工厂电气与PLC控制技术-5-1课件.ppt
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- 工厂 电气 PLC 控制 技术 _5_1 课件
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1、目录目录前言前言绪论绪论第一章第一章 继电器继电器-接触器逻辑控制基础接触器逻辑控制基础第二章第二章 电气控制装置系统设计方法电气控制装置系统设计方法第三章第三章 可编程序控制器的组成与工作原理可编程序控制器的组成与工作原理第四章第四章 PLCPLC的编程语言与指令系统的编程语言与指令系统第五章第五章 PLCPLC的特殊功能的特殊功能I/OI/O模块模块第六章第六章 西门子电气(西门子电气(SIEMENSSIEMENS)S7S7系列型系列型PLCPLC第七章第七章 编程器、编程软件及其使用编程器、编程软件及其使用第八章第八章 PLCPLC的联网与通信技术的联网与通信技术第九章第九章 PLCPL
2、C控制系统设计控制系统设计绪绪 论论性性 质质 实践性强的专业课。实践性强的专业课。内内 容容 电机、其他执行电器为控制对象,介电机、其他执行电器为控制对象,介 绍电气控制的基本原绍电气控制的基本原 理、线路、程序理、线路、程序 及控制装置的设计方法。及控制装置的设计方法。目目 标标 1、电气控制线路、程序、技术资料、电气控制线路、程序、技术资料 的阅读分析能力。的阅读分析能力。2、电气控制线路、程序的设计能力。、电气控制线路、程序的设计能力。任务任务:1、熟练掌握常用控制电器、电气控制线路的构、熟练掌握常用控制电器、电气控制线路的构 成、原理及用途,独立分析和设计能力。成、原理及用途,独立分
3、析和设计能力。2、掌握可编程序控制器(、掌握可编程序控制器(PLC)的基本构成、)的基本构成、工作原理、特点及其应用发展情况。工作原理、特点及其应用发展情况。3、掌握小型、掌握小型 PLC 的硬件构成、工作原理、编程的硬件构成、工作原理、编程 语言、指令系统与编程方法。语言、指令系统与编程方法。4、掌握、掌握 PLC 控制系统的设计方法、设计过程、控制系统的设计方法、设计过程、步骤、步骤、PLC 模块选择方法、应用程序设计模块选择方法、应用程序设计 与调试方法等。与调试方法等。控制方法控制方法 手动手动 自动自动控制功能控制功能 简单简单 复杂复杂操作方式操作方式 笨重笨重 轻巧轻巧控制原理控
4、制原理 有触点硬接线继电器、微处理器有触点硬接线继电器、微处理器的的软件软件 控制方式控制方式 集中拖动顺序控制集中拖动顺序控制 DCS 网络、网络、现场现场总总 线、以太网线、以太网新新 技技 术术 综合应用电子技术、检测技术、计算机综合应用电子技术、检测技术、计算机 技术、自动控制理论技术、自动控制理论M23YAM33M!3反转反转正转正转停停SA5FU1FU2KM3 12KM2 9KM4 15RU1V1W1FR1 7KSU2V2W2FR2 13KM6 19KM5 18KM1 7U3V3W3FR3 7 150VA380/127V 60VA380/36VFUELTQSL1L2L331关关SA
5、4开开32 总开关及保护总开关及保护 主轴转动主轴转动起动起动 制动制动 进给传动进给传动 正转正转 反转反转 冷确泵冷确泵 变压器及照明变压器及照明主电路主电路第一章第一章 继电接触器逻辑控制基础继电接触器逻辑控制基础意意 义义 继电器、接触器控制技术是继电器、接触器控制技术是 近代先进电气控制基础近代先进电气控制基础低压电器低压电器 电力拖动自动控制系统的基本组成元件电力拖动自动控制系统的基本组成元件介介 绍绍 常用低压电器元件的用途、常用低压电器元件的用途、类型、符号、选用四方面类型、符号、选用四方面举举 例例 电气线路的阅读分析方法电气线路的阅读分析方法 凡是自动或手动接通和断开电路,
6、以及能实现凡是自动或手动接通和断开电路,以及能实现 对电路或非电对象切对电路或非电对象切换、控制、保护换、控制、保护、检测检测、变换和调节目的的电气元件统称为电器变换和调节目的的电气元件统称为电器 1 1、按工作电压等级分类、按工作电压等级分类(1 1)低压电器)低压电器 交流交流 AC 1200VAC 1200V;直流直流 DC 1500VDC 1200VAC 1200V;直流直流 DC 1500VDC 1500V。2 2、按用途分类、按用途分类(1 1)控制电器)控制电器 用于各种控制电路和控制系统的电器用于各种控制电路和控制系统的电器(2 2)主令电器)主令电器 用于各种控制系统中发送控
7、制指令的电器用于各种控制系统中发送控制指令的电器(3 3)保护电器)保护电器 用于保护电路及用电设备的电器用于保护电路及用电设备的电器(4 4)配电电器)配电电器 用于电能的输送和分配的电器用于电能的输送和分配的电器(5 5)执行电器)执行电器 用于完成某种动作或传动功能的电器用于完成某种动作或传动功能的电器(1 1)电磁式电器)电磁式电器 依据电磁原理来工作的电器依据电磁原理来工作的电器(2 2)非电类控制电器)非电类控制电器 电器的工作是靠外力或某种电器的工作是靠外力或某种 非电物理量的变化而动作的电器非电物理量的变化而动作的电器组成:组成:感测部分感测部分 电磁结构电磁结构 触头系统触头
8、系统 执行部分执行部分(一)电磁结构(一)电磁结构 作用作用 将电磁能量转换为机械能量,带将电磁能量转换为机械能量,带动动 触头动作,完成接通和分断电路触头动作,完成接通和分断电路 组成组成 吸引线圈、铁心、衔铁等吸引线圈、铁心、衔铁等 1 1)衔铁沿衔铁沿转动的拍合式铁心转动的拍合式铁心 广泛应用于直流电器中广泛应用于直流电器中 2 2)衔铁沿衔铁沿转动的拍合式铁心转动的拍合式铁心 应用触点容量较大的交流电器中应用触点容量较大的交流电器中 3 3)衔铁直线运动的双衔铁直线运动的双E E形直动式铁心形直动式铁心 多用于交流接触器、继电器中多用于交流接触器、继电器中图图1-1 常用的磁路结构常用
9、的磁路结构线圈自然状态线圈自然状态 没有电没有电1衔铁衔铁 2铁心铁心 3吸引线圈吸引线圈123线圈通电线圈通电图图1-1 常用的磁路结构常用的磁路结构机械运动机械运动图图1-1 常用的磁路结构常用的磁路结构图图1-1 常用的磁路结构常用的磁路结构 通电后动作情况通电后动作情况机械运动机械运动2 2、吸引线圈、吸引线圈 作用作用 将电能转换成磁场能量将电能转换成磁场能量 注意注意 结构、交、直流、热的产生结构、交、直流、热的产生磁场中磁场中 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律磁通密度磁通密度 =IN/R=IN/Rm m (1-11-1)式中:式中:为铁芯磁通密度(为铁芯磁通密度(WbWb)I I 为
10、线圈中的电流为线圈中的电流 (A A)N N 为线圈圈数为线圈圈数 (圈圈)R Rm m 为磁阻为磁阻 (1/H1/H)磁铁中的磁通量磁铁中的磁通量 =B B*S S (1-41-4)式中:式中:B B 气隙中磁感应强度气隙中磁感应强度 (T T)S S 磁极截面磁极截面积积 (m m2 2 )电磁电磁吸力吸力 (1-51-5)式中式中:F Ft t 电磁吸力电磁吸力 (N N)B B 气隙中磁感应强度气隙中磁感应强度 (T T)S S 磁极截面积磁极截面积 (m m2 2)S2B8710tF 固定铁心与衔铁之间的气隙。固定铁心与衔铁之间的气隙。直流电磁铁时直流电磁铁时 B恒定值恒定值;交流电
11、磁铁时交流电磁铁时 BBmsint。(1-61-6)图图1-2 直直流电磁机构的吸力特性流电磁机构的吸力特性 图图1-3 交交流电磁机构的吸力特性流电磁机构的吸力特性将式将式1-61-6代入式代入式1-51-5整理得整理得 (1-7)1-7)式中式中 电磁吸力最大值;电磁吸力最大值;电磁吸力平均值。电磁吸力平均值。t2cosFFt2cos2F2F00tmtmtFS2B8710tmFm2FFtm0 图图1-4 电磁铁的吸力特性电磁铁的吸力特性1直流电磁铁吸力特性直流电磁铁吸力特性 2交流电磁铁吸力特性交流电磁铁吸力特性 3反力特性反力特性 4 释放过程中静态吸力特性释放过程中静态吸力特性 123
12、F0分析曲线形状分析曲线形状为什么?为什么?4吸力特性吸力特性吸力吸力 Ft 与铁心间隙与铁心间隙 的特性曲线的特性曲线图图1-41-4直流电磁铁吸力(直流电磁铁吸力(曲线曲线 1 1)励磁电流励磁电流 I 与气隙与气隙 无关无关;动作过程为动作过程为 恒磁通势;恒磁通势;F2 21/Rm1/Rm2 21/1/2 吸力大小吸力大小 随随陡峭。陡峭。交流电磁铁吸力(交流电磁铁吸力(曲线曲线 2 2)设线圈电压设线圈电压U U不变,则不变,则 UEUE4.44f4.44fN N U/4.44fNU/4.44fN,由磁路定律,由磁路定律 NI/RmNI/Rm 励磁电流励磁电流 与气隙与气隙 成成;动
13、作过程为动作过程为 近似恒磁通近似恒磁通 ;吸力大小吸力大小 随随 平坦。平坦。典型电磁铁结构示意图典型电磁铁结构示意图反力特性反力特性 反作用力反作用力 Fr 与气隙与气隙 的关系曲线。的关系曲线。(图图1-4 1-4 曲线曲线 3 3 )注意:注意:吸合吸合 保证吸力特性位于反力特性保证吸力特性位于反力特性方;方;释放释放 :方。方。返回系数(返回系数(-反映灵敏度的参数)反映灵敏度的参数)释放电压释放电压 Ure(或电流(或电流 Ire)与吸合电压与吸合电压 Uat(或电流(或电流 Iat)。)。或或atreUUUatreIII图图1-5 交流电磁机构实际吸力曲线交流电磁机构实际吸力曲线
14、tFatF 交流分量交流分量FFatmF0Fr 0t2cosFFt2cos2F2F00tmtmtF最大值最大值 交流分量交流分量 反力反力 交流电磁铁的吸力是一个两倍电源频率的周期量,即:交流电磁铁的吸力是一个两倍电源频率的周期量,即:恒定分量恒定分量 F F0 0 最大吸力最大吸力 的一半的一半 ;交变分量交变分量 F F0 0cos2cos2t t F F0 0 。所以所以 0 0 F Fatm 的结果有时的结果有时 反力反力 F Fr r 引起振动(引起振动(噪音噪音)办法办法加一短路铜环(加一短路铜环(图图1-61-6)原理原理把磁通分为把磁通分为 1 1、2 2 在在 I I0 0
15、时,磁通始终时,磁通始终(F F0 0cos2cos2t t)0 0 则则 F Fatat F F0 0-(F F0 0cos2cos2t t)F F0 01-衔铁衔铁 2-铁心铁心 3-线圈线圈 4-短路环短路环图图1-6 交流电磁铁的短路环交流电磁铁的短路环图图1-7 加短路环后实际吸力及磁通变化曲线加短路环后实际吸力及磁通变化曲线 作用作用起接通和分断电路。起接通和分断电路。电阻及焦耳(热)损耗:电阻及焦耳(热)损耗:1 1、交直流电阻损耗:、交直流电阻损耗:P=KP=Kf fI I2 2R R (1-9)(1-9)式式中:中:P-P-损耗功率损耗功率 K Kf f-交流附加损耗系数交流
16、附加损耗系数 I-I-触头通过电流触头通过电流 R-R-触头导体与接触电阻触头导体与接触电阻2 2、热、热损耗:损耗:Q IQ I2 2Rt Rt (1-101-10)式中式中:Q-Q-热量;热量;t-t-通电时间通电时间注:触头注:触头热量热量 绝缘体燃烧温度或触头熔化温度绝缘体燃烧温度或触头熔化温度 结果结果 -燃烧或烧毁触头燃烧或烧毁触头触头结构形式:触头结构形式:1 1、桥式触头、桥式触头 (图图1-8 a1-8 a、b b)2 2、指形触头、指形触头 (图图1-8 c1-8 c)a)b)c)b)图图1-8 触点的结构型式触点的结构型式运动过程运动过程用力按下用力按下运动过程结束运动过
17、程结束产生摩擦动作产生摩擦动作产生摩擦动作 大到某一数值时产生电弧大到某一数值时产生电弧 间间 几百几百间间 原因原因 触头气体在电场作用下电离放电、触头气体在电场作用下电离放电、游离现象游离现象 结果结果 产生高温、发出强光,触头烧毁产生高温、发出强光,触头烧毁 常用的灭弧方法:常用的灭弧方法:1 1、电动力灭弧、电动力灭弧 (图图1-91-9)应用应用 一般交流电路中一般交流电路中图图1-9 电动力灭弧示意图电动力灭弧示意图1静触头静触头 2动触头动触头FF21I电流电流I电流电流左通力右生电左力右感2 2、磁吹灭弧、磁吹灭弧 (图图1-101-10)应用应用 直流电路中。直流电路中。图图
18、1-10 磁吹灭弧示意图磁吹灭弧示意图1次吹线圈次吹线圈 2绝缘套绝缘套 3铁心铁心 4引弧角引弧角 5导磁夹板导磁夹板 6灭弧罩灭弧罩 7动触头动触头 8静触头静触头 321 4 5 6783 3、窄缝灭弧、窄缝灭弧 (图图1-111-11)应用应用 交、直流电路中。(交、直流电路中。()图图1-11 窄缝灭弧示意图窄缝灭弧示意图4 4、栅片灭弧、栅片灭弧 (图图1-121-12)应用应用 高压电路中。高压电路中。图图1-12 栅片灭弧示意图栅片灭弧示意图1灭弧栅片灭弧栅片 2触头触头 3电弧电弧123FII第二节第二节 常用低压电器常用低压电器常用常用熔断器、熔断器、开关、开关、主主令电器
19、、接触器令电器、接触器和继电器和继电器应用应用配电线路的严重过载和短路保护。配电线路的严重过载和短路保护。原理原理通过流过电路的过大电流产生的热效通过流过电路的过大电流产生的热效应熔断熔应熔断熔 丝(安秒特性曲线)而断开丝(安秒特性曲线)而断开和保护电路。和保护电路。熔断器的外形图见熔断器的外形图见 图图1-131-13 熔体结构示意图见熔体结构示意图见 图图1-14 1-14 熔断器的安秒特性曲线见熔断器的安秒特性曲线见 图图1-151-15 图图1-14 1-14 熔体结构示意图熔体结构示意图1 1盖板盖板 2 2指示器指示器 3 3触角触角 4 4熔体熔体 5 5熔管熔管图图1-15 t
20、熔断区正常工作区过 渡 区表表1-1 熔断器安秒特性数值关系熔断器安秒特性数值关系熔断电流熔断电流(1.25(1.251.30)I1.30)IN N1.6I1.6IN N2I2IN N2.5I2.5IN N3I3IN N4I4IN N熔断时间熔断时间 1h 1h40s40s8s8s4.5s4.5s2.5s2.5s(三)熔断器的类型与技术参数(三)熔断器的类型与技术参数1 1、插入式、插入式RC1ARC1A系列,低压分支电路,系列,低压分支电路,I I小民用小民用2 2、螺旋管式、螺旋管式RL6RL6 用于机床,用于机床,RLS2RLS2 用于整流、用于整流、晶闸管晶闸管3 3、封闭管式、封闭管
21、式RT12RT12有填料、无填料、快速,有填料、无填料、快速,低压电网低压电网4 4、新型:、新型:(1 1)自复式)自复式RZ1RZ1 不能切断电源,不能切断电源,与断路器配合使用与断路器配合使用(2 2)高分断能力)高分断能力NTNT 应用电气装置、配电设备应用电气装置、配电设备额定电压额定电压 V额定电流额定电流 A熔体熔体额定电流额定电流 A额定分断能额定分断能力力5001604,6,10,16,20,25,32,35,40,50,63,80,100,125,160500V120kA25080,100,125,160,200,224,250400125,160,200,224,250,
22、300,315,355,400630315,355,400,425,500,6303801000800,100380V 100kA表表1-2 NT1-2 NT型熔断器主要技术参数型熔断器主要技术参数1 1、类、类 型型 线路要求、使用场合、线路要求、使用场合、安装条件、适用范围安装条件、适用范围2 2、额定电压、额定电压 使额定电压使额定电压 线路的额定电压线路的额定电压3 3、额定电流、额定电流 熔体的额定电流与负载相匹配熔体的额定电流与负载相匹配 1 1)阻性负载熔体额定电流略)阻性负载熔体额定电流略 电路的额定电流电路的额定电流 2 2)电机负载)电机负载 单台电机单台电机 多台电机多台
23、电机 式中式中 I IN N 电机额定电流电机额定电流 I INmaxNmax 容量最大的一台电机额定电流容量最大的一台电机额定电流 I IN N 其它电机额定电流的总和其它电机额定电流的总和 3 3)电容负载设备中)电容负载设备中 熔体的额定电流熔体的额定电流1.61.6倍电容额定电流倍电容额定电流 4 4)配电系统中)配电系统中 主回路熔体的额定电流主回路熔体的额定电流 支路熔体的额定电流支路熔体的额定电流4 4、额定分断能力、额定分断能力 额定分断能力额定分断能力 电路中可能最大故障电流电路中可能最大故障电流5 5、选择保护特性、选择保护特性 分支故障时分支故障时故障点最近处动作故障点最
24、近处动作 熔断器的图形符号及文字符号如熔断器的图形符号及文字符号如 图图1-161-16图图1-16 熔断器的图形与文字符号熔断器的图形与文字符号FU总结:总结:应用应用配电线路的严重过载和短路保护配电线路的严重过载和短路保护原理原理通过流过电路的过大电流产生的热效应熔断通过流过电路的过大电流产生的热效应熔断 熔丝(安秒特性曲线)而断开和保护电路熔丝(安秒特性曲线)而断开和保护电路参数参数额定电压、额定电流、熔体额定电流、额定电压、额定电流、熔体额定电流、额定分断能力额定分断能力类型类型插入式、螺旋管式、封闭管式、自复式、高插入式、螺旋管式、封闭管式、自复式、高 分断能力分断能力产品产品RL1
25、ARL1A、RLS2RLS2、RM10RM10、RT12RT12、RS3RS3、RZ1RZ1等等开关开关应用于配电线路作电源的隔离、保护与控制应用于配电线路作电源的隔离、保护与控制应用应用在低压电路中,作为不频繁接通、断开电路在低压电路中,作为不频繁接通、断开电路原理原理依靠手动来实现触刀插入插座与脱离插座的控制电路依靠手动来实现触刀插入插座与脱离插座的控制电路 的通、断的通、断参数参数额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电流、热稳额定电压、额定电流、通断能力、动稳定电流、热稳 定电流定电流类型类型大电流刀开关、负荷开关、熔断器式刀开关大电流刀开关、负荷开关、熔断器式刀开关选择选择使额定电压、
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