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陕西天宏硅材料有限责任公司 动力部电气维修班电气控制与PLC技术培训材料主讲人: 黄超2016年4月章节课题：第一章 常用低压电器教学目的：1. 掌握电器相关的基本概念。2. 掌握几种常用低压电器教学重点：接触器、继电器、低压断路器结构和工作原理第一章 常用低压电器第一节 低压电器基本知识一 低压电器分类1、电器定义：电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用，在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。低压电器用于交流1200V、直流1500V级以下的电路中 。2、低压电器分类按用途分：低压配电电器：输送和分配电能，刀开关、低压断路器、熔断器等。低压控制电路：用于控制线路和系统，接触器、继电器、控制器、按钮等。按动作原理：手动自动 按工作原理： 电磁式 接触器、电磁式继电器等。 非电磁式 速度继电器、行程开关二、低压电器作用1、控制作用2、保护作用3、测量作用4、调节作用5、指示作用6、转换作用 三、低压电器基本结构电磁式低压电器分感测部分（电磁机构）和执行部分（触头系统）。电磁机构组成：吸引线圈、铁心、衔铁按通过线圈的电流种类分有交流电磁机构和直流电磁机构；按电磁机构的形状分有E形和U形两种；按衔铁的运动形式分有拍合式和直动式两大类。 如图1-1交流电磁机构和直流电磁机构 直流电磁机构的铁芯不发热，线圈发热，线圈为无骨架、高而薄的瘦高型。铁芯为整体结构的软钢和工程纯铁制成，以增加磁导率和增强散热；交流电磁机构的铁芯、线圈都发热，线圈为有骨架、短而厚的矮胖型。铁芯采用硅钢片叠制而成，目的是减少在铁芯中产生的涡流，使铁芯发热。此外交流电磁机构的铁芯有短路环，以防止电流过零时（滞后90）电磁吸力不足使衔铁振动。触头系统 触头是用来接通或断开电路的 1）按其接触形式分为点接触、线接触和面接触3种(桥式和指型)。如图1-42）按控制的电路分为主触头和辅助触头。主触头用于接通或断开主电路，允许通过较大的电流。辅助触头用于接通或断开控制电路，只允许通过较小的电流。 3）按原始状态分为常开触头和常闭触头。当线圈不带电时，动、静触头是分开的称为常开触头；当线圈不带电时，动、静触头是闭合的称为常闭触头。 灭弧装置1）电弧的产生：大气中分断电路，电场使触头表面大量电子溢出。2）电弧的危害：电弧产生高温并有强光，可将触头烧损，并使电路的切断时间延长，严重时可引起事故或火灾。3）灭弧原则：拉长、冷却、分段4）灭弧的方法（1）点动力灭弧：如图1-5机械灭弧：通过机械将电弧迅速拉长，用于开关电路。 （2）磁吹灭弧：在一个与触头串联的磁吹线圈产生的磁力作用下，电弧被拉长且被吹入由固体介质构成的灭弧罩内，电弧被冷却熄灭。如图1-6（3）窄缝灭弧：在电弧形成的磁场、电场力的作用下，将电弧拉长进入灭弧罩的窄缝中，使其分成数段并迅速熄灭，如图1-3所示，该方式主要用于交流接触器中。（4）栅片灭弧：当触头分开时，产生的电弧在电场力的作用下被推入一组金属栅片而被分成数段，彼此绝缘的金属片相当电极，因而就有许多阴阳极压降，对交流电弧来说，在电弧过零时使电弧无法维持而熄灭，如图1-7所示，交流电器常用栅片灭弧。第二节 主令电器主令电器主要用来切换控制电路，即用它来控制接触器、继电器等电器的线圈得电与失电，从而控制电力拖动系统的起动与停止，以及改变系统的工作状态，如正转与反转等。控制按钮1、定义：通常用作短时接通或断开小电流控制电路的开关。2、控制按钮结构：由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成。通常制成具有常开触点和常闭触点的复合式结构，其结构示意图如图1-8所示。3、控制按钮分类：指示灯式按钮内可装入信号灯显示信号；紧急式按钮装有蘑菇形钮帽，以便于紧急操作。旋钮式按钮是用手扭动旋钮来进行操作的。 按钮帽有多种颜色，一般红色用作停止按钮，绿色用作启动按钮。按钮主要根据所许的触点数、使用场合及颜色来进行选择。按钮开关的图形符号及文字符号如图1-9所示。二、 行程开关行程开关又称限位开关，是根据运动部件位置而切换的自动控制电器，用来控制运动部件的运动方向、行程大小或位置保护。行程开关有机械式和电子式两种，机械式常见的有按钮式和滑轮式两种。图1-10为行程开关外形图，图1-11为行程开关图形符号。 三、接近开关行程开关是有触点开关，工作时由挡块与行程开关的滚轮或触杆碰撞使触点接通或断开的。在操作频繁时，易产生故障，工作可靠性较低。接近开关是无触点开关，具有工作稳定可靠、使用寿命长、重复定位精度高、动作迅速等优点，因此在工业控制系统中应用越来越广泛。接近开关包括电感式和电容式。四、 万能转换开关作用及原理：由多组相同结构的触点组件叠装而成的多回路控制电器，借助于不同形状的凸轮使其触点按一定的次序接通和分断，它能转换多种和多数量的电气控制电路。第三节 接触器一 结构和工作原理1 结构：一般由电磁机构、触点、灭弧装置、释放弹簧机构、支架与底座等几部分组成。2 工作原理：根据电磁原理工作：当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下降放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。二 分类及特点1 交流接触器：交流接触器线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。2 直流接触器：直流接触器线圈通以直流电流，主触点接通、切断直流主电路。三 主要技术参数：线圈电压、主触点额定电流、主触点额定电压、辅助触点额定电流、辅助触点对数、接触器极数以及接触器的机械寿命和电寿命等。四 选择原则：1 接触器的使用类别应与负载性质相一致，控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直流接触器。2 主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。3主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。4接触器主触点的额完工作电流是在规定条件下（额定工作电压、使用类别、操作频率等）能够正常工作的电流值，当实际使用条件不同时，这个电流值也将随之改变。5吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85及以上时应能可靠地吸合。6主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要。第四节 继电器一 继电器特性及其分类1 、原理：主要用于控制与保护电路中作信号转换用。具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件），当感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制回路。2 、结构：检测机构、中间机构和执行机构。3、分类：1）按输入信号有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及温度、压力、计数、频率继电器等等。2）按工作原理：电磁式、感应式、电动式、电子式、热继电器等。3）按用途：控制继电器和保护继电器4）按输出形式：有触点和无触点4、特性：继电特性曲线。参数：返回系数、吸合时间、释放时间。二、电流继电器过电流继电器 欠电流继电器 三、电压继电器 过电压继电器欠电压继电器。中间继电器：当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中间继电器作为执行元件，这时中间继电器被当作一级放大器用；当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条控制电路。四 时间继电器1原理：感应元件接受外界信号后，经过设定的延时时间才使执行部分动作的继电器。2按延时方式分类：通电延时型、断电延时型和带瞬动触点的通电（或断电）延时型继电器。3按工作原理分类：空气阻尼式、电动式和电子式、单片机控制式等。4触点类型：常开延时闭合触点、常闭延时断开触点、常开延时断开触点和常闭延时闭合触点4类。图1-19五 热继电器1 定义：专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过热而烧毁的保护电器。2 组成：双金属片、加热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置及手动复位装置等组成。3 原理4 参数：热继电器额定电流、相数、热元件额定电流、整定电流及调节范围等。六 速度继电器1 作用：用于转速的检测，常用在三相交流异步电动机反接制动转速过零时，自动切除反相序电源。2 组成：转子、定子和触点三部分组成。3 原理：如图1-22第五节 其他常用低压电器一、刀开关刀开关只用于手动控制容量较小、起动不频繁的电动机，可分为瓷底开启式负荷开关和封闭式负荷开关。1、结构和安装刀开关（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。在机床上刀开关主要用来接通和断开长期工作设备的电源。使用注意的问题：刀开关安装时，手柄要向上，不得倒装或平装。如果倒装，拉闸后手柄可能因自重下落引起误合闸而造成人身和设备安全事故。接线时，应将电源线接在上端，负载线接在下端，这样较为安全。2、常用刀开关1）开启式负荷开关：2）封闭式负荷开关是快断刀闸的刀开关与熔断器组合在一起的铁壳开关，常用来控制小容量异步电动机的不频繁起动和停止。二、熔断器1、 作用：供电电路和电气设备的短路保护。2、组成：由熔体和安装熔体的外壳两部分组成。3、原理：通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产生的热量使熔体某处熔化而切断电路，从而保护了电路和设备。4、特性：保护特性曲线5、常用熔断器名称类别特点、用途主要技术数据瓷插式熔断器RC1A价格便宜，更换方便。广泛用于照明和小容量电动机短路保护额定电流Ige从5A200A分7种规格旋式熔断器RL熔丝周围石英砂可熄灭电弧，熔断管上端红点随熔丝熔断而自动脱落。体积小，多用于机床电气设备中RL1系列额定电流Ige有4种规格：15A、60A、100A、200A名称类别特点、用途主要技术数据无填料封闭管式熔断器RM在熔体中人为引入窄截面熔片，提高断流能力。用于低压电力网络和成套配电装置中的短路保护RM-10系列额定电流Ige从15A1000A，分7种规格有填料封闭管式熔断器RTO分断能力强，使用安全，特性稳定，有明显指示器。广泛用于短路电流较大的电力网或配电装置中RTO系列额定电流Ige从50A1000A分6种规格快速熔断器RLS用于小容量硅整流元件的短路保护和某些适当过载保护I=4ITe，0.2s内熔断；I=6ITe，0.02s熔断RSO用于大容量硅整流元件的保护I=（46）ITe，0.02s内熔断RS3用于晶闸管元件短路保护和某些适当过载保护三、 低压断路器1、作用：用来分配电能，不频繁地起动异步电动机，对电源电路及电动机等实行保护。功能相当于熔断器式断路器与过电流、欠电压、热继电器等的组合。2、 组成：主要由触点和灭弧装置、各种可供选择的脱扣器与操作机构、自由脱扣机构三部分组成。3、原理：4、 参数：额定工作电压、壳架额定电流等级、极数、脱扣器类型及额定电流、短路分断能力等。章节课题：第二章 基本电气控制电路教学目的：掌握电器图形符号与文字符号，电气图的基本知识，三相异步电动机起动、停止控制电路；正、反转控制电路；制动控制电路；点动、联锁、多点控制等基本控制电路环节。了解电气图纸相关规范。教学重点：1. 掌握电气控制电路图的相关知识2. 掌握三相异步电动机的基本控制电路环节第二章 基本电气控制电路第一节 电气控制系统图的绘制规则和常用符合一 概述1 、电气图：用电气图形符号绘制的图。是电工领域中最主要的提供信息方式，它提供的信息内容可以是功能、位置、设备制造及接线等。2、种类：电路图（电气原理图）、电气接线图、电器元件布置图。二 电气图形符号与文字符号1 电气图形符号：由符号要素、限定符号、一般符号以及常用的非电操作控制的动作符号（如机械控制符号等），根据不同的具体器件情况组合而成。2 电气文字符号：分为基本文字符号和辅助文字符号。基本文字符号有单字母符号和双字母符号。单字母符号表示电气设备、装置和元器件的大类；双字母符号由一个表示大类的单字母与另一表示器件某些特性的字母组成。辅助文字符号用来进一步表示电气设备、装置和元器件的功能、状态和特征。3 常用电气图形符号与文字符号示例。表2-1三 电气原理图1 形式与作用：根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式绘制的。不按电器元件实际布置绘制，而是根据电器元件在电路中所起的作用画在不同的部位上，用于分析研究系统的组成和工作原理，并为寻找电气故障提供帮助，同时也是编制电气接线图的依据。2 组成：主电路：设备的驱动电路，包括从电源到用电设备的电路，是强电流通过的部分。控制电路：由按钮、接触器和继电器的线圈、各种电器的常开、常闭触点等组合构成的控制 辅助信号指示电路。3 绘制方法水平布置时，电源线垂直画，其他电路水平画，控制电路中的耗能元件（如接触器的线圈）画在电路的最右端。垂直布置时，电源线水平画，其他电路垂直画，控制电路的耗能元件画在电路的最下端。主电路采用粗实线。控制电路和其他辅助的信号指示及保护电路采用细实线。所有电器元件不画出实际的外形图，采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。同一电器的各个部件可根据需要画在不同的地方，但必须用相同的文字符号标注。多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号加以区分。4 常用器件状态表示继电器和接触器的线圈在非激励状态。断路器和隔离开关在断开位置。零位操作的手动控制开关在零位状态，不带零位的手动控制开关在图中规定的位置。机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态。保护类元器件处在设备正常工作状态，特别情况在图样上加以说明。5 标注：元器件的数据和型号，一般用小号字体标注在电器元件符号的附近，需要标注的元器件的数量比较多时，可以采用设备表的形式统一给出。四 电器元件布置图1 作用：用来表明电气设备上所有电器和用电设备的实际位置，是电气控制设备制造、装配、调试和维护必不可少的技术文件。2 内容：控制柜与操作台（箱）内部布置图以及控制柜与操作台（箱）面板布置图。3 绘制方法：控制柜与操作台（箱）等设备的外形轮廓用细实线绘出。可见的和需要表达清楚的电器元件及设备，用粗实线绘出其简单的外形轮廓，并标明其实际的安装位置。电器元件及设备代号必须与有关电路图和设备清单上所用的代号相一致。五 电气接线图1 作用：表示电气设备或装置连接关系的简图，主要用于电气设备安装接线、线路检查、线路维修和故障处理。2 内容：电气设备和电器元件的相对位置、项目代号、端子号、导线号、导线类型、导线截面积、屏蔽和导线绞合等情况。第二节 电气控制电路的基本控制规律一、自锁控制电路1、手动控制线路2、点动控制线路 所谓点动，即按下按钮时电机转动工作，手松开按钮电机停止工作。点动控制多用于机床刀架、横梁、立柱等快速移动和机床对刀等场合。图2-2列出了实现点动控制的几种电气控制线路。图2-5是最基本的点动控制线路。起动按钮SB没有并联接触器KM的自锁触头，按下SB，KM线圈通电，电机起动；手松开按钮SB时，接触器KM线圈又断电，其主触点断开，电机停止运转。3、自锁控制电路合上QS，按下SB2，KM线圈吸合，KM 主触点闭合，电动机运转。KM辅助常开触点闭合，自锁。按下SB1，KM线圈断电，主触点、辅助触点断开，电动机停止。自锁另一作用：实现欠压和失压保护二、互锁控制电路1、正反转控制 缺点：2、接触器互锁的正反转控制加互锁-在同一时间里两个接触器只允许一个工作的控制作用称为互锁（联锁）。规律：当要求甲接触器工作时，乙接触器就不能工作，此时应在乙接触器的线圈电路中串入甲接触器的动断触点。当要求甲接触器工作时乙接触器不能工作，而乙接触器工作时甲接触器不能工作，此时应在两个接触器的线圈电路中互串入对方的动断触点。 3、按钮、接触器双重互锁正反转控制三、行程控制电路(1) 工作台的正反向自动循环控制 许多机床的自动循环控制都是靠限位控制来完成的。某些机床的工作台要求正反向运动自动循环。(2) 动力头的自动循环控制 它是由限位开关按行程来实现动力头的往复运动的。四、多地控制电路 在大型机床设备中，为了操作方便，常要求能在多个地点进行控制。例如把起动按钮并联连接，停止按钮串联连接，分别安置在三个地方，就可三地操作。规律：启动按钮并联、停止按钮串联五、顺序控制电路1、主电路实现2、控制电路实现当要求甲接触器工作后方允许乙接触器工作，则在乙接触器线圈电路中串入甲接触器的动合触点。当要求乙接触器线圈断电后方允许甲接触器线圈断电，则将乙接触器的动合触点并联在甲接触器的停止按钮两端。第三节 三相异步电动机降压起动控制电路1直接起动控制电路一些控制要求不高的简单机械，如小型台钻、砂轮机、冷却泵等常采用开关直接控制电动机起动和停止。它适用于不频繁起动的小容量电动机，不能远距离控制和自动控制。2降压起动控制电路较大容量的笼型异步电动机一般都采用降压起动的方式起动，具体实现的方案有：定子串电阻或电抗器降压起动、星三角变换降压起动、自耦变压器降压起动、延边三角形降压起动等。一、鼠笼式电动机1、定子串接电阻降压起动电动机起动时在三相定子绕组中串接电阻，使定子绕组上电压降低，起动结束后再将电阻短接，使电动机在额定电压下运行，这种起动方式不受电动机接线方式的限制。2、定子串接自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动的控制线路，电动机起动电流的限制是靠自耦变压器的降压作用来实现的。 3、Y/D降压起动星形-三角形（Y/D）降压起动是笼型三相异步电动机降压起动方法之一。Y/D起动控制分为手动和自动两种。 二、绕线式电动机转子绕组串接电阻起动转子回路串接起动电阻，一般接成星形且分成若干段，起动时电阻全部接入，起动过程中逐段切除起动电阻。切除电阻的方法有三相平衡切除法及三相不平衡切除法，常用的接触器控制切除起动电阻多为三相平衡切除法，即每次每相切除的起动电阻相同。第四节 三相异步电动机制动控制电路制动停车的方式有两大类：即机械制动和电气制动。机械制动采用机械抱闸、液压或气压制动；电气制动有反接制动、能耗制动、电容制动等，其实质是使电动机产生一个与转子原来的转动方向相反的制动转矩。机械制动控制电路 2、反接制动控制电路 反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的制动方法。反接制动常采用转速为变化参量进行控制。由于反接制动时，转子与旋转磁场的相对速度接近于两倍的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接起动时电流的两倍，因此反接制动特点之一是制动迅速，效果好，冲击大，通常仅适于10kW以下的小容量电动机。为了减小冲击电流，通常要求在电动机主电路中串接限流电阻。3、能耗制动控制电路 能耗制动就是在电动机脱离三相交流电源之后，向定子绕组内通入直流电流，利用转子感应电流与静止磁场的作用产生制动的电磁转矩，达到制动的目的。第五节 三相异步电动机调速控制电路双速电动机的控制线路 三相笼型异步电动机的调速方法之一是依靠变更定子绕组的极对数来实现的。图2-22为4/2极的双速异步电动机定子绕组接线示意图，图（a）将电动机定子绕组的U1、V1、W1三个接线端接三相交流电源，而将电动机定子绕组的U2、V2、W2三个接线端悬空，三相定子绕组接成三角形。此时每相绕组中的、线圈串联，电流方向如图（a）中箭头所示，电动机以四极运行为低速。若将电动机定子绕组的U2、V2、W2三个接线端子接三相交流电源，而将另外三个接线端子U1、V1、W1连在一起如图（b）所示，则原来三相定子绕组的三角形接线变为双星形接线，此时每相绕组中的、线圈相互并联，电流方向如图（b）中箭头所示，于是电动机便以两极运行为高速。 图2-23章节课题：第三章 电气控制系统的设计与安装教学目的：掌握电气控制电路设计步骤及方法。了解内容 电气控制电路设计原则、内容。教学重点： 电气控制电路设计步骤及方法教学难点：电气控制电路设计步骤及方法第一节 电气控制电路设计的一般原则和程序一、电气控制系统设计的基本内容和原则（一）电气控制系统设计的基本内容（二）电力拖动方案确定的原则1无电气调速要求的生产机械2要求电气调速的生产机械3电动机调速性质的确定（三）控制方案确定的原则二、电气控制电路设计方法（一）控制电路设计要求（二）控制电路设计方法1主电路设计 2控制电路设计 3联锁与保护环节设计 4电路的完善（三）控制电路设计时应注意的问题三、电气控制电路设计中元器件的选择（一）电动机的选择1电动机功率的选择2电动机额定电压的选择3电动机额定转速的选择4电动机结构型式的选择5笼型异步电动机有关电阻的计算（二）常用低压电器的选择1接触器的选用2继电器的选择3熔断器的选择4其他电器的选择四、电气控制系统中的保护环节（一）短路保护（二）过电流保护（三）过载保护（四）失电压保护（五）欠电压保护第二节 电力拖动方案的确定和电动机的选择第三节 电气控制电路原理图设计的一般要求4、电动机控制的保护环节电气控制系统除了要能满足生产机械加工工艺的要求外，还应保证设备长期安全、可靠、无故障地运行，因此保护环节是所有电气控制系统不可缺少的组成部分，用来保护电动机、电网、电气控制设备及人身安全。电气控制系统中常用的保护环节有短路保护、过载保护、零压、欠压保护及弱磁保护。4.1 短路保护电机、电器以及导线的绝缘损坏或线路发生故障时，都可能造成短路事故。短路电流可能使电器设备损坏，因此要求一旦发生短路故障时，控制线路能迅速切断电源。常用的短路保护元件有熔断器和自动开关。由于熔断器价格便宜，断弧能力强，所以一般电路几乎无例外地用它作短路保护。但是熔体的品质、老化及环境温度等因素对其动作值影响很大。用其保护电动机时，可能只有一相熔体烧断而造成电动机单相运行，用自动开关作短路保护则能克服这些缺陷。当出现短路时，其电流线圈动作，将整个开关跳开，三相电源同时被切断。自动开关还兼有过载保护和欠压保护，不过其结构复杂，价格贵，不宜频繁操作，一般用在要求高的场合。2.5.2 过电流保护电动机不正确地起动或负载转矩剧烈增加会引起电动机过电流运行。一般情况下这种过电流比短路电流小，但比电动机额定电流却大得多。在电动机运行过程中产生过电流比发生短路的可能性更大，尤其是在频繁正反转起动的重复短时工作制的电动机中更是如此。过电流的危害虽没有短路那么严重，但同样会造成电动机的损坏。原则上，短路保护所用元件可以用作过电流保护，不过断弧能力可以要求低些，完全可以利用控制电动机的接触器来断开过电流，因此常用瞬时动作的过电流继电器与接触器配合起来作过电流保护，过电流继电器作为测量元件，接触器作为执行元件断开电路。由于笼型电动机起动电流很大，如果要使起动时过电流保护元件不动作，其整定值就要大于起动电流，那么一般的过电流就无法使之动作了。所以过电流保护一般只用在直流电动机和绕线式异步电动机上。整定过电流动作值一般为起动电流的1.2倍。4.3 过载保护电动机长期超载运行，绕组温升将超过其允许值，造成绝缘材料变脆，寿命减少，严重时会使电机损坏。过载电流越大，达到允许温升的时间就越短。常用的过载保护元件是热继电器。由于热惯性的原因，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以在使用热继电器作过载保护的同时，还必须设有短路保护，选作短路保护的熔断器熔体的额定电流不应超过4倍热继电器发热元件的额定电流。必须强调指出，短路、过电流、过载保护虽然都是电流保护，但由于故障电流的动作值、保护特性和保护要求以及使用元件的不同，它们之间是不能相互取代的。4.4 零电压和欠电压保护在电动机运行中，如果电源电压因某种原因消失，那么在电源电压恢复时，如果电动机自行起动，将可能使生产设备损坏，也可能造成人身事故。对供电系统的电网来说，同时有许多电动机及其它用电设备自行起动也会引起不允许的过电流及瞬间网络电压下降。为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行起动的保护叫做零电压保护。当电动机运行时，电源电压过分地降低将引起一些电器释放，造成控制线路工作不正常，甚至产生事故。电网电压过低，如果电动机负载不变，由于三相异步电动机的电磁转矩与电压的二次方成正比，则会因电磁转矩的降低而带不动负载，造成电动机堵转停车，电动机电流增大使电动机发热，严重时烧坏电动机。因此，在电源电压降到允许值以下时，需要采用保护措施，及时切断电源，这就是欠电压保护。通常是采用欠电压继电器，或设置专门的零电压继电器来实现。在控制线路的主电路和控制电路由同一个电源供电时，具有电气自锁的接触器兼有欠电压和零电压保护作用。若因故障电网电压下降到允许值以下时，接触器线圈也释放，从而切断电动机电源；当电网电压恢复时，由于自锁已解除，电动机也不会再自行起动。欠压继电器的线圈直接跨接在定子的两相电源线上，其常开触头串接在控制电动机的接触器线圈电路中。自动开关中的欠压脱扣亦可作为欠压保护。主令控制器的零位操作是零压保护的典型环节。图2-15是电动机常用保护线路。图中各电器元件所起的保护作用分别为：短路保护 熔断器FU1；过载保护 热继电器FR；过流保护 过电流继电器KI1，KI2；零压保护 中间继电器KA；欠压保护 欠电压继电器KV；联锁保护 接触器KM1和KM2互锁。4.5 弱磁保护直流电动机在磁场有一定强度情况下才能起动，如果磁场太弱，电动机的起动电流就会很大；直流电动机正在运行时磁场突然减弱或消失，电动机转速就会迅速升高，甚至发生“飞车”，因此需要采取弱磁保护。弱磁保护是通过在电动机励磁回路串入欠电流继电器来实现的。在电动机运行中，如果励磁电流消失或降低太多，欠电流继电器就会释放，其触头切断主回路接触器线圈电路，使电动机断电停车。除上述几种保护外，控制系统中还可能有其它各种保护，如联锁保护、行程保护、油压保护、温度保护等。只要在控制电路中串接上能反映这些参数的控制电器的常开触头或常闭触头，就可实现有关保护。电气控制电路原理图的设计方法和实例常用电器元件的选择电气控制系统的工艺设计电气控制系统的安装于调试第八节 电气控制电路设计举例设计CW6163型卧式车床的电气控制电路。一、机床电气传动的特点及控制要求二、电气控制电路设计1主回路设计2控制电路设计3信号指示与照明电路5绘制电气原理图4控制电路电源三、选择电气元件四、制定电气元件明细表五、绘制电气安装接线图电气设计的内容一、设计说明书设计说明书在三个阶段各不相同。(一) 方案设计阶段(二) 初步设计阶段(三) 施工图设计阶段二、设计计算书三、设计图样章节课题：第四章 可编程序控制器概论教学目的：【掌握内容】1. 可编程序控制器的定义及其特点2. 可编程序控制器的工作原理及工作过程3. 可编程序控制器的硬件及分类 、软件及其工作原理 【了解内容】1. 可编程序控制器的英文缩写及发展过程。2. 可编程序控制器的分类。教学重点： 可编程序控制器的定义及其特点、工作原理及工作过程教学难点：可编程序控制器的工作原理及工作过程第五章 可编程序控制器概论第一节 可编程序控制器的产生、发展及特点一、可编程序控制器的定义 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。二、可编程序控制器的产生、发展 美国数字设备公司（DEC）根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。其后，日本、德国等相继引入这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。 20世纪80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得到迅速发展。这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID调节和数据通信等功能，从而使PLC的应用范围和应用领域不断扩大，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、工业机器人和CAD/CAM）之一。三、可编程序控制器的特点 1）可靠性高，抗干扰能力强2）通用性强，使用方便3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便4）编程语言简单、易学，便于掌握5）系统设计周期短6）对生产工艺改变适应性强7）安装简单、调试方便、维护工作量小四、可编程序控制器的分类（1）按应用规模和功能分类： 小型机 I/O点数256点以下，存储容量2K步中型机 I/O点数2562048点 ，存储容量2K8K步大型机 I/O点数2048点以上，存储容量8K步以上（2）按硬件结构类型分类： 整体式结构模块式结构 五、可编程序控制器的应用领域可编程序控制器按应用形式归纳为以下几种类型： (1) 逻辑控制 (2) 过程控制(3) 运动控制(4) 通信和联网第二节 PLC的基本结构一、中央处理单元（CPU ）二、存储器：包括系统存储器和用户存储器。1、系统存储器存放系统管理程序。2、用户存储器存放用户编制的控制程序。三、输入输出单元（I/O）：是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。输入部件是开关、按钮、传感器等。输出部件是电磁阀、接触器、继电器。输入接口电路分为直流输入、交流输入和交直流输入型2）输出接口电路继电器输出*交直流晶体管输出 直流晶闸管输出 交流 电源一般市电（220）直流24VPLC有24V（DC直流）输出。编程器外部设备接口I/O扩展接口第三节 可编程序控制器工作原理一、PLC的基本控制原理PLC可以分为输入部分、逻辑部分和输出部分组成输入部分：它收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。例如，它收集来自被控制对象上的各种开关信息或操作台上的操作命令等。逻辑部分：处理输入部分所取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求作出反映。输出部分：提供正在被控制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。PLC采用循环扫描的工作方式，循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是“串行”工作的，这和传统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别，PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。 当处于RUN状态时，上述扫描周期不断循环扫描过程。PLC 扫描工作过程（1）输入处理阶段（2）程序执行阶段（3）输出处理阶段二、输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。章节课题：第五章 可编程序控制器的编程语言及指令系统教学目的：1. 掌握可编程序控制器的编程语言2. 掌握三菱FX2N系列可编程序控制器的编程元件3.掌握三菱FX2N系列可编程序控制器的基本指令及应用教学重点： FX2N系列可编程序控制器的编程元件。FX2N系列可编程序控制器的基本指令及应用。教学难点： FX2N系列可编程序控制器的基本指令及应用。第六章 可编程序控制器的编程语言及指令系统第一节 PLC的编程语言一、PLC的编程语言（1）梯形图编程（Ladder）（2）语句表编程（Instruction List）（3）顺序功能图编程（Sequential Function Chart(4）功能块图（5）结构文本二、梯形图的编程规则 梯形图作为一种编程语言，绘制时应当有定的规则：1) 梯形图的各种符号，要以左母线为起点，右母线为终点（有时可以省略右母线），从左向右分行绘出。2) 触点应画在水平线上，不能画在垂直分支线上。3) 几个串联回路并联时，应该将串联触点多的回路写在上方；几个并联回路串联时，应该将并联触点多的回路写在左方。二、语句表编程规则指令表的表达顺序为：先写出参与因素的内容，再表达参与因素间的关系。三、双线圈输出问题在梯形图中，线圈前边的触点代表线圈输出的条件，线圈代表输出。如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，称为双线圈输出。PLC程序顺序扫描执行的原则规定，这种情况出现时，前面的输出无效，最后一次输出才是有效的。第二节 FX2N系列可编程序控制器主要编程元件一、FX2N系列PLC编程元件的分类及编号FX2N系列PLC编程元件的编号分为两个部分：第一部分是代表功能的字母。如输入继电器用“X”表示、输出继电器用“Y”表示。第二部分为数字，数字为该类器件的序号。FX2N系列PLC中输入继电器及输出继电器的序号为八进制，其余器件的序号为十进制。二、编程元件的基本特征一般地可认为编程元件和继电接触器的元件类似、具有线圈和常开常闭触点。而且触点的状态随着线圈的状态而变化，即当线圈披选中（通电）时，常开触点闭合，常闭触点断开，当线圈失去选中条件时，常闭接通，常开断开。从实质上来说，某个元件被选中，只是代表这个元件的存储单元置1，失去选中条件只是这个存储单元置0，由于元件只不过是存储单元，可以无限次地访问。三、 PLC的数据结构（一）数值的处理FX2N系列PLC根据不同的用途和目的，使用5种类型的数值，分别为：1十进制数（K）2十六进制数（H）3二进制数（B）4八进制数（O）5BCD码（二）编程元件分为字元件和位元件四、输入输出继电器输入端子是PLC从外部开关接受信号的窗口。在PLC内部，与PLC输入端子相连的输入继电器是一种光电隔离的电子继电器，有无数的电子常开触点和常闭触点，可在PLC内随意使用。这种输入继电器不能用程序驱动。X输出端子是PLC向外部负载发送信号的窗口。输出继电器的外部输出用触点（继电器触点，晶闸管、晶体管等输出元件）在PLC内与该输出端子相连，有无数的电子常开触点和常闭触点，可在PLC内随意使用。PLC外部输出用触点，按照输出用软元件的响应滞后时间动作Y五、辅助继电器MPLC内有许多辅助继电器，这类辅助继电器的线圈与输出继电器一样，由PLC内的各种软元件的触点驱动。1、通用辅助继电器2、锁存辅助继电器3、特殊辅助继电器 （1）触点利用型（2）线圈驱动型六、状态器S状态器是对工序步进控制简易编程的重要软元件，经常与步进梯形指令结合使用。七、定时器T定时器相当于继电器系统中的时间继电器，可在程序中用于延时控制。八、计数器C计数器在程序中用作计数控制。计数器分为内部信号计数器和外部信号计数器两类。九、数据寄存器D数据寄存器是存储数值数据的软元件，可以处理各种数值数据，利用它还可以进行各种控制。1、通用数据寄存器2、锁存数据寄存器3 文件数据寄存器4 特殊数据寄存器变址寄存器在传送、比较指令中用来修改操作对象的元件号。其操作方式与普通数据寄存器一样。在D.中的（.）表示可以加入变址寄存器。对32位指令，V作高16位，Z作低16位。32位指令中用到变址寄存器时只需指定Z，这时Z就代表了V和Z。 （八) 指针与常数FX2N系列PLC的指针包括分支用指针（P）和中断用指针（I）。编号见表6-2第三节 FX2N系列可编程序控制器的基本指令FX2N系列PLC有基本指令27条；步进梯形指令2条；应用指令128种，298条。本节介绍其基本顺控指令。一、LD、LDI、OUT指令LD、LDI指令分别用于将常开、常闭触点连接到母线上，或者与后述ANB或ORB指令组合，在分支回路的起点使用常开、常闭触点。OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态器、定时器、计数器的线圈驱动指令，对输入继电器不能使用。二、AND、ANI指令AND、ANI指令分别用于单个常开、常闭触点的串联，串联触点的数量不受限制，该指令可以连续多次使用。三、OR、ORI指令OR、ORI指令分别用于单个常开、常闭触点的并联，并联触点的数量不受限制，该指令可以连续多次使用。四、ORB、ANB指令ORB、ANB指令都是不带软元件的独立指令。由两个以上触点串联连接的回路称为串联回路块，将串联回路块并列连接时，分支开始用LD或LDI指令，分支结束用ORB指令。五、LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令LDP、ANDP、ORP指令是进行上升沿检出的触点指令，仅在指定位元件的上升沿时（OFFON变化时）接通一个扫描周期。LDF、ANDF、ORF指令是进行下降沿检出的触点指令，仅在指定位元件的下降沿时（ONOFF变化时）接通一个扫描周期。六、MPS、MRD、MPP指令FX2N系列PLC中有11个被称为堆栈的记忆运算中间结果的存储器。使用一次MPS指令，就将此时刻的运算结果送入堆栈的第一段存储。再使用MPS指令，又将中间结果送入第一段存储，而将先前送入存储的数据依次移到堆栈的下一段。七、MC、MCR指令MC为主控指令，用于公共串联触点的连接，MCR为主控复位指令，即MC的复位指令。八、INV指令 INV指令的功能是将INV指令执行之前的运算结果取反，不需要指定软元件号，九、PLS、PLF指令使用PLS指令时，仅在驱动输入为ON的一个扫描周期内，软元件Y、M动作。使用PLF指令时，仅在驱动输入为OFF的一个扫描周期内，软元件Y、M动作。十、SET、RST指令SET为置位指令，使操作保持；RST为复位指令，使操作保持复位。十一、NOP、END指令NOP为空操作指令。将程序全部清除时，全部指令成为NOP。若在普通的指令之间加入NOP指令，则PLC无视其存在继续工作。FX2N系列PLC的功能指令一、FX2N系列PLC功能指令的基本格式与数据结构1、功能指令的通用格式 功能指令编号：功能指令用编号FNC00FNC294（教材为246）表示。 助记符：功能指令对应的助记符大多用英文名称或缩写表示。例如FNC45的助记符是MEAN（平均），若使用简易编程器时键入FNC45，若采用智能编程器或在计算机上编程时也可键入助记符MEAN。 数据长度：功能指令可处理16位数据或32位数据。处理 32位数据的指令是在助记符前加“D”标志，无此标志即为处理16位数据的指令。注意32位计数器（C200C255）的一个软元件为32位，不可作为处理16位数据指令的操作数使用。如图所示，若指令前面带“D”，则当X0接通时，执行D11D10+D13D12D15D14（32位）。在使用32位数据时建议使用首编号为偶数的操作数，不容易出错。 执行形式：功能指令有连续执行和脉冲执行两种类型。如图所示，指令助记符后面有“P”表示脉冲执行，即该指令仅在X0接通（由OFF到ON）时执行一次；如果没有“P”则表示连续执行，即该在X0接通（ON）的每一个扫描周期指令都要被执行。警示为脉冲执行（有教材此警示为连续执行）操作数：有的功能指令没有操作数，而大多数功能指令有1至 4个操作数。如图所示有三个操作数，S表示源操作数，D表示目标操作数，如果使用变址功能，则可表示为S和D。当源或目标不止一个时，用S1、S2、D1、D2表示。用n和m表示其他操作数，它们常用来表示常数K和H，或作为源和目标操作数的补充说明，当这样的操作数多时可用n1、n2和m1、m2等来表示。2功能指令的数据结构（1）位元件和位元件的组合 位元件： 象X、Y、M、S等只处理ON/OFF信息的软元件称为位元件； 位元件可以通过组合使用，4个位元件为一个单元，通用表示方法是由Kn加起始的软元件号组成，n为单元数。例如K2 M0表示M0M7组成两个位元件组（K2表示2个单元），它是一个8位数据，M0为最低位。如果将16位数据传送到不足16位的位元件组合（n4）时，只传送低位数据，多出的高位数据不传送，32位数据传送也一样。在作16位数操作时，参与操作的位元件不足16位时（K1-K3），高位的不足部分均作0处理，这意味着只能处理正数（符号位为0），在作32位数处理时也一样。被组合的元件首位元件可以任意选择，但为避免混乱，建议采用编号以0结尾的元件，如S10，X0，X20等。（2）字元件：处理数据的元件称为字元件。象T、C、D等，一个字元件由16位二进制数组成。处理 32位数据的指令是在助记符前加“D”标志。二、比较与传送类指令1、比较指令CMP、ZCP（1）比较指令CMP指令有三个操作数：两个源操作数S1.和S2.，一个目标操作数D.，该指令将S1.和S2.进行比较，结果送到D.中。CMP指令使用说明如图所示。 (2)区间比较指令ZCPZCP指令是将一个操作数S.与两个操作数S1.和S2.形成的区间比较，且S1.不得大于S2.，结果送到D.中。使用比较指令CMP/ZCP时应注意： 1）S1.、S2.可取任意数据格式，目标操作数D.可取Y、M和S。 2）使用ZCP时，S2.的数值不能小于S1. 3) 所有的源数据都被看成二进制值处理传送指令(1) 传送指令MOVMOV指令将源操作数的数据传送到目标元件中，即S.D.。MOV指令的使用说明如图所示。当X0为ON时，源操作数S.中的数据K100传送到目标元件D10中。当X0为OFF，指令不执行，数据保持不变。 使用应用MOV指令时应注意： 1）源操作数可取所有数据类型，标操作数可以是KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。 2）16位运算时占5个程序步，32位运算时则占9个程序步。(2)移位传送指令SMOV首先将二进制的源数据（D1）转换成BCD码，然后将BCD码移位传送，实现数据的分配、组合。源数据BCD码右起从第4位（m1=4）开始的2位（m2=2）移送到目标D2的第3位（n=3）和第2位，而D2/的第4和第1两位BCD码不变。然后，目标D2中的BCD码自动转换成二进制数，即为D2的内容。BCD码值超过9999时出错。 使用移位传送指令时应该注意： 1）源操作数可取所有数据类型，目标操作数可为KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。 2）SMOV指令只有16位运算，占11个程序步。(3)取反传送指令CMLCML指令使用说明如图所示。将源操作数中的数据（自动转换成二进制数）逐位取反后传送。使用取反传送指令CML时应注意： 1）源操作数可取所有数据类型，目标操作数可为KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z.，若源数据为常数K，则该数据会自动转换为二进制数。 2）16位运算占5个程序步，32位运算占 9个程序步。(4) 块传送指令BMOVBMOV指令是从源操作数指定的元件开始的n个数组成的数据块传送到指定的目标。如果元件号超出允许的元件号范围，数据仅传送到允许的范围内。BMOV指令的使用说明如图所示。使用块传送指令时应注意： 1）源操作数可取KnX、 KnY、KnM、KnS、T、C、D和文件寄存器，目标操作数可取. KnT、KnM、KnS、T、C和D； 2）只有16位操作，占 7个程序步； 3）如果元件号超出允许范围，数据则仅传送到允许范围的元件。(5) 多点传送指令FMOVFMOV指令是将源元件中的数据传送到指定目标开始的n个目标元件中，这n个元件中的数据完全相同。FMOV指令使用说明如图所示。 将同一常数0送到D100-D119这20个数据寄存器中。使用多点传送指令FMOV时应注意： 1）源操作数可取所有的数据类型，目标操作数可取KnX、KnM、KnS、T、C、和D，n小等于512； 2）16位操作占7的程序步，32位操作则占13个程序步； 3）如果元件号超出允许范围，数据仅送到允许范围的元件中。(6) 数据交换指令XCHXCH指令是将两个目标元件D1和D2的内容相互交换。使用说明如图所示。 使用数据交换指令应该注意： 1）操作数的元件可取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z.。 2）交换指令一般采用脉冲执行方式，否则在每一次扫描周期都要交换一次。 3）16位运算时占5个程序步，32位运算时占 9个程序步。3、数据变换指令（1）BCD变换指令 将源元件中的二进制数转换为BCD码送到目标元件中。对于l 6位或32位二进制操作数，若变换结果超出0-9999或0-99999999的范围就会出错。BCD指令常用于将PLC中的二进制数变换成BCD码输出以驱动LED显示器。（2）BIN变换指令 将源元件中的BCD码转换为二进制数送到目标元件中。常数K不能作为本指令的操作元件。如果源操作数不是BCD码就会出错。 BIN指令常用于将BCD数字开关的设定值输入到PLC中。 使用BCD/BIN指令时应注意： 1）源操作数可取KnK、KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z，目标操作数可取KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z； 2）16位运算占5个程序步，32位运算占 9个程序步。4、算术运算和逻辑运算指令（1）算术运算指令1）加法指令ADDADD指令是将指定的源元件中的二进制数相加,结果送到指定的目标元件中去。每个数据的最高位作为符号位（0为正，1为负），运算是二进制代数运算。2）减法指令SUB减法指令SUB与ADD指令类似。使用加法和减法指令时应该注意： 操作数可取所有数据类型，目标操作数可取