电气控制与可编程控制器

电气控制与可编程控制器江苏师范大学电气学院金鑫电气控制技术的开展概述电气控制技术的开展分为四个阶段：1、集中拖动——以一台电动机拖动多台设备；2、分散拖动——各个运动机构分别由不同电动机拖动；3、硬件电路控制——采用继电器、接触器及顺序控制器；4、软件控制——可编程控制器西门子S7系列PLC欧姆龙C200H系列PLC松下FP0系列PLC三种流派的三类代表产品表1三种流派的代表产品及网络构造序号代表产品（型号）PLC网络生产公司1PLC—3PLC—53级总线复合型拓扑结构美国A—B公司（A—B）2S7系列3级总线复合型拓扑结构西德西门子公司（SIEMENS）3FP系列4级子网的复合型网络日本松下电工公司4C系列复合型网络结构日本立石公司（OMRON）可编程序控制器的运用领域中央空调电梯控制运动系统纺织机械木工机械污水处置包装机械

通用机械汽车制造立体仓库磨床印刷机械橡胶化工机械第一章常用低压控制电器第一节根本知识第二节主令电器第三节断路器第四节熔断器第五节接触器第六节继电器第一节根本知识一、电器的分类〔一〕按任务电压等级分1、高压电器用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器，如高压断路器、高压隔分开关、高压熔断器等。2、低压电器用于交流50Hz〔或60Hz〕额定电压为1200V以下、直流额定电压1500V及以下电路内起通断、维护、控制或调理作用的各种电器，如接触器、继电器等。〔二〕按动作原理分1、手动电器；2、自动电器〔三〕按用途分1、控制电器用于控制电路和控制系统，如接触器、继电器2、配电电器用于电能的保送和分配，如高压断路器3、主令电器用于控制系统中发送动作指令，如按钮、转换开关4、维护电器用于电路及电器设备的维护，如熔断器、热继电器5、执行电器用于完成某种动作或传送功能，如电磁铁第二节主令电器主令电器主要用来切换控制电路。主要有：控制按钮、位置开关、凸轮控制器与主令控制器。一、控制按钮1、作用：在低压控制电路中，用于发布手动控制指令。2、构造及分类构造如右图按用途和构造的不同，分为起动按钮、停顿按钮和复合按钮等。按钮及主控开关主控和急停开关转换开关起动按钮带有常开触头，手指按下按钮帽，常开触头闭合；手指松开，常开触头复位。停顿按钮带有常闭触头，手指按下按钮帽，常闭触头断开；手指松开，常闭触头复位。复合按钮带有常开触头和常闭触头，手指按下按钮帽，先断开常闭触头再闭合常开触头；手指松开，常开触头和常闭触头先后复位。图形及文字符号如图：二、位置开关〔又称行程开关〕位置开关在电气控制系统中，用以实现顺序控制、定位控制和位置开关的检测。它包括以机械行程直接驱动的行程开关和微动开关及以电磁信号〔非接触式〕输入动作信号的接近开关。行程开关是一种利用消费机械的某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器，用于控制消费机械的运动方向、行程大小和位置维护等。当行程开关用于位置维护时，亦称为限位开关。有自动复位和非自动复位两种。按构造不同行程开关可分为直动式、滚轮式和微动式，如图限位开关和接近开关的图形及文字符号如下图。位置开关三、凸轮控制器与主令控制器1、凸轮控制器主要用于起重设备中直接控制中小型绕线式异步电动机的起动、停顿、调速、换向和制动。主控和急停开关转换开关按钮及主控开关第三节低压开关和低压断路器一、低压断路器1、作用〔1〕用于低压配电电路非频繁通断控制；〔2〕在电路发生短路、过载或欠电压等缺点时，自动分断电路。2、构造及任务原理如右图低压断路器剩余电流维护断路器小型断路器3、低压断路器的类型〔1〕万能式断路器〔或称为框架式断路器〕，作配电网络的维护开关；〔2〕塑料外壳式断路器，除作作配电网络的维护开关外，还可用作电动机、照明电路及电热器的控制开关；〔3〕快速断路器，用于半导体整流元件和整流安装的维护；〔4〕限流断路器，用于短路电流相当大的电路中。4、低压断路器的选用〔1〕额电压大于或等于线路或设备的额定电压；电流大于或等于负载任务电流〔2〕断路器的通断才干大于或等于电路的最大短路电流；〔3〕塑料外壳式断路器用在短路电流不太大的场所；限流式断路器用在短路电流相当大的场所；框架式断路器用在额定电流比较大或有选择性维护要求时；直流快速断路器用在起控制和维护的半导体器件直流电路中。5、图形及文字符号QF2、类型：胶壳刀开关和铁壳刀开关两种。3、胶壳刀开关运用本卷须知〔1〕安装时，手柄向上，不得倒装或平装，防止自动下落误动作合闸；〔2〕接线时，电源线接在上端，负载线接在下端，使拉闸后刀片与电源隔离。4、胶壳图形及符号二、刀开关1、作用〔1〕非频繁接通和分断电路；〔2〕将电路与电源隔离。第四节熔断器熔断器在电路中主要起短路维护作用。熔断器主要由熔体和安装熔体的绝缘管组成。运用时，熔体串接于被维护的电路中，当电路发生短路缺点时，熔体被瞬时熔断而分断电路，起到维护作用。一、常用的熔断器二、熔断器的主要特性〔一〕安秒特性熔断时间t与经过熔体的电流I的关系，如图。〔二〕极限分断才干三、熔断器的选用〔自学〕熔断器低压熔断器第五节接触器接触器是用来频繁地接通和分断交直流主回路和大容量控制电路。其主要控制对象是电动机，能实现远间隔控制，并具有欠〔零〕电压维护。接触器按其主触头所控制主电路电流的种类可分为交流接触器和直流接触器两种。一、接触器的构造和任务原理主要由电磁系统、触头系统和灭弧安装组成，如下图：电磁系统触头系统灭弧安装〔一〕电磁系统电磁系统的作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触头动作。主回路、控制回路主回路：是功率回路，传送的是能量控制回路：是信号回路，传送的是信息二、自动控制系统中常用的低压控制电器接触器交流接触器强力小接触器1、电磁系统的构造方式如以下图所示，根据铁心外形和衔铁运动方式，可分为三种：图a适用于直流接触器；图b其铁心外形有E形和U形两种，多用于触点容量较大的交流接触器；图c衔铁和铁心均为双E形，用于交流接触器、继电器2、电磁线圈电磁线圈的作用是将电能转换成磁场能量。按通入电流种类的不同，分为直流线圈和交流线圈两种。对于直流电磁铁因其铁心不发热只需线圈发热，所以直流电磁铁的电磁线圈做成高而薄的瘦长型而不设线圈骨架，使线圈与铁心直接接触易于散热。对于交流电磁铁，因其铁心存在磁滞和涡流损耗，这样线圈和铁心都发热，所以交流电磁铁的电磁线圈设有骨架，使铁心与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，这样做有利于铁心和线圈的散热。当输入量x＜xc时衔铁不动作，其S输出量y=0；当x=xc时，衔铁吸合，输出量y从“0〞跃变为“1〞；再进一步增大输入量使x＞xc，那么输出量仍为y=1。当输入量x从xc减小的时候，在x＞xf的过程中虽然吸力特性向下降低．但因衔铁吸合形状下的吸力仍比反力大，所以衔铁不会释放，输出量y=1。当x=xfl时，因吸力小于反力，衔铁才释放，输出量由“1〞突变为〞0’；再减小输量，输出量仍为“0〞。可见，电磁机构的输入——输出特性或“继电特性〞为一矩形曲线。〔二〕触头系统触头是接触器的执行元件，用来接通或断开被控制电路。1、触头的构造方式按其所控制的电路可分为主触头和辅助触头。主触头：用于接通或断开主电路，允许经过较大的电流；辅助触头：用于接通或断开控制电路，只能经过较小的电流。按其原始形状可分为常开触头和常闭触头。常开触头：原始形状时〔即线圈未通电〕断开，线圈通电后闭合的触头叫常开触头；常闭触头：原始形状闭合，线图通电后断开的触头叫常闭触头〔线圈断电后一切触头复原〕。2、触头的分类〔1〕按构造方式可分为桥型触头和指型触头，如下图。〔2〕按接触方式可分为点接触、线接触和面接触三种，如下图。常用于小电流的电器常用于中容量的电器常用于大容量的电器〔三〕灭弧安装1、电弧的概念：高温高导电的游离气体

2、常用的灭弧安装：灭弧罩、灭弧栅、磁吹灭弧安装和多纵缝灭弧安装。〔四〕接触器的任务原理思索？1、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？2、交流接触器中短路环的作用是什么？直流接触器能否有短路环？为什么？第六节继电器继电器主要用于控制与维护电路或作信号转换用。当输入量变化到某一定值的继电器动作，其触头接通或断开交、直流小容量的控制问路。继电器的种类很多常用的分类方法有：按用途分：有控制继电器和维护继电器。按动作原理分：有电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和热继电器。按输入信号的不同来分：有电压继电器、中间继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等。继电器电子时间继电器热过载继电器中间继电器一、电磁式继电器常用的电磁式继电器有电压继电器、中间继电器和电流继电器。〔一〕电磁式继电器的构造与任务原理1、构造及任务原理电磁系统触头系统释放弹簧2、图形及文字符号电磁式继电器参照接触器原理自学建议：从二者异同为切入点思索这个问题自学≠不学思索：如何用单片机的I/O口控制继电器？四、热继电器〔一〕热继电器的构造与任务原理1、构造：如右图热继电器普通用于三相异步电动机的长期过载维护。2、任务原理热过载继电器思索？既然在电动机的主电路中装有熔断器，为什么还要装热继电器？装有热继电器能否就可以不装熔断器，为什么？时间继电器时间继电器定义：----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。符号:KT阻尼式电子式(晶体管、数字式)4、图形及符号断电延时线圈KT通电延时线圈KT〔三〕半导体时间继电器P23六、速度继电器速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制，也称反接制动继电器。1、构造：如右图2、任务原理速度继电器的轴与电动机的轴相衔接。转子固定在轴上，定子与轴同心。当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，绕组切割磁场产生感应电动势和电流，此电流和永久磁铁的磁场作用产生转矩，使定子向轴的转动方向偏摆，使经过定子柄拨动触头，使常闭触头断开、常开触头闭合。当电动机转速下降到接近零时，转矩减小，定子柄在弹簧力的作用下恢复原位，触头也复原。3、图形及符号速度继电器有两组触头〔各有一对常开触头和一对常闭触头〕，可分别控制电动机正、反转的反接制动。图形及符号如以下图。第二章电气控制系统根本控制电路根本控制常用根本控制电路电气控制电路读图机床系统控制电路图图2-1一、起动、自锁控制依托接触器本身辅助触点而使其线圈坚持通电的景象----自锁为什么加自锁？为什么用点动开关？3。2。1任务过程合上QS，按下SB2，KM线圈吸合，KM主触点闭合，电动机运转。KM辅助常开触点闭合，自锁。按下SB1，KM线圈断电，主触点、辅助触点断开，电动机停顿。自锁另一作用：实现欠压和失压维护3。2。1二、互锁控制控制要求：正、反转；如何实现？缺陷3。2。2处理加互锁----在同一时间里两个接触器只允许一个任务的控制造用称为互锁〔联锁〕。缺陷3。2。3处理复合联锁正、反转控制3。2。4三、顺序控制控制要求：改动控制要求：3。2。5控制规律当要求甲接触器任务时，乙接触器就不能任务，此时应在乙接触器的线圈电路中串入甲接触器的动断触点。当要求甲接触器任务时乙接触器不能任务，而乙接触器任务时甲接触器不能任务，此时应在两个接触器的线圈电路中互串入对方的动断触点。四、任务正常与点动控制要求：3。2。6五、多点控制连锁控制两点控制三点控制如何实现？3。2。7六、自动循环控制控制要求图2-21控制过程图2-21表2-8第二节常用根本控制电路笼型异步电动机起动控制线路行程控制线路电路图一、笼型异步电动机起动控制线路串电阻降压起动任务过程表2-4星—三角降压起动任务原理3。3。23。3。3任务过程表2-3二、行程控制线路可逆行程自动往返循环控制3。6。2正反转控制控制要求：图2-12三、电路图P211图6。3P212图6。4P212图6。5补充：电气原理图的画法及阅读方法电力拖动的电气控制系统主要由各种控制电器元件和电动机组成。在绘制电气控制线路时，必需运用国家一致规定的电气图形符号和文字符号。电气设备图样的种类：1、电气原理图表示电路任务原理以及各电器元件的作用和相互关系，不思索元件的实践位置和实践连线。用规定的图形符号、文字符号，按主电路与辅助电路分开，并根据各电气元件动作顺序等原那么绘制.电气原理图绘制原那么(GB/6988.2-1997)1〕原理图普通分主电路和控制电路两部分：主电路用粗线条画在原理图的左边；控制电路用细线条画在原理图的右边。2〕电路图中各电气元器件，采用国家规范规定符号绘出。3〕需求测试和拆、接外部引出线的端子，运用图形符号“空心圆〞表示。电路的交叉衔接点用“实心圆〞表示。4〕采用电器元件展开图的画法。同一电器元件的各部件可不画在一同，但文字符号要一样，如KM1、KM2等。5〕一切按钮、触点均按原始形状画出。留意：“原始形状〞的含义：对接触器、继电器等是指线圈不通电时的触点形状。对按钮、行程开关是指没有遭到外力时的触点位置。对主令控制器是指手柄置于“零位〞时的触点位置。6〕控制电路的分支电路，原那么上按动作顺序自上而下或自左至右的原那么绘制。7〕电路图应按主电路、控制电路、照明电路、信号电路分开绘制。8〕当图形垂直放置时，电路中各元器件触点图形符号以“左开右闭〞绘制。电气原理图绘制原那么〔GB/6988.2-1997〕图区划分——CW6132型普通车床电气原理图

24×2××2技术数据的标注：4继电器、接触器线圈与触头对应位置的索引接触器各栏的含义如下：继电器各栏的含义如下：KM24×2××2注：未运用的触头用“X〞表示。2、电气设备安装图表示各种电气设备在机床机械设备和电气控制柜的实践安装位置。3、电气设备接线图表示各电气设备之间实践接线情况。三相笼型异步电动机的起动方式：直接起动降压起动直接起动(全压起动)：将额定电压直接加在定子绕组上使电动机起动。普通用于中小型电动机〔小于7.5KW〕的起动。也用于电源容量较电动机容量大得多的情况。电动机直接起动的判别：优点：起动设备简单、起动时间短缺陷：起动电流大(为额定电流的5～7倍)。过大的起动电流会呵斥线路电压下降，影响电动机起动转矩，严重时会导致电动机本身无法起动。§三相笼型异步电动机的直接起动控制条件起动方法适用范围特点直接电动机容量小于10KW不需起动设备，但起动电流大。定子串电阻电动机容量大于10KW，起动次数不太多的场合。线路简单、价格低、电阻消耗功率大，起动转矩小。Y-△起动额定电压为380V，正常工作时为△接法的电动机，轻载或空载起动。起动电流和起动转矩为正常工作时的1/3。串自耦变压器电动机容量较大，要求限制对电网的冲击电流。起动转矩大，设备投入较高。鼠笼式异步电动机起动方法比较什么叫降压起动？常用的降压起动方法有哪几种？分析图中各控制电路按正常操作时会出现什么景象？假设不能正常任务加以改良许多机床，如万能铣床、卧式镗床、组合机床等要求能迅速停车和准确定位，即要求电动机能迅速制动。

机械制动:机械抱闸

制动方式能耗制动电气制动反接制动电动机停车时产生与原旋转方向相反的制动力矩§电动机制动控制线路一、反接制动控制线路原理：经过改动电动机恣意两相电源相序以产生制动转矩。用速度继电器来判别“停〞与“转〞。特点：设备简单，制动力矩较大，冲击剧烈。阐明：当电机转速接近整定值时应及时切断电源，否那么电机将反转。由速度继电器实现。反接制动电流及制动冲击力较大，在10kw以上电机的定子电路中串入电阻〔制动电阻〕以限制制动电流和减少制动冲击力。二、能耗制动制动原理：制动时，切除定子绕组三相电源的同时接通直流电源，产生静止磁场，使惯性转动的转子在静止磁场的作用下产生反向的制动转矩。即把储存的机械能转变为电能，耗费在转子的制动上。特点：电动机转速越高，制动电流越大，制动作用越强，但制动电流过大会使定子过热。阐明：主电路中的R用于调理制动电流的大小。能耗制动终了，应及时切除直流电源。二、能耗制动制动原理：制动时，切除定子绕组三相电源的同时接通直流电源，产生静止磁场，使惯性转动的转子在静止磁场的作用下产生反向的制动转矩。即把储存的机械能转变为电能，耗费在转子的制动上。特点：电动机转速越高，制动电流越大，制动作用越强，但制动电流过大会使定子过热。阐明：主电路中的R用于调理制动电流的大小。能耗制动终了，应及时切除直流电源。制动方法适用范围特点能耗制动要求平稳制动，停位准确的场合。制动准确度高，但制动力较弱，需直流电源，设备投入费用高。反接制动制动效果显著，但有冲击，能耗较大，用于制动不频繁的设备。设备简单,制动迅速，准确性差，制动冲击力强。异步电动机能耗制动与反接制动比较一、双速电动机的变极调速原理三相异步电动机的同步转速n0=60f/p(p为磁极对数)改动定子绕组的磁极对数p的方法:§双速电动机高低速控制线路电气系统除了要满足消费机械的加工工艺要求外，要长期无缺点运转，必需有各种维护措施，来保证设备和人身的平安。维护环节有：短路维护过载维护过电流维护零电压与欠电压维护弱磁维护§电动机的维护环节一、短路维护缘由：短路电流会引起电气设备绝缘损坏或产生强大的电动力，使电气设备损坏，因此必需迅速切断电源。热元件存在热惯性，电路发生短路时无法瞬时动作。措施：采用熔断器或自动空气开关熔断器：短