《电气控制与PLC》教案.docx

1、电气控制与PLC教案课程编号编制人制定日期修订日期审定组（人）审定日期陈芳2004-1-2李继中2004-1-5电气控制与PLC课程教学大纲学分：34学时：64适用专业：CAD/CAM专业一 课程性质和任务课程性质：电气控制与PLC是CAD/CAM专业的专业选修课。课程任务：通过对电气控制与PLC的学习，学生应掌握常用电器的使用与选择、电气控制线路识图分析能力，PLC控制系统设计方法及用PLC实现机床典型电气控制线路的设计能力。前期课程：电工技术、电子技术等后期课程：数控机床故障诊断与维修、毕业设计等二 课程基本要求按专业要求，让学生在理论、技能、素质等方面达到如下要求。知识要求：熟练掌握机床

2、常用电器的使用与选择、机床控制线路的基本环节、典型机床电气控制线路分析，PLC结构、内部资源、指令系统、编程方法及PLC控制系统的设计方法,掌握PLC在数控机床中的应用，并配合“数控铣床中级维修工种”考试进行教学。技能要求：熟练掌握机床常用电器的识别与检测，PLC控制系统的设计与编程，数控机床电气控制故障诊断与维修（尤其是梯图分析与编程）。相关职业素质要求：掌握机床电气控制系统的维护和安全防护。三教学内容及学时分配知识单元理论教学内容学时课内实验学时场所教学用具常用低压电器及选择1常用低压电器32常用低压电器的识别2实验室投影仪，各类低压控制电器基本控制环节及表示法3电气的逻辑表示及逻辑运算1

3、6基本控制环节实验4实验室4机床电气图识图15机床控制电路的基本环节27典型机床电气控制线路分析1PLC概述8PLC概述及工作原理2基本逻辑指令9基本逻辑指令610编程方法与实践8工业中心步进顺控指令11步进顺控指令612步进编程及实践4工业中心功能指令13功能指令614功能指令编程实践4工业中心PLC控制系统设计15系统设计方法、资源分析与选型、布局图、接线图316.设计与实践2工业中心数控机床维修17数控机床专用PMC指令618.PMC指令编程与应用2工业中心3726合计：64学时五考核方式成绩由平时上课、考查、作业、实验与期末考试等结合组成。上课、考查、作业合计占20%，实验与技能占30

4、%，期末考试占50%。六 教材和参考书教材：机床电气控制，王炳实，机械工业出版社，第2版小型可编程控制器实用技术，王兆义，机械工业出版社参考书：可编程控制器原理及应用，钟肇新，华南理工大学出版社，最新版机床电气控制技术，齐占庆，机械工业出版社，第3版 电气控制与PLC应用，余雷声，机械工业出版社，最新版 FANUC数控系统编程手册,北京FANUC公司印制第一章 继电器一接触器控制系统第一节 机床常用电器及选择第二节 第二节 机床电气原理图的画法规则 第三节 机床控制电路的基本环节 第四节 典型机床电气控制线路分析 第五节 机床继电器一接触器控制系统的设计 第六节机床电气控制线路故障检查与维修

5、本章小结 思考与练习题第一章 继电器接触器控制系统 继电器接触器控制系统（有触点的控制系统） plc控制系统（“无”触点的控制系统）第一节 机床常用电器及选择 一、开关电器（1.刀开关2.组合开关3.低压断路器）（一） 刀开关1） 定义： 刀开关(俗称闸刀开关)结构简单，由操作手柄、刀片、触头座和底板等组成。2） 实物（塑壳/铁壳刀开关）：型号额定电流（安）极数额定电压（伏）可控电动机最大功率（千瓦）配用熔丝规格熔丝线径.毫米HK11530601530602223332202202203803803801.53.O4.52.24.05.51.451.592.302.523.364.001.45

6、1.592.302.523.364.00HK21Ol5301Ol5302223332502502503803803801.11.53.O2.24.05.50.250.410.560.450.711.12塑壳开关的技术参数3） 刀开关安装 手柄要向上，不得倒装或平装。 应将电源线接在上端，负载线接在下端4） 刀开关的分类（极与投的概念） 允许通过的电流有100A、200A、400A、600A、1000A五种 常用型号有HD(单投)和HS(双投)等系列型号5） 刀开关的应用 负荷开关有快断刀闸的刀开关与熔断器组合在一起的封闭式负荷开关，常用来控制小容量异步电动机的不频繁起动和停止，常用型号有HH4

7、(铁壳开关)系列。 用来控制不经常起停的小容量异步电动机时，其刀开关额定电流不要小于电动机额定电流的三倍。双投开关原理图 （二） 组合开关（电源隔离开关）1 作用：1）电源的引入开关 2）可以起停5kW以下的异步电动机，但每小时的接通次数不宜超过1520次，开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.52.5倍。 2组成3组合开关的选用： 根据电源种类、电压等级、所需触头数及电动机容量进行选用。 转换开关的常用产品有HZ5、HZl0系列。 HZ5系列额定电流有10、20、40和60A四种。 HZl0系列额定电流有10、25、60和100A四种 适用于交流380V以下、直流220V以下的电气设备中。

8、（三） 低压断路器(自动空气开关) 1.特点： 不频繁接通和断开的电路 电路发生过载、短路或失压等故障时自动切断电路。2原理：3型号与选择： 低压断路器有DZl0、DZ5-20和DZ5-50系列，适用于交流电压500V、直流电压220V以下的电路中，作不频繁的接通和断开电路用。 在选择低压断路器时，其额定电压和额定电流应不小于电路正常工作的电压和电流。 热脱扣器的整定电流与所控制的电动机的额定电流或负载额定电流一致。 二、主令电器（发送控制指令的电器） 控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关1 按钮1） 工作原理：2)作用： 短时接通或断开小电流控制电路的开关3）分类： 普通式按钮（红色停

9、止，绿色起动） 指示灯式按钮（内可装人信号灯显示信号） 紧急式按钮（装有蘑菇形钮帽） 旋钮式按钮（手扭动旋转）4）参数： 额定电压为交流380V、直流220V、额定电流5A 触头数2 行程开关（称限位开关，是有触点开关）1） 作用：根据运动部件位置而切换电路的自动控制电器2） 工作原理：3） 分类：机械式（按钮式和滑轮式）与电子式 单轮式（自动复位，单稳态）与双轮式（双稳态） 微动式4） 主要参数： 允许操作频率为每小时12002400次 机电寿命约为11062106次 操作频繁时，易产生故障，工作可靠性较低3 接近开关（无触点开关）1） 分类：有高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍

10、尔效应型2） 高频振荡型接近开关工作原理 3）特点：工作稳定可靠、使用寿命长、重复定位精度高、操作频率高、动作迅速4 万能转换开关1） 定义：万能转换开关是一种多挡式控制多回路的主令电器2） 结构特点：由操作机构、面板、手柄及数个触头座等主要部件组成，用螺栓组装成为整体。触头座可有l10层，每层均可装三对触头，并由其中的凸轮进行控制。由于每层凸轮可做成不同的形状，因此当手柄转到不同位置时，通过凸轮的作用，可使各对触头按需要的规律接通和分断。 三、熔断器（保护电器，一次性使用）1 作用：熔断器串接在所保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，它的熔体能自动迅速熔断，从而切断电路，使导线和电气设备

11、不致损坏。2 组成： 熔体(俗称保险丝) 安装熔体的熔管(或熔座)3 材料及特点： 小电流的电路中，常用铅合金或锌做成的熔体(熔丝) 大电流的电路中，常用铜或银做成片状或笼状的熔体 由熔点低、易于熔断、导电性能良好的合金材料制成4 工作原理：熔体为元件，再次工作必须换成新的熔体。切断被保护的电路达到熔断温度,自动熔断电流变大，熔体升温短路或严重过载5 类型：瓷插(插入)式（RC）/螺旋式（RL）/密封管式(RM) RL1系列螺旋式熔断器的技术数据型 号熔断器额定电流A 熔体额定电流A型 号熔断器额定电流A 熔体额定电流A RLI-15 RLl-60 15 60 2,4,6，lO，15 20,2

12、5,30,35,40,50,60 RLI-100 RLl-200 lOO 200 60,80,100 100,125,150,200表12 RCl系列插入式熔断器的技术数据型 号熔断器额定电流A 熔体额定电流A型 号熔断器额定电流A 熔体额定电流A RCI-10 RCI-15 RCl-30 lO 15 30 1,4,6,10 6，lO，15 20,25,30 RCI-100 RCI-200 100 200 80.100 120,150,2006 选择方法： 确定熔断器的类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流。 熔断器的额定电压应大于或等于线路的工作电压。 熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额

13、定电流。 熔体额定电流的选择：1） 照明线路：IfuI Ifu为熔体的额定电流,I为电路的工作电流2） 单台电动机线路： Ifu(1.52.5)IN3） 多台电动机线路： Ifu(1.52.5)INMAX+IN RS0、RS3系列快速熔断器的发热时间常数小，熔断时间短，动作快，主要用作电力半导体器件及其成套设备的过载及短路保护。 四、交流接触器（一） 定义： 是一种用来频繁地接通或分断带有负载的主电路(如电动机)的自动控制电器。（二） 分类：（按主触头通过电流的种类）分为直流、交流两种。（三） 结构原理：电磁机构+触头系统+灭弧装置+其他部件 (1)电磁机构 =线圈+动铁心(衔铁)+静铁心 (

14、2)触点系统=主触头+辅助触头 (3)灭弧装置及作用：容量在10A以上的接触器都有灭弧装置当触头断开大电流时，在动、静触头间产生强烈电弧，会烧坏触头并使切断时间拉长。为使接触器可靠工作，必须使电弧迅速熄灭，故要采用灭弧装置。 (4)其他部件=反作用弹簧+触点压力弹簧+传动机构+外壳CJ1O系列交流接触器技术数据型 号触头额定电压主触头额定电流辅助触头额定电流额定操作频率可控制电动机功率kwVAA次h220V380VCJl0-5CJIO-IOCJIO-20CJIO-40CJl0-60CJl0-100CJIO-15050051020406010015056001.22.55.5111730432.

15、241020305075(四) 选择： 主触头的额定电压、额定电流（主要依据）； 辅助触头的数量与种类； 吸引线圈的电压等级、操作频率。(五) 对于电动机负载可按下列经验公式计算：电动机的额定功率(kw)电动机的额定电压(v)(六) CJlO系列交流接触器的吸引线圈的额定电压有36、110(127)、220和380V四种 五、继电器（一） 定义：继电器是一种根据某种输入信号的变化，而接通或断开控制电路，实现控制目的的电器。（二） 输入信号及种类： 电流、电压 温度、速度 时间、压力按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器（三） 电磁式继电器 分类：直流

16、和交流 作用：接通和断开控制电路吸引电流(电压)释放电流(电压)磁路的气隙和磁阻释放弹簧4调紧增大大非磁性垫片8增厚 不变。增大增大初始气隙增大增大不变 特点：触头电流容量较小(一般5A以下) 1电流继电器1) 连接： 电流继电器的线圈串接在被测量的电路中，以反映电路电流的变化。2) 特点：电流继电器线圈匝数少，导线粗，线圈阻抗小。3) 分类：欠电流继电器/过电流继电器2 电压继电器1) 连接：并联电压线圈2) 特点：匝数多，导线细，阻抗大。3) 分类：过电压/欠电压/零电压继电器 过电压： IN(110115) 欠电压: IN(4070) 零电压: IN(525)3 中间继电器(电压继电器)

17、1) 作用：当其他继电器的触头数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触点数或触点容量，起到中间转换的作用。2) 连接：并联电压线圈3) 特点：匝数多，导线细，阻抗大。 触头数多(多至6对或更多)触头电流容量大(额定电流51OA)动作灵敏(动作时间不大于0.05s)。 表1.4 JZ7系列中间继电器技术数据型 号触头额定电压触头额定电流触头数量吸引线圈额定电压v额定操作频率VA常开常闭次hJZ7-44JZ7-62JZ7-80380546842O12,36，11O，127,220,38012004 图形与文字符号： 电流继电器的文字符号为：KI，线圈方格中用(或)表示过电流(或欠电流)继

18、电器 电压继电器的文字符号为KV，线圈方格中用u(或u=0)表示欠电压(或零电压)继电器。 (四)时间继电器1） 作用：通过触头延时接通或断开电路的控制电器。2） 分类：电磁式/空气阻尼式/电动式/晶体管 1空气阻尼式时间继电器1） 优点：结构简单、寿命长、价格低廉，还附有不延时的触点，所以应用较为广泛。2） 缺点：准确度低、延时误差大(1020)，因此在要求延时精度高的场合不宜采用。其 2晶体管式时间继电器（文字符号为KT） 晶体管式时间继电器具有延时范围广、体积小、精度高、调节方便及寿命长等优点，所以发展很快，应用日益广泛。 晶体管式时间继电器常用产品有 JSJ、JSB、JJSB、JSl4

19、、JS20等系列。 选择时间继电器主要根据控制电路所需要的延时触头的延时方式、瞬时触头的数目以及使用条件来选择。 (五)热继电器1 作用：电动机的过载保护、断相保护及其他电气设备发热状态的控制（不能起短路保护作用）。2 工作原理：3 操作：1） 按下复位按钮6，热继电器复位。2） 电流的整定：按电动机的额定电流整定。3） 选择： 根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级。电动机参数选择:JR0-40型热继电器额定电流为14.6A额定电压380V热元件电流等级为16A电流调节范围为1016A电流整定为14.6A。表1-5 JR0-40型热继电器的技术数据型 号额定电流A热元

20、件等级额定电流A电流调节范围AJR0-40400.640.40.6410.64l1.6l1.62.51.62.542.546.446.4106.410161016251625402540 (六)速度继电器1 主要作用：笼型异步电动机的反接制动控制，亦称反接制动继电器。2 组成与结构： 转子一个圆柱形永久磁铁 定子一个笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。 触头系统3 参数： 一般速度继电器的动作转速为120rmin 触头的复位转速在100rmin以下 转速在30003600rmin以下能可靠工作。表1.6 JY1型和JFZO型速度继电器技术数据型 号触头容量触头数量额定工作转速允许操作频

21、率额定电压V额定电流A正转时动作反转时动作rmin次hJYIJFZO3802l组转换触点1组转换触点1003600300360030(七)固态继电器(solid State Relay，简称SSR) 1特点： 无触点继电器，与TTL、CMOS等集成电路有较好的兼容性。 可靠性高、开关速度快和工作频率高、使用寿命长。 小型化、输入控制电流小。 是一种四端器件（两个输入端和两个输出端）2 应用领域： 自动控制装置中替代了常规的继电器 数据处理系统的终端装置 微型计算机、可编程序控制器的输出模块 数控机床的程控装置 微机控制的测量仪表3 分类：（按输出端负载的电源类型） 直流型以功率晶体管的集电极和

22、发射极作为输出端负载电路的开关； 交流型以双向三端晶闸管的两个电极作为输出端负载电路的开关。 （按输出分类）：常开式和常闭式 （交流型）按双向三端晶闸管的触发方式可分为： 非过零触发型当输入端施加控制信号电压时，负载端开关立即动作。过零触发型当输入端施加控制信号电压时，必须等到交流负载电源电压过零(接近OV)时，负载端开关才动作。输入端控制信号撤消时，必须等到交流负载电源电压过零时负载端开关才复位。 表1.7国产固态继电器主要技术数据输 入输 出隔离性能开关速度驱动电压V驱动电流mA断态重复峰值电压 V有效输出电流A峰值单周浪涌电流A工作频率Hz导通压降V绝缘耐压 V换接时间ms3303lO5

23、0 llO 22014010300456521500lO4 工作原理： MOS逻辑信号 + 晶体管缓冲级放大 +继电电路+被控对象CMOS逻辑信号+ NPN晶体管缓冲放大+继电电路+被控对象MOS逻辑信号+ 功率晶体管放大+直流继电电路+被控对象MOS逻辑信号+ 双向晶闸管放大+交流继电电路+被控对象5 使用注意事项：1） 当温度超过35后，注意散热或降低电流使用。2） 对于容性或阻性负载，应限制其开通瞬间的浪涌电流值(一般为负载电流的7倍)。3） 对于电感性负载，应限制其瞬时峰值电压，以防损坏固态继电器。6 用固态继电器控制三相异步电动机线路图（八）低压电器的命名低压电器产品型号类组代号代号

24、名称ACDGHJKLMPRSTUWXYZH刀开关转换开关刀开关封闭式负荷开关开启式负荷开关熔断器式刀开关刀形转换开关其它组合开关R熔断器插入式汇流排式螺旋式封闭管式快速有填料管式限流其它自复位D自动开关照明灭磁快速框架式限流其它塑料外壳式C接触器高压交流中频时间其它直流J继电器电流热时间通用温度其它中间L主令电器按钮接近开关主令控制器主令开关足踏开关旋钮万能转换开关行程开关其它第二节 机床电气原理图的画法规则 定义：为了便于电气控制系统的设计、分析、安装、调整、使用和维修，将电气控制系统中各电气元件及其连接线路，用图形表达的方法画法规则，这种图就是电气控制系统图。 电气原理图 电器元件布置图

25、电气安装接线图一、图形符号和文字符号国家标准1. GBT 472819962000电气简图用图形符号2. GBT 6988.142002电气技术文件的编制3. GBT 6988.61993控制系统功能图表的绘制4. GBT 71591987电气技术中的文字符号制订通则。二、电气原理图 1绘制电气原理图的基本规则1) 先布局，主辅分，2) 先上下，再左右；3) 主左粗，辅右细。4) 画图形、标字符、辩器件；5) 画触点，原始态；6) 画接点，辩交叉；1 图面区域的划分A1A2A3A4A5A6A7A8A9B1B2B3B4B5B6B7B8B9C1D1D22 符号位置的索引3 电气原理图中技术数据的标注1) 在电气元件明细表中标明2) 用小号字体注在其图形符号旁边3) 导线的截面积可引出标注。 三、电气元件布置图机床电气元件布置图主要由机床电气设备布置图、控制柜及控制板电气设备布置图，操纵台及悬挂操纵箱电气设备布置图等组成。在绘制电气设备布置图时，所有能见到的以及需表示清楚的电气设备均用粗实线绘制出简单的外形轮廓，其他设备(如机床)的轮廓用双点划线表示。四、电气安