可编程控制器的基础知识.ppt

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1、主编及课件制作 祝红芳 人民邮电出版社,高等职业教育机电系列教材,可编程控制器应用技术,第1章 可编程控制器的基础知识,教学目的和要求,通过本章学习，使学生了解几种常用的低压控制电器和保护电器，掌握三相异步电动机的继电接触器典型控制电路,以及按行程、时间等常用控制方式构成的控制电路，它们是分析和构成更为复杂的控制电路的基础。教学手法 根据教学内容的不同，采用“情景导入法”、“问题探究法”、“直观教学法”、“分析归纳法”、“案例分析法”、“案例驱动法”等教学方法。授课重点 本章重点是掌握常用的电机控制基本电路。,授课要点与授课设计,1.1 常用低压控制电器 2学时 1.2 继电接触器控制电路 4

2、学时 1.3*典型机床控制线路举例 实验 常用控制电路 2学时 授课设计:本章首先向学生说明继电接触控制系统在实际中的应用,然后展示一些常用低压控制电器和保护电器,再介绍这些电器的作用、工作原理等，最后讲解常用继电器接触器控制电路。作业:1.1 1.3 1.5 1.7 1.8 1.14 1.15,1.1 常用低压控制电器 1.2 继电接触器控制电路 1.3 典型机床控制线路举例 本章小结,1.1 常用低压控制电器,1.1.1 刀开关 1.1.2 组合开关 1.1.3 按钮 1.1.4 熔断器 1.1.5 交流接触器 1.1.6 热继电器 1.1.7 时间继电器 1.1.8 行程开关 1.1.9

3、 自动空气开关 1.1.10 中间继电器,电器:对电动机和生产机械实现控制和保护的电工设备。电器按其工作电压可分为 低压电器：用于交流1200V以下、直流1500V以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。高压电器：用于交流1200V以上、直流1500V以上的电器产品。,电器按操作方式可分为：手动电器：刀开关、组合开关及按钮等。自动电器：接触器、继电器、熔断器和行程开关等。电器按用途可分为：低压配电电器：刀开关、低压断路器、熔断器等。低压控制电器：接触器、继电器、控制器、按钮等。,作用：主要起隔离电源的作用，或用于手控不频繁地接通或断开带负载的电路。组成：它由闸刀(动触片)、刀座(静

4、触片)、绝缘底板和胶盖等部分组成。如图1-1。常用的闸刀开关有HK1、HK2系列。,1.1.1 刀开关,图1-1 刀开关外形图及符号：,1.1.2 组合开关,作用：常用来作为电源的引入开关，也用来控制小型笼式异步电动机起动、停止、正反转及局部照明。组成：由若干对动触片和静触片，分别装于数层由绝缘材料隔开的胶木盒内。常用的组合开关是HZ10系列，额定电压为交流380V，直流220V，额定电流有10A、25A、60A及100A等多级。,1.手柄2.转轴3.弹簧4.凸轮5.绝缘杆6.绝缘垫板7.动触片8.静触片9.接线柱,图1-2 组合开关外形图、结构示意图及符号：,作用：通常用来接通或断开电流很小

5、的控制电路，从而控制电动机或其它电气设备的运行。组成：它有两对静触点和一对动触点，动触点的两个触点之间是导通的，另外还有按钮帽、复位弹簧等部件。动合触点（也叫常开触点）是指按钮未被按下时就是断开的触点，动断触点（也叫常闭触点）是指按钮未被按下时就是闭合的触点。,1.1.3 按 钮,图1-3 按钮外形图、原理图及符号：,常用的按钮为LA系列，额定电压交流为500V，直流为440V，额定电流一般为5A。由两个按钮组合在一起叫双联按钮。,常开按钮,常闭按钮,作用：最常用的短路保护电器。组成：它主要由熔体（熔片或熔丝）和熔管组成。常用的低压熔断器有RC1A型插入式、RL1型螺旋式、RM10型无填料封闭

6、管式、RT0型有填料管式以及RLS型螺旋式快速熔断器。插入式与螺旋式的结构分别如图(a)、(b)所示,图(c)是熔断器的符号。,1.1.4 熔断器,图1-4 熔断器外形图及符号：,熔体额定电流的选择：（1）照明和电热负载没有电流的冲击，因此所选熔体的额定电流应等于或稍大于被保护设备的额定电流。此时熔断器兼有短路和严重过载保护功能。（2）单台电动机用熔体的额定电流：熔体额定电流电动机起动电流/K K为经验系数，通常取K=2.5，若电动机起动频繁，则取K=2。（3）多台电动机合用的熔断器的选择 熔体额定电流=（1.52.5）最大容量电动机的额定电流+其余电动机的额定电流之和 保护具有冲击电流负载的

7、熔断器只具有短路保护功能。,作用：通常用于接通或切断电动机或其它负载电路。组成及工作原理：交流接触器主要由电磁铁和触点组成。电磁铁包括线圈、静铁心和动铁心，当线圈通电，产生电磁吸力，将动铁心吸合，并带动触点运动，使常闭触点先断开，常开触点后闭合。当线圈断电时，磁力消失，各触点又恢复到原来的位置，其常开触点先断开，常闭触点后断开。,1.1.5 交流接触器,图1-5 交流接触器主要结构图及符号：,CJ10和CJ20系列的交流接触器电磁线圈的额定电压有36V、110V、127V、220V、380V等，主触点的额定电流有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A等。,作用：常用来作为电动

8、机的过载保护。图1-6 热继电器的原理结构图和符号:,热元件 常闭触点,1.推杆 2.双金属片 3.热元件 4.导板 5.常闭触点 6.复位按钮 7.调节旋钮,1.1.6 热继电器,热继电器的工件原理：热继电器的热元件串接在主电路中，常闭触点接在控制电路中。当电动机过载后，通过热元件的电流增加，经过预定的时间，热元件温度升高，双金属片受热而弯曲幅度增大，热继电器脱扣，即常闭触点断开，通过有关控制电路和控制电器的动作，切断电动机的电源而起到保护作用。,作用：时间继电器是一种接受控制信号后,它的触点能够延时动作的自动控制电器,主要用在需要时间顺序进行控制的电路中。组成：通电延时空气式时间继电器主要

9、由电磁系统、微动开关、空气室和传动机构组成。时间继电器有空气式、电磁式及电子式等种类。在继电接触控制电路中用得较多的是空气式时间断电器，它是利用空气的阻尼作用获得动作延时，分为通电延时和断电延时两种。,1.1.7 时间继电器,图1-7 时间继电器的原理结构图:,1.线圈 2.铁心（静铁心）3.衔铁(动铁心)4.复位弹簧5.推板 6.活塞杆7.杠杆 8.塔形弹簧9.弱弹簧 10.橡皮膜11.空气室壁 12.活塞13.调节螺杆 14.进气孔15.微动开关 16.微动开关,图1-8 时间继电器的符号:,1.1.8 行程开关,作用：行程开关也叫位置开关，它是根据生产机械运行部件的位置进行动作的电器。在

10、继电接触控制系统中，行程开关被广泛用来实现自动往复运动控制和终端保护控制等。分类与组成：行程开关有单滚轮式、双滚轮式和推杆式等种类，它有一对常开触点和一对常闭触点，其结构和动作原理与双联按钮相似，不同的是行程开关是利用装在运动部件上的撞块自动撞动的，故行程开关属于自动电器。,滚轮 推杆,图1-9 行程开关的外形图、结构图及符号:,(a)外形图(b)推杆式结构图(c)符号,常用的行程开关有LX19、LXK2等系列。,作用：自动空气开关又称自动空气断路器，简称自动开关，是低压电路中广泛应用的一种控制保护电器。它具有短路、过载和欠压等多种保护。组成：主要有触点系统、机械传动机构和保护装置等。自动空气

11、开关分为DZ和DW两大系列。,1.1.9 自动空气开关,图1-10 自动开关原理结构图及符号:,Q,1.1.10 中间继电器,作用：作为中间环节传递与转换信号，或同时控制多个电路，对小容量电动机（额定电流小于5A）也可代替接触器作接通和切断电源用。组成与工作原理：中间继电器的结构和动作原理与交流接触器相似，也是由电磁铁和触点系统组成，区别是其容量小些，触点数多些（可多达8对），触点无主、辅之分。,图1-11 JZ7系列中间继电器的外形结构图和符号：,线圈 常开触点 常闭触点,选用中间继电器时，主要是根据控制电路的电压和对触点数量的需要来选择线圈额定电压等级及触点数目。,1.2 继电接触器控制电

12、路,1.2.1 控制线路的原理图与接线图 1.2.2 三相异步电动机基本控制线路,1.2.1 控制线路的原理图与接线图,继电接触器控制系统：采用按钮、接触器及继电器等组成的有触点的控制系统。电气图：采用规定的图形和文字符号将继电接触器控制系统表示的图形。电气图中的各种电器和电机等电气元件都用国家标准局规定的图形和文字符号表示。教材中的表 1.1 和 1.2 摘录了一些常用的图形和文字符号。,表 1.1 常用电机电器图形符号（GB4728-2000）,表1.2 电气设备常用基本文字符号(GB/T7159 1987),继电接触器控制系统的电气图一般分为结构图和原理图。结构图中的各种电器及部件按实际

13、位置绘制，通常用于维修及安装。原理图中的各种电器及部件是根据控制的基本原理和要求分别绘在电路图中各个相应的位置，以表明各个电器之间的电路联系，便于分析控制线路的原理。,图1-12 笼式电动机的直接起动控制线路的结构图：,原理图分为主电路和控制电路两部分。主电路是从电源进线到电动机的大电流连接电路，其中有闸刀开关、接触器的主触点、电动机等。控制电路是对主电路进行控制、保护等的小电流电路，其中有接触器线圈及辅助触点、按钮等有关控制电器。,图1-13 笼式电动机直接起动控制线路的原理图：,绘制电路原理图应的原则：（1）主电路和控制电路分开画。同一电器的各个部件（如接触器的电磁线圈、主触点、辅助触点）

14、按其作用分别画在主电路或控制电路中，但必须标注相同的文字符号。（2）所有电器的触点位置按其线圈未通电时的状态绘制，手动电器按未受力时的状态画出，热元件按未动作时的状态绘制。（3）主电路用较粗的线条，画在原理图的左侧或上方；控制电路用细线条画在原理图的右侧或下方。（4）原理图中各电气元件一般均按动作顺序由上而下、从左到右依次绘制。（5）原理图中各电器必须用国家统一规定的图形符号和文字符号绘制。,1.2.2 三相异步电动机基本控制线路,1直接起动控制电路 中、小型三相笼式异步电动机直接起动的控制电路如图。工作过程：起动：合上Q，按下SB2，KM线圈吸合，KM 主触点闭合，电动机运转。KM辅助常开触

15、点闭合，自锁。停转：按下SB1，KM线圈断电，主触点、辅助触点断开，电动机停止。自锁：依靠接触器自身辅助触点而使其线圈保持通电的现象。除去自锁触点，便是电动机的“点动”控制电路。,控制电路的保护功能：熔断器FU起短路保护作用。热继电器FR起过载保护作用。交流接触器KM能实现欠压和失压保护。,2.正反转控制电路 图1-14 异步电动机正反转控制电路：,KMF和KMR分别表示控制正转和反转的交流接触器。正反转控制电路必须确保两个接触器不能同时得电。为此，在电路中将两个接触器中的辅助常闭触点交叉串接到对方线圈回路中实现电气互锁(也叫电气联锁)。互锁：在同一时间里两个接触器只允许一个工作的控制作用。问

16、题：正反转转向变化时操作不便。解决：采用双联按钮。借助双联按钮机械动作的“先断后合”的特点可以实现机械联锁。,图1-14具有双重联锁的异步电动机正反转控制电路：,3行程控制 行程控制：根据生产机械运动部件位置或位移变化，通过行程开关自动接通或断开相应控制回路，使受控对象按控制要求动作的一种控制方式。在继电接触器控制系统中，行程控制被广泛用来实现自动控制和终端保护控制等。,图1-15 行程控制示意图及限位行程控制电路：,图1-16 自动往复行程控制电路：,4时间控制 时间控制：采用时间继电器进行延时的控制。如某些生产机械的控制电路需要按一定的时间间隔来接通或断开，如三相异步电动机的Y换接起动，起

17、动时电动机定子绕组先接成Y形，经过一段时间，待电动机转速上升到接近额定转速时，再换接成形。又如多台电动机按时间顺序起动控制。,图1-17三相笼式异步电动机Y-换接起动控制电路：,电器动作顺序：KM1辅助触点闭合自锁,常闭触点断开互锁 KM1线圈 KM2 不能得电 得电 KM1 主触点闭合 电动机星形降压起动 KM3主触点闭合 按SB2 KM3线圈 得电 KM3辅助触点断开 KT无延时常开触点闭合自锁 KT线圈 KT有延时常闭触点延时断开,KM1失电 得电 KM1的辅助常闭触点闭合使KM2线圈得电 KM2辅助常闭触点断开KM3线圈失电主触点断开 KM3辅助常开触点闭合KM1线圈得电主触点闭合 K

18、M2主触点闭合 电动机三角形全压运行,1.3 典型机床控制线路举例,1.3.1 普通车床电气控制系统 1.3.2 万能铣床电气控制系统,1.3.1 普通车床电气控制系统,1.主要结构 作用：普通车床适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，如车削内外圆柱面、圆锥面、端面及加工各种常用公、英制螺纹，还可以钻孔、扩孔、铰孔、滚花等。组成:主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杠和光杠等部件组成。,图1-18 CA6140 型普通车床外观图：,主轴变速箱 2.床身 3.刀架及溜板 4.尾架 5、7.床腿 6.溜板箱 8.进给箱,2 CA6140 型普通车床控制电路分析 CA6

19、140 车床是普通精度级车床，它的加工范围较广，但自动化程度低，适用于小批量生产及修配车间使用。CA6140普通车床主轴正反转由操作手柄通过双向多片摩擦离合器控制，摩擦离合器还可起到过载保护作用。主轴的快速制动由机械制动实现。为了使刀具快速地接近或退离加工部位，有一快速移动电动机由操作按钮控制。,图1-19 CA6140普通车床电气控制系统原理图:,FU1,表1.3 CA6140普通车床电气控制系统所用电气元件表,冷却泵、刀架电动机起停接触器,（1）CA6140 普通车床的主电路 电源由开关 QS 引入，该开关不宜直接接通或断开负荷。主电机 M1 由接触器 KM1 的3个动合触点控制其运转和停

20、止。由于电机容量不大，故采用直接起动。由于电源进线处已装有熔断器，所以主电机不再装设熔断器作短路保护。冷却泵电动机 M2 和快速移动电动机 M3 分别由接触器 KM2、KM3 的动合触点控制，M2和M3的容量都很小，分别用熔断器 FU1 和FU2 作为短路保护。在3个电动机的主电路中还分别设有 FR1、FR2 和 FR3 作过载保护。,（2）控制电路分析 控制电路由控制变压器 TC 将 380V 交流电压降为 110V 控制电压供电，并由熔断器 FU3 作短路保护。合上电源开关 QS 后控制回路经TC 供电，主电机 M1 由接触器 KM1 控制。按下起动按钮 SB1，接触器 KM1 线圈通电，

21、主电路中 KM1 的 3 个动合主触点闭合主电机 M1 起动，同时 KM1 的一个辅助触点也闭合，实现自锁，保证 M1 在松开按钮 SB1 后能继续运转。按下停止按钮 SB2，接触器 KM1 线圈断电，M1 停止运转。当电动机 M1 过载时，热继电器 FR1 动作，KM1 线圈断电，M1 停止运转。,冷却泵电动机 M2 由接触器 KM2 控制，接通转换开关 SA1,KM2 线圈通电，M2 起动，热继电器 FR2 起过载保护作用。快速移动电动机 M3 由接触器 KM3 控制，由于按钮 SB3 没有自锁，故快速移动电动机 M3 只能手动进行点动，松开 SB3 后 M3 即停止。KM3 线圈回路内接

22、有 KM1 的动合辅助触点，故 M1 和 M3 有联锁，只有 M1 起动后，才能起动快速移动电动机 M3。,（3）照明和信号电路 照明灯由控制变压器 TC 次级 24V 安全电压供电，由转换开关 SA2 控制，熔断器FU6 作短路保护。指示灯由 TC 次级 24V 低压供电，熔断器 FU6 作短路保护，电源开关 QS 接通后指示灯亮表示车床已开始工作。,第1章 小 结,(1)常用的有触点低压控制电器有闸刀开关、组合开关、按钮、接触器、继电器、熔断器、行程开关、自动空气开关等,用这些电器组成的电动机继电接触器控制系统是目前依仍广泛采用的自动控制方式。掌握电器元件的动作原理和表示符号是分析控制电路

23、的基础。(2)电路原理图分为主电路和控制电路两部分。主电路是从电源到电动机的供电电路，其中通过较大的电流；控制电路以及信号、照明等辅助电路中通过的电流较小。原理图中同一电器的各个部件（如接触器的电磁线圈、主触点、辅助触点）可按其作用分别画在主电路或控制电路中，但必须标注相同的文字符号。,(3)异步电动机的基本控制电路有直接起动控制电路（单向起停控制、点动控制）和正反转控制电路等，常用的控制方式有行程控制、时间控制等等。熟悉并掌握它们是阅读控制电路原理图和设计控制电路的基础。自锁和联锁是控制电路中常用的控制方法，必须掌握自锁触点和联锁触点的接法和作用。,(4)动机控制电路应具备的保护功能主要有：

24、短路保护：由熔断器或过流继电器实现。过载保护：由热继电器实现。失压保护：由接触器实现。联锁保护：由联锁辅助触点实现。(5)介绍了几种典型机床电气控制系统。通过对机床电气控制系统的分析，加强知识的综合应用能力。,思 考 题 与 习 题,1.1 闸刀开关和按钮的作用有何差别？1.2 熔断器有何用途？如何选择？1.3 交流接触器有何用途？主要有哪几部分 组 成，各起什么作用？1.4 简述热继电器的主要结构和动作原理。1.5 简述行程开关和按钮的相同之处和不同 之处。1.6 简述空气式时间继电器的延时动作原理。,1.7 指出图1-27 所示异步电动机直接起动控制电路的接线错误。,图1-27 习题 7

25、图,1.8 画出能连续单向运行，又能“点动”的异步电动机的控制电 路，并简述其控制原理。1.9 画出能两地控制同一台电动机直接起动的控制电路。1.12 指出图1-28 异步电动机正反转控制电路的错误，并分析由 此产生的后果。P331.14 根据下列要求，分别绘出控制电路：（1）电动机M1先起动后M2才能起动，M2并能单独停车；（2）电动机M1先起动后M2才能起动，M2并能点动；（3）M1先起动，经过一定延时后M2才能自行起动；（4）M1先起动，经过一定延时后M2自行起动，M2起动后 M1立即停车；（5）起动时，M1起动后M2才能起动。停止时，M2停止后 M1才能停止。1.15 试设计一个运料小车控制电路。要求小车在运料到达目的 地后自动停车，停车30秘后自动返回出发位置，返回出发 位置后自动停车。,本 章 结 束,