第1章电气控制与PLC

1、续：1。电气控制技术和可编程控制器的发展随着科学技术的不断发展，对生产技术的要求也在不断提高，电气控制技术经历了从手动到自动、从简单到复杂、从单一到多功能、从硬件控制到软件控制的不断变化。1.从19世纪末到20世纪初，是生产机械电气传动的初始阶段，从集中传动发展到分散传动。集中拖动：用一台电机拖动多台设备，或用一台电机拖动一台机床的多个运动部件，都很常见，导致传动机构复杂，操作不便，安全性差。此后，出现了单机驱动，并在20世纪30年代发展为分散驱动，即每个运动部件由不同的电机驱动，这不仅简化了机械传动机构，提高了传动效率，也为生产机械的各个部件选择最合理的运行速度和自动控制创造了有利条件。因此

2、，目前大多数生产机械都采用分散控制。2.手动控制向自动控制发展。手动：手动操作实现电机的启动、停止和反转。适用于容量小、启动不频繁的场合。自动：继电器-接触器控制系统。在这种控制模式下，操作员通过主控制器发送信号来接通继电器-接触器控制电路。实现电机的启动、停止、换向、调速、制动及各种保护功能。优点：控制方法简单，运行稳定，成本低，缺点：固定接线，一次性使用。3.计算机控制系统的优点：灵活性和通用性高，缺点：系统复杂，抗干扰能力差。4.20世纪70年代，一种新型工业控制器可编程控制器问世，1969年美国数字设备公司率先开发出第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上成功测试。它以微处理

3、技术为核心，集成计算机技术、自动控制技术和通信技术，通过软件手段实现各种控制功能。(1)抗干扰能力极强，适用于各种恶劣的生产环境，具有计算机和继电器的优点；(2)形成了一套基于继电器梯形图的图像编程语言和模块化软件结构。因此，作为电气技术人员，我们必须掌握可编程控制器的基本原理、编程方法和应用技术。自动控制技术发展的另一个分支是数控技术在20世纪50年代成功发展。(1)1952年，美国研制出第一台三坐标数控铣床，综合应用了计算机、自动控制、伺服驱动等多项新技术成果。(2)随着电子技术的发展，出现了数控系统。(3)20世纪70年代，出现了计算机群控系统，即(DNC)直接数控，由一台大型计算机控制

4、和管理多台数控机床。在此基础上，增加工具和工件的装载、卸载和输送系统以及必要的测试设备，形成柔性制造系统。本课程的主要内容是介绍电气控制的基本原理、控制电路和设计方法，同时重点介绍可编程控制器(PLC)的功能、指令系统、编程方法和应用技术。本课程的任务如下：(1)熟悉常用低压电器的基本结构、工作原理、用途和型号，以达到正确使用和选择的目的。(2)掌握常见电气控制回路的基本控制环节，对一般电气控制回路具有独立分析能力。(3)熟悉典型生产设备电气控制电路的工作原理和分析方法，初步具备处理一般故障的能力。(4)掌握可编程控制器的基本原理、指令系统和编程方法。(5)可编程控制器能正确使用和选择，具有通

5、用编程、调试和修改能力，能对传统继电器控制系统进行技术改造，并具有初步的技术开发能力。第一章概述了低压电器的定义手动设备是指那些用手操作的设备，如闸刀开关、按钮、手动启动器等。自驱动电器是根据指令信号或某些物理变化自动工作的电器，如各种接触器继电器和行程开关。根据电器的性能和用途，可分为两类：控制电器和保护电器。控制器用于控制电路的通断和电机的各种运行状态。如闸刀开关、按钮、接触器等。保护装置用于保护电源、线路和电机。3.根据是否有接触，有接触式电器和非接触式电器。接触电器构成断电接触器的控制系统。该系统不仅可以实现生产过程的自动控制，还可以实现集中控制和远程控制，具有结构简单、成本低、抗干扰

6、能力强、易于调整和维护等优点。无接触电器是指现代电力驱动系统中的晶体管无接触逻辑元件、电子程序控制装置、数字控制系统和计算机控制系统。4、根据工作原理：电磁电器和非电控电器。电磁设备根据电磁感应原理工作，如交流接触器和各种电磁继电器。非电气设备根据非电量(压力、温度、时间、速度等)的变化而工作的设备。)。如按钮、行程开关、压力继电器、时间继电器、热继电器、速度继电器等。目前，低压电器正朝着体积小、重量轻、安全、可靠、方便的方向发展。主要的方法是利用微电子技术来提高传统电器的性能。就产品品种而言，我们应该大力开发新的电子控制器来保护电器和半导体启动器。图1.1电磁机构(a)、(d)、线圈式(c)

7、、(f)、(g)、旋转式(b)、(e)的结构形式，第二节，低压电器的电磁机构和执行机构，I电磁机构电磁机构通常采用电磁铁的形式，由吸引线圈、铁芯和衔铁组成。吸引线圈缠绕在静止的铁芯柱上，所以铁芯也称为静态铁芯。电枢是可动的，这叫做动铁芯。电磁机构，也称为磁路系统，主要用于将电磁能转化为机械能，并驱动触点接通或断开电路。其工作原理如下：当电流引入线圈时，产生磁场，磁场的磁通量通过铁芯、电枢和工作气隙形成闭环，从而产生电磁引力，将电枢吸引到铁芯上。然而，电枢运动也受到反作用弹簧张力的影响。只有当电磁引力大于反作用弹簧的张力时，电枢才能被铁芯可靠地吸引。然而，如果电磁引力过大，电枢和铁芯将受到严重冲

8、击。1.双E形直动铁芯，电枢沿直线运动，如图1.1(b)和(E)所示。通常用于交流接触器和继电器。2.如图1.1(f)和(g)所示，用电枢沿轴线旋转来拍击铁芯。它主要用于接触容量大的交流电器。3.如图1.1(c)所示，用电枢沿边缘和拐角旋转来拍击铁芯。一般用于DC电器。图1.2短路环1-电枢2-铁芯3-线圈4-交流电磁铁2的开路环。吸引线圈吸引线圈用于将电能转换成磁场能量。根据线圈的连接形式分为电压线圈和电流线圈；电压线圈并联连接到电源的两端，电流由电源电压和线圈本身的阻抗决定。它匝数多，导线细，阻抗大，电流小，一般用绝缘性能好的漆包线缠绕。电流线圈串联以反映电路中的电流。它们有很少的匝数和粗

9、线，通常用扁平铜带或粗线缠绕。短路环对交流电磁机构的影响电磁机构工作时，电枢总是具体方法是在距交流电磁铁铁芯柱端面1/3处开一个槽，并在槽内嵌入一个铜环(也称为短路环或配磁环)，如图1.2所示。当交流电流引入吸引线圈时，由于短路环的作用，铁芯中的磁通量被分成两部分，即通过短路环的磁通量和不通过短路环的磁通量。两个磁通量之间存在相位差，并且它们不会同时为零。如果短路环的设计合理，产生的电磁吸引力将总是大于反作用弹簧的张力，电枢在吸引时不会产生振动和噪音。触点系统触点是具有触点的电器的执行部件，通过闭合和断开触点来控制电路的接通和断开。触点通常有以下形式： 1桥触点是两点触点桥触点，而图1.3(b

10、)是两个表面触点桥触点。两个触点串联在同一个电路上，共同接通和断开电路。点接触式适用于低电流、低接触压力的场合。表面接触型适用于高电流情况。2指接触图1.3(c)是指接触，其接触面积是一条直线。滚动摩擦发生在触点移动时，这有利于去除氧化膜。适用于连接次数多、电流大的场合。触点通常由具有良好导电性和导热性的铜材料制成，但是在铜表面容易形成氧化膜，这增加了接触表面的接触电阻，增加了浪费并提高了温度。对于一些小容量的继电器或电器来说，触点通常由银材料制成，这可以增加导电性和导热性并降低氧化膜的电阻率(氧化银膜的电阻率与纯银的电阻率相似)，并且氧化银膜只能在高温下形成并且容易被粉碎。对于大容量电器，当

11、使用滚动接触时，氧化膜可以被去除，铜接触也是常用的。灭弧系统实践证明，当电气设备的开关电器用电流切断电路时，如果触头之间的电压超过1020伏，电流超过80毫安，触头之间就会产生强烈而刺眼的光束，即电弧。电弧是电流流过空间气隙的现象，表明仍有电流流过电路。当电弧不持续熄灭时，会造成许多危害：延长故障的关断时间；由于电弧的温度很高(表面温度可达30004000，中心温度可达10000)，如果电弧长时间燃烧，不仅会熔化或蒸发接触面上的金属，还会导致电弧附近的电绝缘材料烧坏，造成事故；使油开关内部温度和压力急剧上升，引起爆炸；电弧引起的电源短路事故。因此，开关设备应采取有效措施快速灭弧。低压控制电器常

12、用的灭弧方法，1。机械灭弧通过机械装置迅速延长电弧。磁灭弧在由与触头串联的磁吹线圈产生的磁场的作用下，电弧被电磁力拉长，吹入由固体介质组成的灭弧罩中，并与固体介质接触，电弧被冷却并熄灭。3.在电弧形成的磁场的电磁力作用下，窄槽灭弧方法可以使电弧拉长并进入灭弧罩的窄槽中。几个纵向槽可以将电弧分成几段并与固体介质接触，电弧将很快熄灭。用于交流接触器。4.栅极灭弧当触点分离时，产生的电弧被推入一组金属栅极并分成几个部分。从而达到灭弧目的。第2节，开关电器，1.2.1闸刀开关，a)闸刀开关结构，开关电器的功能主要是实现电路的通断控制。它通常用作电源的引入开关，也可以直接控制星形根据灭弧装置，可分为带灭

13、弧装置和不带灭弧装置。根据刀的转换方向，可分为单掷和双掷。根据连接方式，可分为前板连接方式和后板连接方式。根据操作方式，可分为直接手柄操作和远程联动操作。根据有无保险丝，可分为带保险丝的闸刀开关和不带保险丝的闸刀开关。a)闸刀开关结构，1个开关板闸刀开关(无熔丝闸刀开关)，2个熔丝闸刀开关，3个负载开关()开负载开关()关负载开关，()开负载开关(HK系列)，又称闸刀开关，由闸刀开关和熔丝组成。用于额定电压为交流380和50z的电气照明设备，用于低短路电流线路的非经常性负载运行和短路保护。该系列闸刀开关没有专门的灭弧装置，因此在开关时应迅速动作，以便电弧能迅速熄灭。()闭合负载开关(HH系列)

14、，也称为铁壳开关，具有铸铁或铸钢制成的全封闭外壳，具有良好的保护能力，可用于偶尔手动接通和断开电路，以及线路末端的短路保护。低于50HZ、380V和60A的交流开关可偶尔用作交流电机的直接启动和停止。安装时，闸刀开关和负载开关应垂直放置。为了使刀片在打开后不带电，输入端连接到上端的电源，输出端连接到下端的负载。接通时，手柄向上，断开时，手柄向下，以确保修理和更换保险丝时的安全。如果保险丝水平放置或颠倒放置，很容易导致错误的开关，并由于切断后刀的自重或螺丝松动而导致事故。组合开关，也称为转换开关。常用的组合开关为HZ10系列，其结构如图1.8所示。三极组合开关有三对静触头和三个动触头，分别安装在

15、三层绝缘基板上。固定触点的一端固定在塑料盒内，另一端伸出盒外，用于连接电源或负载。三个动触头由两块磷铜片或硬紫铜片和具有良好消弧性能的绝缘钢纸板铆接而成，并与绝缘垫板一起套在带手柄的绝缘方杆上，使绝缘方轴每次能正向或反向转动90度，驱动三个动触头分别与三对静触头接通或断开，完成电路的通断动作。低压断路器主要用于正常工作条件下电路的不经常的连接和断开，当发生过载、短路和电压损失时能自动断开电路。它具有操作安全、分断能力强、保护功能多样、动作值可调等优点。一旦发生短路故障，一般不需要更换零件进行故障排除，因此被广泛使用。2DZ系列断路器()触头系统的结构和工作原理： ()灭弧结构： ()传动机构：

16、 ()跳闸机构，图1.9 DZ断路器结构图1-主触头2-自由跳闸3-过流跳闸4-分路跳闸5-热跳闸6-电压损失跳闸7-按钮3。低压断路器，()3断路器的选择()断路器的额定电压和电流不得低于电路的正常工作电压和电流。()热释放装置的设定电流应与受控电机或负载的额定电流一致。()电磁脱扣器的瞬时脱扣设定电流应大于负载电路正常工作时的峰值电流。对于电机负载，DZ自动开关应根据以下公式计算：IZKIq (1.1)为安全系数，可为1.51.7，q为电机启动电流。第3节接触器1 .交流接触器1交流接触器的结构(1)接触系统：(1)电磁系统：(2)灭弧系统：(1)图1.10交流接触器的外观和结构，交流接触器是由电磁引力操作的电磁开关。的确如此接触器可根据流经其主触点的电流类型分为交流接触器和DC接触器，它们可频繁连接和断开DC电路，并实现远程控制，主要用于控制电机。1)触头系统：采用双断桥触头结构，一般有三对常开主触头。它们具有大的接触面积和灭弧装置，可用于主电路通过大电流控制电机的启动和停止。还有几对常开和常闭辅助触点，它们的接触面积小，用于通过