电气工程及其自动化plc课件

1、电气控制与电气控制与可编程控制器可编程控制器制作：河北科技大学电气信息学院制作：河北科技大学电气信息学院甄甄 然然Date:2021-11-25 Page: 2电气控制与可编程控制器Date:2021-11-25 Page: 3电气控制与可编程控制器绪绪 论论“电气控制电气控制”是一门实践性较强专业课，它在生产过是一门实践性较强专业课，它在生产过程、科学研究及其他各个领域被广泛应用。主要内容是以程、科学研究及其他各个领域被广泛应用。主要内容是以电动机或其他执行电器为控制对象介绍继电接触器控制系电动机或其他执行电器为控制对象介绍继电接触器控制系统工作原理、典型机械的电气控制线路以及电气控制系统统

2、工作原理、典型机械的电气控制线路以及电气控制系统的设计方法。当前的设计方法。当前PLCPLC控制系统应用十分普遍，已经成为控制系统应用十分普遍，已经成为实现工业自动化的主要手段，是教学重点。但是，继电接实现工业自动化的主要手段，是教学重点。但是，继电接触器控制仍是机械设备最常用的控制方式，而且触器控制仍是机械设备最常用的控制方式，而且PLCPLC是计是计算机技术与继电接触器控制技术相结合的产物，因此继电算机技术与继电接触器控制技术相结合的产物，因此继电接触器控制是学习的基础。接触器控制是学习的基础。 Date:2021-11-25 Page: 5电气控制与可编程控制器 熟悉常用控制电器的结构、

3、原理、用途及型号，达到正确熟悉常用控制电器的结构、原理、用途及型号，达到正确使用和选用的目的。使用和选用的目的。 熟练掌握电气控制线路的基本环节，具有对一般电气控制熟练掌握电气控制线路的基本环节，具有对一般电气控制线路独立分析的能力。线路独立分析的能力。 熟悉典型生产设备电气控制系统，并具有从事电器设备安熟悉典型生产设备电气控制系统，并具有从事电器设备安装、调试、维修和管理等知识。装、调试、维修和管理等知识。 掌握掌握PLCPLC的基本原理及编程方法，能够根据工艺过程和控的基本原理及编程方法，能够根据工艺过程和控制要求进行系统设计和编写应用程序。制要求进行系统设计和编写应用程序。 具有设计和改

4、进一般机械设备电气控制线路的基本能力。具有设计和改进一般机械设备电气控制线路的基本能力。Date:2021-11-25 Page: 6电气控制与可编程控制器电气控制技术是随着科学技术的不断发展生产工艺不断电气控制技术是随着科学技术的不断发展生产工艺不断提出新的要求而迅速发展的。在提出新的要求而迅速发展的。在控制方法上控制方法上主要是从手动控主要是从手动控制到自动控制制到自动控制; ;在在控制功能上控制功能上是从简单到复杂是从简单到复杂; ;在操作上由笨在操作上由笨重到轻松重到轻松; ;在在控制原理上控制原理上由单一的有触点硬接线继电器控制由单一的有触点硬接线继电器控制系统向以微处理器为中心的软

5、件控制系统。系统向以微处理器为中心的软件控制系统。 传统的传统的继电器控制继电器控制变为变为电子计算机控制电子计算机控制，再到，再到顺序控制顺序控制器器，发展到现在的，发展到现在的PLC,CIMS,DCS,PLC,CIMS,DCS,现场总线控制现场总线控制系统等多项系统等多项高技术高技术, ,形成了从产品设计与制造和生产管理的智能化生产形成了从产品设计与制造和生产管理的智能化生产的完整体系的完整体系, ,将自动制造技术推进到更高的水平将自动制造技术推进到更高的水平. .Date:2021-11-25 Page: 7电气控制与可编程控制器继电器控制系统继电器控制系统先进自动控制系统先进自动控制系

6、统Date:2021-11-25 Page: 8电气控制与可编程控制器对先进自动控制装置提出对先进自动控制装置提出设想设想： 把把计算机计算机的功能完善、通用、灵活等优点和的功能完善、通用、灵活等优点和继电器继电器控制系控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用成一种通用控制装置控制装置。把计算机的编程方法和程序输入方。把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。 Date:2021-11-25 Page: 9电气控制与可编程控制器 1

7、.常用电磁式低压电器常用电磁式低压电器 2.常用其他低压电器常用其他低压电器 3.电子电器电子电器 4.电气控制安全等级及安全继电器电气控制安全等级及安全继电器(自学自学) 5.继电接触式控制系统继电接触式控制系统 6.电气控制在生产中的应用电气控制在生产中的应用Date:2021-11-25 Page: 10电气控制与可编程控制器 本章主要是介绍常用低压电器的结构、工作原理、本章主要是介绍常用低压电器的结构、工作原理、型号规格及用途。型号规格及用途。 1.1 概述概述 1.2 电磁机构原理电磁机构原理 1.3 电接触及灭弧工作原理电接触及灭弧工作原理 1.4 电磁式接触器电磁式接触器 1.5

8、 电磁式继电器电磁式继电器Date:2021-11-25 Page: 11电气控制与可编程控制器什么是电器？什么是电器？低压电器：常指用于交流额定电压低压电器：常指用于交流额定电压1200v1200v、直流额定、直流额定电压电压1500v1500v及以下的电路中的电器产品及以下的电路中的电器产品Date:2021-11-25 Page: 12电气控制与可编程控制器 控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。 主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电器。主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电器。 保护电器：用于保护电路及用电设备的电器。保护

9、电器：用于保护电路及用电设备的电器。 配电电器：用于电能的输送和分配的电器。配电电器：用于电能的输送和分配的电器。 执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器。执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器。 Date:2021-11-25 Page: 13电气控制与可编程控制器低压低压电器电器配电配电电器电器控制控制电器电器开关开关熔断器熔断器接触器接触器继电器继电器起动器起动器时间继电器时间继电器热继电器热继电器Date:2021-11-25 Page: 14电气控制与可编程控制器Date:2021-11-25 Page: 15电气控制与可编程控制器1.1.电磁式电器组成电磁式电器组成触头系统

10、：主触头、辅助触头触头系统：主触头、辅助触头 常开触头（动合触头）常开触头（动合触头） 常闭触头（动断触头）常闭触头（动断触头）电磁机构：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧电磁机构：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧 灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧Date:2021-11-25 Page: 16电气控制与可编程控制器1.电磁式电器组成电磁式电器组成Date:2021-11-25 Page: 17电气控制与可编程控制器1.1.电磁机构由电磁机构由吸引线圈吸引线圈、铁芯铁芯和和衔铁衔铁组成。组成。图图1-1 1-1 电磁式电器工作原理示意图电磁式电器工作原理示意图 线圈线

11、圈衔铁衔铁铁芯铁芯Date:2021-11-25 Page: 18电气控制与可编程控制器v 类型类型点接触点接触线接触线接触v 材料：一般采用铜材料制成；对于小容量电器材料：一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成常用银质材料制成 面接触面接触指型触点Date:2021-11-25 Page: 19电气控制与可编程控制器1.3.1 1.3.1 电接触电接触 触点是电磁式电器的执行部件，电器就是通过触点触点是电磁式电器的执行部件，电器就是通过触点的动作来分合被控制电路的。的动作来分合被控制电路的。触点的分类： 按触点的运动情况：动触点和静触点 按触点的职能分：主触点和辅助触点 按触点的

12、状态可分为：常开触点和常闭触点Date:2021-11-25 Page: 20电气控制与可编程控制器触点在通电状态下，动触点在通电状态下，动静触点脱离接触时，由静触点脱离接触时，由于电场的存在，使触点于电场的存在，使触点表面的自由电子大量溢表面的自由电子大量溢出而产生电弧。出而产生电弧。电弧的产生Date:2021-11-25 Page: 21电气控制与可编程控制器v 电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于电弧：开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V10V，电流超过，电流超过80mA80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。即电弧。v 电弧的危害：电弧

13、的危害： 延长了切断故障的时间；延长了切断故障的时间； 高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏； 形成飞弧造成电源短路事故。形成飞弧造成电源短路事故。 Date:2021-11-25 Page: 22电气控制与可编程控制器1. 电动力吹弧电动力吹弧FFII I12图图1-4 电动力灭弧示意图电动力灭弧示意图1 静触点 2 动触点Date:2021-11-25 Page: 23电气控制与可编程控制器3. 磁吹灭弧磁吹灭弧I IF2. 栅片灭弧栅片灭弧Date:2021-11-25 Page: 24电气控制与可编程控制器定义：接触器是用于远距离频繁地接通和分断主电路或大

14、容量控制电路，主要用于控制电动机，也可用于控制其他电力负载。CJXCJX系列接触器系列接触器Date:2021-11-25 Page: 25电气控制与可编程控制器 按工作原理可以分为：按工作原理可以分为：电磁式、气动式、电磁式、气动式、 液压式液压式. . 按主触头所在动力回路的电流种类分：按主触头所在动力回路的电流种类分： 交流、交流、 直流直流. . 按主触头对数分：按主触头对数分： 单极（一对主触头）、多极（二至四对主触头）单极（一对主触头）、多极（二至四对主触头）. . 按电磁线圈回路（通常叫做控制回路）的电流种类分：按电磁线圈回路（通常叫做控制回路）的电流种类分： 交流操作交流操作

15、、 直流操作直流操作. . 按主回路电压等级分：按主回路电压等级分： 低压低压 、 高压高压. . 按铁心结构形式分：按铁心结构形式分：转动式（或称角移式）和直动式转动式（或称角移式）和直动式. .Date:2021-11-25 Page: 26电气控制与可编程控制器交流接触器结构图交流接触器结构图主触头主触头常闭辅助触头常闭辅助触头常开辅助触头常开辅助触头静铁心静铁心衔铁衔铁吸引线圈吸引线圈灭弧装置灭弧装置Date:2021-11-25 Page: 27电气控制与可编程控制器2 2工作原理工作原理 线圈加额定电压，线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；断开，

16、常开触头闭合；线圈电压消失，触头线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁恢复常态。为防止铁心振动，需加短路环。心振动，需加短路环。Date:2021-11-25 Page: 28电气控制与可编程控制器短路环短路环减小衔铁吸合时产生的振动和噪音减小衔铁吸合时产生的振动和噪音。 衔铁 铁芯 线圈 短路环 Date:2021-11-25 Page: 29电气控制与可编程控制器KMKM常闭辅助触点常闭辅助触点常开辅助触点常开辅助触点KMKM接触器的符号接触器的符号 Date:2021-11-25 Page: 30电气控制与可编程控制器额定电压额定电压 交流接触器：交流接触器： 127127、220220、

17、380380、500V 500V 直流接触器：直流接触器： 110110、220220、440V 440V 交流接触器：交流接触器：5 5、1010、2020、4040、6060、100100、150150、250250、400400、600A600A 直流接触器：直流接触器：4040、8080、100100、150150、250250、400400、600A 600A 额定电流额定电流 吸引线圈额定电压吸引线圈额定电压交流接触器：交流接触器：3636、110110（127127）、）、220220、380V 380V 直流接触器：直流接触器：2424、4848、220220、440V 440

18、V 接触器的主要技术指标接触器的主要技术指标 Date:2021-11-25 Page: 31电气控制与可编程控制器C J 20C J 20接触器接触器交流交流设计序号设计序号额定电流额定电流K K表示矿用表示矿用额定电压代号额定电压代号有有THTH表示湿热带表示湿热带C Z 18C Z 18接触器接触器直流直流设计序号设计序号常开触点数常开触点数额定电流额定电流常闭触点数常闭触点数1.交流交流2.直流直流Date:2021-11-25 Page: 32电气控制与可编程控制器Date:2021-11-25 Page: 33电气控制与可编程控制器 根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；根据电

19、路中负载电流的种类选择接触器的类型； 接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；定电压； 吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；电压等级一致； 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。1.4.4 1.4.4 接触器的使用选择原则接触器的使用选择原则 Date:2021-11-25 Page: 34电气控制与可编程控制器交流交流 AC1AC1AC2AC2AC3AC3AC4 AC4 无感或微感负载无感或微感负载绕线式电动机的启动和中断绕线式电动机的启动和

20、中断笼型电动机的启动和运转笼型电动机的启动和运转笼型电动机的启动的反接制动笼型电动机的启动的反接制动 直流直流 DC1DC1DC2DC2DC3 DC3 无感或微感负载无感或微感负载并励电动机的启动，反接制动并励电动机的启动，反接制动反向点动反向点动串励电机的启动，反接制动反串励电机的启动，反接制动反向点动向点动 Date:2021-11-25 Page: 35电气控制与可编程控制器C J 20接触器接触器交流交流设计序号设计序号额定电流额定电流K表示矿用表示矿用额定电压代号额定电压代号有有TH表示湿热带表示湿热带C Z 18接触器接触器直流直流设计序号设计序号常开触点数常开触点数额定电流额定电

21、流常闭触点数常闭触点数1.交流交流2.直流直流Date:2021-11-25 Page: 36电气控制与可编程控制器1.接触器的类型选择：接触器的类型选择：根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型。根据接触器所控制负载的轻重和负载电流的类型。2.额定电压的选择额定电压的选择接触器的额定电压不小于负载回路的电压。接触器的额定电压不小于负载回路的电压。3.额定电流的选择：额定电流的选择：一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流。对于电一般接触器的额定电流不小于被控回路的额定电流。对于电动机负载可按经验公式计算：动机负载可按经验公式计算：4.吸引线圈的额定电压：吸引线圈的额定电压：吸引线圈的额

22、定电压与所接控制电路的电压相一致。吸引线圈的额定电压与所接控制电路的电压相一致。NNCKUPI310Date:2021-11-25 Page: 37电气控制与可编程控制器Date:2021-11-25 Page: 38电气控制与可编程控制器v 作用：控制、放大、联锁、保护和调节作用：控制、放大、联锁、保护和调节v 分类：分类：按用途分按用途分 ：控制和保护继电器：控制和保护继电器 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式械式 按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力按动作时间分：瞬时、延时继电器

23、按动作时间分：瞬时、延时继电器 v 特点：额定电流不大于特点：额定电流不大于5A5ADate:2021-11-25 Page: 39电气控制与可编程控制器继电器特性曲线继电器特性曲线 继电器的输入继电器的输入- 输出特性曲线输出特性曲线如图，当输入量如图，当输入量x由零增至由零增至x2以以前前,y为零为零,到到 x2时时, y=y1,x再增加再增加y不变。不变。 当当x减小到减小到x1时，时，y继电器释继电器释放，放，y=0，x再减小，再减小，y不变。不变。 x2 称为继电器的吸合值，称为继电器的吸合值，欲使欲使继电器动作，继电器动作，x必须大于此值。必须大于此值。 x1 称为继电器的释放值，

24、称为继电器的释放值，欲使欲使继电器释放，继电器释放，x必须小于此值。必须小于此值。X1 X2yy1x返回值与动作值之比称为返回值与动作值之比称为f 。Date:2021-11-25 Page: 40电气控制与可编程控制器1 1、电流继电器、电流继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。 分类：过电流继电器、欠电流继电器分类：过电流继电器、欠电流继电器过电流继电器过电流继电器欠电流继电器欠电流继电器Date:2021-11-25 Page: 41电气控制与可编程控制器1.底座 2.反力弹簧 3、4.调节螺钉 5.非磁性垫片6.衔铁 7.

25、铁芯 8.极靴 9.电磁线圈 10.触点系统电电磁磁式式继继电电器器结结构构图图1.底座 2.反力弹簧 3、4.调节螺钉 5.非磁性垫片6.衔铁 7.铁芯 8.极靴 9.电磁线圈 10.触点系统电电磁磁式式继继电电器器结结构构图图结构和符号结构和符号Date:2021-11-25 Page: 42电气控制与可编程控制器结构和符号结构和符号Date:2021-11-25 Page: 43电气控制与可编程控制器动作电流动作电流q q ：使电流继电器开始动作所需的电流值；：使电流继电器开始动作所需的电流值； 返回电流返回电流f f ：电流继电器动作后返回原状态时的电流值；：电流继电器动作后返回原状态

26、时的电流值；返回系数返回系数f f ：返回值与动作值之比，：返回值与动作值之比，f ff f / /q q 。主要技术指标：主要技术指标：Date:2021-11-25 Page: 44电气控制与可编程控制器特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细分类：过电压继电器和欠电压继电器分类：过电压继电器和欠电压继电器结构原理：与电流继电器类似结构原理：与电流继电器类似2 2、电压继电器、电压继电器Date:2021-11-25 Page: 45电气控制与可编程控制器1 1、调节释放弹簧的松紧程度、调节释放弹簧的松紧程度：释放弹簧调的越紧，返回系：释放弹簧调的越紧，

27、返回系数数K K越大。（越大。（ X X1,1,X X2 2同时增大）同时增大）2 2、改变非磁性垫片的厚度、改变非磁性垫片的厚度：非磁性垫片越厚，：非磁性垫片越厚，X X1 1增大增大，使使返回系数返回系数K K增大；反之增大；反之X1 X1 减小，减小，K K 也减小，而也减小，而X X2 2不变。不变。3、改变初始气隙的大小：改变初始气隙的大小：初始气隙越大，则吸合电流越大，初始气隙越大，则吸合电流越大，即即X X2 2越大。而释放时越大。而释放时X X1 1不变，引起返回系数不变，引起返回系数K K值减小；反值减小；反之之X2X2减小，减小， k k 增大。增大。Date:2021-1

28、1-25 Page: 46电气控制与可编程控制器空气阻尼时间继电器空气阻尼时间继电器作用：按整定时间长短通断电路。作用：按整定时间长短通断电路。按构成原理分：电磁式按构成原理分：电磁式 电动式电动式 空气阻尼式空气阻尼式 晶体管式晶体管式 数字式数字式按延时方式分：通电延时型按延时方式分：通电延时型 断电延时型断电延时型 Date:2021-11-25 Page: 47电气控制与可编程控制器(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 线圈一般符号线圈一般符号(b) (b) 通电延时线圈通电延时线圈 (c) (c) 断电延时线圈断电延时线圈 (d) (d) 通电延时闭合常开触点通电延时闭合常开触点 (e)(e)通电延时断开常触点（通电延时断开常触点（f f）断电）断电延时断开常开触点延时断开常开触点 （g g）断电延时闭合常闭触点（）断电延时闭合常闭触点（h h）瞬动触）瞬动触点点 符号符号线圈一般符号线圈一般符号通电延时线圈通电延时线圈断电延时线圈断电延时线圈通电延时闭合通电延时闭合常开触点常开触点 通电延时断开通电延时断开常