作者：温玉春、刘刚、张松宇 主编
出版社：化学工业出版社
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PLC控制技术与应用试读：
本书根据职业教育的特点及毕业生从事相关工作岗位所需的知识和技能，以S7-200系列的小型PLC为主要对象，详细介绍了电气控制技术、PLC技术及变频器技术的应用。全书主要内容包括三相异步电动机典型控制电路的安装调试、PLC实现交流电动机的基本控制、物料分拣控制、装配流水线控制、运料小车控制、PLC与变频调速控制等。
本书可作为高等职业院校机电、电气等相关专业的教材，也可供机电、电气等行业的工程技术人员参考使用。书名：PLC控制技术与应用作者：温玉春，刘刚，张松宇主编CIP号：第100280号ISBN：978-7-122-32169-5责任编辑：潘新文出版发行：化学工业出版社（北京市东城区青年湖南街13号 100011）购书咨询：010-64518888售后服务：010-64518899网址：http://www.cip.com.cn版权所有 违者必究
目前，以PLC、变频器为主的新型电气控制系统已广泛应用于各个生产领域。会使用可编程控制器(PLC)和变频器是从事自动控制及机电一体化专业工作的技术人员不可缺少的重要技能，本书通过分析学生毕业后所从事的职业的实际需要，确定出学生应具备的知识和能力结构，将理论知识和应用技能整合在一起，从而形成理实一体化的项目化教材。
本教材的特色如下。
在教材的编写思想上，遵循职业教育教学规律，尽量符合高职学生的认知水平和学习规律，结合行业需求、专业特点及教学对象实际情况编写，做到实用、够用、会用，重在培养学生的职业技能。
在结构体系上，全书由项目和任务组成，遵循一体化教学模式，体现“做中学”和“学中做”的教学理念。
在内容安排上，将电气控制技术、可编程控制器技术及变频器三部分内容编在一起，既体现了它们之间的内在联系，又具有科学性和先进性。
在内容的阐述上，力求简明扼要，图文并茂，通俗易懂，每一任务都以典型的生产线为载体，对职业岗位所需的知识和能力进行恰当的设计，包括任务要求、相关知识、任务实施、知识与能力扩展等，把学生职业能力的培养融汇于任务完成中。
全书共分六个项目：三相异步电动机典型控制电路的安装调试、PLC实现交流电动机的基本控制、物料分拣控制、装配流水线控制、运料小车控制、PLC与变频调速控制。难度上由浅入深，完整讲述了电气控制系统的设计方法和技能。
本书建议总课时为90学时，学时安排可参考下面的学时分配表。
本书由内蒙古机电职业技术学院温玉春、刘刚、张松宇任主编；王荣华、王景学任
副主编。参与本书编写的还有内蒙古机电职业技术学院王京、陈小江、韩晓雷、阮娟娟、周丽娜、康俊峰，内蒙古水利水电勘测设计院石银业，内蒙古蒙昆烟草公司贺鹏熊。全书由温玉春统稿，刘敏丽任主审。
由于编者水平有限，书中难免有不足之处，敬请广大读者批评指正。编者 2018年6月 【教学目标】
1．了解常用低压电气元件的结构，理解其工作原理；
2．能够识别和选用常用电气元件；
3．掌握电动机基本控制电路的控制原理；
4．能根据控制原理图绘制元件布置图和安装接线图；
5．能够调试所安装的电路，并进行试运行。任务一 电动机自锁控制电路的分析与安装调试一、任务要求
熟悉接触器、按钮等元器件的结构、原理、选择和使用方法，完成自锁控制电路的安装，并对装接电路进行调试运行。二、相关知识
在电能的产生、输送、分配和应用中，起着开关、控制、调节和保护作用的电气设备称为电器。常用低压电器是指工作在交流1200V、直流1500V以下的各种电器。（一）刀开关和自动空气开关
1．刀开关
刀开关是手动电气元件中结构最简单的一种，一般用于不频繁地接通和分断交直流电路。（1）刀开关的结构与型号
刀开关的结构如图1-1所示。刀开关主要有动触点（与操纵手柄相连）、静触点、刀座、进线及出线接线座，导电部分都固定在瓷底板上，且用胶盖盖着，所以当闸刀合上时，操作人员不会触及带电部分。图1-1 刀开关的结构图
常用的刀开关有HD型单掷刀开关、HS型双掷刀开关（刀形转换开关）、HR型熔断器式刀开关、HZ型组合开关、HK型闸刀开关、HY型倒顺开关和HH型铁壳开关等。
刀开关的型号含义与电气符号如图1-2所示。图1-2 刀开关的型号含义及电气符号（2）刀开关的主要技术参数与选择
刀开关的主要技术参数有额定电压和额定电流，额定电流有10～100A不等。
① 用于照明电路时，可选用额定电压220V或250V，额定电流等于或大于电路最大工作电流的两极开关。
② 用于电动机的直接启动时，可选用额定电压为380V或500V，额定电流等于或大于电动机额定电流3倍的三极开关。（3）刀开关的安装与使用
① 电源进线应装在静插座上，而负荷应接在动触点一边的出线端。这样，当开关断开时，闸刀和熔丝上不带电。
② 刀开关必须垂直安装在控制屏或控制板上，不能倒装，即接通状态时手柄朝上，否则有可能在分断状态时闸刀开关松动落下，造成误接通。
③ 负荷较大时，为防止出现闸刀开关本体相间短路，可与熔断器配合使用。刀闸本体不再装熔丝，在装熔丝的接点上应安装与线路导线截面相同的铜线。
2．自动空气开关
自动空气开关又称低压断路器，在电气线路中起接通、断开和承载额定工作电流的作用，并能在线路和电动机过载、短路、欠电压的状态下进行可靠的保护。可以手动操作、电动操作，还可以远程遥控操作。自动空气开关外形如图1-3所示。图1-3 自动空气开关外形图（1）自动空气开关的结构及工作原理
自动空气开关主要由触点系统、灭弧装置、机械传动机构和保护装置组成。自动空气开关的保护装置由各种脱扣器组成，脱扣器的形式有过电流脱扣器、热脱扣器、欠压脱扣器等。图1-4所示为自动空气开关的结构示意图。图1-4 自动空气开关的结构示意图1—主触点；2，3—自由脱扣机构；4—轴；5—杠杆；6—弹簧；7，11—衔铁；8—欠电压脱扣器；9—热脱扣器；10—双金属片；12—过电流脱扣器
① 过电流脱扣器 过电流脱扣器12的线圈与被保护电路串联。线路中通过正常电流时，衔铁11释放，电路正常运行。当线路中出现短路故障时，衔铁被电磁铁吸合，通过传动机构推动自由脱扣机构释放主触点。主触点在分闸弹簧的作用下分开，切断电路，起到短路保护作用。
② 热脱扣器 热脱扣器9与被保护电路串联。线路中通过正常电流时，发热元件发热使双金属片弯曲至一定程度（刚好接触到传动机构）并达到动态平衡状态，双金属片不再继续弯曲。若出现过载现象时，电路中电流增大，双金属片将继续弯曲，通过传动机构推动自由脱扣机构释放主触点，主触点在分闸弹簧的作用下分开，切断电路起到过载保护的作用。
③ 欠压脱扣器 欠压脱扣器8并联在断路器的电源测，可起到欠压及零压保护的作用。电源电压正常时，电磁铁得电，衔铁被电磁铁吸住，自由脱扣机构将主触点锁定在合闸位置，断路器投入运行。当电源侧停电或电源电压过低时，衔铁释放，通过传动机构推动自由脱扣机构合断路器掉闸，起到欠压及零压保护的作用。
同时装有两种或两种以上脱扣器的低压断路器称为装有复式脱扣器的断路器。（2）自动空气开关的型号和电气符号
自动空气开关按结构分为装置式和万能式两种。装置式自动空气开关具有由模压绝缘材料制成的封闭型外壳，将所有的构件封装在一起；万能式断路器有一个钢制或塑压的低压框架，所有部件都装在框架内，导电部分加以绝缘。自动空气开关型号含义及电气符号如图1-5所示。图1-5 自动空气开关型号含义和电气符号（3）主要技术参数
① 额定电压 指与通断能力及使用类别相关的电压值。
② 额定电流 指在规定条件下自动空气开关可长期通过的电流，又称为脱扣器额定电流。对带可调式脱扣器的空气开关而言，是指可长期通过的最大电流。
③ 额定短路分断能力 是指在额定频率和功率因数等规定条件下能够分断的最大短路电流值。（4）自动空气开关的选用
① 自动空气开关额定电压和额定电流应大于或等于被保护线路的正常工作电压和负载电流。
② 热脱扣器的整定电流应等于所控制负载的额定电流。
③ 过电流脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于负载正常工作时可能出现的峰值电流。用于控制电动机的自动空气开关的瞬时脱扣整定电流应为电动机的启动电流的1.5至1.7倍。
④ 欠压脱扣器额定电压应等于被保护线路的额定电压。
⑤ 低压断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有效值。
3．组合开关
组合开关又称转换开关，由多节触点组合而成，是一种手动控制电器，常用来作为电源的引入开关，也用来控制小型鼠笼式异步电动机的启动、停止及正反转。（1）组合开关的结构及工作原理
图1-6所示为组合开关的外形图及结构示意图。它的内部有三对静触点，分别用三层绝缘板相隔，各自附有连接线路的接线柱。三个动触点相互绝缘，与各自的静触点相对应，套在共同的绝缘杆上。绝缘杆的一端装有操作手柄。转动手柄可变换三组触点的通断位置。组合开关内装有速断弹簧，以提高触点的分断速度。图1-6 组合开关的外形图及结构示意图（2）组合开关的型号和电气符号
组合开关的种类很多，不同规格型号的组合开关，各对触点的通断时间不同，可以是同时通断，也可以是交替通断，应根据具体情况选用。组合开关的型号和电气符号如图1-7所示。图1-7 组合开关的型号及电气符号（二）熔断器
熔断器串接于被保护电路中，在发生短路或严重过电流时快速自动熔断，从而切断电路电源，起到保护作用。
1．结构与分类
熔断器的外形和结构如图1-8、图1-9所示。图1-8 瓷插式熔断器的外形及结构示意图图1-9 螺旋式熔断器的外形及结构示意图
熔断器按结构形式可分为瓷插式、螺旋式、无填料封闭管式、有填料封闭管式等类别。熔断器的型号含义和电气符号如图1-10所示。图1-10 熔断器的型号含义及电气符号
2．主要技术参数
① 熔断器额定电流 指保证熔断器能长期安全工作的额定电流。
② 熔断体额定电流 在正常工作时熔断体不熔断的工作电流。
3．熔断器的选择
① 电阻性负载或照明电路。一般按负载额定电流的1～1.1倍选用熔断器的额定电流。
② 电动机控制电路。对于单台电动机，一般选择熔断器的额定电流为电动机额定电流的1.5～2.5倍；对于多台电动机，熔断器的额定电流应大于或等于其中最大容量电动机的额定电流的1.5～2.5倍与其余电动机的额定电流之和。
③ 为防止发生越级熔断，上、下级（供电干线、支线）熔断器间应有良好的协调配合，应使上一级（供电干线）熔断器的熔断器额定电流比下一级（供电支线）大1～2级。（三）按钮
按钮是一种短时接通或断开小电流电路的电器，它不直接控制主电路的通断，而是在控制电路中发出手动“指令”去控制接触器、继电器等电器，再去控制主电路，故称“主令电器”。
1．按钮的结构和工作原理
按钮的外形如图1-11所示，按钮主要由按钮帽、复位弹簧、常闭触点、常开触点等组成。当按下按钮帽时，常闭触点先断开，常开触点后闭合；当松开按钮帽时，触点在复位弹簧作用下恢复到原来位置，常开触点先断开，常闭触点后闭合。按用途和结构的不同，按钮可分为启动按钮、停止按钮和组合按钮等。图1-11 按钮的外形及结构示意图1，2—常闭触点；3，4—常开触点；5—桥式触点；6—复位弹簧；7—按钮帽
2．按钮的型号和电气符号
常见的按钮有LA系列和LAY1系列。LA系列按钮的额定电压为交流500V、直流440V，额定电流5A；LAY系列按钮的额定电压为交流380V，直流220V，额定电流5A。按钮帽有红、绿、黄等颜色，一般红色作停止按钮，绿色作启动按钮。
按钮的型号含义及电气符号如图1-12所示。图1-12 按钮的型号含义和电气符号（四）接触器
接触器用于远距离频繁接通或断开交、直流电路，主要控制对象是电动机，也可以用于控制其他电力负载，如电热器、照明灯、电焊机等。在电力拖动和自动控制系统中，接触器是运用最广泛的控制电器之一。常见接触器的外形如图1-13所示。图1-13 接触器的外形
1．接触器的结构
接触器主要由电磁机构、触点系统及灭弧装置三部分组成。接触器通常有3对主触点，2对辅助常开触点和2对辅助常闭触点。低压接触器的主、辅触点的额定电压均为380V。图1-14所示为交流接触器。图1-14 交流接触器
2．接触器的工作原理
接触器是根据电磁吸力的原理进行工作的。如图1-14所示，当接触器的线圈通电后，在铁芯中产生磁通和电磁吸力，电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，使常闭触点先断开，常开触点后闭合，从而分断或接通相关电路。反之线圈失电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧的作用下释放，各触点复位。
3．接触器的型号与符号
常用的交流接触器有CJ20、CJX1、CJX2等系列，直流接触器有CZ18、CZ21、CZ10等系列，接触器的型号含义和电气符号如图1-15所示。图1-15 接触器的符号含义和电气符号
4．接触器的主要技术参数（1）额定电压
额定电压是指接触器铭牌上的主触点的电压。交流接触器的额定电压一般为220V、380V、660V及1140V；直流接触器的额定电压一般为220V、440V及660V。（2）额定电流
接触器的额定电流是指接触器铭牌上的主触点的电流。接触器电流等级为：6A、10A、16A、25A、40A、60A、100A、160A、250A、400A、600A、1000A、1600A、2500A及4000A。（3）线圈额定电压
即接触器吸引线圈的额定电压，交流接触器有36V、110V、117V、220V、380V等；直流接触器有24V、48V、110V、220V、440V等。（4）额定操作频率
交流接触器的额定操作频率是指接触器在额定工作状态下每小时通、断电路的次数。交流接触器一般为300～600，直流接触器的额定操作频率比交流接触器的高，可达到1200。
5．接触器的选用
① 选择接触器的类型。根据负载电流的种类来选择接触器的类型。交流负载选择交流接触器，直流负载选用直流接触器。
② 选择主触点的额定电压。接触器主触点的额定电压应大于或等于被控电路的额定电压。
③ 选择接触器主触点的额定电流。主触点的额定电流应大于或等于1.3倍的电动机额定电流。
④ 选择接触器线圈额定电压。交流接触器一般选用380/220V，直流接触器可选线圈的额定电压和直流控制回路的电压一致。（五）热继电器
热继电器是利用电流热效应原理来推动动作机构，使触点系统闭合或分断的保护电器。其主要用于电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护。热继电器的外形如图1-16所示。图1-16 热继电器的外形
1．热继电器结构及工作原理
热继电器有两相和三相两种类型。图1-17所示为两相式热继电器的结构。热继电器主要由热元件、双金属片和触点组成。热元件由发热电阻丝做成；双金属片由两种膨胀系数不同的金属碾压而成，当双金属片受热时，会出现完全变形。图1-17 两相式热继电器的结构1—热元件；2—双金属片；3—导板；4—触点
使用时，热继电器的热元件应串接在主电路中，常闭触点应接在控制电路中。当电动机正常工作时，双金属片受热而膨胀弯曲的幅度不大，常闭触点闭合。当电动机过载后，通过热元件的电流增加，经过一定的时间，热元件温度升高，双金属片受热而弯曲的幅度增大，热继电器脱扣，常闭触点断开，切断电动机的电源而起到保护作用。
由于热惯性，当电路短路时，热继电器不能立即动作使电路立即断开，因此不能起到短路保护作用；在电动机启动或短时过载时，热继电器也不会动作，这可避免电动机不必要的停车。
2．热继电器的型号含义和电气符号
热继电器的型号含义和电气符号如图1-18所示。图1-18 热继电器型号含义和电气符号
3．热继电器的主要技术参数及选用
热继电器的主要技术参数是整定电流，即热继电器长期不动作的最大电流，超过此值热继电器即动作。
一般轻载启动、长期工作的电动机或间断长期工作的电动机，都选择两相结构的热继电器；电源电压的均衡性和工作环境较差以及较少有人照管的电动机，可选择三相结构的热继电器；而采用三角形连接的电动机，应选用带断相保护装置的热继电器。
热继电器的额定电流应略大于电动机的额定电流。
在进行热继电器的整定电流选择时，一般选择热继电器的整定电流等于电动机的额定电流；对过载能力差的电动机，可选择热继电器的整定电流为电动机额定电流的0.6～0.8倍；对启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车的电动机，热继电器的整定电流应为电动机额定电流的1.1～1.5倍。三、任务实施（一）设备工具
常用低压电器、三相异步电动机及电工工具等。（二）电动机点动控制电路分析
点动控制电路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制线路，其原理图如图1-19所示，分为主电路和控制电路。主电路采用了隔离开关QS，电动机的电源由接触器KM主触点的通、断来控制。图1-19 点动控制电路
电路中熔断器FU起短路保护作用，如发生三相电路的任两相短路，短路电流将使熔断器的熔断体迅速熔断，从而切断主电路电源，实现对电动机的短路保护。
闭合隔离开关QS，按下点动按钮SB，接触器KM线圈得电，其主电路中的主触点闭合，电动机得电运转。
松开按钮SB，接触器KM的线圈失电，主电路中KM常开触点恢复原来的断开状态，电动机断电直至停止转动。
这种按下按钮电动机便转动，松开按钮电动机便停转的控制方法称为点动控制。点动控制常用来控制电动机的短时运行，如控制起重机械中吊钩的精确定位、机械加工过程中的对刀操作等。（三）电动机自锁控制电路分析与安装
1．电路分析
自锁控制电路是一种广泛采用的连续运行控制线路，如图1-20所示。在点动控制线路的启动按钮SB2的两端并联一个接触器KM的辅助常开触点，再串联一个常闭（停止）按钮SB1，并增设热继电器FR为电动机提供过载保护。图1-20 自锁控制电路
合上开关QS，按下启动按钮SB2，接触器KM的线圈得电，其辅助常开触点闭合（进行自锁），主触点闭合，电动机运转，松开SB2，由于接触器KM的线圈也能通过与它并联的已处于闭合状态的自锁触点而继续通电，使电动机M保持连续运转。
按下停止按钮SB1，接触器KM线圈断电，KM常开辅助触点断开，KM主触点断开，电动机M停转。
这种当启动按钮松开后，电动机仍能保持连续运转的电路，称为长动控制电路，也叫具有“自锁”功能的控制电路。所谓“自锁”，是指依靠接触器自身的辅助常开触点来保证线圈持续通电。与启动按钮SB2并联的接触器的常开触点叫作自锁触点。
带有“自锁”功能的控制线路具有失压（零压）和欠压保护作用，一旦发生断电或电源电压下降到一定值（一般降低到额定值85%以下）时，自锁触点就会断开，接触器KM线圈就会断电，如果不重新按下启动按钮SB2，电动机将无法自动启动。只有在操作人员有准备的情况下再次按下启动按钮SB2，电动机才能重新启动，从而保证了人身和设备的安全。
2．电路保护环节（1）短路保护
图1-20中由熔断器FU1、FU2分别对主电路和控制电路进行短路保护。为了扩大保护范围，在电路中熔断器应安装在靠近电源端，通常安装在电源开关下面。（2）过载保护
图1-20中由热继电器FR对电动机进行过载保护。当电动机工作电流长时间超过额定值时，FR的动断触点会自动断开控制电路，使接触器线圈失电，从而使电动机停转，实现过载保护作用。（3）欠压和失压保护
图1-20中，接触器本身的电磁机构还能实现欠压和失压保护。当电源电压过低或失去电压时，接触器的衔铁自行释放，电动机断电停转，而当电压恢复时，要重新操作启动按钮才能使电动机再次运转。这样可以防止重新通电后因电动机自行运转而发生意外故障。
3．安装和调试
① 按照图1-20所示配齐所用电气元件，并进行质量检验。电气元件应完好无损，各项技术指标符合规定要求，否则应予以更换。
② 在控制板上按照图1-21所示的电气位置图安装电气元件，并给每个电气元件贴上醒目的文字符号。注意：各元器件的位置应布局合理、整齐、均匀。图1-21 自锁控制电路电气元件位置图
③ 按照图1-22所示的自锁电路的接线图进行板前明线布线。做到布线整齐、横平竖直、分布均匀；走线合理；严禁损伤线芯和导线绝缘；接点牢靠，不得松动，不得压绝缘层，不露线芯太长等。图1-22 自锁控制电路的安装接线图
④ 安装电动机，要求安装牢固平稳，以防止在换向时产生滚动而引起事故。
⑤ 连接电源、电动机等的导线。
⑥ 安装完毕后，必须经过认真检查后，方可通电。
对照原理图或接线图进行粗查。从原理图的电源端开始，逐段核对接线是否正确，检查导线接点是否牢固，否则带负载运行时会产生闪弧。
用万用表进行通断检查。先查主电路，此时断开控制电路，将万用表置于欧姆挡，将其表笔分别放在U1-U2、V1-V2、W1-W2之间的线端上，读数应接近于零；人为将接触器KM吸合，再将表笔分别放在U1-U2、V1-V2、W1-W2之间的接线端子上，此时万用表的读数应该为电动机绕组的值。
再检查控制电路，此时应断开主电路，将万用表置于欧姆挡，将其表笔分别放在U2-V2上，读数应为“∞”；按下启动按钮时，读数应为接触器线圈的电阻值。
在老师的监护下，通电试车。合上开关QS，按下启动按钮SB2，观察接触器是否吸合，电动机是否运转。在观察中，若遇到异常现象，应立即停车，检查故障。常见的故障一般分为主电路故障和控制电路故障两类。若接触器吸合时电动机不转，则故障可能出现在主电路中；若接触器不吸合，则故障可能出现在控制电路中。
通电试车完毕后，切断电源。四、知识与能力扩展（一）中间继电器
中间继电器的外形如图1-23所示，其基本结构及工作原理与交流接触器相似，不同的是中间继电器只有辅助触点，没有主触点，且触点数目较多，电流容量增大，起到中间放大（触点数目和电流容量）的作用，当其他继电器的触点数不够时，可借助中间继电器来扩充它们。图1-23 中间继电器的外形
中间继电器的型号如下：
中间继电器电气符号如图1-24所示。图1-24 中间继电器的电气符号
选用中间继电器时，主要是根据控制电路的电压和对触点数量的需要来选择线圈额定电压等级及触点数目。（二）点动与长动混合控制电路
在生产实践过程中，常常要求一些生产机械既有能持续不断的连续运行方式（长动），又有可在人工干预下实现手动控制的点动运行方式。
1．利用复合按钮控制的长动及点动控制线路
利用复合按钮控制的既能长动又能点动的控制线路如图1-25所示。图中SB2为长动按钮，SB3为点动按钮，但需注意，SB3是一个复合按钮，使用了一个常开触点和一个常闭触点。
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