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1、工厂电气与PLC控制技术,第四版 张振国 方承远 主著 王 楠 蒋明琴 参编 机械工业出版社,普通高等教育“十二五”规划教材,目录 前言 绪论 第一章 继电接触逻辑控制基础 第二章 可编程序控制器的组成与工作原理 第三章 PLC的编程语言与指令系统 第四章 PLC的特殊功能I/O模块 第五章 西门子电气（SIEMENS）S7系列型PLC 第六章 编程器、编程软件及其使用 第七章 PLC的联网与通信技术 第八章 电气控制装置与PLC控制系统设计 第九章 电气实验、课程设计与工程实践,绪 论,一、“工厂电气控制技术”课程的性质和任务 性 质 实践性强的专业课。 内 容 电机、其他执行电器为控制对
2、象，介绍电气控制的基本原 理、线路、程序及控制装置的 设计方法。 目 标 1、电气控制线路、程序、技术资料 的阅读分析能力。 2、电气控制线路、程序的设计能力。,任务 ： 1、熟练掌握常用控制电器、电气控制线路的构 成、原理及用途，独立分析和设计能力。 2、掌握可编程序控制器（PLC）的基本构成、 工作原理、特点及其应用发展情况。 3、掌握小型PLC的硬件构成、工作原理、编程 语言、指令系统与编程方法。 4、掌握PLC控制系统的设计方法、设计过程、 步骤、PLC模块选择方法、应用程序设计 与调试方法等。,二、电气控制技术的发展 控制方法 手动 自动 控制功能 简单 复杂 操作方式 笨重 轻巧
3、控制原理 有触点硬接线继电器微处理器的 软件 控制方式 集中拖动顺序控制 DCS 网络 现场总线以太网 新 技 术 综合应用电子技术、检测技术、 计算机技术、自动控制理论,M2 3,YA,M3 3,M! 3,反转,正转,停,SA5,FU1,FU2,KM3 12,KM2 9,KM4 15,R,U1,V1,W1,FR1 7,KS,5.5kW 1410r/min,1.5kW 1410r/min,U2,V2,W2,FR2 13,快速 进给,0.125kW 2790r/min,KM6 19,KM5 18,KM1 7,U3,V3,W3,FR3 7,150VA 380 /127V,60VA 380 / 36
4、V,FU,EL,T,QS,L1,L2,L3,31,关,SA4,开,32,主电路,第一章 继电接触器逻辑控制基础,意 义 继电器、接触器控制技术是进 代先进电气控制基础。 低压电器 电力拖动自动控制系统的基本 组成元件。 介 绍 常用低压电器元件的用途、类 型、符号、选用四方面。 举 例 电气线路的阅读分析方法。,第一节 电器的基本知识 一、电器的定义及分类 （一）电器的定义 凡是自动或手动接通和断开电路， 以及能实现对电路或非电对象切 换、控制、保护、检测、变换和 调节目的的电气元件统称为电器。,（二）电器的分类 1、按工作电压等级分类 （1）低压电器 交流AC 1200V； 直流DC 150
5、0V。,2、按用途分类 （1）控制电器 用于各种控制电路和控制系统的电器。 （2）主令电器 用于各种控制系统中发送控制指令的电 器。 （3）保护电器 用于保护电路及用电设备的电器。 （4）配电电器 用于电能的输送和分配的电器。 （5）执行电器 用于完成某种动作或传动功能的电器。,3、按工作原理分类 （1）电磁式电器 依据电磁原理来工作的电器。 （2）非电类控制电器 电器的工作是靠外力或某种非电物理量 的变化而动作的电器。,二、电磁式电器的工作原理与结构特点 组成： 感测部分电磁结构； 触头系统执行部分。 （一）电磁结构 作用将电磁能量转换为机械能量，带 动触头动作，完成接通和分断电 路。 组成
6、吸引线圈、铁心、衔铁等。,1、常用的磁路结构（图11） 1）衔铁沿棱角转动的拍合式铁心 广泛应用于直流电器中。 2）衔铁沿轴转动的拍合式铁心 应用触点容量较大的交流电器中。 3）衔铁直线运动的双E形直动式铁心 多用于交流接触器、继电器中。 2、吸引线圈 作用将电能转换成磁场能量。 注意结构、交、直流、热的产生。,图11 常用的磁路结构,线圈自然状态 没有电,1衔铁 2铁心 3吸引线圈,1,2,3,线圈通电,图11 常用的磁路结构,机械运动,图11 常用的磁路结构,图11 常用的磁路结构 通电后动作情况,机械运动,（二）电磁吸力与吸力特性 电磁吸力 （11） 式中 Ft 电磁吸力，单位为N； B
7、 气隙中磁感应强度，单位为T； S 磁极截面积，单位为m2 ； 固定铁心与衔铁之间的气隙。 直流电磁铁时 B恒定值； 交流电磁铁时 BBmsint。 （12）,将式12代入式11整理得 式中 电磁吸力最大值； 电磁吸力平均值。,吸力特性吸力Ft与铁心间隙的特性曲 线。 （图12） 直流电磁铁（曲线 1 ） 励磁电流 I 与气隙 无关； 动作过程为 恒磁通势； F21/Rm21/2 吸力大小 随陡峭。 交流电磁铁（曲线 2 ） 设线圈电压U不变，则UE4.44fN， U/4.44fN，由磁路定律NI/Rm 励磁电流 I 与气隙 成正比； 动作过程为 近似恒磁通； 吸力大小 随 平坦。,图12 电
8、磁铁的吸力特性 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,1,2,3,F,0,分析曲线形状 为什么？,（三）反力特性和返回系数 反力特性 反作用力 Fr 与气隙 的关系曲线。 （图12 曲线 3 ） 注意： 吸合 保证吸力特性位于反力特性上方； 释放 : : : 下方。 返回系数（-反映灵敏度的参数） 释放电压 Ure （或电流 Ire ） 与吸合电压 Uat （或电流 Iat ）。 或,（四）交流电磁机构上短路环的作用,图13 交流电磁机构实际吸力曲线,t,Fat,F 交流分量,F Fatm F0 Fr 0,最大值 交流分量 反力,由上述公式可知交流电磁铁的吸力是一个两倍电源频
9、率的周期量，即 恒定分量 F0 最大吸力 Fat 的一半 ； 交变分量 F0cos2t F0 。 所以 Fat 0 Fatm Fat的结果有时 0 则 Fat F0 （ F0cos2t） F0,1-衔铁 2-铁心 3-线圈 4-短路环 图1-4 交流电磁铁的短路环,三、电器的触点系统和电弧 （一）电器的触点系统 作用起接通和分断电路。 结构型式： 1、桥式触点 （图15 a、b） 2、指形触点（图15 c）,图15 触点的结构型式,运动过程,用力按下,运动过程结束,产生摩擦动作,产生摩擦动作,（二）电弧的产生及灭弧方法 I、U 大到某一数值时产生电弧。 U 1220V间； I 几百mA间。 原
10、因 触头气体在电场作用下电离放电、 游离现象。 结果 产生高温、发出强光，触头烧毁。,常用的灭弧方法： 1、电动力灭弧 （图16） 应用 一般交流电路中。,图16 电动力灭弧示意图 1静触头 2动触头,2,1,I电流,I电流,2、磁吹灭弧 （图17） 应用 直流电路中。,图17 磁吹灭弧示意图 1次吹线圈 2绝缘套 3铁心 4引弧角 5导磁夹板 6灭弧罩 7动触头 8静触头,3、窄缝灭弧 （图18） 应用 交、直流电路中。,图18 窄缝灭弧示意图,4、栅片灭弧 （图19） 应用 高压电路中。,图19 栅片灭弧示意图 1灭弧栅片 2触头 3电弧,第二节 常用低压电器 常 用 开关、熔断器、主令电
11、器、接触器和各种继电器 一、开关电器 开关应用于配电线路作电源的隔离、保护与控制。 （一）、刀开关 应用在低压电路中，作为不频繁接通、断开电路。 原理依靠手动来实现触刀插入插座与脱离插座的控制电路 的通、断。 参数额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电流、热稳 定电流。 类型大电流刀开关、负荷开关、熔断器式刀开关。 选择使额定电压、额定电流 电路的额定电压、额定电流 注意安装手柄向上、电源接上端、负载接下端。 产品HD14、HD17、HS13、HK2、HH4、HR3 。,通断能力给定的电压下接通和分断的预期电流值 动稳定电流（额定峰值耐受电流Ip） 是开关设备 和控制设备在合闸的位置能够承受额
12、定短时耐受 电流第一个大半波的电流峰值。 （它反映了开关的机械强度抗击电动力的能力） 热稳定电流（额定短时耐受电流Ik）是开关设备 和控制设备在合闸的位置能够承受的电流有效值 （它表明开关能够承受断路电流热效应的能力）,型号含义：,0 不带灭弧罩 带有灭弧罩 板前接线 板后接线 极数 额定电流 中央手柄 侧面正向操作 中央杠杆操作 侧面手柄 HD 单投刀开关 HS 双极刀开关,图形符号及文字符号如图110。,图1-10 刀开关的符号 a）单极 b）双极 c）三极,QS,或,a） b） c）,QS,QS,（二）、转换开关 应用在电气设备中，作为非频繁接通、断开电 路、换接电源和负载，测量三相电压
13、以及控 制小容量感应电动机。 原理依靠转动手柄，使动触头与两侧静触头接通 和断开电路。 参数额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电 流、热稳定电流。 类型单极、双极和多极。 选择使额定电压、额定电流 电路的额定电压、 额定电流 产品HZ5、HZ10、HZ15。,转换开关的 结构示意图。,图111 转换开关的结构示意图,L1 L2 L3,U V W,图形符号及文字符号如图112。,图1-12 转换开关的符号 a）单极 b）三极,QS,a） b）,QS,（三）、断路器 （自动开关） 应用在低压电气中，作为非频繁接通、断开电 路、换接电源和负载，在电路发生短路、过 载或欠压等故障时，能自动分断故障电路， 是保护电器。 原理依靠手动或电动合闸，触头闭合后，自有脱 扣机构将触头锁在合闸位置上。 保护过电流、欠压、热、分励、自由脱扣。 参数额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型、 整定电流范围、分断能力、动作时间。 类型单极、双极和多极。,什么是空气开关？ 空气开关相当于闸刀
