电气控制与PLC第一章

1、同 学 们 好！电气控制电气控制主编主编 林明星林明星 范文利范文利机械工业出版社机械工业出版社及及可编程序控制器可编程序控制器课课 程程 性性 质质 专业基础课专业基础课 必修必修课程内容课程内容 继电接触器控制系统继电接触器控制系统 PLC控制系统控制系统1.继电接触器控制电路的基本环节继电接触器控制电路的基本环节2.电气控制电路分析电气控制电路分析3.电气控制电路设计电气控制电路设计1.PLC基础知识基础知识2.OMRON公司的公司的PLC及编程指令及编程指令3.PLC控制系统设计控制系统设计学学 时时 40学时：学时： 理论理论34学时学时 实验实验6学时学时要求要求 1.遵守纪律。遵

2、守纪律。 2. 独立完成并按时交作业。独立完成并按时交作业。 3.实验不得缺勤。实验不得缺勤。绪论绪论 电气控制技术及其发展电气控制技术及其发展 电气控制系统的组成电气控制系统的组成 本课程的性质与内容本课程的性质与内容绪论绪论第一章第一章 继电接触器控制电路的基本环节继电接触器控制电路的基本环节 第一节第一节 常用低压电器常用低压电器 第二节第二节 电气原理图的画法电气原理图的画法 第三节第三节 笼型电动机的起动控制电路笼型电动机的起动控制电路 第四节第四节 电动机正反转控制电路电动机正反转控制电路 第五节第五节 电动机制动控制电路电动机制动控制电路 第六节第六节 双速电动机高低速控制电路双

3、速电动机高低速控制电路第一节第一节 常用低压电器常用低压电器 电器：凡是自动或手动接通和断开电路，以及能实现对电路或非电对象切换、控制、保护、检测、变换和调节目的的元件统称为电器。 低压电器低压电器 用于额定电压交流用于额定电压交流1200V或直流或直流1500V及以及以下能根据外界施加的信号或要求，自动或手动地下能根据外界施加的信号或要求，自动或手动地接通或断开电路，从而断续地改变电路参数或状接通或断开电路，从而断续地改变电路参数或状态，以实现对电路或非电对象切换、控制、保护、态，以实现对电路或非电对象切换、控制、保护、检测、变换以及调节的电器设备。检测、变换以及调节的电器设备。 两个基本部

4、分：感受部分、执行部分两个基本部分：感受部分、执行部分低压电器的分类低压电器的分类 按电器的动作方式分：手动电器和自动电器按电器的动作方式分：手动电器和自动电器 按电器的性能和用途分：控制电器和保护电器按电器的性能和用途分：控制电器和保护电器 按有无触点分：有触点电器和无触点电器按有无触点分：有触点电器和无触点电器 按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器 按控制对象分：低压配电电器和低压控制电器按控制对象分：低压配电电器和低压控制电器一、刀开关一、刀开关 作用：手动开关电器中结构最简单的一种。广泛应作用：手动开关电器中结构最简单的一种。广泛应用在各种配

5、电线路中，用于非频繁地接通和分断容用在各种配电线路中，用于非频繁地接通和分断容量不太大的配电线路，以隔离电源。另外，也可以量不太大的配电线路，以隔离电源。另外，也可以直接用刀开关起动小容量电动机。直接用刀开关起动小容量电动机。 隔离电源，不频繁通断电路。隔离电源，不频繁通断电路。 类型：类型： 板用刀开关板用刀开关 开启式负荷开关开启式负荷开关 熔断器组合电器熔断器组合电器刀开关的结构组成刀开关的结构组成 刀开关是由手柄、触刀、静插座刀开关是由手柄、触刀、静插座（简称插座）、铰链支座和绝缘底板所组（简称插座）、铰链支座和绝缘底板所组成。当操作人员握住手柄，使触刀绕铰链成。当操作人员握住手柄，使

6、触刀绕铰链支座、触刀和插座形成电流通路。如果使支座、触刀和插座形成电流通路。如果使触刀绕铰链支座做反方向转动，脱离插座，触刀绕铰链支座做反方向转动，脱离插座，就完成了切断电路的操作。就完成了切断电路的操作。 相对一般开关电器，刀开关的触刀相相对一般开关电器，刀开关的触刀相当于动触头，插座相当于静触头。为了保当于动触头，插座相当于静触头。为了保证触刀与插座和闸时接触良好，两者之间证触刀与插座和闸时接触良好，两者之间须有一定的接触压力。须有一定的接触压力。 一般，额定电流在一般，额定电流在400A以下的采用以下的采用单刀片，单刀片，600A以上用双刀片。刀开关的以上用双刀片。刀开关的灭弧情况依刀开

7、关种类的不同而不同。灭弧情况依刀开关种类的不同而不同。 （1 1）板用刀开关（）板用刀开关（不带熔断器式刀开关不带熔断器式刀开关） 作用：作用：不频繁地不频繁地手动手动接通、断开电路和隔离电源用。接通、断开电路和隔离电源用。 触点为常开触点为常开 结构图和符号结构图和符号 ： 图形符号图形符号文字符号文字符号 QSQS按刀的级数分按刀的级数分: :单极、双极和三极单极、双极和三极 按刀的转换方向分为：单投（按刀的转换方向分为：单投（HDHD系列系列) )和双投和双投(HS(HS系列系列) )(2)(2)开启式负荷开关（开启式负荷开关（闸刀开关闸刀开关） 由由刀开关刀开关和和熔断器熔断器组成。（

8、组成。（HKHK系列）系列）用途：一般的照明电路和功率小于用途：一般的照明电路和功率小于5.5kW5.5kW 的异步电动机的控制电路。的异步电动机的控制电路。 不宜带负荷操作不宜带负荷操作逐渐被逐渐被塑料外壳式低压断路器塑料外壳式低压断路器取代取代 图形符号图形符号（3 3）熔断器组合电器）熔断器组合电器 刀开关刀开关、隔离器隔离器与与熔断器熔断器组合而成的各类电器总称。组合而成的各类电器总称。封闭式负荷开关封闭式负荷开关（铁壳开关）（铁壳开关） 常用常用HHHH系列系列作用：同开启式的，作用：同开启式的，但可不频繁地接通或断开带负荷电路。但可不频繁地接通或断开带负荷电路。文字符号及图形符号文

9、字符号及图形符号刀刀 开开 关关 的的 选选 用用 1.按低压刀开关的用途选择合适的操作方式，中央手柄式刀开按低压刀开关的用途选择合适的操作方式，中央手柄式刀开关不能切断负荷电流，其它型式的可切断一定的负荷电流，关不能切断负荷电流，其它型式的可切断一定的负荷电流，但必须选带灭弧室的刀开关。但必须选带灭弧室的刀开关。 2.低压刀开关的额定电压和额定电流必须符合电路要求。低压刀开关的额定电压和额定电流必须符合电路要求。 3.校核低压刀开关的动稳定和热稳定性如与电路要求不符，应校核低压刀开关的动稳定和热稳定性如与电路要求不符，应选大一级额定电流的刀开关。选大一级额定电流的刀开关。 4.组和开关的层数

10、和接线图应符合电路要求。组和开关的层数和接线图应符合电路要求。 5.带熔断器的低压刀开关（如带熔断器的低压刀开关（如HR、HK、HH型）还应综合考型）还应综合考虑对刀开关和熔断器的要求来选择。根据用电设备的容量正虑对刀开关和熔断器的要求来选择。根据用电设备的容量正确选择熔断体的等级及熔体的额定电流。确选择熔断体的等级及熔体的额定电流。 6.如果刀开关装设在近电源端做配电保护电器，应选用带高短如果刀开关装设在近电源端做配电保护电器，应选用带高短路分断能力的熔断器开关；如用在负载端，因短路电流较小，路分断能力的熔断器开关；如用在负载端，因短路电流较小，可选用带短路分断能力低的瓷插式熔断器开关；如果

11、用于不可选用带短路分断能力低的瓷插式熔断器开关；如果用于不频繁操作电动机，则需按工作电流计算能控制的电动机容量。频繁操作电动机，则需按工作电流计算能控制的电动机容量。 二、接触器二、接触器 1.电磁式电器 是电气控制线路中应用最多的电器，由电磁机构和触头系统组成。 电磁机构将电磁能转换为机械能并带动触头动作，从而完成接通或分断电路。 组成铁芯衔铁线圈IIII 原理原理：线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁：线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。触头系统通过触头的开合控制电路通、断。v 类型 桥式触头桥式触头指

12、形触头指形触头 点接触 面接触 材料材料 要求触头具有良好的导电、导热性要求触头具有良好的导电、导热性能，其结构还要考虑到适当的灭弧能力。能，其结构还要考虑到适当的灭弧能力。 一般采用铜材料制成；对于小容量一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成电器常用银质材料制成 。灭弧系统灭弧系统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，电流超过超过80mA80mA时，触头间会产生强烈的火花或电弧。时，触头间会产生强烈的火花或电弧。( (高温高热气高温高热气体的放电现象体的放电现象）v 电弧的危害电弧的危害 ： 延长了切断故障

13、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。v 灭弧方法：灭弧方法： 机械灭弧机械灭弧：开关电器：开关电器 磁吹灭弧磁吹灭弧：直流电器：直流电器 窄缝灭弧窄缝灭弧：交流电器：交流电器 栅片灭弧栅片灭弧：交流电器：交流电器触头系统触头系统： 主触头：主触头：大大电流电流 （主主电路）电路） 常开触头（常开触头（动合动合触头）触头） 辅助触头：辅助触头：小小电流（电流（控制控制电路）电路） 常闭触头（常闭触头（动断动断触头）触头）电磁系统电磁系统：铁芯、衔铁、吸引线圈和反作用弹簧：铁芯、衔

14、铁、吸引线圈和反作用弹簧 灭弧系统灭弧系统（IN 10A）：灭弧罩及灭弧栅片灭弧：灭弧罩及灭弧栅片灭弧1 1结构结构 2.2.接触器接触器 （一）交流接触器（一）交流接触器 作用：是一种用来作用：是一种用来频繁地频繁地接通或断开接通或断开交直流主电路交直流主电路的自动切换电器。的自动切换电器。 具有具有失压保护失压保护功能。功能。根据通过根据通过主触头电流主触头电流的种类，分为：的种类，分为： 交流接触器交流接触器 直流接触器直流接触器交流接触器结构图交流接触器结构图主触头常闭辅助触头常开辅助触头铁芯衔铁吸引线圈灭弧装置为防止铁芯振动，需加短路环。为防止铁芯振动，需加短路环。接触器工作原理接触

15、器工作原理 线圈通电线圈通电衔铁吸合衔铁吸合触头动作（常开闭和、常闭断开）触头动作（常开闭和、常闭断开）线圈断电线圈断电衔铁释放衔铁释放触头复位（常开断开、触头复位（常开断开、 常闭闭和）常闭闭和）辅助触点辅助触点主触点用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。（二）直流接触器（二）直流接触器 （三）接触器的符号（三）接触器的符号 额定电压额定电压 交流接触器：交流接触器： 127127、220220、380380、500V 500V 直流接触器：直流接触器： 110110、220220、440V440V 交流接触器

16、：交流接触器：5 5、1010、2020、4040、6060、100100、150150、250250、400400、600A 600A 直流接触器：直流接触器：4040、8080、100100、150150、250250、400400、600A600A 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、380V380V 直流接触器：直流接触器：2424、4848、220220、440V440V （四）接触器的主要技术指标（四）接触器的主要技术指标AC-3：使用类别代号使用类别代号 根据电路中负载电流的种类选择接

17、触器的类型；根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型； 接触器的接触器的额定电压额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；应大于或等于负载回路的额定电压； 吸引线圈的额定电压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；应与所接控制电路的额定电压等级一致； 额定电流额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。应大于或等于被控主回路的额定电流。（五）接触器的（五）接触器的使用选择使用选择原则原则 3. 3.组合开关组合开关（转换开关转换开关） 它的它的动、静触头分别叠装于数层绝缘壳内动、静触头分别叠装于数层绝缘壳内，当转动手柄时，每层的动触头，当转动手柄时，每层的动触头随方形转轴一起转动，使

18、动、静触头接通或断开随方形转轴一起转动，使动、静触头接通或断开 。（ HZHZ系列）系列） 特点特点：结构紧凑，多触点、多位置，操作方便。：结构紧凑，多触点、多位置，操作方便。 用途用途：电源的引入开关；通断小电流电路；：电源的引入开关；通断小电流电路； 控制控制5.5kW以下电动机。以下电动机。（a）外形 （b）符号 （c) 结构4.4.低压断路器低压断路器（空气开关、自动开关）（空气开关、自动开关）作用：当电路正常工作时，接通或分断正常负载电路作用：当电路正常工作时，接通或分断正常负载电路; ;当线路发生严重当线路发生严重 的过载、短路及欠电压等故障时，能及时自动切断电路。的过载、短路及欠

19、电压等故障时，能及时自动切断电路。分类：分类： 万能式：容量大，配电电路万能式：容量大，配电电路 塑壳式：容量小，控制开关塑壳式：容量小，控制开关 由三个基本部分组成：由三个基本部分组成： 触头和灭弧系统触头和灭弧系统 各种脱扣器各种脱扣器：电流脱扣器：电流脱扣器 失压脱扣器失压脱扣器 热脱扣器热脱扣器 分励脱扣器分励脱扣器 操作机构和自由脱扣机构操作机构和自由脱扣机构1主触头 2自由脱扣器 3过电流脱扣器4分励脱扣器 5热脱扣器 6失压脱扣器 7按钮文字符号文字符号：QFQF 图形符号图形符号：万能式低压断路器结构图万能式低压断路器结构图1.天弧罩2.开关本体3.抽屉座4.合闸按钮5.分闸按

20、钮6.智能脱扣器7.摇匀柄插入位置8. 连接/试验/分离指示1.天弧罩2.开关本体3.抽屉座4.合闸按钮5.分闸按钮6.智能脱扣器7.摇匀柄插入位置8. 连接/试验/分离指示断路器技术参数断路器技术参数 ：P1712345671-主触头2-自由脱扣器3-过电流脱扣器4-分励脱扣器5-热脱扣器 6-失压脱扣器 7-按钮12345671-主触头2-自由脱扣器3-过电流脱扣器4-分励脱扣器5-热脱扣器 6-失压脱扣器 7-按钮塑壳式低压断路器原理图塑壳式低压断路器原理图1 1主触头主触头 2 2自由脱扣器自由脱扣器 3 3过电流脱扣器过电流脱扣器 4 4分励脱扣器分励脱扣器5 5热脱扣器热脱扣器 6

21、 6失压脱扣器失压脱扣器 7 7按钮按钮线路短路线路短路或严重过或严重过载保护载保护远距离跳远距离跳闸，对电闸，对电路不起保路不起保护作用护作用线路过载线路过载保护保护电动机的电动机的失压保护失压保护v 分类： 按用途分按用途分 控制继电器：中间、时间、速度继电器等控制继电器：中间、时间、速度继电器等 保护继电器：过（欠）电流、过（欠）电压、热继电器等保护继电器：过（欠）电流、过（欠）电压、热继电器等 按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式 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

22、时间分：瞬时、延时继电器按动作时间分：瞬时、延时继电器 v 特点：额定电流不大于5A5.控制继电器控制继电器继电器：继电器：是一种根据某种输入信号（电流、电压、时间、速度等）的变化是一种根据某种输入信号（电流、电压、时间、速度等）的变化 而接通或断开控制电路，实现自动控制和保护功能的自动电器。而接通或断开控制电路，实现自动控制和保护功能的自动电器。 用于用于控制电路控制电路，在控制系统中实现控制功能转换（控制、放大和保护）。，在控制系统中实现控制功能转换（控制、放大和保护）。 结构和工作原理与接触器相同。但它结构和工作原理与接触器相同。但它的的触点数量较多触点数量较多，由若干对常开与常闭触由若

23、干对常开与常闭触点组成；点组成；另外其触头的额定电流另外其触头的额定电流较小较小。 1)1)中间继电器中间继电器作用：在作用：在控制电路中控制电路中传输或转换信号的一种电器传输或转换信号的一种电器 元件，用于控制电路中元件，用于控制电路中触头容量与数量的触头容量与数量的 扩展。扩展。图形符号：图形符号：触点触点电磁线圈电磁线圈文字符号：文字符号：KAKA作用：在控制电路中用于作用：在控制电路中用于延时延时接通或断开电路。接通或断开电路。分类：分类： 按按构成原理构成原理分：电磁式、空气阻尼式、晶体管式、数字式分：电磁式、空气阻尼式、晶体管式、数字式 按按延时方式延时方式分：通电延时型、断电延时

24、型分：通电延时型、断电延时型 2)2)时间继电器时间继电器 触点系统：由触点系统：由通电延时通电延时、断电延时断电延时、瞬动瞬动三类触点组成；三类触点组成；工作过程：接通驱动系统，实现延时控制，驱动触点动作，接通和断开工作过程：接通驱动系统，实现延时控制，驱动触点动作，接通和断开 电路。电路。时间继电器时间继电器KTKT触点的触点的动作时序动作时序ss线圈通断电线圈通断电 瞬动瞬动触点触点通电延时通电延时触点触点断电延时断电延时触点触点(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (a) (a) 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

25、) 断电延时线圈断电延时线圈 (d) (d) 通电延时闭通电延时闭合动合（常开）触点合动合（常开）触点 (e) (e) 通电延时断开动断（常闭）触点通电延时断开动断（常闭）触点 （f f）断电延时断）断电延时断开动合（常开）触点开动合（常开）触点 （g g）断电延时闭合动断（常闭）触点（）断电延时闭合动断（常闭）触点（h h）瞬动触点）瞬动触点 文字符号文字符号：KT 图形符号图形符号6.主令电器常用的有：控制按钮、位置开关、万能转换开关等 作用：用来发布命令、改变控制系统工作状态的控制电器。可以直接作作用：用来发布命令、改变控制系统工作状态的控制电器。可以直接作 用于控制电路用于控制电路，也

26、可以通过电磁式电器的转换对电路实现控制。，也可以通过电磁式电器的转换对电路实现控制。1)1)控制按钮控制按钮作用：作用：短时短时接通或断开接通或断开小电流小电流控制电路控制电路 的开关。的开关。文字符号文字符号：SBSB图形符号图形符号按钮按钮结构形式：结构形式： 教材教材P23按钮按钮颜色规定颜色规定：“停止停止”和和“急停急停”按钮必须是红色按钮必须是红色。“启动启动”按钮的颜色是绿色。按钮的颜色是绿色。“点动点动”按钮必须是黑色。按钮必须是黑色。“启动启动”与与“停止停止”交替动作的按钮必须是黑白、白色或灰色。交替动作的按钮必须是黑白、白色或灰色。“复位复位”按钮必须是蓝色按钮必须是蓝色

27、。复位按钮兼有停止的作用时，则必须是红色。复位按钮兼有停止的作用时，则必须是红色。急停按钮应用：特殊结构适应特殊应用急停按钮应用：特殊结构适应特殊应用 2)2)位置开关位置开关 作用：检测工作机械的位置，发出命令以控制运动方向或行程长短。作用：检测工作机械的位置，发出命令以控制运动方向或行程长短。 接触式行程开关接触式行程开关（有触点、机械结构）（有触点、机械结构） 非接触式接近开关非接触式接近开关（无触点、电气结构）（无触点、电气结构）行程开关行程开关：又称限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来：又称限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来 发出控制指令的主令电器。发出控制

28、指令的主令电器。动触点静触点文字符号文字符号：SQSQ图形符号图形符号其他类型的行程开关其他类型的行程开关 接近开关接近开关: 非接触式的检测装置，当运动着的物体接近它到一定距非接触式的检测装置，当运动着的物体接近它到一定距 离时，它就能发出信号，从而进行相应的操作。离时，它就能发出信号，从而进行相应的操作。 按原理有：按原理有： 电感式：金属导体电感式：金属导体 电容式：固体、液体等各种材料电容式：固体、液体等各种材料 超声波式：固体、液体或粉末超声波式：固体、液体或粉末 光电式光电式:不透光不透光v 作用：对电气设备进行短路和严重过载保护v 应用：串接于被保护电路的首端v 结构：熔体+熔体

29、座（保险丝+安装座） 7.常用保护类电器 ！一、熔断器瓷插式熔断器瓷插式熔断器瓷插式瓷插式(RC(RC系列）系列）螺旋式（螺旋式（RLRL系列）系列）有填料封闭管式（有填料封闭管式（RTRT系列）系列）无填料无填料封闭管式（封闭管式（RMRM系列）系列）熔断器的分类：熔断器的分类：螺旋式熔断器螺旋式熔断器有填料式熔断器有填料式熔断器无填料密封式熔断器无填料密封式熔断器图形符号：图形符号：文字符号文字符号：FU型号含义：型号含义： 熔断器的选择：熔断器的选择：种类选择：种类选择：由电控系统整体设计确定。由电控系统整体设计确定。额定电压：额定电压：大于或等于实际电路的工作电压。大于或等于实际电路的

30、工作电压。额定电流（额定电流（熔断器、熔体）：熔断器、熔体）：大于或等于实际电路的工作电流。大于或等于实际电路的工作电流。 如如RL6-25 额定电压额定电压 500V 额定电流额定电流 熔断器熔断器 25A 熔断体熔断体 2，4，6，10，20，25A 其中熔体电流的选择是关键其中熔体电流的选择是关键熔体电流：熔体电流： 电路电路上、下两级上、下两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两级都装设熔断器时，为使两级保护相互配合良好，两级 熔体额定电流的比值不小于熔体额定电流的比值不小于1.6:1。 对于照明线路或电阻炉等对于照明线路或电阻炉等没有冲击性电流没有冲击性电流的负载，熔体的额定电流应的负载，熔体的额定电流应 大于或等于电路的工作电流，即大于或等于电路的工作电流，即IfNI1，式中，式中IfN为熔体的额定电流，为熔体的额定电流， I1为电路的工作电流。为电路的工作电流。 保护保护一台异步电动机一台异步电动机时，考虑电动机冲击