第1章电气控制系统常用器件.ppt
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1、Harbin Institute of TechnologyPAGE -1-逻辑与可编程控制逻辑与可编程控制 刘汉奎刘汉奎Harbin Institute of TechnologyPAGE -2-授课对象授课对象:电气工程及其自动化专业,自动化专业先修课程先修课程:电路,电子,电机学,电力拖动,计算机原理等课程类型:专业课主要教材及参考书主要教材及参考书:王永华编著,现代电气控制及现代电气控制及PLC应用技术应用技术(第3版),北京航空航天大学出版社,2013Harbin Institute of TechnologyPAGE -3-课程性质:课程性质:一门实用性非常强的专业课一门实用性非常
2、强的专业课课程内容课程内容1 1)常用各种)常用各种低压电器元件低压电器元件的组成、工作原理、选择及使用方的组成、工作原理、选择及使用方法以及使用中的注意事项法以及使用中的注意事项2 2)以电动机为控制对象讲解几种典型的)以电动机为控制对象讲解几种典型的继电接触式控制系统继电接触式控制系统的基本环节;继电接触式控制系统的设计原理及设计步骤;继的基本环节;继电接触式控制系统的设计原理及设计步骤;继电接触式控制线路图的分析电接触式控制线路图的分析3 3)可编程控制器(可编程控制器(PLCPLC)的定义、特点、分类、组成及工作原的定义、特点、分类、组成及工作原理理4 4)S7-200PLCS7-20
3、0PLC的的 基础知识、基本指令及程序设计、顺序控制基础知识、基本指令及程序设计、顺序控制指令及应用、功能指令及应用;指令及应用、功能指令及应用;PLCPLC的设计的设计方法及设计步的设计的设计方法及设计步骤骤课程任务:使同学们掌握一门非常实用的技术、培养同学们的课程任务:使同学们掌握一门非常实用的技术、培养同学们的 实际应用能力和动手能力实际应用能力和动手能力Harbin Institute of TechnologyPAGE -4-具具 体体 要要 求求 1 1、熟悉常用低压电器的工作原理和用途,达到正确使、熟悉常用低压电器的工作原理和用途,达到正确使用和选用的目的,同时要了解一些新型元器
4、件的用途。用和选用的目的,同时要了解一些新型元器件的用途。2 2、掌掌握握电电气气控控制制线线路路的的基基本本环环节节,并并具具备备阅阅读读和和分分析析电电气气控控制制原原理理图图的的能能力力,能能根根据据工工艺艺要要求求设设计计简简单单的的电电气气控制线路,掌握电气控制线路的简单设计方法。控制线路,掌握电气控制线路的简单设计方法。3 3、掌掌握握可可编编程程控控制制器器的的基基本本情情况况,理理解解可可编编程程控控制制器器的工作原理。的工作原理。4 4、掌掌握握西西门门子子公公司司的的S7-200S7-200可可编编程程控控制制器器的的基基本本指指令令和常用的功能指令。熟练掌握梯形图的编程方
5、法。和常用的功能指令。熟练掌握梯形图的编程方法。5 5、掌握、掌握PLCPLC控制系统的设计方法和设计步骤。控制系统的设计方法和设计步骤。Harbin Institute of TechnologyPAGE -5-考考 核核 方方 式式 总成绩总成绩=平时考核(出勤平时考核(出勤+作业)作业)20分分+实验成绩实验成绩20分分+期末笔试成绩期末笔试成绩 60分分 Harbin Institute of TechnologyPAGE -6-引言引言 电气控制技术的发展电气控制技术的发展控制方法:控制方法:手动手动自动自动控制功能:控制功能:简单控制设备简单控制设备复杂控制系统复杂控制系统操作方式
6、:操作方式:笨重笨重轻巧轻巧控制原理:控制原理:有触点的有触点的继电接触式控制系统继电接触式控制系统以计算机为核心的以计算机为核心的“软软”控制系统控制系统当代工业自动化的三大技术支柱:当代工业自动化的三大技术支柱:PLCCAD/CAMRobotHarbin Institute of TechnologyPAGE -7-继电接触式控制系统继电接触式控制系统 VS.可编程控制系统可编程控制系统继电接触式控制系统继电接触式控制系统 由继电器、接触器和按钮由继电器、接触器和按钮等组成等组成 结构简单,价格低廉,抗结构简单,价格低廉,抗干扰能力强干扰能力强用用“硬接线方式硬接线方式”完成控完成控制逻辑
7、和功能,灵活性差制逻辑和功能,灵活性差工作频率低,反应速度慢工作频率低,反应速度慢易损坏,可靠性差易损坏,可靠性差可编程控制系统可编程控制系统 以可编程逻辑控制器以可编程逻辑控制器(PLCPLC)为核心)为核心用用“软件方式软件方式”完成控制逻完成控制逻辑和功能,功能完备,通用辑和功能,功能完备,通用性和灵活性好;具有算数运性和灵活性好;具有算数运送、数据转换、过程控制、送、数据转换、过程控制、数据通信等功能,能实现大数据通信等功能,能实现大型、复杂的控制任务型、复杂的控制任务操作方便,价格低廉,简单操作方便,价格低廉,简单易懂易懂n两种方法基本上两种方法基本上都可以实现同一种都可以实现同一种
8、功能。它们的运用功能。它们的运用都需要都需要“门电路门电路”的知识。门电路就的知识。门电路就是是“与门与门”、“非非门门”、“或门或门”之之类的知识。类的知识。n采用采用PLCPLC控制,控制,往往在采集输入信往往在采集输入信号时,可能需要用号时,可能需要用到继电器。在输出到继电器。在输出控制信号时,还要控制信号时,还要用继电器做用继电器做“功率功率放大放大”-PLC控制控制系统可能包括继电系统可能包括继电器接触式控制系统。器接触式控制系统。Harbin Institute of TechnologyPAGE -8-鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机控控制制图图2 PLC控制的输入输出接线图控制
9、的输入输出接线图图图3 PLC控制的梯形图控制的梯形图主回路(动力回路)主回路(动力回路):大电流通过的部分,大电流通过的部分,包括从电源到电机之间相连的电器元件。包括从电源到电机之间相连的电器元件。控制回路:控制回路:接触器接触器和继电器线圈等小和继电器线圈等小电流线路;电流线路;启动按钮启动按钮停止按钮停止按钮Harbin Institute of TechnologyPAGE -9-电气自动控制技术的新发展电气自动控制技术的新发展新一代新一代电气自动控制技术电气自动控制技术 数控技术是电气自动控制的数控技术是电气自动控制的重要分支重要分支 直接数字控制(直接数字控制(DDCDDC)系统)
10、系统 柔性制造系统(柔性制造系统(FMSFMS)计算机集成制造系统计算机集成制造系统(SIMSSIMS)计算机辅助设计和辅助制造计算机辅助设计和辅助制造 (CAD/CAMCAD/CAM)集散控制系统(集散控制系统(DCSDCS)智能机器人智能机器人 智能制造智能制造现场总线控制系统(现场总线控制系统(FCS)Fieldbus Control System 在计算机网络技术、通信技在计算机网络技术、通信技术和微电子技术的基础上,与术和微电子技术的基础上,与自动控制技术相结合的产物自动控制技术相结合的产物继集散控制系统(继集散控制系统(DCSDCS)后的)后的新一代控制系统新一代控制系统电气控制系
11、统是电气控制系统是FCSFCS中底层网中底层网络的重要组成部分络的重要组成部分Harbin Institute of TechnologyPAGE -10-第一章第一章 电气控制系统常用器件电气控制系统常用器件Harbin Institute of TechnologyPAGE -11-主要内容1.1 电器的基础知识电器的基础知识1.2 接触器接触器1.3 继电器继电器1.4 开关电器开关电器1.5 熔断器熔断器1.6主令电器主令电器1.7信号电器信号电器1.8常用执行器件常用执行器件1.9常用检测仪表常用检测仪表1.10常用安装附件常用安装附件 Harbin Institute of Tec
12、hnologyPAGE -12-l电器电器就是根据外界施加的信号和要求,能手就是根据外界施加的信号和要求,能手动或自动地断开或接通电路,断续或连续地动或自动地断开或接通电路,断续或连续地改变电路参数,以实现对电或非电对象的切改变电路参数,以实现对电或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的电工换、控制、检测、保护、变换和调节的电工器械。器械。l低压电器低压电器通常指工作在交流电压通常指工作在交流电压1200V、直、直流电压流电压1500V以下的电器。以下的电器。1.1 1.1 电器的基础知识电器的基础知识Harbin Institute of TechnologyPAGE -13-电器的
13、分类电器的分类Harbin Institute of TechnologyPAGE -14-常用低压电器的作用常用低压电器的作用Harbin Institute of TechnologyPAGE -15-常用低压电器的类型常用低压电器的类型Harbin Institute of TechnologyPAGE -16-常用低压电器实物常用低压电器实物Harbin Institute of TechnologyPAGE -17-电磁式电器:采用电磁感应原理完成电电磁式电器:采用电磁感应原理完成电器功能的电器器功能的电器电磁式电器组成电磁式电器组成:触点(头)触点(头)电磁机构电磁机构 灭弧装置(
14、部分电器)灭弧装置(部分电器)是对电路的通断起作用的功是对电路的通断起作用的功能性部件能性部件 是保证触点高质量通断及保护是保证触点高质量通断及保护电器安全的保护性部件电器安全的保护性部件电磁式电磁式电器及组成电器及组成Harbin Institute of TechnologyPAGE -18-电磁式电器工作原理电磁式电器工作原理11铁芯铁芯 22线圈线圈 33衔铁衔铁 44静触点静触点55动触点动触点 66触点弹簧触点弹簧 77复位弹簧复位弹簧 (b b)线圈通以交流电的电磁机构)线圈通以交流电的电磁机构电磁式电器工作原理示意图电磁式电器工作原理示意图 (a a)线圈通以直流电的电磁机构)
15、线圈通以直流电的电磁机构电磁吸力电磁吸力uB-B-气隙磁感应强度气隙磁感应强度uS-S-磁极截面积磁极截面积对单相交流电磁机构,加短路环减小噪声和振动对单相交流电磁机构,加短路环减小噪声和振动Harbin Institute of TechnologyPAGE -19-触点(头)触点(头)触点是电器的执行机构,它在衔铁的带动下起接通和触点是电器的执行机构,它在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。分断电路的作用。结构形式:结构形式:触点的接触形式:触点的接触形式:触点的分类:触点的分类:按触点的运动情况:按触点的运动情况:动触点和静触点动触点和静触点 按触点的职能分:按触点的职能分:主触点和辅助
16、触点主触点和辅助触点 按触点的状态可分为:按触点的状态可分为:常开触点和常闭触点常开触点和常闭触点单断点指形触头和双断点桥式触头单断点指形触头和双断点桥式触头点接触、线接触和面接触点接触、线接触和面接触Harbin Institute of TechnologyPAGE -20-作用作用:电磁机构是电磁式低压电器的感测部件,它的作用是将:电磁机构是电磁式低压电器的感测部件,它的作用是将电磁能量转换成机械能量,带动触头动作使之闭合或断开,从电磁能量转换成机械能量,带动触头动作使之闭合或断开,从而实现电路的接通或分断。而实现电路的接通或分断。结构结构:电磁机构电磁机构1Harbin Institu
17、te of TechnologyPAGE -21-吸力特性:吸力特性:电磁机构使衔铁吸合的力与气隙的关系曲线称为吸电磁机构使衔铁吸合的力与气隙的关系曲线称为吸力特性力特性。反力特性:反力特性:电磁机构使衔铁释放(复位)的力与气隙的关系曲电磁机构使衔铁释放(复位)的力与气隙的关系曲线称为反力特性。线称为反力特性。交流电磁机构的吸力特性:交流电磁机构的吸力特性:F与与无关无关直流电磁机构的吸力特性:直流电磁机构的吸力特性:F与与的平方成反比的平方成反比双曲线双曲线吸力和反力的配合:吸合过程和释放过程吸力和反力的配合:吸合过程和释放过程电磁机构的工作原理电磁机构的工作原理Harbin Institu
18、te of TechnologyPAGE -22-反力装置包括:复位弹簧、触点弹簧反力装置包括:复位弹簧、触点弹簧复位弹簧的作用:激磁线圈断电后,利用复位弹簧复位弹簧的作用:激磁线圈断电后,利用复位弹簧的反力将衔铁复位,从而带动触点复位。的反力将衔铁复位,从而带动触点复位。触点弹簧的作用:保证触点在磨损情况下,仍能良触点弹簧的作用:保证触点在磨损情况下,仍能良好的接触。好的接触。图图1-41-4触点弹簧的作用触点弹簧的作用电磁机构的反力装置电磁机构的反力装置Harbin Institute of TechnologyPAGE -23-灭弧装置(灭弧装置(1 1)(2)(2)电弧的危害电弧的危害
19、 a.a.延长了切断故障的时间延长了切断故障的时间;b.b.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;c.c.形成飞弧造成电源短路事故形成飞弧造成电源短路事故;d.d.电弧是造成电器的寿命缩短的主要原因。电弧是造成电器的寿命缩短的主要原因。(1)(1)电弧电弧 开关电器切断电流电路时,触点间电压大于开关电器切断电流电路时,触点间电压大于10V10V,电流,电流超过超过80mA80mA时,触点间会气体放电,时,触点间会气体放电,即电弧。即电弧。产生电弧的根产生电弧的根本原因在于电器触头本身及触头周围的介质中含有大量可被本原因在于电器触头本身及触头周围的介质中含有大量可被
20、游离的电子,当分断的触头间存在足够大的外施电压,而且游离的电子,当分断的触头间存在足够大的外施电压,而且电路电流也达到最小生弧电流时,就会强烈游离而形成电弧。电路电流也达到最小生弧电流时,就会强烈游离而形成电弧。Harbin Institute of TechnologyPAGE -24-如何熄灭电弧:根据上述电弧产生的物理过程可知,欲使电弧如何熄灭电弧:根据上述电弧产生的物理过程可知,欲使电弧熄灭,应设法熄灭,应设法降低电弧温度和电场强度降低电弧温度和电场强度,以加强消电离作用。,以加强消电离作用。当电离速度低于消电离速度,则电弧熄灭。当电离速度低于消电离速度,则电弧熄灭。灭弧装置用途:用于
21、熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。灭弧装置用途:用于熄灭触头分断负载电流时产生的电弧。灭弧原理:灭弧原理:迅速拉长电弧;迅速拉长电弧;冷却和去游离法。冷却和去游离法。常用的灭弧装置有如下几种。常用的灭弧装置有如下几种。1)多断点灭弧)多断点灭弧2)灭弧栅)灭弧栅3)磁吹式灭弧装置)磁吹式灭弧装置4)灭弧罩)灭弧罩-冷却电弧冷却电弧灭弧装置(灭弧装置(2 2)F FHarbin Institute of TechnologyPAGE -25-接触器是用来频繁地、远距离地接通或分断电动机接触器是用来频繁地、远距离地接通或分断电动机主电路或其他负载主电路或其他负载电路电路的自动控制电器。的自动控制电
22、器。用途用途控制电动机的起动、反转、制动和调速等控制电动机的起动、反转、制动和调速等。控制电动机主电路和大电流电路的通断的开关电器。控制电动机主电路和大电流电路的通断的开关电器。分类分类交流接触器、直流接触器交流接触器、直流接触器1.2 1.2 接触器接触器Harbin Institute of TechnologyPAGE -26-线圈通电(线圈通电(5)后)后,在铁芯(在铁芯(6)中产生磁通中产生磁通,由此在衔铁(由此在衔铁(3)气)气隙处产生吸力隙处产生吸力,使衔铁产生闭合使衔铁产生闭合动作动作,带动带动主触点(主触点(1,2)闭合)闭合,接接通主电路通主电路,同时衔铁还带动辅助同时衔铁
23、还带动辅助触点动作触点动作,使原来断开的辅助触使原来断开的辅助触点闭合点闭合,而原来闭合的辅助触点而原来闭合的辅助触点断开。断开。当线圈断电或线圈的电压降低当线圈断电或线圈的电压降低到一定值时,电磁吸力消失或到一定值时,电磁吸力消失或减弱,衔铁在反力弹簧(减弱,衔铁在反力弹簧(4)的)的作用下打开,作用下打开,主、辅触点又恢主、辅触点又恢复到原来的状态复到原来的状态。接触器的工作原理接触器的工作原理Harbin Institute of TechnologyPAGE -27-触头系统:主触点、辅助触点触头系统:主触点、辅助触点 常开触点(动合触点)常开触点(动合触点)常闭触点(动断触点)常闭触
24、点(动断触点)电磁机构:铁心、衔铁,吸引线圈和反作用弹簧电磁机构:铁心、衔铁,吸引线圈和反作用弹簧 灭弧装置:灭弧罩、灭弧栅灭弧、桥式触点灭弧灭弧装置:灭弧罩、灭弧栅灭弧、桥式触点灭弧1 1 1 1结构结构结构结构 交流接触器交流接触器2 2 2 2用途用途用途用途 远距离地频繁地通断交流电路或控制交流电动机的频繁起停。远距离地频繁地通断交流电路或控制交流电动机的频繁起停。Harbin Institute of TechnologyPAGE -28-结构:电磁机构、触头系统和灭弧装置。结构:电磁机构、触头系统和灭弧装置。用途:远距离地频繁地通断直流电路或控制直流电动机的频用途:远距离地频繁地通
25、断直流电路或控制直流电动机的频 繁起停。繁起停。直流接触器直流接触器Harbin Institute of TechnologyPAGE -29-接触器的图形符号和文字符号接触器的图形符号和文字符号Harbin Institute of TechnologyPAGE -30-接触器的技术参数接触器的技术参数额定电压额定电压:主触点的额定电压:主触点的额定电压 交流接触器的额定电压一般为交流接触器的额定电压一般为220V220V、380V380V、660V660V及及1140V1140V 直流接触器一般为直流接触器一般为110V110V、220V220V、440V440V及及660V660V 辅
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- 关 键 词:
- 电气控制 系统 常用 器件
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