元器件讲解各种控制电路课件

第2章 顺序控制,2-1,2.1 顺序控制及其系统的组成 2.2 顺序控制的数学工具 2.3 电器控制系统 2.4 顺序控制系统 2.5 一位微处理机系统,2.1 顺序控制及其系统的组成,2-2,2.1 顺序控制及其系统的组成 2.2 顺序控制的数学工具 2.3 电器控制系统 2.4 顺序控制系统 2.5 一位微处理机系统,2.1 顺序控制及其系统的组成,2.1.1 顺序控制 2.1.2 系统的功能要求 2.1.3 组成,2.1.1 顺序控制,顺序控制是指以预先规定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作次序，对控制过程各阶段顺序地进行自动控制。,顺序控制工业领域有广泛的应用。,2-4,2.1.2 系统的功能要求,顺序的应用实例： 例2-1 送料小车控制系统 例2-2 自动咖啡机 例2-3 原料混合加热控制系统,2-5,2.1.2 系统的功能要求,例2-1 送料小车控制系统 控制输出 记忆功能,2-6,2.1.2 系统的功能要求,例2-2 自动咖啡机,2-7,控制输出 记忆功能 逻辑运算,2.1.2 系统的功能要求,例2-3 原料混合加热控制系统,2-8,装原料A，到50% 装原料B，到75% 搅拌并加热到95度，保持20min 排料至5%,2.1.2 系统的功能要求,顺序控制器应满足下列基本功能要求： 1）约束功能 2）记忆功能,2-9,顺序控制中，必须处理好下面两个问题： 1）状态设计问题 2）必须严格保证相互的约束关系或定时关系,2.1.3 系统的组成,2-10,顺序控制器种类很多，由继电器接触器所组成的自动控制线路就是一种简单的、纸级的顺序控制；非接触元件（半导体晶体管，无触点开关）； 存储式顺序控制器、专用微型计算机顺序控制器和可编程序控制器。,2.2 顺序控制的数学工具,2-11,2.2.1 步尔代数 2.2.2 真值表 2.2.3 卡诺图,2.3 电器控制系统,2-12,2.3.1 常用电器元件及符号 2.3.2 常用典型的控制线路 2.3.3 电气控制系统的设计 2.3.4 典型电气控制系统,2.3.1 常用电器元件及符号,1. 分类 （1）按适用的电压范围分类 分为低压电器和高压电器。 （2）低压电器按所控制的对象分类 根据其控制的对象分为低压配电电器和低压控制电器。 （3）按所起作用分类 依据电器所起的作用可分为控制电器和保护电器。 （4）按动作性质分类 依据电器的动作性质可分为自动控制电器和非自动控制电器。,2.3.1 常用电器元件及符号,1. 按钮 按钮是手动控制电器的一种，用来发出信号和接通或断开控制电路。,（a） 结构示意,（b） 图文符号,2.3.1 常用电器元件及符号,1. 按钮,LA2、LA4系列按钮开关,LA19系列按钮开关,LA18系列按钮开关,2.3.1 常用电器元件及符号,2. 行程开关 是一种根据运动部件行程位置而切换电路的电器。,（a） 结构示意,（b） 图文符号,2.3.1 常用电器元件及符号,2. 行程开关,YBLX-1系列行程开关,YBLX-K2系列行程开关,YBLXW-N/E小型微动开关,2.3.1 常用电器元件及符号,3. 熔断器 是一种利用熔化作用切断电路的保护电器,（a） 保护特性,（b） 图文符号,2.3.1 常用电器元件及符号,3. 熔断器,填料管式熔断器,填料封闭管式刀形触头熔断器,螺旋式熔断器,2.3.1 常用电器元件及符号,4. 低压断路器,（b） 图文符号,功能：不频繁接通、断开负载电路，并具有故障自动跳闸功能。 分类：框架式（万能式）大容量；塑壳式 结构：触头+灭弧装置+脱扣机构+操作结构 脱扣： 电磁脱扣电压、电流（过流和短路时） 热脱扣,实验脱扣 特点：脱扣，排除故障后可重合闸（不换部件）。,2.3.1 常用电器元件及符号,4. 低压断路器,万能式断路器,塑壳式断路器,漏电断路器,电子式剩余电流动作断路器,2.3.1 常用电器元件及符号,4. 继电器 是一种自动切断电路故障用的保护电器,用途：根据信号变化，接通或断开电路（信号变换） 构成：传感器+输出触点 分类：中间、电流（过、欠）、电压（过、欠）、时间、热继电器、速度、压力、温度等,2.3.1 常用电器元件及符号,1）.电磁继电器 包括时间、电流、电压、中间继电器,定义：利电磁式机构原理工作的低压电器。 构成：电磁式电器：电磁机构+执行机构,2.3.1 常用电器元件及符号,1）.电磁继电器 中间继电器,用途（功能）：增加控制点数或信号放大。 分类：交流、直流（电子电路常用） 结构：电磁结构（电压线圈）+触头系统 主要参数： 触点形式、个数及电流吸引线圈的电压等级 交流：12.36.127.220.380 直流：5.6.9.12.18.24.36.48.60.110,图文符号,JZ7系列中间继电器,2.3.1 常用电器元件及符号,1）.电磁继电器 电流、电压继电器,图文符号,1、结构：电磁机构+触点 2、定义：依据线圈的电流或电压（输入）大小而输出触点动作的电器。 3、分类：过流（压）：过流后时触点动作。 欠流（压）：欠流后时触点复位。,2.3.1 常用电器元件及符号,2）.干簧继电器,利用密封在管内，具有触电簧片和衔铁磁路双重作用的舌簧的动作来开,闭或转换线路的继电器。由于其动作速度快和工作时效长而被广泛使用于通讯,仪表测试以及玩具行业。,OKI-225,OKI-9216,2.3.1 常用电器元件及符号,3）热继电器,用途：用于三相交流异步电动机（笼型）的过载保护。（含断相保护） 分类：双金属片式常用 电子式 结构：热元件+触头+动作机构+整定装置+复位装置 原理：由双金属片的变形，通过导板，分断触点。 复位：故障排除后，手动复位 整定：通常整定在电动机的额定电流上。 参数： 额定电流 热元件额定电流及整定范围。,图文符号,2.3.1 常用电器元件及符号,3）热继电器,热继电器的测量元件通常采用双金属片，由两种具有不同线膨胀系数的金属碾压而成。主动层采用膨胀系数较高的铁镍铬合金，被动层采用膨胀系数很小的铁镍合金。当双金属片受热后将向被动层方向弯曲，当弯曲到一定程度时，通过动作机构使触点动作。 在图中发热元件2通电发热后，主双金属片1受热向左弯曲，推动导板3向左推动执行机构发生一定的运动。电流越大，执行机构的运动幅度也越大。当电流大到一定程度时，执行机构发生跃变，即触点发生动作从而切断主电路。,感受部分结构示意,2.3.1 常用电器元件及符号,3）热继电器,JR20系列热继电器,JR36系列热继电器,2.3.1 常用电器元件及符号,4）时间继电器,图文符号,定义：按时间原则工作的继电器。 用途：用于时间控制，又称定时器。 延时类型：通电延时型、断电延时型。 结构分类：空气式、电子式（数字式）、电动式等。,2.3.1 常用电器元件及符号,4）时间继电器,构成：电磁机构+触头+汽缸（活塞） 原理：利用空气阻尼的原理工作。 a通电延时型、b断电延时型 主要参数： 延时类型及触点 吸引线圈电压， 延时范围 0.460S或0.4180S 特点：价低、可靠、定时精度差,2.3.1 常用电器元件及符号,4）时间继电器,结构示意,图为空气阻尼式通电延时型时间继电器的结构示意图和图文符号。它是利用空气阻尼的原理来获得延时的。主要由电磁系统、气室及触点系统组成。 工作原理：在图中当线圈11通电时，电磁力克服弹簧14的反作用拉力而迅速将衔铁向上吸合，衔铁13带动杠杆15立即使1、2常闭触点分断，3、4常开触点闭合。,2.3.1 常用电器元件及符号,5）速度继电器,速度继电器用来感受转速。它的感受部分主要包括转子和定子两大部分，执行机构是触头系统。当被控电机转动时，带动继电器转子以同样速度旋转而产生电磁转矩，使定子克服外界反作用力转动一定角度，转速越高角度越大。当转速高于设定值时，速度继电器的触点发生动作，当速度小于这一设定值时，触点又复原。速度继电器常用于电机的降压起动和反接制动，其图文符号如图所示。,图文符号,2.3.1 常用电器元件及符号,6. 接触器,用途：自动接通和断开大电流负荷电路 构成：电磁机构+触头+灭弧罩 选择的主要参数： 主触点额定电流根据负载确定 吸引线圈额定电压36、127、220、380,图文符号,2.3.1 常用电器元件及符号,6. 接触器,结构及工作原理 接触器是利用电磁吸力的原理工作的，主要由电磁机构和触头系统组成。电磁机构通常包括吸引线圈、铁心和衔铁三部分。（a）图中，1、2，3、4是静触点，5、6是动触点，7、8是吸引线圈，9、10分别是动、静铁心，11是弹簧。（b）图中，1、2之间是常闭触点，3、4之间是常开触点，7、8之间是线圈。,图文符号,结构示意图,2.3.1 常用电器元件及符号,6. 接触器,电磁铁特点 根据吸引线圈通电电流的性质分类，电磁铁分为直流电磁铁和交流电磁铁。通常采用短路环来解决交流电磁铁的振动问题。 其中1为短路环，2为铁心。短路环起到磁通分相的作用，把极面上的交变磁通分成两个交变磁通，并且使这两个磁通之间产生相位差，那么它们所产生的吸力间也有一个相位差，这样，两部分吸力就不会同时达到零值，当然合成后的吸力就不会有零值的时刻，如果使合成后的吸力在任一时刻都大于弹簧拉力，就消除了振动。,短路环的示意图,2.3.1 常用电器元件及符号,6. 接触器,灭弧栅,常用的灭弧方法有：拉长电弧、冷却电弧和将电弧分段。 对于电弧较弱的接触器，只采用灭弧罩即可。电弧较强的接触器，常采用灭弧栅熄弧。图是灭弧栅的机构图。图中1是灭弧室，2和5分别为动、静触点，3 为金属栅片，4为电弧。灭弧栅是数片钢片制成的栅状装置，当触点断开发生电弧时，电弧进入栅片内，被分割为数段，迅速熄灭。,2.3.1 常用电器元件及符号,6. 接触器,CJ12系列交流接触器,CJ20系列交流接触器,CJ24系列交流接触器,CJ24系列交流接触器,NCK2系列交流接触器,CZ0系列直流接触器,2.3.2 常用典型的控制线路,用继电接触控制线路表示逻辑代数的基本运算 逻辑函数与继电接触控制线路图,2.3.2 常用典型的控制线路,（a）逻辑符号,（b）控制线路实例,（1）“与”运算（逻辑乘） 逻辑代数中运算符号“”或“”读作“与”。,（a）逻辑符号,（b）控制线路实例,2.3.2 常用典型的控制线路,（2）“或”运算（逻辑加） 逻辑代数中运算符号“+”读作“或”。,2.3.2 常用典型的控制线路,（3）“非”运算（逻辑非） 逻辑代数中“非”运算的符号用变量上面的短横线表示，读作“非”。它表示了事物相互矛盾的两个对立面之间的关系。这种规律的因果规律称为“非”逻辑关系。,2.3.2 常用典型的控制线路,（4）起动、停止、自锁电路 为一个最简单的起-保-停线路，接触器线圈是串接在由触点构成的网络上，然后与电源相接，是一个串联电路。它的逻辑函数是：,2.3.3 电器控制系统的设计,电器控制系统的设计，通常采用典型控制线路组合所要求的实际控制线路。应注意以下问题：,1.动作的协调 联锁关系 禁止关系 互锁关系,2.3.3 电器控制系统的设计,2.正确设定记忆单元,3.输入信号的长短性,1. 单向旋转,三相笼型电动机单向旋转可用开关或接触器控制，为接触器控制电路。 接触器控制电路图中，Q为开关，FU1、FU2为主电路与控制电路的熔断器，KM为接触器，KR为热继电器，SB1、SB2分别为起动按钮与停止按钮，M为笼型感应电动机。,图 单向旋转,2.3.4 典型电器控制系统,2. 可逆转动,在实际生产中常需要运动部件实现正反两个方向的运动，这就要求拖动电动机能做正反两方向的运转。从电机原理可知，改变电动机三相电源相序即可改变电动机旋转方向。电动机的常用可逆旋转控制电路如图所示。,2.3.4 典型电器控制系统,3. 点动控制,生产过程中，不仅要求生产机械运动部件连续运动，还需要点动控制。图为电动机点动控制电路。图中的控制电路既可实现点动控制，又可实现连续运转。SB3为连续运转的停止按钮，SB1为连续运转起动按钮，SB2为点动起动按钮。,2.3.4 典型电器控制系统,4. 自动往返运动,在实际生产中，常常要求生产机械的运动部件能实现自动往返。因为有行程限制，所以常用行程开关做控制元件来控制电动机的正反转。图为电动机往返运行的可逆旋转控制电路。图中KM1、KM2分别为电动机正、反转接触器，SQ1为反向转正向行程开关，SQ2为正向转反向行程开关，SQ3、SQ4分别为正向、反向极限保护用限位开关。,2.3.4 典型电器控制系统,5.自耦变压器起动,图是采用自动控制自耦变压器降压起动的控制电路。是由交流接触器、热继电器、时间继电器、按钮和自耦变压器等元件组成。图中KM1为正常运转接触器，KM2为降压起动接触器，KA为起动中间继电器，KT为降压起动时间继电器。,2.3.4 典型电器控制系统,凡是正常运行时三相定子绕组接成三角形运转的三相笼型感应电动机，都可采用Y-D降压起动。起动时，定子绕组先接成Y联结，接入三相交流电源，起动电流下降到全压起动时的1/3。当转速接近额定转速时，将电动机定子绕组改成D联结，电动机进入正常运行。图为用于13kW以上电动机的起动电路，由三个接触器和一个时间继电器构成。,2.3.4 典型电器控制系统,6. Y-D起动,图为电动机单向旋转电机反接制动控制电路。当电动机转速接近零时应迅速切断三相电源，否则电动机将反向起动。为此采用速度继电器来检测电动机的转速变化，并将速度继电器调整在n130r/min时触点动作，而当n100r/min时，触点复原。图中，KM1为反接制动接触器，KM2为电动机单向旋转接触器， KV为速度继电器，R为反接制动电阻。,2.3.4 典型电器控制系统,7. 电机反接制动,8 电机的调速,图是D-YY反转向方案变极调速电动机接线方法及控制电路。它是通过改变定子绕组的半相绕组电流方向来实现变极的。将三相绕组的首尾端依次相接，构成一个封闭三角形，从首端引出线接电源，中间抽头悬空着，构成D联结。若将三个首尾端相接构成一个中性点N，而将各绕组中间抽头接电源，构成YY联结。使每相的两个半相绕组并联，从而使其中一个半相绕组电流方向反了，于是电动机极对数减小一半，即pD=2pYY。,2.3.4 典型电器控制系统,（b）控制电路,（a）电机接线方法,9 顺序控制,顺序控制是指以预先规定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作次序，对控制过程各阶段顺序地进行自动控制。图是顺序控制原理图，其中G1G4分别表示第一至第四程序的执行电路，可根据每一程序的具体要求设计，K1K4分别表示G1G4程序执行完成时发出的控制信号，SB5、SB6分别为起动和停止按钮。,2.3.4 典型电器控制系统,2.4 矩阵式顺序控制系统,2.4.1 逻辑组合顺序控制器 2.4.2 步进式顺序控制器,2.4 矩阵式顺序控制系统,前面所述的继电接触器所组成的自动控制线路就是一种简单的、纸级的顺序控制。这种顺序控制起于本世纪20年代，其控制逻辑是通过固定接线来完成的，所以，通用性和灵活性差，而且由于触点繁多，使得控制线路的可靠性也差。随着半导体逻辑元件的产生，50年代出现了无触点的半导体逻辑控制电路，大大提高了电路的可靠性。但因仍是固定接线，所以，电路的通用性和灵活性问题仍未得到解决。 随着电子技术的发展，电子计算机已广泛地用于各种自动化生产过程，极大地提高了控制系统的灵活性和通用性。但是，在工业生产中，大量存在的是一些简单的中、小型控制设备，而且它们大都属于开关量的控制，不需要复杂的数字运算，如果采用通用型计算机来完成，显然是“大材小用”。于是，人们就寻找了一种结构比计算机简单、价格比计算机便宜的自动化控制装置顺序控制器。可见，顺序控制器是介于继电器控制电路、半导体逻辑控制电路和电子计算机控制之间的控制系统。,2.4.1 逻辑组合顺序控制器,基本逻辑式顺序控制器是从继电接触器控制系统演变而来的，它的核心部分是二极管矩阵板。在矩阵板上利用二极管的组合逻辑对条件信号灵活地进行“与”、“或”、“非”的逻辑组合，通过输出部分推动执行机构，形成程序控制。它与继电器控制系统相比，其灵活性和通用性虽有提高。,1 结构组成,2.4.1 逻辑组合顺序控制器,2 结构组成,1 输入部分 2 矩阵板 3 输出部分,2.4.1 逻辑组合顺序控制器,2 工作原理,1). 旁路原理,图（a）为一个最简单的开关线路，接触器线圈是串接在由触点构成的网络上，然后与电源相接，是一个串联电路。它的逻辑函数是： k=x,图（b）为图（a）的反演电路，实现的逻辑功能完全相同，接触器线圈与触点网络并联，所以图（b）是并联电路。图中所接的电阻R是限流电阻，防止电源短路。原理是通过开关网络使线圈的两端短接（线圈不通电）或不予短接（线圈通电），来控制线圈。所以串联电路是直接控制原理，并联电路是旁路控制原理。,2.4.1 逻辑组合顺序控制器,2 工作原理,2). 逻辑原理,2.4.1 逻辑组合顺序控制器,3 特点,1).输出有几项就要有几根行母线； 2).一输出有几个与元素，就需要几根列母线； 3).采用“短路”电流原理,2.4.1 逻辑组合顺序控制器,但由于编程仍是以继电器控制系统为基础，而且所有执行电器都是同时接到同一个电源上，每个电器的通电与断电是依靠二极管矩阵的逻辑组合来实现的，无记忆功能。因此，对于输入、输出点数较多，工艺过程比较复杂的生产自动线，用这种控制器来编程时是相当麻烦的,2.4.2 步进式顺序控制器,1 基本概念,11步 顺序功能流程图中最基本的组成部分，它是顺序控制条件下为完成相应的控制功能而设计的独立的控制程序或程序段。 12活动步 统在某一步处于活动状态时，该步称为活动步。 13初始步 过程的初始状态对应的步。 14路径 各功能步之间的连接顺序关系。 15转换 结束某一步的操作启动下一步操作。,2.4.2 步进式顺序控制器,1 基本概念,2、步的划分 一般来讲，步的化分，按照系统输出量的变化，将系统的一个循环工作过程分解为若干步。 例如：小车运行如下：小车初始位于A处，按下开始按钮STB时，小车快速右行AB，到达B时转为慢行BC，到达C时转为快行CB，到达B时转为慢行BA,到达A处停车。（ABC三处均为行程开关）,2.4.2 步进式顺序控制器,1 基本概念,2、步的划分,在0至t1时间段，小车快速右行 在t1至t2时间段，小车慢速右行 在t2至t3时间段，小车慢速左行 在t3至t4时间段，小车快速左行 在上述各分段中，系统输出量稳定， 没有变化，可以将上述问题分解为四步。,2.4.2 步进式顺序控制器,2 工作原理与基本结构,步进式顺序控制器的控制原理是步进控制，它的