电气控制与PLC电子教案.docx
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电气控制与PLC电子教案
电气控制与PLC电子教案
共青科技学院授课教案
课程名称:
[电气控制与PLC]
制定日期2017/2/18
授课教师:
职称:
讲师
授课对象:
15级机电1班,数控班授课时数:
72
教材名称及版本:
电气控制与PLC及变频器技术应用;
李智明大连理工大学出版社
课题名称:
项目1电动机基本控制电路安装调试
授课类型:
理论课+实践课+习题课
教学目的、要求:
通过本项目的学习,应达到:
(1)能识别常用的各种低压电器;
(2)能识读基本控制电路图,并能分析说明电路的工作原理;
(3)能绘制基本控制电路的接线图;
(4)会板前布线,能根据接线图正确安装和调试基本控制线路;
(5)会检修继电控制线路简单故障。
授课主要内容及课时分配:
1)理论教学8节
2)实践教学6节
3)习题课2节
教学重点:
(1)安装调试电动机单向连续运行线路;
(2)安装调试电动机正反转运行线路;
(3)安装调试电动机Y-△降压起动线路;
(4)安装调试电动机能耗制动线路。
教学难点:
(1)安装调试电动机Y-△降压起动线路;
(2)安装调试电动机能耗制动线路。
教学手段、教具:
教学手段:
理论教学+实践教学
教具:
多媒体,万用表,低压电器。
教学方法:
启发式+直观式
教学过程:
§1.1:
任务1三相异步电动机单向运行电路的安装调试
一、.刀开关
刀开关是一种手动电器,广泛应用于照明电路及配电设备做隔离电源用,有时也用作直接启动小容量(≤5.5KW)电动机。
HK系列刀开关的型号含义如图1-3所示。
刀开关的选择原则:
①根据使用场合,选择刀开关的类型、极数以及操作方式。
②刀开关的额定电压应大于或等于线路电压。
③刀开关的额定电流应大于或等于线路的电压。
对于电动机负载,开启式刀开关的额定电流可取电动机额定电流的3倍。
二.低压断路器
低压断路器又称自动空气开关。
是低压配电网络和电力拖动系统中常用的一种电器,它集控制和多种保护功能于一身,正常情况下用于完成不频繁接通和分断电路。
当电路中发生短路、过载及欠压等故障时,能自动切断故障电路,保护用电设备的安全。
低压断路器相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合。
(1)低压断路器分类
低压断路器种类很多,按结构和性能可以分为万能式(又称框架式)、装置式(又称塑壳式)、限流式、直流快速式、漏电保护式和灭磁式等。
(2)低压断路器结构和工作原理
(3)低压断路器技术参数和型号含义
低压断路器的其主要技术参数:
额定电压、额定电流、脱扣器类型、极数、整定电流范围、动作时间、分断能力等。
三.熔断器
熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中主要用作短路保护,有时兼作过载保护的电器。
使用时把它串接于被保护的电路中,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,以其自身产生的热量使熔体迅速熔断,从而自动切断电路,实现短路和过载保护作用。
(1)熔断器结构及分类
熔断器按结构形式分为插入式(RC系列)、螺旋式(RL系列)、有填料封闭管式(RT系列)、无填料封闭管式(RM系列)、自复式等。
其外形结构及符号如图所示。
(2)熔断器型号
熔断器的型号含义如图所示。
(3)熔断器选择原则
熔体额定电流的选择
a.对于照明、电热等电流较平稳、无冲击电流的负载的短路保护,熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流。
b.对电动机负载,要考虑冲击电流的影响,计算方法如下:
对于单台不频繁启动的电动机,熔体的额定电流IRN应大于或等于1.3~2.5倍电动机额定电流IN,即:
对于频繁启动或启动时间较长的电动机,上式的系数应增加到3~3.5。
对于多台电动机,熔体的额定电流IRN应大于或等于其中最大容量的电动机额定电流INmax的1.3~2.5倍,再加上其余电动机额定电流的总和∑IN,即:
四.交流接触器
接触器是一种自动的电磁式开关,用于远距离频繁接通或断开交流主电路及大容量控制电路。
接触器具有欠电压自动释放保护功能,工作可靠,使用寿命长,其主要控制对象是电动机,也可用于控制其他负载。
图1-9所示为常用的几种接触器外形图。
(1)交流接触器结构及工作原理
交流接触器由电磁系统、触点系统、灭弧装置和其他部件等组成。
CJ10-20型接触器的结构如图1-10所示。
1
电磁系统
由吸引线圈、静铁心和衔铁(动铁心)三部分组成。
其作用原理是:
吸引线圈通电时产生磁场,衔铁受到电磁力的作用而被吸向铁心;吸引线圈断电后,磁场消失,衔铁在复位弹簧的作用下,恢复原位。
衔铁带动连接机构运动,从而带动触点作相应的动作,实现电路的接通或断开。
2触点系统
交流接触器的触头按接触情况可分为点接触、线接触式和面接触式三种。
按触头的结构形式分,有桥式触头和指形触头两种。
当接触器未工作时处于接通状态的触点称为常闭触点(又称动断触点),当接触器未工作时处于断开状态的触点称为常开触点(又称动合触点),常开触点和常闭触点是联动的。
图1-10CJ10-20型接触器的结构
③灭弧装置
触点在分断大电流电路时,会在动、静触点之间产生较大的电弧。
电弧不仅会烧损触点,延长电路分断时间,严重时还会造成相间短路,因此,容量较大(20A以上)的交流接触器均装有陶瓷灭弧罩,以迅速切断触点分断时所产生的电弧。
(2)交流接触器的型号及含义
常用的交流接触器有国产的CJ10、CJ20等系列,CJ系列接触器的型号及含义如图1-12所示。
(3)交流接触器的电气符号
五.热继电器
热继电器是一种利用流过继电器的电流所产生的热效应原理来切断电路的保护电器。
具有过载保护功能,但不能用于短路保护。
(1)热继电器结构及工作原理
热继电器的外形结构如图1-14所示,它由热元件、双金属片、触点、复位按钮、导板及推杆等组成。
图1-14热继电器的结构图
1—电流整定装置2—复位按钮3—热元件4—双金属片5—导板6—常闭触点7—推杆
六.按钮
按钮是一种用来接通或分断小电流电路的手动控制且可以自动复位的主令电器
(1)按钮的种类、结构
按钮的种类很多,有揿钮式、钥匙式、旋钮式和紧急式等,如图1-16(a)所示为常见的按钮外形,图(b)、(c)为按钮的结构和图形符号。
按钮主要由按钮帽、复位弹簧、动触头、静触头、支柱连杆及外壳等部分组成。
电气控制线路图是根据生产机械运动形式对电气控制系统的要求,采用国家统一规定的图形、符号和图线等形式来表示电气系统中各电气设备、元器件的相互连接关系。
电气图是电气安装、调试和检修的理论依据。
电气控制系统图一般分三种:
电气原理图、电器布置图、电气安装接线图。
1.常用电器的图形符号和文字符号
2.电气原理图-单向连续运行电路
3.绘制电气原理图应遵循的原则
(1)原理图一般分为主电路和辅助电路两部分。
主电路是指从电源到电动机的大电流通过的路径。
(2)原理图中,各电器元件不画实际的外形,而采用国家规定的统一标准符号来画。
根据便于阅读的原则,同一电器元件的各部件可不画在一起,但文字符号要相同。
(3)所有电器的触点,都应按没有通电和没有外力作用时的开闭状态画出。
(4)原理图中,有直接联系的交叉导线的连接点,要用黑圆点表示,无直接联系的交叉导线,交叉处不能画黑圆点。
(5)原理图中接线端子标记
①对主电路,三相交流电源引入线用L1、L2、L3、N、PE标记;经过电源开关后,在出线端子上按相序依此编号为U11、V11、W11,每经过一个电器元件的线桩后,编号要递增,如U12、V12、W12,U13、V13、W13…。
②对控制电路与照明、指示电路,应从上到下、从左到右,逐行用数字依此编号,每经过一个电器元件的接线端子,编号要依此递增。
编号的起始数字除控制电路必须从阿拉伯数字1开始外,其他辅助电路依此递增100作起始数字,如照明电路编号从101开始;信号电路编号从201开始等
◆举例:
单向连续运行电路工作原理分析
三相异步电动机单向连续运行控制电路如图1-18所示,图中,SB1为停止按钮,SB2为启动按钮,其工作原理如下:
线路保护功能
①短路保护:
由熔断器FU1、FU2分别实现主电路和控制电路的短路保护。
短路时,熔断器的熔体熔断,切断电路,起到保护作用。
②过载保护:
由热继电器FR对电动机实现长期过载保护。
当电动机出现过载时,热继电器动作,串接在控制电路中的常闭触点FR断开,KM线圈失电,从而使电动机主电路断电,实现过载保护。
③失压、欠压和零压保护:
由接触器KM本身的电磁结构特点来实现。
1.设备材料
2.绘制安装接线图
3.固定元器件并安装接线
(1)检查元器件
(2)固定元器件
(3)采用线槽布线安装
(4)按钮、电动机、三相电源等外围设备布线安装时,必须通过接线端子排XT与控制板内部低压电器对接。
(5)一个接线接线端子上的连接线不得多于两根。
所有从一个接线端子到另一个接线端子的导线必须连续,中间不能有接头。
4.自查线路
(1)线路故障检查将万用表转换开关放到合适的档位,一般置于R×100档,检测线路的通断情况
5.通电试车并排故
(1)调试控制电路
(2)带电动机试车
(3)电压分阶测量法确定故障点
气线路
&§1.2:
任务2电动机正反转运行电路的安装调试
一.三相电动机正反转基本控制电路
1、电路结构分析
2、电气原理分析
3、电气功能分析
4、几点思考:
a)电路用到了哪些低压电器。
b)电路能实现哪些电器保护功能。
二.双重互锁正反转控制电路
1、电路结构分析
2、电气原理分析
3、电气功能分析
4、几点思考:
a)电路用到了哪些低压电器。
b)电路能实现哪些电器保护功能。
c)与上述电路不同之处有哪些?
?
三.工作台自动往复运动控制电路
(1)限位开关
限位开关又称为位置开关或行程开关,主要用于检测工作机械的位置,当运动部件达到一个预定位置时,操作机构则发出命令以控制其运动方向或行程大小。
(2)工作台往复运行控制电路
1、电路结构分析
2、电气原理分析
3、电气功能分析
4、几点思考:
a)电路用到了哪些低压电器。
b)电路能实现哪些电器保护功能。
c)与上述电路不同之处有哪些?
?
安装并调试图1-26所示的按钮、接触器双重互锁正反转控制线路。
一.多地点控制电路
1)分析电路原理
2)分析电路功能
3)实践举例
4)电路的异同
二.多台电动机顺序控制线路
1、主电路实现顺序控制
(以两台电机为例)
1)分析电路原理
2)分析电路功能
3)实践举例
4)电路的异同
2、控制电路实现顺序控制
(以两台电机为例)
1)分析电路原理
2)分析电路功能
3)实践举例
4)电路与上述电路的异同
&§1.3任务3电动机Y-△降压启动线路的安装调试
1.电动机降压起动
容量较大的笼型异步电机(一般大于4KW)起动电流较大,通常直接起动电流为其额定电流的4~7倍。
所以容量较大的电机采用降压起动的方式来起动。
降压起动的方法有定子绕组串电阻、星—三角、自耦变压器和延边三角形等。
2.Y/△降压起动
Y/△降压起动是指电动机起动时,使定子绕组接成星形,用以降低起动电压,从而限制起动电流;电动机起动后,待转速接近额定转速时,把定子绕组改接成三角形,使电动机进入全压运行。
星—三角降压起动只适用于正常运行时三角形连接的笼型异步电动机,而且只适用于轻载起动。
3.时间继电器
时间继电器是根据电磁原理或机械动作原理来实现通断电路的电器。
时间继电器的种类很多,按结构原理可分为空气阻尼式、电子式(又称晶体管式)、电动式等;按延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。
空气阻尼式时间继电器,是利用空气阻尼原理获得延时的,见图1-39
(c)底座引脚功能
图1-40电子式时间继电器
时间继电器的文字符号为KT,图形符号如图1-41所示。
(略)
其它降压启动电路和多速控制电路
一.定子绕组串电阻降压启动控制电路
1)分析电路结构及原理
2)分析电路功能
3)画工作流程图
4)分析与上述Y/Δ电路的异同
二.自耦变压器降压启动控制线路
1)分析电路结构及原理
2)分析电路功能
3)画工作流程图
4)分析与上述Y/Δ电路的异同
5)优缺点?
?
&§1.4:
任务4三相异步电动机能耗制动线路的安装调试
1.4.1相关知识学习
三相异步电动机电气制动方法有能耗制动、反接制动、电容制动、发电制动等。
一.电动机的制动原理
能耗制动和反接制动是三相异步电动机常用的方法。
下面介绍这两种制动方法的原理
1、能耗制动(见图1-48)
2、反接制动(见图1-49)
二.速度继电器
三.能耗制动控制电路分析
(1)时间原则能耗制动线路(图1-53)
(2)速度原则能耗制动控制线路(图1-54)
安装并调试如图1-53所示时间原则能耗制动控制电路。
1.设备材料
2.绘制安装接线图
1.单向反接制动控制电路
2.可逆运行反接制动控制电路
&本章小结:
(1)常用低压电器:
开关电器,主令电器,接触器,继电器(中间继电器,速度继电器,时间继电器等)
(2)基本控制线路:
点动与连续运行控制,(自锁),正反转控制(互锁),Y/Δ换接启动控制及作用,电动机的制动控制及基本线路。
(3)低压电器的安装与调试应主要的事项。
作业布置:
P47T2,T3
课题名称:
项目2C650车床电气控制系统运行维护
授课类型:
理论课
教学目的、要求:
本项目以C650车床电气控制系统为载体,通过本项目的学习:
(1) 了解C650车床的结构组成及功能作用;
(2) 学习识读设备电气控制系统图方法;
(3) 会分析常用机电设备电气控制系统图;
(4) 学习设备电气控制系统维修方法;
(5) 会分析一般电气故障原因,并能实施检修。
授课主要内容及课时分配:
1)理论教学4节
3)习题课2节
教学重点:
1)电气原理图阅读分析的方法与步骤
2)C650车床的结构组成及功能作用
教学难点:
电气原理图阅读分析及机床故障分析
教学手段、教具:
教学手段:
讲授+仿真教学
教具:
多媒体,仿真软件
教学方法:
启发式+直观式
教学过程:
引入项目:
C650卧式车床是车床中应用最多、最为典型的车床之一,其电气控制系统是典型的继电-接触器控制电路,通过对整台设备电气控制原理的分析,有助于加深对基本控制电路的认识和理解,熟悉机、电、液在控制中的相互配合,掌握各种生产设备电气控制的规律,培养阅读电气控制图的能力,进一步掌握分析电气控制图的方法,并逐步掌握设备电气控制电路常见故障的分析、检测和维修的方法和技巧。
&§2.1电气识图知识
对应接触器线圈,索引中各栏含义如下:
对应继电器,索引中各栏含义如下
&§2.2电气原理图阅读分析的方法与步骤
(1) 熟悉生产设备。
(2) 分析主电路。
(3) 分析控制电路。
(4) 分析辅助电路(找照明电路及信号处理电路)。
(5) 分析联锁与保护环节。
(6) 分析特殊控制环节。
&§2.3C650型车床主要结构和控制要求
C650型卧式车床结构如图2-4所示,主要由床身、主轴、刀具、溜板和尾架等部分组成。
该车床有两种主要运动:
一种是安装在床身主轴箱中的主轴转动,称为主运动;另一种是溜板箱中的溜板带动刀架的直线运动,称为进给运动。
§2.4C650型车床电气控制线路分析
C650型卧式普通车床的电气控制线路原理如图2-5所示。
车床共有三台电动机:
M1为主轴电动机,拖动主轴旋转并通过进给机构实现进给运动。
M2为冷却电动机,提供切削液。
M3为快速移动电机,拖动刀架的快速移动。
如图2-5所示的主电路中有三台电动机,隔离开关QS将380V的三相电源引入。
电动机M1的电路接线分为三部分:
第一部分由正转控制交流接触器KMl和反转控制交流接触器KM2的两组主触点构成电动机的正反转接线;第二部分为电流表A经电流互感器TA接在主电动机Ml的主回路上以监视电动机绕组工作时的电流变化。
第三部分为一串联电阻控制部分,交流接触器KM3的主触点控制限流电阻R的接入和切除。
速度继电器KS的速度检测部分与电动机的主轴同轴相联,在停车制动过程中,当主电动机转速低于KS的动作值时,其常开触点可将控制电路中反接制动的相应电路切断,完成停车制动。
电动机M2由交流接触器KM4的主触点控制其主电路的接通和断开,电动机M3由交流接触器KM5的主触点控制。
为保证主电路的正常运行,主电路中还设置了熔断器的短路保护环节和热继电器的过载保护环节。
1主电动机正、反转启动与点动控制
2.主电动机反接制动控制电路
3刀架的快速移动和冷却泵电动机的控制
刀架快速移动是由转动刀架手柄压动位置开关SQ,接通快速移动电动机M3的控制接触器KM5的线圈电路,KM5的主触点闭合,M3电动机启动运行,经传动系统驱动溜板带动刀架快速移动。
冷却泵电动机M2由启动按钮SB6、停止按钮SB5和KM4辅助触点组成自锁回路,并控制接触器KM4线圈电路的通断,来实现电动机M2的控制。
开关SA可控制照明灯EL,EL的电压为36V安全照明电压。
&§2.5故障检修方法及步骤
(1) 熟悉电气控制电路工作原理。
(2) 确定故障发生的范围。
(3) 进行外表检查。
(4) 断电检查。
(5) 通电检查。
1) 发生飞车和打坏传动机构。
2) 因短路烧坏熔断器熔丝,原因未查明。
3) 通电会烧坏电动机和电器等。
4) 尚未确定相序是否正确等。
(1)如熔断器QS开路,则主电动机M1电源缺相,当启动M1时,电动机不能运转,并伴有嗡嗡声。
电动机过热且有焦味,在短时间内电动机的某相线圈会烧毁。
出现这种情况时应立即断开电源,仔细检查熔断器内的溶体是否烧断,或接线是否接触不良或某处开路。
(2)如图中的(3)出开路,则主电动机也因没有三相电压而不能运转,用万用表测量其前面电路电压
是否正常,但电动机M1的三个接线端子无三相电压。
(3)如电路在图中(4)处开路,则主电动机不能反转。
(4)如电路在图中(5)处开路,则冷却泵电动机不能运转。
(5)如电路在图中(6)处开路,则快速移位电动机不能运转。
其他故障请同学们对照课本及电路图自行分析。
&本章小结:
本项目主要是学习识读设备电气控制系统图的方法;并通过引入C650车床电路练习识图,并通过识图分析电路故障及查找故障的方法。
1,电气原理图阅读分析的方法与步骤
(1) 熟悉生产设备。
(2) 分析主电路。
(3) 分析控制电路。
(4) 分析辅助电路(找照明电路及信号处理电路)。
(5) 分析联锁与保护环节。
(6) 分析特殊控制环节
2,识图时要注意两点:
1)电气原理图图幅的分区
2)元器件符号、位置的索引
3,能读懂大型电气控制原理图,读图时要注意区分分析主电路和控制电路。
4,C650型车床电气控制线路分析与故障排除方法
本章作业:
P70T1,T3,T6
课题名称:
项目3运料小车PLC控制系统设计制作
授课类型:
理论课+实践仿真课+习题课
教学目的、要求:
本项目以运料小车为载体,通过本项目的学习:
(1)了解PLC的基本组成及工作过程。
(2)掌握PLC基本指令编程方法和技巧。
(3)会正确选择和使用PLC;
(4)会使用GX-developer编程软件输入、编辑程序和仿真。
(5)会安装和调试送料小车PLC控制系统。
授课主要内容及课时分配:
1)理论教学8节2)实践+仿真4节3)习题课2节
教学重点:
1)PLC的基本组成及工作过程
2)PLC基本指令编程方法和技巧
3)项目设计
教学难点:
运料小车的项目设计
教学手段、教具:
教学手段:
讲授+实践+仿真教学
教具:
多媒体,仿真软件,编程软件GX-developer
教学方法:
启发式+小组讨论式
教学过程:
&§3.1项目任务
一、引出项目
某生产线需要一个自动运料小车系统,其运行示意图如图3-1所示。
其中:
A点为装料处,B点为料处。
小车的运行轨道为直线,通过三相异步电动机经传动装置进行驱动,电机正转时通过传动装置带动小车左行向装料处运行,电机反转时带动小车右行向卸料处运行,其具体工作过程如下:
原始位置:
小车空车停在卸料处B点,此时卸料限位开关SQ2被小车压住。
按下启动按钮系统运行,小车首先左行,在装料处(A点)停下,同时装料斗阀门打开开始装料,10s后料斗关闭装料结束,小车开始右行;小车右行至卸料处(B点)停下来,同时小车卸料阀打开,使液压缸推动料斗翻起开始卸料,6s后卸料阀关闭卸料结束,完成一次运料任务。
如此循环3次后小车停在原始位置B点。
二、项目任务
利用PLC实现本项目控制要求,具体工作内容如下:
(1)分析控制要求,分配I/O地址。
(2)绘制PLC控制系统电路图。
(3)编制PLC控制程序并进行仿真。
(4)安装并调试运行运料小车PLC控制系统。
(5)编制控制系统技术文件及说明书。
&§3.2相关知识学习
1.简单理解PLC
可编程控制器(ProgrammableLogicalController)简称PLC,是20世纪60年代发展起来的一种新型工业控制装置。
它将传统的继电器控制技术和计算机控制技术、通信技术融为一体,广泛地应用于各类生产机械和生产过程的自动控制中。
PLC及其网络被公认为现代工业自动化的三大支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一。
1987年国际电工委员会(IEC)制定了PLC的标准,并给它作了如下定义:
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命令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关的外部设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则而设计。
世界上第一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)根据GM公司招标的技术要求研制出来的。
其后,日本、德国、法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。
2.PLC的基本构成
PLC是以微处理器为核心的工业用计算机系统,其硬件组成与计算机有类似之处。
根据结构形式的不同,PLC可分为整体式和模块式两类。
整体式PLC的硬件主要由中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出
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- 关 键 词:
- 电气控制 PLC 电子 教案