電氣控制技術及可編程序控制器

1、第第8章章 電氣控制技術及可編程序控制器電氣控制技術及可編程序控制器 8.1 常用低壓電器常用低壓電器 8.2 基本電氣控制電路基本電氣控制電路 8.3 可編程控制器可編程控制器 本章要求本章要求: :1. 理解常用低壓電器的工作原理理解常用低壓電器的工作原理;2. 掌握掌握基本電氣控制電路基本電氣控制電路的工作原理及應用的工作原理及應用;3. 了解了解可編程控制器的工作原理及應用可編程控制器的工作原理及應用。第第8章章 電氣控制技術及可編程序控制器電氣控制技術及可編程序控制器 8.1 常用低壓電器常用低壓電器 低壓電器包括配電電器和控制電器兩大類，通常低壓電器包括配電電器和控制電器兩大類，通

2、常是指應用于額定電壓在直流是指應用于額定電壓在直流DC1200VDC1200V、交流、交流AC1500VAC1500V及及以下的電路中的電器，實現(xiàn)電路中被控制對象的控制、以下的電路中的電器，實現(xiàn)電路中被控制對象的控制、調(diào)節(jié)、變換、檢測、保護等作用，是組成成套電氣設調(diào)節(jié)、變換、檢測、保護等作用，是組成成套電氣設備的基礎配套元件。備的基礎配套元件。 n常見的分類方法常見的分類方法電工儀表主令電器用低壓電器分類按電氣傳動控制系統(tǒng)常序控制器、軟起動器等其他電器：包括可編程計算機接口和通信接口可通信低壓電器：帶有種動作或傳送功能執(zhí)行電器：用于完成某端的組合式開關電器終端電器：用于線路末送和分配配電電器：

3、用于電能輸制電路和控制系統(tǒng)控制電器：用于各種控按用途分類低壓電器成套 電套電器安裝附件執(zhí)行電器繼電器熔斷器轉換開關接觸器低壓壓斷路8.1.1 主令電器主令電器n主令電器是電氣自動控制系統(tǒng)中用于發(fā)送或轉換控制指令的電器，利用它控制電路的接通 分斷來實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。主令電器種類繁多，應用廣泛，常用的有按鈕、行程開關、萬能轉換開關、接近開關等。n1按鈕n按下按鈕時，動觸點先和上面的常閉觸點分離，然后和下面的常開觸點接觸，手松開后，靠彈簧復位。n2行程開關n行程開關又稱位置開關或限位開關，作用與按鈕相同，只是觸點的動作不是靠手動操作，而是利用運動部件的擋鐵碰撞其滾輪使觸點動作來接通或分斷某些

4、電路，使之達到一定的控制要求，適用于各種電動機控制電路中。n3萬能轉換開關n萬能轉換開關是由多組相同結構的觸點組件疊裝而成的多回路控制電器，借助于不同形狀的凸輪使其觸點按一定的次序接通和分斷，能轉換多種和多數(shù)量的電氣控制電路，可用于機床控制電路中進行換接，也可用于小容量電動機的起動與換向。n萬能轉換開關主要由手柄、轉軸、帶號碼牌的觸點盒等構成。中間轉軸帶動凸輪轉動，使對應的觸點接通或斷開。 n4接近開關n接近開關是一種不必與運動部件進行接觸就可以動作的位置開關，當物體與接近開關感應面的距離小于動作距離時，不需要接觸及施加任何壓力即可開關動作，從而驅(qū)動交流或直流電器或給計算機裝置提供控制指令。接

5、近開關是開關型傳感器（即無觸點開關），它既有行程開關、微動開關的特性，又具有傳感性能，且動作可靠，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強。n接近開關按供電方式可分為直流型和交流型，按輸出方式可分為直流兩線制、直流三線制、直流四線制、交流兩線制和交流三線制。8.1.2 接觸器接觸器n接觸器是一種自動電磁式開關，適用于遠距離頻繁接通或斷開交直流主電路及大容量控制電路，主要控制對象是電動機。接觸器不僅能實現(xiàn)遠距離自動操作和欠電壓釋放保護功能，而且具有控制容量大、工作可靠、使用壽命長等優(yōu)點，在電力拖動系統(tǒng)中得到廣泛應用。接觸器可分為交流接觸器和直流接觸器。n1交流接觸器n當吸引線圈通電后，動鐵芯被吸合，所有的常開觸點

6、都閉合，常閉觸點都斷開。當吸引線圈斷電后，在恢復彈簧的作用下，動鐵芯和所有觸點都恢復到原來的狀態(tài)。接觸器適用于遠距離頻繁接通和切斷電動機或其他負載主電路，由于具備欠電壓釋放功能，還可以當做保護電器使用。n2直流接觸器n直流接觸器與交流接觸器的基本結構及動作原理基本相同，也是主要由電磁系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)、滅弧裝置及輔助部件等組成，但是電磁系統(tǒng)和滅弧裝置有些不同。8.1.3 繼電器繼電器n繼電器是一種根據(jù)輸入信號的變化接通或斷開小電流電路，實現(xiàn)自動控制和保護電力拖動裝置的電器，主要由感測機構、中間機構和執(zhí)行機構三部分組成。繼電器一般不直接控制主電路，而是反映控制信號。與接觸器相比，繼電器具有觸點分斷能

7、力小、結構簡單、反應靈敏、動作準確等特點。n1.熱繼電器n熱繼電器是利用感受熱元件的熱量而動作的一種保護繼電器n2.速度繼電器n速度繼電器是利用轉軸的轉速來切換電路的自動電器，通常與接觸器配合，實現(xiàn)對電動機的反接控制。n3. 電磁式繼電器n中間繼電器、電流繼電器和電壓繼電器均屬于電磁式繼電器，它們的結構、工作原理與接觸器相似，主要由電磁系統(tǒng)和觸點系統(tǒng)兩部分組成。8.1.4 熔斷器熔斷器n熔斷器是低壓配電網(wǎng)絡和電力拖動系統(tǒng)中主要用作短路保護的電器。使用時串聯(lián)在被保護的電路中，當電路發(fā)生短路故障，通過熔斷器的電流達到或超過某一規(guī)定值時，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動分斷電路，起到保護作用。

8、n1.螺旋式熔斷器RLn2.有填料管式熔斷器RTn3.無填料管式熔斷器RMn4.有填料封閉管式快速熔斷器RS8.1.5 斷路器斷路器n低壓斷路器又稱自動空氣開關或自動空氣斷路器，是低壓配電網(wǎng)絡和電力拖動系統(tǒng)中常用的一種配電電器。斷路器在正常情況下可用于不頻繁的接通和斷開電路以及控制電動機的運行。當電路中發(fā)生短路、過載和失壓等故障時，能自動切斷故障電路，保護線路和電器設備。n1-動觸頭；2-靜觸頭；3-鎖扣；4-搭鉤；5-反作用彈簧；6-轉軸座；7-分段按鈕；8-杠桿；9-拉力彈簧；10-欠壓脫扣器銜鐵；11-欠壓脫扣器；12-熱元件；13-雙金屬片；14-電磁脫扣器銜鐵；15-電磁脫扣器；16

9、-接通按鈕8.1.6 其他低壓電器其他低壓電器n1.刀開關和隔離器n2.漏電保護器n3.起動器n4電磁鐵8.2 基本電氣控制電路基本電氣控制電路n8.2.1 電氣原理圖的繪圖原則電氣原理圖的繪圖原則n1.電氣控制線路分主電路和控制電路。主電路用電氣控制線路分主電路和控制電路。主電路用粗線繪出，控制線路用細線繪出。主電路畫在左粗線繪出，控制線路用細線繪出。主電路畫在左側，控制電路畫在右側。側，控制電路畫在右側。n2.電氣控制線路中，同一電器的各導電部分如線電氣控制線路中，同一電器的各導電部分如線圈和觸頭通常不畫在一起，但要用同一文字符號圈和觸頭通常不畫在一起，但要用同一文字符號標注。標注。n3.

10、電氣控制線路的全部觸頭、觸點都按電氣控制線路的全部觸頭、觸點都按“非激勵非激勵”狀態(tài)繪出。狀態(tài)繪出。8.2.2 電氣控制線路設計的基本規(guī)律電氣控制線路設計的基本規(guī)律n1.按聯(lián)鎖控制的規(guī)律n（1）起動、停起和點動采用繼電器聯(lián)鎖的點動控制電路采用手動開關的點動控制電路n（2）正反向接觸器間的聯(lián)鎖 正反向接觸器間的聯(lián)鎖n2.按控制過程變化參量的規(guī)律n（1）順序起動的控制規(guī)律車床主軸順序起動控制電路n（2）聯(lián)鎖控制規(guī)律的普遍規(guī)則n制約控制 要求接觸器KM1動作時，KM2不能動作。將接觸器KM1的常閉觸點串接在接觸器KM2的線圈電路中，即邏輯“非”關系。n順序控制 要求控制器KM1動作后，KM2才能動作

11、。將接觸器KM1的常開觸點串接在接觸器KM2的線圈電器中，即邏輯“與”關系。8.2.3 線路中的保護措施線路中的保護措施n電氣控制系統(tǒng)在能滿足工藝要求的同時，必須應該保證其能夠長期、安全、可靠、無故障的運行。因此，保護環(huán)節(jié)在電氣控制系統(tǒng)中是不可缺少的重要組成部分，作用是避免由于各種故障或誤操作造成的電氣設備和機械的損壞，以及保證電動機、電網(wǎng)、電氣控制設備及人身安全。n電氣控制系統(tǒng)中常用的保護環(huán)節(jié)有短路保護、過載保護、零電壓保護、欠電壓保護、弱磁保護、安全接地、工作接地等。n1.短路保護n電動機、電器以及導線的絕緣損壞或電路發(fā)生故障時，都可能造成短路事故。很大的短路電流和電動機可能使電器設備損壞

12、。因此要求一旦發(fā)生短路故障時，控制電路能迅速切斷電源。常用的短路保護元件有熔斷器和斷路器。n（1）熔斷器保護n（2）過電流繼電器保護或低壓斷路器保護n2.過電流保護n過電流往往是由于不正確的起動和過大的負載引起的，一般比短路電流要小，在電動機運行中產(chǎn)生過電流比發(fā)生短路的可能性更大，尤其是在頻繁正、反轉起動的重復短時工作制電動機中更是如此。直流電動機和繞線轉子異步電動機控制電路中，過電流繼電器也起著短路保護的作用，一般過電流的動作值為起動電流的1.2倍。n過電流保護廣泛用于直流電動機或繞線轉子異步電動機，對于三相籠型異步電動機，由于其短時過電流不會產(chǎn)生嚴重后果，故可不設置過電流保護。n3.過載保

13、護n過載保護也叫熱保護，主要用于防止電動機因長期超載運行導致電機繞組的溫升超過允許值而損壞。常用的過載保護元件是熱繼電器。n4.零電壓和欠電壓保護n為了防止電網(wǎng)失電后恢復供電時電動機自行起動的保護叫做零電壓保護。n需要在電壓下降達到最小允許電壓值時將電動機電源切除，這就是欠電壓保護。n5.弱磁場保護n電動機磁通的過度減少會引起電動機的超速，因此需要保護n6.超速保護n有些控制系統(tǒng)為了防止生產(chǎn)機械運行超過預定允許的速度，如高爐卷揚機和礦井提升機，在線路中設置了超速保護。8.2.4 三相交流電動機的起動控制線路三相交流電動機的起動控制線路n1.直接起動控制線路用開關直接起動線路n通常將這種用接觸器

14、本身的觸頭來使其線圈保持通電的環(huán)節(jié)稱為自鎖環(huán)節(jié)。用接觸器直接起動線路n2.減壓起動控制線路n（1）星-三角（Y-D）降壓起動控制線路n控制回路中的KM2與KM3的常閉觸頭（動斷觸頭）保證接觸器KM2和KM3不會同時通電，以防止電源短路（互鎖環(huán)節(jié)）。Y-降壓起動控制線路n（2）定子串電阻減壓起動控制線路定子串電阻減壓起動控制線路8.2.5 三相交流電動機正反轉控制線路三相交流電動機正反轉控制線路n要求電動機能夠進行正、反向控制是生產(chǎn)機械的普遍需要，如大多數(shù)機床的主軸或進給運動都需要兩個方向運行，故要求電動機能夠正反轉運行。在第四章中，我們知道，只要把電動機定子三相繞組所接電源任意兩相對調(diào)，電動機

15、定子的相序即可改變，從而電動機就可以改變方向。如果我們用兩個接觸器KM1和KM2來完成電動機定子相序的改變，那么由正轉與反轉線路組合起來就成了正反轉控制線路。n1.電動機正反轉線路異步電動機正反轉控制線路n2.正反轉自動循環(huán)線路帶有行程開關的正反轉線路8.2.6 三相交流電動機制動控制線路三相交流電動機制動控制線路n當按下停止按鈕后，三相異步電動機的定子繞組脫離電源。由于慣性的作用，轉子需經(jīng)過一定時間后才能停止旋轉，這往往不能適應某些生產(chǎn)機械工藝的要求，造成運動部件停位不準確，工作不安全。為此，要求電動機采取有效的制動措施，使其立即停車。一般采用的制動方法有機械制動與電氣制動。n1.反接制動反

16、接制動控制線路n2.能耗制動能耗制動控制線路8.3 可編程控制器可編程控制器n可編程序控制器（Programmable Logic Controller，英文縮寫為PLC）是在繼電接觸器邏輯控制基礎上發(fā)展起來的，是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數(shù)字技術和通信網(wǎng)絡技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一。8.3.1 可編程控制器的基本概念可編程控制器的基本概念n世界上第一臺可編程控制器是在1969年由美國數(shù)字設備公司研制成功的。n1.PLC

17、的定義n美國電氣制造商協(xié)會（National Electrical Manufacturers Association, NEMA）于1980年給PLC作了如下的定義：PLC是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體以存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機械或生產(chǎn)過程。n國際電工委員會（IEC）對可編程控制器的定義是：n可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算數(shù)運算等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式和模擬是的輸入/輸出

18、，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關外圍設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。n2.PLC的分類n（1）按容量分類nPLC的容量主要指PLC的輸入/輸出(I/O)點數(shù)。輸入輸出總點數(shù)在256以下為小型機，2562048為中型機，2048以上為大型機。n（2）按結構形式分n整體式PLCn模塊式PLCn疊裝式PLC8.3.2 可編程控制器的基本功能和特點可編程控制器的基本功能和特點n1.PLC的主要功能n（1）開關量的邏輯控制n（2）模擬量控制n（3）定時控制n（4）計數(shù)控制n（5）順序（步進）控制n（6）閉環(huán)過程控制n（7）數(shù)據(jù)處理n（8）通信和聯(lián)網(wǎng)n（9）監(jiān)控n（10）停電記憶n（11）故障診斷n2. PLC的特點n（1）可靠性高，抗干擾能力強n（2）通用性好，靈活性強n（3）編程方便，易于使用n（4）系統(tǒng)設計、安裝