PLC低压电器.docx

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PLC低压电器

第1节低压电器的基本知识

1、低压电器的分类:

1．按用途和控制对象不同，可将低压电器分为配电电器和控制电器。

用于电能的输送和分配的电器称为低压配电电器，这类电器包括刀开关、转换开关、空气断路器和熔断器等。

用于各种控制电路和控制系统的电器称为控制电器，这类电器包括接触器、起动器和各种控制继电器等。

2．按操作方式不同，可将低压电器分为自动电器和手动电器。

通过电器本身参数变化或外来信号（如电、磁、光、热等）自动完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为自动电器。

常用的自动电器有接触器、继电器等。

通过人力直接操作来完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为手动电器。

常用的手动电器有刀开关、转换开关和主令电器等。

3．按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器

电磁式电器是依据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、各类电磁式继电器等。

非电量控制电器的工作是靠外力或某种非电量的变化而动作的电器，如行程开关、速度继电器等。

二、电磁式电器

1.电磁机构——将电磁能转换为机械能并带动触头动作。

铁芯

组成衔铁

线圈

原理：

线圈通入电流，产生磁场，经铁芯、衔铁和气隙形成回路，产生电磁力，将衔铁吸向铁芯。

2.短路环——减小衔铁吸合时产生的振动和噪音。

3.触头系统——通过触头的开合控制电路通、断。

材料：

一般采用铜材料制成；对于小容量电器常用银质材料制成。

3.灭弧系统

电弧：

开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。

电弧的危害：

延长了切断故障的时间；

高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏；

形成飞弧造成电源短路事故。

灭弧措施：

吹弧、拉弧、长弧割短弧、多断口灭弧、利用介质灭弧、改善触头表面材料。

第二节开关电器

一、刀开关

作用：

隔离电源，不频繁通断电路

分类：

按刀的级数分:

单极、双极和三极；

按灭弧装置分：

带灭弧装置和不带灭弧装置；

按刀的转换方向分为：

单掷和双掷；

按接线方式分为：

板前接线和板后接线；

按操作方式分为：

手柄操作和远距离联杆操作；

按有无熔断器分：

带熔断器和不带熔断器。

1.开关板用刀开关（不带熔断器式刀开关）

作用：

不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。

结构图和符号：

如图一

2.带熔断器式刀开关——用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。

（图二）

3.负荷开关

（1）开启式负荷开关

用途：

作不频繁带负荷操作和短路保护用。

结构：

由刀开关和熔断器组合成。

瓷底板上装有进线座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头，工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。

分类：

单相双极和三相三极两种。

（2）封闭式负荷开关（铁壳开关）

作用：

手动通断电路及短路保护。

二、组合开关（转换开关）

结构：

静触头一端固定在胶木盒内，另一端伸出盒外，与电源或负载相连。

动触片套在绝缘方杆上，绝缘方轴每次作90°正或反方向的转动，带动静触头通。

特点：

结构紧凑，安装面积小，操作方便。

用途：

电源的引入开关；通断小电流电路；控制５ＫＷ以下电动机。

塑壳式低压断路器原理图

三、低压断路器

功能：

不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失压时自动分断电路。

特点：

操作安全，分断能力较高。

分类：

框架式（万能式）和塑壳式（装置式）

结构：

触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。

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

第3节接触器

接触器主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制电路，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制及各种定量控制和失压及欠压保护。

1、交流接触器:

1．结构:

触头系统：

主触头、辅助触头、常开触头（动合触头）、常闭触头（动断触头）

电磁系统：

动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧

灭弧系统：

灭弧罩及灭弧栅片灭弧

2、直流接触器：

用途：

远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。

结构：

电磁机构、触头系统和灭弧装置。

工作原理：

与交流接触器基本相同。

第4节继电器

继电器是根据一定的信号（如电流、电压、时间和速度等物理量）的变化来接通或分断小电流电路和电器的自动控制电器。

作用：

控制、放大、联锁、保护和调节

分类：

按用途分：

控制和保护继电器

按动作原理分：

电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式

按输入量分：

电流、电压、时间、速度、压力

按动作时间分：

瞬时、延时继电器

特点：

额定电流不大于5A

1、电流继电器：

特点：

线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。

分类：

过电流继电器、欠电流继电器。

主要技术指标：

动作电流Ｉq：

使电流继电器开始动作所需的电流值；

返回电流Ｉf：

电流继电器动作后返回原状态时的电流值；

返回系数Ｋf：

返回值与动作值之比，Ｋf＝Ｉf/Ｉq。

2、电压继电器

欠电流继电器

过电流继电器

特点：

线圈并联在电路中，匝数多，导线细

分类：

过电压继电器和欠电压继电器

欠电压继电器

过电压继电器

结构原理：

与电流继电器类似

3、中间继电器

中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。

但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。

另外其触头的额定电流较大。

4、热继电器

作用：

电动机的过载保护

结构：

由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。

第5节熔断器

作用：

短路和严重过载保护

应用：

串接于被保护电路的首端

优点：

结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻

第6节主令电器

主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控制电路的电器。

常用来控制电力拖动系统中电动机的起动、停车、调速及制动等。

行程开关又称位置开关或限位开关。

它的作用与按钮相同，只是其触点的动作不是靠手动操作，而是利用生产机械某些运动部件上的挡铁碰撞其滚轮使触头动作来实现接通或分断电路的。

FU1

3～

FU2

主电路短路保护

控制电路短路保护

主电路

FU2

控制电路

电气控制与PLC

通过开关、按钮、继电器、接触器等电器触点的

接通或断开来实现的各种控制叫做电气控制。

作用是实现对电力拖动系统的起动、调速、反转

和制动等运行性能的控制；实现对拖动系统的保

护。

典型的控制环节有点动控制、单向自锁运行控制、正反转控制、行程控制、时间控制等。

第1节电气控制系统图的基本知识

电气控制线路:

由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等按不同连接方式组合而成的。

电气控制线路的作用：

实现对电力拖动系统的启动、正反转、制动、调速和保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。

电气互连图：

表明了电器设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，是实际安装接线的依据。

1、单向旋转控制：

（1、电气原理图：

如图）

工作原理：

启动：

按下起动按钮SB→接触器KM线圈

得电→KM主触头闭合→电动机M启动运行。

停止：

松开按钮SB→接触器KM线圈失电→KM

主触头断开→电动机M失电停转。

2、接触器自锁控制：

（电气原理图如图一，短路保护FU1、FU2；过载保护FR）

3、

连续与点动混合控制（电气原理图如图二，点动控制：

SA断开；连续控制SA闭合）

图一

热继电器热元件

自锁

触点

热继电器常闭触点

图二

SB1

SB2

FU1

SB2

SB1

FU2

SB3

SB1

SB4

SB2

图一的工作原理：

将刀开关QS闭合，按下启动按钮SB2，使线圈KM通电吸引KM的主触头闭合，同时KM的常开辅助触头也闭合，KM主触头闭合使电动机M得电，开始启动运行，并联于SB2的KM常开辅助触头闭合时，即使松开按钮SB2，KM线圈任然保持通电，维持闭合状态，带动电机转动；若需要停止电动机，只需断开刀开关或按下停止按钮SB1即可。

图二的工作原理：

将刀开关QS闭合，闭合开关SA，按下启动按钮SB1，使线圈KM通电吸引KM的主触头闭合，同时KM的常开辅助触头也闭合，KM主触头闭合使电动机M得电，开始启动运行，并联于SB1的KM常开辅助触头闭合时，即使松开按钮SB1，KM线圈任然保持通电，维持闭合状态，带动电机连续转动；若需要停止电动机，只需断开刀开关或按下停止按钮SB2即可。

如果需要点动控制电机则只需断开开关SA，再按按钮SB1即可实现点动。

4、

顺序启动同时（逆序）停止控制

FU1

KM1

KM2

FR1

FR2

主电路

控制回路

KM2

KM1

KM2

注：

若取掉圈里的KM2开关，则为顺序启动同时停止；若加上圆圈里的KM2开关，则为顺序启动逆序停止。

工作原理:

将刀开关QS闭合，按下启动按钮SB1，使线圈KM1通电吸引KM1的主触头闭合，同时KM1的常开辅助触头也闭合，KM1主触头闭合使电动机M1得电，开始启动运行，并联于SB1的KM1常开辅助触头闭合时，即使松开按钮SB1，KM1线圈任然保持通电，维持闭合状态，带动电机M1转动；此时按下启动按钮SB2，使线圈KM2通电吸引KM2的主触头闭合，同时KM2的常开辅助触头也闭合，KM2主触头闭合使电动机M2得电，开始启动运行，并联于SB2的KM2常开辅助触头闭合时，即使松开按钮SB2，KM2线圈任然保持通电，维持闭合状态，带动电机M2转动，从而实现电机M1和M2的顺序启动，若需要停止电动机M1和M2，只需断开刀开关或按下停止按钮SB3或热开关FR即可。

（增加圈里的KM2常开辅助触点后，启动程序不变，停止电机转动时，先按下停止按钮SB4，再按下停止按钮SB3，可实现电机的逆序停止）

5、多地启动控制电路：

（如图三）

6、按钮控制正反转控制电路：

（如图四）

L1L2L3

FU1

FU2

SB1

SB2

SB3

SB4

SB5

SB6

SB7

图三

L1L2L3

FU1

KM1

KM2

SB3

SB1

KM1

KM2

KM1

KM2

KM1

SB2

KM2

图四

接触器联锁

图三的工作原理：

将刀开关QS闭合，在不同的地点按下启动按钮SB2、SB3、SB4中的任意一个均可使线圈KM通电吸引线圈KM的主触头闭合，同时KM的常开辅助触点也闭合，KM主触头闭合使电动机M通电开始启动运行，并联于SB2（SB3、SB4）的KM常开辅助触头闭合时，即使松开按钮SB2（SB3、SB4），KM线圈任然保持通电，维持闭合状态，带动电机转动；若需要停止电动机，只需断开刀开关或在不同的地点按下停止按钮SB5、SB6、SB7中的任意一个即可停止电机转动。

图四的工作原理：

合上电源刀开关QS，当按下正转开关SB1时KM1线圈得电，KM1的常开辅助触头闭合，常闭辅助触头断开形成自锁，主触头KM1闭合，使电动机正向启动并运转；当按下反转开关SB2时，KM2线圈得电，KM2的常开辅助触头闭合，常闭辅助触头断开形成自锁，主触头KM2闭合，使电动机反向启动并运转；若同时按下按钮SB1、SB2，则常闭辅助触头KM1、KM2都会断开，此时电机不会转动。

PLC概述

传统的生产机械自动控制装置→继电器控制系统

优点→结构简单、价格低廉、容易操作。

缺点→体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠性及灵活性差。

应用→比较适用于工作模式固定，控制逻辑简单等工业应用场合。

PLC的定义：

可编程逻辑控制器（PLC）→可编程控制器（PC）

PLC的功能：

控制功能；

数据采集、存储与处理功能；

输入/输出接口调理功能；

通信、联网功能；

人机界面功能；

编程、调试等

PLC的特点：

高可靠性；

丰富的I/O接口模块；

采用模块化结构；

运行速度快；

功能完善；

编程简单，易于使用；

系统设计、安装、调试方便；

维修方便，维修工作量小；

总价格低

PLC控制系统与电器控制系统的区别：

①控制方法上：

硬：

软

②工作方式上：

并行工作方式：

串行工作方式

③控制速度上：

速度快：

慢

④定时和计数控制上：

精度低：

高

⑤可靠性和可维护性上：

可靠性低：

高

PLC的基本组成：

是一种以微处理器为核心的、用于控制的特殊计算机

PLC的基本组成包括硬件与软件两部分：

PLC的硬件：

中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等

PLC的软件：

系统程序和用户程序

系统程序是完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。

用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序。

它是由PLC控制对象的要求而定的。

编程器的作用：

是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。

它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。

根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。

整体式PLC将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。

模块式PLC将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。

PLC程序设计基础

1.起动、保持、停止电路

起动、保持和停止电路（简称为“起保停”电路），其梯形图和对应的PLC外部接线图如下：

2、梯形图的正误对比：

认识正确的梯形图，合理安排位置，

确认梯形图正确，避免一些小错误。

系统提供3种定时指令：

TON、TONR和TOF。

TON，接通延时定时器指令。

用于单一间隔的定时。

TONR，有记忆接通延时定时器指令。

用于对许多间隔的累计定时。

定时器的工作原理是：

使能输入有效后，当前值PT对PLC内部的时基脉冲增1计数，当计数值大于或等于定时器的预置值后，状态位置1。

其中，最小计时单位为时基脉冲的宽度，又为定时精度；从定时器输入有效，到状态位输出有效，经过的时间为定时时间，即：

定时时间=预置值×时基。

当前值寄存器为16bit，最大计数值为32767，由此可推算不同分辨率的定时器的设定时间范围。

CPU22X系列PLC的256个定时器分属TON（TOF）和TONR工作方式，以及3种时基标准。

可见时基越大，定时时间越长，但精度越差。

通电延时定时器工作原理分析

I0.0

T37当前值

Q0.0

记忆接通延时定时器指令

断开延时定时器指令

TOF，断开延时定时器指令。

用于断开后的单一间隔定时。

上电周期或首次扫描，定时器位OFF，当前值为0。

使能输入接通时，定时器位为ON，当前值为0。

当使能输入由接通到断开时，定时器开始计数，当前值达到预设值时，定时器位OFF，当前值等于预设值，停止计数。

TOF复位后，如果使能输入再有从ON到OFF的负跳变，则可实现再次启动。

指令格式：

TOFTxxx，PT

例：

TOFT35，6

定时器的时基

定时器的工作原理是：

使能输入有效后，当前值PT对PLC内部的时基脉冲增1计数，当计数值大于或等于定时器的预置值后，状态位置1。

其中，最小计时单位为时基脉冲的宽度，又为定时精度；从定时器输入有效，到状态位输出有效，经过的时间为定时时间，即：

定时时间=预置值×时基。

当前值寄存器为16bit，最大计数值为32767，由此可推算不同分辨率的定时器的设定时间范围。

CPU22X系列PLC的256个定时器分属TON（TOF）和TONR工作方式，以及3种时基标准，如表所示。

可见时基越大，定时时间越长，但精度越差。

例1：

图5.12是介绍3种定时器的工作特性的程序片断，其中T35为通电延时定时器，T2为有记忆通电延时定时器，T36为断电延时定时器。

用TON构造TOF作用的触点

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