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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电气与,PLC,控制系统的设计、安装、调试与维护,教学课件,第,1,章 常用低压电器,1.1,概述,一、低压电器的定义,是指工作在直流,1500V,、交流,1000V,（,1140V,）及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的基本器件。,二、低压电器分类,（一）按操作方式分：,手动电器：由人工直接操作才能完成任务的电器称为手动电器，如刀开关、按钮和转换开关等。,自动电器：指不需要人工直接操作，按照电的或非电的信号自动完成接通、分断电路任务的电器称为自动电器，如低压断路器、接触器和继电器等。,（二）按用途分：,低压配电电器：主要用于低压供电系统，如刀开关、低压断路器、转换开关和熔断器等。,低压控制电器：主要用于电力拖动控制系统，如接触器、继电器、控制器、控制按钮、行程开关、主令控制器和万能转换开关等。,（三）按工作原理分：,电磁式电器：根据电磁感应原理来工作的电器，如交直流接触器、电磁式继电器等。,非电量控制电路：电器的工作是靠外力或非电物理量的变化而动作的电器。如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、压力继电器和温度继电器等。,1,、电磁式控制电器：,由电磁机构、触头系统、灭弧系统组成。,（,1,）电磁机构：电磁机构通常采用电磁铁的形式，由吸引线圈、铁心,(,亦称静铁心或磁轭,),和衔铁,(,也称动铁心,),三部分组成。其作用原理：当线圈中有电流通过时，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使得衔铁与铁心闭合，由连接机构带动相应的触头动作。,1-,衔铁,2-,铁心,3-,线圈,（,2,）触头系统：,触头的作用是接通或分断电路。,触头的结构有,桥式触头,指式触头：适用于分合次数多，电流大的场合。,点,接触式：适用于电流不大场合,面接触式：电流较大场合。,a-,点接触式,b-,面接触式,c-,指式触头,（,3,）灭弧系统：,双断口电动力吹弧,磁吹灭弧,窄缝,(,纵缝,),灭弧法,栅片灭弧法,1.2,刀开关与组合开关,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、以及用刀开关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。,一、刀开关,（一）闸刀开关（胶盖刀开关）,1,、文字符号：,QS,2,、图形符号：,单极,双极,三极,（,1,）型号：,胶盖刀开关即开启式负荷开关，适用于交流,50Hz,，,额定电压单相,220V,、,三相,380V,，,额定电流至,100A,的电路中，作为不频繁地接通和分断有负载电路与小容量线路地短路保护之用。其中三极开关适当降低容量后，可作为小型感应电动机手动不频繁操作地直接起动即分断用。常用地有,HK1,和,HK2,系列。,3,、主要技术参数：,胶盖刀开关的型号及其含义如下：,（,2,）额定参数：,额定电压，额定电流。,4,、刀开关的选用,刀开关的额定电压应等于或大于电路额定电压。其额定电流应等于,(,在开启合通风良好的场合,),或稍大于,(,在封闭的开关柜内或散热条件较差的工作场合，一般选,1.15,倍,),电流工作电流。在开关柜内使用还应考虑操作方式，如杠杆操作机构、螺旋式操作机构等。当用当开关控制电动机时，其额定电流要大于电动机额定电流的,3,倍。,（二）组合开关,1,、文字符号：,QS,2,、图形符号：,单极,三极,3,、基本结构及动作原理：,实物图,示意图,4,、主要技术参数,（,1,）型号：,广泛应用于电器设备的电源开关、测量三相电压和控制,7.5kW,以下小容量电动机的直接启动、正反转等不频繁操作的场合。组合开关的额定电压为,220V,和,380V,。,额定电流有,10A,25A,35A,60A,等。产品型号有,HZ5,HZ10,系列等。,组合开关的型号及其含义如下：,（,2,）额定参数：,额定电压，额定电流。,1.3,自动空气开关,(,断路器、自动开关,),低压断路器是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压过载和短路保护的电器。可用来分配电能，不频繁地启动异步电机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或短路及欠电压等故障时能自动切断电路。,1,、文字符号：,QF,2,、图形符号：,单极,三极,3,、基本结构及动作原理：,当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁被吸合，使自动脱扣器机构动作；当电路过载时，过载脱扣器的热元件产生的热量增加，使双金属片向上弯曲，推动自动脱扣器机构动作；当电路失压时，失压脱扣器的衔铁释放，也使自动脱扣器机构动作。,实物图,原理图,1-,分闸弹簧,2-,主触头,3-,传动杆,4-,锁扣,5-,轴,6-,过电流脱扣器,7-,热脱扣器,8-,欠压失压脱扣器,9-,分励脱扣器,DZ20,系列低压断路器型号意义：,4,、主要技术参数,（,1,）型号,（,2,）额定参数：,额定工作电压；在数值上取决于电网的额定电压等级，我国电网标准规定为,AC220,、,380,、,660,及,1140V,，,DC220,、,440V,等。应该指出，同一断路器可以在几种额定工作电压下使用，但相应的通断能力并不相同。,额定电流：为过电流脱扣器的额定电流，一般指断路器的额定持续电流。,通断能力：开关电器在规定的条件下,(,电压、频率及交流电路的功率因数和直流电路的时间常数,),，能在给定的电压下接通和分断的最大电流值，也称为额定短路通断能力。,分断时间：指切断故障电流所需的时间，它包括固有的断开时间和燃弧时间。,5,、断路器的选用：,（,1,）断路器的额定工作电压应大于或等于线路或设备的额定工作电压。对于配电电路来说应注意区别是电源端保护还是负载,保护，电源端电压比负载端电压高出约,5%,左右。,（,2,）断路器主电路额定工作电流大于或等于负载工作电流。,（,3,）断路器的过载脱扣整定电流应大于或等于负载工作电流。,（,4,）断路器的额定通断能力应大于或等于电路的最大短电流。,（,5,）断路器低欠电压脱扣器额定电压等于主电路额定电压。,1.4,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,1,、文字符号：,SB,2,、图形符号：,常开按钮,常闭按钮,复合按钮,3,、基本结构及工作原理：,实物图,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,5,、按钮的使用：,（,1,）选择时应根据所需的触头数、使用的场所及颜色来确定。常用的,LA18,LA19,LA20,系列按钮开关，适用于,AC500V,DC440V,额定电流,5A,，,控制功率为,AC300W,DC70W,的控制回路中。,4,、型号：,按钮开关的型号意义：,（,2,）按钮颜色要求：,“停止”和“急停”按钮必须是红色。当按下红色按钮时，必须使设备停止工作或断电。,“起动”按钮的颜色是绿色。,“起动”与“停止”交替动作的按钮必须是黑色、白色或灰色，不得用红色和绿色。,“点动”按钮必须是黑色。,“复位”,(,如保护继电器的复位按钮,),必须是蓝色。当复位按钮还有停止的作用时，则必须是红色。,二、行程开关,1,、文字符号：,SQ,2,、图形符号：,常开触头,常闭触头,3,、基本结构及工作原理,实物图,结构图,4,、型号：常用的行程开关有,JLXK1,、,LX19,、,LX32,、,LX33,和微动开关,LXW-11,、,JLXK1-11,、,LXK3,等系列。,行程开关的型号及其含义如下：,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。,1.5,熔断器,1,、文字符号：,FU,2,、图形符号：,3,、结构及工作原理,熔断器是由熔体和绝缘底座,(,或称熔管,),等组成。熔体为丝状或片状。当负载发生故障时，有很大的短路电流通过熔断器，熔体很快熔断，迅速断开故障电路，从而有效地保护未发生故障的线路和设备。熔断器主要用作短路保护，而对于过载一般不能准确保护。,4,、主要技术参数,（,1,）型号：低压熔断器的型号含义：,（,2,）熔断器种类：,1,）瓷插式熔断器：,瓷插式熔断器有,RCIA,的等系列。主要用于,AC380V,、,50Hz,的低压电路中，一般接在电路的末端，作为电气设备的短路保护。,2,）螺旋式熔断器：,螺旋式熔断器有,RL1,等系列，主要用于,AC50Hz,或,60Hz,、,额定电压,500V,以下，额定电流,200A,以下的电路中，作为短路或过载保护。,实物图,示意图,3,）管式熔断器：,管式熔断器主要有,RM10,型和,RM0,型,2,种。,RM10,是新型的无填料密闭管式熔断器，用作短保护和连续过载保护，主要用于额定电压,AC500V,或,DC400V,的电力网和成套配电设备上。,RT0,型为有填料密闭管式熔断器，用作电缆、导线及电气设备的短路保护和电缆、导线的过载保护，主要用于具有较大短路电流的电力网或配电装置中。,示意图,5,、额定参数：,（,1,）额定电压：是指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，它取决于线路的额定电压，其值一般,等于,或,大于电气设备的额定电压。,（,2,）,额定电流：,是指熔断器长期工作时，,各部件温升不超过规定值,时,所能承受的电流。,熔断器的,额定,电流等级比较少，而熔体的额定电流等级比较多，即在一个额定电流等级的熔断管内可以分装不同额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔断管的额定电流。,（,3,）,极限分断能力：,是指熔断器,在规定的额定电压和功率因数,(,或时间常数,),的条件下，能分断的最大短路电流值。,在电路中出现的最大电流值一般是指短路电流值。所以，,极限分断能力,也是反映了分断短路电流的能力。,6,、熔断器的选择,工业上选择熔断器一般应从以下几个方面考虑：,（,1,）熔断器的类型应根据线路的要求、使用 场合及安装条件进行选择。,（,2,）熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器的工作电压。,（,3,）熔断器的额定电流根据被保护的电路,(,支路,),及设备的额定负载电流选择。熔断器的额定电流必须等于或高于所装熔体的额定电流。,（,4,）熔断器的额定分断能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流。,（,5,）熔断器的选择需考虑电路中其他配电电器、控制电器之间选择性配合等要求。为此，应使上一级,(,供电干线,),熔断器的熔体额定电流比下一级,(,供电支线,),大,1,2,个级差。,吸引线圈,主触头,常开辅助触头,常闭辅助触头,2,、交流接触器,（,1,）基本结构,电磁机构：由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成。,触头系统：由主触头和辅助触头组成。主触头由用于通断主电路，其额定电流一般为,5A,。,（,2,）,图形符号：,1,、接触器文字符号、图形符号,（,1,）文字符号：,KM,1.6,接触器,工作原理示意图,（,2,）工作原理：,1-,动触头,2-,静触头,3-,衔铁,4-,弹簧,5-,线圈,6-,铁心,7-,垫毡,8-,触头弹簧,9-,灭弧罩,10-,触头压力弹簧,3,、直流接触器,应用于直流电力线路中，供远距离接通与分断电路及直流电动机的频繁起动、停止、反转或反接制动控制，以及,CD,系列电磁操作机构合闸线圈或频繁接通和断开电磁铁、电磁阀、离合器和电磁线圈等。,常用直流接触器有：,CJ18,、,CZ21,、,CZ22,和,CZ0,系列等。,4,、主要技术参数,（,1,）型号,目前国内常用交流接触器主要有：,CJ10,、,CJ12,、,CJ20,等系列。其中,CJ10,、,CJ12,是早期全国统一设计的系列产品；,CJ20,系列是全国统一设计的新型接触器，主要适用于交流,50Hz,、,电压,660V,以下,(,其中部分等级可用于,1140V),、,电流,630A,以下的电力线路中。,近年来从国外引进一些交流接触器产品，有德国,BBC,公司的,B,系列、西门子公司的,3TB,系列、法国,TE,公司的,LC1-D,和,LC2-D,系列等。,直流接触器的型号意义：,交流接触器的型号意义：,（,2,）额定参数：主要有额定电压、额定电流和线圈的额定电压等。,1,）额定电压,接触器铭牌上的额定电压是指主触头萨格的额定电压，通常用的电压等级为：,直流接触器：,220V,440V,660V,。,交流接触器：,220V,380V,500V,。,2,）,额定电流,接触器铭牌上的额定电流是指主触头萨格的额定电流，通常用的电流等级为：,直流接触器：,25A,40A,60A,100A,150A,250A,400A,600A,。,交流接触器：,5A,10A,20A,40A,60A,100A,150A,200A,250A,等。,3,）线圈的额定电压,通常用的电压等级为：直流线圈额定电压有,24V,48V,220V,。,交流线圈的额定电压有：,36V,127V,220V,380V,等。选用时一般交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器，但交流负载需要频繁动作时，可以采用直流线圈的交流接触器。,1.7,继电器,继电器是一种根据外界输入地一定信号,(,电的或非电的,),开控制电路中的电流通断的自动切换电器。,继电器的种类繁多，常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及速度继电器等。,1,、电流、电压继电器,（,1,）文字符号：,KA(,电流继电器,),KV(,电压继电器,),（,2,）图形符号：,过电流继,电器线圈,欠电流继,电器线圈,过电压继,电器线圈,欠电压继,电器线圈,常闭触头,常开触头,（,3,）结构及工作原理,1,）电流继电器：根据输入,(,线圈,),电流大小而动作的继电器。电流继电器的线圈串接在被测电路中，以反应电流的变化。其触点接在控制电路中，用于控制接触器的线圈或信号指示灯的通断。,过电流继电器,:,当电路发生短路及过流时立即将电路切断。因此，只有当过流继电器线圈通过电流超过额定电流时，继电器才动作。过电流继电器的动作电流整定范围：交流过电流继电器为,110,350,I,N,，,直流过电流继电器为,70,300,I,N,，,欠电流继电器：当电路电流过低时立即将电路切断。因此，主要当欠电流继电器线圈通过电流低于整定电流时，继电器才动作。欠电流继电器动作电流整定范围：吸合电流为,30,50,I,N,释放电流为,10,20,I,N,。,2,）,电压继电器：根据输入电压大小而动作的继电器。电压继电器线圈与被测电路并联。,过电压继电器：动作电压整定范围为,105,120,U,N,欠电压继电器：吸合电压调整范围：,30,50,U,N,释放电压调整范围：,7,20,U,N,2,、中间继电器,（,1,）文字符号：,KA,（,2,）图形符号：,吸引线圈,常闭触头,常开触头,（,3,）工作原理,中间继电器的原理是将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（即增大触头容量）的继电器。其实质是电压继电器，但它的触头数量较多（可达,8,对），触头容量较大（,5,10A,）、,动作灵敏。,（,4,）型号,中间继电器按电压分两类：一类是用于交直流电路中的,JZ,系列，另一类是只用于直流操作的各种继电器保护线路中的,DZ,系列。,（,5,）用途,当其它电器的触头对数不够用时，可借助中间继电器来扩展它们的触头容量。,3,、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。按照,延时方式可分为：通电延时型和断电延时型两种。,（,1,）文字符号：,KT,（,2,）图形符号：,通电延时型：,断电延时型：,常闭,瞬动触头,常开,延时触头,常开,常闭,线圈,常闭,瞬动触头,常开,延时触头,常开,常闭,线圈,（,3,）基本结构及工作原理,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,（,4,）主要技术参数：,1,）常用空气阻尼式时间继电器为,JS7,、,JS23,系列。,型号：,额定参数：,触点额定电压、电流：,380V,、,5A,线圈电压：交流,36V,、,127V,、,220V,、,380V,延时范围：,0.4,60s,和,0.4,180s,2,）常用晶体管式时间继电器有：,JS14A,、,JS15,、,JSJ,等系列。,3,）常用数字式时间继电器有：,JS14S,、,JSS1,、,JS14P,、,H48S,、,DH14S,。,4,、热继电器,（,1,）文字符号：,FR,（,2,）图形符号：,热元件,常闭触头,常开触头,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,（,4,）主要技术参数,常用的热继电器有：,JR0,、,JR2,、,JR9,、,JR10,、,JR15,、,JR16,、,JR20,等几个系列。,（,3,）基本结构及工作原理,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,1,）型号：,2,）技术参数,额定电流：为发热元件额定电流；,整定电流的调节范围：,1.8,速度继电器,1,、文字符号：,KS,2,、图形符号：,转子,常开触头,常闭触头,速度继电器是根据电磁感应原理制成的，它的套有永久磁铁的轴与被控电动机的轴相联，用以接受转速信号。,常用的速度继电器有,JY1,型和,JFZ0,型。,JY1,型能在,3000r/min,以下可靠工作；,JFZ0,1,型适用与,300,1000 r/min,，,JFZ0,2,型适用与,1000,3600 r/min,。,一般速度继电器转轴在,120 r/min,左右既能动作，在,100 r/min,以下复位。,3,、基本结构及工作原理,1-,调节螺钉,2-,反力弹簧,3-,常闭触头,4-,动触头,5-,常开触头,6-,返回杠杆,7-,杠杆,8-,定子导条,9-,定子,10-,转轴,11-,转子,第,2,章 电气控制系统的基本控制线路,2.1,三相鼠笼式异步电动机直接起动控制,1,、单向起动控制,控制线路：由闸刀开关、熔断器、接触器、按钮等组成。,主电路：三相电源到电动机的电路。由闸刀开关、熔断器、接触器主触头、热继电器发热元件组成。,控制电路：由按钮和接触器吸引线圈等组成。,控制线路安装布线图：把同一电器各工作部件集中在一起，按各部件实际位置画出。,控制线路原理图,：主电路画在一边，控制电路画在另一边。,说明：,（,1,）同一电器各工作部件画在各处，但它们的动作相互关联。,（,2,）同一电器上的各部件，必须标以相同文字符号。,1,）工作原理,2,）保护环节,短路保护：,FU,过载保护：,FR,失压保护：,KM,失压保护指发生突然停电时，电动机与电源迅速断开，当电源恢复供电时，如不重新按下起动按钮，电动机不能起动。,2,、正反转控制,电动机反转：将电动机任意两根火线对调。,实现方法：,采用,KM1,、,KM2,两个接触器控制电动机正、反转。,KM1,控制电动机正转。,KM2,控制电动机反转。,（,1,）线路图,1,）主电路,2,）控制电路,要求：,KM1,、,KM2,线圈不能同时有电，以避免电源相之,间短路。,电动机正转,KM1,电动机反转,KM2,主电路,控制电路,3,、行程限位控制,有些位移性生产机械或部件（如起重机小车、电梯、铣床的工作台等）需要有终端限位控制或自动往返控制。,（,1,）控制要求：有一工作台可实现前后移动，当移动到终端时，自行停车。,（,2,）实现方法：,1,）用接触器,KM1,控制电动机正转，使工作台向前移动；用接触器,KM2,控制电动机反转，使工作台向后移动。,2,）行程开关,SQ1,作为工作台向前移动的终端限位开关；行程开关,SQ2,作为工作台向后移动的终端限位开关。,（,3,）线路图,自动往复循环控制电路,机床工作台自动往复运动示意图,4,、顺序控制,有的生产机械和设备需要多台电动机拖动，而各台电动机的起动与停止需要有一定的顺序控制关系。,（,1,）控制要求：,在一台锅炉控制，有,M1,、,M2,两台电动机。,M1,引风电动机；,M2,送风电动机。,要求：起动时，引风机,M1,先起动，送风机,M2,后起动；停止时则相反，送风机,M2,后停止，引风机,M1,先停止。,（,2,）线路图,主电路,控制电路,2.2,三相笼型异步电动机降压起动控制,1,、定子线路串电阻降压起动控制,（,1,）控制要求：电动机,M,起动时定子线路串联电阻,R,，,以实现降压起动，电动机起动后，恢复额定电压进入稳定正常运转。,（,2,）实现方法：,1,）接触器,KM1,闭合，电动机,M,定子线路串电阻降压起动。,2,）接触器,KM2,闭合，电动机正常运转。,3,）时间继电器,KT,通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时，,KM2,闭合。,（,3,）线路图,1,）主电路,2,）控制电路,主电路,控制电路,2,、星形三角形降压起动控制,（,1,）控制要求：,电动机,M,起动时为星形连接，以实现降压起动，电动机起动后改为三角形连接，以恢复额定电压进入稳定正常运转。,（,2,）实现方法：,1,）接触器,KM1,控制电机,M,通电,接触器,KM2,控制电机,M,三角形连接,接触器,KM3,控制电机,M,星形连接,2,）,时间继电器,KT,通电开始计时，当达到时间继电器整定值时使,KM3,断电、,KM2,通电，电动机三角形连接正常运转。,（,3,）线路图,1,）主电路,2,）控制电路,主电路,控制电路,2.3,三相鼠笼电动机的制动控制,1,、反接制动控制,（,1,）实现方法：,1,）,KM1,为电动机,M,单向旋转接触器,2,）,KM2,为反接制动接触器，,KV,为速度继电器，,R,为反接制动电阻。,（,2,）线路图,1,）主电路,2,）控制电路,主电路,控制电路,2,、能耗制动系统,（,1,）控制要求：,当需要电动机快速停止时，若在断开交流电源后，立即在定子绕组接入一直流电源，直流电流就会在电动机定子绕组中产生一个静止的磁场，而转子由于惯性作用在继续旋转，并切割这个磁场，在转子绕组中产生感应电动势和电流，利用转子感应电流与静止磁场的相互作用产生制动转矩，达到迅速而准确地制动地目的。,能耗制动的效果与通入直流电流的大小和三相绕组接法有关（可以有几种接法），但直流电流不能大于交流的起动电流，电动机停止时要立即断开直流电源。,（,2,）实现方法,1,）,KM1,为电动机,M,单向旋转接触器,2,）,KM2,为能耗制动接触器,3,）时间继电器,KT,通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时（电动机,M,已停转）,，使,KM2,断电，直流电源被切除，制动结束。,主电路,控制电路,（,3,）线路图,1,）主电路,2,）控制电路,2.4,继电接触式控制系统的电路设计,1,、电气控制设计的一般原则,（,1,）最大限度的满足机械或设备对电气控制系统提出的要求。机械或设备对电气控制系统的要求，是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图。执行元件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供，有调速要求的设备还应给出调速技术指标。其他如起动、转向、制动等控制要求应根据生产需要充分考虑。,（,2,）在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济。在电气控制系统设计时，为了满足同一控制要求，往往要设计几个方案，应选择简单。经济可靠和通用件强的方案，不要盲目追求自动化程度和高指标。,（,4,）要有完善的保护措施，防止发生人身事故与设备损坏事故。要预防可能出现的故障，采,用必要的保护措施。例如短路、过载、失压或误操作等电气方面的保护功能和使设备正常运行所需要的其他方面的保护功能。,2,、电气控制设计的基本内容,（,1,）确定电力传动方案和选择电动机的容量、结构型式和型号。,（,2,）设计电气控制电路及相关的保护。,（,3,）选择控制电器，制定电器设备一览表。,（,4,）确定电气操作台和控制柜，绘制电器布置图和接线图。,（,5,）编写电气控制说明书和设计计算说明。,（,6,）安装、接线和调试及最终确定设计方案。,（,3,）妥善处理机械与电气的关系。机械或设备与电力拖动已经紧密结合融为一体，传动系统为了获得较大的调速比，可以采用机电结合的方法实现，但要从制造成本、技术要求和使用方便等具体条件去协调平衡。,1,、车床的结构,普通车床的结构示意图,1,进给箱,2,挂轮箱,3,主轴变速箱,4,溜板与刀架,5,溜板箱,6,尾架,7,丝杠,8,光杠,9,床身,第,3,章 常用机床的电气控制,3.1,车床电气控制,2,、车床的运动形式,（,1,）切削运动,1,）主运动,工件的旋转运动，由主轴通过卡盘或顶尖去带动工件旋转，它承受车削加工时的主要切削功率。,2,）进给运动,车床的进给运动是刀架的纵向或横向直线运动，其运动形式有手动和机动两种。,（,2,）辅助运动,刀架的快速移动和工件的夹紧与放松,3,、车床的控制特点,1,）主轴能在较大的范围内调速。,2,）调速的方法可通过控制主轴变速箱外的变速手柄来实现。,3,）加工螺纹时，要求反转退刀，这就要求主轴能够正、反转。主轴的正、反转可通过采用机械方法如操作手柄获得。,4,、,C620,1,型普通车床的电气控制,车床的典型环节,（,1,）主轴的正反转控制,（,2,）主轴的点动控制,（,3,）主轴电动机反接制,动停车控制,（,4,）刀架快速移动控制,（,5,）冷却泵电动机控制,（,6,）主轴电动机负载检,测及保护环节,1,、摇臂钻床的结构,3.2,摇臂钻床电气控制,2,、摇臂钻床的运动形式,（,1,）主运动,主轴旋转（产生的切削）运动,（,2,）进给运动,主轴的纵向进给,（,3,）辅助运动,摇臂在外立柱上的垂直运动（摇臂的升降）,摇臂与外立柱一起绕内立柱的旋转运动,主轴箱沿摇臂长度方向的运动。,3,、摇臂钻床的控制特点,（,1,）主轴电动机，为单方向旋转，主轴的正反转则由机床液压系统操纵机构配,合正反转摩擦离合器实现。,（,2,）摇臂升降电动机,可实现正反转，短时工作，不用设长期过载保护。,（,3,）液压泵电动机，可实现正反转。,（,4,）电液联合控制,4,、,Z3040,摇臂钻床的电气控制原理图,3,M,1,5,、摇臂钻床的典型环节,（,1,）主轴电动机的液压控制,正反转,调速,变速冲动,（,2,）摇臂的升降控制,摇臂的放松（液压控制）,摇臂的升降（点动控制）,摇臂的夹紧（液压控制）,1,、铣床的结构,X62W,万能卧式铣床结构示意图,1,底座,2,进给电动机,3,升降台,4,进给变速手柄及变速盘,5,溜板,6,转动部分,7,工作台,8,刀架支杆,9,悬梁,10,主轴,11,主轴变速盘,12,主轴变速手柄,13,床身,14,主轴电动机,3.3,铣床电气控制,2,、铣床的运动形式,（,1),主运动,主轴的旋转运动,（,2,）进给运动,工作台在三个相互垂直方向上的直线运动（手动或机动）,（,3,）辅助运动,工作台在三个相互垂直方向上的快速直线移动,3,、铣床的控制电路,4,、铣床的典型环节,（,1,）主轴电动机控制电路,两地操作,主轴电动机,M,1,反接制动,主轴变速,主轴变速的冲动,（,2,）进给电动机控制电路,工作台纵向前后运动的方向联锁,工作台垂直上下运动和横向左右运动的方向联锁,圆工作台和长工作台之间的联锁,进给变速时的冲动,工作台的快速移动,第,4,章 可编程控制器概述,PLC,是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计的工业控制装置。,4.1 PLC,的产生与发展,PLC,的 产生与发展,第一代：从第一台,PLC,诞生到上个世纪,70,年代初。,第二代：,70,年代初至,70,年代末。,CPU,使用中小规模集成电路，采用磁芯存储器。,CPU,使用微处理器，采用半导体存储器,EPROM,。,可靠性较差，略强于继电器控制。,机种单一，没形成系列。,有了计算机接口和模拟量控制功能。,可靠性提高。,整机功能向系列化、标准化发展，并由专用向通用方向过渡。,功能简单（只有计数,/,定时功能）。,功能增强（增加逻辑,/,数据运算、数据处理、自诊断等功能）。,第三代：,70,年代末到,80,年代中期。,CPU,使用,8,或,16,位微处理器甚至多微处理器，采用半导体存储器,EPROM,、,CMOSRAM,等。,增加浮点数运算，平方、三角函数等运算。,增加查表、列表功能。,自诊断及容错技术提高。,梯形图语言及语句表成熟。,小型,PLC,体积减小、可靠性提高、成本下降。,大型,PLC,向模块化、多功能方向发展。,第四代：,80,年代中期到,90,年代中期。,第五代：,90,年代中期之后。,增加高速计数、中断、,A/D,、,D/A,、,PID,等功能。,处理速度进一步提高（,1,s/,步,）。,连网功能增强。,编程语言进一步完善，开发了编程软件。,CPU,使用,16,位或,32,位微处理器。,PLC,的,I/O,点增加，最多可达,32K,个,I/O,点。,处理速度进一步提高（,1,ns/,步,）。,PLC,都可以与计算机通信。,具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的功能。,开发了大量的特殊功能模块。,编程软件功能更强大。,不断开发出功能强大可编程终端。,PLC,及其控制系统的发展趋势,PLC,的性能,对小型,PLC,对大中型,PLC,向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、复杂系统的控制。,向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向发展。使之更利于取代继电器控制。,I/O,模块将直接安装在现场，,CPU,与现场,I/O,通过数据通信实现控制，使系统控制更有效、可靠性更高；,进一步应用计算机的信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使系统的产生控制功能与信息管理功能一体化。,PLC,控制系统的性能,随着硬件冗余技术的应用，各种单元、甚至整个系统都可应用冗余技术，使系统具有更高的可靠性；,通用性和灵活性强；,2.,抗干扰能力强，可靠性高；,3.,编程语言简单易学；,4.,与外部设备的连线简单、使用方便；,5.,功能强、功能的扩展能力强；,6.,控制系统设计、调试周期短；,7.,体积小、重量轻、易于机电一体化；,8.PLC,控制系统的故障少、维修方便。,4.2 PLC,的主要特点,整体式,组合式,PLC,的基本分类,小型机常采用整体式,中、大型机常采用组合式,4.3 PLC,的,PLC,的基本组成,输出设备,输入设备,I/O,扩展,单元,特殊功 能单元,主机,输出单元,输入单元,电 源,外设接口,I,/O,扩,展,口,存 储 器,系统程序,存储器,C P U,用户程序,存储器,盒式磁带机,打印机,EPROM,写入器,上位计算机,PLC,编程器,可编程终端,PT,整体式,PLC,的基本组成框图,输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；,CPU,指挥,PLC,完成各种预定的功能,检查、校验用户程序，发现错误即报警；,执行用户程序、驱动外部输出设备动作；,诊断故障、记忆故障信息并报警。,1.CPU,单元,系统程序存储器,存储系统系统程序,用户程序存储器,存储系统用户程序,工作数据存储器,存储工作数据,2.,存储器,PLC,与外部设备联系的桥梁,开关量输入单元,开关量输出单元,直流输入单元,交流输入单元,晶体管输出单元,晶闸管输出单元,继电器输出单元,3.,输入,/,输出单元,直流输入电路,COM,+5V,LED,S,R3,R1,A,R2,C,T,内 部 电 路,滤波,光电耦合,外部开关,输入点的状态显示,输入点,公共端,交流输入电路,LED,+5V,A,R2,T,COM,S,C,R1,内 部 电 路,R3,滤波,光电耦合,输入点的状态显示,外部开关,输入点,晶体管输出电路,COM,T2,LED,D,FU,+5V,内 部 电 路,T1,R1,R2,R3,负载,光电耦合,输出点的状态显示,公共端,输出点,晶闸管输出电路,COM,LED,R2,C,T,FU,内 部 电 路,R1,负载,光电耦合,输出点的状态显示,公共端,输出点,继电器输出电路,COM,LED,J,R,内 部 电 路,负载,输出点的状态显示,继电器,机械触点,公共端,输出点,PLC,由开关式稳压电源为内部电路供电,抗干扰性能好,有的,PLC,能向外部提供,24V,的直流,电源,可作为输入单元连接的外部设备的电源,开关电源,输入电压范围宽,体积小,重量轻,效率高,4.,电源单元,1.,梯形图编程语言,两种梯形图的继电器符号图对照,物理继电器,PLC,继电器,常开,常闭,触 点,线 圈,梯形图编程语言是一种图形语言,4.4 PLC,的编程语言,00000,01000,01000,PLC,控制,00001,SB2,KM,KM,继电器,控 制,SB1,2,.,两种控制的梯形图比较,线圈,线圈,常开触点,常开触点,常闭触点,常闭触点,物理继电器,继电器需硬接线连接,触点个数有限,PLC,继电器,继电器用程序软连接,触点个数无限,继电器的接线改变,控制功能改变,PLC,的用户程序改变,控制功能改变,3,.,两种控制中继电器的区别,用,PLC,控制,外部接线不变，改变用户程序。,用继电器控制,要改变控制电路的实际接线。,KM,Q,FU,KH,M,3,SB,1,SB,2,KM,KH,KM,继电器控制接线,PLC,控制外部接线,输入设备,PLC,SB,1,SB,2,KH,KM,输出设备,欲改变控制功能：,主电路,相同,例如,2.,语句表编程语言,用助记符表示指令的功能,多条指令语句的组合构成了语句表 程序,指令语句是,PLC,用户程序的基础元素,LD 00000,OR 01000,AND NOT 00001,OUT 01000,00000,01000,01000,00001,梯形图程序 语句表程序,读,读,读,写,写,执行用户程序,I/O,刷新,I/O,刷新,I/O,刷新,I/O,刷新,4.5 PLC,的工作过程,01001,01000,00000,00001,01000,输入端子,输入电路,用户输入设备,输入映像寄存器,输出电路,输,出,端,子,元件映像寄存器,输出锁存器,用户输出设备,1.PLC,执行用户程序的特点,按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序,执行程序时所需数据取自于：,输入映像寄存器,元件映像寄存器,输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据,元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写,输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变,每个扫描周期,I/O,刷新阶段集中读入,/,读出数据,2,.,PLC,的,I/O,滞后现象,（,1,）由于,PLC,采用循环扫描的工作方式。,PLC,只在每个扫描周期的,I/O,刷新阶段集中输入,/,输出，导致输出信号相对输入信号滞后。,（,2,）输入滤波器对信号的延迟作用。,滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。,有的,PLC,其输入电路滤波器的时间常数可以调整。,输出,ON,延时。,（,3,）输出继电器的动作延迟（继电器输出型,PLC,）,。,从输出锁存器,ON,、,到输出触点,ON,经历一定时间,（,4,）用户程序的长短及语句编排。,要求有较快响应的场合,最好不要使用,继电器输出型,PLC,。,I/O,滞后现象，对慢速控制系统影响不大。,要求快速响应的场合，需要解决,I/O,速度问题。,5.1,CPM1A系列PLC的基本组成,第,5,章,CPM1A,系列,PLC,一、,CPM1A,系列,PLC,的主机,1.,主机的规格,按,I/O,点数分,10,、,20,、,30,、,40,点,按电源类型分,分直流和交流型,按输出方式分,继电器输出型,