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1、可编程控制器原理及应用,机械电子工程学院热能系,学习内容,第一章电气控制基础第二章PLC概述第三章PLC的基本组成和工作原理第四章S7-200PLC的系统配置第五章S7-200PLC的指令系统第七章PLC控制系统设计,考核方式（课堂26学时实验6学时）,1、考试：70；2、课堂考勤：10；3、平时作业：10；4、实验成绩：10。,可编程序控制器当代工业自动化支柱之一,可编程序控制器当代工业自动化支柱之一,可编程序控制器当代工业自动化支柱之一,酒店控制系统,无线接收器,遥控器,传感器,灯,输入输出混合模块SmartI/O,Rnet,电源控制设备,家电产品,阀门控制器,RS-485,RS-232C
2、,前台,控制室,客房,蘑菇栽培工厂加湿设备控制系统,20台,RS-485,20台,RS-485,栽培室#1,.,以太网,触摸屏,.#10,包装切割机,电机控制装置,IM,PG,传感器,旋转率设定,PLC实验设备,（一）电器的定义及分类,第一章电气控制基础,一、电器的基础知识,第一节常用低压电器,1、定义：电器是一种能根据外界的信号（机械力、电动力和其它物理量），自动或手动接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节用的电气元件或设备。,2、分类：按工作电压和用途分类。,高压电器：通常情况下380V即可认为属于（中）高压范围。,1铁芯2线
3、圈3衔铁4静触点5动触点6触点弹簧7释放弹簧,（二）电磁式电器,1.电磁机构吸力特性与反力特性的配合,作用在衔铁上的力：电磁吸力由电磁机构产生，电磁反力由释放弹簧和触点弹簧产生。,组成部分：电磁机构、触点系统、灭弧装置。,吸力特性与反力特性的配合1直流电磁铁吸力特性2交流电磁铁吸力特性3反力特性,吸力特性:是指电磁吸力F随衔铁与铁芯间气隙变化的关系曲线直流电磁机构吸力F随气隙的减小而增加，如曲线1。交流电磁机构的励磁电流与气隙成正比，如曲线2。反力特性:是指反作用力Fr与气隙的关系曲线。,吸力特性与反力特性的配合：在衔铁吸合过程中，其吸力特性必须始终处于反力特性上方，即吸力要大于反力；反之衔铁
4、释放时，吸力特性必须位于反力特性下方，即反力要大于吸力（此时的吸力是由剩磁产生的）。在吸合过程中还须注意吸力特性位于反力特性上方不能太高，否则会影响到电磁机构寿命。,2.交流电磁机构上短路环的作用,交流电磁铁的短路环1衔铁2铁芯3线圈4短路环,交流电磁机构电磁吸力是一个两倍于电源频率的周期性变量，随着电源电压的变化，衔铁周而复始地闭合与释放，产生振动与噪声。短路环将磁通分为1和2，相位差约900。,电磁吸力图,3.触点系统,触点是电器的执行机构，它在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。结构形式：桥式触点和指形触点触点的接触形式：点接触、线接触和面接触,a)点接触桥式b)面接触桥式c)线接触指式
5、,哪种触点形式适用于大容量、大电流的场合？,触点的分类：按触点的运动情况：动触点和静触点按触点的职能分：主触点和辅助触点按触点的状态可分为：常开触点和常闭触点,线圈,辅助触点,铁心,衔铁,电源,电机,主触点,常闭,常开,弹簧,电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于某一数值（1220V），或电流超过某一数值（0.251A之间）时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。电弧的实质：触点间气体在强电场下产生的放电现象。电弧的危害（1）延长了切断故障的时间；（2）高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；（3）形成飞弧造成电源短路事故。灭弧措施：电动力灭弧、磁吹灭弧、栅片灭弧、灭弧罩。,4.灭弧系统,二、接触
6、器,（一）接触器的组成及工作原理,1-主触头（三对）2-动铁心3-线圈4-静铁心5-辅助触头,定义：接触器是用于远距离频繁地接通和分断主电路或大容量控制电路的自动切换电器，主要用于控制电动机，也可用于控制其他电力负载。,1.线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁心振动，需加短路环。,2.当线圈电压降到某一数值时（一般为85线圈额定电压），衔铁在弹簧力作用下复位，触头恢复常态。称为失压保护功能,符号,用于主电路流过的大电流(需加灭弧装置),用于控制电路流过的小电流(无需加灭弧装置),（二）接触器的主要技术参数,接触器分为交流接触器和直流接触器。
7、额定电压:铭牌上的额定电压是指主触点能承受的额定电压。额定电流:铭牌上的额定电流是指主触点的额定电流。吸引线圈额定电压:线圈能承受的额定电压。,（三）接触器的选择与使用,1.接触器的类型选择根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型，选择直流或交流。,2.额定电压的选择接触器的额定电压不小于负载回路的电压。,3.额定电流的选择一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流。对于电动机负载可按经验公式计算（K11.4）：,4.吸引线圈的额定电压选择吸引线圈的额定电压与所接控制电路的电压相一致。,5.接触器的触点数量、种类选择接触器一般垂直安装。,三、继电器,定义：继电器是一种根据某种输入信号的变化
8、来接通或断开控制电路，实现自动控制和保护的电器。,继电器与接触器的区别：（1）继电器主要用于小电流电路，触点容量较小（5A以下），且无灭弧装置，而接触器用于控制电动机等大功率、大电流电路；（2）继电器输入信号可以是各种物理量，如电压、电流、时间、速度、压力等，而接触器的输入量只有电压。,继电特性：x1称为继电器的释放值，x2称为继电器的吸合值，K=x1/x2称为继电器的返回系数。,图1-4继电器特性曲线,（一）电磁式继电器,1、电流继电器电流继电器的线圈与被测电路串联，以反应电路中电流的变化而动作。主要用于系统的电流保护与控制。特点：其线圈的匝数少而粗。分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流
9、电流继电器；按吸合电流大小又可以分为过电流和欠电流继电器。,2、电压继电器触点的动作和线圈的电压大小有关的继电器叫电压继电器，它用于电力拖动系统的电压保护和控制，使用时电压继电器的线圈与负载并联。特点：其线圈的匝数多而线径细。分类：按线圈电流的种类可以分为交流和直流电压继电器，按吸合电压大小又可以分为过电压、欠电压和零电压继电器。,3.中间继电器,中间继电器触头容量小，触点数目多，属于电压型继电器，用于控制线路。,通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。,(a)外形,中间继电器外形与符号,定义：在敏感元件获得信号后，执行元件要延迟一段时间才动作的继
10、电器叫做时间继电器。通电延时：接受输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化。当输入信号消失后，输出瞬时复原。断电延时：接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。,（二）时间继电器,1、空气阻尼式时间继电器,空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用而达到延时的目的。它由电磁机构、延时机构和触头组成。,时间继电器图形文字符号,a)通电延时线圈b)断电延时线圈c)通电延时闭合触头d)通电延时断开触头e)断电延时断开触头f)断电延时闭合触头,2.晶体管式和数字式时间继电器晶体管式继电器又称半导体式时间继电器，通过改变RC充电回路的时间常数，即可改变延时时间
11、。特点：延时范围广，精度高，但抗干扰性差。,（三）热继电器,热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。主要用于交流电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行的保护及其它电气设备发热状态的控制。,工作原理：双金属片热膨胀系数大的称为主动层，点称为被动层。加热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的上层膨胀系数大，使其向下弯曲，推动扣板使热继电器的触点动作，常闭触点断开。,（四）速度继电器,作用：利用速度原则对电动机进行控制的自动电器，常用作笼型异步电动机的反接制动控制，因此亦称之为反接制动器。速度继电器的轴与电动机的轴相连接。
12、转子固定在轴上，定子与轴同心。,结构：定子、转子和触头原理：与异步电动机类似参数：动作转速：120r/pm复位转速：100r/pm,四、主令电器,主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器，用来控制接触器、继电器或其它电器线圈，使电路接通或分断，从而达到控制生产机械的目的。主令电器按其作用可分为：控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关等。,1-按钮帽2-复位弹簧3-动触点4-常闭静触点5-常开静触点,（一）按钮,一般红色表示停止按钮，绿色表示起动按钮，红色蘑菇表示急停按钮。常为复合式，分带自锁按钮与复位按钮（不带自锁按钮）。,（二）行程开关(限位开关),(a)外形图,行程开关又称限位开
13、关或位置开关。是一种利用生产机械某些运动部件的撞击来发出控制信号的小电流主令电器。主要用于生产机械的运动方向、行程大小控制或位置保护等。结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。,特点：非接触式的、无触点行程开关。接近开关按其工作原理分：有高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等，其中高频振荡型最为常用。,（三）接近开关和光电开关,五、熔断器,熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器。常作为电路或用电设备的严重过载和短路保护，主要用作短路保护。熔断器的熔体串联在被保护电路中。,插入式熔断器1-动触头2-熔丝3-瓷盖4-静触头5-瓷座,螺旋式熔断器1-瓷帽2-熔管3-瓷套4
14、-上接线端5-下接线端6-底座,密闭管式熔断器1-夹座2-底座3-熔管,六、低压断路器,低压断路器又称自动空气开关或自动开关。它相当于刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。,1主触点2自由脱扣机构3过电流脱扣器4分励脱扣器5热脱扣器6失压脱扣器7按钮,第二节基本电气控制电路,一、电气图中的图形符号及文字符号,（二）电气图中的图形符号及文字符号电器控制线路图是工程技术的通用语言，为了便于交流与沟通，在电器控制线路中，各种电器元件的图形、文字符号必须符合国家的标准。1983年国家标准局参照国际电工委员会（IE
15、C）颁布的有关文件，制定了我国电气设备有关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号。,常用的电气工程图有3种：电路图（电气系统图、原理图）、接线图和元件布置图。,（一）电气控制图电气控制系统是由若干电器元件按照一定的要求连接而成的，将这些电器元件及其连接用一定的图形表达处理，这种图就是电气控制图或称电气图。,（三）绘制电路图的有关规定,电路图是用图形符号并按工作顺序排列，详细表示电路或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。目的：便于详细理解工作原理；为测试和寻找故障提供信息；作为编制接线图的依据。,电路图根据通过电流的大小可分为主电路和控制电路。主电路是电气控制线路
16、中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件（一般有QS，FU，FR的热元件、QF、KM主触点和电动机）；控制电路是指接触器和继电器线圈等小电流线路，以及其它如信号、保护电路、连锁电路等。,绘制电路图的有关规定：,（1）主电路、控制电路、信号电路应分开绘制出，电路图中的电器不同组成部分可不画在一起，但文字符号应标注一致。,（2）控制电路和信号电路画在两条电源线之间。,（3）电气图中所有电器触点，都按没有通电和没有外力作用时的开闭状态控制电路和信号电路画在两条电源线之间。,（4）电路或元器件应按功能布置，尽可能按动作顺序依次平行排列，尽可能减少线条和避免交叉线。,（5）有机械联系的元件用虚线连接。,二、三相笼型异步电动机全压起动控制电路,单向点动控制电路,（一）电动机单向运行控制电路1、单向点动控制电路,特点：
