第一章PLC入门.ppt

电气控制与可编程控制器,教材：主编：郁汉琪电气控制与可编程序控制器应用技术南京：东南大学出版社，2010参考教材：相关电气控制教材及三菱PLC资料联系电话疑地点：11号楼-610室,本课程的目的和任务目的：让学生熟悉电气控制系统的基本控制电路和PLC的应用技术；任务：培养学生具备电气控制系统分析和设计的基本能力。掌握可编程控制器原理及编程方法，具备较强的PLC程序设计和PLC应用能力，为今后从事电气技术工作及电气设备的使用、维护、安装调试等工作打下坚实的理论基础。学习要求：课堂教学学时：40学时实验学时：8学时平时作业与实验30%期末考试70%每周上课前交作业。,第一篇电气控制技术,1-1低压电器的基本知识,一电器定义：根据外界的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气装置。,1常用低压电器,二电器的分类1)按工作电压等级高压电器：交流1200V以上、直流1500V及以上电路中的电器。低压电器：用于交流1200V、直流1500V以下电路起通断、保护、控制或调节作用的电器。例如：低压断路器、熔断器、刀开关和转换开关等。,2）按操作方式手动电器：通过人的操作发出动作指令的电器。如刀开关、按钮、转换开关。自动电器：产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。如低压断路器、接触器、继电器等。3)按执行功能执行电器：完成某种机械动作或传送功能的电器。如电磁铁、电磁离合器。控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。如继电器、接触器、主令开关。辅助电器：用于保护电路及用电设备的电器。如熔断器。4）按工作原理电磁式电器：根据电磁感应原理而动作。非电量控制电器：依靠外力或非电量信号的变化而动作。,三常用低压控制电器接触器：交流、直流；继电器：电压和电流继电器、时间继电器、中间继电器、热继电器、速度继电器等；熔断器、主令开关等。四低压控制电器的发展以继电器、接触器为基础的电气控制技术具有相当重要的地位。可编程序控制器（PLC）是计算机技术与继电器、接触器控制技术相结合的产物，其输入、输出与低压电器密切相关，掌握继电接触器控制技术也是学习和掌握PLC应用技术必需的基础。,五电磁式电器的基本结构按工作原理:电磁式电器：电磁机构控制电器动作非电量控制电器：非电磁式控制电器动作电磁式电器由感测和执行两部分组成。感测部分（电磁机构）：接受外界输入的信号，使执行部分动作，实现控制的目的。执行部分（触头系统）：根据检测部分输出，执行相应的动作，接通或分断线路，实现控制的目的。,1-主触点2-常闭辅助触点3-常开辅助触点4-动铁心5-线圈6-静铁心7-灭弧罩8-弹簧,电磁式电器结构示意图,电磁机构：将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作.,触点：接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。,灭弧装置：熄灭触点分断电流瞬间触点之间气隙中产生的电弧。,其它：包括释放弹簧机构、支架与底座等。,动铁心（衔铁）静铁心电磁线圈,按所控制电路主触点辅助触点按原始状态常开触点常闭触点,灭弧罩灭弧栅磁吹灭弧装置,1电磁机构：通过电磁感应原理将电能转化成机械能并带动触头动作。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，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。,1-主触点2-常闭辅助触点3-常开辅助触点4-动铁心5-线圈6-静铁心7-灭弧罩8-弹簧,1）组成：铁心(亦称静铁心)衔铁(亦称动铁心）线圈,交流：硅钢片叠加直流：整块铸铁或铸钢,直动式转动式,交流线圈：短而粗，有骨架。直流线圈：细而长，无骨架。,2）电磁特性吸力特性：电磁系统的电磁吸力与气隙的关系曲线。说明：吸力特性与线圈励磁电流种类、线圈连接方式有关。当空气气隙较小，磁场分布均匀时，两铁芯截面间的电磁吸力的近似计算公式为：式中：空气导磁系数当为常数时，与成正比。也可认为F与气隙磁通成正比。,直流电磁机构的吸力特性电流为常数(与磁路的气隙大小无关，取决于线圈的电阻)，根据磁路定律，气隙磁通与气隙磁阻和匝数的关系式：,则有:,电磁吸力F与气隙成成反比，所以吸力特性为二次曲线形状：,结论：直流电磁机构的电磁吸力在衔铁闭合前后变化很大；直流电磁机构中的流过线圈的电流在衔铁闭合前后不变。,交流电磁机构的吸力特性假设线圈电压不变，则有：,当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数：即交流电磁机构的电磁吸力F为常数。,当频率、匝数和电压都为常数时，磁通为常数时：由，则流过线圈的电流I随气隙的变化成正比变化。,结论：1)交流电压线圈在衔铁闭合前后吸力几乎不变化（如考虑漏磁通，随的减少略有增加）。2)交流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后随气隙的减小而减小。,综上：衔铁动作与否取决于线圈两端的电压。直流电磁机构的衔铁动作不改变线圈电流。交流电磁机构的衔铁动作改变线圈电流。说明：衔铁卡住不能吸合，或者频繁动作，交流电压线圈可能烧毁。对于可靠性要求高，或频繁动作的控制系统采用直流电磁机构，而不采用交流电磁机构。,反力特性：指电磁机构反作用力（阻力）与气隙的关系曲线。电磁机构的反力：作用弹簧、摩擦阻力和衔铁的重量。电磁机构的反力特性如图：,反力特性与吸力特性的配合F吸略大于F反电磁铁正常工作时衔铁在吸合的过程中，吸力必须大于反力，但也不能太大否则影响电器的机械寿命,分析交流电磁机构吸力：当线圈通交流电时，线圈磁势磁通随时间周期变化。,短路环:磁通是交变：衔铁产生强烈的振动和噪音，易使电器结构松散、寿命降低，同时使触头接触不良，易于熔焊与烧毁。短路环：磁通分相的作用，使合成后的吸力在任一时刻都大于反力，消除振动和噪声。,1)单相交流电磁机构存在的问题,2）短路环的作用,?,思考：,三相交流电磁体装短路环吗？,短路环的示意图：,2触头系统,1）触头（执行元件）作用：分断和接通电路的作用。按控制的电路分：主触头和辅助触头。主触头：用于主电路。辅助触头：用于控制电路。,类型：材料：一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成。,桥式触头,指形触头,2）触头接触形式：点接触、线接触和面接触。点接触：小电流的触点线接触：中等容量的触点面接触：大容量的触点,3）接触电阻,（a）最终拉开位置,（b）刚接触位置,(c)最终闭合位置,3.电弧的产生和灭弧装置,电弧的产生及危害1）电弧的产生触点由闭合到断开时，当电压超过1020V和电流超过80100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈的火花，实质是气体放电的现象，通常称之为“电弧”。根据电流性质的不同，电弧分交流电弧和直流电弧。2）电弧的危害烧灼触点，降低电器的寿命和电器工作的可靠性。使触点的分断时间延长，严重的会产生事故。,灭弧装置灭弧措施：降低电弧温度和电场强度。常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和电弧分段常用的灭弧装置：1）磁吹式灭弧装置（广泛应用于直流接触器中）磁吹灭弧装置：利用电弧电流本身灭弧，电弧电流愈大，吹弧能力也越强。由于直流电弧比交流电弧难以熄灭，直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。2）灭弧栅（常用作交流灭弧装置）3）灭弧罩（用于交流和直流灭弧）,讨论,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?,1-2接触器,接触器:频繁地接通或切断电动机或其它负载主电路的一种电磁式控制电器。特点：频繁操作和远距离控制。分类：接触器按主触点通过的电流种类可分为交流接触器和直流接触器。,1、结构:触头系统：主触头、辅助触头常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧,一、交流接触器,2、工作原理：线圈通电，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈断电，衔铁释放，触头恢复常态，常开触头断开，常闭触头闭合。为防止铁心振动，需加短路环。交流接触器：线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。,3、交流接触器特点：交变磁通穿过铁心，产全涡流和磁滞损耗，使铁心发热。铁心用硅钢片冲压而成以减少铁损。线圈做成短而粗的圆筒状绕在骨架上以便于散热。铁心端面上安装铜制的短路环，以防止交变磁通使衔铁产生强烈振动和噪声。灭弧装置通常采用灭弧罩和灭弧栅。,用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。灭弧系统：磁吹灭弧(没有电流过零点),二、直流接触器,直流接触器：线圈通以直流电，主触点接通、切断直流主电路。不产全涡流和磁滞损耗，铁心不发热。铁心用整块钢制成。线圈制成长而薄的圆筒状。250A以上的直流接触器采用串联双绕组线圈。灭弧装置通常采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置。,三、接触器的符号,吸引线圈额定电压,交流接触器：36、127、220、380V,直流接触器：24、48、220、440V,四、接触器的主要技术指标,主触头额定电压,主触头额定电流,根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。,五、接触器的使用选择原则,？,接触器安装在敞开控制屏触头温度不超过额定温度负载为间歇工作制,继电器是一种根据电气量（电压、电流等）或非电气量（温度、压力、转速、时间等）的变化接通或断开控制电路的自动切换电器。电磁式继电器和接触器异同点：相似点：结构和工作原理相似。不同点：（1）继电器可对多种输入量的变化做出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作；（2）继电器用于切换小电流电路的控制电路和保护电路，而接触器是用来控制大电流电路；（3）继电器没有灭弧装置，触点容量小，用于控制电路。也无主副触头之分。接触器有灭弧装置，触点容量大，用于主电路。,1-3继电器,继电器分类：按输入信号,作用：控制、放大、联锁、保护和调节特点：额定电流不大于5A,继电特性曲线：,x2：继电器吸合值,要使继电器吸合,输入量必须大于等于x2,x1：继电器释放值,要使继电器释放,输入量必须小于等于x1,吸合值：使衔铁吸合的电流值（或电压值）。释放值：使衔铁释放的电流值（或电压值）。,(1)吸合值的整定：A、调节释放弹簧的弹力（细调）；B、改变吸合前动静铁心的气隙:动作值（粗调）(2)释放值的整定：A、调节释放弹簧的弹力；B、改变非磁性垫片厚度改变吸合后的气隙。吸合后的气隙越大，释放值就越高。,继电器的重要参数：反映吸力特性和反力特性配合紧密程度的一个参数,返回系数：kx1/x20.1-0.4,电压继电器：根据输入（线圈）电压大小而动作的继电器。特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细，阻抗大。分类：过电压继电器和欠电压继电器。,一、电压继电器,过电压继电器：其任务是当被测电路发生过电压时，输出触点动作，通过控制回路作相应处理。动作电压整定范围为(105120)UN。欠电压继电器：其任务是当被测电路发生欠电压时，输出触点复位，通过控制回路作相应处理。吸合电压调整范围为(3050)UN。释放电压调整范围为(720)UN。,二、电流继电器,电流继电器：根据输入（线圈）电流大小而动作的继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。分类：过电流继电器、欠电流继电器,过流电流继电器,欠流电流继电器,过电流继电器：当电路发生短路及过流时输出触点动作，立即将电路切断。电路正常时,过电流继电器不动作,当线圈电流超过整定电流时，继电器才动作。动作电流整定范围：交流为(110350)IN，直流为(70300)IN。,欠电流继电器：当电路电流过低时输出触点复位，立即将电路切断。电路正常时,欠电流继电器吸合,当线圈电流低于整定电流时，继电器释放。动作电流整定范围：吸合电流为(3050)IN释放电流为(1020)IN一般自动复位,欠电流继电器,KI,I,I,KI,KI,KI,电流继电器的符号：,本质上是一种电压继电器，工作原理与接触器相同，触头数目比较多。触点系统中没有主、辅触点之分，触点容量相同。,三、中间继电器,中间继电器的作用：当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中间继电器作为执行元件，这时中间继电器被当作一级放大器用。触点数量较多，能够将一个输入信号变成多个输出信号。当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条控制电路。,热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器。作用：用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，防止电动机过热而烧毁的保护电器。,四、热继电器,结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。双金属片为温度检测元件，由两种膨胀系数不同的金属片压焊而成，它被加热元件加热后，因两层金属片伸长率不同而弯曲。,图形和文字符号,热元件,FR,常闭触点,FR,工作原理：加热元件串接在电动机定子绕组中，其常闭触点与接触器线圈电路串联。电动机正常运行时，热元件产生的热量不会使触点系统动作；当电动机过载，流过热元件的电流加大，经过一定的时间，热元件产生的热量使双金属片的弯曲程度超过一定值，通过导板推动热继电器的触点动作（常开触点闭合，常闭触点断开）。切断接触器线圈电流，使电动机主电路失电。故障排除后，手动复位热继电器触点可以重新接通控制电路。,热继电器额定电流：热继电器中可以安装的热元件的最大整定电流值。热继电器整定电流：热元件能够长期通过而不致引起热继电器动作的最大电流值。通常热继电器的整定电流是按电动机的额定电流整定的。型号及选用：其选用主要是根据电动机的使用场合和额定电流来确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级。“Y”接法的电动机：普通的二相或三相结构的热继电器；“”接法的电动机：带断相保护的热继电器。,时间继电器是一种根据电磁原理或机械动作原理来实现触点系统延时接通或断开的自动切换电器。作用：按整定时间长短通断电路分类：按构成原理分：电磁式电动式空气阻尼式晶体管式数字式按延时方式分：通电延时型断电延时型,五、时间继电器,1、直流电磁式时间继电器：有一个阻尼铜套（在铁心上），利用电磁阻尼原理产生延时，只对断电时起作用，且延时时间较短，小于5S。2、空气阻尼式时间继电器：利用空气阻尼原理，由电磁系统，延时机构，触头系统组成。可以做成通电延时型和断电延时型。触头有：瞬时触头和延时触头。延时触头：通电延时型：延时闭合的常开触头。延时断开的常闭触头。断开延时型：延时闭合的常闭触头。延时断开的常开触头。,图形和文字符号,作用：用作笼型异步电动机的反接制动控制，又称反接制动继电器。根据速度的大小通断电路。结构：定子、转子和触头参数：动作转速：120r/min复位转速：100r/min,六、速度继电器,七、固态继电器1、原理：为四端元件，其中两个是输入端，两个是输出端，中间采用隔离器件，以电力电子器件为输出开关，是一种无触点继电器。2、种类：以负载电源类型可分为：直流型固态继电器和交流型固态继电器；以输入输出之间的隔离方式可分为：光电耦合隔离和磁隔离；以控制触发信号可分为：过零型和非过零型，有源触发型和无源触发型。,压力继电器,光电继电器,温度继电器,八、其它继电器,1-4其它控制电器,一、刀开关作用：隔离电源，不频繁通断电路分类：按刀的级数分:单极、双极和三极按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置按刀的转换方向分为：单掷和双掷按接线方式分为：板前接线和板后接线按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操作按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器,1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。结构图和符号：,2.带熔断器式刀开关用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。,QK,3.负荷开关(1)开启式负荷开关用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装有进线座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头，工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。分类：单相双极和三相三极两种,(2)封闭式负荷开关（铁壳开关）作用：手动通断电路及短路保护。,二、组合开关（转换开关）结构：静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90正或反方向的转动，带动静触头通。特点：结构紧凑，安装面积小，操作方便。用途：电源的引入开关；通断小电流电路；控制以下电动机。,（a）外形（b）符号（c)结构,三、低压断路器（自动空气开关）功能：在线路正常工作时起接通和断开线路作用，当电路过载、短路及失压时等不正常工作时，能自动切断故障电路，起到保护的作用。特点：操作安全，分断能力较高。分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式）。结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。,万能式低压断路器结构图,四、熔断器作用：作为一种保护电器，在使用时串接在被保护电路中，起短路和严重过载保护，主要用作短路保护。保护特性：反时限特性（熔体动作时间随电流增大而减小）应用：串接于被保护电路的首端优点：结构简单，维护方便，价格快速熔断器、自恢复熔断器便宜，体小量轻分类：瓷插式熔断器、螺旋式熔断器、有填料式熔断器、无填料密封式熔断器、快速熔断器、自恢复熔断器,负载电流经熔断器熔体时，由于电流的热效应而使温度上升，正常工作时，其产生的热量不至于使熔体熔化，当发生短路或严重过载时，有很大故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔化，切断电路，从而达到保护的目的。,思考：,热继电器与熔断器能否互相替代？,熔断器的安秒特性,熔断器图形符号,FU,熔断器选择：1、熔断器类型的选择：应根据线路要求，使用场合和安装条件选择。2、额定电压选择：UFUU3、额定电流选择：IFUIfN4、熔体的额定电流的选择：（1）纯电阻性负载：IfNI（2）电动机：一台：IfN（1.52.5）IN多台：IfN（1.52.5）INmax+IN其中：降压起动取1.5；全压起动取2.5电路上、下两级都装设熔断器时，为使两级保