第1章 电器控制系统常用器件ppt课件

1、机床电气控制机床电气控制主讲教师：陈光柱主讲教师：陈光柱成都理工大学核自学院机电系成都理工大学核自学院机电系机床机床电气电气控制控制继电器继电器控制控制PLC控控制系统制系统低压低压电器电器控制控制电路电路硬件硬件软件软件学习内容学习内容u1、常用低压电器。、常用低压电器。u2、基本电气控制电路。、基本电气控制电路。u3、常用机床的电气控制。、常用机床的电气控制。u4、S7-200PLC的系统配置。的系统配置。u5、STEP7编程软件使用。编程软件使用。u6、控制系统的、控制系统的PLC设计。设计。学习要求学习要求u1、了解到在工厂和机床中广泛应用的控制电、了解到在工厂和机床中广泛应用的控制电

2、器的工作原理。器的工作原理。u2、能进行简单的机床控制电路的设计与分析。、能进行简单的机床控制电路的设计与分析。u3、掌握、掌握PLC在现代工业控制中的作用及用途，在现代工业控制中的作用及用途，PLC的结构、工作过程。的结构、工作过程。u4、熟悉、熟悉PLC的编程及使用方法，能够根据要求的编程及使用方法，能够根据要求设计设计PLC控制系统，绘制梯形图，编写控制程序。控制系统，绘制梯形图，编写控制程序。继电器控制系统与继电器控制系统与PLCPLC控制系统控制系统l实现自动控制所采用的两种不同手段。实现自动控制所采用的两种不同手段。l它们的联系是：它们的联系是：l两种方法基本上都可以实现同一种功能

3、。它们两种方法基本上都可以实现同一种功能。它们的运用都需要的运用都需要“门电路的知识。门电路就是门电路的知识。门电路就是“与与门门”、“非门非门”、“或门之类的知识。或门之类的知识。l采用采用PLCPLC控制，往往在采集输入信号时，可能需控制，往往在采集输入信号时，可能需要用到继电器。在输出控制信号时，还要用继电要用到继电器。在输出控制信号时，还要用继电器做器做“功率放大功率放大”- PLC- PLC控制系统可能包括继电器接控制系统可能包括继电器接触控制系统。触控制系统。继电器控制系统与继电器控制系统与PLCPLC控制系统控制系统l区别：区别：l 两种系统的最大差别，是实现控制逻辑所用的硬件不

4、两种系统的最大差别，是实现控制逻辑所用的硬件不同。同。l继电器控制系统，其逻辑功能由传统的继电器来完成继电器控制系统，其逻辑功能由传统的继电器来完成的，比如控制时间，就有相应的时间继电器。继电器的的，比如控制时间，就有相应的时间继电器。继电器的动作一般与电磁有关。动作一般与电磁有关。lPLCPLC是可编程控制器，它是基于各种是可编程控制器，它是基于各种“门电路的一种门电路的一种集成式的控制器。其式作状况与计算机更接近些。对于集成式的控制器。其式作状况与计算机更接近些。对于已经接好的线路，可以通过改变已经接好的线路，可以通过改变PCLPCL的程序来改变控制的程序来改变控制逻辑和参数，具有更灵活的

5、运用方式。逻辑和参数，具有更灵活的运用方式。l继电器控制系统适用于简单一些的逻辑控制，而继电器控制系统适用于简单一些的逻辑控制，而PLCPLC可可以实现更复杂的逻辑控制。以实现更复杂的逻辑控制。鼠笼式异步电动机控制鼠笼式异步电动机控制图图1 继电器控制系统继电器控制系统图图2 PLC控制的输入输出接线图控制的输入输出接线图图图3 PLC控制的梯形图控制的梯形图主回路动力回路）主回路动力回路）:大电流通过的部分，大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件。包括从电源到电机之间相连的电器元件。控制回路：接触器控制回路：接触器和继电器线圈等小和继电器线圈等小电流线路；电流线路；启动按钮启动

6、按钮停止按钮停止按钮第一章 电器控制系统常用器件 电器是一种能根据外界的信号电器是一种能根据外界的信号机械力、电动力和其它物理机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开电量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路或非电参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、维护、检测对象的切换、控制、维护、检测和调节用的电气元件或设备。和调节用的电气元件或设备。什么是电器？低压电器：常指用于交流额定电压低压电器：常指用于交流额定电压1200v1200v、直流、直流额定电压额定电压1500v1500v及以下的电路中的电器产品及以下的电

7、路中的电器产品电力拖动自动控制系统常用电器电力拖动自动控制系统常用电器n控制电器：用于控制电路和控制系统的电器，控制电器：用于控制电路和控制系统的电器，例如接触器、例如接触器、 继电器等。继电器等。 n配电电器：用于电能输送和分配的电器，例如配电电器：用于电能输送和分配的电器，例如高压断路器。高压断路器。 n主令电器：用于自动控制系统中发送指令的电主令电器：用于自动控制系统中发送指令的电器，例如按钮、开关等。器，例如按钮、开关等。 n保护电器：用于保护电路及设备的电器，例如保护电器：用于保护电路及设备的电器，例如熔断器、热继电器等。熔断器、热继电器等。 n执行电器：用于完成某种动作或传达功能的

8、电执行电器：用于完成某种动作或传达功能的电器，例如电磁离合器等。器，例如电磁离合器等。电磁式电器1.组成检测部分检测部分执行部分执行部分电磁式电器工作原理图1铁芯 2线圈 3衔铁 4静触点5动触点 6触点弹簧 7释放弹簧 SBF27810 （b线圈通以交流电电磁式电器工作原理示意图 （a线圈通以直流电的电磁机构电磁吸力72210sin8FSBtuB-B-气隙磁感应强度气隙磁感应强度uS- S-磁极截面积磁极截面积2.触点系统触点是电器的执行机构，它在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。结构形式：触点的接触形式：触点的分类：按触点的运动情况：动触点和静触点按触点的职能分：主触点和辅助触点按触点的

9、状态可分为：常开触点和常闭触点桥式触点和指形触点点接触、线接触和面接触3. 灭弧系统(2)(2)电弧的危害电弧的危害 a. a.延长了切断故障的时间延长了切断故障的时间; ; b. b.高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏； c. c.形成飞弧造成电源短路事故形成飞弧造成电源短路事故; ; d. d.电弧是造成电器的寿命缩短的主要原电弧是造成电器的寿命缩短的主要原因。因。(1)(1)电弧电弧 开关电器切断电流电路时，触头间电压大于开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V10V，电流超，电流超过过80mA80mA时，触头间会气体放电，时，触头间会气体放电， 即电

10、弧。产生电弧的根本即电弧。产生电弧的根本原因在于电器触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游原因在于电器触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子，当分断的触头间存在足够大的外施电压，而且电离的电子，当分断的触头间存在足够大的外施电压，而且电路电流也达到最小生弧电流时，就会强烈游离而形成电弧。路电流也达到最小生弧电流时，就会强烈游离而形成电弧。3. 灭弧系统(3)灭弧原理：在电器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使灭弧原理：在电器分断瞬间，由于两触头间的电容存在，使触头间绝缘击穿，产生真空电弧。由于触头形状和结构的原触头间绝缘击穿，产生真空电弧。由于触头形状和结构的原因，使得真空电弧柱迅

11、速向弧柱体外的真空区域扩散。当被因，使得真空电弧柱迅速向弧柱体外的真空区域扩散。当被分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，分断的电流接近零时，触头间电弧的温度和压力急剧下降，使电弧不能继续维持而熄灭。电弧熄灭后的几使电弧不能继续维持而熄灭。电弧熄灭后的几s内，两触头内，两触头间的真空间隙耐压水平迅速恢复。同时，触头间也达到了一间的真空间隙耐压水平迅速恢复。同时，触头间也达到了一定距离，能承受很高的恢复电压。定距离，能承受很高的恢复电压。 所以，一般电流在过零后，不会发生电弧重燃而被分断。所以，一般电流在过零后，不会发生电弧重燃而被分断。这就是其灭弧的原理。这就是其灭弧的原理。(4

12、)常用的灭弧方法：常用的灭弧方法：电动力灭弧电动力灭弧磁吹灭弧磁吹灭弧栅片灭弧栅片灭弧灭弧罩灭弧罩二.接触器 用于远距离频繁地接通和分断主电路或大容量控制电路，主要用于控制电动机，也可用于控制其他电力负载。 接触器的种类按工作原理可以分为： 电磁式、气动式、液压式接触器结构简图接触器工作原理：接触器工作原理：利用电磁吸力的原理工作的，主要由电磁机构和触头系统组成。利用电磁吸力的原理工作的，主要由电磁机构和触头系统组成。电磁机构通常包括吸引线圈、铁心和衔铁三部分。图电磁机构通常包括吸引线圈、铁心和衔铁三部分。图2-62-6为接触器为接触器的结构示意图与图文符号。图中，的结构示意图与图文符号。图中

13、，1 1、2 2，3 3、4 4是静触点，是静触点，5 5、6 6是是动触点，动触点，7 7、8 8是吸引线圈，是吸引线圈，9 9是铁芯，是铁芯，1010是衔铁，是衔铁，1111是弹簧。是弹簧。 接触器的主要技术参数-额定电压接触器铭牌上的额定电压是指主触头的接触器铭牌上的额定电压是指主触头的额定电压。额定电压。交流接触器的额定电压一般为交流接触器的额定电压一般为220V220V、380V380V、660V660V及及1140V1140V；直流接触器一般为直流接触器一般为110V110V、220V220V、440V440V及及660V660V。辅助触头的常用额定电压：交流辅助触头的常用额定电压

14、：交流380V380V；直流直流220V220V。接触器的主要技术参数-额定电流接触器的额定工作电流系指主触头的额接触器的额定工作电流系指主触头的额定电流。定电流。接触器电流等级为：接触器电流等级为：6A6A、10A10A、16A16A、25A25A、40A40A、60A60A、100A100A、160A160A、250A250A、400A400A、600A600A、1000A1000A、1600A1600A、2500A2500A及及4000A4000A。接触器的主要技术参数-操作频率交流接触器的操作频率一般为：交流接触器的操作频率一般为： 300 300次次/h1200/h1200次次/h

15、/h 直流接触器的额定操作频率比交流接触器直流接触器的额定操作频率比交流接触器的高的高操作频率操作频率: :允许每小时接通的最多次数允许每小时接通的最多次数CJ 20 / 交流交流 设计设计 额定电流额定电流 用用K表示矿用表示矿用 额定工作电压额定工作电压(03380V) TH接触器接触器 序号序号 (AC3，380V) 启启动器的接触器动器的接触器 (06660V；111140V) (湿热带产品湿热带产品)CZ 16 / 直流直流 设计设计 额定电流额定电流 常开主触点数常开主触点数 常闭主触点数常闭主触点数接触器接触器 序号序号 交流接触器型号意义说明举例：交流接触器型号意义说明举例：

16、直流接触器型号意义说明举例：直流接触器型号意义说明举例： 电磁式接触器分类按主触头所在动力回路的电流种类分：按主触头所在动力回路的电流种类分： 交流、交流、 直流直流按主触头对数分：按主触头对数分： 单极一对主触头）、多极二至四对主触单极一对主触头）、多极二至四对主触头）头）按主回路电压等级分：按主回路电压等级分： 低压低压 、 高压高压接触器的选用1.接触器的类型选择：接触器的类型选择：根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型:直流、交流型直流、交流型2.额定电压的选择额定电压的选择接触器的额定电压不小于负载回路的电压。接触器的额定电压不小于负载回

17、路的电压。3.额定电流的选择：额定电流的选择：一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流。对于电一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流。对于电动机负载可按经验公式计算：动机负载可按经验公式计算：4.吸引线圈的额定电压：吸引线圈的额定电压：吸引线圈的额定电压与所接控制电路的电压相一致。吸引线圈的额定电压与所接控制电路的电压相一致。5.接触器的触点数量、种类选择。接触器的触点数量、种类选择。根据主回路和控制回路的要求选择。根据主回路和控制回路的要求选择。NNCKUPI3102、继电器 定义u继电器是控制系统中一种重要的元件，它的作用就是按照继电器是控制系统中一种重要的元件，它的作用就是按照

18、某种要求接通或断开控制系统中的电路。某种要求接通或断开控制系统中的电路。u当继电器输入电压、电流和频率等电量或温度、压力和转当继电器输入电压、电流和频率等电量或温度、压力和转速等非电量达到规定值时，继电器的触点便接通或分断所速等非电量达到规定值时，继电器的触点便接通或分断所控制或保护的电路。控制或保护的电路。u继电器一般由输入检测机构和输出执行机构两部分组成，继电器一般由输入检测机构和输出执行机构两部分组成，前者用以反映输入量的高低，后者用以接通或切断电路。前者用以反映输入量的高低，后者用以接通或切断电路。 u常用的继电器是有触点的，触点有通和断两种状态，状态常用的继电器是有触点的，触点有通和

19、断两种状态，状态的改变由某种机构带动。的改变由某种机构带动。继电器-分类与接触器的区别：与接触器的区别： 继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反应应, ,而接触器只有在一定而接触器只有在一定 的电压信号下动作。的电压信号下动作。继电器用于切换小电流的控制电路继电器用于切换小电流的控制电路, ,而接触器则而接触器则用来控制大电流电路用来控制大电流电路, ,因此因此, ,继电器触头容量较小继电器触头容量较小( (不大于不大于5A),5A),且无灭弧装置。且无灭弧装置。继电器-分类u按输入量的物理性质，继电器可以分为电压、电流、速度、按输入量的物理性质，继电

20、器可以分为电压、电流、速度、时间、温度、压力、热继电器等。时间、温度、压力、热继电器等。u最常用的是电磁式继电器，它是根据吸引线圈中的电流量最常用的是电磁式继电器，它是根据吸引线圈中的电流量的大小来动作的。的大小来动作的。u电磁式继电器分直流和交流两大类，它们的主要结构和工电磁式继电器分直流和交流两大类，它们的主要结构和工作原理与接触器基本相同，它们各自又可分为电流、电压、作原理与接触器基本相同，它们各自又可分为电流、电压、时间、中间继电器等。时间、中间继电器等。u吸引线圈采用直流控制的叫直流继电器；吸引线圈采用交吸引线圈采用直流控制的叫直流继电器；吸引线圈采用交流控制的叫交流继电器。流控制的

21、叫交流继电器。继电器-电压继电器电磁式继电器：电压继电器、电流继电器、中间继电器电磁式继电器：电压继电器、电流继电器、中间继电器1 1电压继电器电压继电器根据输入线圈电压大小而使触点动作的继电器。根据输入线圈电压大小而使触点动作的继电器。它用于电力拖动系统的电压保护和控制，使用时电压继电器的线它用于电力拖动系统的电压保护和控制，使用时电压继电器的线圈与负载并联。圈与负载并联。 其线圈的匝数多而线径细。其线圈的匝数多而线径细。分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电压继电器，按吸分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电压继电器，按吸合电压大小又可以分为过电压、欠电压和零电压继电器。合电压大小

22、又可以分为过电压、欠电压和零电压继电器。 特点特点 4 4电压继电器的图形和文字符号电压继电器的图形和文字符号继电器-电压继电器继电器-电流继电器2 2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。根据输入线圈电流大小而动作的继电器。使用时电流继电器的线圈与负载串联。使用时电流继电器的线圈与负载串联。特点特点其线圈的匝数少而粗。其线圈的匝数少而粗。分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电流继电器，分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电流继电器，按吸合电流大小又可以分为过电流和低电流继电器。按吸合电流大小又可以分为过电流和低电流继电器。继电器-中间继电器中间继电器的作用是增加被控

23、制线路的数量或加中间继电器的作用是增加被控制线路的数量或加大触点允许的断开容量，以达到分配控制信号和大触点允许的断开容量，以达到分配控制信号和功率放大的目的。功率放大的目的。吸引线圈属于电压线圈。吸引线圈属于电压线圈。中间继电器有交、直流两种。中间继电器的特点中间继电器有交、直流两种。中间继电器的特点是触点数目较多，一般在是触点数目较多，一般在3434对以上，触点形式常对以上，触点形式常采用桥形触点与接触器辅助触点相同）。采用桥形触点与接触器辅助触点相同）。动作功率较大的中间继电器与小型接触器的结构动作功率较大的中间继电器与小型接触器的结构相同。相同。继电器-中间继电器继电器-时间继电器u当吸

24、引线圈通电或断电后其触点经过一定当吸引线圈通电或断电后其触点经过一定延时再动作的继电器。延时再动作的继电器。u按动作原理：电磁阻尼式，空气阻尼式、电动按动作原理：电磁阻尼式，空气阻尼式、电动机式、电子式机式、电子式u按延时方式：通电延时型；断电延时型按延时方式：通电延时型；断电延时型u 通电延时继电器：通电延时继电器：u 线圈得电后要延时一段时间，触点才发生线圈得电后要延时一段时间，触点才发生变化；变化；u 线圈失电后，触点瞬时恢复。线圈失电后，触点瞬时恢复。u 断电延时继电器：断电延时继电器：u 线圈得电后，触点瞬时动作；线圈得电后，触点瞬时动作；u 线圈失电后，要延时一段时间触点才动作。线

25、圈失电后，要延时一段时间触点才动作。时间继电器符号继电器-时间继电器继电器-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双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。电器。用于：电动机或其他设备的过载保护和断相保护。用于：电动机或其他设备的过载保护和断相保护。留意：留意： 1 1继电器动作后一般不能自动复位，要等双金继电器动作后一般不能自动复位，要等双金属片冷却后，按下复位按钮属片冷却后，按下复位按钮1010才能复位；才能复位； 2 2改变压动螺钉改变压动螺钉8 8的位置，还可以用来调节动的位置

26、，还可以用来调节动作电流。作电流。继电器-热继电器速度继电器速度继电器 用于转速的检测，常用在三相交流异步电动机反接制动用于转速的检测，常用在三相交流异步电动机反接制动转速接近零时，自动切除反相序电源。转速接近零时，自动切除反相序电源。转子：由一块永久磁铁制成，与电动机同轴相联，用以接受转动信转子：由一块永久磁铁制成，与电动机同轴相联，用以接受转动信号。号。圆环笼型空心绕组）：转子磁铁旋转时，笼型绕组切割转子圆环笼型空心绕组）：转子磁铁旋转时，笼型绕组切割转子磁场产生感应电动势，形成环内电流，此电流与磁铁磁场相作用，磁场产生感应电动势，形成环内电流，此电流与磁铁磁场相作用，产生电磁转矩，圆环在

27、此力矩的作用下带动摆杆，克服弹簧力而顺产生电磁转矩，圆环在此力矩的作用下带动摆杆，克服弹簧力而顺转子转动的方向摆动，并拨动触点改变其通断状态。转子转动的方向摆动，并拨动触点改变其通断状态。触点：在摆杆左右各设一组切换触点，分别在速度继电器正转和反触点：在摆杆左右各设一组切换触点，分别在速度继电器正转和反转时发生作用。调节弹簧弹力时，可使速度继电器在不同转速时切转时发生作用。调节弹簧弹力时，可使速度继电器在不同转速时切换触点改变通断状态。换触点改变通断状态。图图1: 速度继电器速度继电器 1转轴转轴 2转子转子 3永久磁铁永久磁铁(定子定子) 4绕组绕组 5动触点动触点 6、7静触点静触点 8、

28、9-簧片簧片主令电器 u主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号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，从而达到控制生产线圈，使电路接通或分断，从而达到控制生产机械的目的。机械的目的。u主令电器应用广泛、种类繁多。按其作用可分主令电器应用广泛、种类繁多。按其作用可分为：为：u 控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器及其它主令电器如脚踏开开关、主令控制器及其它主令电器如脚踏开关、钮子开关、紧急开关等。关、钮子开关、紧急开关等。按钮1-按钮帽

29、按钮帽 2-复位弹簧复位弹簧 3-动动触点触点4-常闭静触点常闭静触点 5-常开静触常开静触点点2 2原理：原理： 动触点下移，先断开常闭触点，后接通常开触点动触点下移，先断开常闭触点，后接通常开触点 动触点上移，先断开常开触点，后接通常闭触点动触点上移，先断开常开触点，后接通常闭触点3 3作用：发布命令、机械联锁作用：发布命令、机械联锁4 4种类：种类： 1 1颜色：红颜色：红停顿停顿 绿绿起动起动 黑黑点动点动 2 2构造：蘑菇构造：蘑菇急停急停 指示灯式指示灯式指示指示 钥匙钥匙平安平安 平钮平钮普通普通5 5、图形和文字符号、图形和文字符号SB SB SB SB SB SB （二行程开

30、关、接近开关和光电开关 u行程开关又称限位开关或位置开关。是一种利用生产机械某行程开关又称限位开关或位置开关。是一种利用生产机械某些运动部件的撞击来发出控制信号的小电流主令电器。主要些运动部件的撞击来发出控制信号的小电流主令电器。主要用于生产机械的运动方向、行程大小控制或位置保护等。用于生产机械的运动方向、行程大小控制或位置保护等。SQ SQ （二接近开关 光电开关接近开关 光电开关u接近开关和光电开关接近开关和光电开关 u非接触式的、无触点行程开关非接触式的、无触点行程开关 u接近开关按其工作原理分：有高频振荡型、电容型、感接近开关按其工作原理分：有高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型

31、、霍尔效应型等，其中高频振荡型应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等，其中高频振荡型最为常用最为常用 五、熔断器u熔断器作为电路或用电设备的严重过载和短路保熔断器作为电路或用电设备的严重过载和短路保护，主要用作短路保护。护，主要用作短路保护。u由熔体和安装熔体的熔管或熔座等部分组成。由熔体和安装熔体的熔管或熔座等部分组成。u2熔体：既是感测元件又是执行元件，安装在熔体：既是感测元件又是执行元件，安装在被保护的电路中。熔断器的熔体串联在被保护电被保护的电路中。熔断器的熔体串联在被保护电路中路中 。u 熔体是有低熔点的金属材料铅、锡、铜、熔体是有低熔点的金属材料铅、锡、铜、银及其合金丝状、带壮、片壮。银及其合金丝状、带壮、片壮。u3熔管：安装熔体和在熔体熔断时灭弧。熔管：安装熔体和在熔体熔断时灭弧。 五、熔断器六、刀开关低压隔离器） （电源与负载的隔离 配电电器）六、刀开关低压隔离器） （电源与负载的隔离 配电电器）l作用：作用：l 1 1不频繁地手动接通不频繁地手动接通 / / 断开交、直断开交、直流电路；流电路；