M 直径不小于是25mm 安装在电杆 支柱 或构架建筑物上 下端经引下线与接地装置焊接 避雷针的功能 引雷作用 它对雷电场产生附加电场 这附加电场是由于雷云对避雷针产生静电感应引起的 使雷电场畸变 从而提供雷击放电通路 吸引到避雷针本身 然后经与避雷针相连的引下线和接地装置将雷电流汇放到大地中 使被保护物体免受直接雷击 所以避雷针实指是引雷针 它把雷电波引入大地 从而保护了线路 设备及建筑物 98 防雷3 防雷设备 B 避雷线避雷线一般用截面不小于25mm2的镀锌钢绞线 架设在架空线路上边 以保护架空线或其它物体 建