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1、电气控制与PLC基础,控制工程系 于金鹏,2,电气控制与PLC基础,电气控制技术PLC基础（ROCKWELL AB）,电 气 控 制 技 术,4,目录,绪 论第一章 继电接触逻辑控制基础1-1 电器的基本知识1-2 开关电器1-3 熔断器1-4 主令电器1-5 接触器1-6 继电器第一章 作业,绪论,5,绪 论,一、本课程的内容 以电动机或其它执行电器（如电磁阀）为控制对象，介绍电气控制的基本原理，典型电路及设计方法。电气控制包括：断续控制（开关量）本课程介绍连续控制（模拟量）其它课程介绍电气控制技术应用范围广泛是基础性技术，在生产、流通、消费乃至科研、军事等领域都有应用。,绪论,6,控制方式
2、举例：电冰箱的自动恒温控制,1、断续控制右上图为控制电路右下图为电冰箱温度变化曲线和压缩机电动机的运行情况系统特点：结构简单，成本低频繁开停机，能耗大,绪论,7,2、连续控制右上图为控制电路，右下图为电冰箱温度变化曲线和压缩机电动机的运行情况。系统特点：结构复杂，成本高运行平稳，能耗低,绪论,8,二、本课程的组成,第一部分 继电器控制技术 属于传统电气控制技术，目前在简单控制系统大量使用第二部分 可编程序控制器原理及应用 属于现代电气控制技术，发展迅速，目前在复杂控制系统广泛使用,绪论,9,三、本课程的教材及选讲内容,工厂电气控制技术（第三版），机械工业出版社，方承远主编。第一章 继电接触逻辑
3、控制基础第九章 电气控制装置设计基础第二章 PLC的组成和工作原理第三章 PLC的编程语言和指令系统Rockwell AB PLC的应用实例注：“可编程序控制器原理及应用”部分主要讲解 Rockwell的PLC,绪论,10,四、学习本课程的意义,1、面向企业电气工程师基本技能培养本课程的前几章内容是电工培训、电工技能大赛的基本内容，作为未来的电气工程师必须掌握。自动化专业=工业自动化学习目标：优秀2、面向未来针对未来不确定性的知识储备加强基础、拓宽知识面是现代高等教育的一大趋势现代学科发展的趋势是既高度分化又高度融合成为某一个行业的“专家”容易，成为“大家”很难只有在多个相关领域内成为专家，才
4、有可能成为“大家”学习目标：合格,绪论,11,五、电气控制技术发展概况,第一阶段：从集中传动到分散传动机械传动从复杂到简单电气传动及控制从简单到复杂。集中传动开始于瓦特的蒸汽机时代一个车间使用一台蒸汽机提供动力通过天轴、齿轮和皮带系统将动力分配到各个纺织机械,绪论,12,蒸汽机天轴纺纱机,绪论,13,蒸汽机天轴织布机,绪论,14,15,第二阶段：从继电器控制到PC控制PC(Programmable Controller)是一种以开关量为主要控制对象的工业控制计算机。由继电器构成复杂控制系统的可靠性降低。第三阶段：从单台设备的PC控制到整个生产线的PC控制高速线材生产线：三菱A型，3机双环网连续
5、铸造生产线：西门子S5-135，分布式结构,绪论,16,第一章 继电接触逻辑控制基础,1-1电器的基本知识一、电器的定义 凡是自动或手动接通和断开电路，以及能实现对电路或非电对象切换、控制、保护、检测、变换和调节目的的元件统称为电器。,17,二、电器的分类,（一）按电压等级分1、低压电器(交流1200V，直流1500V)2、高压电器（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（控制电路和系统）接触器、继电器、刀开关和按钮2、主令电器（发送控制指令）控制按钮、主令开关、行程开关3、执行电器（完成动作或传动）电磁铁、电磁阀和电磁离合器 4、保护电器（保护电路和电气设备）熔断
6、器、断路器和避雷针（四）按工作原理分1、电磁式电器 电磁原理 交直流接触器 电磁阀2、非电量控制电器 外力或非电物理量 按钮 刀开关 温度继电器,18,三、电磁式电器,是电气控制线路中应用最多的电器，由电磁机构和触头系统组成（一）电磁机构是电磁式电器的感测机构，其作用是将电磁能转化成机械能，带动触头动作，从而完成接通或分断电路。,电磁机构的组成：吸引线圈，铁心，衔铁,19,（二）电磁式电器的吸引特性与反力特性,1、吸力特性 是指电磁吸力Fat随衔铁与铁心间气隙变化的关系曲线。2、反力特性 是指反作用力Fr随衔铁与铁心间气隙变化的关系曲线。,20,3、返回系数是指释放电压（或电流）与吸合电压（或
7、电流）的比值。V=Ure/Uat 或 I=Ire/Iat 0 1 值反映电器的灵敏度，值越接近于1，则电器的灵敏度越高,21,（三）电器的触头系统和电弧触头系统是电器的执行部分，起接通和分断电路的作用。要求触头具有良好的导电、导热性能，其结构还要考虑到适当的灭弧能力（表面多采用铜，但是容易氧化，增大接触电阻损耗增大，温度上升；小容量电器和继电器多采用银质材料，大容量采用滚动接触结构，多用铜）,22,触头结构 桥式触头和指形触头电弧和灭弧 在大气中断开电路时被断电路电流过大，触头间电压超过某一数值（1220v），产生的电离放电现象 电动力灭弧、磁吹灭弧和窄缝灭弧,23,1-2 开关电器,一、刀开
8、关作用：1、电路隔离2、不频繁工作的小容量电源开关文字符号：QS图形符号：右图操作：手动推进,24,二、转换开关又称为组合开关,作用：1、小容量电源开关。2、非频繁操作的电动机起、停开关。文字符号：QS图形符号：右图操作：手动旋转,25,转换开关的结构转换开关又称组合开关，它的动、静触头分别叠装于数层绝缘壳内，当转动手柄时，每层的动触头随方形转轴一起转动，使动、静触头接通。,26,三、空气断路器又称为自动开关,作用：1、大容量电源开关2、电路故障自动保护文字符号：QF图形符号：右图操作：自动、手动分、合闸，保护自动分闸。保护功能：过载、短路、失压时自动脱扣。注：一般断路器符号为右图,QF,27
9、,自动开关的结构和工作原理,自动开关主要由三个基本部分组成，即触头和灭弧系统；各种脱扣器，包括电流脱扣器、失压脱扣器、热脱扣器和分励脱扣器；操作机构和自由脱扣机构。右图是自动开关工作原理图。触头闭合后脱扣器将触头锁在合闸位置，发生故障时脱扣，自动跳闸。,28,四、漏电保护断路器,是一种安全保护电器在线路或设备出现对地漏电或人身触电时，迅速自动断开电路，能有效保护人身和线路安全。工作原理检测“零序电流”正常运行为零，IL=IN，则I0=0发生漏电时，ILIN，所测量到的电流就是漏电电流I00。当I0大于整定值时，断路器自动分闸。“零序电流”测量，来源于三相电路的对称分量法。I0=1/3（Ia+I
10、b+Ic）,L N,I0,M,29,1-3 熔断器,作用：是一种保护电器，主要用于短路保护，串接在电路中文字符号：FU图形符号：右图结构：熔体、外壳组成工作原理：熔体发热熔断，I2Rt，保护特性：反时限特性，同热继电器保护范围：主要用于短路保护。原因：熔断器的制造精度有限，在小电流段，误差很大，但是在大电流段，精度较高，且速度较快。,30,1-4 主令电器,主令电器是自动控制系统中用于发送控制指令的电器。主令电器应用广泛，种类繁多，按其作用可分为：控制按纽、行程开关、接近开关、手动开关、万能转换开关、主令控制器等。本节仅介绍几种常用的主令电器。,31,一、控制按纽,作用：用于手动发出控制信号。
11、脉冲信号。文字符号：SB 图形符号：下图,32,控制按纽的结构：由按纽帽、复位弹簧、桥式触头和外壳组成，通常做成复合式，即具有常开触头和常闭触头。（红色停住，绿色启动）注意复位弹簧的作用：使按纽发出脉冲信号,33,二、位置开关包括行程开关和接近开关,行程开关又称为限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器。,用于控制生产机械的运动方向、行程大小或位置保护。文字符号：SQ图形符号：右图注意：带复位弹簧，一般应视为脉冲信号。,34,行程开关的结构 由操作机构、触头系统和外壳组成。外形图见右图,35,接近开关,又称无触点开关 能代替行程开关，还能用于计数、测速、检测零件尺
12、寸等,36,三、手动开关,作用：用于手动发出控制信号。电平信号。文字符号：SA 图形符号：右图结构：两挡式、单回路结构，无复位弹簧。,37,四、万能转换开关,作用：用于手动发出控制信号。电平信号。文字符号：SA 图形符号：右图结构：多挡式、多回路结构，无复位弹簧。特点：用途广泛。,万能转换开关的图形符号,38,万能转换开关结构示意图,39,主令控制器和凸轮控制器,主令控制器用来频繁的按照预定顺序切换多个控制电路，对起重机、轧钢机控制。图见课本1-28凸轮控制器是一种大型手动控制器，控制异步电机在起重设备中的应用。,40,1-5 接触器,接触器是一种用来频繁地接通或断开交直流主电路的自动切换电器
13、。是一种执行元件。文字符号：KM图形符号：右图注意：线圈与触头分开画展开图。,a）b）c）,接触器的图形符号a）线圈 b）常开触头c）常闭触头,41,接触器工作原理,线圈通电衔铁吸合触头动作（常开闭和、常闭断开）线圈断电衔铁释放触头复位（常开断开、常闭闭和）接触器分类：（依照通过主触头电流的种类）交流接触器、直流接触器接触器使用时注意的问题额定值与实际值相符合。触头数量与种类与实际要求相符合。,42,结构简介：以交流接触器为例,1、电磁机构：线圈、铁心及衔铁。2、触头系统：主触头（三对常开，用于通断主电路）辅助触头（常开、常闭各两对，用于联锁、控制）3、灭弧装置：IN 10A，需要加装灭弧装置
14、。4、其它部件：反力弹簧、缓冲弹簧等,43,接触器的结构示意图,44,1-6 继电器,定义：继电器是一种根据某种输入信号的变化而接通或断开控制电路，实现自动控制和保护功能的自动电器。是一种测量元件分类：按输入信号分电量继电器I、U非电量继电器、t、v、p,45,一、电磁式继电器,工作原理与结构：与接触器相同与接触器的区别：触头容量相差很大继电器用于控制及保护电路，触头容量较小。接触器用于主电路，触头容量较大。灵敏度相差较大继电器作为检测元件，要求能够准确反映输入信号的变化情况，因此，灵敏度要高，0.8。接触器作为执行元件，要求工作状态稳定，因此，灵敏度要低=0.5。,46,1、电流继电器,作用
15、：检测输入电流信号的变化。接线：继电器线圈串接于被测电路中；继电器触头接于控制电路中文字符号：KI图形符号：右图分类：过电流继电器、欠电流继电器,KI,KI,47,过电流继电器的工作原理,IIop=Iat，继电器吸合，常开触头闭合，发出控制指令（常闭触头断开，不用）I Ire Iop=Iat，继电器释放，常开触头断开，常闭触头闭合。I被测电流Iop 继电器动作电流取Iop=Iat为动作电流，以常开触头发出控制指令,48,欠电流继电器的工作原理,IIop=Ire，继电器释放，常闭触头闭合，发出控制指令（常开触头断开，不用）I Iat Iop=Ire，继电器吸合，常闭触头断开，常开触头闭合。取Io
16、p=Ire为动作电流，用常闭触头发出控制指令,49,2、电压继电器,作用：检测输入电压信号的变化。接线：继电器线圈并接于被测电路中；继电器 触头接于控制电路中文字符号：KV图形符号：右图分类：过电压继电器、欠电压继电器工作原理：同电流继电器,50,3、中间继电器（实质为电压继电器）,作用：用于控制电路中触头容量与数量的扩展。文字符号：KA图形符号：右图工作原理：同接触器,51,二、时间继电器,作用：提供控制延时，以延时接通或延时断开电路结构：电磁式、电子式、空气阻尼式和电动式等文字符号：KT图形符号：右图,52,工作原理：,线圈通电后，瞬动触头立即动作（常开合、常闭断）同时开始计时，延时时间到
17、，则延时触头动作（常开闭合，常闭断开）。线圈断电后，所有触头立即返回。即上电延时动作；断电瞬时返回。,53,三、热继电器,作用：用于电动机过 载保护结构：双重金属片工作原理：金属片受热变形，I2Rt，反时限特性。特点：测量精度高，但是热惯性大。只能用于过载保护不能用于短路保护。,54,热继电器文字符号：FR图形符号：右上图接线：热元件串接于主电路中，触头串接与控制电路中热继电器的动作特性：右下图,55,第一章 作业,1、中间继电器和接触器有何异同?2、通电延时时间继电器触头有哪几种?画出它们的图形符号?3、电动机的起动电流很大，当电动机起动时，热继电器会不会动作?为什么？4、既然在电动机的主电
18、路中装有熔断器，为什么还要装热继电器?装有热继电器是否就可以不装熔断器?为什么?5、是否可用过电流继电器来作电动机的过载保护?为什么?,56,1、中间继电器和接触器有何异同?,中间继电器用于控制电路中触头容量与数量的扩展。控制电器。接触器是一种用来频繁地接通或断开交直流主电路的自动切换电器。执行电器。工作原理两者相同主要区别：触头容量相差很大继电器用于控制及保护电路，触头容量较小。接触器用于主电路，触头容量较大。灵敏度相差较大继电器灵敏度要高，0.8。接触器作为执行元件，要求工作状态稳定，灵敏度低=0.5。,57,2、通电延时时间继电器触头有哪几种?画出它们的图形符号?,通电延时线圈,延时闭合
19、常开触头,延时断开常闭触头,瞬动常开、常闭触头,面对众多的信息如何从中选取自己所需要的？,58,3、电动机的起动电流很大，当电动机起动时，热继电器会不会动作?为什么？,电动机正常起动时，电流很大，但是起动时间很短。热继电器可以用于电动机的过载保护，但是其具有较大的热惯性。对于持续时间很短的大电流，热继电器将不能作出反映。结论：电动机正常起动时，热继电器将不会动作。推论：电动机异常起动时（起动持续时间过长），热继电器将动作。,59,4、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?装有热继电器是否就可以不装熔断器?为什么?,热继电器FR结构：发热元件，双重金属片工作原理：金属片受热变形
20、，I2Rt，反时限特性。作用：用于电动机过载保护，保护电动机。特点：测量精度高，但是热惯性大。因此，只能用于过载保护不能用于短路保护。熔断器FU结构：熔体、外壳组成工作原理：熔体发热熔断，I2Rt，反时限特性。作用：主要用于短路保护。保护电源。特点：熔断器的制造精度有限，在小电流段，误差很大，但是在大电流段，精度较高，且速度较快。因此过载保护性能较差，短路保护性能较好。,60,5、是否可用过电流继电器来作电动机的过载保护?为什么?,直接使用，不行。原因：考虑到电动机的正常起动过程，起动电流较大，而此时，过载保护不应该动作（因为正常起动时间较短），则过电流继电器的动作电流动作值必然要整定比较大，这就无法对电动机的过载进行保护（过载电流可能小于起动电流，但是持续时间很长）。过电流继电器+时间继电器，是否可行？,
