低压电器与PLC控制的电动机的点动与连续运行.ppt

低压电器与PLC控制的电动机的点动与连续运行,知识点一、低压电器的基本知识,1、什么是低压电器：在交流电压小于1200V、直流电压小于1500V（也有说交流1000V，直流1200V）的电路中起通断、保护、控制或调节等作用的电气设备。,2、低压电器的常见分类（1）按用途或控制对象：(a)低压配电电器：开关、接触器、熔断器、断路器等。(b)低压控制电器：接触器、继电器等。（2）按照动作方式：(a)自动切换电器：接触器、继电器。(b)非自动切换电器：刀开关、转换开关、按钮。（3）按执行机能：(a)有触头电器：接触器、按钮。(b)无触头电器：接近开关、电子式时间继电器。（4）按工作原理：(a)电磁式电器：交直流接触器、各种继电器。(b)非电量控制电器：压力、速度、温度继电器。,1、低压电器的基本组成：感受机构：以外部信号变化作出反应。电磁系统执行机构：执行电路的通断控制。触头系统和灭弧系统。2、电磁系统的组成：铁心、线圈、衔铁 如图1-1,三、低压电器的触头系统1、触头的材料 银 铜2、触头系统的结构形式（1）桥式触头（2）指式触头,1-2 交流接触器,1、接触器：是一种可以远距离控制的电器。用来接通或分断正常工作状态下的主电路和控制电路。它具有低电压释放保护性能、控制容量大、能远距离控制等优点，在自控系统中应用非常广泛。2、接触器的型号：CJ10、CJ12、CJ10X、CJ20、3TB、3TD等CJ20系列为全国统一新产品。,1-2 交流接触器,3、接触器的组成：（1）触头系统（图1-2）（2）动作机构（3）灭弧装置。,a）产生原因：触头接通电路时存在接触电阻，引起触头温升；触头分断时，由于热电子发射和强电场作用，使气体游离，从而在分断瞬间产生电弧。b）产生后果：使电路延时断开/产生高温烧毁触头。c）灭弧措施：灭弧罩等。,1-2 交流接触器,交流接触器结构图,1-2 交流接触器,4、接触器按其触头通过电流的种类不同，可分为交流接触器和直流接触器。5、接触器的结构原理（图1-3a）（实物展示）,1-2 交流接触器,6、接触器的符号：KM,1-2 交流接触器,7、接触器的应用举例与参数选择（1）一般要求选择类型（交流，直流）（2）触头额定电压（大于或等于负载回路电压），线圈额定电压（必须与控制电路电压一致）（3）主触头的额定电流（大于或等于负载额定电流），线圈额定电压（必须与控制电路电压一致）（4）负载类别（常选AC-3类，对于频繁起制动场合选AC-4类）。,1-2 交流接触器,应用实例分析：一台7.8KW电动机，380V的三相异步电动机通常2A/KW左右，所以电动机的额定电流约为16A。KM额定电流大于16A即可（选CJ20，380V线圈）。,1-2 交流接触器,课内实训项目：接触器触头与线圈的测量与判别。1、观察接触器的主触头、辅助触头（常开、常闭）与线圈；2、用万用表的电阻档R100判断主触头、常开、常闭触头的通断，注意一定要按下与放开接触器，观察表的电阻是否有变化。,作 业,作业：自习低压电器的符号预习：查阅工程实例项目相关知识,三、热继电器,1-3 继电器,双金属片式热继电器,三、热继电器,1-3 继电器,双金属片式热继电器原理示意图,使用与选择,使用：作为电动机的过载保护，注意与熔断器的配合。选择：eRed eR：热继电器热元件的额定电流；ed：电动机的额定电流。,三、热继电器,1-3 继电器,1-4 熔断器,一、熔断器的结构原理及分类熔断器是低压电路及电动机控制电路中用作短路保护的电器，它串联在线路中，当线路或电气设备发生短路（或严重过流）时，熔断器中的熔体首先因电路电流增大而过热熔断，自动切断电路，以保护电气设备。二、熔断器的主要参数额定电压熔体额定电压熔断器额定电流,1-4 熔断器,三、常用的熔断器1、插入式熔断器2、螺旋式熔断器3、封闭管式熔断器4、自复式熔断器5、高分断能力熔断器四、熔断器的应用举例与参数选择对于单台运行的电动机，FU的额定电流选电动机额定电流的倍左右；对于多台运行的电动机，FU的额定电流考虑其他电动机运行时（IN和），最大容量的电动机起动（倍IN）；对于电热设备等FU的选择只要大于负载电流，考虑线路的承受能力即可。上下级配合电流比不小于1.6：1,插入式熔断器,螺旋式熔断器,无填料密封式式熔断器,有填料式密封式熔断器,自恢复熔断器,1-5 低压开关和低压断路器,一、低压开关主要包括刀开关、组合开关、倒顺开关等。主要作用是通断电源。,1-5 低压开关和低压断路器,一：低压开关（一）刀开关:刀开关是一种手动电器，广泛用于配电设备作隔离电源用，有时也用于直接起动小容量的笼型异步电动机。主要包括：开启式负荷开关、封闭式负荷开关。作用：通常在电路中起通断、隔离作用。不能倒装或平装。不能频繁操作，只能通断小负载。型号：HD、HS、HK、HR 刀开关的选择原则：（1）类型、极数、操作方式（2）额定电压大于线路电压（3）额定电流大于线路额定电流。,1-5 低压开关和低压断路器,二、组合开关（转换开关）特点：刀片式转动，操作灵活、，组合方便。与普通刀开关相比，抗振性能好，机床常选用。符号：QS选择（1）适合于小容量电动机起停控制，额定电流为电动机额定电流的3倍。（2）作电源开关，额定电流稍大于电动机额定电流。,（a）外形（b）符号（c)结构,1-5 低压开关和低压断路器,三、低压断路器：低压断路器又称自动开关，是低压配电系统和电力拖动系统中非常重要的电器，具有操作安全、使用方便、工作可靠、安装简单、分断能力高等优点。低压断路器结构：主要由触头、操作机构、脱扣器、灭弧装置等。低压断路器的主要技术参数和类型：主要技术参数：额定电压、额定电流、极数、脱扣器类型、整定电流范围、分断能力、动作时间等。类型：框架式断路器、塑料外壳式断路器、直流快速断路器和限流式断路器等。低压断路器的选择,万能式低压断路器结构图,塑壳式低压断路器原理图,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,电动机的失压保护,1-6 主令电器,主令电器是用来接通和分断控制电路以发号施令的电器。常见的有，按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。,1-6 主令电器,一、按钮按钮是一种手动且可以自动复位的主令电器。结构示意图、图形与文字符号见P.20 图1-19按钮的选择原则（1）根据使用场合，选择控制按钮的种类，如开启式，防水式，防腐式。（2）根据用途，选用合适的形式，如钥匙式，紧急式，带灯式。（3）按控制回路的需要，确定不同的按钮数，如单钮，双钮，三钮，多钮等。（4）按工作状态指示和工作情况的要求，选择按钮及指示灯的颜色。,控制按钮,1-6 主令电器,二、位置开关位置开关:又称行程开关或限位开关，种类很多，按运动形式分为直动式，旋转式，微动式；按触头的性质分为有触头式和无触头式。行程开关:主要用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程。接近开关:又称无触头行程开关，是当运动的金属片与开关接近到一定距离发出接近信号，以不直接接触方式进行控制。,行程开关,接近开关,1-6 主令电器,三、万能转换开关万能转换开关是一种多档位、多触头能控制多回路的主令电器。可用于控制高压油断路器、低压断路器等操作机构的分合闸，各种配电设备中线路的换接、遥控和电流表、电压表的换相测量等；也可用于控制小容量电动机的起动、换相、调速。万能转换开关的结构原理，结构示意图见 图1-22常用型号：常用型号有LW2、LW5、LW6系列，LW2系列用于高压断路器操作回路的控制。LW5、LW6系列多用于电力拖动系统中对线路或电动机实行控制。,万能转换开关,知识点六 交流电动机的基本控制线路,一、三相笼型异步电动机的启动控制线路,启动方式：直接启动(或全压启动)（一）单向直接启动控制线路（二）电动机的点动控制线路 降压启动电动机启动电流Ist为额定电流IN的47倍。,2、线路的保护设置（1）短路保护 FU1 FU2（2）欠压和失压保护优点：第一，防止电源电压严重下降时电动机欠压运行。第二，防止电源电压恢复时，电动机白行启动造成设备和人身事故。第三，避免多台电动机同时启动造成电网电压的严重下降。,基本的点动图a 带转换开关图b 点动和连续图c 利用中间继电器图d,技能训练（一）三相笼型异步电动机点动、长动控制,一、元器件认识 1、熟悉、检查电器元件 2、要求：掌握元器件的文字符号、型号规格二、按图接线要求 按图点动、正转控制电路接线，从刀开关的下端开始自上而下地接线，先接主电路后接控制电路，先串联后并联，先控制点后保护点的接线规律连接，最后接电源进线。,技能训练（一）三相笼型异步电动机点动、长动控制,五、试验过程 1、指导试验操作。2、解决试验过程中存在的问题。3、通电试验。六、小结 1、注意事项强调。2、共性问题的解答。思考题：主电路中若有一相熔体接触不良，会出现什么情况?,1,47,早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于顺序控制，实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC)随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmable controller，略写PC)。为区别于Personal Computer(PC)，故沿用PLC 这个名称。,知识点七 可变程序控制器基础知识,PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。,一、PLC的一般硬件结构,PLC的硬件框图,1、中央处理单元（CPU）CPU主要完成以下功能：1）接收并存储用户程序和数据。2）用扫描的方式接收现场输入设备的状态和数据。3）诊断电源、PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。4）完成用户程序中规定的逻辑运算和算术运算任务。,一、PLC的一般硬件结构,2、存储器 存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息。1）系统程序存储器：用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。2）系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；等存储器。3）用户程序存储区：用户程序存储区存放用户编制的用户程序。,一、PLC的一般硬件结构,3、输入输出（I/O）接口 I/O接口是CPU与现场I/O装置或其它外部设备之间的连接部件。1）输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。2）输出接口电路：采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。,一、PLC的一般硬件结构,一、PLC的一般硬件结构,3、输入输出（I/O）接口,继电器输出型,晶闸管输出型,晶体管输出型（NPN集电极开路）,输入接口电路（直流输入型）,4、电源 PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。PLC中的电源一般有三类：1）+5V、15V直流电源：供PLC中TTL芯片和集成运放使用。2）供输出接口使用的高压大电流的功率电源。3）锂电池及其充电电源。考虑到系统的可靠性以及光电隔离器的使用，不同类型的电源其地线也不同。,一、PLC的一般硬件结构,五、编程器 手持编程器采用助记符语言编程，具有编辑、检索、修改程序、进行系统设置、内存监控等功能。可一机多用，具有使用方便、价格低廉的特点。缺点：不够直观,一、PLC的一般硬件结构,在PLC中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、高级程序设计语言（功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等）。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵和其他基本程序设计语言无法完成的功能。,二、PLC的程序设计语言,1、梯形图（Ladder Diagram）程序设计语言 梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。是在原继电器接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它是目前用得最多的PLC编程语言。注意：梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。常开触点：常闭触点：线圈：注意：它们并非是物理实体，而是“软继电器”。每个“软继电器”仅对应PLC存储单元中的一位。该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、常闭触点断开；状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。,二、PLC的程序设计语言,二、PLC的程序设计语言,2、布尔助记符（Boolean Mnemonic）程序设计语言 布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。类似于计算机汇编语言，用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。助记符语言常用于手持编程器中，梯形图语言则多用于计算机编程环境中。注:PLC的设计和生产至今尚无国际统一标准，不同厂家所用语言和符号也不尽相同。但它们的梯形图语言的基本结构和功能是大同小异的。,三、PLC的工作方式,PLC对用户程序的执行过程是通过CPU的周期循环扫描并采用集中采样、集中输出的工作方式来完成的。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。,四、PLC的主要性能指标及分类,1、PLC的技术性能指标 PLC的技术性能包括一般性能、功能特性（基本单元）、输入性能、输出性能及其它性能。描述一般性能的指标有电源、电源波动、环境温度、环境湿度、抗振动、抗冲击、抗噪声、绝缘耐压、绝缘电阻、接地等。描述功能特性的指标有执行方法、执行速度、程序语言、程序容量等。描述输入性能的指标有输入类型、输入隔离方式、输入电压、输入阻抗、工作电流、响应时间等。描述输出性能的指标有输出类型、输出负荷、响应时间等。其它性能指标有输入输出点数、功耗等。,四、PLC的主要性能指标及分类,按结构形式分类整体式模块式,2、PLC的分类,按功能分类低档机中档机 高档机,按IO点数微型PLC小型PLC中型PLC大型PLC,1高可靠性1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，。2）各输入端均采用滤波器。3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。4）采用性能优良的开关电源。5）对采用的器件进行严格的筛选。6）良好的自诊断功能。7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或由三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。,五、PLC的特点、应用领域和发展趋势,（一）、PLC的特点,2丰富的I/O接口模块3采用模块化结构 4编程简单易学 5安装简单，维修方便,五、PLC的特点、应用领域和发展趋势,（一）、PLC的特点,五、PLC的特点、应用领域和发展趋势,（二）、PLC的应用,运动控制：可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制。过程控制：通过配用AD、DA转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。逻辑控制：可取代传统继电器系统和顺序控制器。如各种机床、自动电梯、装配生产线、电镀流水线、运输和检测等的控制。数据处理 多级控制：利用PLC的网络通信功能模块及远程IO控制模块实现多台PLC之间、PLC与上位计算机的链接，以完成较大规模的复杂控制。,1大型化 强化通信能力和网络化，向下将多个可编程控制站、多个I/O框架相连；向上与工业计算机、以太网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。2高可靠性 在工业控制领域，每年对具有更高可靠性系统产品的需求都在逐年增加，其中绝大多数是受经济利益的驱动所产生的。工厂停机损失所带来的代价是极其昂贵的，而且所造成的生产成本也会随之增加。3适合PLC应用的新模板 随着科技的发展，对工业控制领域将提出更高、更特殊的要求，只有开发PLC新的特殊功能模板来满足这些要求。,五、PLC的特点、应用领域和发展趋势,（三）、PLC的发展趋势,4小型化、低成本、简单易用 重视小型化、低成本、简单易用的PLC的开发，将会进一步扩大PLC的应用领域。5.语言向高层次发展 不断丰富和向更高层次发展PLC的编程语言，以适应更广泛的需求。同时编程工具也应向小型化、通用化和多功能化方向发展。,五、PLC的特点、应用领域和发展趋势,（三）、PLC的发展趋势,知识点八 FP1系列的硬件系统配置,1、FP1系列产品类型和技术性能2、FP1系列主控单元和扩展单元面板3、FP1的内部寄存器及I/O配置,1、FP1系列产品类型和技术性能,FP1系列的产品型号及其含义为：FP1 第1-英文字母：C表示主控单元 E表示扩展单元第2用数字表示I/O点数第3后缀“C”表示带RS232口和时钟/日历FP1的指令功能也很强，共有190多条指令。除能进行基本逻辑运算外，还可进行加、减、乘、除等数学运算。数据处理功能也比较强，除能处理8位、16位数字外，还可以处理32位数字，并能进行多种码制变换。除一般PLC中常用的指令外还有中断和子程序调用、凸轮控制、字符打印以及步进指令等特殊功能指令。由于指令非常丰富，功能极强，故给用户提供了很大方便。FP1系列主控单元的基本技术性能指标见表5-1,2、FP1系列主控单元和扩展单元面板,各部分的名称及功能介绍（图5-1、5-2）,3、FP1的内部寄存器及I/O配置,1)输入、输出继电器和内部继电器可以按“位”寻址，也可以按“字”寻址。按位寻址时，符号为X、Y、R；按字寻址时符号为WX、WY、WR。如：X120即WX12寄存器中的0号位；Y12F即WY12寄存器的F号位。X、Y继电器各有208点，I/O总点数可达416点，但实际上受外部接线端子和主机驱动能力的限制，最多只能连接二级扩展单元（C14或C16只能连一级），扩展至152点（C72型），其余的可作为内部寄存器用。FP1系列的I/O地址分配见表5-4。2)数据寄存器和索引寄存器可作为16位寄存器用，也可作为32位寄存器连用。当作为32位寄存器时，应将相邻的两个数据寄存器作为一组。3)另外还有些寄存器是作为系统设置用的，称系统寄存器，一般用来存放各种重要信息和参数，以保证PLC能正常工作。,知识点九 基本顺序指令,一、ST、ST/和OT指令二、“/”非指令三、AN和AN/指令四、OR和OR/指令五、ANS指令六、ORS指令七、PSHS、RDS、POPS指令八、DF和DF/指令九、SET、RST指令十、KP指令十一、NOP指令,一、ST、ST/和OT指令,1.指令功能ST：常开触点与母线相连接，开始一个逻辑运算。ST/：常闭触点与母线相连接，开始一个逻辑运算。每个逻辑行都必须以ST或ST/指令开始。OT：线圈驱动指令，将逻辑运算的结果输出。2.程序举例,二、“/”非指令,指令“/”的功能：将该指令处的运算结果取反。如下图：当X0接通时，Y0接通。当X0断开时，Y1接通。当X0断开时，Y1接通,三、AN和AN/指令,1.指令功能AN：串联常开触点指令，指令的操作数是单个逻辑变量。AN/：串联常闭触点指令，指令的操作数是单个逻辑变量。2.程序举例,四、OR和OR/指令,1.指令功能OR：并联常开触点指令，指令的操作数是单个逻辑变量。OR/：并联常闭触点指令，指令的操作数是单个逻辑变量。2.程序举例,五、ANS指令,指令ANS功能：将两个逻辑块相串联，以实现两个逻辑块的“与”运算。该指令助记符后面没有操作数。,六、ORS指令,指令ORS功能：将两个逻辑块相并联，以实现两个逻辑块的“或”运算。该指令助记符后面没有操作数。,七、PSHS、RDS、POPS指令,PSHS：将某一操作结果放入堆栈暂存。RDS：读出由PSHS指令存储的结果。POPS：读出并清除由 PSHS指令存储的结果。,八、DF和DF/指令,DF：上升沿微分指令，输入脉冲上升沿使指定继电器接通一个扫描周期，然后复位。DF/：下降沿微分指令，输入脉冲下降沿使指定继电器接通一个扫描周期，然后复位。,九、SET、RST指令,SET：置位指令，强制接点接通。RST：复位指令，强制接点断开,十、KP指令,指令KP功能：相当于一个锁存继电器，当置位触发信号接通时，使输出接通并保持。当复位触发信号接通时，使输出断开。,十一、NOP指令,指令NOP功能：空操作,技能训练二 PLC控制电动机点动、长动,一、训练目的 二、训练设备 三、训练内容 四、训练报告要求五、对本次课作小结,一、训练目的,1、熟悉常用指令的功能和使用方法。2、初步掌握根据控制要求编制、调试程序的基本方法。3、用PLC控制电动机点动和长动。,二、训练设备,FP1-C24或以上机型1台 计算机 1台 开关板 接触器 继电器 电动机 连接导线若干,三、训练内容,1、控制要求：电动机既能点动控制，又能连续控制。2、I/O（输入输出口）分配 输入输出 按照前面所讲电路后三种分配输入、输出。3、按梯形图输入程序。4、调试并运行程序。,三种方法梯形图,四、训练报告要求,1、写出调试好程序（梯形图、指令表及注释）2、程序编制、调试中出现的问题及分析、处理方法。3、本次训练的认识和体会,对学生的要求,1、自习低压电器的符号1-1、1-2。2、查阅工程实例项目相关知识。3、电动机单向开关控制起动与接触器控制线路比较。4、电动机控制电路一般保护有哪些？5、可编程控制器硬件的基本组成及各部分功能。6、可编程控制器的几种程序设计语言及各自特点。7、简述可编程控制器的工作原理，如何理解可编程控制器的循环扫描工作过程？8、可编程控制器的主要特点有哪些？9、要求学生到网上搜索PLC的相关知识。10、要求学生到网上或图书馆查阅FP1PLC的相关资料。,