正版新书]电气控制技术与PLC应用杨丽君9787302498483

第1章 电气控制的基础知识
1.1 概述
1.1.1 控制系统的特点
1.1.2 电气控制系统的发展
1.2 常用低压电器的基本概念和分类
1.2.1 基本概念
1.2.2 低压电器的分类
1.3 低压电器的主要技术参数
思考与练习题
第2章 常用低压电器
2.1 常用低压电器的组成
2.2 主令电器
2.2.1 按钮
2.2.2 转换开关
2.2.3 行程开关
2.2.4 接近开关
2.2.5 光电开关
2.3 常用控制类电器
2.3.1 接触器
2.3.2 中间继电器
2.3.3 时间继电器
2.3.4 速度继电器
2.3.5 压力继电器
2.3.6 液位继电器
2.3.7 固态继电器
2.4 常用保护类电器
2.4.1 熔断器
2.4.2 热继电器
2.4.3 电流继电器
2.4.4 电压继电器
2.5 常用的开关电器
2.5.1 刀开关
2.5.2 低压断路器
2.5.3 智能化低压断路器
2.6 常用低压电器的维护
2.6.1 触头的故障维修及调整
2.6.2 电磁系统的维护
2.6.3 接触器运行维护及故障检修
2.6.4 熔断器的故障及排除
2.6.5 热继电器的故障及排除
2.6.6 时间继电器的故障及排除
2.6.7 刀开关常见的故障及排除
2.6.8 低压断路器常见的故障及排除
2.7 低压电器的颜色标志
2.7.1 导线的颜色标志及含义
2.7.2 按钮的颜色标志及含义
2.7.3 指示灯的颜色标志及含义
思考与练习题
第3章 电气图的绘制
3.1 电气图中的图形符号、文字符号

第1章电气控制的基础知识1.1概述20世纪60年代初可编程序控制器问世以前，在工业控制领域中占主导地位的是继电器接触器控制。控制系统由继电器、接触器及电子元器件组成，用导线将这些电气元件按照控制要求连接在一起，以完成一定的控制功能。继电器、接触器在控制系统中主要起两种作用：一是逻辑运算，二是弱电控制强电。
1.1.1控制系统的特点采用继电器、接触器等电器组成的控制装置，称为继电器接触器控制装置，又称继电器接触器控制系统。实现对被控对象进行起动、停止和调速等控制。
1.继电器接触器控制系统的优点（1)电路图形象直观。
（2)价格低廉。
（3)维护方便。
（4)抗干扰能力强。
适用于动作比较简单、控制规模比较小的场合，因此目前仍广泛应用于各类机床和其他机械设备中。
2.继电器接触器控制系统的缺点（1)灵活性差。因其采用的是固定接线形式，不易改变控制功能。
（2)控制速度慢。因采用有触点的动作开关，工作频率低。
（3)控制精度低。存在动作延时和滞后现象，难以实现精确控制。
（4)可靠性差，使用寿命短；存在大量的机械触点，触点易损坏。
（5)体积大，耗电多。
（6)生产周期长，接线复杂。
（7)需要定时和不定时地进行检修和维护。
3.可编程控制器的特点可编程控制器简称PLC，它是将3C(Computer,Controller,Communication)技术，即计算机技术、自动控制技术、通信网络技术融为一体的一种新型工业控制装置。所以它在数据处理、顺序控制方面具有一定优势。目前，在控制领域里，可编程控制器已经替代了继电器接触器控制成为主要控制器，并被广泛应用。
以可编程控制器为核心的控制装置称为PLC控制系统。可编程控制器的特点如下。
（1)编程方法简单易学。
（2)功能强，性能价格比高。
（3)硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。
（4)可靠性高，抗干扰能力强。
（5)系统的设计、安装、调试工作量少。
（6)维修工作量小，维修方便。
（7)体积小，能耗低。
1.1.2电气控制系统的发展由于继电器接触器控制系统所用的控制电器结构简单、价格便宜，且向小型化、长寿命方向发展，因此仍能满足生产设备一般生产的需要，继电器接触器控制技术仍占有相当重要的地位，仍然广泛应用。
可编程序控制器从第一台问世以来，控制功能从只能做开关量逻辑控制和定时、计数功能，到具有模拟量控制功能、数据运算和数据处理功能、智能控制功能、过程控制功能，实时监控功能、通信联网功能。可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。可编程控制器从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制装置。目前已跃居工业自动化三大支柱(PLC、ROBOT、CAD/CAM)的首位。
目前可编程序控制器正向着两个方向发展。
（1）向着小型化、简易、价格低廉的方向发展。如德国西门子公司的S7200和日本OMRON(欧姆龙)公司的CQM1等一类产品，主要用于单机控制和规模比较小的自动化生产线控制。
（2）向着大型、高速、多功能和多层分布式全自动网络化的方向发展。如德国西门子公司的S5115U、S7400和日本OMRON(欧姆龙)公司的CV2000等一类产品。这样的产品一般为多处理器系统，有较大的存储能力和功能很强的输入/输出接口，不仅具有逻辑运算、定时、计数等功能，且具备数据运算、模拟控制、过程控制、远程控制等功能，还可以通过与上位机通信，配备数据采集系统、数据分析系统、彩色图像显示系统的操纵台，可以管理、控制生产线、生产车间或整个工厂，实现自动化工厂的全面要求。
可编程控制器应用范围日趋扩大。已广泛地应用于机械制造、冶金、石油、电力、煤炭、化工、轻工、纺织、食品、医疗、制药和军工等部门。可编程控制器在提高劳动生产率、保证产品质量、改善劳动条件、降低能源消耗和提高生产自动化程度等诸多方面，收到了明显的效果。
1.2常用低压电器的基本概念和分类1.2.1基本概念1.电器电器是一种能控制电的设备，是通断、控制、保护、检测和调节电路及电气设备的电工器具。
2.电器的作用电器可以根据外界的特定信号和控制的要求，手动或自动地接通或断开电路，能够断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的控制、切换、保护、变换、检测及调节。
3.低压电器低压电器是指用于交流额定电压在1200V以下、直流额定电压在1500V以下的电路中的电气设备。在电路中起通断、控制、保护或调节作用的电气设备，包括各种主令电器、接触器、控制继电器等。
4.高压电器高压电器指工作于交流电压1200V以上、直流电压1500V及以上电路中的电器。例如高压断路器、高压隔离开关、高压熔断器等。
1.2.2低压电器的分类1.按电器功能(用途)分（1)主令电器：用于自动控制系统中发布动作指令的电器，如按钮、转换开关、行程开关、接近开关等。
（2)控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器，例如接触器、继电器、电动机启动器等。
（3)保护电器：用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器等。
（4)执行电器：用于完成某种动作或传送功能的电器，如电磁铁、电磁抱闸等。
（5)配电电器：用于电能的输送以及分配的电气设备，如断路器开关等。
（6)其他系统用电器：稳压与调压电器、起动与调速电器、检测与交换电器、牵引与传动电器。
2.按操作方式分（1)手动电器：人手操作发出动作指令的电器。它依靠外力(人力)直接操作来进行动作切换，如按钮、刀开关等。
（2)自动电器：它依靠电器本身参数变化或外来信号(如电流、电压、温度、压力、速度、热量等)产生电磁吸力而自动完成接通、分断或使电机起动、反向及停止等动作指令的电器，如接触器、继电器、电磁阀等。
3.按使用系统分（1)电力拖动自动控制系统用。
（2)电力系统用。
（3)自动化通信系统用。
（4)其他系统用。
4.按使用场合分（1)一般工业用。
（2)特殊工矿用。
（3)农用。
（4)其他场合(如航空等)用。
5.按工作电压等级分按工作电压等级分为低压电器和高压电器。
6.按有无触点分按有无触点分为有触点电器和无触点电器。
7.按电器组合分按电器组合分为单个电器和成套电器与自动化装置。
1.3低压电器的主要技术参数1.额定电压在规定条件下，能保证电器正常工作的电压值，通常指触点的额定电压值，对于电磁式电器还规定了电磁线圈的额定工作电压。
2.额定电流
在额定电压、额定频率和额定工作制等规定条件下所允许通过的电流。它与触点的寿命、防护等级等因素有关。
3.通断能力通断能力包括接通能力和断开能力，接通能力指开关闭合时不会造成触点熔焊的能力；断开能力指断开时能可靠灭弧的能力。
4.寿命寿命包括电寿命和机械寿命。电寿命指电器在规定的使用条件下不需要维修或更换零部件的操作次数；机械寿命指电器在无电流情况下能操作的次数。
思考与练习题1.简述继电器接触器电气控制系统的特点。
2.简述可编程控制器的特点。
3.常用低压电器按功能(用途)分为哪几类？按操作方式分为哪几类？
4.低压电器的主要技术指标有哪些？
5.什么叫低压电器？什么叫高压电器？
第2章常用低压电器2.1常用低压电器的组成常用低压电器种类比较多，但在结构上基本类似。
常用低压电器一般由三个基本部分组成，一是感受部分，二是执行部分，三是中间部分。常用低压图21常用低压电器的结构框图电器的结构框图如图21所示。
（1）感受部分：它的作用是检测外界信号。在手动电器中，感受部分通常为操作手柄、推杆等；在自动电器中，感受部分大多是电磁结构的。
（2）执行部分：它的作用是根据指令，做出有规律的反应，执行电路接通、分断等任务，实现控制的目的。执行部分为触头系统，触头系统包括动触头和静触头，动触头和静触头之间的状态分为常开(动合)触点和常闭(动断)触点。
常开触点又叫动合触点，是指电气设备在未通电或未受外力作用时的常态下，触点处于断开状态——常开；当电器通电或接受到外部信号后，触点动作，触点由断开的状态变化到闭合的状态，称动合，因此常开触点又称为动合触点。常闭触点又叫动断触点，是指电气设备在未通电或未受外力的作用时的常态下，触点处于闭合状态——常闭；当电器通电或接受到外部信号后，触点动作，触点由闭合的状态变化到断开的状态，称动断，因此常闭触点称为动断触点。触点的常开、常闭状态指未加外部信号时，触点所处于的状态。动合、动断指触点在加信号后将处于的状态。
（3）中间部分：它的作用是把感受部分和执行部分联系起来，将感受部分检测到的信号传递到执行部分，使它们协调一致，按一定的规律动作。
常用低压电器还有其他部分，如灭弧系统等。
2.2主令电器主令电器是用来发布控制命令的电器，用以接通和分断小电流的控制电路。直接或通过继电器、接触器间接地对被控对象进行起动、停止、调速或制动等控制。主令电器的种类很多，本节主要介绍按钮、转换开关、行程开关和接近开关等常用的主令电器。
2.2.1按钮按钮是在小电流控制电路中用手动操作发出短时控制信号的主令电器。只能在控制电路中使用。按钮的种类有许多种，适用于不同的使用场合，按钮的外形如图22所示。紧急式按钮装有突出的蘑菇形钮帽以便于在紧急情况下操作方便；旋转式按钮用于选择工作方式；钥匙式按钮为了安全起见，需用钥匙插入后才可操作；指示灯式按钮在透明的按钮内装入指示灯，用作信号显示等。
1.按钮的结构按钮一般由按钮帽、触头系统(静触头和桥式动触头)、复位弹簧和外壳等组成，按钮的结构如图23所示。
图22按钮的外形图23按钮的结构1—钮帽；2—复位弹簧；3—动触头；4、5—静触头2.按钮的工作原理按钮的钮帽为感受部分；触头系统为执行部分，包括常开(动合)触点和常闭(动断)触点。
当用手按下按钮的钮帽，在外加的作用力大于弹簧的弹力时，触头系统动作，常闭触点断开，常开触点闭合；当松开按钮时，在弹簧的弹力作用下，触头系统回复到原位，触点恢复常态，按钮会发出短时的输出信号。
对于复合按钮，按下钮帽时，桥式动触头向下运动，使常闭触点先断开后，常开触点才闭合；当松开按钮帽时，则闭合的常开触点先断开复位后，断开的常闭触点再闭合复位。
3.按钮的符号按钮的文字符号为SB，图形符号如图24所示，有常开按钮、常闭按钮、复合按钮及急停按钮。当一个控制系统中有多个按钮时，文字符号后面加序号进行区别，如SB1、SB2等。
图24按钮的符号4.按钮的型号及含义按钮的型号及含义如图25所示。
图25按钮的型号及含义5.按钮的颜色和形状红色的按钮表示停止；绿色的按钮表示起动；黄色的按钮表示应急或警示信号；红色蘑菇形按钮常用做急停按钮等。
选择按钮形式的根据如下。
图26单钮、双钮和三钮（1)根据使用的场合选择开启式、防水式或防腐蚀等。
（2)根据控制回路选择单钮、双钮、三钮还是多钮，如图26所示。
（3)根据用途选择带指示灯、钥匙式或紧急式等。
（4)根据工作状态及工作情况要求选择指示灯的颜色。
2.2.2转换开关转换开关又称组合开关，是一种多挡位的开关电器。可以控制两路或两路以上电源或负载的转换，有单极、两极、三极及多挡位。转换开关的外形如图27所示。主要在控制电路中用于电路的转换，也可以作为电源的引入开关、换接电源和负载，用作不频繁地接通和断开电路，可以控制5kW及以下的小容量异步电动机的正/反转及星形三角形降压起动。
图27转换开关的外形1.转换开关的结构转换开关的结构由手柄、转轴、弹簧、凸轮、接线柱及多组叠装在一起的相同结构的触点组件等组成。凸轮安装在转轴上，静触头固定在转换开关的外壳上。转换开关的结构如图28所示。
图28转换开关的结构1—手柄；2—转轴；3—弹簧；4—凸轮；5—绝缘垫板；6—动触头；7—绝缘方轴；8—静触头；9—接线柱2.转换开关的工作原理转换开关依靠手柄转动来操作凸轮的转动，凸轮变换半径进行定位，操作动触头与静触头的通断。当转换开关的手柄转到不同角度的位置时，触头的通断状态是不同的。转换开关的位置是用手柄转动的角度表示的，通常有30°、45°、60°和90°等。
3.转换开关的符号转换开关的文字符号为SA，图29所示为双极和三极转换开关的图形符号。多挡位的转换开关的触头接线关系也可以用触头接线表表示，图210所示为LW515D0403/2多挡位转换开关的图形符号、文字符号及触头接线表。
图29转换开关的符号图210多挡位转换开关的图形符号、文字符号及触头接线表4.转换开关的型号及含义转换开关的型号及含义如图211所示。
图211转换开关的型号及含义2.2.3行程开关行程开关又叫限位开关或位置开关，是一种由物体的位移决定电路通断的开关。它的种类很多，可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式的行程开关，其主要区别在于传动操作方式和传动头形式的变化。行程开关的外形如图212所示。
图212行程开关的外形行程开关主要用于控制生产机械的运动位置、行程的长短和限位保护等的控制中。在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。在生活和生产中的应用，如自动生产线、机床、录音机、录像机、洗衣机等。
1.行程开关的结构行程开关的结构与按钮相似，由推杆、弹簧、触头系统等组成。推杆为行程开关的感受部分，直动式行程开关的结构如图213所示。使用时行程开关固定在某个位置上。
2.行程开关的工作原理行程开关的工作原理与按钮相似，区别在于行程开关是靠机械运动部件的挡块碰压行程开关的推杆来发布控制命令的主令电器，当安装在运动的机械部件的挡块碰压推杆，使其触头动作，常闭触点断开，常开触点闭合，输出控制信号，用来控制电路的接通或分断。
3.行程开关的符号行程开关的文字符号为SQ，图形符号如图214所示，有常开触点、常闭触点和复合触点。
图213直动式行程开关的结构1—推杆；2—弹簧；3—常闭（动断）触点；4—常开（动合）触点图214行程开关的符号4.行程开关的型号及含义行程开关的型号及含义如图215所示。
图215行程开关的型号及含义常用的行程开关的型号有JW和LX系列，机床及其他生产机械、自动生产线上常用JW2、JW2A、LX19、LX31、LXW5、3SE3等系列，起重设备常用行程开关有LX22、LX33