PLC备课笔记继电接触器控制系统

《电器与PLC应用技术》补充内容：继电接触器控制系统上海应用技术学院电子电工教研室叶真2009.02《电器与PLC应用技术》学习PLC课程的基本要求：一、电器的基本知识和继电接触器控制系统的基本知识二、基本原理及PLC的组成三、硬件接线，I/O口如何连接四、扩展方法及如何配置五、应用软件、梯形图编程方法及应用实例参考书籍：1.《现代电气及可编程控制技术》北京：航空航天大学出版社王永华主编2.《可编程序控制器及常用控制电器》冶金工业出版社何友华主编3.《PLC编程及应用》机械工业出版社（第一版）廖常初主编4.《工厂电气控制技术》机械工业出版社方承远主编5.《SIEMENS SIMATIC S7-200可编程序控制器CPU22X系统手册》北京：西门子（中国）有限公司6．各类关于电器控制及PLC技术应用的书籍7．补充教材后面所列的其他参考书籍第一章电器的基础知识任何一种继电器控制系统均由三部分组成：（1）输入部分：由各类按钮开关、行程开关、接近开关、转换开关等主令电器构成。

主令电器——自动控制系统中用于发送控制指令的电器。

（2）逻辑部分：由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路。

继电器——一种根据某种输入信号,接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力拖动装置的自动电器。

（3）输出部分：由各种电磁阀线圈，接通电动机的各种接触器和信号指示灯等执行电器构成。

接触器——是一种用来频繁地接通或断开交、直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。

是一种依靠电磁力的作用使触头闭合或分离来接通和断开电动机（或其他用电设备）电路的自动电器。

第一节电器的定义、分类及电磁式电器的工作原理一、电器的定义和分类电器——自动或手动接通和断开电路，能实现对电路或非电对象切换、保护、检测、变换和调节目的的电气元件分类：低压电器——交流1000V或直流1200V以下（一）按工作电压等级分高压电器——交流1000V或直流1200V以上手动电器——需人工直接操作才能完成指令任务（二）按动作原理分自动电器——按照电的或非电的信号自动完成指令任务（三）按用途分 1. 控制电器——用于各种控制电路和控制系统2. 主令电器——用于自动控制系统中发送控制指令3. 保护电器——用于保护电路及用电设备4. 配电电器——用于电能的输送和分配5.执行电器——用于完成某种动作或传动功能电磁式电器——依据电磁感应原理工作（四）按工作原理分非电量控制电器——靠外力或某种非电物理量的变化而动作二、电磁式电器——电气控制线路中使用量最大，类型很多，工作原理和构造基本相同感测部分——电磁机构主要组成部分执行部分——触头系统（一）电磁机构作用：将电磁能量→机械能量→触头动作→接通或分断电路组成：吸引线圈、铁心、衔铁等1. 常用的磁路结构：2. 吸引线圈：将电能转换成磁场能量。

按通入吸引线圈的电流种类不同，可分为直流线圈和交流线圈3. 铁心：直流电磁铁的铁心——整块钢材或工程纯铁制成。

在直流情况下，线圈发热而铁心不发热，所以吸引线圈做成高而薄的瘦高型，且没有骨架，线圈与铁心直接接触，易于散热。

交流电磁铁的铁心——硅钢片叠铆而成。

在交流情况下，铁心中有磁滞和涡流损耗，线圈和铁心都发热，所以，吸引线圈有骨架，与铁心隔离，并做成矮胖型，有利于铁心和线圈散热。

（二）电磁吸引力与特性在气隙值δ及外加电压值一定时：直流电磁铁——电磁吸引力为恒定值（用直流电源励磁）交流电磁铁——电磁吸引力随时间变化（用交流电源励磁）t F F t F F F a t m a t m at ωω2cos 2cos 2200-=-= 电磁吸力平均值吸力特性——电磁吸力F at 随衔铁与铁心间气隙δ变化的关系曲线（三）反力特性和返回系数反力特性——反作用力F r （由触头弹簧、反作用力弹簧产生）与气隙δ的关系曲线 返回系数——释放电压（或电流）与吸合电压（或电流）的比值，用β表示（反映 电磁式电器灵敏度的参数），β大而灵敏度高。

at reI atre V I I U U =-=ββ其中：—释放电压、电流—，re re I U—吸合电压、电流—，at at I U （四）交流电磁机构中短路环的作用由交流电磁吸力公式可知：F at 有两个分量：1. 恒定分量F o ，其值为最大值的一半2. 交变分量F ，F =F o cos2ωt ，其幅值是最大吸力值的一半，并以两倍电源频率变化总的电磁吸力F at 从0～F atm 变化，曲线如补充教材 Fig1-3所示。

由图1-3曲线可见：电磁机构在工作中，衔铁始终受到反作用弹簧、触头弹簧等反作用力F r 作用。

尽管电磁吸力的平均值F o 大于F r ，但在某些时候，F at 仍将小于F r （见图中斜线部分）。

当F at <F r 时，衔铁开始释放；当F at >F r 时，衔铁又被吸合，周而复始，使衔铁发生振动，发出噪声。

引入短路环——消除振动和噪声。

参见补充教材 Fig1-4。

三、电器触头系统和电弧（一）触头系统——电器的执行部分，用于通断电路。

材料：铜质、银质结构：桥式、指型（参见补充教材Fig1-5）（二）电弧的产生及灭弧（参见补充教材相关的内容）产生：触头间气体在强电场作用下的放电现象灭弧关键：采取措施使电弧迅速冷却，从而熄灭。

第二节开关电器一、刀开关——结构最简单，应用最广泛的手控电器。

用于低压电路不频繁动作。

文字及符号：参见补充教材Fig1-10二、转换开关（组合开关）——手控电器。

在机床电气设备中，主要作为电源引入开关；或直接用于控制非频繁起动和停止的小容量异步电动机。

文字及符号：参见补充教材P13 Fig1-12三、自动开关（自动空气断路器）——低压电路中常用的具有保护环节的断合电器。

当电路发生严重过载、短路以及失压等故障时，能自动切断故障电路，保护串接其后的电气设备；正常情况下，也可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机。

结构和工作原理：参见补充教材P13及P14 Fig1-13图形和文字符号：参见补充教材P14 Fig1-14第三节熔断器的工作原理及使用（属保护电器）熔断器是最简单有效的保护电器，主要用作短路保护和严重过载。

一、结构及工作原理1. 结构：熔体（额定电流等级较多）——保险丝——既是感测元件，又是执行元件熔管（或熔座）（额定电流等级较少）——安装熔体，熄灭电弧2. 工作原理：熔体与被保护的电路串联。

正常时，熔体允许通过一定的电流；当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断，切断电路，从而达到保护目的。

二、类型1. 瓷插式2.螺旋式3.封闭管式4.自复式第四节 主令电器主令电器——自动控制系统中用于发送控制指令——不能直接用于通断主电路一、控制按钮——低压控制电路中，手动发出控制信号。

结构、图形、文字符号：参见补充教材P17 Fig1-18，Fig1-19注意：按下时，常闭先开，常开后合二、行程开关（限位开关）——利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指令，用于控制生产机械的运动方向、行程大小或位置保护。

结构、图形、文字符号：参见补充教材P17 Fig1-20，补充教材P18 Fig1-21三、接近开关（无触点行程开关）——通过感辨头与被测物体间介质能量的变化来获取信号，（含各类传感器） 用于行程控制和限位保护，还可用于高频计数、测速、 液面控制、检测零件尺寸、加工程序的自动衔接等。

按其感辨机构的工作原理可分为：高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型、光电型、超声波型等。

技术指标：①动作距离 ②重复精度 ③操作频率 ④复位行程1. 晶体管停振型接近开关工作原理：金属检测体接近感辨头→金属检测体内产生涡流→涡流的去磁作用改变感辨头的等效参数→振荡电路的谐振阻抗和谐振频率变化→振荡停止→发出接近信号2.光电开关（属接近开关）作用距离较晶体管接近开关大，且可对非金属材料直接检测。

优点：体积小、功能强、速度快、精度高、抗电磁干扰能力强反射式 放大器分离型 亮动（受光动作）检测方式 对射式 分类 放大器内藏型 暗动（遮光动作）?????镜面反射式 电源内藏型反射式光电开关工作原理框图（DU ——光敏三极管， GL ——发光管 辐射光脉冲）振荡回路产生调制脉冲→经发射电路→发光管GL 辐射出光脉冲被测物体进入受光器作用范围→光脉冲被反射进入光敏三极管DU→接收电路将光信号解调成电脉冲信号→放大、同步选通整形→积分除干扰→延时（或不延时）→触发驱动器输出开关信号。

四、万能转换开关*——多档式、控制多回路的主令电器。

用于各种配电装置的远距离控制、电压表或电流表的换相开关、小容量电动机的起动，调速和换向。

结构示意图：参见补充教材P19 Fig1-23。

五、主令控制器和凸轮控制器*1. 主令控制器——频繁按顺序切换多个控制电路的主令电器。

与磁力控制盘配合，实现对起重机、轧钢机及其他生产机械的远距离控制。

结构示意图： 参见补充教材P19 Fig1-24工作原理： 参见补充教材P19。

2. 凸轮控制器——大型手动控制器。

主要用于起重设备中直接控制中小型绕线式异步电 动机的起动、停止、调速、换向和制动等。

结构示意图及工作原理： 参见补充教材P19-P20。

第五节 接触器接触器——用于频繁接通或断开交直流主电路或大容量控制电路按主触头通过的电流种类分为：交流接触器和直流接触器。

一、交流接触器——主要用于控制笼形和绕线式电动机的起动、运行中断开以及笼形电动机的反接制动、反向运行、点动等（参见补充教材P21 Fig1-27）接触器图形符号：参见补充教材P24 Fig1-28电磁机构——线圈、动铁心（衔铁）、静铁心交流接触器 触头系统——主触头（通断主电路）、辅助触头（控制电路，电气连锁） 被测物体灭弧装置其他部件——反作用弹簧、缓冲弹簧、触头压力弹簧、传动机构等其中辅助触头无灭弧装置，容量较小，不能用于分合主电路；数量与接触器型号有关工作原理：线圈通电→线圈电流建立磁场→静铁心产生电磁吸力→吸合衔铁→带动触头动作→常闭断开，常开闭合线圈断电→电磁力消失→反作用弹簧使衔铁释放→各触头复位二、直流接触器——结构和工作原理与交流接触器基本相同，主要用于远距离控制，电压可至400V、电流至600A的直流电路以及频繁操作的直流电动机。

三、接触器的类型、技术参数、选择、常见故障（参见补充教材P21-P24）（参见补充教材P22～P23表1-2和表1-3，其中交流接触器CJ10系列主触头均为三极，辅助触头为2常开、2常闭）第六节继电器继电器种类很多：电压继电器电流继电器按输入信号的性质分：时间继电器温度继电器速度继电器压力继电器电压电磁式继电器电流感应式继电器按工作原理分：电动式继电器电子式继电器热继电器按输出形式分：有触点和无触点按用途分：控制用和保护用继电器一、电磁式继电器（重点）——结构与工作原理和接触器基本相同。