电器自动控制.ppt

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1、第7章 电气自动控制,制作者：,淮北师范大学 杨保华,*第7章 电气自动控制,7. 1 常用低压电器,7.2 电气自动控制线路,7.3 可编程控制器,本章要求： 1.了解常用低压电器的结构、功能和用途。 2. 掌握自锁、联锁的作用和方法。 3. 掌握过载、短路和失压保护的作用和方法。 4. 掌握基本控制环节的组成、作用和工作过 程。能读懂简单的控制电路原理图、能设 计简单的控制电路。 5.了解PLC的结构、工作原理和编程方法,应用电动机拖动生产机械，称为电力拖动。利用继电器、接触器实现对电动机和生产设备的控制和保护，称为继电接触控制。,本章主要介绍几种常用的低压电器，基本的控制环节和保护环节的

2、典型线路。,*第7章 电气自动控制,实现继电接触控制的电气设备，统称为控制电器，如刀闸、按钮、继电器、接触器等。下面介绍常用控制电器的用途及电工表示符号。,7.1 常用低压电器,7.1.1 组合开关,组合开关又称转换开关，由数层动、静触片组装 在绝缘盒而成的。动触点装在转轴上，用手柄转动 转轴使动触片与静触片接通与断开。可实现多条线 路、不同联接方式的转换。下图为用转换开关 实现三相电动机起停控制的接线图。,转换开关中的弹簧可使动、静触片快速断开，利 于熄灭电弧。但转换开关的触片通流能力有限，一 般用于交流380V、直流220V，电流100A以下的电路中做电源开关。,图 7.1.1 用组合开关

3、起停电动机的接线图,7.1.2 按钮(手动切换电器),(b) 结构,按钮常用于接通和断开控制电路。,按钮的外形图和结构如图所示。,按钮开关的外形和符号,(a) 外形图,动画,交流接触器的外形与结构,7.1.3 接触器,用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。,(a) 外形,(b) 结构,7. 1.3 接触器,用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。,线圈,辅助触点,铁心,衔铁,电源,电机,主触点,常闭,常开,动画,弹簧,符号,用于主电路 流过的大电流 (需加灭弧 装置),用于控制电路流过的小电流 (无需加灭弧装置),属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示,接触器技术指标：额定工作电压、电

4、流、触点数目等。,常用的交流接触器有CJ10、CJ12、CJ20和3TB等系列。,7.1.4 继电器,继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。 主要区别在于： 接触器的主触点可以通过大电流； 继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路中。,1. 电流及电压继电器,电流继电器：可用于过载或过载保护， 电压继电器：主要作为欠压、失压保护。,2. 中间继电器,中间继电器触头容量小，触点数目多，用于控 制线路。,通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可 直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。,(a) 外形,中间继电器外形与符号,3. 时间继电器,是从得

5、到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后才动作的继电器。适用于定时控制,直流电磁式结构图,阻尼铜套,衔铁,工作原理：当衔铁未吸合时，磁路气隙大，线圈电感小，通电后激磁电流很快建立，将衔铁吸合，继电器触点立即改变状态。而当线圈断电时，铁心中的磁通将衰减，磁通的变化将在铜套中产生感应电动势，并产生感应电流，阻止磁通衰减，当磁通下降到一定程度时，衔铁才能释放，触头改变状态。因此继电器吸合时是瞬时动作，而释放时是延时的，故称为断电延时。,(1)直流电磁式 时间继电器,a) 通电延时继电器,b) 断电延时继电器,延时继电器的外形与结构,(a) 外形,(2) 空气式延时继电器,通电延时的空气式时

6、间继电器结构示意图,微动开关2,微动开关1,(2) 空气式时间继电器,断电延时的空气式时间继电器结构示意图,常闭 延时闭合,常闭 延时断开,空气式时间继电 器的延时范围大 (有 0.4 60 s 和 0.4 180s两种)。 结构简单，但准 确度较低。,时间继电器的型号有JS7-A和JJSK2等多种类型。,7. 1.5 热继电器,用于电动机的过载保护。,热继电器外形与结构,(a) 外形,(b) 结构,发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，常闭触点断开。,发热元件,杠杆,7.1.5 热继电器,工作原理,结构原理图,双金属片

7、,常闭触头,用于电动机的过载保护。,动画,7.1.6 熔断器,熔断器额定电流IF的选择,(1) 电灯、电炉等电阻性负载,IF IL,(3) 频繁起动的电机,(2) 单台电机,用于低压线路中的短路保护。,常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断 器、管式熔断器和有填料式熔断器。,用于自动往复控制或限位保护等。,7. 1.7 行程开关(限位开关),(b)示意图,结构与按钮类似，但 其动作要由机械撞击。,(a)外形图,行程开关的外形符号,可实现短路、过载、失压保护。,7.1.8 自动空气断路器(自动开关),锁钩,主触点 手动闭合,衔铁释放,动画,自动空气断路器原理图,连杆装置,释放弹簧,继电接触控制线

8、路由一些基本控制环节组成，下面介绍继电接触控制线路的绘制。,在电工技术中所绘制的控制线路图为原理图，它不考虑电器的结构和实际位置，突出的是电气原理。,电器自动控制原理图的绘制原则及读图方法：,1. 按国家规定的电工图形符号和文字符号画图。,2. 控制线路由主电路(被控制负载所在电路) 和控制电路 (控制主电路状态)组成。,3. 属同一电器元件的不同部分(如接触器的线圈和 触点)按其功能和所接电路的不同分别画在不同 的电路中，但必须标注相同的文字符号。,4. 所有电器的图形符号均按无电压、无外力作用下 的正常状态画出，即按通电前的状态绘制。,5. 与电路无关的部件(如铁心、支架、弹簧等) 在控

9、制电路中不画出。,分析和设计控制电路时应注意以下几点：,使控制电路简单，电器元件少，而且工作又要准 确可靠,(2) 尽可能避免多个电器元件依次动作才能接通另一 个电器的控制电路。,(3) 必须保证每个线圈的额定电压，不能将两个线圈 串联。,1.鼠笼式电动机直接起动的控制线路,(a)结构图,7.2电气自动控制线路,主电路,控制电路,7.2 鼠笼式电动机直接起动的控制线路,(1) 电路,动画,(b)原理图,控制电路,一、直接起动,电动机的保护,过载保护,短路保护,零压、欠压保护,主电路,控制电路,电动机的保护,短路保护是因短路电流会引起电器设备绝缘 损坏产生强大的电动力，使电动机和电器设备产 生机

10、械性损坏，故要求迅速、可靠切断电源。通 常采用熔断器 FU和过流继电器等。,欠压是指电动机工作时，引起电流增加甚至 使电动机停转，失压(零压)是指电源电压消失而 使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能 自动重新起动(亦称自起动)，易造成人身或设备 故障。常用的失压和欠压保护有：对接触器实行 自锁；用低电压继电器组成失压、欠压保护。,过载保护是为防止三相电动机在运行中电流 超过额定值而设置的保护。常采用热继电器FR 保护，也可采用自动开关和电流继电器保护。,KM,合上开关Q,起动,(2) 控制原理,KM辅助触点闭合自锁。,按下起动按钮SB2 , KM线圈通电，,通电,转动,动画,合上开关Q,

11、(2) 控制原理,松开起动按钮SB2,利用自身辅助触点，维持线圈通电的作用称自锁,自锁,(2) 控制原理,主电路,FR,FU,Q,Q,转动,停车,(2) 控制原理,转动,停车,停转,去掉KM辅助触点, 实现点动控制。,2. 既能长期工作又能点动的控制电路,按下起动按钮，电动机运转，松开起动按钮 ， 电动机停转。,点动按钮SB3的作用：,(1) 使接触器线圈KM通电； (2) 使线圈KM不能自锁。,复合按钮,2. 既能长期工作又能点动的控制电路,后闭合,先断开,按下SB3,闭合,电机运转,点动时：,自锁触点不起作用,通电,先断开,后闭合,断开,断电,2. 既能长期工作又能点动的控制电路,松开SB

12、3,2. 既能长期工作又能点动的控制电路,松开SB3,电机停转,实现点动,用途:试车、检修以及车床主轴的调整等。,SB,KM1,FR1,例：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止： 起动时: M1起动后 M2才能起动； 停车时: M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？,停止：,断电,断电,断开,断开,7.2.2 鼠笼式电动机正反转的控制线路,将电动机接到电源的任意两根线对调一下， 即可使电动机反转。,需要用两个接触器来实现这一要求。 当正转接触器工作时，电动机正转； 当反转接触器工作时，将电动机接到电

13、源的任 意两根联线对调一下，电动机反转。,SBF和SBR决不允许同时按下，否则造成电源两相短路。,正反转的控制线路,3,M,FR,FU,正转触点,KMR,动画,KMF,KMF,.,KMR,FR,Q,KMF,正转接触器,正转按钮,正反转控制电路必须保证正 转、反转接触器不能同时动作。,反转接触器,反转按钮,反转触点,按下SBF,SB,KMF,在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为“联锁”。,“联锁”触点,利用接触器的触点实现联锁控制称电气联锁。,缺点： 改变转向时必须先按停止按 钮。,解决措施：在控制电路中加入机械连锁。,KMR,SBF,KMF,KMF,SBR,KMR,KMR

14、,.,.,.,.,.,通电,断开,断电,闭合,利用复合按钮的触点实现联锁控制称机械联锁。,鼠笼式电动机正反转的控制线路,KMF,KMF,SBR,SB,KMR,SBF,KMF,KMR,KMR,KMF,KMF,SBR,SB,KMR,SBF,KMF,KMR,KMR,当电机正转时， 按下反转按钮SBR,先断开,断电,闭合,通电,断开,闭合,闭合,电机反转,KM1,FU,Q,KM2,M1,M2,3,3,.,SB,SB1,KM1,KM1,SB2,KM2,KM2,按SB1,通电,闭合,再按SB2,闭合,通电,闭合,闭合,1. 控制顺序：M1起动后M2才能起动。M2既不能单独起动，也不能单独停车。,7.2.3

15、. 电机的顺序控制,.,.,.,.,动画,M1 3,两电机各自 要有独立的 电源；这样 接，主触头 (KM1)的负 荷过重。,KM1,KM2,SB,KM2,SB,KM1,FR1,KM1,例1：两条皮带运输机分别由两台鼠笼异步电动机拖动，由一套起停按钮控制它们的起停。为避免物体堆积在运输机上，要求电动机按下述顺序起动和停止： 起动时: M1起动后 M2才能起动； 停车时: M2停车后M1才能停车。应如何实现控制？,起动：,通电,通电,闭合,闭合,7.2.4 行程控制,自动往返运动：,1. 能正向运行也能 反向运行 2. 到位后能自动返 回,行程控制：,控制某些机械的行程，当运动部件到达一定行程位

16、置时利用行程开关进行控制。,STa,STb,1,2,按SBF时,(其常闭断开， 常开闭合),KMF断电,KMR通电,行程开关,自动往返运动：,挡块,动画,7.2. 5 时间控制,1. Y 换接起动控制线路,Y接法,接法,动画,通电,通电,通电,断电,通电延时 继电器,通电延 时断开,复合 按钮,起动过程：,按SB2,KM1通电,KM2断电,绕组Y接,KM1接通电源 KM2绕组联接 KM3绕组Y联接,常闭断开,常闭延时断开,电动机Y接起动,通电瞬 时闭合,KM1接通电源 KM2绕组联接 KM3绕组Y联接,松开SB2, 电机仍处于Y 接起动状态。,KM1接通电源 KM2绕组联接 KM3绕组Y联接,

17、通电延时 继电器,通电延 时断开,KM1断电,常开断开,常闭闭合,当 KT 常闭触 点延时断开时,断电,复合 按钮,KM1接通电源 KM2绕组联接 KM3绕组Y联接,通电,通电,SB1,SB2,KT,KM1,KM3,KM2,KM3,KM1,KM1,KT,KM2,KT,KM2,通电,断电,通电延时 继电器,通电延 时断开,复合 按钮,断电,通电,断电,通电,电机接运行,2. 鼠笼式电动机能耗制动控制线路,断电延时 继电器,直流电源,断电延时断开,动画,正常运行：,按SB2,常开闭合 自锁,常闭断开,KT通电, 常开闭合,KM1接通电机电源 KM2接通直流电源制动开始 KT控制切断直流电源时间,断

18、电延 时断开,通电,通电,断电,断电延时 继电器,KM1接通电机电源 KM2接通直流电源制动开始 KT控制切断直流电源时间,通电,通电,断电,断电延 时断开,制动时：,按SB1,KM1主触点断开,常开断开,常闭闭合,断电,KM1接通电机电源 KM2接通直流电源制动开始 KT控制切断直流电源时间,断电延 时断开,通电,断电,KM1接通电机电源 KM2接通直流电源制动开始 KT控制切断直流电源时间,常闭闭合,常开断开,KT触点断开,断电延 时断开,断电,正反转控制线路,下图所示的鼠笼式电动机正反转控制线路中 有几处错误，请改正之。,7.2.6 速 度 控 制,1. 速度继电器,速度继电器是利用转轴

19、的一定转速来切换电路的自动电器,7.3可编程控制器,7.3.1. 可编程序控制器概述 可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称为PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件。国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义是：“PLC 是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”,7.3.2 PLC的结构

20、和基本原理 PLC 是一种以微处理器为核心的专用于工业控制的特殊计算机，其硬件配置与一般微型微计算机类似，如图7.4.1所示。虽然 PLC 的具体结构多种多样，但其基本结构相同，即主要由中央处理单元（CPU）、存储单元、输入单元、输出单元、电源及编程器等构成。,7.3.2 可编程序控制器的工作原理,一、PLC 的软件,PLC 系统由软件系统和硬件系统共同构成。PLC 软件系统分为系统程序和用户程序两大类。系统程序含系统的管理程序、用户指令的解释程序，另外还包括一些供系统调用的专用标准程序模块等。系统管理程序完成机内运行相关时间分配、存储空间分配及系统自检等工作。用户指令的解释程序完成用户指令变

21、换到机器码的工作。系统程序在用户使用PLC 之前就已经装入机内，并永久保存，在各种控制工作中不需要做调整。用户程序是用户为达到某种控制目的，采用 PLC 厂家提供的编程语言编写的程序，是一定控制功能的表述。同一台 PLC 用于不同的控制目的时就需要编制不同的用户程序。用户程序存入 PLC后，如需改变控制目的，还可以多次改写。,1. PLC 的编程语言,（1）梯形图编程语言（Ladder Diagram）。,0 LD X0 与母线相连 1 LD Y0 与母线相连 2 ANI X0 串联 X0动断触点 3 ORB 并联 Y0、 X0组成的块 4 ANI X1 串联X1动断触点 5 OUT Y0 驱动指令 7 ANI T0 串联T0动断触点 8 OUT T0 驱动T0线圈（3步） SP K20 设定延时时间 11 LD X2 与母线相连 12 SET M0 使M0置1 （b）指令表程序 图7.3.4 梯形图和指令表程序,（2）指令表编程语言（Instraction List） （3）顺序功能图编程语言（Sequential Function Chart） （4）逻辑图编程语言（Logic Chart） （5）高级语言编程语言。,进入第8章,