电气控制系统与PLC(PPT).ppt
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1、电气控制系统与可编电气控制系统与可编程控制器程控制器 上海理工大学计算机与电气工程学院绪绪 论论一、一、一、一、“电气控制系统与可编程控制器电气控制系统与可编程控制器电气控制系统与可编程控制器电气控制系统与可编程控制器”课程的性质课程的性质课程的性质课程的性质和任务和任务和任务和任务性性性性 质质质质 实践性强的专业课。实践性强的专业课。实践性强的专业课。实践性强的专业课。内内内内 容容容容 电机、其他执行电器为控制对电机、其他执行电器为控制对电机、其他执行电器为控制对电机、其他执行电器为控制对 象,介绍电气控制的基本原象,介绍电气控制的基本原象,介绍电气控制的基本原象,介绍电气控制的基本原
2、理、线路、程序及控制装置的理、线路、程序及控制装置的理、线路、程序及控制装置的理、线路、程序及控制装置的 设计方法。设计方法。设计方法。设计方法。目目目目 标标标标 11、电气控制线路、程序、技术资料、电气控制线路、程序、技术资料、电气控制线路、程序、技术资料、电气控制线路、程序、技术资料 的阅读分析能力。的阅读分析能力。的阅读分析能力。的阅读分析能力。2 2、电气控制线路、程序的设计能力。、电气控制线路、程序的设计能力。、电气控制线路、程序的设计能力。、电气控制线路、程序的设计能力。任任 务务:1、熟练掌握常用控制电器、电气控制线路的构、熟练掌握常用控制电器、电气控制线路的构 成、原理及用途
3、,独立分析和设计能力。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(、掌握可编程序控制器(PLC)的基本构成、)的基本构成、工作原理、特点及其应用发展情况。工作原理、特点及其应用发展情况。3、掌握小型、掌握小型PLC的硬件构成、工作原理、编程的硬件构成、工作原理、编程 语言、指令系统与编程方法。语言、指令系统与编程方法。4、掌握、掌握PLC控制系统的设计方法、设计过程、控制系统的设计方法、设计过程、步骤、步骤、PLC模块选择方法、应用程序设计模块选择方法、应用程序设计 与调试方法等。与调试方法等。二、电气控制技术的发展二、电气控制技术的发展控制方法控制方法 手动手动 自动自动控制
4、功能控制功能 简单简单 复杂复杂操作方式操作方式 笨重笨重 轻巧轻巧控制原理控制原理 有触点硬接线继电器有触点硬接线继电器 微处理器的软件微处理器的软件控制方式控制方式 集中拖动集中拖动 顺序控制顺序控制 DCS 网络网络 现场总线现场总线 以太网以太网新新 技技 术术 综合应用电子技术、检测技术、综合应用电子技术、检测技术、计算机技术、自动控制理论计算机技术、自动控制理论M23YAM33M!3反转反转正转正转停停SA5FU1FU2KM3 12KM2 9KM4 15RU1V1W1FR1 7KS 5.5kW1410r/min 1.5kW1410r/minU2V2W2FR2 13快速快速进给进给
5、0.125kW2790r/minKM6 19KM5 18KM1 7U3V3W3FR3 7 150VA380/127V 60VA380/36VFUELTQSL1L2L331关关SA4开开32总开关及保护总开关及保护总开关及保护总开关及保护 主轴转动主轴转动主轴转动主轴转动起动起动起动起动 制动制动制动制动 进给传动进给传动进给传动进给传动正转正转正转正转 反转反转反转反转冷确泵冷确泵冷确泵冷确泵 变压器及照明变压器及照明变压器及照明变压器及照明主电路主电路主电路主电路第一章第一章 继电接触器逻辑控制基础继电接触器逻辑控制基础意意 义义 继电器、接触器控制技术是近继电器、接触器控制技术是近 代先进
6、电气控制基础。代先进电气控制基础。低压电器低压电器 电力拖动自动控制系统的基本电力拖动自动控制系统的基本 组成元件。组成元件。介介 绍绍 常用低压电器元件的用途、类常用低压电器元件的用途、类 型、符号、选用四方面。型、符号、选用四方面。举举 例例 电气线路的阅读分析方法。电气线路的阅读分析方法。第一节第一节 电器的基本知识电器的基本知识 一、电器的定义及分类一、电器的定义及分类(一)电器的定义(一)电器的定义 凡是自动或手动接通和凡是自动或手动接通和 断开电路,以及能实现断开电路,以及能实现 对电路或非电对象切对电路或非电对象切 换、控制、保护、检换、控制、保护、检 测、变换和调节目的的测、变
7、换和调节目的的 电气元件统称为电器。电气元件统称为电器。(二)电器的分类(二)电器的分类1、按工作电压等级分类、按工作电压等级分类(1)低压电器)低压电器 交流交流AC 1200V;直流直流DC 1200V;直流直流DC 1500V。2 2、按用途分类、按用途分类、按用途分类、按用途分类(1 1)控制电器)控制电器)控制电器)控制电器 用于各种控制电路和控制系统的电器。用于各种控制电路和控制系统的电器。用于各种控制电路和控制系统的电器。用于各种控制电路和控制系统的电器。(2 2)主令电器)主令电器)主令电器)主令电器 用于各种控制系统中发送控制指令的电用于各种控制系统中发送控制指令的电用于各种
8、控制系统中发送控制指令的电用于各种控制系统中发送控制指令的电 器。器。器。器。(3 3)保护电器)保护电器)保护电器)保护电器 用于保护电路及用电设备的电器。用于保护电路及用电设备的电器。用于保护电路及用电设备的电器。用于保护电路及用电设备的电器。(4 4)配电电器)配电电器)配电电器)配电电器 用于电能的输送和分配的电器。用于电能的输送和分配的电器。用于电能的输送和分配的电器。用于电能的输送和分配的电器。(5 5)执行电器)执行电器)执行电器)执行电器 用于完成某种动作或传动功能的电器。用于完成某种动作或传动功能的电器。用于完成某种动作或传动功能的电器。用于完成某种动作或传动功能的电器。3、
9、按工作原理分类、按工作原理分类(1)电磁式电器)电磁式电器 依据电磁原理来工作的电器。依据电磁原理来工作的电器。(2)非电类控制电器)非电类控制电器 电器的工作是靠外力或某种非电物理量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。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二、电磁式电器的工作原理与结构特点组成:组成:感测部分感测部分电磁结构;电磁结构;触头系统触头系统执行部分。执行部分。(一)电磁结构(一)电磁结构 作用作用将电磁能量转换为机械能量,带将电磁能量转换为机械能量,带 动触头动作,完成接通和分断电动触头动作,完成接通和分断电 路。路。组成组成吸引线圈、铁心、衔
10、铁等。吸引线圈、铁心、衔铁等。1、常用的磁路结构(图、常用的磁路结构(图11)1)衔铁沿)衔铁沿棱角棱角转动的拍合式铁心转动的拍合式铁心 广泛应用于直流电器中。广泛应用于直流电器中。2)衔铁沿)衔铁沿轴轴转动的拍合式铁心转动的拍合式铁心 应用触点容量较大的交流电器中。应用触点容量较大的交流电器中。3)衔铁直线运动的双)衔铁直线运动的双E形直动式铁心形直动式铁心 多用于交流接触器、继电器中。多用于交流接触器、继电器中。2、吸引线圈、吸引线圈 作用作用将电能转换成磁场能量。将电能转换成磁场能量。注意注意结构、交、直流、热的产生。结构、交、直流、热的产生。图图11 常用的磁路结构常用的磁路结构线圈自
11、然状态线圈自然状态 没有电没有电图图11 常用的磁路结构常用的磁路结构线圈通电线圈通电图图11 常用的磁路结构常用的磁路结构机械运动机械运动图图11 常用的磁路结构常用的磁路结构 通电后动作情况通电后动作情况机械运动机械运动(二)电磁吸力与吸力特性(二)电磁吸力与吸力特性(二)电磁吸力与吸力特性(二)电磁吸力与吸力特性 电磁吸力电磁吸力电磁吸力电磁吸力 (1 11 1)式中式中式中式中 F F t t 电磁吸力,单位为电磁吸力,单位为电磁吸力,单位为电磁吸力,单位为NN;B B 气隙中磁感应强度,单位为气隙中磁感应强度,单位为气隙中磁感应强度,单位为气隙中磁感应强度,单位为T T;S S 磁极
12、截面积,单位为磁极截面积,单位为磁极截面积,单位为磁极截面积,单位为mm2 2 ;固定铁心与衔铁之间的气隙。固定铁心与衔铁之间的气隙。固定铁心与衔铁之间的气隙。固定铁心与衔铁之间的气隙。直流电磁铁时直流电磁铁时直流电磁铁时直流电磁铁时 B B恒定值;恒定值;恒定值;恒定值;交流电磁铁时交流电磁铁时交流电磁铁时交流电磁铁时 B BB Bmmsinsint t。(1 12 2)将式将式将式将式1 12 2代入式代入式代入式代入式1 11 1整理得整理得整理得整理得式中式中式中式中 电磁吸力最大值;电磁吸力最大值;电磁吸力最大值;电磁吸力最大值;电磁吸力平均值。电磁吸力平均值。电磁吸力平均值。电磁吸
13、力平均值。吸力特性吸力特性吸力特性吸力特性吸力吸力吸力吸力F F t t与铁心间隙与铁心间隙与铁心间隙与铁心间隙 的特性曲的特性曲的特性曲的特性曲 线。线。线。线。(图(图(图(图1 12 2)直流电磁铁(曲线直流电磁铁(曲线直流电磁铁(曲线直流电磁铁(曲线 1 1)励磁电流励磁电流励磁电流励磁电流 I I 与气隙与气隙与气隙与气隙 无关无关无关无关;动作过程为动作过程为动作过程为动作过程为 恒磁通势;恒磁通势;恒磁通势;恒磁通势;F F2 2 2 21/Rm1/Rm1/Rm1/Rm2 2 2 21/1/1/1/2 2 吸力大小吸力大小吸力大小吸力大小 随随随随 陡峭。陡峭。陡峭。陡峭。交流电
14、磁铁(曲线交流电磁铁(曲线交流电磁铁(曲线交流电磁铁(曲线 2 2 2 2)设线圈电压设线圈电压设线圈电压设线圈电压U U U U不变,则不变,则不变,则不变,则UEUEUEUE4.44f4.44f4.44f4.44fN N N N,U/4.44fNU/4.44fNU/4.44fNU/4.44fN,由磁路定律由磁路定律由磁路定律由磁路定律NI/NI/NI/NI/RmRmRmRm 励磁电流励磁电流励磁电流励磁电流 I I 与气隙与气隙与气隙与气隙 成成成成正比正比正比正比;动作过程为动作过程为动作过程为动作过程为 近似恒磁通;近似恒磁通;近似恒磁通;近似恒磁通;吸力大小吸力大小吸力大小吸力大小
15、随随随随 平坦。平坦。平坦。平坦。图图12 电磁铁的吸力特性电磁铁的吸力特性1直流电磁铁吸力特性直流电磁铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性交流电磁铁吸力特性 3反力特性反力特性 123F0分析曲线形状分析曲线形状为什么?为什么?(三)反力特性和返回系数(三)反力特性和返回系数(三)反力特性和返回系数(三)反力特性和返回系数反力特性反力特性反力特性反力特性 反作用力反作用力反作用力反作用力 F Fr 与气隙与气隙与气隙与气隙 的关系曲线。的关系曲线。的关系曲线。的关系曲线。(图(图(图(图1 12 2 曲线曲线曲线曲线 3 3)注意:注意:注意:注意:吸合吸合吸合吸合 保证吸力特性位于反力特性保证
16、吸力特性位于反力特性保证吸力特性位于反力特性保证吸力特性位于反力特性上上上上方;方;方;方;释放释放释放释放 :下下下下方。方。方。方。返回系数(返回系数(返回系数(返回系数(-反映灵敏度的参数)反映灵敏度的参数)反映灵敏度的参数)反映灵敏度的参数)释放电压释放电压释放电压释放电压 U Urere (或电流或电流或电流或电流 I Irere )与吸合电压与吸合电压与吸合电压与吸合电压 U Uatat (或电流或电流或电流或电流 I Iatat )。)。)。)。或或或或(四)(四)(四)(四)交流电磁机构上短路环的作用交流电磁机构上短路环的作用交流电磁机构上短路环的作用交流电磁机构上短路环的作用
17、图图13 交流电磁机构实际吸力曲线交流电磁机构实际吸力曲线tFatF 交流分量交流分量FFatmF0Fr 0最大值最大值 交流分量交流分量反力反力 由上述公式可知由上述公式可知由上述公式可知由上述公式可知交流电磁铁的吸力是一个两倍电源频交流电磁铁的吸力是一个两倍电源频交流电磁铁的吸力是一个两倍电源频交流电磁铁的吸力是一个两倍电源频率的周期量,即率的周期量,即率的周期量,即率的周期量,即 恒定分量恒定分量恒定分量恒定分量 F F F F0 0 0 0 最大吸力最大吸力最大吸力最大吸力 F F F Fat at at at 的一半的一半的一半的一半 ;交变分量交变分量交变分量交变分量 F F F
18、F0 0 0 0cos2cos2cos2cos2t t t t F F F F0 0 0 0 。所以所以所以所以 F F F Fat at at at 0 0 0 0 F Fatm F F F Fatatatat的结果有时的结果有时的结果有时的结果有时 0 0 0 0 则则则则 F F F Fatatatat F F F F0 0 0 0(F F F F0 0 0 0cos2cos2cos2cos2t t t t)F F F F0 0 0 01-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三、电器的触点系统和电弧三、电器的触点系统和电弧三、电器的触点
19、系统和电弧(一)电器的触点系统(一)电器的触点系统(一)电器的触点系统(一)电器的触点系统 作用作用作用作用起接通和分断电路。起接通和分断电路。起接通和分断电路。起接通和分断电路。结构型式:结构型式:结构型式:结构型式:1 1、桥式触点、桥式触点、桥式触点、桥式触点 (图(图(图(图1 15 a5 a、b b)2 2、指形触指形触指形触指形触点点点点(图(图(图(图1 15 c5 c)图图15 触点的结构型式触点的结构型式运动过程运动过程用力按下用力按下运动过程结束运动过程结束产产生生摩摩擦擦动动作作产产生生摩摩擦擦动动作作(二)电弧的产生及灭弧方法(二)电弧的产生及灭弧方法 I、U 大到某一
20、数值时产生电弧。大到某一数值时产生电弧。U 1220V间;间;I 几百几百mA间。间。原因原因 触头气体在电场作用下电离放电、触头气体在电场作用下电离放电、游离现象。游离现象。结果结果 产生高温、发出强光,触头烧毁。产生高温、发出强光,触头烧毁。常用的灭弧方法:常用的灭弧方法:1、电动力灭弧、电动力灭弧 (图(图16)应用应用 一般交流电路中。一般交流电路中。图图16 电动力灭弧示意图电动力灭弧示意图FF2、磁吹灭弧、磁吹灭弧 (图(图17)应用应用 直流电路中。直流电路中。图图17 磁吹灭弧示意图磁吹灭弧示意图1次吹线圈次吹线圈 2绝缘套绝缘套 3铁心铁心 4引弧角引弧角 5导磁夹板导磁夹板
21、 6灭弧罩灭弧罩 7动触头动触头 8静触头静触头 321 4 5 6783、窄缝灭弧、窄缝灭弧 (图(图18)应用应用 交、直流电路中。交、直流电路中。图图18 窄缝灭弧示意图窄缝灭弧示意图4、栅片灭弧、栅片灭弧 (图(图19)应用应用 高压电路中。高压电路中。图图19 栅片灭弧示意图栅片灭弧示意图123FII第二节第二节第二节第二节 常用低压电器常用低压电器常用低压电器常用低压电器常常常常 用用用用 开关、熔断器、主令电器、接触器和各种继电器开关、熔断器、主令电器、接触器和各种继电器开关、熔断器、主令电器、接触器和各种继电器开关、熔断器、主令电器、接触器和各种继电器一、开关电器一、开关电器一
22、、开关电器一、开关电器开关开关开关开关应用于配电线路作电源的隔离、保护与控制。应用于配电线路作电源的隔离、保护与控制。应用于配电线路作电源的隔离、保护与控制。应用于配电线路作电源的隔离、保护与控制。(一)、刀开关(一)、刀开关(一)、刀开关(一)、刀开关应用应用应用应用在低压电路中,作为不频繁接通、断开电路。在低压电路中,作为不频繁接通、断开电路。在低压电路中,作为不频繁接通、断开电路。在低压电路中,作为不频繁接通、断开电路。原理原理原理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依靠手动来实现触刀插入插座与脱离插座的控制电路依靠手动来实现触刀插入插座与脱离插座的控制电路依靠手动来实现触
23、刀插入插座与脱离插座的控制电路 的通、断。的通、断。的通、断。的通、断。参数参数参数参数额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电流、热稳额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电流、热稳额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电流、热稳额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电流、热稳 定电流。定电流。定电流。定电流。类型类型类型类型大电流刀开关、负荷开关、熔断器式刀开关。大电流刀开关、负荷开关、熔断器式刀开关。大电流刀开关、负荷开关、熔断器式刀开关。大电流刀开关、负荷开关、熔断器式刀开关。选择选择选择选择使额定电压、额定电流使额定电压、额定电流使额定电压、额定电流使额定电压、额定电流 电路的额定电压、额定
24、电流电路的额定电压、额定电流电路的额定电压、额定电流电路的额定电压、额定电流注意注意注意注意安装手柄向上、电源接上端、负载接下端。安装手柄向上、电源接上端、负载接下端。安装手柄向上、电源接上端、负载接下端。安装手柄向上、电源接上端、负载接下端。产品产品产品产品HDHD1414、HDHD1717、HSHS1313、HKHK2 2、HHHH4 4、HRHR3 3。型号含义:型号含义:型号含义:型号含义:0 不带灭弧罩不带灭弧罩 1带有灭弧罩带有灭弧罩 8板前接线板前接线 9板后接线板后接线 10极数极数 11额定电流额定电流 11中央手柄中央手柄 12侧面正向操作侧面正向操作13中央杠杆操作中央杠
25、杆操作14侧面手柄侧面手柄 15HD 单投刀开关单投刀开关16HS 双极刀开关双极刀开关图形符号及文字符号如图图形符号及文字符号如图图形符号及文字符号如图图形符号及文字符号如图1 11010。图图1-10 刀开关的符号刀开关的符号a)单极单极 b)双极双极 c)三极三极QS或或a)b)c)QSQS(二)、转换开关(二)、转换开关(二)、转换开关(二)、转换开关应用应用应用应用在电气设备中,作为非频繁接通、断开电在电气设备中,作为非频繁接通、断开电在电气设备中,作为非频繁接通、断开电在电气设备中,作为非频繁接通、断开电 路、换接电源和负载,测量三相电压以及控路、换接电源和负载,测量三相电压以及控
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