可编程控制器1-低压电器

1、可编程控制器可编程控制器机电工程学院机电工程学院胡兆勇胡兆勇教学内容常用低压电器1PLC结构、原理与表达方式2基本逻辑控制指令3 3步进指令和功能指令4 45PLC编程教学要求1. 1.掌握常用低压电器和基本控制电路掌握常用低压电器和基本控制电路2. 2.掌握可编程控制器的结构和原理掌握可编程控制器的结构和原理3 .3 .掌握可编程控制器的指令系统掌握可编程控制器的指令系统4. 4.掌握可编程控制器的基本编程掌握可编程控制器的基本编程3概述4原动机原动机传动机构传动机构工作机构工作机构控制机构控制机构电源电源电动机电动机电力拖动电力拖动电气控制电气控制概述电气控制的基本方式电气控制的基本方式u

2、继电接触器控制系统（有触点）继电接触器控制系统（有触点） 由继电器、接触器、按钮、开关等元件组成的机械设备的电气控制系统uPLCPLC（可编程序控制器）控制系统（可编程序控制器）控制系统u单片机控制系统单片机控制系统u工业计算机控制系统工业计算机控制系统u数控系统数控系统5概述PLC的应用的应用uPLC是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。什么措施，就可以直接在工业环境中使用。uPLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交

3、通运输、环保及文化娱材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。乐等各个行业。61 常用低压电器81.1 概述电器的概念电器的概念u一种能够根据外界信号的要求，手动或自动地接通或断一种能够根据外界信号的要求，手动或自动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现电路或用开电路，断续或连续地改变电路参数，以实现电路或用电设备的切换、控制、保护、检测、变换和调节作用的电设备的切换、控制、保护、检测、变换和调节作用的电气元件或设备电气元件或设备u按工作电压等级分为高压电器和低压电器按工作电压等级分为高压电器和低压电器低压电器的概念低压电器的概念u低压电器：通常指工作在交流低压

4、电器：通常指工作在交流1200V（AC）、直流）、直流1500V（DC）及以下电路中的电器）及以下电路中的电器91.1 概述电器的分类电器的分类u按功能分按功能分 控制类电器 保护类电器u按动作分类按动作分类 自动切换电器 手动切换电器u按触点分类按触点分类 有触点电器 无触点电器分类不严格分类不严格101.1 概述电器的基本组成电器的基本组成u从结构上看，电器一般由两个部分组成，即感受部分和从结构上看，电器一般由两个部分组成，即感受部分和执行部分执行部分u感受部分接受外界输入信号，并通过转换、放大与判断感受部分接受外界输入信号，并通过转换、放大与判断做出有规律的反应，使执行部分动作做出有规律

5、的反应，使执行部分动作u执行部分则按照感受部分的反应进行相应的动作，从而执行部分则按照感受部分的反应进行相应的动作，从而接通或断开电路，实现控制的目的接通或断开电路，实现控制的目的u在常用低压电器中，大部分为电磁式电器在常用低压电器中，大部分为电磁式电器111.1 概述电磁机构电磁机构u电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁三部分组成电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁三部分组成u按衔铁运动方式一般可分为直动式和转动式两种结构按衔铁运动方式一般可分为直动式和转动式两种结构121.1 概述触头系统触头系统u触头的分类触头的分类 按所控制的电路分为：主触头和辅助触头 按其原始状态分为：常开触头和常闭触头 按其结

6、构形式分为：桥形触头和指形触头 按其接触形式分为：点接触、线接触和面接触131.1 概述触头系统触头系统u电弧的产生：空气电离作用、高温、燃烧电弧的产生：空气电离作用、高温、燃烧u灭弧需求：使电弧拉长，冷却加速灭弧需求：使电弧拉长，冷却加速u常用灭弧方法常用灭弧方法 双断口灭弧法 磁吹灭弧法 灭弧罩 金属栅片灭弧法141.1 概述触头系统触头系统u双断口式灭弧：使一段电弧变成两段而使电压为双断口式灭弧：使一段电弧变成两段而使电压为1/2，（小功率）（小功率）151.1 概述触头系统触头系统u磁吹灭弧法：利用磁吹线圈产生磁场，使电弧中的载磁吹灭弧法：利用磁吹线圈产生磁场，使电弧中的载流子受到电磁

7、力流子受到电磁力F（变流、直流、大功率）（变流、直流、大功率）161.1 概述触头系统触头系统u灭弧罩：冷却灭弧罩：冷却171.1 概述触头系统触头系统u金属栅片灭弧法：导磁好的栅片磁力吸弧、栅片散热、金属栅片灭弧法：导磁好的栅片磁力吸弧、栅片散热、分隔电压，用于交流接触中分隔电压，用于交流接触中181.2 开关类电器两大类两大类u用于动力电路中的开关电器用于动力电路中的开关电器 工作在较高电压电路中u用于控制电路中的开关电器用于控制电路中的开关电器 工作在较低电压电路中191.2.1 动力电路开关电器按能否带负载（负荷）通断，分为按能否带负载（负荷）通断，分为2类类u不能带负载通断的开关电器

8、，主要在维修等时，用于隔不能带负载通断的开关电器，主要在维修等时，用于隔离电源。离电源。 普通刀开关、隔离开关u能带负载通断的开关电器能带负载通断的开关电器 负荷开关、断路器201.2.1 动力电路开关电器1、普通刀开关、普通刀开关u具有刀形触片的各类开关电器的总称具有刀形触片的各类开关电器的总称u由触刀、触头插座、绝缘底板、操纵手柄组成由触刀、触头插座、绝缘底板、操纵手柄组成211.2.1 动力电路开关电器1、普通刀开关、普通刀开关u常用的刀开关有两大类常用的刀开关有两大类 一类是带杠杆操作机构的单投或双投刀开关 另一类是中央手柄式的单投或双投刀开关221.2.1 动力电路开关电器1、普通刀

9、开关、普通刀开关u可以通断小电流可以通断小电流u用于隔离，作低压隔离器用于隔离，作低压隔离器隔离开关隔离开关231.2.1 动力电路开关电器2、负荷开关、负荷开关u开关和熔断器的串联组合构成的电器组开关和熔断器的串联组合构成的电器组u能够带负载通断电路能够带负载通断电路u常用的负荷开关有两大类常用的负荷开关有两大类 开起式负荷开关 封闭式负荷开关241.2.1 动力电路开关电器开起式负荷开关开起式负荷开关u俗称胶壳开关，或胶盖开关俗称胶壳开关，或胶盖开关u瓷底座、触头座、触刀、熔断丝、胶盖和操作手柄组成瓷底座、触头座、触刀、熔断丝、胶盖和操作手柄组成安装时电源线应接在刀座上方，负载线应接在刀片

10、下面熔丝的另一端。安装时电源线应接在刀座上方，负载线应接在刀片下面熔丝的另一端。通常是垂直安装，刀片向下为断开通常是垂直安装，刀片向下为断开触刀触头座熔断丝胶盖瓷底座操作手柄251.2.1 动力电路开关电器封闭式负荷开关封闭式负荷开关u俗称铁壳开关俗称铁壳开关铁壳刀座刀片操作手柄壳盖与手柄之间有机械联锁，壳盖打开时不能合闸，壳盖与手柄之间有机械联锁，壳盖打开时不能合闸，而合闸时壳盖不能打开，比较安全而合闸时壳盖不能打开，比较安全熔断器261.2.1 动力电路开关电器3、低压断路器、低压断路器u低压断路器俗称自动开关、空气开关（空开）低压断路器俗称自动开关、空气开关（空开）u常用作低压配电的总电

11、源开关，也可作为电动机主电路常用作低压配电的总电源开关，也可作为电动机主电路的短路、过载和欠电压保护开关的短路、过载和欠电压保护开关271.2.1 动力电路开关电器低压断路器结构和工作原理低压断路器结构和工作原理281.2.1 动力电路开关电器4、转换开关、转换开关u多组触点组合的电器多组触点组合的电器u多极多位置开关电器多极多位置开关电器M33291.2.1 动力电路开关电器4、转换开关、转换开关u正反转正反转u多回路控制等多回路控制等301.2.2 控制电路开关电器也称为主令电器也称为主令电器用在控制电路中，发出控制工作状态转换的信号用在控制电路中，发出控制工作状态转换的信号u按钮类按钮类

12、u位置类位置类u选择类选择类311.2.2 控制电路开关电器1、按钮类、按钮类u由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳组成由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳组成u按下时先断开常闭触头，再闭合常开触头；去掉外力后按下时先断开常闭触头，再闭合常开触头；去掉外力后在复位弹簧作用下，先断开常开触头，再闭合常闭触头在复位弹簧作用下，先断开常开触头，再闭合常闭触头321.2.2 控制电路开关电器1、按钮类、按钮类不同颜色，表示不同含义不同颜色，表示不同含义u红色：危险情况下的操作、停止或分断红色：危险情况下的操作、停止或分断u绿色：启动和接通绿色：启动和接通u黄色：应急和干预黄色：应急和干预u蓝色：上述不包括

13、的任一种功能蓝色：上述不包括的任一种功能331.2.2 控制电路开关电器2、位置类行程开关、位置类行程开关u有触点的位置类开关有触点的位置类开关u利用机械运动部件的碰撞将运动位置信号变换为电路的利用机械运动部件的碰撞将运动位置信号变换为电路的通断信号的主令电器通断信号的主令电器u若将行程开关安装于生产机械的终点处，以限制其行程，若将行程开关安装于生产机械的终点处，以限制其行程，则又称为限位开关则又称为限位开关341.2.2 控制电路开关电器2、位置类行程开关、位置类行程开关u按结构分为直动式、滚轮式和微动式按结构分为直动式、滚轮式和微动式351.2.2 控制电路开关电器2、位置类行程开关、位置

14、类行程开关361.2.2 控制电路开关电器2、位置类行程开关、位置类行程开关u组合式行程开关组合式行程开关 多个推杆构成多个触点组合的行程开关，可作为控制，限位、定位等用途。 常见的推杆有2-8个。371.2.2 控制电路开关电器2、位置类接近开关、位置类接近开关u无触点、非接触式的位置类开关无触点、非接触式的位置类开关u特点特点 操作频率高、灵敏度高 没机械疲劳、损耗，寿命长 可工作环境恶劣，与计算机、PLC直接接口u接近开关三大类接近开关三大类 电感式接近开关：专用于检测金属物体 电容式接近开关：可检测任意材料制作的物体 霍尔效应接近开关：利用霍尔效应检测磁性物体381.2.2 控制电路开

15、关电器2、位置类接近开关、位置类接近开关u电感式接近开关电感式接近开关 电感式接近开关由三大部分组成：振荡器、开关电路电感式接近开关由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。及放大输出电路。 振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。致振荡衰减，以至停振。 振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式成开关信号，触发驱动控制器件，

16、从而达到非接触式之检测目的之检测目的 。 这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。391.2.2 控制电路开关电器2、位置类接近开关、位置类接近开关u电感式接近开关电感式接近开关401.2.2 控制电路开关电器2、位置类接近开关、位置类接近开关u电容式接近开关电容式接近开关 电容式接近开关的感应面由两个同轴金属电极构成，电容式接近开关的感应面由两个同轴金属电极构成，很像很像“打开的打开的”电容器的电极电容器的电极 物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态发生变化生变化，

17、使得和测量头相连的电路状态发生变化 由此便可控制开关的接通和关断由此便可控制开关的接通和关断 接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体绝缘的液体或粉状物体411.2.2 控制电路开关电器2、位置类接近开关、位置类接近开关u电容式接近开关电容式接近开关421.2.2 控制电路开关电器2、位置类接近开关、位置类接近开关u电容式接近开关电容式接近开关431.2.2 控制电路开关电器2、位置类接近开关、位置类接近开关u接近开关应用接近开关应用441.2.2 控制电路开关电器2、位置类接近开关、位置类接近开关u接近开关应用接近开关应

18、用451.2.2 控制电路开关电器2、位置类接近开关、位置类接近开关u接近开关应用接近开关应用461.2.2 控制电路开关电器2、位置类光电开关、位置类光电开关u无触点、非接触式的位置类开关无触点、非接触式的位置类开关u利用被检测物对光束的利用被检测物对光束的遮挡遮挡或或反射反射，由同步回路选通电，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。路，从而检测物体有无的。u物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。 u一般情况下由一般情况下由发送器发送器，接收器接收器和和检测电路检测电路三部分构成三部分构成471.2.2 控制电路开关电器2、位置类光

19、电开关、位置类光电开关u漫反射光电开关漫反射光电开关是集发射器和接收器于一体的传感器，是集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将发射器发射的足够量的光线当有被检测物体经过时，将发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。u当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。的光电开关是首选的检测模式。 481.2.2 控制电路开关电器2、位置类光电开关、位置类光电开关u反射式光电开关反射式光电开关亦是集发射器与接收器于亦是集发射器与接收器于

20、一体，发射器发出的光线经过一体，发射器发出的光线经过反射镜反射镜，反，反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关产生了检测开关信号。断光线时，光电开关产生了检测开关信号。491.2.2 控制电路开关电器2、位置类光电开关、位置类光电开关u对射式光电开关，亦称直通光束式，对射式光电开关，亦称直通光束式，包含在结构上相互包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器。分离且光轴相对放置的发射器和接收器。u当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。光电开关就产生了开关

21、信号。u当检测物体是不透明时，它是最可靠的检测模式。当检测物体是不透明时，它是最可靠的检测模式。 501.2.2 控制电路开关电器2、位置类光电开关、位置类光电开关u光纤导线式光电开关光纤导线式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现被检测物体不在相近区域的检测。光线，以实现被检测物体不在相近区域的检测。u通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。 511.2.2 控制电路开关电器2、位置类光电开关、位置类光电开关u槽式光电开关槽式光电开关通常是标准的通常是标准的U字型结构，其发射器和接收字型结构，其发射器和接收器分别位于器

22、分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测信号。型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测信号。u槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分辨槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体。透明与半透明物体。 521.2.2 控制电路开关电器2、位置类光电开关、位置类光电开关531.3 继电器类电器由电磁系统或工作参数等驱动机构动作的一类电器由电磁系统或工作参数等驱动机构动作的一类电器三大类三大类u接触器类接触器类u控制继电器类控制继电器类u保护继电器类保护继电器类往往也将继电器和接触

23、器分为两大类往往也将继电器和接触器分为两大类但两个基本原理是一样的但两个基本原理是一样的541.3.1 接触器可以频繁接通和断开交直流主电路和大电流电路的可以频繁接通和断开交直流主电路和大电流电路的自动切换电器自动切换电器具有手动开关所缺乏的远距离控制和低压保护功能，具有手动开关所缺乏的远距离控制和低压保护功能，但不具有过载和短路保护功能但不具有过载和短路保护功能主要控制对象是电动机（起动、反转、制动、调主要控制对象是电动机（起动、反转、制动、调速），也可用于控制电热设备、电焊机等电力负载速），也可用于控制电热设备、电焊机等电力负载551.3.1 接触器分类分类u按驱动触头系统的动力不同分为电

24、磁接触器、气动接触按驱动触头系统的动力不同分为电磁接触器、气动接触器和液压接触器器和液压接触器u按通过按通过主触头主触头的电流种类分为交流和直流接触器的电流种类分为交流和直流接触器561.3.1 接触器分类分类u按按主触点主触点的个数（也称极数）分：的个数（也称极数）分： 直流接触器有单极和双极两种，用于直流电动机等直流设备的电源的通断 交流接触器有三极、四极和五极三种，用于交流电动机等直流设备的电源的通断，（多速电机的控制或自耦降压起动可采用五极的交流接触器）u按灭弧介质分为空气、油、真空按灭弧介质分为空气、油、真空571.3.1 接触器结构和工作原理结构和工作原理用于动力电路用于控制电路电

25、磁机构触头灭弧装置581.3.2 控制继电器1、电磁式通用继电器、电磁式通用继电器u电磁式继电器的结构、工作原理与电磁式接触器基本相电磁式继电器的结构、工作原理与电磁式接触器基本相似，由电磁系统、触头系统等组成。似，由电磁系统、触头系统等组成。u包括包括 中间继电器 电流继电器 电压继电器591.3.2 控制继电器1、电磁式通用继电器、电磁式通用继电器u中间继电器中间继电器 在控制电路中起逻辑变换和状态记忆的功能，以及用于扩展接点的容量和数量。 另外，在控制电路中还可以调节各继电器、开关之间的动作时间，防止电路误动作的作用。601.3.2 控制继电器1、电磁式通用继电器、电磁式通用继电器u电流

26、继电器电流继电器 电流继电器的作用是反映电路中电流的变化 线圈串联在被测电路中 线圈匝数少而导线粗，阻抗小 电流继电器有欠电流和过电流继电器两种 欠电流继电器：线圈电流低于整定值时继电器动作 过电流继电器：线圈电流高于整定值时继电器动作611.3.2 控制继电器1、电磁式通用继电器、电磁式通用继电器u电压继电器电压继电器 电压继电器的作用是反映电路中电压的变化 线圈并联在被测电路中 线圈匝数多而导线细，阻抗大 电压继电器有欠电流和过电压继电器两种 欠电压继电器：线圈电压低于整定值时继电器动作 过电压继电器：线圈电压高于整定值时继电器动作621.3.2 控制继电器2、时间继电器、时间继电器u利用

27、某种原理实现触头延时动作的自动电器，经常用于利用某种原理实现触头延时动作的自动电器，经常用于按时间原则进行控制的场合按时间原则进行控制的场合u按延时方法分为电气式和机械式两大类按延时方法分为电气式和机械式两大类 电气延时式分为电磁阻尼式、电子式等 机械延时式分为气体阻尼、油阻尼等u按电流类型分直流和交流时间继电器按电流类型分直流和交流时间继电器631.3.2 控制继电器2、时间继电器、时间继电器u直流电磁式直流电磁式 根据衔铁动作带动空气压缩产生的阻力来延时，结构简单，延时范围小（0.3-1.6s）u空气阻尼式空气阻尼式 根据空气压缩产生的阻力来延时，结构简单，价格便宜，延时范围大（0.4-1

28、80s），但精度低u电动式电动式 由内部电动机带动减速齿轮转动而获得延时。精度高，延时范围宽（0.4-72h），但结构复杂，价格贵u电子式电子式 利用延时电路实现延时，精度高，范围广、体积小641.3.2 控制继电器2、时间继电器、时间继电器651.3.2 控制继电器2、时间继电器、时间继电器u通电延时时间继电器通电延时时间继电器u断电延时时间继电器断电延时时间继电器661.3.2 控制继电器2、时间继电器、时间继电器u触点动作时序图触点动作时序图671.3.2 控制继电器2、时间继电器、时间继电器瞬动常闭触点瞬动常开触点通电延时线圈断电延时线圈通电延时闭合常开触点断电延时断开常开触点通电延时

29、断开常闭触点断电延时闭合常闭触点681.3.2 控制继电器2、时间继电器、时间继电器u电动式时间继电器电动式时间继电器691.3.2 控制继电器2、时间继电器、时间继电器u电子式时间继电器电子式时间继电器701.3.2 控制继电器3、速度继电器、速度继电器u用于将电动机的转速和转向参数转换为触点信号，控制用于将电动机的转速和转向参数转换为触点信号，控制电路的接通或断开。电路的接通或断开。711.3.2 控制继电器3、速度继电器、速度继电器u主要用于笼型异步电动机按速度原则控制的反接制动，主要用于笼型异步电动机按速度原则控制的反接制动，又称反接制动继电器又称反接制动继电器u速度继电器主要由转子、定子和触头组成，速度继电器速度继电器主要由转子、定子和触头组成，速度继电器有两组触头有两组触头721.3.3 保护类继电器1、热继电器、热继电器u根据电流通过发热元件产生的热量，使双金属片受热弯根据电流通过发热元件产生的热量，使双金属片受热弯曲而推动机构动作的一种电器曲而推动机构动作的一种电器u主要用于电动机的过载、断相和电流不平衡的保护主要用于电动机的过载、断相和电流不平衡的保护u主要由热元件、双金属片和触头三部分组成主要由热元件、双金属片和触头三部分组成731.3.3 保护