《电气控制与PLC》教案

1《电气控制与PLC》教案燕山大学电气工程学院电气工程及其自动化系漆汉宏博士、教授2007.06.162第一章常用低压电器【课时安排】1.1概述10分钟1.2接触器20分钟1.3继电器20分钟1.4熔断器10分钟1.5低压隔离器10分钟1.6低压断路器10分钟1.7主令电器20分钟总计2学时【掌握内容】1.电器：概念；分类2.接触器：结构和工作原理；分类及特点；主要技术参数。3.继电器：概念；电压、电流继电器；中间继电器及固态继电器；时间继电器；热继电器；速度继电器。4.熔断器：原理及特性；主要技术参数；选择原则。5.低压隔离器：原理及分类；技术参数。6.低压断路器：原理及分类；技术参数。7.主令电器：按钮；行程开关、接近开关和光电开关；凸轮控制器与主令控制器；万能转换开关。【教学目标】1.掌握电器相关的基本概念。2.掌握几种常用低压电器【教学手段】课堂讲授，辅以多媒体电子课件【教学过程】第一节概述一电器1定义：电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用，在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。2学习掌握电器的原因：继电器、接触器等工业电器为基础的电气控制技术具有相当重要的地位；掌握继电接触器控制技术也是学习和掌握PLC应用技术所必需的基础。二分类按工作电压：高压、低压。按动作原理：手动、自动。安用途：控制、配电、主令、保护、执行。第二节接触器一结构和工作原理1结构：一般由电磁机构、触点、灭弧装置、释放弹簧机构、支架与底座等几部分组成。2工作原理：根据电磁原理工作：当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下降放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。3二分类及特点1交流接触器：交流接触器线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。2直流接触器：直流接触器线圈通以直流电流，主触点接通、切断直流主电路。三主要技术参数：线圈电压、主触点额定电流、主触点额定电压、辅助触点额定电流、辅助触点对数、接触器极数以及接触器的机械寿命和电寿命等。四选择原则：1接触器的使用类别应与负载性质相一致，控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直流接触器。2主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。3主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。4接触器主触点的额完工作电流是在规定条件下（额定工作电压、使用类别、操作频率等）能够正常工作的电流值，当实际使用条件不同时，这个电流值也将随之改变。5吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85％及以上时应能可靠地吸合。6主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要。第三节继电器一继电器特性及其分类1原理：主要用于控制与保护电路中作信号转换用。具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件），当感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制回路。2分类：常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及温度、压力、计数、频率继电器等等。3特性：继电特性曲线。4参数：返回系数、吸合时间、释放时间。二电压、电流继电器过电流继电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器。三中间继电器与固态继电器1中间继电器：当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中间继电器作为执行元件，这时中间继电器被当作一级放大器用；当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条控制电路。2固态继电器：由固体半导体元件组成的无触点开关器件；4端有源器件；四时间继电器1原理：感应元件接受外界信号后，经过设定的延时时间才使执行部分动作的继电器。2按延时方式分类：通电延时型、断电延时型和带瞬动触点的通电（或断电）延时型继电器。3按工作原理分类：空气阻尼式、电动式和电子式等。4触点类型：常开延时闭合触点、常闭延时断开触点、常开延时断开触点和常闭延时闭合触点4类。五热继电器1定义：专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过热而烧毁的保护电器。2组成：双金属片、加热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置及手动复位装置等组成。3原理4参数：热继电器额定电流、相数、热元件额定电流、整定电流及调节范围等。4六速度继电器1作用：用于转速的检测，常用在三相交流异步电动机反接制动转速过零时，自动切除反相序电源。2组成：转子、圆环（笼型空心绕组）和触点三部分组成。3原理第四节熔断器一作用：供电电路和电气设备的短路保护。二组成：由熔体和安装熔体的外壳两部分组成。三原理：通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产生的热量使熔体某处熔化而切断电路，从而保护了电路和设备。四特性：保护特性曲线五选择第五节低压隔离器一作用：在电源切除后，将电路与电源明显地隔开，以保障检修人员的安全。二类型：低压刀开关、熔断器式刀开关和组合开关三种。三刀开关四熔断器式刀开关五组合开关第六节低压断路器一作用：用来分配电能，不频繁地起动异步电动机，对电源电路及电动机等实行保护。功能相当于熔断器式断路器与过电流、欠电压、热继电器等的组合。二组成：主要由触点和灭弧装置、各种可供选择的脱扣器与操作机构、自由脱扣机构三部分组成。三参数：额定工作电压、壳架额定电流等级、极数、脱扣器类型及额定电流、短路分断能力等。第七节主令电器一概述1定义：用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器。2类型：按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器、脚踏开关等。二按钮1结构组成：常闭触点、常开触点、桥式触点、弹簧、按钮帽。2颜色规定3结构型式三行程开关1作用：用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程长短。2分类：按外壳防护形式：开启式、防护式及防尘式；按动作速度：瞬动和慢动（蠕动）；按复位方式：自动复位和非自动复位；按接线方式：螺钉式、焊接式及插入式；5按操作形式：直杆式（柱塞式）、直杆滚轮式（滚轮柱塞式）、转臂式、方向式、叉式、铰链杠杆式等；按用途：一般用途行程开关、起重设备用行程开关及微动开关等。四接近开关1原理：非接触式的检测装置，当运动着的物体接近它到一定距离时，它就能发出信号，从而进行相应的操作。2分类：高频振荡型、霍尔效应型、电容型、超声波型等。3参数：动作距离、重复精度、操作频率及复位行程等。五光电开关1原理：通过光的发射和接收实现非接触式位置检测装置。2分类：对射式和反射式。六凸轮控制器1作用：用于起重设备和其他电力拖动装置，以控制电动机的起动、正反转、调速和制动。2结构组成：主要由手柄、定位机构、转轴、凸轮和触点组成。3原理：转动手柄时，转轴带动凸轮一起转动，转到某一位置时，凸轮顶动滚子，克服弹簧压力使动触点顺时针方向转动，脱离静触点而分断电路。在转轴上叠装不同形状的凸轮，可以使若干个触点组按规定的顺序接通或分断。七主令控制器1作用：由主令控制器的触点来控制接触器，再由接触器来控制电动机。2结构组成：与凸轮控制器相似，与控制屏相配合。八万能转换开关1作用及原理：由多组相同结构的触点组件叠装而成的多回路控制电器，借助于不同形状的凸轮使其触点按一定的次序接通和分断，它能转换多种和多数量的电气控制电路。2转换开关定位特征3转换开关接线图第二章电气图及电气控制基本控制电路【课时安排】2.1电气图的基本知识25分钟2.2电气图纸规范25分钟2.3三相异步电动机基本控制电路2学时2.4双速电动机高低速控制电路25分钟2.5液压系统的电气控制25分钟2.6控制电路的其他基本环节1学时总计5学时【掌握内容】1.电器图形符号与文字符号，电气图的基本知识2.三相异步电动机起动、停止控制电路；正、反转控制电路；制动控制电路；点动、联锁、多点控制等基本控制电路环节3.多速电动机控制电路【了解内容】1.电气图纸相关规范2.液压系统电气控制技术【教学目标】61.掌握电气控制电路图的相关知识2.掌握三相异步电动机的基本控制电路环节【教学手段】课堂讲授，辅以多媒体电子课件【教学过程】第一节电气图的基本知识一概述1电气图：用电气图形符号绘制的图。是电工领域中最主要的提供信息方式，它提供的信息内容可以是功能、位置、设备制造及接线等。2电气图的类型：系统图与框图、电路图、接线图与接线表、功能表图、逻辑图、位置图等。根据其所表达信息的类型和表达方式而确定。3电气控制系统图：根据国家电气制图标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画法绘制，表达设备电气控制系统的组成结构，工作原理及安装、调试、维修等技术要求的工程图。4电气控制系统图种类：电路图（电气原理图）、电气接线图、电器元件布置图。二电气图形符号与文字符号1电气图形符号：由符号要素、限定符号、一般符号以及常用的非电操作控制的动作符号（如机械控制符号等），根据不同的具体器件情况组合而成。2电气文字符号：分为基本文字符号和辅助文字符号。基本文字符号有单字母符号和双字母符号。单字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类；双字母符号由一个表示大类的单字母与另一表示器件某些特性的字母组成。辅助文字符号用来进一步表示电气设备、装置和元器件的功能、状态和特征。3常用电气图形符号与文字符号示例。三电气原理图1形式与作用：根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式绘制的。不按电器元件实际布置绘制，而是根据电器元件在电路中所起的作用画在不同的部位上，用于分析研究系统的组成和工作原理，并为寻找电气故障提供帮助，同时也是编制电气接线图的依据。2组成：主电路：设备的驱动电路，包括从电源到用电设备的电路，是强电流通过的部分。控制电路：由按钮、接触器和继电器的线圈、各种电器的常开、常闭触点等组合构成的控制逻辑电路，实现所需要的控制功能，是弱电流通过的部分。辅助信号指示电路。保护电路。3绘制方法水平布置时，电源线垂直画，其他电路水平画，控制电路中的耗能元件（如接触器的线圈）画在电路的最右端。垂直布置时，电源线水平画，其他电路垂直画，控制电路的耗能元件画在电路的最下端。主电路采用粗实线。控制电路和其他辅助的信号指示及保护电路采用细实线。所有电器元件不画出实际的外形图，采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。同一电器的各个部件可根据需要画在不同的地方，但必须用相同的文字符号标注。多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号加以区分。4常用器件状态表示继电器和接触器的线圈在非激励状态。断路器和隔离开关在断开位置。7零位操作的手动控制开关在零位状态，不带零位的手动控制开关在图中规定的位置。机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态。保护类元器件处在设备正常工作状态，特别情况在图样上加以说明。5标注：元器件的数据和型号，一般用小号字体标注在电器元件符号的附近，需要标注的元器件的数量比较多时，可以采用设备表的形式统一给出。四电器元件布置图1作用：用来表明电气设备上所有电器和用电设备的实际位置，是电气控制设备制造、装配、调试和维护必不可少的技术文件。2内容：控制柜与操作台（箱）内部布置图以及控制柜与操作台（箱）面板布置图。3绘制方法：控制柜与操作台（箱）等设备的外形轮廓用细实线绘出。可见的和需要表达清楚的电器元件及设备，用粗实线绘出其简单的外形轮廓，并标明其实际的安装位置。电器元件及设备代号必须与有关电路图和设备清单上所用的代号相一致。五电气接线图1作用：表示电气设备或装置连接关系的简图，主要用于电气设备安装接线、线路检查、线路维修和故障处理。2内容：电气设备和电器元件的相对位置、项目代号、端子号、导线号、导线类型、导线截面积、屏蔽和导线绞合等情况。第二节电气图纸规范一图幅尺寸二图框线三图幅分区四标题栏五图线六字体七尺寸标注及比例八注释、详图及技术数据表示第三节三相异步电动机基本控制电路一、起动、停止控制电路笼型三相异步电动机的起动、停止控制电路是应用最广泛的、也是最基本的控制电路，主要有直接起动和降压起动两种方式。1．直接起动控制电路一些控制