西門子培訓(xùn)教程手冊合集入門的

1、www.PLC內(nèi) 容 簡 介全書共分 10 章。分別介紹了電器控制和 PLC 控制技術(shù)兩部分內(nèi)容。前一部分主要介紹常用的低壓電器的基本類型、工作原理、主要用途，以及由低壓電器構(gòu)成的典型電氣控制系統(tǒng)。后一部分選擇了西門子S7 系列和三菱 FX 系列 PLC 介紹了 PLC 的原理、控制技術(shù)以及 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法。為了便于教學(xué)， 在每章之后還附有適量的習(xí)題與思考題，便于讀者學(xué)習(xí)和掌握本章的內(nèi)容。本書可作為高等院校本科自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)及相近專業(yè)的教材，也可作為電氣、機電等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員的參考書或培訓(xùn)教材。圖書在版編目(CIP)數(shù)據(jù)電器與 PLC 控制技術(shù)/陳志新，宗學(xué)軍主

2、編.北京：中國林業(yè)出版社；北京大學(xué)出版社，2006.8(21 世紀(jì)全國高等院校自動化系列實用規(guī)劃教材)ISBN 7-5038-4403-5. 電 . 陳 宗 . 電氣設(shè)備 自動控制 高等學(xué)校 教材可編程序控制器等學(xué)校 教材 . TM762高中國版本圖書館 CIP 數(shù)據(jù)核字(2006)第 090053 號名：電器與 PLC 控制技術(shù)書著作責(zé)任者：陳志新 宗學(xué)軍 主編策劃編 輯：李娉婷責(zé)任編 輯：李 虎 曹 嵐 何 蕊標(biāo)準(zhǔn)書 號：ISBN 7-5038-4403-5w w.91HMI.comwww PLCworld cn者：中國林業(yè)出版社(地址：北京市西城區(qū)德內(nèi)大街劉海胡同 7 號郵編：10000

3、9)出版電話：編輯部 66170109E-mail:cfphzpublic.bta 營銷中心 66187711北京大學(xué)出版社(地址：北京市海淀區(qū)成府路 205 號郵編：100871)E-mail: pup_6電話：郵購部 62752015發(fā)行部 62750672編輯部 62750667出版部 62754962印刷者：發(fā)經(jīng)行銷者：北京大學(xué)出版社 中國林業(yè)出版社者：新華書店787 毫米1092 毫米 16 開本 27.75 印張 599 千字2006 年 8 月第 1 版價：38.00 元2006 年 8 月第 1 次印刷定www.PLC總序我們所處的時代被稱為信息時代。信息科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展和

4、廣泛應(yīng)用，深深地改變著人類生產(chǎn)、生活的各個方面。人類社會生產(chǎn)力發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高越來越得益于和依賴于信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展。自動化科學(xué)與技術(shù)涉及到信息的檢測、分析、處理、控制和應(yīng)用等各個方面，是信息科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。在我國經(jīng)濟建設(shè)的進程中，工業(yè)化是不可逾越的發(fā)展階段。面對全面建設(shè)小康社會的發(fā)展目標(biāo)，黨和國家提出走新型工業(yè)化道路的戰(zhàn)略決策，這是一條我國當(dāng)代工業(yè)化進程的必由之路。實現(xiàn)新型工業(yè)化， 就是要堅持走科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展之路。在這個過程中，自動化科學(xué)與技術(shù)起著不可替代的重要作用，高等學(xué)校的自動化學(xué)科肩

5、負(fù)著人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的光榮的歷史使命。我國高等教育中工科在校大學(xué)生數(shù)占在校大學(xué)生總數(shù)的 35%40%，其中自動化類的學(xué)生是工科各專業(yè)中學(xué)生人數(shù)最多的專業(yè)之一。在我國高等教育已走進大眾化階段的今天， 人才培養(yǎng)模式多樣化已成為必然的趨勢，其中應(yīng)用型人才是我國經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展需求最多的一大類人才。為了促進自動化領(lǐng)域應(yīng)用型人才培養(yǎng)，發(fā)揮院校之間相互合作的優(yōu)勢， 北京大學(xué)出版社組織了此套21 世紀(jì)全國高等院校自動化系列實用規(guī)劃教材。參加這一系列教材編寫的基本上都是來自地方工科院校自動化學(xué)科的專家學(xué)者，由此w.91HMI.com確定了教材的使用范圍，也為“實用教ww材w ”PLC的wo定rld c位n

6、 找到了落腳點。本系列教材具有如下特點：(1) 注重實用性。地方工科院校的人才培養(yǎng)規(guī)格大多定位在高級應(yīng)用型，對這一大類人才的培養(yǎng)要注重面向工程實踐，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、解決實際問題的能力。從這一教學(xué)原則出發(fā)，本系列教材注重實用性，注意引用工程中的實例，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和工程應(yīng)用能力，因此將更適合地方工科院校的教學(xué)要求。(2) 體現(xiàn)新穎性。更新教材內(nèi)容，跟進時代，加入一些新的先進實用的知識，同時淘汰一些陳舊過時的內(nèi)容。(3) 院校間合作交流的成果。每一本教材都有幾所院校的教師參加編寫。北大出版社事先在西安市和長春市召開了編寫計劃會和審綱會，來自各院校的教師比較充分地交流了情況，在相互借鑒、取

7、長補短的基礎(chǔ)上，形成了編寫大綱，確定了編寫原則。因此，這一系列教材可以反映出各參編院校一些好的經(jīng)驗和做法。(4) 這一系列教材幾乎涵蓋了自動化類專業(yè)從技術(shù)基礎(chǔ)課到專業(yè)課的各門課程，到目前為止，列入計劃的已有 30 多門，教材門數(shù)多，參與的院校多，參加編寫人員多。wwww.PLCII地方工科院校是我國高等院校中比例最大的一部分。本系列教材面向地方工科院校自動化類專業(yè)教學(xué)之用，將擁有眾多的讀者。教材專家編審委員會深感教材的編寫質(zhì)量對教學(xué)質(zhì)量的重要性，在審綱會上強調(diào)了“質(zhì)量第一，明確責(zé)任，統(tǒng)籌兼顧，嚴(yán)格把關(guān)”的原則，要求各位主編加強協(xié)調(diào)，認(rèn)真負(fù)責(zé)，努力保證和提高教材質(zhì)量。各位主編和編者也將盡職盡責(zé)，

8、密切合作，努力使自己的作品受到讀者的認(rèn)可和歡迎。盡管如此，由于院校之間、編者之間的差異性，教材中還是難免會出現(xiàn)一些問題和不足，歡迎選用本系列教材的教師、學(xué)生提出批評和建議。張德江2006 年 1 月w w.91HMI.comwww PLCworld cnwww.PLC21 世紀(jì)全國高等院校自動化系列實用規(guī)劃教材專家編審委員會主任委員張德江(按姓氏拼音順序排名)副主任委員陳靜丁堅勇侯媛彬紀(jì)志成任慶昌吳斌秘書長于微波(按姓氏拼音順序排名)委員陳志新戴文進段晨旭樊立萍范立南公茂法關(guān)根志嵇啟春蔣中雷霞劉德輝劉永信w w.91HMI.comwww PLCworld cn馬永翔劉原孟祥萍孟彥京聶詩良王忠慶

9、吳旭云燕慶明楊新華尤文張桂青張井崗www.PLC21 世紀(jì)全國高等院校自動化系列實用規(guī)劃教材聯(lián)合編寫學(xué)校名單（按拼音順序排名）123456789101112131415w w.91HMI.com1617181920212223242526272829303132333435363738394041424344www PLCwo4rld5cn46474849505152535455565758安徽建筑工業(yè)學(xué)院安徽科技學(xué)院北華大學(xué)北京工商大學(xué)北京建筑工程學(xué)院長春大學(xué)長春工程學(xué)院長春工業(yè)大學(xué)長春理工大學(xué)成都理工大學(xué)東北電力學(xué)院福州大學(xué)廣東工業(yè)大學(xué)桂林工學(xué)院 合肥工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南科技學(xué)院河南農(nóng)

10、業(yè)大學(xué)華東交通大學(xué)黃石理工學(xué)院吉林工程技術(shù)師范學(xué)院吉林化工學(xué)院吉林建筑工程學(xué)院江南大學(xué)焦作工學(xué)院 蘭州理工大學(xué)聊城大學(xué)遼寧大學(xué)內(nèi)蒙古大學(xué)南昌工程學(xué)院平頂山工學(xué)院平頂山學(xué)院 青島科技大學(xué)山東建筑工程學(xué)院山東科技大學(xué)陜西科技大學(xué)陜西理工學(xué)院沈陽大學(xué)沈陽工程學(xué)院沈陽工業(yè)大學(xué)沈陽化工學(xué)院四川理工學(xué)院太原科技大學(xué)濰坊學(xué)院武漢大學(xué)武漢理工大學(xué)西安工程科技學(xué)院西安建筑科技大學(xué)西安科技大學(xué)西安理工大學(xué)西安石油大學(xué)西安外事學(xué)院西安郵電學(xué)院西南大學(xué)西南科技大學(xué)浙江大學(xué)中北大學(xué)中北大學(xué)分校www.PLC前言電氣控制技術(shù)是高等學(xué)校電類專業(yè)的一門傳統(tǒng)課程，主要介紹由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)。由

11、于這些電氣器件的控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、抗干擾性強，至今仍是機床和其他機械設(shè)備、拖動系統(tǒng)廣泛采用的基本電氣控制形式。計算機技術(shù)的發(fā)展，特別是可編程控制器的出現(xiàn)，對電氣控制技術(shù)產(chǎn)生了重大影響。20 世紀(jì) 80 年代末，在我國一些高校的電類專業(yè)、機電一體化專業(yè)陸續(xù)開始設(shè)置可編程控制技術(shù)課程。由于這是一門實用性很強的課程，因此受到各高校特別是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的高校的普遍歡迎，很快得到了普及。1998 年，教育部對我國高校的專業(yè)進行了調(diào)整，將相應(yīng)的課程和教學(xué)時數(shù)進行了調(diào)整和壓縮。很多高校相應(yīng)調(diào)整了教學(xué)大綱和課程體系，將以上兩門課程整合為“電器與可編程控制技術(shù)”

12、一門課程，本書正是在這個前提下編寫的。全書理論聯(lián)系實際，突出學(xué)生工程應(yīng)用能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，便于組織教學(xué)。在內(nèi)容安排上，電器控制與可編程控制兩部分既相互聯(lián)系，又相互獨立，以便于一些分別開設(shè)這兩門課的院校使用。全書共分兩部分，第一部分為電器控制部分，共分 3 章，建議教學(xué) 16 學(xué)時。主要要求學(xué)生熟練掌握常用低壓電器的基本類型、原理、用途，能合理選用控制電器，掌握繼電器、接觸器控制線路的基本環(huán)節(jié)，學(xué)會閱讀、分析由繼電器、接觸器構(gòu)成的典型電氣控制線路， 并具有初步的設(shè)計能力。第二部分為 PLC 控制技術(shù)部分，共分 7 章，建議教學(xué) 32 學(xué)時。本書選擇了在我國使用較為廣泛的西門子S7-200 系列、

13、S7-300 系列及三菱FX 系列的PLCw.91HMI.com產(chǎn)品，教師可根據(jù)學(xué)校的實驗條件，選擇ww一w P種LCwPorLldCcn 的機型介紹其原理和編程指令。在此基礎(chǔ)上再學(xué)習(xí) PLC 的程序設(shè)計方法，以及由 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)。全書各章之后還留有一些習(xí)題與思考題，便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)掌握。本書由北京建筑工程學(xué)院陳志新任第一主編，沈陽化工學(xué)院宗學(xué)軍任第二主編，西南科技大學(xué)武麗和南昌工程學(xué)院謝云敏任副主編，中北大學(xué)分校劉彬、河南科技學(xué)院李國厚和陜西科技大學(xué)陳景文參加了編寫。全書共分 10 章。第 1 章由陳志新編寫，第 2 章由陳景文編寫，第 3、10 章由武麗編寫，第 4、5 章由李國

14、厚編寫，第 6、7 章由劉彬編寫，第 8 章由宗學(xué)軍編寫，第 9 章由謝云敏編寫。陳志新對全書各章進行了修改并統(tǒng)稿。由于編者水平有限，書中難免存在不當(dāng)之處，敬請各位專家和讀者批評指正。w編 者2006 年 6 月www.PLC目錄第 1 章常用低壓電器11.8.2 熔斷器的選用31低壓開關(guān)和低壓斷路器321.9.1 低壓開關(guān)321.9.2 低壓斷路器331.91.1概述11.1.1 電器的分類11.1.2 電器的作用2電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理31.10 常用電子電器30.3晶體管時間繼電器35固態(tài)繼電器37無觸頭行程開關(guān)3.21.2.3電

15、磁機構(gòu)原理3電磁吸力及其特性4電弧的產(chǎn)生及滅弧方法6思考題與習(xí)題391.3電磁式接觸器..4接觸器的結(jié)構(gòu)及原理9接觸器的主要技術(shù)參數(shù)10接觸器的型號11接觸器的選用12第 2 章繼電接觸器與電動機的電氣控制402.1電氣控制系統(tǒng)的電路圖及繪制原則401.4電磁式繼電器122.1.1電器控制線路常用的圖形、文字符號40電氣原理圖44電氣安裝接線圖4..41.4.5電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)與特性13電壓繼電器14電流繼電器15時間繼電器.w.w. 1w5PLCworld cn中間繼電器.3w w.91HMI.co

16、m2.2電氣控制的基本環(huán)節(jié)及規(guī)律4...62.2.7點動控制環(huán)節(jié)48連續(xù)運轉(zhuǎn)控制環(huán)節(jié)49啟動、保護和停止控制環(huán)節(jié)50電氣控制常用的保護環(huán)節(jié)50自鎖控制與互鎖控制52多地聯(lián)鎖控制53多臺電動機先后順序工作的控制54自動循環(huán)控制551.5熱繼電器181.5.1 熱繼電器的作用及工作原理181.5.2 熱繼電器型號及選用20信號繼電器.31.6.4溫度繼電器22速度繼電器23壓力繼電器24干簧繼電器三相異步電動機的啟動控制551.7主令電器..31.7.

17、4控制按鈕25行程開關(guān)26萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)28主令控制器29三相籠型電動機直接啟動控制55星 三角形減壓啟動控制56延邊三角形減壓啟動控制57定子繞組串電阻減壓啟動控制5.熔斷器291.8.1 熔斷器的結(jié)構(gòu)與分類29www.PLC電器與 PLC 控制技術(shù)VI2.3.5 自耦變壓器減壓啟動的控制582.3.6 繞線轉(zhuǎn)子繞組電動機的電路592.4 三相異步電動機的制動控制615.1.6 電源93可編程控制器的資源與編程語言935.2.1 可編程控制器的硬件資源935.2.2 可編程控制器的編程語言96可編程控制器的工作原理92.4.2電磁機械制動控

18、制線路61三相異步電動機反接制動控制63三相異步電動機能耗制動控制65.3.2可編程控制器的工作過程98可編程控制器的輸入/輸出過程1002.4.3思考題與習(xí)題64思考題與習(xí)題101第 3 章電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計65第 6 章SIMATIC S7-200 系列 PLC系統(tǒng)特性及硬件構(gòu)成1023.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則6.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計要求65電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容71電氣控制系統(tǒng)設(shè)計步驟726.1SIMATIC S7-200 系列 PLC 的硬件系統(tǒng)10.2概述102SIMATIC S7-200 系列PLC 系統(tǒng)基本構(gòu)成1023

19、.1.33.2電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方法733.2.1 分析設(shè)計法733.2.2 邏輯設(shè)計法75思考題與習(xí)題796.2SIMATIC S7-200 系列 PLC模塊性能簡介10..46.2.5CPU 模塊104數(shù)字量模塊107模擬量模塊109溫度測量模塊115智能接口模塊117第 4 章可編程控制器概述814.1可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展814.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生.w.w. 8w1PLCworld cn4.1.2 可編程控制器的發(fā)展82可編程控制器的分類及特點84ww.91HMI.com思考題與習(xí)題1.34.2.4可編程

20、控制器的分類84可編程控制器的特點85PLC 的主要功能87PLC 的性能指標(biāo)88第 7 章SIMATIC S7-200 系列PLC 基本指令系統(tǒng)1247.1編程軟件 STEP7-Micro/WIN32簡介124指令及其結(jié)構(gòu)126思考題與習(xí)題897.2第 5 章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理90..4指令的組成126尋址方式127操作數(shù)132狀態(tài)字1345.1 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)90..45.1.5CPU(中央處理器)90存儲器91輸入/輸出模塊92智能模塊93編程設(shè)備937.3位邏輯指令13.27.3.

21、3位操作指令135位邏輯運算指令141立即指令147VIwww.PLC目錄VII7.3.4 位邏輯指令編程舉例147定時器與計數(shù)器指令1528.1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2518.1.4 I/O 模塊地址的確定252S7-300 的 CPU 模塊253S7-300 的輸入/輸出模塊25.3定時器指令152計數(shù)器指令156定時器與計數(shù)器編程舉例15...58.3.6數(shù)字量輸入模塊254數(shù)字量輸出模塊255數(shù)字量輸入/輸出模塊255模擬量模塊256模擬量輸入/輸出模塊259模擬量模塊的診斷與中斷2607.5數(shù)據(jù)處理功能

22、指令16..47.5.5傳送指令和表功能指令165轉(zhuǎn)換指令173比較指令183移位和循環(huán)移位指令184數(shù)據(jù)處理功能指令編程舉例1898.48.5S7-300 的編程語言261STEP 7 指令系統(tǒng)簡介2638.5.1 LAD/FBD 指令系統(tǒng)2638.5.2 STL 指令系統(tǒng)269編程方式與程序塊、數(shù)據(jù)塊2747.6數(shù)據(jù)運算指令190.27.6.3算術(shù)運算指令190邏輯運算指令197數(shù)據(jù)運算指令編程舉例200.38.6.4編程方式簡介274關(guān)于功能塊277功能塊編程與調(diào)用280數(shù)據(jù)塊2827.7程序控制指令20

23、27.7.1END、MEND、STOP及 WDR 指令202跳轉(zhuǎn)及循環(huán)指令204子程序指令208中斷程序控制指令211程序控制指令編程舉例2..58.7S7-300 的網(wǎng)絡(luò)通信28.28.7.3MPI 通信介紹286PROFIBUS 通信介紹288Industrial Ethernet通信介紹289ww.91HMI.comS7 系列 PLC 的順序控制指令 w. 2w1w8PLCworld cn.37.8.4狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖218順序控制指令219順序控制指令編程要點220多流程順序控制2218.8S7-300

24、的程序設(shè)計2898.8.1 程序結(jié)構(gòu)設(shè)計2898.8.2 程序設(shè)計實例290思考題與習(xí)題3037.9其他重要功能指令2..4高速計數(shù)器指令224高速脈沖輸出指令230PID 回路指令236時鐘功能指令243第 9 章三菱 FX 系列 PLC 及其指令系統(tǒng)3049.1FX 系列 PLC 簡介30.2FX 系列 PLC 的特點304FX 系列 PLC 型號名稱的含義304FX 系列 PLC 的技術(shù)指標(biāo)305思考題與習(xí)題245第 8 章SIMATIC S7-300 PLC硬件特性與軟件設(shè)計24 S7-300 概述2468.1.

25、1 概述2468.1.2 組成部件2479.2FX 系列 PLC 的編程元件3069.2.1 FX 系列 PLC 的用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)306VIIwww.PLC電器與 PLC 控制技術(shù)VIII...79.2.8輸入繼電器和輸出繼電器307輔助繼電器(M)308狀態(tài)繼電器(S)310定時器(T)310計數(shù)器(C)312數(shù)據(jù)寄存器(D)314指針(P/I)315思考題與習(xí)題359第 10 章可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計36110.1PLC 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和步驟36.2系統(tǒng)設(shè)計的原則與內(nèi)容361系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的主要步驟3629.3F

26、X 系列 PLC 的基本指令3....89.3.9LD，LDI，OUT 指令316AND，ANI 指令316OR，ORI 指令317ANB，ORB 指令317棧操作指令318主控與主控復(fù)位指令319取反指令321PLS 與 PLF 指令321邊沿檢測觸點指令32210.2PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計363.210.2.310.2.410.2.510.2.6PLC 選型363PLC 容量估算365I/O 模塊的選擇366分配 I/O 點368安全回路設(shè)計369可靠性設(shè)計37010.3PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的程序

27、設(shè)計377.2PLC 應(yīng)用程序的內(nèi)容377PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計步驟3779.3.10 置位與復(fù)位指令3229.3.11 NOP 與 END 指令323FX 系列 PLC 功能指令3239.410.4常用程序分析37....8功能指令的基本表示方法324比較與傳送指令325算術(shù)運算與邏輯運算指令 w. 3w2w8PLCworld cn程序流向控制指令330循環(huán)移位與移位指令333數(shù)據(jù)處理指令336浮點數(shù)運算指令340時鐘運算與格林碼變換指令342觸點型比較指令344高速處理指令345方便指令349外

28、部 I/O 設(shè)備指令35.210.4.310.4.410.4.510.4.6自鎖程序379優(yōu)先程序380順序循環(huán)執(zhí)行程序380振蕩程序382分頻程序383PLC 編程中常見錯誤384ww.91HMI.com10.5PLC 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例38510.5.1旋轉(zhuǎn)流管式膜微濾(MF)系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計385組合機床機械滑臺 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計39..129.4.1310.5.2思考題與習(xí)題397外部設(shè)備指令356參考文獻399VIIIwww.PLC第 1 章常用低壓電器電器分為高壓電器和低壓電器。低壓電器一般是指在交流 50Hz

29、、額定電壓 1200V、直流額定電壓 1500V 及以下的電路中起通斷、保護、控制或調(diào)節(jié)作用的電器產(chǎn)品。由于在大多數(shù)用電行業(yè)及人們的日常生活中一般都使用低壓設(shè)備，采用低壓供電。而低壓供電的輸送、分配和保護，以及設(shè)備的運行和控制是靠低壓電器來實現(xiàn)的，因此低壓電器的應(yīng)用十分廣泛，直接影響低壓供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的質(zhì)量。本章主要介紹用于電力拖動及控制系統(tǒng)領(lǐng)域中的常用低壓電器。1.1概述低壓電器是構(gòu)成控制系統(tǒng)最常用的器件，了解它的分類、作用和用途，對設(shè)計、分析和維護控制系統(tǒng)都是十分必要的。1.1.1電器的分類電器的用途廣泛，功能多樣，種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，工作原理也各有不同。電器有多種分類方法：按工作電壓

30、的等級可分為高壓電器和低壓電器；按動作原理可分為手動電器和自動電器；按工作原理可分為電磁式電器和非電量控制電器；按用途可分為以下幾類。1) 配電電器配電電器主要用于供、配電系統(tǒng)中，進行電能輸送和分配。這類電器有刀開關(guān)、自動開關(guān)、隔離開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)以及熔斷器等。對這類電器的主要技術(shù)要求是分?jǐn)嗄芰?，限流效果好，動穩(wěn)定及熱穩(wěn)定性能好。2) 控制電器控制電器主要用于各種控制電路和控制系統(tǒng)。這類電器有接觸器、繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電磁閥等。對這類電器的主要技術(shù)要求是有一定的通斷能力，操作頻率要高，電器和機械壽命要長。3) 主令電器主令電器主要用于發(fā)送控制指令。這類電器有按鈕、主令開關(guān)、行程開關(guān)和萬能轉(zhuǎn)換開

31、關(guān)等。對這類電器的主要技術(shù)要求是操作頻率要高，抗沖擊，電器和機械壽命要長。4) 保護電器保護電器主要用于對電路和電氣設(shè)備進行安全保護。這類低壓電器有熔斷器、熱繼電器、安全繼電器、電壓繼電器、電流繼電器和避雷器等。對這類電器的主要技術(shù)要求是有一定的通斷能力，反應(yīng)要靈敏，可靠性要高。5) 執(zhí)行電器執(zhí)行電器主要用于執(zhí)行某種動作和傳動功能。這類低壓電器有電磁鐵、電磁離合器等。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進步，近幾年又出現(xiàn)了利用集成電路或電子元件構(gòu)成的w w.91HMI.comwww PLCworld cnwww.PLC電器與 PLC 控制技術(shù)2電子式電器，利用單片機構(gòu)成的智能化電器，以及可直接與現(xiàn)場總線

32、連接的具有通信功能的電器。1.1.2電器的作用電器是構(gòu)成控制系統(tǒng)的最基本元件，它的性能將直接影響控制系統(tǒng)能否正常工作。電器能夠依據(jù)操作信號或外界現(xiàn)場信號的要求，自動或手動地改變系統(tǒng)的狀態(tài)、參數(shù)，實現(xiàn)對電路或被控對象的控制、保護、測量、指示、調(diào)節(jié)。它的工作過程是將一些電量信號或非電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉峭磾嗟拈_關(guān)信號或隨信號變化的模擬量信號，實現(xiàn)對被控對象的控制。電器的主要作用如下。(1) 控制作用。如電梯的上下移動、快慢速自動切換與自動停層等。(2) 保護作用。能根據(jù)設(shè)備的特點，對設(shè)備、環(huán)境以及人身安全實行自動保護，如電動機的過熱保護、電網(wǎng)的短路保護、漏電保護等。(3) 測量作用。利用儀表及與之相適應(yīng)

33、的電器，對設(shè)備、電網(wǎng)或其他非電參數(shù)進行測量，如電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等。(4) 調(diào)節(jié)作用。低壓電器可對一些電量和非電量進行調(diào)整，以滿足用戶的要求，如電動機速度的調(diào)節(jié)、柴油機油門的調(diào)整、房間溫度和濕度的調(diào)節(jié)、光照度的自動調(diào)節(jié)等。(5) 指示作用。利用電器的控制、保護等功能，顯示檢測出的設(shè)備運行狀況與電氣電路工作情況。(6) 轉(zhuǎn)換作用。在用電設(shè)備之間轉(zhuǎn)換或?qū)Φ蛪弘娖?、控制電路分時投入運行。以實現(xiàn)功能切換，如被控裝置操作的手動與自動的轉(zhuǎn)換、供電系統(tǒng)的市電與自備電源的切換等。當(dāng)然，電器的作用遠(yuǎn)不止這些，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新功能、新設(shè)備會不斷出現(xiàn)。常用低壓電器的主要種類及用途見表 l 1。

34、表 1-1常用低壓電器的主要種類及用途表ww.91HMI.com2序號類別主要品種 www PLCworld cn主要用途1斷路器框架式斷路器主要用于電路的過負(fù)載、短路、欠電壓、漏電保護， 也可用于不需要頻繁接通和斷開的電路塑料外殼式斷路器快速直流斷路器限流式斷路器漏電保護式斷路器2接觸器交流接觸器主要用于遠(yuǎn)距離頻繁控制負(fù)載，切斷帶負(fù)荷電路直流接觸器3繼電器電磁式繼電器主要用于控制電路中，將被控量轉(zhuǎn)換成控制電路所需電量或開關(guān)信號時間繼電器溫度繼電器熱繼電器速度繼電器干簧繼電器4熔斷器瓷插式熔斷器主要用于電路短路保護，也用于電路的過載保護螺旋式熔斷器有填料封閉管式熔斷器無填料封閉管式熔斷器快速熔

35、斷器自復(fù)式熔斷器www.PLC第 1 章常用低壓電器3(續(xù))1.2電磁式電器結(jié)構(gòu)及工作原理電磁式電器是低壓電器中最典型也是應(yīng)用最廣泛的一種電器。控制系統(tǒng)中的接觸器和繼電器就是兩種最常用的電磁式電器。雖然電磁式電器的類型很多，但它的工作原理和構(gòu)造基本相同。其結(jié)構(gòu)大都是由兩個主要部分組成，即感應(yīng)部分(電磁機構(gòu))和執(zhí)行部分(觸頭系統(tǒng))。ww.91HMI.comwww PLCworld cn1.2.1電磁機構(gòu)原理1電磁機構(gòu)電磁機構(gòu)由線圈、鐵心和銜鐵組成，主要作用是通過電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換成機械能，帶動觸頭動作，完成接通或分?jǐn)嚯娐返墓δ堋８鶕?jù)銜鐵相對鐵心的運動方式，電磁機構(gòu)可分為直動式和拍合式兩種，如

36、圖 1.1 及圖 1.2 所示。在圖 1.2 中，拍合式又分為銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動和銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動兩種。圖 1.1 直動式電磁機構(gòu)1 銜鐵；2 鐵心；3 吸引線圈圖 1.2 拍合式電磁機構(gòu)1 銜鐵；2 鐵心；3 吸引線圈3序號類別主要品種主要用途5主令電器控制按鈕主要用于發(fā)布控制命令，改變控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)位置開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主令控制器6刀開關(guān)膠蓋閘刀開關(guān)主要用于不頻繁地接通和分?jǐn)嚯娐贩忾]式負(fù)荷開關(guān)熔斷器式刀開關(guān)7轉(zhuǎn)換開關(guān)組合開關(guān)主要用于電源切換，也可用于負(fù)荷通斷或電路切換換向開關(guān)8控制器凸輪控制器主要用于控制回路的切換平面控制器9起動器電磁起動器主要用于電動機的啟動星/三角起動器自耦減壓起動器10電

37、磁鐵制動電磁鐵主要用于起重、牽引、制動等場合起重電磁鐵牽引電磁鐵www.PLC電器與 PLC 控制技術(shù)4直動式電磁機構(gòu)多用于交流接觸器、繼電器中。銜鐵沿棱角轉(zhuǎn)動的拍合式電磁機構(gòu)廣泛應(yīng)用于直流電器中。銜鐵沿軸轉(zhuǎn)動的拍合式電磁機構(gòu)的鐵心形狀有 E 形和 U 形兩種，多用于觸頭容量大的交流電器中。電磁式電器分為直流和交流兩類，都是利用電磁鐵的原理而制成。通常，直流電磁鐵的鐵心是用整塊鋼材或工程純鐵制成，而交流電磁鐵的鐵心則是用硅鋼片疊鉚而成。2吸引線圈吸引線圈的作用是將電能轉(zhuǎn)換為磁能。按通入電流種類不同可分為直流型線圈和交流型線圈。直流型線圈一般做成無骨架、高而薄的瘦高型，使線圈與鐵心直接接觸，易于

38、散熱；交流型線圈由于鐵心存在磁滯和渦流損耗，鐵心會發(fā)熱。為了改善線圈和鐵心的散熱情況，線圈設(shè)有骨架，使鐵心與線圈隔離，并將線圈制成短而厚的矮胖型。另外，根據(jù)線圈在電路中的連接形式，可分為串聯(lián)線圈和并聯(lián)線圈。串聯(lián)線圈主要用于電流檢測類電磁式電器中，大多數(shù)電磁式電器線圈都按照并聯(lián)接入方式設(shè)計。為減少對電路電壓分配的影響，串聯(lián)線圈采用粗導(dǎo)線制造，匝數(shù)少，線圈的阻抗較小。并聯(lián)線圈為減少電路的分流作用，需要較大的阻抗，一般線圈的導(dǎo)線細(xì)，匝數(shù)多。1.2.2電磁吸力及其特性電磁吸力由電磁機構(gòu)(如圖 1.3 所示)產(chǎn)生。當(dāng)電磁線圈斷電時使觸點恢復(fù)常態(tài)的力稱為反力。電磁電器中反力由復(fù)位彈簧和觸頭產(chǎn)生，銜鐵吸合時

39、要求電磁吸力大于反力，銜鐵復(fù)位時要求反力大于電磁吸力(此時是剩磁產(chǎn)生的電磁吸力)。電磁式電器是根據(jù)電磁鐵的基本原理設(shè)計的，電磁吸力是決定其能否可靠工作的一個重要參數(shù)。電磁吸力 FB2S(B 為氣隙磁感應(yīng)強度)，可由式(1-1)表示。F = 0 S I 2 N 2(1-1)2d 2www PLCworld cnww.91HMI.com式中：IN SdF0線圈中通過的電流(A)； 線圈的匝數(shù)(匝)；氣隙截面積(m2)； 氣隙寬度(m)； 電磁吸力(N)；-7真空磁導(dǎo)率， 0 4 10 H/m。1直流電磁機構(gòu)的電磁吸力特性從式(1-1)可以看出，對于固定線圈通以恒定直流電流時，其電磁力 F 僅與d

40、2 成反比。吸力特性曲線如圖 1.4 所示。由此看出，銜鐵閉合前后吸力很大，氣隙越小，吸力越大。但銜鐵吸合前后吸引線圈勵磁電流不便，故直流電磁機構(gòu)適用于運動頻繁的場合，且銜鐵吸合后電磁吸力大，工作可靠。但是對于依靠彈簧復(fù)位的電磁鐵來說，在線圈斷電時，由于剩磁產(chǎn)生吸力，使復(fù)位比較困難，會造成一些保護用繼電器的性能不能滿足要求。在吸力較小的直流電壓型電器中，銜鐵上一般都裝有一片 0.lmm 厚非磁性磷鋼片，增加在吸合時的空氣間隙，使銜鐵易于復(fù)位。在吸力較大的直流電壓型電器中，如直流接觸器，鐵心的端面上加有極靴，減小在閉合狀態(tài)下的吸力，使銜鐵復(fù)位自如。4www.PLC第 1 章常用低壓電器5圖 1.

41、3 電磁機構(gòu)圖 1.4 電磁吸力特性1 直流電磁機構(gòu) 2 交流電磁機構(gòu) 3 反力特性2交流電磁機構(gòu)的電磁吸力特性與直流電磁機構(gòu)相比，交流電磁機構(gòu)的吸力特性有較大的不同。交流電磁機構(gòu)多與電路并聯(lián)使用，當(dāng)外加電壓 U 及頻率 f 為常數(shù)時，忽略線圈電阻壓降。UE4.44 f F N(1-2)式中：U 線圈電壓(V)；E 線圈感應(yīng)電動勢(V)； f線圈電壓的頻率(Hz)； N 線圈匝數(shù)；F 氣隙磁通(Wb)。當(dāng)外加電壓 U、頻率 f 和線圈匝數(shù) N 為常數(shù)時，則氣隙磁通F 也為常數(shù)，由式(1-1)可知電磁吸力 FB2S 也為常數(shù)，即交流電磁機構(gòu)的吸力特性為一條與氣隙長度無關(guān)的直線。實際上，考慮銜鐵吸

42、合前后漏磁的變化時，F(xiàn) 隨 的減小而略有增加。對于并聯(lián)電磁機構(gòu)，由磁路歐姆定律 NIF Rm 可知(Rm 為氣隙磁阻，隨 的變化成正比變化)，在線圈通電而ww.91HMI.comwww PLCworld cn銜鐵尚未吸合瞬間，吸合電流隨 的變化成正比變化，為銜鐵吸合后的額定電流的很多倍，U 形電磁機構(gòu)可達 56 倍，E 形電磁機構(gòu)可達 1015 倍。若銜鐵卡住不能吸合，或銜鐵頻繁動作，交流勵磁線圈很可能因電流過大而燒毀。所以，在可靠性要求較高或要求頻繁動作的控制系統(tǒng)中，一般采用直流電磁機構(gòu)而不采用交流電磁機構(gòu)。電磁機構(gòu)的復(fù)位是依靠彈簧的彈力實現(xiàn)的，因此在吸合過程中，電磁吸力必須克服彈簧的彈力

43、Fr。電磁吸力 F 與彈力 Fr 相比應(yīng)大一些，但不宜相差太大。對于交流電磁機構(gòu)， 由于電流是交變的，吸力也是脈動的，電流為 0 時，吸力也為 0。所以 50Hz 的電源加在線圈上時，吸力為 100Hz 的脈動吸力。當(dāng)脈動的吸力 F 小于彈力 Fr 時，銜鐵將在彈簧的作用下移動，而當(dāng)吸力 F 大于彈力 Fr 時，銜鐵將克服彈簧力而吸合。如此周而復(fù)始，使銜鐵產(chǎn)生振動，發(fā)出噪聲，不能正常工作。實際吸力曲線如圖 1.5 所示。解決該問題的具體辦法是在鐵心端部開一個槽，槽內(nèi)嵌入稱為短路環(huán)(或稱分磁環(huán))的銅環(huán)，如圖 1.6 所示。當(dāng)勵磁線圈通入交流電后，在短路環(huán)中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，該感應(yīng)電流又會產(chǎn)生一個

44、磁通。短路環(huán)把鐵心中的磁通分為兩部分，即不穿過短路環(huán)的F1 和穿過短路環(huán)的中F 2 ，由于短路的作用，使F1 與F 2 產(chǎn)生相移，即不同時為零，使合成吸力始終大于反作用力，從而消除了振動和噪聲。5www.PLC電器與 PLC 控制技術(shù)6圖 1.5 交流電磁機構(gòu)實際吸力曲線圖 1.6 交流電磁鐵的短路環(huán)1 銜鐵 2 鐵心 3 線圈 4 短路環(huán)3反力特性電磁系統(tǒng)的反作用力與氣隙的關(guān)系曲線稱為反力特性。反作用力包括彈簧力、銜鐵自身重力、摩擦阻力等。圖 1.4 中所示曲線 3 即為反力特性曲線。為了保證使銜鐵能牢牢吸合，反作用力特性必須與吸力特性配合好，如圖 1.4 所示。在整個吸合過程中，吸力都必須

45、大于反作用力，但不能過大或過小。吸力過大，動、靜觸頭接觸時以及銜鐵與鐵心接觸時的沖擊力也大，會使觸頭和銜鐵發(fā)生彈跳，導(dǎo)致觸頭熔焊或燒毀，影響電器的機械壽命；吸力過小，會使銜鐵運動速度降低，難以滿足高操作頻率的要求。因此，吸力特性與反力特性必須配合得當(dāng)。在實際應(yīng)用中，可調(diào)整反力彈簧或觸頭初壓力以改變反力特性，使之與吸力特性有良好配合。1.2.3電弧的產(chǎn)生及滅弧方法1電器的觸頭觸頭是電磁式電器的執(zhí)行部分，起接通或斷開電路的作用。觸頭的結(jié)構(gòu)形式很多，按w.91HMI.com其所控制的電路可分為主觸頭和輔助觸w頭ww。PL主Cw觸orld頭cn用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流；輔助觸頭用于接通

46、或斷開控制電路，只能通過較小的電流。電磁式電器觸頭在線圈未通電狀態(tài)時有常開(或動合)和常閉(或動斷)兩種狀態(tài)，分別稱為常開(或動合)觸頭和常閉(或動斷)觸頭。當(dāng)電磁線圈有電流通過，電磁機構(gòu)動作時，觸頭改變原來的狀態(tài)，常開(動合)觸頭將閉合，使與其相連的電路接通；常閉(動斷)觸頭將斷開， 使與其相連的電路斷開。能與機械聯(lián)動的觸頭稱動觸頭，固定不動的觸頭稱靜觸頭。觸頭的結(jié)構(gòu)主要有如圖 1.7 所示的幾種形式。(1) 橋式觸頭。電磁式電器通常同時具有常開和常閉兩種觸頭，橋式常閉觸頭與常 開觸頭結(jié)構(gòu)及動作對稱，一般在常開觸頭閉合時，常閉觸頭斷開。圖 1.7 中靜觸頭的兩個觸點串接于同一條電路中，當(dāng)銜鐵

47、被吸向鐵心時，與銜鐵固連在一起的動觸頭也隨著移 動，當(dāng)與靜觸頭接觸時，便使同靜觸頭相連的電路接通。電路的接通與斷開由兩個觸頭共同完成。(2) 指形觸頭。觸頭接通或分?jǐn)鄷r產(chǎn)生滾動摩擦，以利于去掉觸頭表面的氧化膜。指形觸頭適用于接電次數(shù)多、電流大的場合。2電接觸觸頭在閉合狀態(tài)下，動、靜觸頭完全接觸，并有電流通過時，稱為電接觸。電接觸時觸頭的接觸電阻大小將影響其工作情況。接觸電阻大時觸頭易發(fā)熱，溫度升高，從而使觸w6www.PLC第 1 章常用低壓電器7頭易產(chǎn)生熔焊現(xiàn)象，既影響工作的可靠性，又降低了觸頭的壽命。觸頭接觸電阻的大小主要與觸頭的接觸形式、接觸壓力、觸頭材料及觸頭的表面狀況有關(guān)。(a)橋式

48、觸頭(b)橋式觸頭(c)指形觸頭(線接觸)圖 1.7 觸頭的結(jié)構(gòu)形式觸頭的接觸形式有點接觸、線接觸和面接觸 3 種，如圖 1.8 所示。點接觸適用于電流不大，觸頭壓力小的場合；線接觸適用于接電次數(shù)多，電流大的場合；面接觸適用于大電流的場合。(a)點接觸(b)線接觸(c)面接觸圖 1.8 觸頭的接觸形式減小觸頭接觸電阻的方法主要如下。(1) 增加接觸壓力可使觸點的接觸面積增加，從而減小接觸電阻。一般在動觸點上安ww.91HMI.com裝一個觸點彈簧。www PLCworld cn(2) 選擇電阻系數(shù)小的材料減小接觸電阻。如在觸點上鍍銀或嵌銀，以減小接觸電阻。(3) 改善觸點的表面狀況，盡量避免或

49、減少觸頭表面氧化物形成，注意保持觸頭表面清潔，避免聚集塵埃。3. 電弧的產(chǎn)生在大氣中斷開電路時，如果被斷開電路的電流超過某一數(shù)值，斷開后加在觸頭間隙(或稱弧隙)兩端電壓超過某一數(shù)值時，觸頭間隙中就會產(chǎn)生電弧。電弧實際上是觸頭間氣體在強電場作用下產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，會產(chǎn)生高溫并發(fā)出強光，將觸頭燒損，并使電路的切斷時間延長，嚴(yán)重時會引起火災(zāi)或其他事故，因此，在電器中應(yīng)采取適當(dāng)措施熄滅電弧。4. 常用的滅弧方法(1) 電動力滅弧。該方法如圖 l.9 所示。橋式觸頭在分?jǐn)鄷r具有電動力吹弧功能。當(dāng)觸頭打開時，在斷口中產(chǎn)生電弧，同時也產(chǎn)生如圖 1.9 所示的磁場。根據(jù)左手定則，電弧電流要受到一個指向外側(cè)的力 F 的作用，使其向外運動并拉長，迅速離開觸頭而熄滅。這種滅弧方法多用于小容量交流接觸器等交流電器中。(2) 磁吹滅弧。在觸點電路中串入吹弧線圈，如圖 1.10 所示。該線圈產(chǎn)生的磁場由導(dǎo)磁夾板引向觸點周圍，其方向由右手定則確定(為圖 1.10 中所示)，觸點間的電弧所產(chǎn)生的7www.PLC電器與 PLC 控制技術(shù)8磁場，其方向為和所示。這兩個磁場在電弧下方方向