电气控制与PLC原理及

1电气控制与PLC原理及应用（欧姆龙机型）（第2版）电子教案程周主编普通高等教育“十一五”国家级规划教材新编21世纪高等职业教育电子信息类规划教材·电气自动化技术专业2第1章低压电器及控制环节内容提要低压电器分类与基本结构电气图形符号与文字符号电气图的分类（电气原理图、电气安装图、电气互连图）点动与长动控制（刀开关、熔断器、空气断路器、接触器、按钮、热继电器、中间继电器所组成的线路）正、反转控制（接触器互锁、机械互锁、双重互锁）顺序和多点控制时间控制（时间继电器、通电延时控制线路、断电延时控制线路）行程控制（行程开关、往复控制线路）31.1低压电器与电气图的基本知识低压电器通常是指工作在交流电压小于1200V、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。基本控制环节是由控制电器组成的简单控制线路。1.1.1低压电器的基本知识1．低压电器的分类低压电器种类繁多，分类方法有很多种。（1）按动作方式可分为：手控电器（如刀开关、按钮开关等）、自控电器（如接触器、继电器等）。（2）按用途可分为：低压控制电器（如刀开关、低压断路器等）、低压保护电器（如熔断器、热继电器等）。（3）按种类可分为：刀开关、刀形转换开关、熔断器、低压断路器、接触器、继电器、主令电器和自动开关等。42．低压电器的基本结构与特点低压电器一般都有两个基本部分：一个是感受部分，它感受外界的信号，作出有规律的反应，在自控电器中，感受部分大多由电磁机构组成，在手控电器中，感受部分通常为操作手柄等；另一个是执行部分，如触点连同灭弧系统，它根据指令进行电路的接通或切断。3．低压电器的型号含义我国低压电器型号是按产品种类编制的，产品型号采用汉语拼音字母和阿拉伯数字组合表示，其组合方式如下：□□□-□□/□□特殊环境条件派生代号(用字母表示)辅助规格代号（用数字表示）通用派生代号（用字母表示）基本规格代号（用数字表示）特殊派生代号（用字母表示）设计序号（用数字表示）类组代号（用字母表示）51.1.2电气图形符号和文字符号电气图是用电气图形绘制的图，用来描述电气控制设备结构、工作原理和技术要求的图，它必须采用符合国家电气制图标准及国际电工委员会（IEC）颁布的有关文件要求，用统一标准的图形符号、文字符号及规定的画法绘制。1．电气图中的图形符号图形符号通常是指用于图样或其他文件表示一个设备或概念的图形、标记或字符。图形符号由符号要素、一般符号及限定符号构成。（1）符号要素。符号要素是一种具有确定意义的简单图形，必须同其他图形组合才能构成一个设备或概念的完整符号。例如，三相异步电动机是由定子、转子及各自的引线等几个符号要素构成的，这些符号要求有确切的含义，但一般不能单独使用，其布置也不一定与符号所表示设备的实际结构相一致。6（2）一般符号。用于表示同一类产品和此类产品特性的一种很简单的符号，它们是各类元器件的基本符号。例如，一般电阻器、电容器和具有一般单向导电性的二极管的符号。一般符号不但广义上代表各类元器件，也可以表示没有附加信息或功能的具体元件。（3）限定符号。限定符号是用以提供附加信息的一种加在其他符号上的符号。例如，在电阻器一般符号的基础上，加上不同的限定符号就可组成可变电阻器、光敏电阻器、热敏电阻器等具有不同功能的电阻器。也就是说使用限定符号以后，可以使图形符号具有多样性。限定符号一般不能单独使用。一般符号有时也可以作为限定符号。例如，电容器的一般符号加到二极管的一般符号上就构成变容二极管的符号。7图形符号的几点注意：①所有符号均应按无电压、无外力作用的正常状态。例如，按钮未按下、闸刀未合闸等。②在图形符号中，某些设备元件有多个图形符号，在选用时，应该尽可能选用优选形。在能够表达其含义的情况下，尽可能采用最简单形式，在同一图中使用时，应采用同一形式。图形符号的大小和线条的粗细应基本一致。③为适应不同需求，可将图形符号根据需要放大和缩小，但各符号相互间的比例应该保持不变。图形符号绘制时方位不是强制的，在不改变符号本身含义的前提下，可将图形符号根据需要旋转或成镜像放置。④图形符号中导线符号可以用不同宽度的线条表示，以突出和区分某些电路或连接线。一般常将电源或主信号导线用加粗的实线表示。82．电气图中的文字符号电气图中的文字符号是用于标明电气设备、装置和元器件的名称、功能、状态和特征的，可在电气设备、装置和元器件上或其近旁使用，以表明电气设备、装置和元器件种类的字母代码和功能字母代码。电气技术中的文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。（1）基本文字符号。基本文字符号分为单字母符号和双字母符号两种。单字母符号是用拉丁字母将各种电气设备、装置和元器件划分为23大类，每一类用一个字母表示。例如，“R”代表电阻器，“M”代表电动机等。双字母符号是由一个表示种类的单字母符号与另一字母组成，并且是单字母符号在前，另一字母在后。双字母中在后的字母通常选用该类设备、装置和元器件的英文名词的首位字母，这样，双字母符号可以较详细和更具体地表述电气设备、装置和元器件的名称。例如，“RP”代表电位器，“RT”代表热敏电阻，“MD”代表直流电动机，“MC”代表笼型异步电动机。9（2）辅助文字符号。辅助文字符号是用以表示电气设备、装置和元器件以及线路的功能、状态和特征的，通常也是由英文单词的前一两个字母构成的。例如，“DC”代表直流（DirectCurrent），“IN”代表输入（Input），“S”代表信号（Signal）。辅助文字符号一般放在单字母文字符号后面，构成组合双字母符号。例如，“Y”是电气操作机械装置的单字母符号，“B”是代表制动的辅助文字符号，“YB”代表制动电磁铁的组合符号。辅助文字符号也可单独使用，例如“ON”代表闭合，“N”代表中性线。101.1.3电气图的分类与作用电气图包括电气原理图、电气安装图、电气互连图等。1．电气原理图电气原理图是说明电气设备工作原理的线路图。在电气原理图中并不考虑电气元件的实际安装位置和实际连线情况，只是把各元件按接线顺序用符号展开在平面图上，用直线将各元件连接起来。图1.1为三相笼型异步电动机控制电气原理图。图1.1三相笼型异步电动机控制电气原理图11在阅读和绘制电气原理图时应注意以下几点：（1）电气原理图中各元器件的文字符号和图形符号必须按标准绘制和标注。同一电器的所有元件必须用同一文字符号标注。（2）电气原理图应按功能来组合，同一功能的电气相关元件应画在一起，但同一电器的各部件不一定画在一起。电路应按动作顺序和信号流程自上而下或自左向右排列。（3）电气原理图分主电路和控制电路，一般主电路在左侧，控制电路在右侧。（4）电气原理图中各电器应该是未通电或未动作的状态，二进制逻辑元件应是置零的状态，机械开关应是循环开始的状态，即按电路“常态”画出。12电气安装图表示各种电气设备在机械设备和电气控制柜中的实际安装位置。它将提供电气设备各个单元的布局和安装工作所需数据的图样。例如，电动机要和被拖动的机械装置在一起，行程开关应画在获取信息的地方，操作手柄应画在便于操作的地方，一般电气元件应放在电气控制柜中。在阅读和绘制电气安装图时应注意以下几点：2．电气安装图图1.2三相笼型异步电动机控制线路安装图（1）按电气原理图要求，应将动力、控制和信号电路分开布置，并各自安装在相应的位置，以便于操作和维护。（2）电气控制柜中各元件之间，上、下、左、右之间的连线应保持一定间距，并且应考虑器件的发热和散热因素，应便于布线、接线和检修。（3）给出部分元器件型号和参数。（4）图中的文字符号应与电气原理图和电气设备清单一致。133．电气互连图电气互连图是用来表明电气设备各单元之间的接线关系，一般不包括单元内部的连接，着重表明电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接。图1.3为三相笼型异步电动机控制线路电气互连图。图1.3三相笼型异步电动机控制线路电气互连图在阅读和绘制电气互连图时注意以下几点：（1）外部单元同一电器的各部件画在一起，其布置应该尽量符合电器的实际情况。（2）不在同一控制柜或同一配电屏上的各电气元件的连接，必须经过接线端子板进行。图中文字符号、图形符号及接线端子板编号，应与电气原理图相一致。（3）电气设备的外部连接应标明电源的引入点。141.2手动起停控制1.2.1刀开关刀开关也称闸刀开关。主要作为电源引入开关或不频繁接通与分断容量不太大的负载。1．刀开关的外形结构及符号根据工作原理、使用条件和结构形式的不同，刀开关可分为：刀开关、刀形转换开关、开启式负荷开关（胶盖瓷底刀开关）、封闭式负荷开关（铁壳开关）、熔断器式刀开关和组合开关等。根据刀的极数和操作方式，刀开关可分为：单极、双极和三极，常用的三极开关额定电流有100A，200A，400A，600A，1000A等。通常，除特殊的大电流刀开关有电动机操作外，一般都是采用手动操作方式。151—电源进线座；2—刀片；3—熔丝；4—负载线；1—手柄；2—转轴；3—速断弹簧；4—熔断器5—负载接线座；6—瓷底座；7—静触点；8—胶木片5—夹座；6—闸刀；7—外壳前盖图1.4刀开关外形结构及符号16刀开关的接通操作是用手握住手柄，使触刀绕铰链支座转动，推入插座内即完成。分断操作与接通操作相反，即向外拉动手柄，使触刀脱离静插座。刀开关可靠工作的关键之一是触刀与静插座之间有着良好的接触，这就要求它们之间有一定的接触压力。对于额定电流较小的刀开关，静插座使用硬紫铜制成，利用材料的弹性来产生所需的接触压力；对于额定电流较大的刀开关，可另外在静插座两侧加弹簧的方法进一步增大接触压力。刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。如果倒装，则拉闸后手柄可能因自重下落引起误合闸而造成人身和设备安全事故。接线时，应将电源进线接在上端，负载出线接在下端。172．刀开关的型号含义刀开关有HD（单投）系列和HS（双投）系列，它们都适用于交流50Hz、额定电压至500V，直流额定电压至440V、额定电流至1500A的成套配电装置中，作为非频繁地手动接通和分断电路使用，或作为隔离开关使用，其型号含义如下：183．组合开关图1.5组合开关结构1—手柄；2—转轴；3—弹簧；4—凸轮；5—绝缘杆；6—绝缘垫板；7—动触片8—静触片；9—接线柱组合开关（转换开关）实质上也是一种刀开关，只不过一般刀开关的操作手柄是在垂直于其安装面的平面内向上或向下转动，而组合开关的操作手柄则是在平行于其安装面的平面内向左或向右转动而已。组合开关一般用于电气设备中作为非频繁地接通和分断电路、换接电源和负载、测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和星形-三角形降压起动等用。19组合开关用三副静触片，每一静触片的一端固定在绝缘垫板上，另一端伸出盒外，并附有接线柱，以便和电源线及用电设备的导线相连。三个动触片装在另外的绝缘垫板上，垫板套装在附有绝缘手柄的绝缘杆上，手柄能沿任何方向每次旋转90°，带动三个动触片分别与三个静触片接通或断开。为了使开关在切断负荷电流时所产生的电弧能迅速熄灭，在开关的转轴上都装有弹簧储能机构，使开关能快速闭合与分断，其分断与闭合速度与手柄旋转速度无关。组合开关的各触点状态可用文字叙述法、闭合表法和图示法三种方式表达。20组合开关的型号含义如下：其中，类型是指凡不标出类型代号（拼音字母）者，是同时通断或交替通断的产品；有P代号者，是二位转换的产品；有S代号者，是三位转换的产品；有Z代号者，是供转接电阻用的产品；有X代号者，是控制电动机作星形-三角形降压起动用的产品。交替通断的产品，其极数标志部分有两位数字：前一位表示在起始位置上接通的电路数；第二位表示总的通断电路数。两位转换的产品，其极数标志前无字母代号者，是有一位断路的产品；极数标志前有字母代号B者，是有两位断路的产品；极数标志前有数字代号0者，是无断路的产品。211.2.2熔断器熔断器是一种广泛应用的简单而有效的保护电器。在使用中，熔断器中的熔体（也称为保险丝）串联在被保护的电路中，当该电路发生过载或短路故障