【完整版】电气控制与PLC编程基础

引言•学习内容：(包括两方面）1、电器控制部分。该部分主要掌握继电器控制电路的分析、设计，能够了解各类继电器的工作原理，利用继电器控制电机的启动、停止、往复运动，分析通用机床的继电器控制线路，能独立设计简单的机床控制线路。掌握一种液压电器控制软件。2、可编程序控制器部分（即PLC部分）。该部分主要掌握三菱FX系列的控制原理、基本指令、基本指令的编程方法、设计控制线路、掌握部分功能指令的使用方法；掌握一种三菱编程软件。电器与PLC控制•课程意义：电气控制技术在工业生产、科学研究以及其它各领域中应用十分广泛，继电器和PLC具体在自动生产线、机床、机电设备得到广泛使用。•学习方法：本门课程的主要目的是能够设计控制线路以满足不同设备的需要，因此学生在熟悉基本概念之后，要做适量的习题，并能独立完成基本实验和综合实验。我们有两套电脑软件，学生可以在课后对上课内容和练习进行验证。成绩评定：平时练习15%，实验15%，其末考试70%电器与PLC控制第一章常用低压电器第一节电器的功能、分类和工作原理一、电器的功能电器控制实际上是对开关量的控制，“开”和“关”是电器最基本、最典型的功能。其常用符号是二、电器的分类1、按工作电压等级分高压电器：用于交流电压1200V、直流电压1500V以上低压电器：用于交流50Hz、交流1200V、直流1500V以下电器与PLC控制2、按工作原理分：手动电器：如刀开关、按钮等自动电器：如接触器、继电器、电磁阀等3、按用途分：控制电器：接触器、继电器、电动机启动器等配电电器：用于电能输送和分配的电器，如高压断路器主令电器：如按钮、转换开关保护电器：如熔断器、热继电器等执行电器：用于完成某种动作或传送功能的电器，如电磁铁、电磁离合器电器与PLC控制三、电磁机构的结构形式（一）电磁机构1、电磁机构的结构形式电磁机构由线圈、铁心和衔铁组成。直流线圈通电，铁心不会发热，只有线圈发热。一般制作成无骨架、高而薄的瘦高型。交流线圈，除线圈发热外，由于铁心中有涡流和磁滞损耗，铁心也会发热。做成有骨架的矮胖型。电器与PLC控制2、电磁机构的工作原理电磁铁工作时，电磁产生的磁通作用于衔铁，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移，衔铁复位时弹簧将衔铁拉回原位。因此衔铁上的力有两个：电磁吸力和反力。注意点：a、要求可靠性高或操作频繁的场合，一般不采用交流电磁机构而采用直流电磁机构。b、弹簧的反力和电磁的吸力配合要良好，否则会使触头和衔铁发生弹跳，导致触头熔焊或烧毁。电器与PLC控制3、交流电磁机构上短路环的作用交流电由于交变的缘故有时磁通为零，会使衔铁弹跳，产生剧烈震动，因此要加短路环。如图所示：通过短路环形成的涡流产生的磁通，产生两个不同相位磁通，形成的力与电磁本身形成的力共同作用，衔铁就不会产生震动。因为他们的位相是相互错开的。电器与PLC控制（二）触头系统三种形式，如图（三）灭弧工作原理触点在通电状态下动、静触头脱离接触时，使触头表面的自由电子大量溢出而产生电弧。灭弧方法：迅速增大电弧长度、冷却。灭弧装置：电动力灭弧、磁吹灭弧、栅片灭弧。电器与PLC控制电器与PLC控制第二节电器控制中常用电器一、低压隔离器所谓隔离器实际上就是开关。品种有低电压开关、熔断器式刀开关和组合开关三种。1、刀开关是较为简单经济的开关，其额定电压大于所控制的线路，额定电流大于负载的额定电流。2、组合开关是转动式的，操作轻巧，有多个极位。电器与PLC控制二、熔断器熔断器实际上就是我们常说的保险丝。目前保护电动机常用的熔断器由熔体和安装熔体的熔断管组成。额定电流、额定电压都要大于线路中使用的电压。具体对一台异步电动机而言：I=（1.5~2.5）INmax对多台异步电动机时，若各台电动机不同时启动，则：I=（1.5~2.5）INmax+IN之和符号表示：FU电器与PLC控制三、控制继电器继电器是根据输入信号的变化，使其自身的执行机构动作的自动控制电器。按输入信号的种类可分为：电压继电器、电流继电器、速度继电器、压力继电器、温度继电器等。一般情况接触器与继电器是相同的。但又有区别：（1）继电器用于控制小电流电路及控制电路。接触器用于控制电动机等大功率、大电流电路及主电路。（2）继电器输入信号可以是各种物理量，如电压、电流、时间、压力、速度等，而接触器的输入量只有电压。电器与PLC控制（一）电磁式继电器其原理与电磁线圈吸合的原理相同。1、电流继电器反映的是电流信号。有欠电流继电器和过电流继电器，主要起保护电路的作用。2、电压继电器反映的是电压信号，也有欠电压继电器和过电压继电器。作用与电流继电器相同。3、中间继电器中间继电器实质就是电压继电器，只是触头数量多，一般8对，容量大，起到中间放大的作用。电器与PLC控制（二）时间继电器在自动控制系统中，需要有瞬时动作的继电器，也需要延时动作的继电器。有直流电磁式、空气阻尼式、晶体管式、电动机式。如图为空气阻尼式时间继电器工作原理图。电器与PLC控制从使用上有通电延时型和断电延时型，如图所示：电器与PLC控制（三）热继电器电动机在运转的过程中过载经常发生，短时过载对电动机的影响不大，但长时间的过载会使电动机绕组升温，对电动机产生损坏。热继电器主要由双金属片升温产生变形，带动触点动作，使电动机停止运转。（四）速度继电器速度继电器是根据感应原理制成。当电动机运转时触点闭合，电动机速度下降到一定值时，速度继电器切断电路。如图：电器与PLC控制第三节主令电器主令电器是用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器。一、按钮在低压控制电路中用于手动发出控制信号。按用途和结构的不同，分为启动按钮、停止按钮和复位按钮等。电器与PLC控制二、行程开关行程开关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。电器与PLC控制第四节动力线路中常用电器一、低压断路器低压断路器又称自动空气开关，是过流、欠压、热继电器等的组合电器与PLC控制二、接触器接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。分为交流接触器和直流接触器。电器与PLC控制电器与PLC控制常用低压电器熔断器行程开关开关电器继电器接触器快速式螺旋塞式管式微动式滚动式直动式刀开关低压断路器压力继电器速度继电器温度继电器时间继电器热继电器电磁式继电器直流接触器交流接触器智能式开启式装置式电子式空气阻尼式电流继电器中间继电器电压继电器第二章电气控制线路的基本控制规律中国生产的电能60%用于电动机，其中70%以上又用于一般用途的交流异步和同步电动机。继电器控制线路优点：电路图直观易懂，价格便宜，抗干扰能力强。可以实现简单和复杂的、集中和远距离生产过程的自动控制。继电器控制线路缺点：通用性和灵活性较差，不能实现系列化生产。由于采用有触点的开关电器，触点易发生故障，维修量较大。电器与PLC控制第一节绘制电气控制线路的若干原则一、电气控制线路图和常用符号电气控制线路的表示方法有两种：安装图和原理图。（一）常用电气图形符号和文字符号见表2-1和表2-2（二）电气原理图电器原理图一般分为主电路和辅助电路两个部分。主电路：电气控制线路中强电通过的部分。如组合开关、接触器的主触点、热继电器的热元件、熔断器等。绘制电路图的原则：电器与PLC控制•辅助电路：电路中通过的电流较小，包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路。•（1）所有电机、电器等元件都应采用国家统一规定的符号。•（2）主电路用粗实线绘制在图的左方或左侧，辅助电路用细实线在图的右侧或下方。•（3）无论是主电路还是辅助电路或元件，均应按功能布置。•（4）同一电路不同部分也应按符号统一起来•（5）所有电器的可动部分均以自然状态画出。•（6）原理图上尽量减少交叉线。电器与PLC控制电器与PLC控制机床系统自锁控制电路图电器与PLC控制（三）电气安装图用来表示电气控制系统中各电气元件的实际安装和接线情况二、阅读和分析电气控制线路图的方法查线读图法：（1）了解生产工艺与执行电器的关系（2）分析主电路图（3）分析控制线路电器与PLC控制第二节电气控制的基本控制环节一、启动电动机和自锁环节如图所示：1、启动电动机2、停止电动机3、线路保护环节（1）短路保护（2）过载保护（3）欠压保护（书见图2-4）电器与PLC控制二、互锁控制和顺序控制（1）互锁控制互锁控制是指生产机械或自动生产线不同的运动部件之间互相联系又互相制约。电器与PLC控制•复合联锁正、反转控制。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动断触点。电器与PLC控制（2）顺序控制顺序控制一般是当甲动作以后乙才能动作。如图2-5和模拟图电器与PLC控制三、多地点控制线路有些生产设备为了操作方便，常需要在两个以上的地点进行启动或停止控制。见图2-6四、步进控制线路在一些简易的顺序控制装置中，加工顺序按照一定的程序依次转换，依靠步进线路完成。见图2-7和模拟图电器与PLC控制第三节三相交流电动机的启动控制一、电动机全启动控制1、单向长动控制线路最简单、最常用的控制线路，实现对电动机的启动、停止的自动控制。如图2-42、单向点动控制线路生产机械在正常工作时需要长动控制，但在试车或进行调整工作时，就需要点动控制。电器与PLC控制二、三相交流笼式异步电动机降压启动异步电动机全压启动电流一般可达额定电流的4~7倍，过大的启动电流会降低电动机寿命，使变压器的电压大幅度下降。一般电动机容量在10kw以下可以直接启动，10kw以上的异步电动机大部分要降压启动。电器与PLC控制1、自耦变压器降压启动控制线路又称为启动补偿器。电动机启动时，定子绕组得到的电压是自耦电压的二次电压，一旦启动完毕，自耦变压器便被切除，电动机进入全电压运行状态。在自藕变压器启动过程中，启动电流与启动转矩的比值按变比平方倍降低。这种方法常用于容量较大、正常运行为Y型连接法的电动机。电器与PLC控制2、Y-Δ降压启动控制线路Y-Δ降压启动是在启动时将电动机定子绕组接成Y形，每相绕组承受的电压为电源的相电压（220V），启动结束后换成Δ，电源电压为380V。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机，均采用这种线路。电器与PLC控制3、降压启动的其他方法（1）延边三角形降压启动方法。仅适用于定子绕组特别设计的异步电动机。（2）定子串电阻降压启动方法。定子线路中串接电阻，使电动机绕组电压降低，启动结束后再将电阻短接。这种方法会消耗大量的电能且装置成本较高。电器与PLC控制第四节三相异步电动机制动控制三相异步电动机从切断电源到安全停止转动，由于惯性的关系总要经过一段时间。为了提高效率、准确停车，必须采取制动控制。制动方法分为两类：机械制动和电气制动一、电磁抱闸制动和电磁离合器制动1、电磁抱闸制动靠电磁制动闸紧紧抱住与电动机同轴的制动轮来制动的。电器与PLC控制2、电磁离合器制动采用电磁离合器来实现制动的，电磁离合器体积小，传递力矩大，制动平稳且迅速。二、反接制动控制线路1、线路设计思想通过改变电动机电源电压相序使电动机制动。产生相反的力矩。一般10kw以上电动机的定子电路中串接电阻，以限制制动转矩和制动电流。见图2-182、典型线路介绍反接制动主要采用速度继电器用来检测电动机的转速变化，转速下降到零时（100r/min），由速度继电器自动切断电源。电器与PLC控制（1）单向反接制动控制线路电器与PLC控制（2）可逆反接制动控制线路电动机的正向和反向制动分别有速度继电器的两对常开触点KS-Z、KS-F来控制。反接制动优点是制动效果好，缺点是能量损耗大。电器与PLC控制三、能耗制动控制线路电动机脱离三相交流电后，立即将直流电源接入定子的两绕组，绕组中通过直流电流。在静止磁场和感生电流的作用下，产生一个阻碍转子转动的制动力矩。电器与PLC控制第五节电动机的可逆运行电动机的可逆运行就是正反转控制。三相异步电动机只需将接于电动机定子的三相电源线中的任意两相对调即可。一、电动机可逆运行的手动控制1、“正-停-反”手动控制2、“正-反