電氣基礎(chǔ)知識

關(guān)于電氣基礎(chǔ)知識第1頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

工廠配電1.電的輸送發(fā)電——輸電——用電為了把發(fā)電廠發(fā)出的電力輸送到四面八方的用戶，需要將發(fā)電機輸出的20kV左右的電壓升高。在我國，一般升高到220kV或500kV。變壓器的電壓等級：

20kV/500kV(220kV)500kV(220kV)/110kV110kV/35kV35kV/10kV10kV/380V第2頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

第3頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

第4頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

2.線制從變壓器出來的電有兩種接線方式三項四線制三項五限制三項四線制零與地是混在一起的。三項五線制零與地是分開的。第5頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

3.線徑用作電線電纜的導(dǎo)電材料，通常有銅和鋁兩種銅的導(dǎo)電性能比鋁強。線徑計算口訣10下五，100上二，2535三四界，7595兩倍半，穿管溫度八九折，裸線加一半，銅升級算。第6頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

常用低壓電器一.電氣常識高壓：1000V以上強電：110V,220V,380V弱電：5V,12V,24V,36V(人體安全電壓）兩根火線的電壓380V，一火線一零線220V人體為什么會觸電第7頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

二.電氣常用的顏色標識1.指示燈顏色第8頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

2.按鈕顏色指示第9頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

3.電纜顏色標識第10頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三三.常用低壓電器都有哪些1.刀開關(guān)，熔斷器，低壓斷路器，繼電器，接觸器，主令電器，行程開關(guān)與傳感器。第11頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

2.刀開關(guān)第12頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

3.主令電器第13頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

第14頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三4.斷路器第15頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

5.接觸器第16頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

6.熔斷器第17頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

7.繼電器第18頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

7.時間繼電器第19頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

8.熱繼電器第20頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

9.行程開關(guān)與傳感器第21頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三10.低壓電器應(yīng)用舉例第22頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

11.萬用表第23頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

12.搖表第24頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

電機與電機應(yīng)用1、按結(jié)構(gòu)和工作原理可劃分：可分為直流電動機、異步電動機、同步電動機。2、按用途可劃分：驅(qū)動用電動機和控制用電動機。1）驅(qū)動用電動機可劃分：電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風(fēng)、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設(shè)備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機。2）控制用電動機又劃分：步進電動機和伺服電動機等。第25頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

1）異步電機原理三相繞組接通三相電源產(chǎn)生的磁場在空間旋轉(zhuǎn)，稱為旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速的大小由電動機極數(shù)和電源頻率而定。轉(zhuǎn)子在磁場中相對定子有相對運動，切割磁楊，形成感應(yīng)電動勢。轉(zhuǎn)子銅條是短路的，有感應(yīng)電流產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子銅條有電流，在磁場中受到力的作用。轉(zhuǎn)子就會旋轉(zhuǎn)起來。第一：要有旋轉(zhuǎn)磁場，第二：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同，第三：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須小于同步轉(zhuǎn)速，否則導(dǎo)體不會切割磁場，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，無轉(zhuǎn)矩，電機就要停下來，停下后，速度減慢，由于有轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)子又開始轉(zhuǎn)動，所以只要旋轉(zhuǎn)磁場存在，轉(zhuǎn)子總是落后同步轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)動。第26頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

第27頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

2）同步電機同步電機與異步電機的定子繞組是相同的，區(qū)別在于電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。異步電機的轉(zhuǎn)子是短路的繞組，靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流。而同步電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，有直流勵磁繞組，因此需要外加勵磁電源，通過滑環(huán)引入電流；因此同步電機的結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，造價、維修費用也相對較高。第28頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

3)單項電機單項電機是異步電機的一種它的極對數(shù)是1我們家中的洗衣機就是采用單級電機采用電容倒轉(zhuǎn)第29頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

4)步進電機什么是步進電機步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機工作原理當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。第30頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

第31頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

5)伺服電機原理：交流伺服電動機定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機相似其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機?？刂品绞剑?/p>

用戶通過對伺服驅(qū)動器的控制操作，伺服驅(qū)動器轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的三相電輸出進行控制。

對伺服驅(qū)動器的控制操作方式，有三種的控制方式位置，速度和轉(zhuǎn)矩控制。

位置，使用脈沖輸入方式進行控制，其中又分為AB相脈沖，正反脈沖和脈沖+方向控制；

速度和轉(zhuǎn)矩，一般使用模擬量輸入進行控制。第32頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

第33頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

傳感器1.傳感器定義傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的特點包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。第34頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

2.我們所常用的分兩類（1）開關(guān)量的1）電容開關(guān)：檢測非金屬物體的位置。2）電感開關(guān)：檢測金屬物體的位置三線制NPN型（輸出負信號）PNP型（輸出正信號）。3）漫反射型的：當(dāng)開關(guān)被擋住時會有信號輸出。反射板式的：當(dāng)光無法從反射板返回時會有信號輸出。4）光纖放大器：但物體在光纖放大器的范圍內(nèi)時會有限號輸出第35頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

（2）模擬量1）熱敏電阻：當(dāng)溫度變化時電阻的阻值會發(fā)生變化然后根據(jù)阻值來確定溫度。2）熱電偶：當(dāng)溫度變化時會在熱電偶內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電壓通過感應(yīng)電壓的大小來反應(yīng)溫度高低。3）壓力變送器：當(dāng)液體氣體或者固體的壓力發(fā)生變化時會在會使傳感器內(nèi)部的電阻值發(fā)生變化通過阻值來反應(yīng)壓力大?。▔鹤栊?yīng)）在通過電子電路產(chǎn)生4-20MA或者是0-5V的電壓。

第36頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

4）液位傳感器:常見的有超聲波式液位傳感器、伺服式液位傳感器和靜壓式液位傳感器三種超聲波液位傳感器的工作原理是由換能器發(fā)出高頻超聲波脈沖遇到被測介質(zhì)表面被反射回來，部分反射回波被同一換能器接收，轉(zhuǎn)換成電信號。超聲波脈沖以聲波速度傳播，從發(fā)射到接收到超聲波脈沖所需時間間隔與換能器到被測介質(zhì)表面的距離成正比。此距離值S與聲速C和傳輸時間T之間的關(guān)系可以用公式表示：S=CT/2（在通過電子電路產(chǎn)生4-20MA或者是0-5V的電壓）。靜壓式的它一般選用硅壓力測壓傳感器將測量到的壓力轉(zhuǎn)換成電信號（在通過電子電路產(chǎn)生4-20MA或者是0-5V的電壓）

第37頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

變頻器1.異步電機的調(diào)速方法可以從交流異步電機的公式n=(60f/p)(1-s)看出。其中p是異步電機的極對數(shù)，s是轉(zhuǎn)差率（異步才有轉(zhuǎn)差，同步?jīng)]有），f是頻率，所以可以知道調(diào)速的方法就是調(diào)頻-f，調(diào)極對數(shù)-p，還有調(diào)轉(zhuǎn)差率-s。變轉(zhuǎn)差率可以通過定子調(diào)壓，轉(zhuǎn)子串電阻，串級調(diào)速等實現(xiàn)。第38頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

2、什么是變頻器？

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能

變頻器實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護等功能。第39頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

3、變頻器工作原理通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC）。變頻器同時改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機運行曲線上的n0，使電機運行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動重載負荷。第40頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

4.變頻器的控制方式

(1)控制字，采用通訊線給變頻器一個控制字變頻器回饋一個狀態(tài)字，通過控制字對變頻器進行啟停轉(zhuǎn)速控制通過狀態(tài)字反應(yīng)變頻器的運行狀態(tài)。如sew，西門子s120（2）模擬量控制，通過plc或其他控制設(shè)備將電壓電流電阻信號傳給變頻器通過改變控制量的大小來改變變頻器的頻率。如西門子的m440

（3）簡單手動控制通過信號線給啟停信號。如LG第41頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三plc基礎(chǔ)知識第42頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

第43頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

第44頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

1.PLC的由來在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）。

第45頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

2

PLC的構(gòu)成

從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

第46頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

3

CPU的構(gòu)成

CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。

CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。

在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。

CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。

第47頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

4

I/O模塊

PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

常用的I/O分類如下：

開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。

模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。

按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。

第48頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

5電源模塊

PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。

6

底板或機架

大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。第49頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

第50頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

第51頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

第52頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

觸摸屏與上位機組態(tài)軟件指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，它解決了控制系統(tǒng)通用性問題。其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O產(chǎn)品，與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。第53頁，講稿共56頁，2023年5月2日，星期三

組態(tài)軟件通常有以下幾方面的功能：（1）強大的界面顯示組態(tài)功能。目前，工控組態(tài)軟件大都運行于Windows環(huán)境下，充分利用Windows的圖形功能完善界面美觀的特點，可視化的m風(fēng)格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接進人開發(fā)狀態(tài)，節(jié)省時間。豐富的圖形控件和工況圖庫，既提供所需的組件，又是界面制作向?qū)?。提供給用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲地繪制出各種工業(yè)界面，并可任意編輯，從而將開發(fā)人員從繁重的界面設(shè)計中解放出來，豐富的動畫連接方式，如隱含、閃爍、移動等等，使界面生動、直觀。（2）良好的開放性。社會化的大生產(chǎn)，使得系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產(chǎn)品，“異構(gòu)”是當(dāng)今控制系統(tǒng)的主要特點之一。開放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。開放性是衡量一個組態(tài)軟件好壞的重要指標。組態(tài)軟件向下應(yīng)能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上能與管理層通信，實現(xiàn)上位機與下位機的雙向通信。（3）豐富的功能模塊。提供豐富的控潲功能庫，滿足用戶的測控要求和現(xiàn)場要求。利用各種功能模塊，完成實時監(jiān)控產(chǎn)生功能報表顯示歷史曲線、實時曲線、提醒報警等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機界面，易于操作，系統(tǒng)既可適用于單機集中式控制、DCS分布式控制，也可以是帶遠程通信能力的遠程測控系統(tǒng)。（4）強大的數(shù)據(jù)庫。配有實時數(shù)據(jù)庫，可存儲各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字符型等，實現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。（5）可編程的命令語言。有可編程的命令語言，使用戶可根據(jù)自己的需要編寫程序