电气控制与PLC教学整册课件

1、教材：电气控制与PLC,课程名称,任课教师,1,第1章 常用低压电器,3,1.1 低压电器的基本知识,1.1.1低压电器的分类 1.按使用的系统分类 1、低压配电电器： 主要用于低压配电系统中。 2、低压控制电器： 主要用于电力拖动系统中。 2.按动作方式分类 1、手动电器：通过人力操作而动作的电器。 2、自动电器：按照信号或某个物理量的高低而自动动作的电器。 3.按动作原理分类 1、电磁式电器：根据电磁感应原理动作的电器。如接触器、继电器、电磁铁等。 2、非电磁式电器：依靠外力或非电量信号(如速度、压力、温度等)的变化而动作的电器。如转换开关、行程开关、速度继电器、压力继电器、温度继电器等,

2、4,1.1 低压电器的基本知识,1.1.2低压电器的结构 电磁机构：电磁机构的主要作用是将电磁能量转换成机械能量，产生电磁吸力带动触头动作，用来接通或分断电路。 1、衔铁 2、 铁芯 3、吸引线圈 触头系统：触头系统是低压电器的执行部件，用来实现电路的接通和断开,5,1.1 低压电器的基本知识,1.1.3低压电器的辅助结构（灭弧） 电弧：动静触头在分断过程中，由于瞬间的电荷密度极高，导致动、静触头间形成大量炽热的电荷流，产生弧光放电现象。电弧的存在不仅降低了电器的使用寿命，又延长了电路的分断时间，甚止可能导致事故。 常用的灭弧方法有电动力灭弧、金属栅片灭弧和磁吹灭弧。 1、电动力灭弧 2、金属

3、栅片灭弧 3、磁吹灭弧,1、衔铁 2、铁心 3、线圈,6,1.2 继 电 器,1.2.1继电器的结构及工作原理 继电器工作特点：具有跳跃式的输入输出特性。控制继电器用于电路的逻辑控制，继电器具有逻辑记忆功能，能组成复杂的逻辑控制电路，继电器用于将某种电量(如电压、电流)或非电量(如温度压力转速时间等)的变化量转换为开关量 以实现对电路的自动控制功能。 继电器特性曲线图 当继电器输入量X由零增至一定值之前，即X小于X0，继电器输出量Y为Ymin。当输入量X增加到X0时，继电器吸合，输出量Y突变至Ymax ；若X继续增大，Y保持不变（Y=Ymax）。当输入信量X减小，若X仍大于XC时，输出量Y保持

4、不变（Y=Ymax）。当降低至XC时，继电器释放，输出量Y由Ymax突变为Ymin，若X继续减小，Y值均保持不变（Y=Ymin）。 继电器的分类：按用途分，有控制继电器和保护继电器；按动作原理分，有电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和热继电器；按输入信号的不同来分，有电压继电器、中间继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等,7,1.2 继 电 器,1.2.2电磁式继电器 电磁式继电器结构图 继电器的吸动值和释放值可以根据保护要求在一定范围内调整。 1)转动调节螺母，调整反力弹簧的松紧程度可以调整动作电流(电压)，弹簧反力越大动作电流(电压)就越大，反之就越小。 2)改变

5、非磁性垫片的厚度，非磁性垫片越厚衔铁吸合后磁路的气隙和磁阻就越大，释放电流(电压)也就越大，反之越小，而吸引值不变。 3)用调节螺丝改变初始气隙的大小，在反作用弹簧力和非磁性垫片厚度一定时，初始气隙越大，吸引电流(电压)就越大，反之就越小，而释放值不变,8,电磁式电流继电器 电磁式电流继电器的输入量是电流，它是根据输入电流大小而动作的继电器。电流继电器的线圈串入电路中，以反映电路电流的变化，其线圈匝数少、导线粗、阻抗小。电流继电器可分为：欠电流继电器、过电流继电器,电流继电器的图形符号和文字符号,JL12系列电流继电器,DL-20C电流继电器,1.2 继 电 器,9,电磁式电压继电器的输入量是

6、电路的电压大小，电压继电器根据输入电压大小而动作。与电流继电器类似电压继电器也分为欠电压继电器和过电压继电器两种。 电磁式电压继电器工作时并联在电路中，因此线圈匝数多，导线细，阻抗大，反映电路中电压的变化，用于电路的电压保护,电压继电器的图形符号和文字符号,DY-20CE系列电压继电器,DY-3 电压继电器,1.2 继 电 器,10,1.2 继 电 器,中间继电器,中间继电器的结构示意图及图形文字符号,JZ7系列中间继电器,JZY1系列中间继电器,11,1.2 继 电 器,1.2.3时间继电器 时间继电器在控制电路中用于时间的控制。其种类很多，按其动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子

7、式等。按延时方式可分为通电延时型和断电延时型,JS14P系列数字式时间继电器,JS11系列数字式时间继电器,JS20系列时间继电器,12,JS7-A系列时间继电器,JS7型空气阻尼式时间继电器,1.2 继 电 器,13,1.线圈 2.静铁芯 3、7.弹簧 4.衔铁 5.推板 6.顶杆 8.弹簧 9.橡皮膜 10.螺钉 11.进气孔 12.活塞 13、16.微动开关 14.延时开关 15.杠杆 空气阻尼式时间继电器示意图及图形符号,通电延时型,1.2 继 电 器,14,断电延时型,空气阻尼式时间继电器示意图及图形符号（图中标号同上图,1.2 继 电 器,15,1.2.4 热继电器 主要是用于电气

8、设备（主要是电动机）的过负荷保护，热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护,热继电器结构示意图及图形符号,1.2 继 电 器,16,热继电器的选择原则,热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素，具体应按以下几个方面来选择： (1) 热继电器结构型式的选择：星形接法的电动机可选用两相或三相结构热继电器，三角形接法的电动机应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。 (2) 热继电器的动作电流整定值一般为电动机额定电流的.05.倍。 (3) 对

9、于重复短时工作的电动机(如起重机电动机)，由于电动机不断重复升温，热继电器双金属片的温升跟不上电动机绕组的温升，电动机将得不到可靠的过载保护。因此，不宜选用双金属片热继电器，而应选用过电流继电器或能反映绕组实际温度的温度继电器来进行保护,1.2 继 电 器,17,1.2.5速度继电器 又称为反接制动继电器，主要用于三相鼠笼型异步电动机的反接制动控制,JY-1型速度继电器,1.2 继 电 器,速度继电器的图形符号和文字符号,18,1.3.1交流接触器的结构及工作原理 交流接触器：用于频繁接通或断开交、直流主电路或大容量控制电路的自动切换电器。能实现远距离自动控制,1.3 接 触 器,CZ18系列

10、直流接触器,19,交流接触器的结构示意图及图形符号,1.3 接 触 器,20,1.3 接 触 器,1、静铁心 2、线圈 3、弹簧4、动铁心 5、主触点 6、常开辅助触点 7、灭弧罩 8、常闭辅助触点,大功率交流接触器的结构示意图及图形符号,21,1.3.4接触器的选用,1.3 接 触 器,1)根据被接通或分断的电流种类选择接触器的类型。 一般控制交流负载应选用交流接触器；控制直流负载则选用直流接触器。 (2)根据被控电路中电流大小和使用类别选择接触器的额定电流。 主触头的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。 (3)根据被控电路电压等级选择接触器的额定电压。 主触头的额定工作电压应大于或等于

11、负载电路的电压。 (4)根据控制电路的电压等级选择接触器线圈的额定电压。 吸引线圈的额定电压应与控制电路电压相一致，接触器在线圈额定电压85%及以 上时应能可靠地吸合,22,1.4.1低压开关 用于隔离电源或在规定条件下接通、分断电路，以及转换正常或非正常的电路。分类如下,1.4低压开关和低压断电路,刀开关是一种手动电器，常用的刀开关有HD型单投刀开关， HS型双投刀开关、 HR型熔断器式刀开关、 HZ型组合开关、 HK型闸刀开关、 HY型倒顺开关等,23,开启式负荷开关和封闭式负荷开关,1、HK型开启式负荷开关 HK型开启式负荷开关俗称闸刀或胶壳刀开关。由于它结构简单，价格便宜，使用维修方便

12、，故得到广泛应用。主要用作电气照明电路，电热电路。小容量电动机电路的不频繁控制开关，也可用作分支电路的配电开关,负荷开关,24,HD型单投刀开关,HD型单投刀开关示意图及图形符号,25,HS型双投刀开关,HS型双投刀开关也称转换开关，其作用和单投刀开关类似，常用于双电源的切换或双供电线路的切换等,HS型双投刀开关示意图及图形符号,26,HR型熔断器式刀开关,HR型熔断器式刀开关也称刀熔开关，它实际上是将刀开关和熔断器组合成一体的电器，刀熔开关操作方便，并简化了供电线路，在供配电线路上应用很广泛。刀熔开关可以切断故障电流，但不能切断正常的工作电流，所以一般应在无正常工作电流的情况下进行操作,HR

13、型熔断器式刀开关示意图及图形符号,27,组合开关,组合开关又称转换开关，控制容量比较小，结构紧凑，常用于空间比较狭小的场所，如机床和配电箱等。 组合开关一般用于电气设备的非频繁操作、切换电源和负载以及控制小容量感应电动机和小型电器,组合开关的结构示意和图形符号,28,型封闭式负荷开关,HH型封闭式负荷开关俗称铁壳开关。刀开关带有灭弧装置，能够通断负荷电流，熔断器用于切断短路电流。一般用于小型电力排灌、电热器、电气照明线路的配电设备中，用于不频繁地接通与分断电路，也可以直接用于异步电动机的非频繁全压启动控制,负荷开关,HH3系列负荷开关,29,断路器的种类 按其用途和结构特点可分为DW型框架式断

14、路器、DZ型塑料外壳式断路器、DS型直流快速断路器和DWX型、DWZ型限流式断路器等。 框架式断路器：主要用作配电线路的保护开关， 塑料外壳式断路器：可用作配电线路的保护开关，还可用作电动机、照明电路及电热电路的电源开关,1.4低压开关和低压断电路,1.4.3 低压断路器的结构和工作原理 低压断路器又称自动空气开关，当电路发生严重的过载、短路及欠电压等故障时能自动切断故障电路，从而保护其他电器。低压断路器也可用于不频繁地接通和断开电路及不频繁地启动电动机,30,断路器的结构和工作原理,DW型框架式断路器,DZ型塑料外壳式断路器,31,断路器的结构和工作原理,断路器主要由三个基本部分组成：即触头

15、、灭弧系统和各种脱扣器，包括过电流脱扣器、失压(欠电压)脱扣器、热脱扣器、分励脱扣器和自由脱扣器,断路器工作原理示意图及图形文字符号,32,断路器的结构和工作原理,断路器工作原理动画示意,33,1.4.5 低压断路器的选择,1) 断路器类型的选择：应根据使用场合和保护要求来选择。如一般选用塑壳式；短路电流很大选用限流型；额定电流比较大或有选择性保护要求选框架式；控制和保护含有半导体器件的直流电路应选直流快速断路器等。 (2) 断路器额定电压、额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压、工作电流。 (3) 断路器极限通断能力大于或等于电路最大短路电流。 (4) 欠电压脱扣器额定电压等于线路额定

16、电压。 (5) 过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流,1.4低压开关和低压断电路,34,熔断器串接于被保护电路中，电流通过熔体时产生的热量与电流平方和电流通过的时间成正比，电流越大则熔体熔断时间越短，这种特性称为熔断器的反时限保护特性或安秒特性。如图所示。 1.5.2 熔断器的分类 按结构分为开启式、半封闭式和封闭式； 按有无填料分为有填料式、填料式； 按用途分为工业用熔断器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器等,熔断器：在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路,1.5.1 熔断器的结构及工作原理,1.5 熔 断 器,35,常用的熔断器,常用的熔断器 1、插入式熔断器， 2、螺旋

17、式熔断器，3、RMl0型密封管式熔断器，4、RT型有填料密封管式熔断器,熔断器类型及图形符号,36,3、 RMl0型密封管式熔断器， 4、 RT0型有填料密封管式熔断器,37,1.5.3 熔断器的选择 (1)额定电压的选择 熔断器的额定电压大于或等于线路的工作电压。 (2)额定电流的选择 若负载为纯电阻负载时，则熔丝电流就等于或大于负载额定电流。 当熔断器用于电动机的短路保护时，选用原则如下： 单台工作的电动机： IRe(1.52.5)IDe 保护多台电机时： IRe(1.52.5)IDemIDe 式中 IRe 熔体额定电流 IDe电动机额定电流 IDem容量最大的电动机电动机额定电流 (3)

18、熔断器的额定电流应大于所装熔体的额定电流,1.5 熔 断 器,38,1. 主令电器,主令电器：是在自动控制系统中发出指令或信号，使接触器、继电器或其他电器动作，以达到接通或分断电路目的。主令电器应用广泛、种类繁多。按其作用可分为：按钮开关、行程开关、接近开关、万能转换开关等,LT3脚踏开关,LX2系列行程开关,LA10系列按钮开关,LK5系列主令控制器,39,1.6.1按钮开关,按钮是一种最常用的的主令电器，用于在控制电路中发布控制命令,按钮结构示意图及图形符号,微动式按钮动作原理图,40,1.6.2行程开关,行程开关又叫限位开关，它的种类很多，按运动形式可分为直动式、微动式、转动式等；按触点

19、的性质分为有触点式和无触点式。 1、触点行程开关,行程开关结构示意图及图形符号,41,无触点行程开关,无触点行程开关又称接近开关，它可以代替有触头行程开关来完成行程控制和限位保护，还可用于高频计数、测速、液位控制、零件尺寸检测、加工程序的自动衔接等的非接触式开关。 无触点行程开关分为有源型和无源型两种，多数无触点行程开关为有源型，主要包括检测元件、放大电路、输出驱动电路三部分。 接近开关按检测元件工作原理可分为高频振荡型、超声波型、电容型、电磁感应型、永磁型、霍尔元件型与磁敏元件型等。不同型式的接近开关所检测的被检测体不同,有源型接近开关结构框图,42,1.6.3接近开关,接近开关输出形式有两

20、线、三线和四线式几种，晶体管输出类型有NPN和PNP两种，外形有方型、圆型、槽型和分离型等多种。 如下图为槽型三线式NPN型光电式接近开关的工作原理图和远距分离型光电开关工作示意图,槽型和分离型光电开关,43,1.6.4万能转换开关,转换开关是一种多挡位、多触点、能够控制多回路的主令电器。各种控制设备中线路的换接、遥控和电流表、电压表的换相测量等；也可用于控制小容量电动机的起动、换向、调速,转换开关及图形符号及实物图,44,第2章 电气控制电路基础,45,第2章 电气控制电路基础,图样是工程界交流的语言 电气图：根据国家电气制图标准GB4728规定的图形符号、文字符号以及规定的画法，用工程图的

21、形式，将电气设备及电气元件按照一定的控制要求连接，表达设备电气控制系统的组成结构、工作原理及安装、调试、维修等技术要求等,分类： 电路图（电气原理图）（设计、分析用） 电气元件布置图 电气接线图,46,第2章 电气控制电路基础,2.1电气控制系统 2.1.1电气原理图 根据电气控制系统的工作原理，将电气控制系统中各电气元件及其连接关系用电气元件展开的形式绘制出来，不按电气元件实际布置和形状大小来绘制，用于分析研究系统的组成和工作原理,电气原理图包括： 主电路：设备的驱动电路，包括从电源到用 电设备的电路，是强电流通过的部分。 控制电路：由各种电器的线圈、常开、常闭触 点等组合构成的控制逻辑电路

22、，是 弱电流通过的部分。 信号、照明电路 保护电路,SB1,SB1,KM,KM,FR,M,FU,L1L2L3,47,第2章 电气控制电路基础,绘制电气原理图的基本规则,48,第2章 电气控制电路基础,a b,图2.2 区位图号含义及触点位置表示含义,图区、触点位置索引,区位图号含义及触点位置表示含义,49,第2章 电气控制电路基础,2.1.2电气元件布置图 电器设备和元器件的布置应注意以下几个方面,1）体积大和较重的电器设备、元器件应安装在电器安装板的下方，而发热元器件应安装在上方。 （2）强电、弱电应分开，弱电要加以屏蔽防止外界干扰。 （3）需要经常维护、检修、调整的电气元件安装位置不宜过高

23、或过低。 （4）电气元件的布置应考虑整齐、美观、对称。外形尺寸与结构类似的电器应安装在一起，以利安装和配线。 （5）布置图根据设备的复杂程度可集中绘制在一张图纸上，控制柜、操作台的电气元件布置图也可以分别绘出,50,第2章 电气控制电路基础,2.2 电路的逻辑关系,电气控制系统的状态可分为工作状态和非工作状态，因 此，可以利用逻辑函数描述系统组成和工作过程,系统的逻辑函数描述：器件描述、电路描述 器件描述 a）触点表达 动作状态 不动作状态 常开触点 KM、KA、SQ 1 0 常闭触点 KM、KA、SQ 0 1 b）线圈 通电 断电 KM、KA 1 0,51,第2章 电气控制电路基础,2. 电

24、路描述,触点连接逻辑函数描述： 并联状态-逻辑加（“或”） 串联状态-逻辑乘（“与”） 电路逻辑函数描述： 每个耗能元件，均有自己的逻辑函数表达式 举例,52,第2章 电气控制电路基础,2.3三相异步电动机的启动控制,三相笼型异步电动机由于结构简单、价格便宜、坚固耐用 等一系列优点获得了广泛的应用。它的控制线路大都由继电器、 接触器、按钮等有触点电器组成,异步电动机的启动有两个特点： 1、启动电流大 一般笼型异步电动机启动电流约为额定电流的47倍。 2、启动转矩小 对电动机启动的主要要求 （1）有足够大的启动转矩 （2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好,不同类型与容量的异步电动机可

25、采取,减压启动,直接启动,53,第2章 电气控制电路基础,1、开关控制直接启动 电路保护措施： FU短路保护 优点： 控制方法简单、经济、实用。 缺点： 操作不方便、不安全，无过载、零压等保护措施，不能实现远距离控制和自动控制 适用于不频繁启动的小容量电动机,如小型台钻、砂轮机、冷却泵等,2.3.2三相异步电动机的全压启动（直接启动控制电路,满足下列关系则可直接启动,54,第2章 电气控制电路基础,接触器控制直接启动 主电路： 三相电源经QS、FU2、KM的主触点，FR的热元件到电动机三相定子绕组。 控制电路： 用两个控制按钮，控制接触器KM线图的通、断电，从而控制电动机（M）启动和停止。 启

26、停过程： 合上QS，按动启动按钮SB2KM线圈通电并自锁M通电工作。 KM自锁触点，是指与SB2并联的常开辅助触点，其作用是当按钮SB2闭合后又断开，KM的通电状态保持不变，称为通电状态的自我锁定。 停止按钮SB1，用于切断KM线圈电流并打开自锁电路，使主回路的电动机M定子绕组断电停止工作,自锁-依靠接触器自身辅助触头而使其线圈保持通电,56,第2章 电气控制电路基础,2.3.3三相异步电动机的降压启动 定子串电阻降压启动控制电路,原理： 电动机在启动时在三相定子绕组中串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，以限制启动电流。启动结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下正常运行。 主电路： KM1实

27、现串电阻启动 KM2实现全压运行,57,第2章 电气控制电路基础,低速运行(三角形接线)： KM1闭合，KM2 、KM3 断开 高速运行（双星形接线）： KM2 、KM3 闭合，KM1断开,注意：定子绕组极数改变后，其相序方向和原来相序相反。因此在变极时，主电路中必须保证电动机任意两个出线端同时对调，以保持高速和低速时的转向相同,Y 降压启动,58,第2章 电气控制电路基础,自耦变压器降压启动,在自耦变压器减压起 动的控制线路中，电动机 启动电流的限制是依靠自 耦变压器的降压作用来实 现的。启动时，电动机定 子绕组得到的电压是自耦 变压器的二次电压，待电 动机转速接近额定转速时， 自耦变压器便

28、被短接，此 时电源电压即额定电压直 接加于定子绕组，电动机 进入全电压正常工作,59,第2章 电气控制电路基础,2.4三相异步电动机的运行控制,2.4.2 多台电动机顺序控制 对于一些大中型机床、起重运输机械等生产设备，常要求操作人员在不同方位进行操作与控制，这时就需要组成多地点控制线路,对于重要、大型的设备，为了保证其操作安全，往往需几个操作者都发出命令，即满足多个条件后设备才允许开始工作，这需要多条件控制电路,a)多地点,b)多条件,60,第2章 电气控制电路基础,2.4.3电动机的正、反转控制,工作原理 将接至电动机的 三相电源进线中的 任意两相对调，即 可使电动机反转。 主电路 KM1

29、，KM2换相序。 互锁 KM1，KM2若同时 动作，将引起电源 相间短路，要加互 锁,61,第2章 电气控制电路基础,2.4.4双速异步电动机的控制,实际生产中的机械设备，往往有调速的要求,电动机转速,电动机转速调节的三个参数：f-调频、s-转差调速、p-变级调速 f、s调速为无级调速，p 为有级调速,变速电动机一般有双速、三速、四速等之分，与普通电动机不同的是，变速电动机的定子备有一套或多套绕组，改变接法就可改变电动机的磁极对数，进而改变转速。双速电动机三相绕组连接图如下,62,第2章 电气控制电路基础,2.5三相异步电动机的制动控制,用于迅速停车或准确定位，实现切断电源后，克服惯性，迫使电

30、动机迅速停转的功能。实质就是给电动机一个与转动方向相反的制动转矩。 常用制动方式： 机械制动：机械抱闸、液压或气压制动 电气制动：反接制动、能耗制动等 2.5.1机械制动 机械制动：就是用外加的机械作用力使电动机在断电后转子迅速停止转动的一种方法。 应用较多的机械制动装置是电磁制动器，它主要由电磁铁和制动器两部分组成。电磁铁包括铁芯、衔铁和线圈三部分；制动器由闸轮、闸瓦、杠杆和弹簧等部分组成,63,第2章 电气控制电路基础,电磁抱闸断电制动控制,64,第2章 电气控制电路基础,断电制动控制方式在起重机械上被广泛采用，不仅能准确定位，同时还可防止突然停电时重物自行坠落。 缺点：不经济；停止时手动

31、调整工件困难,1、反接制动 制动原理,切断三相电源-接通反向启动电源（产生反向启动力矩） -制动-转速为零时切断电源,制动手段： 利用接触器的主触点接入 反向电路； 利用速度继电器判定零速，切断电源；（可用时间继电器吗,定子,转子,动触点,n,当电动机的电磁转矩与旋转方向相反时，便进入电气制动状态。 电气制动有反接制动、能耗制动、反馈制动等，鼠笼式异步电动 机常用的电气制动方法是反接制动和能耗制动。 2.5.2电气制动,65,第2章 电气控制电路基础,复合停止按钮SB1动合触点上并联KM2的自锁触点。停车期间，用手转动机床主轴调整工件位置时，速度继电器的转子 随着转动，若不按停止按钮SB1，K

32、M2就不会得电，电动机就不会反接于电源。 反接制动电流约为启动电流的两倍，主电路制动回路中串入限流电阻R，防止制动时对电网的冲击和电动机绕组过热。电动机容量较小且制动不是很频繁的正反转控制电路中，可以不加限流电阻,66,第2章 电气控制电路基础,2、能耗制动 制动原理： 切断三相电源-定子绕组接入直流电源（产生磁场）-惯性转动的转子切割磁力线（产生电磁转矩）-制动 这种制动方法是将在运动过程中储存在转子中的机械能转变成电能，又消耗在转子的制动上，因此称为能耗制动,能耗制动控制电路：三相笼型异步电动机切断三相电源的同时，定子绕组接通直流电源，转子原来储存的机械能转变为电能，消耗在转子回路的电阻上

33、，转速为零时再将其切除。 主电路：变压器TC和整流器提供制动直流电源，KM2为制动接触器,控制电路(a)：手动控制：停车时按下SB1按钮，制动结束时放开。 电路简单，操作不便,控制电路(b)：根据电动机带负载制动过程时间长短设定时间继电器KT的定时值，实现制动过程的自动控制,制动作用强弱与通入直流电流的大小和电动机的转速有关，在同样的转速下电流越大制动作用越强，电流一定时转速越高制动力矩越大。 一般取直流电流为电动机空载电流的34倍，过大会使定子过热。 可调节整流器输出端的可变电阻RP，得到合适的制动电流,67,2.6 电液控制系统,液压传动系统由于其特有的优点，如易获得较大力矩、运动传递平稳

34、均匀、调节控制方便等，在机械制造、工程、建筑、矿山等领域具有广泛的应用。当液压传动系统与电气控制系统相结合组成电液联合控制系统时，即用电气控制电路控制液压传动系统，再由液压传动系统驱动运动部件完成规定动作，这样就能很方便地实现由多种工作程序组合的自动工作循环控制，广泛应用于组合机床、自动化机床、机械加工自动线、数控机床等设备上。电磁阀,68,第2章 电气控制电路基础,69,第2章 电气控制电路基础,液压系统的组成部分,动力部件： 液压泵 执行部件： 液压缸 液压马达 控制部件: 压力控制阀 流量控制阀 方向控制阀 辅助装置： 油箱，油管，过滤器,控制对象 -油泵电动机、电磁换向阀,70,第2章

35、 电气控制电路基础,液压动力滑台是典型的电液控制装置，它是组合机床上实现进给运动的 一种通用部件，配上动力头和不同的主轴箱可以对工件完成钻、扩、铰、镗、 刮端面、倒角、铣削以及攻螺纹等加工工序。 动力滑台由液压缸驱动，该电液控制系统的分析可分为三步： （1）工作循环图分析，确定工步顺序、每步的工作内容以及各工步转换主令； （2）液压系统分析，对照液压系统原理图，确定每工步中应通电的电磁阀线 圈，结合分析结果和工作循环图中给出的条件列出电磁铁动作顺序表。 （3）控制电路分析，对照电磁铁动作顺序表，逐步分析电路如何在转换主令 的控制下完成电磁阀线圈通、断电的控制,液压动力滑台,71,第2章 电气控

36、制电路基础,电磁阀动作顺序表,72,第2章 电气控制电路基础,控制电路,73,第2章 电气控制电路基础,2.7电气控制系统中的保护环节,选择和设置保护环节是所有电气控制系统不可缺少的组成部分，保护人身安全、电网、电动机、以及电气控制设备等。电气控制系统中常见的保护环节有电压保护、电流保护、过载保护及弱磁保护等,74,第2章 电气控制电路基础,电气控制电路中常用的保护电路,75,第2章 电气控制电路基础,常用电气保护环节,第 3 章 常用设备电气控制系统分析,77,第3章 常用设备电气控制系统分析,本章通过对典型生产机械电气控制系统的实例分析 （车床、铣床、组合机床等） 1、进一步学习、掌握电气

37、控制电路的组成以及各种基本控制电 路在具体电气控制系统的应用。 2、掌握分析电气控制系统的方法，培养阅读电气控制图的能力 3、加深对机械设备中机械、液压与电气控制紧密配合的理解， 为实际工作中对设备电气控制系统进行分析打下基础,78,第3章 常用设备电气控制系统分析,3.1 设备控制系统分析概述 对设备电气控制系统进行分析时，首先需要对设备整体系统有所了解，在此基础上，才能有效地针对设备系统控制要求，分析电气控制系统的组成与功能。设备整体系统分析有如下三个方面： 1.设备概况调查 通过阅读生产机械设备的有关技术资料，了解设备的基本结构及工作原理、设备的传动系统类型及驱动方式、主要技术性能和规格

38、、运动要求等。 2.电气设备及电气元件选用 明确电动机作用、型号规格以及控制要求，了解各种电器的工作原理、控制作用及功能。 3.设备和电气元件的连接关系分析 了解了被控设备和采用的电气设备、电气元件的基本状况，还应确定两者之间的联接关系，即信息采集传递和运动输出的形式和方法。信息采集传递过程是通过设备上的各种操作手柄、撞块、挡铁以及各种现场信息检测机构作用到主令信号发出元件上，并将信号采集传递到电气控制系统中；运动输出关系是明确电气控制系统中的执行元件将驱动力送到机械设备上的相应点，并实现设备要求的各种动作,79,第3章 常用设备电气控制系统分析,机械设备电气控制系统的分析步骤,1）设备运动分

39、析 包括液压传动分析。 2）主电路分析 确定电路中用电设备的数目、 接线状况、控制要求 化整为零 3）控制电路分析 分析各种控制功能的实现,经过“化整为零”，逐步分析了每一个局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还必须用“集零为整”的方法，统观整个电路的保护环节以及电气原理图中其他辅助电路（如检测、信号指示、照明等电路）。检查整个控制线路，看是否有遗漏，特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，理解电路中每个元件所起的作用,80,第3章 常用设备电气控制系统分析,金属切削机床是进行机械加工的主要设备，它用切削的方法将金属毛坯加工成有一定形状、尺寸和表面质量的机械零件。常

40、见的金属切削机床有车床、铣床、磨床、钻床、组合机床等。 金属切削机床的机械运动可分为三类：对金属工件进行切削的运动称为主运动（一般为机床主轴的旋转运动）；持续地把金属工件的被切削层投入切削的运动称为进给运动（即加工工具与加工工件之间的相对运动）；而其他的运动（如机床部件的位置调整运动）统称为辅助运动。 3.2 卧式车床电气控制系统分析 卧式车床是机械加工中应用最广泛的一种机床，能完成多种多样的加工工序：（1）加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成型回转面；（2）车削端面及各种常用螺纹；（3）配合钻头、铰刀等还可进行孔的加工。 总体上看，由于卧式车床运动形

41、式简单，采用机械调速的方法，因此相应的控制电路也不算复杂,81,第3章 常用设备电气控制系统分析,卧式车床结构图,3.2.1车床的主要结构及工作要求分析,82,第3章 常用设备电气控制系统分析,C650卧式车床：中型车床，可加工的最大工件回转直径为1020mm，最大工件 长度为3000mm,车削加工的主运动是主轴通过卡盘带动工件的旋转运动，运动速度较高，消耗的功率较大；进给运动是由溜板箱带动溜板和刀架作纵、横两个方向的运动。速度较低，所消耗的功率也较少。由于在车削螺纹时，要求主轴的旋转速度与刀具的进给速度保持严格的比例，因此，卧式车床的进给运动也由主轴电动机来拖动。由于加工的工件尺寸较大，加工

42、时其转动惯量也比较大，为提高工作效率，须采用停车制动。在加工时，需要配备冷却泵及冷却泵电动机。为减轻工人的劳动强度以及减少辅助工时，要求溜板箱能够快速移动,3.2.2电力拖动和控制要求分析 1. 主轴电动机M1控制要求 三相笼型异步电动机，完成主轴运动和进给运动的拖动。 直接起动，能够正、反两个方向旋转，并可对正、反两个旋转方向进行电气停车制动，为加工、调整方便，还要具有点动功能。 2. 冷却泵电动机M2控制要求 采用直接起动，并且为连续工作状态。 3. 快移电动机M3控制要求 可根据需要随时手动控制起停,83,第3章 常用设备电气控制系统分析,3.2.3卧式车床电气控制系统分析,84,第3章

43、 常用设备电气控制系统分析,1.C650车床主电路分析,M1（主轴电路）： KM1、KM2实现正反转； KM3用于点动和反接制动时 串入电阻R限流； KT与电流表PA用于检测运行电流； 速度继电器SR用于反接制动时转速的过零检测,M2（冷却泵电动机）： KM4用于起停控制（长动）。 M3（快移电动机）： KM5用于起停（点动）控制,分别由熔断器FU1、FU2、FU3对电动机M1、M2、M3实现短路保护，由热继电器FR1、FR2对M1和M2进行过载保护，快速移动电动机M3由于是短时工作制，所以不需要过载保护,85,第3章 常用设备电气控制系统分析,2.控制电路分析 主轴电动机M1的控制,点动（正

44、向,正反转控制,反接制动（限流,86,第3章 常用设备电气控制系统分析,冷却泵电动机M2的控制： SB7、SB6及KM4构 成起、停控制电路： 刀架的快速移动电机M3的控制： 刀架操纵手柄控 制刀架拖板的工步移动 和快速移动。 按动操作手柄点 动按钮，压下位置开关 SQKM5线圈通电电 动机M3点动。 照明电路,87,第3章 常用设备电气控制系统分析,3.3 铣床电气控制系统分析,在机械加工工艺中，铣削是一种高效率的加工方式。铣床的种类很多，有立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣以及各种专用铣床等，现以应用广泛的卧式万能升降台铣床为例分析中小型铣床的控制电路,3.3.1卧式铣床的主要结构和运动形式分析,

45、该铣床主要由床身、主轴、悬梁、刀杆支架、工作台、升降工作台、 底座、滑座等部分组成,一般中小型铣床都采用三相笼型异步电动机拖动，主轴带动铣刀的旋转运动称为主运动，它有顺铣和逆铣两种加工方式，并且同工作台的进给运动之间无速度比例协调的要求，所以主轴的拖动由一台主轴电路承担,88,第3章 常用设备电气控制系统分析,铣床结构简图 1.底座 2.进给传动 3.立柱 4.底槽 5.操作手柄 6.升降台 7.水平工作台 8.前支撑 9.悬梁 10.中间支撑 11.刀杆 12.铣刀轴 13.主传动 14.主轴电动机,89,第3章 常用设备电气控制系统分析,水平工作台可在上下、左右及前后三个方向上进行进给运动

46、或调整位置，各运动部件在三个方向上的运动由同一台进给电动机拖动； 工作台上还可以安装圆工作台，使用圆工作台可铣削圆弧、凸轮。 进给电动机经机械传动链传动，通过机械离合器在选定的进给方向上驱动工作台移动进给，进给运动的传递示意图,3.3.2电力拖动及控制要求分析,1. 主轴电动机M1控制 M1空载时直接起动；为完成顺铣和逆铣，需要正转和反转；为提高工 作效率，要求有停车制动控制；同时从安全和操作方便考虑，换刀时主轴 也处于制动状态；主轴电动机可在两处进行起停控制；为保证变速时齿轮 易于啮合，要求变速时主轴电路有点动控制,90,第3章 常用设备电气控制系统分析,2.进给电动机M2控制 直接起动；为

47、满足纵向、横向、垂直方向的往返运动，要求电动机能 正反转；为提高生产率，空行程时应快速移动；进给变速时，也需要瞬时 点动控制；从设备使用安全考虑，各进给运动之必须联锁，并由手柄操作 机械离合器选择进给运动的方向。 3.电动机M3拖动冷却泵，在铣削加工时提供切削液。 4.加工零件时，为保证设备安全，要求主轴电动机起动以后，进给 电动机方能起动工作,3.3.3铣床电气控制系统分析,控制线路可分为主电路、控制电路和照明电路三部分,91,第3章 常用设备电气控制系统分析,92,第3章 常用设备电气控制系统分析,1.主电路分析,93,第3章 常用设备电气控制系统分析,2.控制电路分析(化整为零） 主轴电

48、动机M1控制,起动控制、瞬时点动、 两处起停、停车制动、换刀制动,94,第3章 常用设备电气控制系统分析,进给电动机M2控制,SA1为工作台转换开关，水平工作台：SA1-1与SA1-3闭合；圆工作台：SAl-2闭合,水平工作台控制电路 正反转控制 顺序控制（见前页） 纵向、横向、垂直进给，互锁 正向点动 快移（见前页,水平工作台的操作手柄,工作台控制电路,95,第3章 常用设备电气控制系统分析,3.4 组合机床电气控制系统,组合机床是根据特定工件规定的加工工艺要求而设计制造的一种高效率自动化专用加工设备。常采用多刀（多轴）、多面、多工位同时进行铣、钻、扩、铰、镗等加工工作，并且具有自动循环工作

49、的功能，在机械制造业中得到了广泛的应用。 组合机床通常由具有一定功能的通用部件（如动力部件、输送部件、支撑部件、控制部件等）和加工专用部件（如多轴箱、夹具等）组成，其中动力部件是组合机床通用部件中最主要的一类部件。动力部件常采用电动机驱动或液压驱动系统，由电气控制系统实现工作自动循环的控制，是典型的机电、机电液一体化的高自动化加工设备。 对于由多动力部件构成的组合机床，其控制通常有三方面的工作要求： 动力部件的点动功能及复位控制。 动力部件的单机自动工作循环控制(也称半自动控制)。 整机全自动工作循环控制,96,第3章 常用设备电气控制系统分析,3.4.1机床的结构及运动,97,第3章 常用设

50、备电气控制系统分析,组合机床工作循环图,98,第3章 常用设备电气控制系统分析,组合机床液压系统和工作循环示意图,99,第3章 常用设备电气控制系统分析,组合机床的电器动作关系表,100,第3章 常用设备电气控制系统分析,组合机床的控制流程图,101,第3章 常用设备电气控制系统分析,组合机床（双面粗铣）控制电路,102,第3章 常用设备电气控制系统分析,第4章 可编程控制器概论,104,第4章 可编程控制器概论,4.1 可编程控制器的基本知识 可编程序控制器(Programmable Controller)，简称PC，为了与个人计算机(Personal Computer)的PC相区别，又称可

51、编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller) ，简称PLC。 在国内市场上，欧洲的代表是西门子公司，日本的代表是三菱和欧姆龙公司，美国的代表是AB与GE公司。 本书主要介绍德国西门子S7-200系列PLC的基本组成，原理与应用,105,第4章 可编程控制器概论,4.1.1 可编程控制器的特点,1PLC与继电器比较 在应用方面，PLC采用了微处理机技术和通讯技术，因而可广泛应用于顺序控制、运动控制、通讯、数据管理等领域，并具有极强的柔性；而继电器的应用范围有限，对小型问题的解决往往连线复杂、使得控制柜庞大、可靠性降低，不具有柔性。在控制速度方面，PLC是由程序指令

52、控制半导体电路来实现的，因此比用依靠触点的机械动作来实现控制的继电器电路的速度要快得多，并且不会出现抖动问题。在可维护性和可靠性方面，继电器控制逻辑电路因采用了大量的机械触点，连线过多，从而使系统的可维护性和可靠性变差，而PLC因利用的是微电子技术，大量的开关动作是由一种辅助继电器(软件)和无触点开关完成的，因此可靠性高，同时因有些PLC还配备了自检和监控控功能，从而为现场调试和维护提供了很大方便，节约了成本。另外，在施工与设计过程中，PLC比继电器更为方便和省时,106,第4章 可编程控制器概论,2PLC与单片机的比较 单片机具有结构简单、使用方便、价格便宜等优点，但因其不是专门针对工业现场

53、设计的，与PLC比较有不少缺陷。首先在编程语言方面上，单片机不如PLC容易掌握，因为PLC大都采用工程技术人员非常熟悉的梯形图语言；其次在操作上，单片机不如PLC使用简单，因为PLC的I/O接口是专为工业控制现场设计的；最后在可靠性上，PLC的可靠性远超过单片机，因为PLC在电源、输入/输出部分等方面的设计均采取了抗干扰措施，在软件方面具有较强的自诊断功能,107,第4章 可编程控制器概论,3PLC与微型计算机比较 由PLC的定义可知，PLC实质上就是一台专为工业生产控制而设计的专用计算机，许多用PLC控制的系统，都可以用微型计算机取代，所以PLC与计算机有很多相似性。但是，由于PLC毕竟是一

54、种专用于工业控制的计算机，其实施方法和设计思想与通用计算机还是有很大的区别，（1）PLC具有大量的I/O接口；（2）PLC以扫描方式工作；（3）PLC具有极高的可靠性；（4）PLC用梯形图方式编程；（5）PLC体积小，结构紧凑；（6）PLC的模块化设计，使扩充非常简便,108,第4章 可编程控制器概论,4PLC的技术特点 （1）使用方便，通用性强； （2）功能强，适应面广； （3）可靠性高，抗干扰能力强； （4）编程方法简单，容易掌握； （5）设计、安装、调试和维修方便容易； （6）体积小、重量轻、功耗低,109,第4章 可编程控制器概论,4.1.2 PLC的应用范围,1开关量的逻辑控制 2运

55、动控制 3闭环过程控制 4、数据处理 5、通讯联网,110,第4章 可编程控制器概论,4.1.3 PLC的发展趋势,1、技术发展迅速、产品更新换代快 2、模块智能化，过程控制功能加强 3、通讯网络化 4、编程语言高级化,111,第4章 可编程控制器概论,4.2 S7-200系列PLC的组成,112,第4章 可编程控制器概论,4.2 1 PLC的组成和工作原理,S7-200(CPU22X)系列PLC外观图 1.I/O指示 2.前盖 3.接线端子排 4.固定端子 5.夹片 6.通讯端口 7.可选卡插槽 8.系统状态指示,113,第4章 可编程控制器概论,工作原理,114,第4章 可编程控制器概论,

56、4.2.2 PLC的安装,115,第4章 可编程控制器概论,4.2.3 PLC的I/O及扩展,116,第4章 可编程控制器概论,4.3 S7-200系列 PLC的工作方式,S7-200CPU有两种工作方式： (1)、运行(RUN)：CPU在RUN工作方式下运行用户程序。 (2)、停止(STOP)：CPU在停止工作方式时，可以向CPU加载程序或进行系统设置，不执行程序。 在程序编辑、上/下载程序等处理过程中，必须把CPU处于STOP方式。CPU前面板上用两个发光二极管发光状态显示当前的工作方式,117,第4章 可编程控制器概论,4.3.1 PLC的内部结构及功能,118,第4章 可编程控制器概论

57、,中央处理单元（CPU） CPU是PLC的控制中枢,它是由控制器和运算器组成。其中，控制器是用来统一指挥和控制PLC工作的部件。运算器则是进行逻辑、算术等运算的部件,CPU的作用 （1）接收、存储用户程序，并对用户程序进行检查、校验。 （2）以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应的数据存储区。 （3） 执行监控程序和用户程序。 （4）故障诊断,119,第4章 可编程控制器概论,2. 存储器 PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序，用户程序和工作状态数据,1)系统程序存储器 用户不能访问和修改这部分存储器的内容。 (2)工作数据存储器 工作数据是PLC运行过程中经常变化，需要随

58、机存取的一些数据。数据存储区包括输入、输出数据映像区，定时器/计数器预置数和当前值的数据。 (3)用户程序存储器 用于存放用户经编程器输入的应用程序。用户程序存储器的容量一般就代表PLC的标称容量,120,第4章 可编程控制器概论,3. 输入/输出（I/O）单元 PLC的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过I/O单元实现的。I/O单元作为CPU与工业生产现场的桥梁,I/O单元有：数字量输入/输出模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、交流信号输入/输出模块等。还有智能模块，它本身带有CPU、存储器和监控系统，可独立完成各种运算。智能模块的种类很多，如：高速计数模块，P

59、ID调节的模拟量控制模块等,121,第4章 可编程控制器概论,光电耦合,输入点的状态显示,外部开关,输入点,输入电路,122,第4章 可编程控制器概论,光电耦合,输出点的状态显示,输出点,输出电路,123,第4章 可编程控制器概论,4.3.2 PLC的寻址方式,1 .直接寻址方式,2. 间接寻址方式,124,第4章 可编程控制器概论,4.4 S7-200系列 PLC的主要性能指标及分类,4.4.1 PLC的主要性能指标,1.输入输出点数 2.扫描速度 3.指令种类 4.程序容量 5.数据容量 6.高级功能模块 7.工作环境,125,第4章 可编程控制器概论,4.4.2 PLC的分类,126,第

60、4章 可编程控制器概论,4.4.3 西门子PLC的分类,1.S7系列 西门子S7系列PLC按功能分类，有S7-200，S7-300，S7-400三种。S7-200是针对低性能要求的经济型微型(小)型PLC；S7-300是面向各种应用场合自动化控制的模块式中小型PLC，最多可以扩展32个模块；S7-400是针对在制造自动化和过程自动化中的高端应用的大型PLC；S7-300/400可以组成MPI，PROFIBUS和工业以太网等。 2.M7系列 西门子M7系列有M7-300，M7-400。M7-300/400采用与S7-300/400相同的结构，它们可以作为CPU或功能模块使用。具有AT兼容计算机的