1、概述与第一章.ppt

1、可编程序控制器原理及应用 电气控制与PLC技术,信电学院自动化所 朱美强 电话：邮箱: 公共邮箱：sieePLC 密码： sieePLC,课件制作人声明,本课件在王军老师的课件和教材作者王永华老师课件基础上修改而得，在此对两位老师的工作表示感谢,1、引言-可编程控制技术地位 2、电气控制技术概念 3、电气控制技术发展 4、课程说明,第0章 绪论,1 引言-综合自动化结构,某选煤厂综合自动化的网络拓扑图(部分),远程监测 远程故障诊断,办公自动化 信息管理系统,调度自动化,引子,配电柜,现场控制箱,集中控制台,计算机远方控制（计算机集中控制）,低压控制柜,计算机监控软件

2、（组态软件）,1 引言,可编程技术（PLC）在综合自动化中用途广泛、作用重要。 承上启下，既是底层控制器，又是上层信息来源,2、电气控制与PLC技术,“电气”与“电器”的区别,*什么是“电气”？ “电气”是一个宏观的概念。其所涵盖的内容涉及电能的生产、传输、分配、使用和控制技术与设备等等相关的工程领域。 *什么是“电器”？ “电器”是相对于“电气”来说而相对微观的一个概念。所涵盖的内容涉及到“电气工程”中所应用到的电力装置、设备或器件总成。,2、电气控制与PLC技术,电气控制技术是以各类电动机作为牵引动力的传动装置和与其相对应的电气控制系统为对象，实现生产过程自动化的控制技术。,电气控制系统是

3、由各种控制电器、设备、连接导线组成，以实现对生产机械设备进行电气控制的体系；是电气控制技术具体体现的主干部分；是实现工业生产自动化的重要的技术手段。,3、电气控制技术的发展史,手动控制,1930,1940,1960,1970,1980,1990,2000,t(年),1950,根据生产工艺要求，随着大功率半导体技术、大规模集成电路技术、计算机控制技术、检测技术、现代控制理论等技术的发展而发展,（1）本课程涉及的相关知识,电路原理、模电、数电 半导体变流技术 电机与拖动 自动控制原理 微机原理及应用 液压、气动系统,4、课程说明,（2） 本课程的特点,实践性强 实用价值高 发展速度快 通用性强 自

4、动化专业必修课 3个学分 48学时(38+10),4、课程说明,（a）熟悉常用控制电器的工作原理和用途，达到正确使用和选用的目的。 （b）以电动机和其他执行电器为控制对象,熟练掌握电气控制线路的基本环节，并具备阅读和分析电气控制线路的能力，能设计简单的电气控制线路。 （c）熟悉可编程序控制器（PLC）的基本概况，深刻领会PLC的工作原理。 （d）熟练掌握PLC、的基本指令系统和典型电路的编程，掌握PLC的程序设计方法。 （e）了解PLC的网络和通信原理。 （f）了解PLC的实际应用程序的设计步骤和方法。,（3）课程要求,4、课程说明,(4) 关于本课程的教材,学习教材：现代电气控制及PLC应用

5、技术； 第一部分：1、2章，约16学时； 第二部分：3、4、5、7、8章，约22学时； 第三部分：实验（专有教材），约10学时 每章后有练习题：作业、考试参考，要重视；,4、课程说明,（5） 教课方式 以教材为主，紧密联系实际。 多媒体和传统方法结合讲授 讲课、提问、作业 不定时点名,4、课程说明,（6） 成绩的获得 课程结束后考试：约60% 上课纪律、课内外作业和实验：约 40%,4、课程说明,图解电气控制线路及应用，大浜庄司 著，科学出版社 电气控制与PLC技术-王兆明主编 清华大学出版社 电气控制系统设计基础与范例-易泓可主编 机械工业出版社 电气控制技术-李崇华主编 重庆大学出版社 可

6、编程序控制器的系统设计与应用实例，皮壮行，机械工业出版社 网上在线视频、西门子200PLC网站,4、课程说明,（7） 主要参考书,1.1电器的基本知识 1.2 接触器 1.3 继电器 1.4 开关电器 1.5 熔断器 1.6 主令电器 1.7 信号电器 1.8 常用执行器和检测仪表,第1章 电气控制系统常用低压电器,第1章 电气控制系统常用低压电器,一、电器的定义,1.1 电器的基本知识,电器：根据外界施加的信号和要求，能手动或自动地断开或接通电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的电工器械。采用电磁原理完成上述功能的低压电器称为电磁式低压电器

7、。,控制电器：能够按照外界指定讯号手动或自动地接通和断开电路，实现对电路控制的电器。,KV,FR,QS,QL,FU,QL,中间继电器,固态（无触点）继电器,按 动 力 按工作电压 按输出形式,有触点控制电器 通断电路的功能由触点来完成。 无触点控制电器 通断功能根据输出的高低电平。,二、控制电器分类,1.1 电器的基本知识,按控制对象 按作用,信号元件 用以把非电量的变化转换为电信号。 控制元件 是一种逻辑门，其输入输出均为电信号。,二、控制电器分类,1.1 电器的基本知识,二、控制电器分类低压电器分类,7,1.1 电器的基本知识,主令电器 执行电器 信号电器 保护电器,二、电器分类低压电器分

8、类,主令电器：用于发送和转换控制命令的电器。例如：继电器、开关类电器、按钮等。,执行电器：用来完成某种动作或者控制主电路、负载电路的开断。例如：接触器、电磁阀等。,7,1.1 电器的基本知识,二、电器分类控制作用分,信号电器：对控制系统额某些信号、报警信息等进行指示。例如：指示灯、蜂鸣器 保护电器： 用来保护电源、电路及用电设备，使它们不在短路、过载等故障状态下运行，免遭损坏。例如熔断器,7,1.1 电器的基本知识,三、电磁式低压电器的基本结构和工作原理,组成：触头、灭弧装置和电磁机构。,静触点,动触点,复位弹簧,动铁心,静铁心,线圈,1.1 电器的基本知识,1、电磁机构,静触点,动触点,复位

9、弹簧,动铁心,静铁心,线圈,电磁机构是电器元件的感测部件，通常采用电磁铁的形式。主要由线圈、特心（静铁心）、衔铁（动铁心）三部分构成,6,三、电磁式低压电器的基本结构和工作原理,1.1 电器的基本知识,反力特性：弹簧作用 吸力特性： 电磁力,1、电磁机构,6,三、电磁式低压电器的基本结构和工作原理,1.1 电器的基本知识,U形拍合式,E形拍合式,E形直动式,电磁铁有各种结构形式。铁心有E形、U形。动作方式有直动式、拍合式。它们各有不同的机电性能，适用于不同的场合。,1、电磁机构,6,三、电磁式低压电器的基本结构和工作原理,1.1 电器的基本知识,根据线圈所采用电压不同分为直流、交流两类。交流类

10、具有短路环，使衔铁在通电过程中总是处于吸合状态，明显减小了震动和噪声,磁通不同时为零,短路环,2、触头,三、电磁式低压电器的基本结构和工作原理,1.1 电器的基本知识,触头是一切有触点电器的执行部件，这些电器通过触头的动作来接通或断开被控制电路的。触头的好坏直接影响电器的工作性能。,触点的接触形式：点接触、线接触、面接触三种 结构形式：双断点、单断点,线圈,辅助触头,铁心,衔铁,电源,电机,主触头,常闭,常开,弹簧,2、触头,三、电磁式低压电器的基本结构和工作原理,触头也叫触点,1.1 电器的基本知识,2、触头,6,三、电磁式低压电器的基本结构和工作原理,1.1 电器的基本知识,构成原理图,常

11、闭触头,常开触头,3、灭弧装置,6,三、电磁式低压电器的基本结构和工作原理,1.1 电器的基本知识,产生：气体放电现象 危害：损伤触头 灭弧原理：真空、拉长电弧、隔短电弧,380V,3、灭弧装置,6,三、电磁式低压电器的基本结构和工作原理,1.1 电器的基本知识,灭弧原理：真空灭弧、多断点灭弧、磁吹式灭弧、灭弧栅,380V,1.2 接触器,定义： 用来频繁地、远距离地接通或分断电动机主电路或其他负载电路的自动控制电器。,用途： 1、最常用的控制电器，一般用于主电路 2、控制电动机的起动、反转、制动和调速等 。 3、控制电动机主电路和大电流电路的通断的开关电器。,一、定义和用途,真空式,带灭弧罩

12、,1.2 接触器,驱动力分：半导体式、电磁式、气动式、液压式,二、分类,电流种类：直流、交流,半导体式,直流接触器,交流接触器,1.2 接触器,二、分类,主触点对数分：单极、双极、三极、四极、五极等,辅助触头,铁心,衔铁,主触点 三极,常闭,常开,线圈,线圈,辅助触头,铁心,衔铁,电源,主触头,常闭,常开,弹簧,结构原理图,1.2 接触器,三、电磁式接触器的机构与原理,1、结构,辅助触点可扩展,1.2 接触器,三、电磁式接触器的机构与原理,1、结构,组成：电磁机构、主触点与灭弧系统、辅助触点、反力装置、支架和底座,2、原理,2、原理,1.2 接触器,三、电磁式接触器的机构与原理,3、图形和文字

13、符号,符号,新国标,旧国标,1.2 接触器,四、接触器的主要技术指标,1、额定电压：指主触点的额定工作电压 交流接触器：220V、380V、500V 等 直流接触器：220V、440V、600V等,1.2 接触器,四、接触器的主要技术指标,2、额定电流：指主触点的额定工作电流。必须满足一定的条件（额定电压、使用类别、 额定工作制、操作频率等）。 交流接触器：10A、15A、25A、40A、60A、100A、150A、400A、600A 等 直流接触器： 25A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A 等,3、激磁线圈额定电压：指保证接触器正常工作时激磁线圈的额定工作电

14、压 交流线圈：36V、110V、220V、380V等 直流线圈：24V、48V、220V、440V等 4、动作值：指接触器的线圈吸合电压和释放电压 吸合电压：线圈额定电压85%以上，接触器可靠吸合 释放电压：线圈电压低于额定电压70%，且高于10%额定电压（交流接触器）或5%额定电压（直流接触器）,四、接触器的主要技术指标,1.2 接触器,5、接通和分断能力（瞬时能力）,指接触器主触头在规定条件下能可靠地接通和分断的电流值。在此电流值下，接通或分断时，不应发生熔焊、飞弧和过分磨损等。与负载类型有关，一般接通电流大于分断电流。,指接触器每小时允许操作的次数，操作频率直接影响到接触器电寿命及灭弧室

15、工作，对于交流激磁接触器还影响激磁线圈的温升,6、操作频率,四、接触器的主要技术指标,1.2 接触器,7、机械寿命,以操作次数计，接触器的机械寿命可达1千万次以上，电气寿命为机械寿命的5%-20%。,工作制分长期工作制、间断-长期工作制、短时工作制、反复短时工作制四种。,8、工作制,四、接触器的主要技术指标,1.2 接触器,9、其它,接触器主触点的极数（单极、双极、三极、多极），主触点的形式（常开、常闭），辅助触点的数量（常开 NO、常闭NC），辅助触点的额定电压和额定电流等。,四、接触器的主要技术指标,接触器类型的选择 ； 接触器主触点额定电流的选择 ； 接触器主触点的额定电压选择 ； 接触

16、器吸引线圈电压的选择 ； 实际选择。,1.2 接触器,五、接触器的选择,交流接触器类别表,1.2 接触器,根据负载类型选接触器类别 根据负载类型、大小选额定电流 a、按接触器设计时规定的使用类别使用时按触器的额定电流应等于或稍大于负载额定电流。 b、按轻任务使用类别设计的接触器，用于重任务使用类别时，应降低容量使用。 c、用于反复短时工作制的接触器，其额定电流应大于负载的等效发热电流,五、接触器的选择,1.2 接触器,选择额定电压 a、接触器的额定电压 主电路额定电压。 b、接触器线圈的额定电压必须与接入此线圈的控制电路的额定电压相等。一般交流接触器选用交流激磁线圈，以减少电源种类 选择完成后

17、仔细阅读所选产品的说明书，查漏补缺。,五、接触器的选择,1.2 接触器,选择交流接触器的经验法 额定电压为380V的三相鼠笼电机 5.5KW以下电机，接触器的额定电流为电机额定功率的23倍 5.511KW电机，接触器的额定电流为电机额定功率的2倍 11KW以上电机接触器的额定电流为电机额定功率的1.52倍,五、接触器的选择,1.3 继电器,定义： 是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，实现远距离控制和保护的自动控电器。,一、定义和分类,其输入量可以是电流、电压等电量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电量，而输出则是触头的动作或者是电路参数的变化。,输入量,输出量,1.3 继电器,一、

18、定义和分类,按输入信号性质 压力、温度、时间、电流、电压等 按工作原理 电磁式、感应式、电动式、热继电器 按输出形式 有无触点 按用途 控制与保护等,1.3 继电器,1.3.1 电磁式继电器,电磁式继电器的结构和工作原理与电磁式接触器相似，也是由电磁机构和触点系统组成。 主要区别在于： (1) 继电器可对多种输入信号的变化作出反应，而接触器只有在一定的电压信号作用下动作; (2) 继电器用于切换小电流的控制电路和保护电路，而接触器用来控制大电流电路; (3)继电器没有灭弧装置；无主辅触点之分。,1.3 继电器,1.3.1 电磁式继电器,分类 电压继电器：过电压和欠电压继电器 电流继电器：过电流

19、和欠电流继电器 中间继电器：是一种电压继电器,1.3 继电器,1.3.1电磁式继电器,1、电压继电器,定义：触点的动作与线圈的电压大小有关的继电器.(输入检测量为电压),特点：电压继电器的线圈与负载并联，线圈的匝数多而线径细。 （高压用降压变压器）,分类：过电压、欠电压； 直流、交流；,1.3 继电器,1.3.1 电磁式继电器,2、电流继电器,定义：触点的动作与线圈的电流大小有关的继电器.(输入检测量为电流),特点：电流继电器的线圈与负载串联，线圈的匝数少而线径粗。 （高压用降压变压器）,分类：过电流、欠电流； 直流、交流；,1.3 继电器,1.3.1、电磁式继电器,3、中间继电器,定义：在控

20、制电路中起信号传递、放大、翻转和分路等中继作用的继电器。,特点：将多个中间继电器组合起来，还能构成具有各种逻辑运算和计数功能的线路。,旧国标,1.3 继电器,1.3.2、热继电器,定义：一种能间接反映被控用电设备发热状况的继电器。它主要用来保护电动机或其它负载免于过载和三相电动机断相保护。,JR36,JR28,JR20,主触点,辅助触点,1.3.2、热继电器,特点：根据电流的热效应以及发热元件的热膨胀原理设计，不同于电流继电器的瞬时过载保护。,两双金属片的膨胀系数不一样,A,B,C,QA,FA,QB,主电路,BB,1.3 继电器,1.3.2、热继电器,特点：根据电流的热效应以及发热元件的热膨胀

21、原理设计，不同于电流继电器的瞬时过载保护。,两双金属片的膨胀系数不一样,1.3 继电器,1.3.2、热继电器,产品 一般和接触器配合使用，连接方便。 选用 额定电流：比电动机的额定电流稍微大一些。 动作电流：约为电动机额定电流的80%左右。 由于热继电器的保护特性为反时限特性，所以对于可逆运行和频繁通断的电动机，不宜采用热继电器保护，必要时可以选用装入电动机内部的温度继电器。,1.3 继电器,1.3.2、热继电器,注意：很多热继电器可以调节动作电流值，可以增加辅助触点，过载动作后可以手动复位,JR36,JR28,JR20,主触点,辅助触点,1.3 继电器,1.3.3 时间继电器,定义：从得到输

22、人信号(线圈的通电或断电)开始，经过一定的延时后才输出信号(触点的闭合或断开)的继电器，称为时间继电器。,分类：电磁式、电动式、空气阻尼式和电子式，前两种基本淘汰,空气阻尼式时间继电器（JS7系列）,晶体管式时间继电（JS14）,数字式时间继电（JSS14）,1、通电延时: 接受输人信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化，当输入信号消失后，输出瞬时复原。,延时方式：通电延时、断电延时。（延时时间可以调节）,1.3 继电器,1.3.3 时间继电器,通电延时触点,线圈,瞬时触点,2、断电延时: 接受输人信号时，瞬时产生相应的输出信号;当输人信号消失后，延迟一定的时时间，输出信号才发生变化.,1.

23、3 继电器,1.3.3 时间继电器,断电延时触点,线圈,瞬时触点,断电延时,通电延时,通电延时和断电延时对比,1.3 继电器,1.3.4 其它继电器,速度继电器 温度继电器（温控开关，饮水机） 液位继电器 压力继电器 固态继电器（无触点）,速度继电器,温度继电器,固态继电器,液位继电器,压力继电器,1.4 开关电器,用途：用于配电系统和电力拖动系统，用做电源的隔离、电气设备的保护和控制,分类：手动、自动,1.4 开关电器,1.4.1 刀开关,用途：接通和切断长期工作设备的电源及不经常启动及制动、容量小的异步电动机。结构简单，价格低廉,刀开关(隔离开关),组成：操作手柄、触刀、触点座和底座。,1

24、.4 开关电器,1.4.2 低压断路器,定义：也称为自动空气开关，相当于刀闸开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器等的组合，是一种具有复合保护作用的开关.用于分配电能、不频繁地启动异步电动机以及对电源线路及电动机等的保护,低压断路器,可实现短路、过载、失压保护。,锁钩,主触点 手动闭合,衔铁释放,自动空气断路器原理图,连杆装置,释放弹簧,1.4.2 低压断路器,说明：有的产品带有过热脱扣器与分励脱扣器,1.4 开关电器,1.4.2 低压断路器,主要参数：额定电压、额定电流、通断能力、分断时间等 产品类型：各种结构、从小到大、从简单的到智能化 智能化断路器：有微处理器、可联网通信、漏电保护功能,漏

25、电保护器工作原理,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势产生，漏电保护器工作处于闭合状态。,1.4.2 低压断路器,1.5 熔断器,用途：基于电流热效应原理和发热元件热熔断原理设计，具有一定的瞬动特性的简单有效保护电器，用于电路的短路保护和严重过载保护,熔断器,1.5 熔断器,保护原理：熔体串联在被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体、分断电路，起到保护作用,0,t,I,IN,电流越大 时间越短,熔断器的反时限特性,与热继电器、电流继电器的区别？,熔断器和热继电器的区别

26、 相同点：都属于电流保护电器，都具有反时限特性。 不同点： 熔断器主要用于短路保护，热继电器用于过载保护； 熔断器利用的是热熔断原理，要求溶体有较高的熔断系数；热继电器利用的是热膨胀原理，要求双金属片有较高的膨胀系数； 热继电器保护有较大的延迟性，而短路保护要求熔断器的动作必须具有一定瞬时性。 熔断器和电流继电器的区别：瞬时型,1.5 熔断器,1.6 主令电器,定义：用于发送和转换控制命令的电器，用于控制电路。,分类：种类很多，介绍常用。,控制按钮 转换开关 行程开关 接近开关 光电开关,1.6 主令电器,1.6.1 控制按钮,定义：一种结构简单使用广泛的手动电器，在控制电路中用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器等,说明：型号、样式颜色多样，有的自带指示灯,1.6 主令电器,1.6.1 控制按钮,定义：一种结构简单使用广泛的