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1、电气工程管理现代电气控制与PLC技术现代电气控制与PLC技术前言本教材作为十三师职业技术学校的校本教材，是为本校机电专业的学生在学习“电气控制及PLC控制技术”这门课时使用的。教材紧密结合了学校现有实训资源，依据加工制造类机电技术应用专业“电器及PLC控制技术”课程的教学大纲，结合本校学生实际情况，以“通俗易懂，直观明了，可操作性强”为原则进行了编写。教材内容涵盖了现代电气控制和PLC控制技术两篇、四章的内容，现代电气控制和PLC控制技术各两章内容。现代电气控制技术是早期以继电器、接触器为主要控制元件的控制技术，这门技术发展到后来，逐渐被PLC控制技术取代。但是在一些简单系统中，由于传统的接触
2、器继电器控制方式结构简单，价格低廉，容易设计、实现、维护，所以在许多应用场合仍然能够看到它的身影。学习这部分类容，旨在让学生掌握电气接线、配电、工业自动化控制及电工学的基本知识。这些基础知识不仅是学习PLC控制技术的基础，也是作为一名合格的电气工程师所要具备的基本素养，所以对这部分内容的学习也是十分必要的。现代电气控制第一章内容为电气控制基本元件。书中尽量避免枯燥的理论知识，以通俗简单的方式让学生掌握这些基本元件的使用场合和接线方式。第二章内容为电气控制基本环节，这部分内容的学习必须要在学习完第一章内容的基础上进行。第二章的学习旨在让学生能够读懂简单的电气控制原理图，了解电气控制原理图的设计和
3、绘制，并能根据原理图进行施工实现。本书PLC控制技术部分主要介绍了三菱FX1N系列PLC的编程方式。第三章内容主要介绍FX1N系列PLC的常用基本指令，让学生首先对基本的指令有所了解。在此基础上，第四章内容为PLC编程的一些综合实验。在这些综合实验的学习中，主要让学生掌握PLC编程这门技术，培养学生的逻辑思维能力，发展学生智力。由于时间仓促，水平所限，书中难免存在纰漏甚至谬误，请广大师生不吝指正。编者2015年11月6日目录第一章未完成，请读者见谅。第一篇 现代电气控制本篇内容介绍传统的接触器继电器控制方式。为了开展第二章的综合实验，第一章介绍了常用电气控制元器件的原理、作用、符号和接线方式，
4、如按钮、熔断器、接触器、继电器、空气开关和漏电保护器等。第二章内容以电动机为执行元件，介绍了电动机的启动控制。按照由简单到复杂的顺序，编排了电动机点动控制、长动控制、电机正反转、顺序启动、间歇运行五个项目。由于实验资源限制，电动机的制动控制实验无法实施。所以以扩展实验的形式给出，主要介绍这些项目的控制原理，让学生练习电气原理图的读图能力。学习过程应以实验为导向，在完成实验的基础上，学习实验原理，再用实验原理解释实验现象。第一章现代电气控制基本元件项目一常用主令电器一、知识目标l 了解常用主令电器的基本功能与分类；l 掌握按钮、刀开关、行程开关的图形符号；二、任务描述主令电器是用来分断和接通控制
5、电路，以发布命令、或对生产过程进行控制的开关电器。它包括按钮、刀开关、行程开关等等。本节课程分别介绍这些电器的图形符号、功能及接线方式。学完本节课程，需要完成以下任务：l 用万用表检测控制按钮的常开触头和常闭触头；l 用能够识别有两个常态的按钮和只有一个常态的按钮，并用万用表测量按钮处于常态时，按钮触点的通断状态。三、知识串讲1.控制按钮按钮是最常用的主令电器，其典型结构如图1.1.1所示。它既有常开触点，也有常闭触点。常态时在复位弹簧的作用下，由桥式动触点将静触点1、2闭合，静触点3、4断开，按下按钮时，动触点将1、2分断，3、4闭合。1、2被称为常闭触点或动断触点；3、4被称为常开触点或动
6、合触点。图1.1.1按钮结构图为表明按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽做成红、绿、黄、蓝、白、灰等颜色，并规定了：（1）“停止”和“急停”按钮必须是红色，当按下红色按钮时，必须使设备停止工作或断电。（2）“起动”按钮为绿色。（3）“点动”按钮为黑色。（4）“起动”和“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色，不得是绿色或红色。（5）“复位”（如保护继电器的复位按钮）必须是蓝色。当复位按钮还有停止的作用时，则为红色。控制按钮按照常态时触电的通断状态，分为常开触点按钮、常闭触点按钮和复合按钮。图1.1.2（a）、（b）、（c）分别为这三种按钮的图形符号。（a）常开触点按钮（b）常闭触点按钮（c
7、）复合按钮图1.1.2控制按钮图形符号此外，还有两个常态的按钮。因为这类按钮当按钮按下时，触点状态能够保持，所以具有接通和断开两种常态。这类按钮的图形符号如图1.1.3所示。图1.1.3有两个常态的控制按钮符号需要注意的是，按钮触点对其所接入电路的电流大小有要求，如果电路中的电流超过按钮触点所允许的值，会导致拉弧、烧毁触点、触点粘连等问题。图1.1.4为LAY37控制按钮的铭牌值。图中可知，按钮所能承受交流电流的门限值为10A。图1.1.4控制按钮铭牌值2.刀开关刀开关由操作手柄、触刀、触点插座和绝缘底板等组成，图1.1.5为其结构简图。刀开关按级数可分为单级、双极与三级，按转换方式分为单投、
8、双投。为了使用方便或减小体积，在刀开关上再安装熔丝或熔断器，便组成了兼有通、断电路和短路保护作用的开关电器。如图1.1.6（a）和（b）分别为三级刀开关和带熔断器的刀开关图形符号。图1.1.5刀开关结构图（a）三级刀开关（b）带熔断器的刀开关图1.1.6刀开关图形符号和文字符号3.行程开关行程开关是利用运动部件的行程位置实现控制的电器元件，常用在自动往返的生产机械中。按照结构不同可以分为直动式、滚动式、微动式，如图1.1.7所示。（a）直动式（b）滚动式（c）微动式1-顶杆；2-弹簧；3-常闭触点；4-触点弹簧；5-常开触点图1.1.7行程开关结构图行程开关的结构、工作原理与按钮相同。区别是按
9、钮是通过手动按压使其动作，而行程开关是利用运动部件上的挡块碰压使触点动作。行程开关的图形与文字符号如图1.1.8所示。图1.1.8行程开关的图形符号和文字符号四、实验内容本实验需要控制按钮1个、万用表1台。因为常开触点在按钮处于常态时断开，常闭触点在按钮处于常态时闭合。利用万用表二极管档位，通过测量触点的通断，即可判断常开触点和常闭触点。实验步骤如下：（1） 松开按钮，让按钮处于常态；（2） 将万用表打到二极管档位；（3） 短接红黑表笔进行测试，如果蜂鸣器不叫，则万用表损坏或档位错误；（4） 将万用表表笔接至按钮的一对触点，如果蜂鸣器叫，则该对按钮为常闭按钮；否则，为常开按钮；（5） 将按钮按
10、下，并保持。再用万用表测量按钮触点，则接常开按钮时蜂鸣器鸣叫，接常闭按钮时蜂鸣器不叫。图1.1.9用万用表测量按钮的常开触点和常闭触点项目二低压电路保护电器一、知识目标l 掌握熔断器、空气开关、漏电保护器的基本功能和基本原理；l 掌握低压保护电器的选择。二、知识串讲1.熔断器熔断器是一种简单有效的保护电器，在电路中主要起短路保护作用。熔断器主要有熔体和安装在熔体上的的绝缘管组成。使用时，熔体串接于被保护电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬间熔断而分断电路，起到保护作用。（一）安秒特性熔断器的安秒特性表示熔断时间t与通过熔体的电流I的关系，如图1.2.1所示。熔断器的安秒特性为反时限特性，即短
11、路电流值越大，熔体熔断时间越短。熔断器的熔断电流与熔断时间的数值关系如表1.2.1所示。表1.2.1熔断器的熔断电流与熔断时间的数值关系熔断电流1.251.3IN1.6IN2IN2.5IN3IN4IN熔断时间不会熔断1h40s8s4.5s2.5s图1.2.1熔断器的安秒特性（二）技术参数1.额定电压额定电压指保证熔断器能长期正常工作的电压。2.额定电流额定电流指保证熔断器能长期工作的电流，必须小于或等于所装熔体的额定电流。3.极限分断电流极限分断电流指熔断器在额定电压下所能断开的最小短路电流。（三）熔断器的选用1.熔体额定电流选择对于电炉、照明等电阻性负载的短路保护，熔体的额定电流等于或稍大于
12、电路的工作电流。在配电系统中，通常有多级熔断保护，发生短路故障时，远离电源端的前级熔断器应先熔断。所以一般后一级熔体的额定电流比前一级熔体的额定电流至少大一个等级，以防止熔断器越级而扩大停电范围。保护单台电动机时，考虑到电动机受起动电流的冲击，熔体的额定电流（IRN）不小于电动机额定电流（IN）的1.52.5倍。即：IRN(1.52.5)IN保护多台电动机时，应按下式计算：IRN1.52.5INmax+IN式中，INmax为容量最大的一台电动机的额定电流；IN为其余电动机额定电流之和。熔断器的图形符号及文字符号如图1.2.2。图1.2.2熔断器图形符号及文字符号2.空气开关空气开关，又名空气断
13、路器，是断路器的一种。是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。3.漏电保护器项目三接触器一、知识目标l 了解接触器的基本原理、结构组成、作用和功能；l 了解直流接触器和交流接触器的异同；l 掌握接触器的接线方式、图形符号和文字符号，并会用万用表检测接触器的触头类型。二、任务描述通过本节内容的学习，在了解了接触器基本原理的基础上，完成下述任务：（1）认识接触器线圈端子、主触头端子
14、；（2）用万用表检测辅助触头的类型（常开触头或常闭触头）；（3）给施耐德LC1-D12交流接触器线圈加220V电压，观察触点吸合情况。三、知识串讲接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载的交、直流主电路或大容量控制电路的自动切换电器，具有控制容量大、适用于频繁操作和远距离控制等特点，主要用于控制电动机和电热设备。1.接触器结构接触器主要由电磁机构、触点系统和灭弧装置组成。电磁机构包括静铁芯、线圈和动铁芯。初始状态时，上方衔铁在弹簧恢复力的作用下，和下方衔铁分离，接触器主触点断开。当接触器线圈通有电流时，线圈周围产生磁场，该磁场将上方衔铁吸下，衔铁带动主触点动作，从而主触点闭合。触点系统包括接触
15、器主触点和辅助触点。主触点用于分断主电路，辅助触点接入控制电路，以实现相应的控制要求，第二章中我们将看到这一应用。在20A以上的交流接触器中，通常设有灭弧罩，它的作用是迅速切断触点分断时所产生的电弧，以避免发生触点烧毛或熔焊。常见的灭弧方式有机械灭弧、磁吹灭弧、窄缝或栅片灭弧等。其内部结构如图1.3.1所示。图1.3.1接触器结构示意图2.接触器分类按照接触器线圈中通入的电流类型不同，可以将接触器分为直流接触器和交流接触器。对于直流接触器，由于线圈回路阻抗只有线圈绕组的电阻，因此为不使线圈电流过大，必须将绕组做的很大，以增大线路电阻。而对于交流接触器，线圈回路阻抗中线圈感抗占主导因素，因此绕组可无需做的很大。基于这个原因，交流接触器和直流接触器在使用中不可混用。另外，交流接触器线圈在通电瞬间，线圈电流很大。这是因为通电瞬间，衔铁尚未吸合，线圈周围磁路磁阻很大，绕组感抗较小导致的。3.接触器图形、文字符号因接触器主触点、辅助触点和线圈在不同的电路中，常分开来画。如图1.3.2所示。（a）线圈（b）主触点（c）常开辅助触点（d）常闭辅助触点图1.3.2接触器图形及文字符号4.接触器铭
