作者：董改花,冯枫,王雁南,www.bjjqe.com
出版社：航空工业出版社
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电气控制与PLC技术试读：
内容提要
本书结合职业教育的特点，突出应用性、针对性和实践性，是编者根据多年的教学积累和授课经验而精心规划编写的一本项目式电气控制与PLC技术教材。书中按目前“做中学、学中做”的要求，对电气控制与PLC技术课程根据具体内容做了重新安排。
全书共设有运煤小车两地往返运动控制、三相异步电动机的Y—△启动、XA6132万能铣床的PLC改造、十字路口交通灯PLC控制、大小球分拣系统PLC控制、自动售饮料机系统PLC控制、两台PLC通信控制共7个项目，每个项目的任务设计都与实际生产和生活相结合，从简单到复杂，并将理论知识融合于项目操作中，突出技能训练。
本书可作为高等职业院校、高等专科院校、成人高校、民办高校、本科院校开办的二级学院、五年制高职电气类、机电类等相关专业的教学用书，也可作为社会从业人员的技术参考书和培训用书。
编者的话
《电气控制与PLC技术》是目前高职高专电气自动化、机电一体化及数控等相关专业必修的应用型专业核心课程。本教材内容涵盖传统电气控制和PLC控制，主要侧重于PLC控制。全书采用项目导向的编写模式，通过具体工程应用项目引出问题，引导学生思考、自学、讨论，在教师指导下逐步解决问题，使学生在近似真实的工程环境中，完成电气控制与PLC技术项目的硬件电路设计、外部电气元件安装接线、控制程序编制与调试、技术资料编制等全过程的所有工作。在学习知识的过程中，学生不仅可以培养设计制作等职业能力，还可以掌握解决工程实际问题的技能，实现毕业与就业“零距离”。
本教材根据学生毕业后所从事职业的实际需要确定学生应具备的知识能力结构，将理论与实际技能结合起来，按照项目任务、项目分析、相关知识、项目实施、项目考核、巩固训练、知识拓展的顺序，循序渐进地完成实际工程项目设计。书中以目前流行的三菱FX系2N列PLC为依托，共设置了7个项目背景与控制要求，包括运煤小车两地往返运动控制、三相异步电动机的Y—△启动、XA6132万能铣床的PLC改造、十字路口交通灯PLC控制、大小球分拣系统PLC控制、自动售饮料机系统PLC控制和两台PLC通信控制等。通过逐个进行剖析，由浅入深，将电气控制与PLC技术的基本核心知识点都应用进去。内容涉及常用低压电器、典型控制线路、机床控制电路、PLC基本指令、PLC基本编程方法、PLC顺序控制设计法、PLC功能指令应用以及PLC通信等。其中，项目一、项目二和项目三均采用两种方案来完成控制要求，将继电接触器控制系统与PLC控制系统进行对比，项目四采用基本经验设计法和顺序控制设计法两种编程方法来实现，这些都有利于拓展学生的思路，培养他们的综合思维能力和工程应用能力。
本教材由苏州经贸职业技术学院的董改花老师主编，由殷兴光、陈堂敏、黄英、王鹏、武艳、黄实批任副主编，程烨、芦关山和李慧参编。作者根据多年的教学经验，精心对书中内容进行选例和安排。在编写过程中，作者参阅了多种同类优秀教材和论著文献，在此向这些编著者致以诚挚的谢意。苏州经贸职业技术学院的陈堂敏老师和黄英老师对本书的知识安排提出了许多宝贵的意见，在此特别表示感谢。
由于编者的学识水平和实践经验有限，书中疏漏及错误之处在所难免，敬请兄弟院校师生和广大读者批评指正，以便进一步修订和完善本教材。编 者2012年5月项目一 运煤小车两地往返运动控制项目目标【知识目标】（1）熟悉常用低压电器的类型、用途和结构原理。（2）理解电气自锁、电气互锁和机械互锁等概念。（3）熟悉电动机的基本电气控制电路。（4）弄清PLC的概念、工作原理和应用概况。（5）熟悉PLC控制系统的软件和硬件设计方法。【技能目标】（1）掌握常用低压电器的工作原理，并能够正确选用低压电器以及判断其好坏。（2）能够识读三相异步电动机的单向点动控制、连续控制、正反转运行控制、自动往返循环控制电路的电气原理图和电气安装接线图，正确分析其控制电路的工作原理，并可以完成控制电路的安装与检修。（3）熟悉并会使用三菱FX系列PLC的各种编程软元件。2N（4）学会分配PLC的输入/输出（I/O）端口以及绘制PLC硬件接线图。（5）能够独立编制和联机调试PLC用户程序。项目任务
随着工业和科学技术的发展，电气控制技术经历了从手动控制到自动控制的转变，运料小车也逐渐实现了自动化，并不断扩大到各个领域。
在自动化生产线中，经常会遇到一个运料小车在两地之间自动往返的情形，比如运煤小车在煤场和煤仓两地间自动往返运煤，如图1-1所示。已知运煤小车采用额定功率为3kW、额定电压为380V、额定电流为6.4A、额定转速为2880r/min、额定频率为50Hz、接法为星形（Y）的三相笼型异步电动机进行控制。
{L-End}图1-1 运煤小车两地往返控制示意图
具体控制要求：按下启动按钮SB1，小车首先向右行驶，当到达煤场时，碰到行程开关SQ1，小车停止并开始装煤，10s后，小车自动改变运行方向，改为向左行驶；当到达煤仓时，碰到行程开关SQ2，小车停止并开始卸煤，5s后，小车再次改变运行方向，开始向右行驶，准备下一次的运煤过程；按下停止按钮SB2，则小车停止。项目分析
分析上述过程可知，运煤小车具有左右两个运动方向，通过对三相笼型异步电动机进行正反转控制即可实现。三相异步电动机通过机械传动机构来驱动运煤小车左右行驶。
运煤小车的停止与左右位置有关，所以在左右位置处设立两个行程开关SQ1、SQ2；运煤小车运行方向的改变与停留时间有关，所以还要引入两个时间继电器。相关知识一、低压电器的基础知识
根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、保护、检测、控制和调节的电气设备均称为电器。
根据实际工作电压的高低，电器分为高压电器和低压电器两大类。其中，低压电器通常是指工作在交流1200V、直流1500V及以下的电路中的电器，它是电力拖动自动控制系统的基本组成元件。
低压电器一般包括两个基本组成部分，即感受部分和执行部分。
{L-End}感受部分：它感受外界信号，做出有规律的反应。在自动控制电器中，感受部分大多由电磁机构组成；在手动控制电器中，感受部分通常是操作手柄等。
{L-End}执行部分：如触点连同灭弧系统，它根据指令执行电路接通、切断等任务。
自动空气开关类的低压电器还具有中间（传递）部分，它的任务是将感受和执行两部分联系起来，使它们协同一致，按一定的规律动作。
低压电器种类繁多，分类方法也有很多种。（一）按动作方式分类
{L-End}手动控制电器：依靠外力（如人工）直接操作来进行切换的电器，如刀开关、组合开关、按钮等。
{L-End}自动控制电器：依靠指令或物理量（如电流、电压、时间、速度等）变化而自动动作的电器，如接触器、继电器、自动空气开关等。（二）按用途分类
{L-End}低压控制电器：主要在低压配电系统及动力设备中起控制作用，用于控制电路的接通、分断以及电动机的各种运行状态，如刀开关、接触器、按钮等。
{L-End}低压保护电器：主要在低压配电系统及动力设备中起保护作用，保护电源和线路或电动机，使它们不至于在短路状态和过载状态下运行，如熔断器、热继电器等。
{L-End}有些低压电器既有控制作用，又有保护作用。例如，行程开关既可以控制行程，又可以作为极限位置的保护；自动空气开关既可以控制电路的通断，又可以起短路、过载、欠压等保护作用。（三）按执行机理分类
{L-End}有触点电器：此类电器具有动触点和静触点，利用触点的接触和分离来实现电路的通断。
{L-End}无触点电器：此类电器无触点，主要利用晶体管的开关效应（即导通或截止）来实现电路的通断。二、低压开关和主令电器
常见的低压开关有刀开关、组合开关、自动空气开关等；主令电器是指在自动控制系统中用于发送信号或指令的电器，如按钮、行程开关、接近开关等。
{L-End}主令电器通过发送指令或信号可以控制接触器、继电器或其他电器线圈，使电路接通或断开，从而达到控制生产机械的目的。（一）刀开关
刀开关又称闸刀开关，是一种结构最简单、应用最广泛的手动控制低压电器，一般用于接通或切断用电设备的电源，以及控制不经常启动的小容量三相异步电动机。
1.种类和结构
刀开关的种类很多，按刀的极数可分为单极、双极和三极；按刀的转换方向可分为单掷和双掷；按灭弧情况可分为有灭弧罩和无灭弧罩。这里仅介绍电力拖动控制电路中最常用的由刀开关和熔断器组合而成的负荷开关。
负荷开关分为开启式负荷开关和封闭式负荷开关两种，主要由操作手柄、触刀、静插座和绝缘底板组成。以开启式负荷开关为例，其结构示意图和符号如图1-2所示。
{L-End}图1-2 开启式负荷开关的结构示意图和符号
开启式负荷开关又称瓷底胶盖刀开关，其瓷底板上装有进线座、静触点、熔丝、出线座和带瓷质手柄的刀片式动触点，上面装有胶盖，如图1-3所示。这样不仅可以保证操作人员不会触及带电部分，还可以保证分断电路时产生的电弧不会飞出胶盖外面而灼伤操作人员。
封闭式负荷开关整个装于铁壳内，因此又称铁壳开关，它是在开启式负荷开关的基础上改进设计的一种开关，主要由钢板外壳、触刀、操作机构和熔断器等组成，如图1-4所示。此类开关主要用于手动不频繁地接通和断开带负载的电路，也可用于控制15kW以下的交流电动机不频繁地直接启动和停止。
{L-End}图1-3 开启式负荷开关
{L-End}图1-4 封闭式负荷开关
2.选择原则
刀开关的选择原则如下：（1）当用于照明或电热负载时，所选负荷开关的额定电流应等于或大于被控制电路中各负载的额定电流之和。（2）当用于电动机负载时，开启式负荷开关的额定电流一般为电动机额定电流的3倍；封闭式负荷开关的额定电流一般为电动机额定电流的1.5倍。
3.使用注意事项
在安装与使用刀开关时，要注意以下事项：（1）负荷开关应垂直于地面安装，手柄在合闸时应向上，不可横装或倒装，更不允许将刀开关平放在地面上使用。（2）为负荷开关接线时，电源进线和出线不能接反。开启式负荷开关的上接线端应接电源进线，下接线端应接负载，以便于更换熔丝。（3）封闭式负荷开关的外壳应可靠接地，以防止意外漏电而使操作者发生触电事故。（4）更换熔丝应在开关断开的情况下进行，且应更换与原规格相同的熔丝。（5）在合闸和拉闸时，应动作迅速，一次拉合到位，确保操作安全。
4.型号命名方式
刀开关的型号命名方式如图1-5所示。
{L-End}图1-5 刀开关的型号命名方式
例如，“HK2–10/2”表示额定电流为10A的两极开启式负荷开关；“HH3–60/3”表示额定电流为60A的三极封闭式负荷开关。（二）组合开关
组合开关又称转换开关，常用于交流380V、直流220V以下的电气电路中，供手动不频繁地接通或分断电路，也可控制5kW以下小容量异步电动机的启动、停止、正反转和变速换向，还可用于接通或断开局部照明电路等。
组合开关由动触点、静触点、转轴、手柄、定位机构和外壳等组成，如图1-6所示。静触点有多对，它一端装在多层绝缘垫板上，另一端伸出盒外，并附有接线柱，以便与电源及用电设备相连接。动触点由磷铜片（或紫铜片）和具有良好灭弧性能的绝缘铜纸板铆接而成，并和绝缘垫板一起套在附有手柄的绝缘转轴上。当转动手柄时，每层的动触点随方形转轴一起转动，并使静触点插入或脱离相应的动触点，从而实现对电路的通、断控制。
组合开关种类很多，有单极、双极、三极和多极之分，常用的是三极的组合开关，其外形和符号如图1-7所示。
{L-End}图1-6 组合开关结构图
{L-End}图1-7 组合开关的外形和符号
在选择和使用组合开关时，要注意以下原则和事项。（1）应根据电源种类、电压等级、所需触点数和接线方式等要求合理选用转换开关。（2）当用于电动机电路时，组合开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5～2.5倍。（3）组合开关的通断能力较低，当用于控制电动机作可逆运转时，必须在电动机完全停止转动后，才能反向接通。
一般在电气控制电路中普遍采用的是HZ系列的组合开关，其型号命名方式如图1-8所示。
{L-End}图1-8 组合开关的型号命名方式（三）自动空气开关
自动空气开关又称低压断路器、自动空气断路器或自动开关，它既是控制电器，同时又具有保护电器的功能。当电路中发生短路、过载、失电压、欠电压等故障时，它会自动切断故障电路，确保用电安全。
自动空气开关具有操作安全、工作可靠、分断能力高等优点，广泛应用于低压配电线路中，还可用于不频繁地启动异步电动机，以及对电源电路、电动机和其他用电设备进行保护。
自动空气开关种类较多，按结构型式分为塑壳式和框架式，按极数分为单极、双极、三极和四极。图1-9所示为DZ5–20型塑壳式自动空气开关的外形、结构和符号。
{L-End}图1-9 DZ5-20型塑料外壳式自动空气开关的外形、结构及符号
{L-End}自动空气开关主要由动静触点、灭弧装置、脱扣器、自由脱扣机构和操作机构等组成。其中，触点是执行元件，用来接通和分断主电路；灭弧装置位于触点上，作用是提高触点的分断能力；脱扣器是感受元件，当电路出现故障时，脱扣器感测到故障信号后，经自由脱扣器使触点分断，从而起到保护作用；自由脱扣机构是用来联系操作机构和触点的机构；操作机构是实现自动空气开关闭合、断开的机构。
在选择和使用自动空气开关时，要注意以下几点：（1）自动空气开关的额定电压和额定电流应不小于电路的正常工作电压和工作电流。（2）热脱扣器的整定电流应与所控制负载（如电动机）的额定电流相等。（3）电磁脱扣器的瞬时脱扣整定电流应大于正常工作时的冲击电流。（4）自动空气开关的极限通断能力应大于或等于电路的最大短路电流。
自动空气开关的型号命名方式如图1-10所示。
{L-End}图1-10 自动空气开关的型号命名方式（四）按钮
按钮是一种手动控制电器，通常用于接通或断开不超过5A的小电流电路。它一般不直接控制主电路的通断，而是在控制电路中发出指令或信号去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路。
按钮一般由按钮帽、复位弹簧、动触点、静触点和外壳等组成，如图1-11所示。根据触点结构的不同，可将按钮分为常开按钮、常闭按钮和复合按钮（即将常开和常闭封装在一起）。图1-12所示为按钮的符号。
{L-End}图1-11（复合）按钮的结构原理图
{L-End}图1-12 按钮的符号
1.工作原理
{L-End}常开按钮：常用作启动按钮。手指未按下时，触点分开；手指按下时，触点闭合。松开手指之后，触点分开。
{L-End}常闭按钮：常用作停止按钮。手指未按下时，触点闭合；手指按下时，触点分开。松开手指之后，触点闭合。
{L-End}复合按钮：一组为常开触点，一组为常闭触点。手指按下时，常闭触点先分开，继而常开触点闭合；松开手指之后，常开触点先分开，继而常闭触点闭合。
2.型号命名方式
按钮的型号命名方式如图1-13所示。
{L-End}图1-13 按钮的型号命名方式
图1-13中各结构形式代号的含义如下：
K：开启式
H：保护式
S：防水式
F：防腐式
J：紧急式
X：旋钮式
Y：钥匙式
D：带指示灯式
{L-End}为便于操作人员识别按钮的作用，避免误操作，生产厂家通常会为按钮帽及指示灯设置不同的颜色，必要时还会采用形象化符号。例如，红色表示停止按钮，绿色表示启动按钮，蘑菇形表示急停按钮等。
3.选择原则（1）根据使用场合和具体用途，选择按钮的种类，如开启式、防水式、带灯式等。（2）根据工作状态指示和工作情况要求，选择按钮和指示灯的颜色，如启动按钮选用绿色或黑色等。（3）根据控制电路的需要，确定按钮的触点形式和触点的组数。（五）行程开关
行程开关又称限位开关或位置开关，主要作用是限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动或自动往返运动等，它广泛应用于起重机械、机床、轻功机械等的行程控制。
{L-End}行程开关的功能是行程控制和限位保护，工作原理与按钮类似，只是其触点的动作不是靠手指的按压来人工完成，而是利用生产机械某些运动部件上的挡块碰撞来完成，从而实现接通或分断某些电路，达到一定的控制要求。
行程开关的基本结构大体相同，都是由操作头、传动机构、触点系统和外壳组成的，图1-14所示为典型行程开关的结构示意图和符号。
操作头接受机械设备发出的动作指令或信号，并将其传递到触点系统，触点再将操作头传递来的动作指令或信号，通过本身的结构功能变成电信号，输出到有关控制电路，使之做出相应的反应。
{L-End}图1-14 行程开关的结构示意图和符号
{L-End}行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式和微动式，图1-14所示为直动式行程开关。
行程开关的种类很多，常用的有按钮式、单轮旋转式和双轮旋转式，它们的外形如图1-15所示。其中，按钮式和单轮旋转式行程开关可以自动复位，这点与按钮相似，所以称为自复式行程开关；而双轮旋转式行程开关的触点要依靠反向碰撞后才能复位，所以称为非自复式行程开关。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]