电气控制与PLCcxd复习课程.docx
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电气控制与PLCcxd复习课程
电气控制与可编程序控制器应用
一、电气控制
控制：
使对象物理量按照预定目标进行改变。
（改变流量、速度、温度）
电气控制：
通过电气手段进行控制。
电路参数改变（电路通断）、能量转换（电动机）、检测、保护、调节。
电气控制系统组成：
指令发布、逻缉、驱动、执行。
传统电气控制主要利用各种电器（低压）实现控制逻辑，PLC是实现控制逻缉另一种方式，但也需与各种其他低压电器实现控制。
低压电器：
1200V以下的电工器械。
1.常用低压电器
Ø低压配电电器：
主要用于低压配电系统。
刀开关、断路器、隔离开关、转换开关、熔断器等。
Ø低压控制电器：
主要用于电力拖动控制。
接触器、继电器、控制器等。
Ø低压主令电器：
主要用于发送控制指令。
按钮、主令开关、行程开关、万能转换开关等。
Ø低压保护电器：
主要用于电路和电气设备保护。
熔断器、热继电器、检测继电器（I、V、n、T）、避雷器等。
2.电磁式低压电器
电磁低压电器：
基于电磁效应实现器件功能的低压电器。
电磁效应：
电磁在一定条件下可能实现形式间转换。
通电线圈能产生磁场，线圈中加上铁芯可使磁场增强：
接触器、继电器；
线圈切割磁场可产生感应电势：
发电机、绝缘摇表。
2.1.电磁机构：
衔铁：
图
铁心
线圈
短路环：
磁通被分为大小相近、相位相关约900电角度的两相磁通，两相磁通不同时过零，使电磁吸力平坦，消除振动和噪音。
2.2.接触器驱动装置，为执行机构提供能量，实现控制。
手动配电装置也能实现执行机构的启停，但载流量大时需用专门器件通、断电路，以防电弧伤人。
刀开关的电磁化器件。
功能：
大载流量回路的分、合。
（主回路分、合）
结构：
线圈、铁芯、衔铁、触头、灭弧、互锁装置
线圈：
选型注意：
电压等级（110V、220V、380V）；电压类型（直流、交流）；吸合电压、释放电压。
不能串联使用。
触头：
主触头（三极、四极、五极）、辅助触头（开、闭），故障排查；开、关触头行程时间。
负荷类型（交、直流负载）
灭弧装置：
灭弧罩、灭弧栅
符号：
2.3.继电器通断控制回路，控制逻缉实现
2.3.1.通用继电器、中间继电器电子型、电磁型
结构：
电磁机构（线圈、铁芯、衔铁）、触头（开、闭）：
无灭弧装置；
线圈：
额定电压、吸合电压、释放电压。
最小吸合电压80%Ue，最大脱扣电压为30%Ue
分类：
线圈电量：
电压、电流；交、直流
功能：
电压、电流（过、欠）、时间、速度、中间、信号、相序
应用注意：
可作小容量功率器件的分断，开闭触点数量，电压型可并联、电流型可串联；线圈电压类型、等级
符号：
2.3.2.时间继电器：
电子型；直流电磁型；
气囊型时间器：
JS7系列。
时间可调，类型可变换，改变铁芯安装方式可实现通电、断电延时型的改变。
得电延时、断电延时；触点延时开、闭
应用注意：
1、得电、断电延时型选择2、瞬时、延时触点数量3、符号正确4、延时时间整定5、触点容量
图符：
2.3.3.热继电器
功能：
三相电机过载保护，不能作短路保护，有的能作缺相保护。
（电机启动特点）
特点：
反时限特性
结构：
发热元件
应用注意：
1、选用辅助触头类型（开闭）2、额定电流选择、整定。
3、复位
2.4.主令电器控制指令发布
2.4.1.控制按纽启、停、保护、解锁、转换指令
1常开1常闭至多常开多常闭；
形式自复位、手动复位、安全锁
2.4.2.行程开关（限位开关）控制运行方向、行程长短
电子式接近开关（改变振荡电路参数）；光电开关（光发射、接收）
直动式、滚轮式、微动式：
应用注意：
安装：
可靠动作、故障时防损坏；门控制时可考虑安两个：
工作限位、极限限位；
设计：
辅助触点容量和数量
维护：
触头机械损坏
2.4.3.转换开关多组开关组合，以实现不同控制指令
线路转换（本地/远程）、电压电流换相测量
定位特征表：
P35图2-26
2.5.熔断器过流时分断电路
主要参数：
Ø熔化特性：
熔化电流与熔化时间关系。
反时限特性。
P38图2-32
Ø额定电压Ue：
工作和熔断后能承受的电压
Ø额定电流Ie（不断）：
长期正常工作的电流
Ø极限分断能力：
Ue和功率因素下，能分断的最大电流
Ø最小熔化电流Ir（≥时熔断）
熔断器选择：
Ø一般熔断器、快速熔断器（半导体电力器件）；
Ø保护特性：
过载保护、短路保护。
短路电流大，需采用高分断能力的熔断器；
Ø熔断器额定电流、电压：
照明、电热负载：
等于或稍大于负载额定电流；
单台电动机：
Ire≥（1.5-2.5）Ie
熔断器额定电压：
≥线路电压
Ø级间配合
上级熔断器比下级熔断器在1-2级，以防越级熔断。
2.6.低压开关和低压断路器
2.6.1.低压刀开关
塑壳刀开关：
P41图2-34；2-35
低压断路器（自动空气开关）：
功能：
配电、不频繁启动电机；
过载、短路、过流、欠压、热继电器保护
类型：
万能式低压断路器（框架式）：
DW10、DW15，配电网络
装置式低压断路器（塑壳式）：
DZ5、DZ10、DZ20系列
P43图2-37
低压断路器选择：
额定电压、电流≥线路电压；
极限通断能力≥线路最大短路电流
欠电压脱扣电压=线路额定电压
使用前进行整定，整定热脱扣器电流和电磁脱扣器电流（根据负载特性）
电源上进下出（电源进线接至开关灭弧罩一侧）
防止配电中出现越级跳闸
3.继电接触式低压控制系统
电气系统分类：
能量转换：
高压输变电系统：
发电，主干电网超高压、长距离电能传输
高低压供配电系统：
区域变电、配电110KV、35KV、10KV/380V
控制：
传动控制：
电机：
高、低压；交、直流；
控制量：
转速、力矩、伺服（跟踪位置）
过程控制：
温度、成份等工艺参数
低压控制系统（逻缉控制）：
基于电动机、电磁阀等电力执行元件和各种有触头电气元件的控制系统称为电气控制系统（继电器控制系统）。
电气控制系统的实现基于各种电气控制线路。
电气控制线路：
将各种电气元件用导线按一定方法和要求连接，以实现某种功能的线路。
（用电气元件实现控制逻缉）。
3.1.电气图
为便于表达电气控制系统的功能、原理、结构、设计意图，以方便安装、调试、使用和维护，将电气系统的连接用图符的形式进行表达，这种图形文件称作电气图。
3.1.1.电气图分类：
按实际工程选用或全用。
系统图或框图：
用符号或带注释的框概略表示系统或分系统的基本组成、相互关系及主要特征。
插图：
P592-1-1；2-1-2
电气原理图（电路图）：
用图形符号表示设备各元器件之间相互电气连接关系，表明设备工作原理。
按工作顺序用图形符号从上至下、从左至右排列，详细表示电路、设备或成套装置的全部组成和连接关系而不考虑其实安装位置和连接线规格、数量。
用于详细说明设备工作原理、分析和计算电路特性和参数。
插图：
P602-1-2
接线图：
表示电气装置内部元件之间及各装置之间的电气连接关系。
用于制作、安装及维修人员接线和检查。
互连接线图：
成套装置或设备的不同单元之间连接关系。
单元接线图：
成套装置或设备中一个结构单元内的各元件之间的连接关系的接线图。
端子接线图：
成套设备装置或设备的端子以及接在端子上外部接线（必要时包括内部接线）的一种接线图。
P612-1-5
电气平面图:
电气设备、装置和线路的平面布置图（预埋预留穿线管），设备布置
设备元件和材料表：
成套设备、装置中各组成部分和相应数据的表格，用以表示各组成部分名称、型号、规格、和数量。
可以置于图中，也可单列一页
电气图分类：
原理图：
阅读、分析。
体现电路工作原理，反映各元件间相互接线关系，不反映各元件实际布置。
安装图：
反映元件、导线的实际尺寸、布置位置、规格、数量、实际路由，
3.1.2.电气图特征
Ø用图形符号表示各种电气元件
Ø用文字符号进一步说明元件的名称、用途、主要特征、编号和有可能引起岐义的部分
Ø采用统一的图形符号、文字符号和标准画法进行绘制
3.1.3.电气控制原理图绘制原则：
Ø电机、电气元件采用国家统一的图形符号、文字符号表示；
Ø主电路用粗实线绘制在图面的左侧或上方，辅助电路用细实线绘制在图面的右侧或下方；
Ø主电路、辅助电路、元件，均应按功能布置，尽可能按动作顺序排列（左右、上下）；（多泵启动，各泵按启动顺序左右排列；对应各元件按回路所属上下排列。
）
Ø原理图中，同一电路的不同部分（如线圈、触头）分散在图中不同位置、不同图纸中，要用同一文字符号来标明；同类的电气元件，用统一的文字符号表示，通过加下标或数字序号来区别是；
Ø电气元件的可动部分在图中以自然状态画出；（自然状态是指各电气元件在没有通电和没有外力作用时的状态：
接触器、继电器线圈未加电压；行程开关、按纽未被压合、压力开关等未过压动作。
Ø原理图应尽可能减少线条、避免线条交叉。
各线电气联接时，导线交叉处画一实心园点。
在不引起岐义时可不画实心园点（T形交叉）。
Ø根据图纸布置需要，可将图形符号旋转900，1800或450绘制。
3.1.4.电气控制线路图读图、分析方法：
Ø识图是安装基础：
Ø识图是故障排查的基础。
只有充分理解线路逻缉才能对比故障现象发现问题，处理问题；
Ø识图是设计基础：
识图方法：
1、准备
Ø了解工艺流程，将工艺动作与执行元件对应：
横通道门控系统，要了解门与灯的工作关系，自动/手动状态现场按纽与PLC控制关系，开关门时停止的条件等；高低位水池控制中，高低位水泵启停条件，主、备泵切换条件和顺序等。
Ø了解执行元件：
电机、电磁阀、电磁铁等
Ø了解信号元件：
压力、流量、温度、位移等
2、阅读电气图
Ø识图顺序：
先主回路、后控制回路
3.1.4.1.主回路阅读：
结合工艺过程，将工艺动作转化为电气执行元件动作及顺序；
阅读各执行元件的供电回路方式（是否有正反转）和线路器件（进线空开、熔断器、热继电器、接触器等，不必太关注型号、规格等，只了解功能）；
3.1.4.2.控制回路阅读：
工艺过程分析
主回路、执行器分析
按控制指令顺序、循环分析
3.1.4.3.读图实例
Ø基本电路
点动、自保持、互锁、正反转；触点竞争、辅助触点数量、时间继电器应用
Ø工程应用的电路分析
照明控制电路
风机控制电路
门控制电路
水泵控制电路
软启动控制电路
二、可编程序控制器
4.概念及工作原理
4.1.产生、发展、特点
与继电器控制、计算机区别
4.2.分类、应用
4.3.工作原理
运行方式、运行框图
顺序执行，集中输入输出方式。
4.4.结构、类型
输入、输出硬件电路
PLC柜接线图
4.5.PLC内部器件
5.程序编制
5.1.基本指令
5.2.功能指令
6.PLC控制系统设计
6.1.基本原则
Ø全面满足系统功能需求：
Ø系统简单经济、方便维修；
Ø安全、可靠
Ø为生产发展和工艺改进，留有容量和IO点裕量
6.2.PLC系统设计的一般步骤
6.2.1.工艺流程分析
分析系统整体结构，工艺流程，获取控制需求。
6.2.2.PLC系统结构设计
根据系统结构特点（控制的空间范围，各机组重要程度、复杂程度，控制点类型），确定控制系统结构形式。
控制系统类型：
PLC系统（单机型、分布型）、DCS系统、继电器控制系统；总线形式（线缆式、总线式、网络式）
现实的控制方式：
主PLC、从PLC、远程IO、本地继电器控制系统。
用主PLC实现工艺动作协调，从PLC实现各分离设备群控制，本地继电器系统实现单机设备工作、保护。
6.2.3.确定IO控制点、功能模块类型及数量
输入点：
根据指令器件和信号采集设备确定模块类型和输入点数量。
指令信号器件：
按纽、开关、极限开关：
DI
数码输入设备：
10、16数字键盘，BCD拔码开关：
DI
高速输入设备：
旋转编码器：
高速DI
模拟量输入设备：
指令电位器、测量值AI
输出点：
根据执行元件、信号发布元件、指令给定器件确定模块类型和输出点数量。
执行元件：
电机、电磁阀、电热器等对应中间继电器。
DO
信号发布元件：
信号灯、7段数码管、BCD码DO
指令给定器件：
指令电位器DI
脉冲序列输出高速DO
特殊模块：
通信模块：
总线、串行、网络
专用功能模块：
温度模块（直接接热电偶、热电阻）；伺服控制；编码器
IO模块：
远程IO；
高速计数、输出模块；模拟量模块；
数量确定：
根据系统特点，预留置冗余点。
6.2.4.PLC系统结构设计
Ø选定PLC型号、数量；主机、附属设备
Ø选定各PLC模块数量；
Ø选定机架、扩展机架、远程机架型号、数量；
Ø核算电源容量
Ø外围硬件、接口电路设计
受PLC输入输出模块容量和输入信号电特征限制，需设计接口电路以保证系统正常工作。
输入电路：
AC，DC：
电压等级、外辅助电源及极性
输出电路：
继电器型输出、中间继电器放大、双向可控制硅形输出
正常工作状态、手动、检修状态的指令发布顺序顺序：
操作方式（手自动、连续、单周期、单步）
执行器的动作条件、保护连锁、动作顺序、动作改变切换条件（行程开关、计数到位、指标超限、人工干预等）
保护器件：
快熔保险、RS滤波器、隔离变压器等
6.2.5.程序设计
设计语言：
梯形图、语句表、逻缉图
梯形图源于继电器控制系统，采用梯形图编程可以理解为继电器控制系统的电子化，并且更方便（不受触点限制），但要注意其他循环扫描和采用中采集输出的特点。
简单控制系统：
按照工艺顺序，逐出口中设计主回路控制线路；
复杂控制系统：
根据工艺顺序绘制流程图，按功能块逐块设计。
6.2.6.程序调试
Ø保证设备、人身安全：
将旋转、大功率负载拆除，空载运行系统；
Ø检验各输入设备输入正常（模拟动作），紧急按纽工作正常。
Ø单动各输出点，保证旋转电机旋转方向正确，其他执行元件正常。
Ø顺序执行程序，发现处理问题，修改程序。
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