可编程序控制器应用技术

可编程序控制器应用技术可编程序控制器(PLC)ProgrammableLogicController课程主要内容

继电接触电气控制系统 可编程序控制器概述可编程序控制器原理可编程序控制器指令系统梯形图的设计方法顺序控制梯形图的编程方式

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继电接触控制第一章继电接触电气控制系统

电机控制电路低压控制电器低压控制电器直流1500V、交流1200V及以下的电器采用电磁原理构成的电器，为电磁式电器利用现代控制原理构成的电器，为自动化电器、智能化电器或可通信电器等低压电器的分类低压配电电器：用于供、配电系统中进行电能输送和分配的电器。如：刀开关、低压断路器、熔断器等；低压控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器。如：接触器、控制继电器、主令电器、电阻器、电磁铁等;低压主令电器：用于发送控制指令的电器。如按钮、主令开关、形成开关、主令控制器、转换开关等;低压保护电器：用于对电路及用电设备进行保护的电器。如熔断器、热继电器、电压继电器、电流继电器等;低压执行电器：用于完成某种动作或传送功能的电器。如电磁铁、电磁离合器等。1.1低压控制电器

电磁式电器结构及工作原理交流接触器电磁式继电器热继电器速度继电器熔断器低压开关电器和主令电器

1.1.1电磁式电器结构及工作原理

电磁式电器由电磁机构和触头系统组成。

一、电磁机构

（一）电磁机构的结构型式

电磁机构：由线圈、铁心、衔铁（动铁心）组成图1电磁机构（二）电磁机构工作原理

图2电磁吸力（三）吸力特性与反力特性

电磁机构图3吸力特性与反力特性1—直流电磁机构2—交流电磁机构3—反力特性（四）交流电磁机构图4交流电磁机构实际吸力曲线图5交流电磁铁的短路环1—衔铁2—铁心3—线圈4—短路触头系统主要包括:触头和灭弧系统触头的接触形式二、触头系统触头的结构形式电弧的产生和灭弧方法

电动力吹弧磁吹灭弧

栅片灭弧

1.1.2交流接触器接触器是一种用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。一、接触器的结构及工作原理交流接触器的结构原理图复位弹簧动铁心线圈静铁心1231´2´3´主触点动合(常开)辅助触头动断触点动合触点交流接触器线圈通电后的状态，接触器是利用电磁力来接通和断开大电流电路的一种自动控制电器，它常用在控制电动机的主电路上。1231´2´3´动断触点断开动合触点闭合i主触点闭合辅助触头线圈复位弹簧动铁心静铁心交流接触器的图形及文字符号：线圈KMKM辅触头KM辅触头KM主触头二、接触器的主要技术参数接触器的主要技术参数有极数和电流种类，额定工作电压、额定工作电流（或额定控制功率），额定通断能力，线圈额定电压，允许操作频率，机械寿命和电寿命，接触器线圈的起动功率和吸持功率，使用类别等。常用典型交流接触器简介CJ20系列型号含义：三、接触器的选用1．接触器极数和电流种类的确定2．根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器。3．根据负载功率和操作情况来确定接触器主触头的电流等级。6．接触器触头数和种类应满足主电路和控制电路的要求。4．根据接触器主触头接通与分断主电路电压等级来决定接触器的额定电压。5．接触器吸引线圈的额定电压应由所接控制电路电压确定。1.1.3电磁式继电器继电器：利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化，作用：用于各种控制电路保护、信号传递、放大、转换、联锁等，实现自动控制的目的。分类：常用的继电器按动作原理分有电磁式、磁电式、感应式、电动式、光电式、压电式、热继电器与时间继电器等。按激励量不同分为交流、直流、电压、电流一、电磁式继电器的基本结构及分类（一）电磁式继电器的结构1．电磁机构2．触头系统3．调节装置图6电磁式继电器的典型结构1-底座2-铁心3-释放弹簧4-调节螺母5-调节螺母6-衔铁7-非磁性垫片8-极靴9-触头系统10-线圈（二）电磁式继电器的分类按用途不同分有：控制继电器、保护继电器、通讯继电器和安全继电器等电磁式继电器按输入信号不同分有：电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器和中间继电器按线圈电流种类不同分有：交流继电器和直流继电器二、电磁式继电器的特性及主要参数（一）电磁式继电器的特性（二）继电器的主要参数1．额定参数2．动作参数5．动作时间3．整定植４．返回参数电磁机构的输入—输出特性

电压继电器是反映电压变化的控制电器。线圈与负载并联，以反映负载电压，其线圈匝数多而导线细。

分：过电压、欠电压、零电压继电器。三、电压继电器与电流继电器（一）电压继电器1．过电压继电器

在电路中用于过电压保护2．欠电压继电器

在电路中用于欠电压保护

电流继电器是反映电流变化的控制电器。线圈与负载串联，以反映负载电流，其线圈匝数少而导线粗。（二）电流继电器1．过电流继电器过电流继电器在出现过电流时衔铁吸合动作，其触头来切断电路，故过电流继电器无释放电流值。电流继电器2.欠电流继电器正常工作时，继电器线圈流过负载额定电流，衔铁吸合动作；当负载电流降低至继电器释放电流时，衔铁释放，带动触头动作。欠电流继电器在电路中起欠电流保护作用四.中间继电器

中间继电器实质上是一种电压继电器，但它的触点数量较多，容量较大，起到中间放大（触点数量和容量）作用。中间继电器中间继电器的结构和交流接触器基本相同，只是电磁系统小些，触头个数多些，共有八对触头，其中四对常开触头，四对常闭触头，而且没有主、辅触头之分。触头容量相当于接触器的辅助触头，其额定电流为5A。线圈KAKA常闭触点常开触点KAKA复合触点中间继电器的图形符号4．继电器返回系数的调节

电磁式继电器的选用1．使用类别的选用

2．额定工作电流与额定工作电压的选用3．工作制的选用五、时间继电器继电器输入信号输入后，经一定的延时，才有输出信号的继电器称为时间继电器。对于电磁式时间继电器，当电磁线圈通电或断电后，经一段时间，延时触都头状态才发生变化，即延时触头才动作。分类：空气式、电动式、晶体管式及直流电磁式等几大类。延时方式：通电延时和断电延时两种。（一）直流电磁式时间继电器图7直流电磁式时间继电器（二）空气阻尼式时间继电器

空气式时间继电器:利用空气阻尼的原理制成分类：通电延时、断电延时组成：电磁系统、延时机构、工作触点JS7-A系列空气阻尼式时间继电器结构原理图a-通电延时型b-断电延时型1-线圈2-铁心3-衔铁4-反力弹簧5-推板6-活塞杆7-塔形弹簧8-弱弹簧9-橡皮膜10-空气室壁11-调节螺钉12-进气孔13-活塞14、16-微动开关15-杠杆1.1.4热继电器

热继电器是电流通过发热元件加热使双金属片弯曲，推动执行机构动作的电器。主要用来保护电动机或其它负载免于过载以及作为三相电动机的断相保护

一、电气控制对热继电器性能的要求图9热继电器保护特性与电动机过载特性的配合１-电动机的过载特性2-热继电器的保护特性１．应具有合理可靠的保护特性２．具有一定的温度补偿

４．具有手动复位与自动复位功能３．热继电器动作电流可以方便地调节

二.热继电器的结构原理图

发热元件双金属片常闭触点复位按钮弹簧扣板II当主电路中电流超过容许值而使双金属片受热时，它便向上弯曲，因而脱钩。热继电器的结构原理图发热元件双金属片常闭触点复位按钮弹簧II扣板热继电器的结构原理图发热元件双金属片常闭触点复位按钮弹簧II扣板常闭触点打开从而断开电动机的主电路

三相热继电器的结构图10双金属片式热继电器结构原理图1-主双金属片2-电阻丝3-导板4--补偿双金属片5-螺钉6-推杆7-静触头8-动触头9-复位按钮10-调节凸轮11-弹簧三、具有断相保护的热继电器图11电动机三角形联结时U相断线时的电流分析图12差动式断相保护机构及工作原理a)通电前b)三相正常电流c)三相均匀过载d)W相断路1-上导板2-下导板3-杠杆4-顶头5-补偿双金属片6-主双金属片热继电器是利用电流的热效应而动作的电器，它是用来保护电动机使之免受长期过载的危害。四.热继电器的图形及文字符号发热元件将串联在电动机的主电路中FR常闭触点将串联在电动机的控制电路中五、热继电器的选用1）原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择。2）在不频繁起动的场合，要保证热继电器在电动机起动过程中不产生误动作。3）对于三角形接法电动机，应选用带断相保护装置的热继电器4）当电动机工作于重复短时工作制时，要注意确定热继电器的允许操作频率。1.1.5速度继电器

速度继电器在电气控制线路中对电动机的速度进行监测,从而达到控制的目的。速度继电器的结构及工作原理

动作转速在120r/min，复位转速在100r/min速度继电器图号表示

1.1.6熔断器

熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后,以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器.广泛应用于低压配电系统及用电设备中作短路和过电流保护.一、熔断器结构及工作原理图13螺旋式熔断器结构示意图1-瓷帽2-金属螺管3-指示器4-熔管5-瓷套6-下接线端7-上接线端8-瓷座RL6、RL7螺旋式熔断器结构示意图：在电动机控制系统中作用大电流瞬时保护二、熔断器的保护特性图14熔断器的保护特性（二）熔断器的典型产品按结构分有：半封闭瓷插式、螺旋式、无填料封闭管式和有填料封闭管式熔断器。瓷插式熔断器螺旋式熔断器有填料封闭管式熔断器熔断器俗称保险丝，是进行短路保护的电器。当电路发生短路，负载电流超过额定电流许多倍时，熔体立既熔断，保护电路及用电设备不遭损坏。若一台电机，熔丝的选择按Ifu=(1.5~2.5)IN若多台电机，熔丝的选择按Ifu=（1.5~2.5）INm+可能出现的最大电流FU表示符号熔体的额定电流电动机的额定电流四、熔断器的选用1）熔断器类型的选择2）熔断器额定电压的选择3）熔体、熔断器额定电流的选择4）熔断器额定电流的校验1.1.7低压开关电器与主令电器一、低压开关低压开关又称低压隔离器，是低压电器中结构比较简单、应用广泛的一类手动电器。主要有刀开关、组合开关、以及用刀与熔断器组合成的胶盖瓷底刀开关和熔断器式刀开关，还有转换开关等。刀开关分为单刀、双刀、三刀三种，掷向可分为单掷、双掷两种。QQQQ刀开关的缺点是：不宜带负载切断电源，电源电压消失后，不能自动复原。双掷刀开关单掷刀开关动触点（刀片）静触点（刀座）三刀开关控制手动电路M3~FU条件：电动机容量不得超过75KW，刀开关的额定电流应大于电动机额定电流的3倍QS3~二、低压断路器

低压断路器又称自动开关或空气开关。它相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。一旦发生过载或短路时,过流脱钩器将吸合而顶开锁钩，将主触头断开，从而起到短路保护作用。M3~主触点弹簧连杆装置锁钩(一)断路器结构和工作原理M3~主触点弹簧连杆装置一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触头断开，实现欠压保护作用。断路器一旦发生过载或短路时,过流脱钩器将吸合而顶开锁钩，将主触头断开，从而起到短路保护作用。M3~主触点弹簧连杆装置锁钩断路器M3~主触点弹簧连杆装置一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触头断开，实现欠压保护作用。断路器（二）、低压断路器的主要技术数据和保护特性1．低压断路器的主要技术数据1）额定电压2）断路器额定电流3）断路器壳架等级额定电流4）断路器的通断能力5）保护特性2．保护特性图15低压断路器的保护特性1-被保护对象的发热特性2-低压断路器保护特性（三）低压断路器的选用塑壳式低压断路器常用来作电动机的过载与短路保护。选择原则是：1）断路器额定电压等于或大于线路额定电压。2）断路器额定电流等于或大于线路或设备额定电流。3）断路器通断能力等于或大于线路中可能出现的最大短路电流。4）欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压。三、主令电器主令电器主要用来接通或断开控制电路，以发布命令或信号，改变控制系统工作状况的电器。常用的主令电器有控制按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。（一）控制按钮图16控制按钮结构示意图1-按钮2-复位弹簧3-常闭静触头4-动触头5-常开静触头按钮通常用来短时间接通或断开控制电路的手动电器。动合（常开）触头动断（常闭）触头按钮帽复位弹簧表示符号：SB常开按钮SB常闭按钮SB复合按钮按钮的额定电流一般不超过5A（二）行程开关

行程开关又称限位开关，能将机械位移转变为电信号，以控制机械运动。种类按运动形式分为直动式、转动式；按结构分为直动式、滚动式、微动式。(1)直动式行程开关(2)滚轮旋转式行程开关滚轮式行程开关结构示意图(3)微动开关

行程开关图号表示:SQ常开触头SQ常闭触头SQ复合触头（三）万能转换开关

万能转换开关是具有更多操作位置和触点、能够换接多个电路的一种手动控制电器。由于它能控制多个回路，适应复杂线路的要求，故有“万能”转换开关之称。万能转换开关主要用作电气控制电路的换接。LW6系列万能转换开关结构示意图（四）主令控制器图17主令控制器结构示意图1、8-凸轮块2-动触头3-静触头4-接线柱5-支杆6-转轴7-小轮1.2电动机控制线路单向运行电动机控制电路多地点控制电路正反转运行电动机控制顺序联锁控制行程(限位)控制时间控制KMSB1FRQFRFUKMM3~~~(1)点动控制线路控制电路主电路先闭合开关Q，接通电源。按SB1→KM线圈得电→KM主触头闭合→M运转松SB1→KM线圈失电→KM主触头恢复→M停转M3~M3

~点动电路功能控制电机在很短时间内工作。工作原理1.2.1单向运行电动机控制电路KMSB1KMSB2FRQFRFUKMM3~~~(2.)长动控制线路控制电路主电路工作原理先闭合开关Q接通电源。按SB1→KM线圈得电→KM主触头闭合→M运转按SB2→KM线圈失电→KM主触头恢复→M停转M3~M3

~→KM辅助触头闭合

—

自锁→KM辅助触头恢复—失去自锁长动电路功能控制电机长时间连续工作电路具有的保护短路保护过载保护欠压保护失压保护KMSB1KMSB2FRQFRFUKMM3~~~SB3(3)点动及长动控制线路(1)M3~M3~M3~M3

~控制电路主电路工作原理：先闭合Q，接通电源按SB1→KM线圈得电→KM触头闭合→M长动运转按SB3→KM线圈得电→KM触头闭合→M点动运转按SB2→KM线圈失电→KM触头恢复→M停转松SB3→KM线圈失电→KM触头恢复→M停转KASB1SB2FRQFRFUKMM3

~~~KMSB3KAKA中间继电器KA的功能：实现自锁

—从而实现M长动运转。(3)点动及长动控制线路（2）按SB1→KA线圈得电→KM触头闭合→M长动运转按SB3→KM线圈得电→KM触头闭合→M点动运转→KM线圈得电→KA触头闭合——自锁按SB2→KM线圈失电→KM触头恢复→M停转工作原理

合QKMSB1SB4FRQFRFUKMM3

~~~SB2KMSB3SB5SB61.2.2多地点控制线路利用SB1、SB2、SB3并联，可实现多地点起动；利用SB4、SB5、SB6串联，可实现多地点停机。三种保护作用a.短路保护—FUb.过载保护—KHc.零压`欠压保护—KMKM2SB1SB3FRQFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM11.2.3电动机正、反转控制KM2SB1SB3FRQFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM1按SB1→KM1线圈得电→KM1触头动作→M正转；按SB2→KM2线圈得电→KM2触头动作→M反转；KM1、KM2常闭触头——互锁：

防止KM1`KM2同时得电造成电源短路工作原理合Q，接通电源按SB3→KM1线圈失电→KM1触头恢复→M停转；正转反转必须先按停止按钮SB3KM2SB1SB3FRQFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM2KM1按SB1→KM1得电→KM1常开触头闭合→M运转误按SB2→KM2得电KM1KM2若去掉互锁—KM1、KM2常闭触头，合Q，→KM2常开触头闭合→ABC则电源A、C线间短路M3

~—

熔断器FU烧毁！KM1一定要加互锁触头KM1KM2电源短路是如何造成的？KM2SB1SB3FRQFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM1直接正、反转控制线路利用复合按钮SB1、SB2，可以实现：正转反转直接转换,不必再按SB3。KM1和KM2的电气互锁必不可少！工作更可靠！SB1SB3QFR1FUKM1M13~~~SB2M23~KM2KH2KM1KM2FR1KH2KM1KM1KM2顺序控制L2L11.2.4顺序联锁控制顺序控制线路(1)利用KM1常开触头可实现顺序控制功能：M1起动后M2才能起动。顺序控制线路(2)SB1SB3SB2KM1KM2FR1FR2KM1KM2L1L2自锁和顺序控制按SB1→KM1线圈得电→

KM1各触头动作→按SB2→KM2线圈才能得电

工作原理若先按SB2，电路不能工作。SB1SB3QFR1FUKM1M13~~~SB2M23~KM2FR2KM1KM2FR1FR2KM1KM1KM2L2L1SB4KM2利用KM1常开触头：M1起动后M2才能起动例：分析电路的控制功能。解：电路可实现顺序控制功能：利用KM2常开触头：M2停车后M1才能停车运动部件SQ2SQ11.2.5行程(限位)控制行程开关的动作过程运动部件SQ2SQ1行程开关的动作过程行程控制运动部件SQ2SQ1行程开关的动作过程行程控制运动部件SQ2SQ1行程开关的动作过程行程控制运动部件SQ2SQ1行程开关的动作过程行程控制运动部件SQ2SQ1行程开关的动作过程行程控制运动部件SQ2SQ1行程开关的动作过程行程控制运动部件SQ2SQ1行程开关的动作过程行程控制运动部件SQ2SQ1行程开关的动作过程行程控制运动部件SQ2SQ1行程开关的动作过程行程控制运动部件SQ2SQ1行程开关的动作过程行程控制运动部件SQ2SQ1行程开关的动作过程行程控制行程开关是利用运动部件的撞击来闭合和切断控制电路的。常开触头常闭触头运动部件结构示意图闭合断开行程控制示意图KM2SB1SB3FRQFRFU~~SB2KM1KM2KM1KM1KM2KM1SQ1SQ3KM2L1L2L2L1SQ4SQ2工作台右移左移SQ4SQ2SQ1SQ3设KM1得电M正转,工作台左移;KM2得电M反转,工作台右移;M3

~行程控制电气线路工作台KM2SB1SB3FRSB2KM1KM2KM1KM1SQ1SQ3KM2L1L2SQ4SQ2左移按SB1→KM1线圈得电→KM1触头动作→M正转→工作台左移工作原理合Q→直至压住行程开关SQ2：常闭触头断开—KM1线圈失电,M停转;常开触头闭合—KM2线圈得电,M自行起动反转—工作台返回右移。SQ4SQ2SQ1SQ3工作台工作台右移左行程控制KM2SB1SB3FRSB2KM1KM2KM1KM1SQ1SQ3KM2L1L2SQ4SQ2工作台右移当工作台右移至压住行程开关SQ1：常闭触头断开—KM2线圈失电,M停转;常开触头闭合—KM1线圈得电,M自行起动正转—工作台返回左移……如此循环可实现工作台自动往复运。SQ4SQ2SQ1SQ3左移右行程控制通电延时型空气式时间继电器释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心线圈微动开关2微动开关1恢复弹簧调节螺钉1.2.6时间控制时间继电器线圈通电后瞬时动作的触点释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉时间继电器动作过程释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔瞬时动作的触点动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉时间继电器动作过程释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔瞬时动作的触点动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉时间继电器动作过程释放弹簧活塞橡皮膜杠杆进气孔出气孔瞬时动作的触点动铁心静铁心i恢复弹簧调节螺钉时间继电器动作过程延时动作的触点释放弹簧活塞