PLC第一章.ppt

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,*,应该从应用的角度进行介绍。,从不同的应用中确定器件应有的功能和注意事项。,分类：,配电、控制、主令、保护、执行,第一章 电磁电器,本课程主要介绍用在电力拖动及自动控制系统中的常用,低压,控制电器。,低压,：直流,1200V,以下，交流,1500V,以下。,分类：,配电、控制、主令、保护、执行,电气控制电路的基本组成：配电、控制、主令、保护、执行,电源,AC,声音感应,KV,延时继电器,KT,亮度感应,KE,KT,KV,KE,保险丝,FU,电阻,电,灯,手动按钮,电源,AC,声音感应,KV,延时继电器,KT,亮度感应,KE,KT,KV,KE,保险丝,FU,电灯,KM,中间继电器或接触器,手动按钮,问题,1.,以电饭锅为例，讨论其中,控制、主令、保护、执行元件会是什么,？,2.,以空调为例讨论其中,控制、主令、保护、执行元件会是什么,？,要点一,电气控制系统、,PLC,应用系统一般包含：,控制、主令、保护、执行,四个基本环节。,任何一种继电器控制系统均由三部分组成：,（,1,）,输入部分：由各类按钮开关、行程开关、接近开关、转换开关等主令电器构成。,主令电器,自动控制系统中用于发送控制指令的电器。,（,2,）,逻辑部分：由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路。,（,3,）,输出部分：由各种电磁阀线圈，接通电动机的各种接触器和信号指示灯等执行电器构成。,输入部分 逻辑部分 输出部分,低压电磁式元器件的一般特点,结构特点,基本要求,电气控制电路中许多元器件都有相当的,“,智能,”,。如上例，为了降低成本和方便维护，可以将声音感应和电灯开关集成为一单一器件。该器件就有自动检测和执行的能力。,检测：电压或者电流。,执行：某回路的通断。,例如：检测热水器漏电电流大小，若过大就切断电源供电的线路以保护使用者的安全。（如何实现？）,检测：电压或者电流,线圈。,执行：回路通断,触点（触头）。,例如,：,线圈（,零序电流互感器,）检测热水器供电电路相线和零线的电流向量和，如不为零则动作,，触点则串联到电源的供电线路。漏电电流过大，则触点动作，切断供电回路。,问题,1.,以电饭锅为例，讨论其检测元件和执行元件会是什么？如何实现煮饭的自动控制？执行元件接在什么回路？,2.,以空调为例重复上述问题。,要点二,电磁式低压电器在电气控制线路中使用量最大。虽然种类很多，但是工作原理和构造上基本相同。,电磁机构感应（检测）电流,/,电压的大小，,“,判断,”,是否该动作；触头系统执行动作，通断被控制回路。灭弧保护触头，提高分断能力。,各类电磁式电器的工作原理和构造基本相同，由,检测部分,电磁机构、执行部分,触头系统，和灭弧装置,构成。,电磁机构：,磁路励磁线圈（反力弹簧,）,磁路：铁心衔铁空气隙,检测部分,电磁机构,工作原理：,线圈,通电，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移，衔铁复位时复位弹簧将衔铁拉回原位。衔铁吸合时要求电磁吸力大于反力，衔铁复位时情况则反力大于吸力（此时线圈断电，只有剩磁产生的电磁吸力）。,工作原理：,线圈,通电，产生电磁吸力，并使衔铁产生机械位移，衔铁复位时复位弹簧将衔铁拉回原位。衔铁吸合时要求电磁吸力大于反力，衔铁复位时情况则反力大于吸力（此时线圈断电，只有剩磁产生的电磁吸力）。,C1D1为动触头与常开触头的静触头接触阶段。反力为动簧片的弯曲变形与复位弹簧反力之和。D1E1为动合触头跟踪阶段，由此超行程而产生一定压力，,保证触头可靠接触，衔铁受到的反力为动簧片、静簧片、复位弹簧三者的反力之和(忽略机械磨擦力与活动部分的重量,)。,A1:衔铁释放位置，弹簧初反力FA保证衔铁受到外界环境作用时不致产生误动作。A1B1为衔铁自由行程，反力与位移成正比，F=,kx,。B1C1为衔铁带动支架使常闭触头分离阶段，反力为动触头对常闭触头压力与复位弹簧反力之和，故曲线变徒。,思考：为什么保持段吸力曲线比工作段低？,文章：交流接触器的“低压”运行及控制分析,吸反力的配合（相互靠近）：冲击、弹跳、（熔焊、磨损）,直流可能有剩磁（释放）。,过电压继电器：线圈电压高于其额定电压的某一值时衔铁才吸合。,欠电压继电器：,线圈电压低于其额定电压某一值时，衔铁才释放。,课后思考结合吸反力特性，讨论,欠电压、过电压继电器电磁部分该如何工作？,按衔铁的运动方式：直动式和拍合式。,直流线圈和交流线圈串联线圈（电流线圈）和并联线圈（电压线圈）,学习电磁电器时，要留意线圈接在什么样的电路中（主回路、控制回路）。,（思考：交流线圈、串联线圈、并联线圈各会有什么要求？）,线圈分类,交流线圈的问题,电磁吸力,:,直流,通直流电时，,B,不变，所以,F,恒定。,F,电磁吸力；,B,气隙磁感应强度；,S,磁极截面积；,通交流电时，电磁吸力,B,m,气隙磁感应强度峰值,F,一个周期两次过零，此时弹簧反力大于电磁吸力，所以衔铁会复位。电源电压变化一个周期，电磁铁吸合两次，释放两次，电磁机构产生剧烈的振动和噪音，不能正常工作。,解决的办法是在铁心端面开一小槽，在槽内嵌入铜质短路环，如图,1-3,所示。,图,1-3,交流电磁铁的短路环,1-,衔铁,2-,铁心,3-,线圈,4-,短路环,加上短路环后，磁通被分为大小接近、相位相差约,90 度电度角的两相磁通，因而两相磁通不会同时过零。由于电磁吸力与磁通的平方成正比，所以由两相磁通产生的合成电磁吸力较为平坦，在电磁铁通电期间电磁吸力始终大于反力，使铁心牢牢吸合，这样就消除了振动和噪音，一般短路环包围的铁心端面。,交流线圈的特点,线圈中电流,U,线圈两端电压；,E,线圈的反电动势；,R,线圈电阻；,其中，通交流电时，电场交变变化，线圈产生感应电动势,E,，,大小决定于线圈的绕线结构和磁路的磁阻大小。磁阻又决定于衔铁和铁心之间气隙的大小。气隙越小，磁阻越小，,E,越大。而直流线圈稳定工作后不存在反电动势，因为电流没有变化,。,串联（电流）线圈,串接在线路,中，流过的电流大，为减少对电路的影响，线圈的导线粗，匝数少，线圈的阻抗较小。并联（电压）线圈,并联在线路,上，为减少分流作用，降低对原电路的影响，需要较大的阻抗，因此线圈的导线细且匝数多。,（思考：电压线圈能否串联使用？）,串联、并联线圈的特点,执行部分,触头及其灭弧,通过触点的动作来分合被控制的电路,。,（动、静触点，主、辅触点）,触点在闭合状态下动、静触点完全接触，并有工作电流通过时，称为电接触,。,触点的接触形式：点接触、线接触和面接触。,触点的接触形式,面接触需要有较大的压力才能使接触良好，自洁作用差，常用于电流较大的固定连接（如母线）和低压开关电器（如刀开关和插入式熔断器）。,线接触应用最广，即使在压力不大时接触处的压强较高，接触电阻较小，触头的自洁作用强。,点接触的容量小，通常用于控制电器或开关电器的辅助触点。,动、静触点闭合时在过渡区域所形成的电阻，称为,接触电阻,。由于接触电阻的存在，不仅会造成一定的电压损失，还会使铜耗增加，造成触点温升超过允许值。这样，触点在较高的温度下很容易产生熔焊现象而使触点工作不可靠（例如熔焊以后粘合，反力弹簧无法打开触头所以实际中，应采取相应措施来减少接触电阻。,接触电阻,影响接触电阻的因素,1.,接触压力,增加接触压力，可使相接触的凸起点发生变形而增加接触面积，因而会减少接触电阻。因此在动触点安装一个触点弹簧,如图,1-5,所示。（初压力和终压力、振动和接触电阻）,2.,触点材料,材料的电阻系数越小，接触电阻也越小。在金属中银的电阻系数最小，但价格贵，实际中常在铜基触点上镀银或嵌银，以减少接触电阻。,3.,触点表面状况,触点温度升高会加速金属表面的氧化速度，一旦接触表面生成氧化物之后，会使接触电阻增大。解决方法是在小容量电器中可采用银或镀银触点。在大容量电器中，可采用具有滑动作用的的指形触点。此外，当触点聚集了尘埃后，或者触点表面被电弧烧灼而出现烟熏状应用无水乙醇或四氯化碳檫拭干净。,灭弧工作原理,触头在,通电状态下,动,、,静触头脱离接触时，由于电场的存在，使触头表面的自由电子大量溢出而产生电弧。电弧的存在既烧损触头金属表面，降低电器的寿命，又延长了电路的分断时间,，,所以必须迅速消除。,思考：为什么由断转通比由通转断容易灭弧（影响电弧大小的因素）？为什么交流灭弧比直流容易？,实验表明,当计算机机房的相对湿度为30%时,静电电压为5000V;当相对湿度为20%时,静电电压就达到10000V;而当相对湿度降到5%时,则静电电压可高达20000V.虽然静电的寄生电流很低,（,0.000075,库仑）,但计算机对此却相对敏感,因为电子计算机线路中所通过的电流本身就很小.静电对电子计算机造成的危害主要是由于静电噪声对电子线路的干扰.,一次很微弱的静电放电也会使存储器中已寄存的信息失掉,甚至送进一个误码,.,www.esd-,/,常用的灭弧方法,1）迅速增大电弧长度,电弧长度增加，使触头间隙增加，电场强度降低，同时又使散热面积增大，降低电弧温度，使自由电子和空穴复合的运动加强，因而电荷容易熄灭,。,2）冷却,使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量，也可使复合运动得以加强，从而使电弧熄灭,。,常用的灭弧装置,1）电动力吹弧,（,小容量、交流、接触器）,P6,2）磁吹灭弧,（,直流）,3,）,栅片灭弧,（,交流）,图,1-6,灭弧措施,a,）、,b,）,机械性拉长电弧,c,）,双触点灭弧,d,）,磁吹灭弧,e,）,纵缝灭弧,f,）,金属栅片灭弧,g,）,纵缝陶土灭弧罩,1,静触点,2,动触点,3,引弧角,v,1,动触点移动速度,v,2,电弧在磁场力作用下移动速度,电磁式器件的要点：,1,）检测部分：电磁机构,线圈,2,）执行部分：触头系统,接触电阻（接触时）、灭弧（断开瞬间）,3,）,功能：两部分如何配合实现电路的自动控制？,（思考：分别以欠电压和过电压保护器件为例讨论其中电磁式器件的工作过程）,电磁式接触器,大型的自动开关,触点类型：常开 常闭 主、辅触点,电源,AC,声音感应,KV,延时继电器,KT,亮度感应,KE,KT,KV,KE,保险丝,FU,电阻,电,灯,手动按钮,电源,AC,声音感应,KV,延时继电器,KT,亮度感应,KE,KT,KV,KE,保险丝,FU,电灯,KM,中间继电器或接触器,手动按钮,接触器：频繁地接通或断开交直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。,功能：自动切换、远距离操作、零压及欠压保护功能，,没有,过载和短路保护功能。,接触器生产方便，成本低，主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等，是电力拖动自动控制电路中使用最广泛的一种低压电器元件。,实现,频繁,地远距离操作，,失压保护,(,解释什么是过载、失压等保护,),特点,强分断能力）具有比工作电流大数倍乃至十几倍的接通和分断能力,不能,分断短路电流，也无法实现过载保护。,接触器功能和特点,大致尺寸：,708595,，,20,40A,结构,电磁系统：线圈，铁心和衔铁,触点系统：主触点和辅助触点（常开和常闭,）,熄弧系统,反力装置：释放弹簧和触点弹簧，它们,均不能进行弹簧松紧的调节,。,（,区别于继电器）支架和底座：用于接触器的固定和安装。,a,）,外形,b,）,结构示意图,交流接触器有两种工作状态：得电状态（动作状态）和失电状态（释放状态）。接触器主触头的动触头装在与衔铁相连的绝缘连杆上，其静触头则固定在壳体上。当线圈得电后，线圈产生磁场，使静铁心产生电磁吸力，将衔铁吸合。衔铁带动动触头动作，使常闭触头断开，常开触头闭合，分断或接通相关电路。当线圈失电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧的作用下释放，各触头随之复位。,接触器线圈通电,（,铁心中,）,磁通,（,衔铁气隙处,）,吸力,衔铁,闭合,，,带动主触点闭合接通主电路。（主：,常开触点,）,同时衔铁还带动辅助触点动作，使原来打开的辅助触点,闭合,，原来闭合的辅助触点,打开,。,线圈断电或电压显著降低时，吸力消失或减弱，衔铁在释放弹簧作用下打开，主、辅触点恢复到原来状态。,思考：为什么能实现失压保护？频繁到什么程度？主、辅触点有何不同？为什么需要辅助触点？,工作原理,1.,交、直流接触器：,主触点,控制的电路电流种类。一般交流负载用交流接触器，直流负载用直流接触器。,直流灭弧一般较交流难。,2.,交、直流励磁操作,：,线圈,的励磁方式。,对于重要场合使用的交流接触器，为了工作可靠，其线圈可采用直流励磁方式,。,3.主触点的极数（个数）,：,直流接触器有,单极,和,双极,两种；交流接触器有,三极，四极和五极,三种。其中用于单相双回路控制可采用四极，对于多速电动机的控制或自耦合降压起动控制可采用五极的交流接触器,。,（,思考：为什么不多做几极？）,分类,主要技术参数,1）额定电压：主触点,2）额定电流：主触点(,特别大,),3),线圈额定电压,：,线圈,交流负载频繁动作可采用直流线圈的交流接触器。（前边的问题：,交流接触器频繁动作为什么线圈发热严重？,）,4,）,接通和分断能力：主触点在规定条件下能可靠地接通和分断电流值。,注意：短路电流等过大的场合不适用。,与使用类型有关。例如：电机、容性负载。启动电流很大。必须根据负载类型选用适当的接触器。,5,）额定操作频率：灭弧、线圈温升,交流最高,1000,次,/,小时，直流最高,1500,次,/,小时。（,4,秒,1,次）,主要技术参数,电气符号,思考：,线圈、主触点、辅助触点分别接于什么电路？（控制回路、主回路）,1,）,根据所控制负载的工作轻、重，还是一般来选择其,使用类别,（可查电气使用手册,/,设计手册）（使用场合，使用类别，参考,P10,表,1,3,）,2,）电动机（或其它负载）的功率和操作情况来选择其,容量等级,（一般应大于电机容量）参考,P9,表,1,1 3,）根据控制回路要求来选择其,线圈参数,。参考,P10,表,1,2,接触器选用原则,1）,使用类别,选用。如AC3类适合与负载是一般任务的笼型电动机。,P11,2）主触点的,电流等级,选用。一般应使主触点的电流等级与所控制的负载相当，或稍大一些。如不对应，则须降低电流等级使用。3),线圈,的,电流种类和电压等级,应与控制电路相同,。,举例交流接触器选用,感性认识,1,）,接触器使用于负载电流较大的场合。,2,）直流灭弧难于交流。,3,）频繁操作场合，交流线圈发热严重。,接触器简单介绍：,称,定 义,触点开路电压为直流,28V,时，,微功率,触点额定负载电流（阻性）,0.1A;0.2A,弱功率,触点额定负载电流（阻性）,0.5A;1A,中功率,触点额定负载电流（阻性）,2A;5A,大功率,触点额定负载电流（阻性）,10A;15A,；,20A;25A;40A,负载能力,名称,定义,微型,最长边尺寸不大于,10mm,超小型,最长边尺寸大于,10mm,，,但不大于,25mm,小型,最长边尺寸大于,25mm,，,但不大于,50mm,尺寸,X,：,输入回路,输入量,y,：,输出回路输出量,；,Xa,：,动作值,X,b,：,释放值,ya,：,负载,.,继电器特性,思考：结合热水器温控说明继电器特性箭头方向（温度继电器的工作过程）。说明,Xa,，,Xb,间宽度可调的好处，宽度大时意味着什么？,1,）,返回系数,:,K,f,=,x,b,/x,a,2,）吸合和释放时间,电磁式一般为,0.05,0.15,秒，远小于接触器。,尤其在通断频繁的控制电路设计中应该考虑。,重要参数,1,）,都是自动开关元件。,2,）接触器一般为电磁式，继电器输入信号多种，不局限于电信号。,3,）继电器动作参数（返回系数）可调（,气隙大小,，,释放弹簧松紧,）。,接触器不可调。,4,）负载能力：继电器的触点不能用来接通和分断大负载电路。继电器偏重感应和检测，接触器偏重执行。,5,）主触点分断电流分交直流接触器；线圈电流种类分交直流继电器。,与接触器的异同,1),扩大,控制,范围。多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。,2),放大。灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的,控制,量，可以控制很大功率的电路。,3),综合信号。当多个,控制,信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。,4),自动、遥控、监测。自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序,控制,线路，从而实现自动化运行。,使,控制电路,接通或断开，实现,控制电路,的状态改变,。,功能,继电器分类,电磁继电器：感应电流、电压的继电器。,直流：,线圈输入电路,中的控制电流为直流,交流：,线圈输入电路,中的控制电流为交流,磁保持继电器：利用永久磁铁或具有很高剩磁特性的铁芯，电磁继电器的衔铁在其线圈断电后仍能保持在线圈通电时的位置上,固体继电器：指电子元件履行其功能而无机械运动构件的，输入和输出隔离的一种继电器。,高频继电器：用于切换高频,射频线路而具有最小损耗的继电器。,由电磁机构、触点系统和释放弹簧等部分组成,电磁式继电器组成,触点动作与否与线圈电压大小有关的继电器称为电压继电器。,线圈与,负载,并联,。,触点动作与否与线圈电流大小有关的继电器称为电流继电器。,线圈与,负载,串联,。,电压和电流继电器,过电压继电器线圈电压高于其额定电压的某一值时衔铁才吸合。场合：交流，过电压保护，,常闭触点,实现保护。,欠电压继电器：,线圈电压低于其额定电压某一值时，衔铁才释放。场合：低电压保护，,常开触点,实现保护。,思考：为什么过电压保护用常闭触点实现而欠电压保护用常开触点实现？,过电流继电器：线圈电流高于其额定电流的某一值时衔铁才吸合。场合：过电流保护，,常闭触点,实现保护。,低电流继电器：,线圈电流低于其额定电流某一值时，衔铁释放。场合：直流，低电流保护，,常开触点,实现保护。,思考,1,：为什么过电流保护用常闭触点实现而低电流保护用常开触点实现？,思考,2,：为什么只有直流低电流继电器？,电压继电器的选用,1,）,线圈电流的种类和电压等级,：,应与控制电路一致,。,2,）,选型：在控制电路中的作用（是过电压还是低电压）,3,）,触点类型和数量：控制电路的要求,电磁式时间继电器,从得到输入信号(线圈的通电或断电)开始，经一定延时后才输出信号(触头的闭合或断开,),。（,顺序控制时间）,两种类型：通电延时型、断电延时型,四种触点形式：线圈和触点组合,通电延时闭合,(,常开,),，通电延时打开,(,常闭,),断电延时闭合,(,常闭,),，断电延时打开,(,常开,),（楼梯灯声控属于哪一种类型？）,a,）,外形图,b,）,结构图,1,线圈,2,反力弹簧,3,衔铁,4,静铁心,5,弹簧片,6,、,8,微动开关,7,杠杆,9,调节螺钉,10,推杆,11,活塞杆,12,宝塔弹簧,注意四种类型触点的时间继电器电气符号的差别：,通电延时闭合,(,常开,),，通电延时打开,(,常闭,),断电延时闭合,(,常闭,),，断电延时打开,(,常开,),文字符号：,KT,符号分类：通电型,b,d,e,断电型：,c,f,g,1.空气阻尼式：,延时范围宽（,0.4,180,s）,，,精度低。可作通、断电延时。主要用在交流控制回路中。,2.,直流电磁阻尼式：延时范围窄（,0.1,5,s）,，,精度低。仅作断电延时，用在电拖中。,非电磁式：半导体式，范围宽，精度髙，寿命长,种类,作用,：,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,),。,可靠性、触点数量、操作频率,中间继电器,思考：炼钢厂光亮退火环节采用电热丝加热，电热丝电流为,10A,。,电流较大，因此采用接触器进行控制电热丝的通断电。退火环节对温度的稳定性要求较高，一般采用,PID,调节器控制。但是调节器输出电流只有,50mA,，,而接触器吸合要求通过线圈的电流大于,0.3A,。,如何解决这一问题？,1.,接触器和继电器应用场合的区别。,2.,交流接触器能否串联使用？,3.,为什么过电压继电器通过常闭触点，而欠电压继电器通过常开触点起作用？,4.,电压继电器和电流继电器的线圈和触头各接于什么电路？,作业：,P19 2,，,3,，,4,，,8,，,11,