电气控制技术讲义(含PLC)

1、电气控制技术讲义 （含 PLC）电动气动控制技术 （讲义 ）1电动气动控制技术鲁国防河海大学电气工程学院 电动气动控制技术 （讲义 ）2 教学内容 : 电气控制 （一）、可编程控制器原理及应用 （ 二） 参考书目 :1.现代电气控制技术郑平主编 2。电控制 李仁主编等，等，崔亚君等。学习要求: 熟悉电路中断路器、隔离开关、接触器、热继电器和熔断器的功能、 特性和图纸符号。数量，设计和选择时要注意的重要技术参数。 掌握电路中行程开关和按钮开关的功能，并画出符号。 灵活掌握电气设备简单的启停保护控制电路、 异步电动机正反向电气 控制电路、异步电动机“ Y”电气控制电路等。，了解他们的设计思想, 学

2、会设计相应的电气控制电路。全面了解可编程逻辑控制器的特点以及为提高其可靠性而采取的一 些措施。熟悉可编程控制器的组成、 主要部件的功能、 可编程控制器的工作原 理 （扫描过程、系统响应时间 ），并知道三菱 FX2N 可编程控制器编程 元件的地址。掌握梯形图的符号、概念和规则，学会设计 PLC 梯形图程序，掌握 三菱 FX2N PLC 的基本指令。 掌握可编程控制器编程的功能图方法及其基本概念， 学会用功能图方 法设计可编程控制器控制程序，并能熟练转换成梯形图。 掌握可编程控制器控制系统的特点， 判断控制系统是否需要由可编程 控制器组成，以及选择可编程控制器时应考虑的问题。 学会使用可编程控制器

3、设计控制系统 （包括可编程控制器硬件、软件 和电气控制电路 ） 。 重庆大学出版社、机械工业出版社、重庆大学出版社 上海科学出版社电子工业出版社3.可编程控制器的应用技术4.可编程控制器应用指南 5。可编程控制器的原理和编程电动气动控制技术 （讲义 ）3内容在第一篇文章中，电器控 制7第一章.常见低压电器及其符号 71.1 电 器 的 功 能 和 分类 7 1.2 低 压 电 器 的 电 磁 机 构 和 执 行 器71.2.1 电 磁 组 织 7 1.2.2 执 行 机 构 81.3 接 触 器 91.3.1 接 触 器 的 主 要 技 术 数 据 91.3.2 交流接触 器 .10 1.3.

4、3 直 流 接 触 器 101.4 继 电 器 11继电器的特性和主要参磁继电器 .11时间继电as器 13行程开关 13热八、继电as器 151.5其他常用电as器15低压保险丝 15低压隔离as器 16低压断路as器 .17主要电as器 数11 1.4电.2181.6 通 用 电 气 元 件 的 图 形 符号 自XXXX 以来一直不断引进国外生产技术。德国西门子进口生产的3XE3 系列行程开关规格齐全，外形结构多样，技术性能优越，拆装 方便，使用灵活，运行可靠，有开式和保护式两种。常开触点常闭触点班级；图 2.12 中显示了单轮和双轮滚轮摆动杆可调、杆可调和弹簧 杆等行程开关的符号。图 2

5、.12 行程开关的接触符号电气控制技术 （讲义 ）151.4.5 热继电器 热过载继电器是一种利用电流热效应原理工作的保护电器。 它在电路 中用作三相异步电动机的过载保护。 热继电器的测量元件通常采用由 有源层和无源层组成的双金属片。 主要层材料为膨胀系数较高的铁镍 铬合金，而钝化层材料为膨胀系数很小的铁镍合金。因此，这种双金 属片受热后会向膨胀系数较小的钝化层弯曲。双金属片可以直接、 间接或组合加热。 直接加热是用双金属片作为加 热元件，让电流直接通过。 间接加热是利用与双金属片没有电连接的 加热元件产生的热量进行加热。 复合加热是直接加热和间接加热的结 合。双金属加热器元素FR 零件 接触

6、热元件常闭接触导板图 2.14 热继电器符号图 2.13 热继电器的原理热继电器的基本工作原理如图 2.13 所示。加热元件串联在电机工作 电路中。当电机正常运行时，热元件只能弯曲双金属片，这不足以使 触点移动。当电机过载时， 也就是说，当流过过热元件的电流超过其 设定电流时， 加热元件的热值增加， 导致双金属片更严重地弯曲并增 加位移。一段时间后， 双金属片推动导板断开热继电器的可动断开触 点，切断电机的控制电路， 停止电机。为了使热继电器的触点快速移 动，通常采用瞬时跳跃结构。热继电器的电气符号如图 2.14 所示。 热继电器的设定值是指热继电器长时间不工作的最大电流， 超过该电 流，热继

7、电器将工作。 热继电器的设定电流可以通过热继电器提供的 特殊调节旋钮进行调节。还有许多类型的热继电器。目前，较新的有 :国产 JR16 和 JRXXXX 。 在过去的几年里， 隔离开关和隔离器的发展非常迅速。 除了普通产品 除了 HD11-HD14和HS11-HS13(B)系列外，它们中的许多都是通过引 进国外技术而新开发或生产的新产品。 这些产品在结构和技术性能方 面都很好，代表了相当的领先水平。QS-QSHR3系列熔断器闸刀开关适用于交流 50Hz、额定电压380伏、DC 电压 440伏、额定电流 100-600安的工业企业配电网，用于电缆、电 线和电气设备的过载和短路保护， 以及在网络正

8、常供电条件下， 电源 的不频繁通断，如图 1.32所示。保险丝型开关是 RT0 保险丝、静态触点、操作机构和底座的组合。它具有保险丝和闸刀开关的性能。在 正常供电的情况下，闸刀开关负责开关电源。保险丝被用作指南。 电气控制技术 （讲义 ）17 电线和电气设备的短路保护或电线的过载保护。HR3 系列开关配有灭弧室， 灭弧室由酚醛纸板和钢板制成的格栅铆接 而成。本发明的熔丝型闸刀开关的熔丝本体固定在带有弹簧钩锁片的 绝缘梁上， 使得熔丝型闸刀开关在正常工作时不会跳闸， 当熔丝型闸 刀开关因线路故障而熔断时， 可以通过按动挂钩轻松更换熔丝型闸刀 开关。1.5.3 低压断路器低压断路器 （自动断路器

9、）根据结构形式分为通用型和塑壳型。其中， 通用断路器最初称为框架式断路器， 后来改为通用断路器， 以符合国 际电工委员会标准中使用的名称。低压断路器也叫自动空气开关， 简称自动空气开关或自动开关。 低压 断路器与接触器的不同之处在于， 虽然允许切断短路电流， 但它不适 合频繁操作，因为允许的操作次数相对较少。低压断路器主要由触头系统、 操作机构和保护元件组成。 主触头由耐 电弧合金 （如银钨合金 ）制成，电弧由灭弧栅板熄灭。操作机制相对复 杂。它的打开和关闭可以通过手柄或电磁机构来操作。 大容量断路器 也可以由电机操作。 自动脱扣装置可应对各种故障， 并使触点瞬间动 作，与手柄的操作速度无关。

10、低压断路器的工作原理如图 1.33 所示。它相当于闸刀开关、保险丝、 热断路器、 热继电器和欠压继电器的组合， 是一种自动切断电路故障 的保护装置。在正常操作期间，主触点 1 与主电路串联连接，并且处 于闭合状态。此时，锁钥匙 2 被钩 3 钩住。一旦自动开关闭合，机械 联锁保持主触点闭合而不消耗电能。 在锁定钥匙 2 被锁定后，断开弹 簧 13 被拉长以储存能量， 为断开做准备。 过电流跳闸装置 12 的线圈 与主电路串联。当电流正常时，电枢吸引力不足，处于打开位置。当 电路电流超过规定值时，电磁吸引力增加，衔铁 11被吸引，钩 3 被 杠杆 5脱开，主触头 1在弹簧 13的作用下切断电路，

11、这是过电流保 护。当电压过低 （欠压）或电压丢失时，欠压脱扣器 8 的衔铁 7 被释放， 挂钩也被杠杆释放，从而切断电路，实现失压保护。当过载发生时， 双金属片 10弯曲，钩 3也被杠杆 5 脱开，从而主接触电路被切断， 过载保护完成。图 1.33中的其他部件是 :转轴 4、弹簧 6 和加热电阻 丝 9。QF低压断路器有多种新型号，如 C45、S250S、E4CB、3VE、ME、 AE 等系列采用进口技术生产， 也有国内开发研制的， 如 CM1、DZXXXX 年。一些制造商与外国企业合资引进技术和零部件， 生产新的现代水 平的断路器，如 S、F、M 系列等。，使我国断路器生产在某些方面达 到了

12、一个新的水平。C45、DPN、NC100 系列小型塑壳断路器是中法合资天津美兰有限公 司利用法国美兰日兰有限公司的技术和设备制造的产品， 适用于交流 50Hz 或赫兹、额定电压 240/415 伏及以下的电路，用于电路、照明 和电力设备的过载和短路保护， 以及电路和设备的开关。 该系列断路 器也可用于 DC 电路。自 DZXXXX 以来开发的新型断路器是中国使用最广泛的断路器之 一。在 DZXXXX 年，新材料、新技术不断推广，一批新开关投放市 场。其中最具代表性的是国产 LW12-16 系列万能开关、 ABB 技术生 产的 ABG10 系列开关、 ADA10 转换开关、 ABG12 凸轮开关

13、等。最 常见的外国时隙凸轮开关是奥地利制造的蓝色系列开关。 该开关性能 优越，外形美观，但其开关图不符合国内用户习惯，使用不方便。 凸轮开关有多种组合， 连接和断开都非常复杂。 要掌握电气控制设计， 熟悉开关通断图是非常重要的。 以 ABG12-2.8N/3 电机可逆开关为例， 简要介绍了开关接触图的基本表示方法。图1.37(a)是触点的开关图。在图中，三条垂直虚线表示开关手柄的三 个不同操作位置，分别代表向前旋转和停止。电气控制技术 (讲义 )19停止和反转 3 种工作状态；水平线表示终端引线； 每对数字 1-2 和 3-4 代表 6 对触针号码； 当虚线位置被指示时， 对应于虚线上的水平线

14、的 黑点指示该对触点接通，否则，它们断开。图 (b) 是开关表，显示开关的工作状态、手柄的操作位置、触点对的 数量等。 以表格形式。 一般来说， 在表格中， “3表”示触点接通， 而 “-” 或空白表示触点断开。如图所示，当手柄位于中间时，电机停止；逆 时针转动手柄 45 度。触点 1 -2、 3-4、 7-8 和 9-10 相连。不难看出开 关图和开关表是两种一对一的表示， 因此它们也可以组合起来形成开关图 特别需要指出的是，对于一些接触形式特别复杂的开关，如 LW2 和 LWX1 系列，有必要在开关图上显示各层的接触形式代码。 受篇幅所 限，本章不介绍。在过去的十年里， 低压电器技术发展迅

15、速， 更新换代的产品日益增多。 为了便于低压电器的正确选择和使用， 列出了低压电器的使用类别代 码及其相应的使用属性，如附录 1 表 1.3 所示。停车并倒车停止转动2 13 46 5 个 SA M8 7 10 912 11(a)ABG12-2.8N/3 电机可逆开关触摸号码操作状态手柄位置 1-2 3-4 5-6 7-8 9-10 11-12正向旋转 3 3 3-3 -停止反向旋转 3 3 3 3-(b)电动气动控制技术 (讲义 )201.6 通用电气元件的图形符号原理、接线图图形符号KA 继电器线圈 KI 过电流继电器线圈 1 千伏过压继电器线圈 u 灵魂 移动触点 （常开 ）或千米千伏

16、接触器主触点 KMKT 延迟断开动态 （常闭 ）触点 或者SB 继续（常开）按钮 公里 接触器线圈 基里巴斯 潜流继电器线圈I U 动态断开 （常闭 ）触点 千米千伏延时闭合动态千伏 （常开 ）触点或 SB关闭（常闭）按钮 电气控制技术 （讲义 ）46 （2）开关量输出模块 : 开关输出通常有 3 种类型:继电器输出晶体管输出可控硅输出。 每个输出点都有发光二极管发光管、隔离元件 （光电池/继电器）、电源 驱动元件和输出保护电路，如图 2-4所示。图a显示了继电器的输出电路，它同时起隔离和功率放大器的作用。 当触点断开时，与触点并联的电阻、电阻和变阻器起到消弧的作用。图 b 是晶体管输出电路，

17、大功率晶体管的饱和开 /关相当于触点的开 / 关；稳压器用于抑制过压和保护晶体管。图 c 是可控硅输出电路，光 电可控硅，起隔离和功率放大器的作用。电阻、交流电和变阻器用于 抑制固态继电器关闭时产生的过压和外部浪涌电流。输出模块最大关断电流的能力依次是继电器、 晶闸管和晶体管。开关 响应时间正好相反。使用时，应根据上述特点选择不同的输出类型。 输出模块的主要技术指标是 :（2）最大分断能力 :指输出触点在一定电压下可以通过的最大电流。通 常，给定的电压等级为交流 120伏、交流 220伏和交流 /直流 24V。 漏电流 :指输出点断开时流经触点的最大电流 （逻辑“0”。 ）该参数主 要针对晶体

18、管和可控硅输出模块。无保护电路的继电器输出模块的漏 电流为 0，有保护电路的继电器输出模块的漏电流为 12mA 。 导通压降：指输出点导通时触点两端的压降（逻辑“ 1”循环数：等 于公共点数。独立模块，等于输出点数。（三）固态继电器 /可控硅输出图 2-4 开关输出模块类型 （二）晶体管输出 （一）继电器输出+乂j 100 邙倾载 0.02uf J负载 24vOf ?； 470 3負载O.OluF 工作电压：指输出触点能承受的外部负载电压。电气控制技术 （讲义 ）47关闭-开启响应时间：与输入模块相同。开启-关闭响应时间：与 输入模块相同。 内部功耗与输入模块相同。 输出模块按照外部连接 方式

19、划分:汇聚点:输出有一个公共点，每个输出点属于同一个回路， 共用一个电源。（2）独立型 ：输出没有公共点，每个输出点的电路不同，所以可以使用 不同电压等级的电源。2. 模拟量输入输出模块常用的模拟输入输出模块有 ：模数转换、数模转换、热电偶 /热电阻输 入等模块。模数转换模块将传感器测得的电流或电压信号转换成数字 量，由可编程控制器的中央处理器处理； 数模转换模块将中央处理器 处理的数字量转换成电流或电压信号；热电偶 /热电阻输入模块可直 接与热电偶 /热电阻等温度测量传感器相连。外部不需要放大电路和 线性化电路， 能自动进行冷端补偿和调零， 具有开路检测和输入超限 报警功能，内部有模数转换电

20、路。模拟输入 /输出模块的范围通常为国际电工委员会标准信号 （0-5V、1-5 V、0-10V、10mA、4-20mA 等 ）。 ）。也有双极性信号 （例如， 50mv、 5v、10v、10mv、20mA 等）。 ）。模数和数模转换位通常为 8 位、10 位、12 位和 16 位，可编程逻辑控制器的内部核心电路通过光电元件 在数字量输入输出端与外围接口电路隔离3. 数字量输入输出模块常用的有 TTL 级输入输出模块、倾角开关输入模块、发光二极管 /液 晶显示器 /阴极射线管显示控制模块、打印机控制模块等。TTL 级输入 /输出模块处理外围设备输入的 TTL 级数据，或将处理结 果以 TTL 级

21、的形式输出给外围设备进行控制和执行。 倾斜开关输入模块是 TTL 电平输入，专用于 BCD 倾斜开关输入模块。 它用于输入多组 dip 开关 BCD 码，并有多个输入地址选择信号输出。 当一个位 （十进制）选择信号有效时，相应位的 BCD 码信息被读入。 发光二极管 /液晶显示器 /阴极射线管显示控制模块是 TTL 级输出，专 门用于发光二极管 /液晶显示器 /阴极射线管及其他显示设备的输入模 块。具有相应的控制信号输入 /输出，可直接驱动发光二极管数码管、 液晶显示器、阴极射线管显示器等。 打印机控制模块是专用于通用打印机的接口模块，也是 TTL 级的并 行接口。汇集点 独立的 图 2-5

22、开关输出模块的接线方式 电气控制技术 （讲义 ）48 除了并行输出数据信息外，还有相应的输入输出控制信号 （一些可编 程控制器通过串行接口或编程器接口与打印机相连 ）。4. 高速计数模块 高速计数模块是工业控制中最常用的智能模块之一。一些脉冲变量（如旋转编码器、数字编码器、电子开关等输出的信号。）在过程控制中具有非常高的变化速度 （高达几十千赫和几兆赫 ），这小于可编程逻 辑控制器的扫描周期。 如果用程序中的计数器对这些脉冲信号进行计 数，由于扫描周期的限制，一些脉冲信号会丢失。因此，智能高速计 数模块可以使计数过程独立于可编程控制器工作。 该过程与可编程逻 辑控制器的扫描过程无关， 可以精确

23、计数。 可编程控制器可通过程序 设定预设的计数值， 并可控制计数过程的启动和停止。 当计数器的当 前值等于或大于预设值时， 所有的开关值都输出到可编程控制器， 可 编程控制器获得信号后可以进行相应的控制。5. 精确计时模块 精确定时模块是一个智能模块， 它可以与可编程控制器分离， 实现精 确定时。当计时时间到来时，它将发出信号供可编程逻辑控制器检测。 例如，欧姆龙的模拟计时单元 C200H-TM001 提供四个精确的计时器， 可通过DIP开关设置为0.1 1s和1 10S10 60S1 10mm定时值 可以通过内部 /外部可调电阻设置。6. 快速响应模块 扫描操作模式导致可编程逻辑控制器的输入

24、和输出之间存在延迟。 最 大延迟时间可达 2 个扫描周期，这使得可编程逻辑控制器难以监控非 常窄的输入脉冲。 快速响应模块可以检测窄脉冲， 其输出与可编程逻 辑控制器的扫描工作无关， 而是由输入信号直接控制， 其输出也由用 户程序控制。7. 中断控制模块 它适用于要求快速响应的控制系统。 收到中断信号后， 暂停正在运行 的可编程逻辑控制器用户程序， 运行相应的中断子程序， 执行后返回 继续运行用户程序。8. PID 调节模块过程控制中常采用PID控制。PID调节模块是一个智能模块，可以在 没有 PLC 的情况下独立完成 PID 调节功能。实际上，它可以被看作 是一个或多个具有可调 P、I 和

25、D 参数的 PID 调节器。常用的输入信号类型有 : DC 电压 （0-10v/1-5v） ， DC 电流 （0-10mA/4-20mA） ，热电偶 /热电阻， 脉冲 /频率和带控制功能的 开关量输入输出。9. 位置控制模块位置控制模块是用于控制物体的位置、 速度和加速度的智能模块， 可以控制电气控制技术 （讲义 ）49线性运动 （单轴），平面运动 （双轴），甚至更复杂的运动 （多轴）。 位置控制一般采用闭环控制。常用的驱动装置是伺服电机或步进电 机，该模块从参数传感器获取物体的当前位置、速度/加速度，并与设定值进行比较。比较结果然后用于控制驱动装置，以使物体快进、 慢进、快退、慢退、加速、慢

26、退、停止等。实现定位控制。10. 轴向定位模块 轴向定位模块能够准确检测高速旋转的转轴的角位置， 并根据不同的 角位置控制开关的开 /关（允许多个开关 ）。例如，美国三菱公司的 F2-32RM 凸轮控制器可以精确地检测 720 度/ 角度位置信号，并同时控制 32个开关的开 /关。最大允许转速为 1模 式 830 转/分，0.5 模式 415转/分。它在本质上非常像一个机械凸轮 :有 32 个凸轮板，每个轮有多达 360 个齿。 11.通信模块通信模块主要是带中央处理器的智能模块， 用于实现 PLC 与上位机、 下位机或其他同级智能控制设备之间的通信。 通用通信接口标准包括RS-232C、RS422、RS-485、ProfiBus、以太网等。四.程序设计工具 编程工具是一种人机对话设备。用户使用它来输入、检查、修改和调 试可编程逻辑控制器用户程序。 它也可用于监控可编程逻辑控制器的 运行。在可编程逻辑控制器投入正常运行