电器及PLC控制技术

电器及PLC控制技术主讲：陈爱允主编高勤高等教育出版社什么是电器？工厂电器低压电器低压电器的发展方向一、低压电器智能化发展方向。二、产品电子化方向发展。三、产品组合化、模块化方向发展。PLC是什么？PLC是可编程控制器，是以微型计算机技术为核心的通用工业控制装置。英文全称ProgrammableController,简称PLC.课程介绍本课程是一门实用性很强的专业课，主要内容是以电动机或其它执行电器为控制对象，介绍继电器接触器控制系统和PLC控制系统的工作原理、应用技术，典型机械的电气控制线路以及电气控制系统的设计方法。要求本课程要求同学们：1．熟悉常用控制电器的结构原理、用途，了解其型号规格并能够正确使用。2．熟练掌握继电接触器控制线路的基本环节，能够独立分析电气控制线路的工作原理。3．熟悉典型设备电气控制系统，具有从事电气设备安装调试、维修管理等知识。4．掌握PLC的基本原理及编程方法，能够根据工艺过程和控制要求进行系统设计和编制应用程序。5．具有设计和改进一般机械设备电气控制线路的基本能力。学习和评价1、学习方法：预习、笔记、复习和作业课前做到：有预习（带着问题来听课）；课堂做到：认真听、勤记录、多思考；课后做到：及时复习，独立完成作业其他要求：同学间多讨论，师生间多提问。把握理论深度够用原则！2、平时成绩30%、期中考试成绩30%、期末考试成绩40%平时成绩包括：考勤、上课状态、回答问题、实验和作业第一章常用低压电器低压电器基本知识1.11.2接触器和继电器1.3开启式负荷开关与低压断路器1.4主令电器概述电器对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用，是所有电工器械的简称。电器定义：一种能控制电路的设备。低压电器：工作在交流电压小于1000V、直流电压小于1500V的电路中起通、断、保护、控制或调节作用的电器设备。高压电器：交流1200V以上、直流1500V以上。第一节低压电器基本知识一、低压电器的分类低压电器的品种、规格很多，作用、构造及工作原理各不相同，因而有多种分类方法。1．按用途分低压电器按它在电路中所处的地位和作用可分为配电电器、控制电器、执行电器、主令电器和保护电器等大类。(1)、配电电器是指正常或事故状态下接通或断开用电设备和供电电网所用的电器。如：刀开关，低压断路器，熔断器等。(2)、控制电器是指电动机完成生产机械要求的启动、调速、反转和停止所用的电器；如转换开关、按钮、接触器、继电器、电磁阀、热继电器、熔断器等。(3)执行电器则是用于完成某种动作或传送功能的电器。如电磁铁、电磁离合器等。(4)主令电器是指用于发送控制指令电器。如按钮、主令开关、行程开关、主令控制器、转换开关等。(5)保护电器是指对电路及用电设备进行保护的电器。如熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器等。2、按操作方式分手动电器：刀开关、按钮、转换开关自动电器：低压断路器、接触器、继电器3、按电器执行功能分(1)、有触点电器：电器通断电路的执行功能由触点来实现。开关、按钮(2)、无触点电器：电器通断电路的执行功能根据输出信号的逻辑电平来实现。晶闸管(3)、混合电器：有触点和无触点结合的电器。4、按工作原理分低压电器按它的工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器两大类：电磁式电器由感受部分（即电磁机构）和执行部分（即触点系统）组成。它由电磁机构控制电器动作，即由感受部分接受外界输入信号，使执行部分动作，实现控制目的；交直流接触器、电磁式继电器等非电量控制电器由非电磁力控制电器触点的动作。刀开关、行程开关、按钮等第二节主令电器主令电器主要用来接通、分断和切换控制电路，即用它来控制接触器、继电器等电器的线圈得电与失电，从而控制电力拖动系统的启动与停止以及改变系统的工作状态，如正转与反转等，因此，属于控制电器。由于它是一种专门发号施令的电器，故称为主令电器。主令电器应用广泛，种类繁多，常用的主令电器有控制按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。1、控制按钮控制按钮俗称按钮，是一种结构简单，应用广泛的主令电器。一般情况下它不直接控制主电路的通断，而在控制电路中发出手动“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路，也可用来转换各种信号线路与电气连锁线路等。通常用来短时间接通或断开控制电路的手动电器。动合（常开）触头动断（常闭）触头按钮帽复位弹簧表示符号：SB常开按钮SB常闭按钮SB复合按钮按钮的额定电流一般不超过5A按钮开关的实物图和结构图如图所示，1—按钮帽；2—复位弹簧；3—动触头；4—常开触点静触头；5—常闭触点静触头其图形符号如图所示，其文字符号为SB。按钮开关的图形符号（1）常开（动合）按钮开关，未按下时，触头是断开的，按下时触头闭合接通；当松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下复位断开。（2）常闭（动断）按钮开关与常开按钮开关相反，未按下时，触头是闭合的，按下时触头断开；当手松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下复位闭合。（3）复合按钮开关是将常开与常闭按钮开关组合为一体的按钮开关。未按下时，常闭触头是闭合的，常开触头是断开的。按钮开关使用时应注意触头间的清洁，防止油污、杂质进入造成短路或接触不良等事故，在高温下使用的按钮开关应加紧固垫圈或在接线柱螺钉处加绝缘套管。带指示灯的按钮开关不宜长时间通电，应设法降低指示灯电压以延长其使用寿命。在工程实践中，绿色按钮开关常用作启动，红色按钮开关常用作停止按钮，不能弄反。2、行程开关行程开关（又称限位开关或位置开关），其作用与按钮开关相同，是对控制电路发出接通或断开、信号转换等指令的。不同的是行程开关触头的动作不是靠手来完成，而是利用生产机械某些运动部件的碰撞使触头动作，从而接通或断开某些控制电路，达到一定的控制要求。SQ常开触头SQ常闭触头SQ复合触头符号：行程开关是利用运动部件的撞击来闭合和切断控制电路的。常开触头常闭触头运动部件结构示意图闭合断开行程开关按结构分为直动式、滚动式、微动式等数种。常见行程开关外形如图所示，行程开关实物图为适应各种条件下的碰撞，行程开关有很多构造形式，用来限制机械运动的位置或行程以及使运动机械按一定行程自动停车、反转或变速、循环等，以实现自动控制的目的。常用的行程开关有LX-19系列和JLXK1系列。各种系列行程开关的基本结构相同，都是由操作点、触头系统和外壳组成，区别仅在于使位置开关动作的传动装置不同。位置开关图形符号行程开关图形符号如图所示，其文字符号为SQ。行程开关可按下列要求进行选用。①根据应用场合及控制对象选择种类。②根据安装环境选择防护形式。③根据控制回路的额定电压和电流选择系列。④根据机械行程开关的传力与位移关系选择合适的操作形式。使用行程开关时安装位置要准确牢固，若在运动部件上安装，接线应有套管保护，使用时应定期检查防止接触不良或接线松脱造成误动作。3、接近开关接近开关又称无触点位置开关，其实物如图所示。接近开关的用途除行程控制和限位保护外，还可作为检测金属体的存在、高速计数、测速、定位、变换运动方向、检测零件尺寸、液面控制及用作无触点按钮等。它具有工作可靠、寿命长、无噪声、动作灵敏、体积小、耐振、操作频率高和定位精度高等优点。接近开关以高频振荡型最常用，它占全部接近开关产量的80%以上。电路形式多样，但电路结构不外乎由振荡、检测及晶体管输出等部分组成。接近开关的工作基础是高频振荡电路状态的变化。当金属物体进入以一定频率稳定振荡的线圈磁场时，由于该物体内部产生涡流损耗，使振荡回路电阻增大，能量损耗增加，以致振荡减弱直至终止。因此，在振荡电路后面接上放大电路与输出电路，就能检测出金属物体存在与否，并能给出相应的控制信号去控制继电器，以达到控制的目的。注：使用接近开关时应注意选配合适的有触点继电器作为输出器，同时应注意温度对其定位精度的影响。作业：习题册P81-1，1-2书上P191-1第三节接触器和继电器1.3.1接触器接触器属于控制类电器，是一种适用于远距离频繁接通和分断交直流主电路和大容量控制电路，实现远距离自动控制，并具有欠（零）电压保护功能的电器。其主要控制对象是电动机，也可用于其他电力负载，如电热器、电焊机等。接触器具有欠压保护、零压保护、控制容量大、工作可靠、寿命长等优点，它是自动控制系统中应用最多的一种电器，其实物图如图所示。接触器接触器实物图一、接触器的结构及工作原理接触器由电磁系统、触头系统、灭弧装置、释放弹簧、触头弹簧、触头压力弹簧、支架及底座等几部分构成，如图所示。电磁系统包括线圈、静铁芯和动铁芯（衔铁）；触头系统包括用于接通、切断主电路的主触头和用于控制电路的辅助触头；灭弧装置用于迅速切断主触头断开时产生的电弧（一个很大的电流），以免使主触头烧毛、熔焊，对于容量较大的交流接触器，常采用灭弧栅灭弧。CJ10-20型交流接触器的结构示意图图形符号及文字符号接触器结构工作原理：接触器的工作原理是利用电磁铁吸力及弹簧反作用力配合动作，使触头接通或断开。当吸引线圈通电时，铁芯被磁化，吸引衔铁向下运动，使得常闭触头断开，常开触头闭合。当线圈断电时，磁力消失，在反力弹簧的作用下，衔铁回到原来位置，也就使触头恢复到原来状态，如图所示。交流接触器工作原理图1电磁机构①结构：电磁线圈，衔铁（动铁心），静铁心。（吸引线圈）②分类：直动式，拍合式。.1.1③原理：电磁线圈通电后，电磁吸力大于弹性力，使衔铁闭合。④铁心材料：直流—电工软铁；交流—硅钢片（端面嵌铜短路环克服交流颤抖声）⑤电磁吸力：F=4*105B2S（S为铁心磁极截面积）2、执行机构-----触头系统作用：是通过触点的开、闭来通、断电路的。触点按原始状态可分为：动合触点和动断触点。结构：桥式：点接触面接触指式：线接触，滚动摩擦，适用于大电流。材料：黄铜—指式；银铜合金—桥式3.灭弧系统（1）电弧：是指触头在闭合和断开（包括熔体在熔断时）的瞬间，触点间距离极小，电场强度较大，触点间产生大量的带电粒子。形成炽热的电子流，产生弧光放电现象，称为电弧。（2）用途：用于熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。（3）电弧种类：交流电弧和直流电弧交流电弧存在交流过零点，电弧易熄灭（4）常用的灭弧装置：灭弧罩、灭弧栅和磁吹灭弧装置。灭弧方法：①机械灭弧法：利用弹性力、迅速拉长电弧②缝灭弧法：分割电弧，并有冷却作用。如：纵缝陶土灭弧罩③栅片灭弧法：金属栅片分割电弧见图1.1.3④磁吹灭弧法：电磁吸力的作用下迅速拉长电弧使用于熄灭直流电弧。a）、b）机械性拉长电弧c）双触点灭弧d）磁吹灭弧e）纵缝灭弧f）金属栅片灭弧g）纵缝陶土灭弧罩—静触点2—动触点3—引弧角v1—动触点移动速度v2—电弧在磁场力作用下移动速度接触器的用途：接触器是一种用来频繁接通和断开交、直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。它具有低压释放保护功能，可进行频繁操作，实现远距离控制，是电力拖动自动控制线路中使用最广泛的电器元件接触器的分类：交流接触器、直流接触器1、交流接触器接触器是利用电磁力来接通和断开大电流电路的一种自动控制电器，它常用在控制电动机的主电路上。a）外形b）结构示意图CJTI系列交流接触器CJ12系列交流接触器CJ20系列交流接触器CJ24系列交流接触器CJ40系列交流接触器NCK2系列交流接触器2、直流接触器直流接触器结构上有立体布置和平面布置两种结构，电磁系统多采用绕棱角转动的拍合式结构，主触点采用双断点桥式结构或单断点转动式结构。常用的直流接触器有CZ18、CZ21、CZ22、CZ0等，CZ0实物图如图所示。CZ0直流接触器作业：书上P191-2，1-31.3.2继电器1、概念继电器是根据某种输入信号接通或断开小电流控制电路，实现远距离自动控制和保护的自动控制电器。继电器的输入信号可以是电流、电压等电量，也可以是温度、速度、时间、压力等非电量，而输出通常是触点的接通或断开。2、作用：控制、放大、联锁、保护和调节3、分类按输入信号的性质可分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器等。按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继