电器与可编程控制器应用技术(3版)-电子课件

1、教师： 杨 伟 钧,电器与可编程控制器 应用技术（第3版）,总学时：48学时；课程设计：一周。 上课学时安排： 1、常用低压电器的基本知识；（建议8学时） 2、基本电气控制线路的分析和设计； （建议10学时） 3、三菱F1系列PLC的相关知识和应用。 （建议22学时）,课程安排,电气控制与可编程序控制器应用技术 郁汉琪 编著.东南大学出版社. ,【电子课件参考资料】,第一章 低压电器,第一节：低压电器的基本知识 第二节: 接触器 第三节: 继电器 第四节: 熔断器 第五节: 低压开关与低压断路器 第六节: 主令电器 第七节: 电子继电器,了解常用低压电器的结构、功能和用途。 掌握常用低压电器的

2、工作原理。 掌握常用低压电器的电工表示符号。,本章要求：,应用电动机拖动生产机械，称为电力拖动。低压电器是电力拖动自动控制系统基本组成元件。,本章主要介绍几种常用低压电器的用途及电工表示符号。,主电路：由电动机、（接通、断开、控制电动机的）接触器主触点等电器元件组成。（电流大） 控制电路：由接触器线圈、继电器等电器元件组成。（电流小） 任务：根据给定的指令，依照自动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路进行控制。,电力拖动系统组成：,第一节 低压电器的基本知识,电器定义：一种能控制电路的设备。 低压电器：用于交流1200V、直流1500V以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。 高

3、压电器：交流1200V以上、直流1500V及以上。,1. 分类,1）按操作方式分,手动电器：通过人力操作而动作的电器。（如：刀开关、按钮、转换开关） 自动电器：按照信号或某个物理量的变化而自动动作的电器。（如：低压断路器、接触器、继电器）,2）按控制作用分,执行电器: 用来完成某种动作或传递功率。（如：电磁铁） 控制电器：用来控制电路的通断。 （如：开关、按钮、继电器、接触器） 主令电器：用来控制其它自动电器的动作，以发出控制“指令”。（如：按钮、转换开关） 保护电器：用来保护电源、电路及用电设备，使它们不致在短路、过载状态下运行，免遭损坏。（如：熔断器、热继电器）,3）按用途分,低压配电电器

4、：刀开关、低压断路器、熔断器等。 低压控制电器：接触器、继电器、启动器、按钮等。,4）按动作原理,电磁式电器： 它是根据电磁铁的原理工作的。例如：接触器、继电器等。 非电磁式电器： 它是依靠外力（人力或机械力）或某种非电量的变化而动作的电器。例如：行程开关、按钮、速度继电器、热继电器等。,2. 电磁式低压电器,低压电器一般由感测部分和执行部分组成。 在各种低压电器中，电磁式低压电器应用很多，它们结构相似，原理相同。,电磁式低压电器基本结构,（1）电磁系统 电磁系统是电磁式电器元件的感受部件，它的作用是将电磁能转换成为机械能，并带动触点闭合或断开。它通常采用电磁铁的形式，由电磁线圈、静铁心（铁心

5、）、动铁心（衔铁）等组成，其中动铁心与动触点支架相连。 （2）触点系统 触点系统属于执行部件 。它的作用是通过触点的开、闭来通、断电路的 。 （3）灭弧系统 触点在断开（包括熔体在熔断时）的瞬间，会在触头间隙中产生电弧，对电路和电器有危害，必须使电弧熄灭。,（1）电磁系统,电磁铁的示意图 电磁铁的工作原理 电磁线圈通电时产生磁场，使动、静铁心磁化互相吸引，当动铁心被吸引向静铁心时，与动铁心相连的动触点也被拉向静触点，令其闭合接通电路。电磁线圈断电后，磁场消失，动铁心在复位弹簧作用下，回到原位，并牵动动、静触点，分断电路。,（2）触点系统,触点接触形式：点接触、线接触、面接触。 接触电阻 理想情

6、况下：触点闭合：接触电阻为零。 触点断开：接触电阻无穷大。,触点分类：,按功能可分为：主触点和辅助触点。主触点用于接通和分断主电路；辅助触点用于接通和分断二次电路，还能起互锁和联锁作用。 按形状可分为：桥式触点和指形触点 。桥式触点又分为点接触桥式触点和面接触桥式触点。 按位置可分为：静触点和动触点。静触点固定不动，动触点能由联杆带着移动 。 按其初始位置可分为：常闭触点和常开触点。常闭触点（又称动断触点）常态时动、静触点是相互闭合的。常开触点（又称动合触点）常态时动、静触点是分开的。,（3）灭弧系统,电弧产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中，会在触头间隙中由电子流产生弧状的火花，这种

7、由电气原因造成的火花称为电弧。是气体自持放电形式之一，是一种带电质点的急流。 电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密度很大的电流。 电弧的危害： 使电路仍然保持导通状态，延迟了电路的开断。 会烧损触点，缩短电器的使用寿命。,灭弧方法（P6）,灭弧栅灭弧 磁吹式灭弧装置 灭弧罩灭弧,第二节 接触器,定义：用来自动地接通或断开大电流电路的电器。 分类：按控制电流性质不同，通常分为交流接触器和直流接触器两大类 。 交流接触器 特点：交流线圈、有短路环、采用双断口触头 直流接触器 特点：直流线圈、滚动指型触头,短路环,由于交流电磁铁的磁通是交变的，线圈磁场对衔铁的吸引力也是交变的。当交流电流过

8、零时，线圈磁通为零，对衔铁的吸引力也为零，衔铁在复位弹簧作用下将产生释放趋势，这就使动、静铁心之间的吸引力随着交流电的变化而变化，从而产生振动和噪音，加速动、静铁心接触面积的磨损，引起结合不良，严重时还会使触点烧蚀。为了消除这一弊端，在铁心柱面的一部分，嵌入一只铜环，名为短路环 。,交流接触器的外形与结构：,(a) 外形,(b) 结构,交流接触器的主要部分是：电磁系统、触点系统、灭弧装置。,图形符号及文字符号:,属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示,用于主电路 流过的大电流 (需加灭弧装置),用于控制电路 流过的小电流 (无需加灭弧装置),线圈,辅助 触点,铁心,衔铁,主触点,常闭,常开,

9、弹簧,电源,工作原理,交流接触器有两种工作状态：得电状态（动作状态）和失电状态（释放状态）。接触器主触点的动触头装在与衔铁相连的绝缘连杆上，其静触点则固定在壳体上。当线圈得电后，线圈产生磁场，使静铁心产生电磁吸力，将衔铁吸合。衔铁带动动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，分断或接通相关电路。当线圈失电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧的作用下释放，各触点随之复位。,简单的接触器控制,A,B,C,M 3,刀开关起隔离作用,自保持,停止 按钮,起动 按钮,特点：小电流控 制大电流,接触器主要技术参数,（1）额定电压：指主触头的额定工作电压。 直流有：24V、48V、110V、220V、440V

10、 交流有：36V、127V、220V、380V （2）额定电流：主触头的额定工作电流。 （3）机械寿命（1000万次以上）与 电气寿命（100万次以上）。 （4）操作频率：每小时的操作次数 一般：300次/h、 600次/h、 1200次/h,型号、含义,型号、含义,接触器的选用,类型的选择：根据负载的性质选用直流或交流接触器。 主触头额定电压的选择：大于等于主电路工作电压。 主触头额定电流的选择：大于等于被控电路额定电流。 吸引线圈的额定电压与频率：与所控制电路的选用电压、频率相一致。,第三节 继电器,定义：继电器是一种根据电量（电流、电压）或非电量（时间、速度、温度、压力等）的变化自动接通

11、和断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。 继电器和接触器的结构和工作原理大致相同 与接触器的主要区别在于：,区别,接触器：用于主电路、电流大，有灭弧装置， 一 般只能在一定的电压作用下动作。,继电器：用于控制电路，电流小（继电器触头 容头量较小，不大于5A ），无灭弧 装置，可在各种电量或非电量的作用 下动作。,继电器分类,按用途分：控制继电器、保护继电器、中间 继电器。 按原理分：电磁式、感应式、热继电器等。 按参数分：电流、电压、速度、压力继电器。 按动作时间分：瞬时继电器、延时继电器。 按输出形式分：有触点、无触点继电器。 常用继电器,常用继电器,1、电磁式继电器 2、时间继电器 3

12、、热继电器 4、速度继电器,1、电磁式继电器,（1）电流继电器 根据输入电流大小而动作的继电器，可用于过载或过载保护。 （2）电压继电器 根据输入电压大小而动作的继电器，主要作为欠压、失压保护。 （3）中间继电器 将一个信号变成多个输出信号或将信号放大，起到信号中转作用，通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。,中间继电器外形与符号,中间继电器触头容量小，触头数目多，用于控制线路。10A以下电路中可替代接触器控制。,(b) 符号,(a) 外形,2、时间继电器,定义：从线圈通电或断电起，其触头经过一段时间延时后才动作的继电器。（文字符号：KT）。适用

13、于定时控制 常用的时间继电器：电磁式、阻尼式、电子式（晶体管、数字式）。 延时方式：通电延时和断电延时。,直流电磁式结构图,阻尼铜套,衔铁,工作原理：当衔铁未吸合时，磁路气隙大，线圈电感小，通电后激磁电流很快建立，将衔铁吸合，继电器触头立即改变状态。而当线圈断电时，铁心中的磁通将衰减，磁通的变化将在铜套中产生感应电动势，并产生感应电流，阻止磁通衰减，当磁通下降到一定程度时，衔铁才能释放，触头改变状态。 因此继电器吸合时是瞬时动作，而释放时是延时的，故称为断电延时。,（1）直流电磁式 时间继电器,延时继电器的外形与结构,（2） 空气式延时继电器,时间继电器触头类型符号,断 电 式,常闭触头 断电

14、后 延时闭合,常开触头 断电后 延时断开,通 电 式,瞬 时 动 作,延 时 动 作,常闭触头,常开触头,常开触头 通电后 延时闭合,常闭触头 通电后 延时断开,KT,KT,KT,KT,微动开关2,微动开关1,线圈通电 衔铁向下吸合 连杆动作 触头动作,工作原理,(a)通电延时的空气式时间继电器结构示意图,连杆,常闭触头 延时闭合,常开触头 延时断开,常开触头,常闭触头,空气式时间继电 器的延时范围大 (有 0.4 60 s 和 0.4 180s两种)。 结构简单，但准 确度较低。,(b)断电延时的空气式时间继电器结构示意图,JS20系列晶体管式型号,3、热继电器,长期过载、频繁启动、欠电压、

15、断相运行均会引起过电流。 热继电器用途：热继电器是利用电流的热效应原理工作的保护电器，在电路中用作电动机的过载保护和断相保护。,热继电器的外形与结构,(a) 外形,(b) 结构,发热元件接入电机主电路，当电机正常运行时，热元件产生的热量虽能使双金属片弯曲，但还不足以使继电器动作。若长时间过载，双金属片被过量烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，其常闭触头断开。,发热元件,杠杆,热继电器种类很多，应用最广泛的是基于双金属片的热继电器，其结构原理如图所示：主要由热元件、双金属片和触头三部分组成。,工作原理：,双金属片,常闭触头,结构原理图：,热继电器的图形符号,热元件,串

16、联在主电路中,串联在控制电路中,热继电器接入电动机定子电路方式,电动机定子绕组星形接法: 带断相保护和不带断相保护的热继电器均可接在线电路中。 电动机定子绕组三角形接法: *带断相保护接在线电路中。 *不带断相保护热继电器的热元件必须串接在 电动机每相绕组上。,热继电器接入电动机定子电路方式,4、速度继电器,用途 速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动控制。 结构及工作原理 符号,a）外形 b）结构图,第四节 熔断器,用途： 主要用作短路保护。 结构： 熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管两部分组成。熔体由易熔金属材料铅、锡、锌、银、铜及其合金制成，通常做成丝状或片状。熔管是装熔

17、体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。 工作原理： 熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而实现保护目的。,熔体额定电流 的选择：,3. 频繁起动 的电机,异步电机的起动电流 Ist=(57) 额定电流,2. 一般电机,常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。,第五节 低压开关与低压断路器,1、开关电器 低压开关主要用作隔离、转换以及接通和分断电路。常作为机床电路的电源开关，或用于

18、局部照明电路的控制及小容量电动机的起动、停止和正反转控制等。 分类： （1）刀开关 （2）组合开关 （3）自动开关 （4）漏电保护器,（1）刀开关,用途 普通刀开关是一种结构最简单且应用最广泛的手控低压电器，广泛用在照明电路和小容量（5.5kW）、不频繁起动的动力电路的控制电路中。 结构 符号 注意事项 刀开关安装时，瓷底应与地面垂直，手柄向上，易于灭弧，不得倒装或平装。倒装时手柄可能因自重落下而引起误合闸，危及人身和设备安全。,（2）组合开关,定义 组合开关又称转换开关，它实质上也是一种特殊刀开关，只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直安装面的平面内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是平行于

19、安装面的平面内向左或向右转动而已。 组合开关由数层动、静触片组装在绝缘盒而成的。动触头装在转轴上，用手柄转动转轴使动触片与静触片接通与断开。可实现多条线路、不同联接方式的转换。 用途 转换开关中的弹簧可使动、静触片快速断开，利于熄灭电弧。多用在机床电气控制线路中，作为电源的引入开关，一般用于交流380V、直流220V，电流100A以下的电路中做电源开关。也可以用作不频繁地接通和断开电路、换接电源和负载以及控制5KW以下的小容量电动机的正反转和星三角起动等。,a、用组合开关起停电动机的接线图,b、组合开关符号：,组合开关结构,a) b) 图1-9组合开关的结构图 a）外形图 b）内部结构 1手柄

20、 2转轴 3弹簧 4凸轮 5绝缘垫板 6动触头 7静触头 8绝缘方轴 9接线柱,（3）低压断路器,用途 它集控制和多种保护功能于一身，除能完成接通和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的短路、过载、失压等故障进行保护。 符号,a、低压断路器原理图(自动开关),锁钩,主触头 手动闭合,电磁 脱扣器,衔铁释放,低压断路器原理图,连杆装置,释放弹簧,b、低压断路器工作原理,脱扣器是自动开关的主要保护装置，包括电磁脱扣器（作短路保护）、热脱扣器（作过载保护）、欠压脱扣器（作失压保护）以及由电磁和热脱扣器组合而成的复式脱扣器等种类。电磁脱扣器的线圈串联在主电路中，若电路或设备短路，主电路电流增大，线圈磁

21、场增强，吸动衔铁，使操作机构动作，断开主触头，分断主电路而起到短路保护作用。电磁脱扣器有调节螺钉，可以根据用电设备容量和使用条件手动调节脱扣器动作电流的大小。 热脱扣器是一个双金属片热继电器。它的发热元件串联在主电路中。当电路过载时，过载电流使发热元件温度升高，双金属片受热弯曲，顶动自动操作机构动作，断开主触头，切断主电路而起过载保护作用。,（4）漏电保护器,用途 它集控制和多种保护功能于一身，除能完成接通和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的短路、过载、失压等。 原理图 工作原理 当正常工作时，不论三相负载是否平衡，通过零序电流互感器主电路的三相电流相量之和等于零，故其二次绕组中无感应电动

22、势产生，漏电保护器工作于闭合状态。如果发生漏电或触电事故，三相电流之和便不再等于零，而等于某一电流值Is。Is会通过人体、大地、变压器中性点形成回路，这样零序电流互感器二次侧产生与Is对应的感应电动势，加到脱扣器上，当Is达到一定值时，脱扣器动作，推动主开关的锁扣，分断主电路。,第六节 主令电器,主令电器是指在电气自动控制系统中用来发出信号指令的电器。它的信号指令将通过继电器、接触器和其它电器的动作，接通和分断被控制电路，以实现对电动机和其它生产机械的远距离控制。 分类： （1）按钮 （2）行程开关 （3）万能转换开关,（1）按钮（手动控制电器）,用途 按钮常用于接通和断开控制电路。它只能短时

23、接通或分断5A以下的小电流电路，向其它电器发出指令性的电信号，控制其它电器动作。由于按钮载流量小，不能直接用于控制主电路的通断。 结构及工作原理,(b) 结构,按钮的外形图和结构：,按钮开关的外形和符号,(a) 外形图,在按下按钮帽令其动作时，首先断开常闭触头，再通过一定行程后才接通常开触头；松开按钮帽时，复位弹簧先将常开触头分断，通过一定行程后常闭触头才闭合。,注意事项：,选择使用时应从使用场合、所需触头数及按钮帽的颜色等因素考虑。一般“绿色”表示起动，“红色”表示停止， “黑色”表示点动，“蓝色”表示复位，“启动”与“停止”交替用黑白、白色或灰色。,（2）行程开关,用途 行程开关又称限位开

24、关或位置开关，它利用生产机械运动部件的碰撞，使其内部触头动作，分断或切换电路，从而实现生产机械的自动往复控制或限位保护 结构 结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。,行程开关的外形符号,(b)示意图,(a)外形图,(c) 符号：,（3）万能转换开关,用途 具有更多操作位置和触头、能够接多个电路的一种手动控制电器。由于它的档位多、触头多，可控制多个电路，能适应复杂线路的要求。 结构 符号,万能转换开关的符号及触头通断表,第七节 电子继电器,随着电子技术的发展，半导体时间继电器也迅速发展。这类时间继电器体积小、延时范围大、延时精度高、寿命长，已日益得到广泛应用。,1、 半导体时间继电器,JSJ型晶

25、体管时间继电器原理图,工作原理：半导体时间继电器是利用RC电路电容器充电原理实现延时的。图中有两个电源：主电源是由变压器二次侧的电压经整流、滤波而得；辅助电源是由变压器二次侧的12V电压经整流、滤波而得。当电源变压器接上电源，V1管导通、V2管截止，继电器KA不动作。两个电源分别向电容C充电，a点电位按指数规律上升。当a点电位高于b 点电位时，V1管截止、V2管导通，V2管集电极电流通过继电器KA的线圈，KA各触头动作输出信号。图中KA的常闭触头断开充电电路，常开触头闭合使电容放电，为下次工作作好准备。调节电位器RP，就可以改变延时的时间大小。此电路延时范围为0.2300s。,（1） JSJ系

26、列时间继电器,半导体时间继电器的输出形式有两种：有触头式和无触头式，前者是用晶体管驱动小型电磁式继电器，后者是采用晶体管或晶闸管输出。,固态继电器（SSR）是采用固态半导体元器件组装而成的一种新颖的无触头开关，不仅在许多自动控制装备中代替了常规电磁式继电器，而且广泛用于数字程控装备、数据处理系统及计算机输入输出接口电路。,2、固态继电器,固态继电器是一种能实现无触头通断的电气开关，当控制端无信号时，其主回路呈阻断状态，当施加控制信号时，主回路呈导通状态。它利用信号光电耦合方式使控制回路与负载回路之间没有任何电磁关系，实现了电隔离。,固态继电器是一种四端组件，其中两端为输入端、两端为输出端。按主

27、电路类型分为直流固态继电器和交流固态继电器，直流固态继电器内部的开关器件是功率晶体管，交流固态继电器内部的开关器件是晶闸管。按输入与输出之间的隔离分有关电隔离固态继电器和磁隔离固态继电器。按控制触发信号方式分有过零型和非过零型、有源触发型和无源触发型。,光耦合式交流固态继电器原理图,工作原理： （1）当无信号输入时，发光二极管VD2不发光，光敏三极管V1截止，此时晶体管V2导通，晶闸管VT1控制门极被钳在低电平而关断，双向晶闸管VT2无触发脉冲，固态继电器两个输出端处于断开状态。,（1）光耦合式交流固态继电器,光耦合式交流固态继电器原理图,工作原理： （2）当在输入端输入很小的信号电压时，发光

28、二极管VD2导通发光，光敏三极管V1导通，晶体管V2截止，若电源电压大于过零电压（约25V），A点电压大于V3的Vbe3，V3导通，VT1仍关断截止，固态继电器输出端因VT2无触发信号而关断。,光耦合式交流固态继电器原理图,工作原理： （3）若电源电压小于过零电压，VA小于Vbe3，V3截止，VT1控制极经R5获触发信号，VT1导通，VT2控制极获得以R7、VD3、VT1、VD5、R8和R8、VD6、VT1、VD4、R7正反两个方向的触发脉冲，使VT2导通，接通负载电路。若输入信号消失，V2导通，VT1关断，但VT2仍保持导通状态，直到负载电流随电源电压的减少下降至双向晶闸管维持电流以下时才关

29、断，从而切断负载电路。,习题,接触器的主要结构有哪些？交流接触器和直流接触器如何区分？ 在电动机的控制电路中，热继电器与熔断器各起什么作用？两者能否相互替换？为什么？ 中间继电器的作用是什么？中间继电器与接触器有何异同？ 低压断路器具有哪些脱扣装置？分别说明其功能。,第二章 电气控制系统基本控制电路,第一节： 电器控制图的基本知识 第二节： 基本控制 第三节： 常用基本控制电路 第四节： 电气控制电路读图,1. 掌握自锁、联锁的作用和方法。 2. 掌握过载、短路和失压保护的作用和方法。 3. 掌握常用基本控制环节的组成、作用和工作过程（如电机启动、停车、正反转等控制） 。 4. 能读懂简单的控

30、制电路原理图、能设计简单的控制电路。,本章要求：,第一节 电器控制图的基本知识,电气图的符号 为了表达电气控制系统的设计意图，便于分析系统工作原理、安装、调试和检修控制系统，必须采用统一的图形符号和文字符号来表达。 P43 电气控制图的分类： 电气原理图 电气元件布置图 电气安装接线图 电气控制图的绘制规则 电气图的读图方法,1.1 电器控制原理图的绘制规则,按国家标准规定的电工图形符号和文字符号画图。 原理图一般分主电路和辅助电路两部分：主电路就是从电源到电动机大电流通过的路径。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等，(由继电器和接触器的线圈、继电器的触头、接触器的辅助触头、按

31、钮、照明灯、信号灯、控制变压器等电器元件组成)。 控制系统内的全部电机、电器和其它器械的带电部件，都应在原理图中表示出来。而与电路无关的部件(如铁心、支架、弹簧等) 在控制电路中不画出。 属同一电器元件的不同部分(如接触器的线圈和触头)按其功能和所接电路的不同分别画在不同的电路中，但必须标注相同的文字符号。,电器控制原理图的绘制规则（续前）,所有电器的图形符号，都按没有通电、无外力作用下的开闭状态绘制。（例如，继电器、接触器的触头，按吸引线圈不通电状态画；万能转换开关按手柄处于零位时的状态画；按钮、行程开关的触头按不受外力作用时的状态画等）。 电气元件应按功能布置，并尽可能按水平顺序排列，其布

32、局顺序应该是从上到下，从左到右。电路垂直布置时，类似项目宜横向对齐；水平布置时，类似项目应纵向对齐。 电气原理图中，有直接联系的交叉导线连接点，要用黑圆点表示；无直接联系的交叉导线连接点不画黑圆点。,分析和设计控制电路时应注意以下几点：,使控制电路简单，电器元件少，而且工作又要准 确可靠 ；,(2) 尽可能避免多个电器元件依次动作才能接通另一 个电器的控制电路；,(3) 必须保证每个线圈的额定电压，不能将两个线圈 串联。,机床系统控制电路图,1.2 电器控制图的读图方法,主电路分析 控制电路分析 辅助电路分析 联锁和保护环节分析 总体检查,第二节 常用基本控制电路,2.1 笼型异步电动机直接起

33、动控制线路 2.2 笼型异步电动机串电阻起动控制线路 2.3 鼠笼式电动机正反转的控制线路 2.4 鼠笼式电动机能耗制动控制线路 2.5 行程控制线路 2.6 电路图,1.直接起动,（a）结构图,2.1 鼠笼式电动机直接起动的控制线路,主电路,控制电路,SB1,KM,SB2,FR,KM,FR,KM,FU,QS,3,M,.,.,(b)原理图,(1) 电路,合上开关QS,起动,KM辅助触头闭合，自锁。,按下起动按钮SB2 , KM线圈通电，,KM,FR,KM,KM,SB1,SB2,.,.,控制电路,通电,转动,KM,主电路,FR,3,M,FU,QS,（2） 控制原理,自锁,利用自身辅助触头，维持线

34、圈通电的作用称自锁,松开起动按钮SB2，线圈仍保持通电状态，电机连续运转。,起动,FR,KM,KM,SB1,SB2,.,.,控制电路,转动,主电路,FR,3,M,FU,QS,（2） 控制原理I,停车,转动,停转,FR,KM,SB1,SB2,控制电路,主电路,FR,FU,QS,断电,KM,去掉KM辅助触头, 实现点动控制。,KM线圈断电,电动机停转。,KM辅助触头断开，取消自锁。,按下停止按钮SB1,主触头（KM）断开,（2） 控制原理II,零压、欠压保护,控制电路,一、直接起动,SB1,KM,SB2,FR,KM,FR,KM,FU,QS,3,M,.,.,过载保护,熔断器,短路保护,主电路,控制电

35、路,电动机的保护,电动机的保护,短路保护是因短路电流会引起电器设备绝缘损坏产生强大的电动力，使电动机和电器设备产生机械性损坏，故要求迅速、可靠切断电源。通常采用熔断器 FU和过流继电器等。,欠压是指电动机工作时，电路电压减少甚至使电动机停转，失压(零压)是指电源电压消失而使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能自动重新起动(亦称自起动)，易造成人身或设备故障。通常采用继电器、接触器控制进行保护。常用的失压和欠压保护有：对接触器实行自锁；用欠电压继电器组成失压、欠压保护。,过载保护是在电机工作时，若因负载过重而使电流增大，但又比短路电流小。此时熔断器起不了保护作用，应进行过载保护。常采用热继电

36、器FR保护，也可采用自动开关和电流继电器保护。,返回,2. 点动的控制电路,SB,FR,KM,2. 点动+连续运行的控制电路 I,按下起动按钮SB2，电动机运转，松开起动按钮 SB2，电动机继续连续运行。,点动按钮SB3的作用：,(1) 使接触器线圈KM通电； (2) 使线圈KM不能自锁。,复合按钮,方法一： 加复合按钮,后闭合,先断开,按下SB3,闭合,电机运转,点动时：,自锁触头不起作用,通电,2. 点动+连续运行的控制电路 I,松开SB3,电机停转,实现点动,用途:试车、检修以及车床主轴的调整等。,KM,SB2,FR,KM,SB1,SB3,先断开,后闭合,断开,断电,2. 点动+连续运行

37、的控制电路 I,按下SB2,2. 点动+连续运行的控制电路 II,方法二：加中间继电器（KA）,线圈KA通电,电动机连续运转,按下SB,电机运转,松开SB,电机停转,SB：点动,SB2：连续运行,点动+连续运行控制规律：,电动机连续运行与点动控制的关键环节是自锁触头是否接入：若能实现自锁，则电动机连续运转；若断开自锁回路，则电动机实现点动控制。,以下控制电路能否实现即能点动、 又能连续运行,思考,不能点动！,KM1,FU,QS,KM2,M1,M2,3,3,.,SB,SB1,KM1,KM1,SB2,KM2,KM2,按SB1,通电,闭合,再按SB2,闭合,通电,闭合,闭合,1. 控制顺序：M1起动

38、后M2才能起动。M2既不能单独起动，也不能单独停车。,3. 电机的顺序控制,.,.,.,.,M1 3,两电机各自 要有独立的 电源；这样 接，主触头 (KM1)的负 荷过重。,KM1,例1：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止： 起动时: M1起动后 M2才能起动； 停车时: M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？,起动：,通电,通电,闭合,闭合,SB,KM1,FR1,例：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停

39、止： 起动时: M1起动后 M2才能起动； 停车时: M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？,停止：,断电,断电,断开,断开,顺序控制的控制规律：,当要求甲接触器工作后方允许乙接触器工作，则在乙接触器线圈电路中串入甲接触器的常开触头。 当要求乙接触器线圈断电后方允许甲接触器线圈断电，则将乙接触器的常开触头并联在甲接触器的停止按钮两端。,2.2 笼型异步电机串电阻降压起动控制线路,(a):KM1线圈及KT线圈始终得电，既不安全也无必要。 (b):在KM2得电后，用其常闭触头断开KM1及KT线圈，同时KM2自锁。,工作过程,2.3 鼠笼式电动机正反转的控制线路,将电动机接到电源的任意两根线对调一

40、下， 即可使电动机反转。,当正转接触器工作时，电动机正转； 当反转接触器工作时，将电动机接到电源的任 意两根联线对调一下，电动机反转。,需要用两个接触器来实现这一要求。,SBF和SBR决不允许同时按下，否则造成电源两相短路。,(1)正反转的控制线路：,3,M,FR,FU,正转触头,KMR,KMF,KMF,.,KMR,FR,Q,KMF,SB,.,.,SBF,KMF,正转接触器,正转按钮,正反转控制电路必须保证正 转、反转接触器不能同时动作。,反转接触器,SBR,KMR,KMR,.,.,.,.,反转按钮,反转触头,按下SBF,SB,KMF,在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为

41、“互锁”，也称“联锁”。,“联锁”触头,利用接触器的触头实现联锁控制称电气联锁。,缺点： 改变转向时必须先按停止按钮。,解决措施：在控制电路中加入机械联锁。,KMR,SBF,KMF,KMF,SBR,KMR,KMR,.,.,.,.,.,通电,断开,断电,闭合,利用复合按钮的触头实现联锁控制称为： 机械联锁,KMF,KMF,SBR,SB,KMR,SBF,KMF,KMR,KMR,KMF,KMF,SBR,SB,KMR,SBF,KMF,KMR,KMR,当电机正转时， 按下反转按钮SBR,先断开,断电,闭合,通电,断开,闭合,闭合,电机反转,联锁的控制规律,当要求甲接触器工作时，乙接触器就不能工作，此时应

42、在乙接触器的线圈电路中串入甲接触器的常闭触头。 当要求甲接触器工作时乙接触器不能工作，而乙接触器工作时甲接触器不能工作，此时应在两个接触器的线圈电路中互串入对方的常闭触头。,正反转控制线路,FR,FU,Q,.,.,.,.,.,.,KMF,FR,KMR,SB1,SBF,KMF,SBR,KMR,KMR,KMF,KMR,下图所示的鼠笼式电动机正反转控制线路中 有几处错误，请改正之。,2.4 时间控制线路,工作原理 对于正常运行为三角形接法的电动机，在启动时，定子绕组先接成星形，当转速上升到接近额定转速时，再改成三角形接法。 KM3为星形连接接触器，KM2为三角形连接接触器。,1. Y 降压起动,2.

43、 Y 降压起动控制线路,Y接法,接法,.,.,KM2,SB1,SB2,KT,KM,KM2,KM1,KM1,KM,KT,KM2,KT,FR,KM接通电源 KM1绕组Y连接 KM2绕组连接,按SB2,绕组Y接,常开闭合（自锁）,KM1通电,松开SB2, 电机仍处于Y 接起动状态。,.,.,KM2,SB1,SB2,KT,KM,KM2,KM1,KM1,KM,KT,KM2,KT,FR,通电,断电,通电,通电,KM接通电源 KM1绕组Y连接 KM2绕组连接,.,.,KM2,SB1,SB2,KT,KM,KM2,KM1,KM1,KM,KT,KM2,KT,FR,通电,通电,通电,KM1常闭闭合,电机接运行,KT

44、 常闭触头延时断开，常开触头延时闭合:,断电,通电,断电,工作过程,2.5 鼠笼式电动机能耗制动控制线路,整流电路,断电延时断开,.,.,.,.,正常运行：,按SB2,常开闭合 自锁,常闭断开,KT通电, 常开闭合,KM1接通电机电源 KM2接通直流电源制动开始 KT控制切断直流电源时间,断电延 时断开,通电,通电,断电,断电延时 继电器,SB1,KM1,SB2,FR,KM1,KT,KT,KM1,KM2,KM1接通电机电源 KM2接通直流电源制动开始 KT控制切断直流电源时间,通电,通电,断电,SB1,KM1,SB2,FR,KM1,KT,KT,KM1,KM2,断电延 时断开,制动时：,按SB1

45、,KM1主触头断开,常开断开,常闭闭合,断电,KM1接通电机电源 KM2接通直流电源制动开始 KT控制切断直流电源时间,断电延 时断开,通电,通电,断电,SB1,KM1,SB2,FR,KM1,KT,KT,KM1,KM2,断电,通电,断电,KM1接通电机电源 KM2接通直流电源制动开始 KT控制切断直流电源时间,通电,通电,通电,SB1,KM1,SB2,FR,KM1,KT,KT,KM1,KM2,断电,断电,常闭闭合,常开断开,KT触点断开,断电延 时断开,断电,2.6 行程控制线路,行程控制电路（I）,（反向运行同样分析）,工作要求：,1. 能正向运行也能反向运行 2. 到位后能自动返回,行程控

46、制(II) -自动往复运动,STA,STB,1,2,按SB2时,(STB常开的闭合， 常闭的断开),KMF断电,KMR通电,行程开关,挡块,SB,KMR,SB2,KMF,KMF,KMR,STB,STA,KMF,KMR,SBR,(KMF常开触头闭合，常闭触头断开),例(1)-运料小车的控制,设计一个运料小车控制电路，同时满足以下要求： 1. 小车启动后，前进到A地。然后做以下往复运动： 到A地后停2分钟等待装料，然后自动走向B。 到B地后停2分钟等待卸料，然后自动走向A。 2. 有过载和短路保护。 3. 小车可停在任意位置。,2.7 控制电路综合举例,运料小车控制电路,KMR,STa 、STb

47、为A、B 两端的限位开关,KTa 、KTb 为 两个时间继电器,主回路,该电路的问题：小车除了在两极端位置外，不能停车。,动作过程,SBFKMF 小车正向运行 至A端撞STa KTa 延时2分钟 KMR 小车 反向运行至B端 撞STb KTb 延时2分钟 KMF 小车正 向运行如此往 反运行。,KH,加中间继电器（KA）实现任意位置停车的要求,-工作台位置控制,控制电路综合举例：例(2),起动后工作台控制要求：,工作台位置控制电路,KH,工作台位置控制电路,KH,该电路有何 问题？,电路的改进方法同前：,KH,KH,ST4,KMBR,ST2,KMBF,KMBR,KMAF,ST4,KMAF,ST

48、1,KMAR,KMBF,ST1,KMBR,ST3,KMBF,KMAF,KMAF,SB2,KMAR,ST2,ST3,SB1,SB3,加中间继电器（KA）,继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题：,小 结,1、首先了解工艺过程及控制要求； 2、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的 控制关系； 3、主电路、控制电路分开阅读或设计； 4、控制电路中，根据控制要求按自上而下、自左而 右的顺序进行读图或设计； 5、同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都 叫相同的名字； 6、原理图上所有电器，必须按国家统一符号标注， 且均按未通电状态表示； 7、继电器、接触器的线圈只能并联，不能串联； 8

49、、控制顺序只能由控制电路实现，不能由主电路实现。,习题,笼型异步电动机降压起动控制方式有哪几种？分别画出它们的控制线路图（包括主电路图和必要的保护环节）。 笼型异步电动机常用的电气制动方式有哪几种？画出它们的控制线路图（包括主电路图和必要的保护环节）。 设计控制一台电动机正反转的电气控制电路。要求： （1）可正反转； （2）有短路和过载保护。 （3） 画出主电路和控制电路。 4. 什么叫自锁？试设计一简单带自锁的电机起动与停止控制电路 ？什么叫互锁？有几种形式？ 5. 设计一控制线路，实现异步电动机点动、连续运行的混合控制线路。,第三章 可编程控制器,第一节： 概述 第二节： PLC的特点及应

50、用领域 第三节： PLC的基本指令与编程 第四节： PLC的步进顺控指令与编程 第五节： PLC的程序设计 第六节： F1-20P 编程器 第七节： PLC控制系统的设计 第八节： PLC的应用实例,第一节 概 述,1.1 PLC的定义 1.2 PLC的结构和工作原理基本组成 1.3 PLC的工作方式 1.4 PLC的主要性能指标 1.5 PLC的优点 1.6 PLC的应用,1968年 美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的新型控制器的十项指标：,1） 编程简单、现场可 修改程序； 2）维护方便、采用插 件式结构； 3）可靠性高于继电器 控制系统； 4）体积小于继电器控 制系统； 5）数据

51、可以直接送入 计算机；,6）成本可与继电器系 统竞争； 7）输入可为市电； 8）输出可为市电，能 直接驱动电磁阀、交 流接触器等； 9）通用性强、易于扩 展； 10）用户存储器大于 4K。,PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。, 早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC ), 随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmable controller，略写PC)。为区别于Pe

52、rsonal Computer (PC)，故沿用PLC 这个略写。,1.1 什么是PLC ?,1987年2月，国际电工委员会（IEC）PLC的定义：,可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。,国际市场上流行的PLC厂家:,目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的： （1）美国：AB通用电气、莫迪康公司； （2）德国：西门子公司; （3）日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工； （4）法国：T

53、E 施耐德公司； （5）韩国：三星、LG公司等。,国内PLC发展及应用概况:,我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段： 顺序控制器（19731979）：一位处理器为主的； 工业控制器（19791985）：8位微处理器为主的； 可编程序控制器（1985以后）。 在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。如宝钢一、二期工程就引进了500多套，还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。现在，PLC在国内的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。,一、 PLC结构示意图,1.2 PLC的结构和工作原理,2. 存储器,1. CPU,(1) 从程序存储器读取程

54、序指令，编译、执行指令。 (2) 将各种输入信号取入。 (3) 把运算结果送到输出端。 (4) 响应各种外部设备的请求。,ROM： 存放管理、监控、指令解释等系统管理程序。（用户不能访问和修改该部分内容） RAM： 存放用户编制的控制程序。,二、各组成部分的作用,3. 输入、输出接口： PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件；采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。,输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的电信号，以便控制电磁阀、接触器、接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使主机与外部强电隔离。,输入接口作用：将按钮、行程开关或传

55、感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机处理。,输出三种形式： 继电器 交直流输出方式，低速大功率 晶闸管 交流输出方式，高速大功率 晶体管 直流输出方式，高速小功率,（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。,COM,光电三极管,发光二极管,直流电源,输入端子,PLC,继电器输出,（2）输出接口电路：均采用模块式。,以继电器形式为例：,PLC,4. 各种接口、高功能模块：便于扩展。 小型机：一体机。有接口可扩展。 中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。,微型PLC : 32 I/O 小型PLC : 256 I/O 中型PLC : 1024 I/O 大型PLC : 4096 I/O 巨型PLC : 8195 I/O,PLC在90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分，可分为:,编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。,用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制过程