电气控制讲义稿(含plc)

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1、电 气 控 制 技 术 （讲义）217电 气 控 制 技 术吕国芳 河海大学电气工程学院教学内容：电器控制（上篇）、PLC原理及应用（下篇）参考书目：1. 现代电气控制技术郑 萍 主编重庆大学出版社2. 电器控制李 仁 主编机械工业出版社3. 可编程序控制器应用技术廖常初 等编重庆大学出版社4. 可编程序控制器应用指南 易传禄 等编上海科普出版社5. 可编程序控制器原理及程序设计崔亚军 等编电子工业出版社学习要求：熟练掌握断路器、隔离开关、接触器、热继电器、熔断器在电路中的作用、特点、绘制符号、设计选型时要注意的重要技术参数。熟练掌握行程开关、按钮开关在电路中的作用、绘制符号。灵活掌握电气设备

2、简单的起停保控制线路 、 异步电机正 、 反转电气控制线路 、 异步电机“Y/”电气控制线路等，理解它们的设计思路，学会设计相应的电气控制电路。透彻了解PLC的特点、为提高其可靠性采取的一些措施。熟练掌握PLC的组成、各主要部件的功能、PLC的工作原理（扫描工作过程、系统响应时间），了解三菱FX2N PLC编程元件的地址。熟练掌握梯形图使用的符号、概念、规则，学会自己设计PLC梯形图程序，掌握三菱FX2N PLC的基本指令。熟练掌握PLC程序设计的功能表图法和其基本概念，学会用功能表图法设计PLC控制程序并能熟练地转化为梯形图。掌握PLC控制系统的特点、判断一个控制系统是否需要由PLC来构成的

3、特性以及PLC选型时应考虑的问题。学会用PLC设计控制系统（包括PLC硬件、软件和电气控制回路）。目 录上篇 电器控制7第一章常用低压电器及其符号71.1 电器的作用与分类71.2 低压电器的电磁机构及执行机构71.2.1 电磁机构71.2.2 执行机构81.3 接触器91.3.1 接触器的主要技术数据91.3.2 交流接触器101.3.3 直流接触器101.4 继电器111.4.1 继电器的特性及主要参数111.4.2 电磁式继电器111.4.3 时间继电器131.4.4 行程开关131.4.5热继电器151.5 其他常用电器151.5.1低压熔断器151.5.2低压隔离器161.5.3 低

4、压断路器171.5.4主令电器181.6 常用电气元件图形符号20第二章基本电气控制线路272.1 电气设备简单的起停保控制线路272.2 多地点控制线路272.3 异步电机正、反转电气控制线路282.4 异步电机“Y-”降压起动电气控制线路29第三章常用电器元件的选择303.1 按钮303.2 断路器303.3 接触器303.4 热继电器303.5 熔断器31下篇 PLC原理及应用32第一章PLC概论32第一节PLC的产生32第二节PLC的定义及其术语33一定义33二常用术语33第三节PLC特点34一 可靠性高、抗干扰能力强34二 程序可变、具有柔性35三 编程简单、使用方便35四 功能完善

5、36五 组合灵活、扩充方便36六 减少了工作量36七 体积小、重量轻、环境要求低36八 成本低、水平高36第四节PLC的应用状况和发展趋势37一应用状况37二发展趋势38第二章PLC的组成及工作原理41第一节PLC的组成41第二节PLC主要部件功能42一CPU42二存储器42三I/O部分44四编程工具49五电源50第三节PLC的工作原理51一PLC的工作过程51二扫描周期的计算方法52三系统响应时间53第四节三菱FX2N PLC简介及编程元件的地址56第五节OMRON C200H数据通道65一I/O继电器区65二内部辅助继电器区 ( Internal Relay ) IR区66三特殊继电器区

6、( Special Relay ) SR区66四暂存继电器区 ( Temporary Relay ) TR区69五保持继电器区 ( Holding Relay ) HR区69六辅助存贮继电器区 ( Auxiliary Relay ) AR区69七链接继电器区 ( Link Relay ) LR区69八定时/计时继电器区 ( Timer & Counter ) TC区69九数据存贮区 ( Data Memory ) DM区69第三章三菱FX2N PLC指令系统70第一节编程语言简介70一梯形图70二助记符70三布尔表达式71四功能块图 ( Function block diagram )71五功

7、能表图 ( Function chart )71六高级语言72第二节梯形图使用的符号、概念及注意事项73一梯形图中的符号、概念73二梯形图使用应注意事项：73第三节三菱FX2N PLC指令75一分类75二基本指令概述81第四章PLC应用实例87第五章PLC程序设计的功能表图方法99第一节.概 述99第二节.功能表图的基本概念99一步100二有向线和转移100三功能表图的构成规则101四功能表图的基本形式101第三节.用梯形图实现功能表图的程序设计104一步的进入104二步的退出104第六章PLC应用中的若干问题107第一节PLC的使用及其型号选择107一PLC型号的选择107二开关量I/O模块

8、的选择108三编程手段的选择109第二节降低PLC系统费用的方法109一减少模块的数量109二减少输入点109三减少输出点112上篇 电器控制第一章 常用低压电器及其符号低压电器（Low voltage Apparatus）通常指工作在交、直流电压1200V以下的电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气设备。本章主要介绍常见的接触器、继电器、低压断路器、万能转换开关、熔断器等设备的基本结构、功能及工作原理。1.1 电器的作用与分类电器就是广义的电气设备。它可能很大、很复杂，比如一台彩色电视机或者一套自动化装置；它也可以很少、很简单，比如一个钮子开关或者一个熔断器。在工业意义上，电器是指能根据特

9、定的信号和要求，自动或手动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的电气设备。电器的种类繁多，构造各异，通常按以下分类方法分为几类。 按 电 压 等 级 分：高压电器（High-voltage Apparatus）、低压电器（Low-voltage Appara-tus）； 按所控制的对象分 ：低压配电电器（Distributing Apparatus）、低压控制电器（Control Apparatus）。前者主要用于配电系统，如刀开关、熔断器等，后者主要用于电力拖动自动控制系统和其他用途的设备中。 按 使 用 系 统 分：电力系统用

10、电器、电力拖动及自动控制系统用电器、自动化通信系统用电器； 按 工 作 职 能 分：手动操作电器、自动控制电器（自动切换电器、自动控制电器、自动保护电器）、其他电器（稳压与调压电器、起动与调速电器、检测与变换电器、牵引与传动电器）； 按 电 器 组 合 分：单个电器、成套电器与自动化装置； 按 有 无 触 点 分：有触点电器、无触点电器、混合式电器； 按 使 用 场 合 分：一般工业用电器、特殊工矿用电器、农用电器、其他场合（如航空、船舶、热带、高原）用电器。本章主要涉及电力拖动、自动控制系统用电器，如交直流接触器、各类继电器、自动空气断路器、行程开关、熔断器、主令电器等。1.2 低压电器的电

11、磁机构及执行机构从结构上来看，电器一般都具有两个基本组成部分感测部分、执行部分。感测部分接受外界输入的信号，并通过转换、放大、判断，作出有规律的反应，使执行部分动作，输出相应的指令，实现控制的目的。执行部分则是触头。对于有触头的电磁式电器，感测部分大都是电磁机构。对于非电磁式的自动电器，感测部分因其工作原理不同而各有差异，但执行部分仍是触头。1.2.1 电磁机构电磁机构是各种自动化电磁式电器的主要组成部分一，它将电磁能转换成机械能，带动触点使之闭合或断开。电磁机构由吸引线圈和磁路两部分组成。磁路包括铁心、衔铁、铁轭和空气隙。312312图2.1 常用电磁机构的形式1. 铁心 2. 线圈 3.

12、衔铁1.2.2 执行机构低压电器的执行机构一般由主触点及其灭弧装置组成.(1) 触点触点用来接通或断开被控制的电路。它的结构形式很多，按其接触形式可分为3种，即点接触、线接触和面接触，如图2.2示。(a) 点接触(b) 线接触(c) 面接触图2.2 触点的3种接触形式图2.2（a）所示为点接触，它由两个半球形触点或一个半球形与一个平面形触点构成。它常用于小电流的电器中，如接触器的辅助触点或继电器触点。图2.2（b）所示为线接触，它的接触区域是一条直线。触点在通断过程中是滚动接触，这样，可以自动清除触点表面的氧化膜，同时长期工作的位置不是在易烧灼的起始点而是在终点，保证了触点的良好接触。这种滚动

13、线接触多用于中等容量的触点，如接触器的主触点。图2.2（c）所示为面接触，它可允许通过较大的电流。这种触点一般在接触面上镶有合金，以减小触点接触电阻和提高耐磨性，多用作较大容量接触器或断路器的主触点。(2) 电弧的产生与灭弧装置当断路器或接触器触点切断电路时，如电路中电压超过10-20V和电流超过80-100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，这实际上是一种气体放电的现象，通常称为“电弧”。根据上述电弧产生的物理过程可知，欲使电弧熄灭，应设法降低电弧温度和电场强度，以加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度，则电弧熄灭。根据上述灭弧原则，常用的灭弧装置有如下几种。1） 磁吹式灭弧装置这种灭弧装置是利用电弧电流产生的磁场来灭弧，因而电弧电流越大，吹弧的能力也越强。它广泛应用于大电流的直流接触器中。2） 灭弧栅灭弧栅灭弧原理：灭弧栅片3由许多镀铜薄钢片组成，片间距离为2-3mm，安放在触点上方的灭弧罩内。一旦发生电弧，电弧周围产生磁场，使导磁的钢片上有涡流产生，将电弧吸入栅片，电弧被栅片分割成许多串联的短电弧，当交流电压过零时电弧自然熄灭，两栅片间必须有150-250V电压，电弧才能重燃。这样一来，一方面电源电压不足以维持电弧，同时由于栅片的散热作用，电弧自然熄灭后很难重燃。这是一种常用的交流灭弧装置。3） 灭弧罩比灭弧栅更为简单的是采用一个用陶土和石棉