电气控制与PLC授课教案

山东建筑大学机电工程学院教案

电气控制与PLC

适用专业：机械工程及自动化（本科）

范文利

2009年3

山东建筑大学机电工程学院教案第_1_次课

授课内容常用低压电器元件的分类、灭弧原理，继电器与接触器。

目的要求了解课程的学习方法，掌握基本概念。

重点难点分磁环的工作原理；继电器的工作特性

课型授课计划学时2课前准备继电器接触器元件。

板书设计1（多媒体提纲）

简介

第一章常用低压电器

一、电器的作用和分类

二、接触器

三、继电器

课堂小结

1-1

作业、思考

课后小结

山东建筑大学备课纸

简介

-、课程体系简介

基础课

大学物理特点：体系完整推理严密抽象

专业基础课

电工电子学特点：以数学模型为分析对象较少涉及生产实际

专业课

本课程特点：以解决生产实践中的问题为目的，知识点具有发散性

二、本课程电气控制部分简介

本课程电气控制部分主要介绍电气控制技术中的继电器一接触器逻辑控制系

统。主要包括常用低压电器元件、典型基本控制线路、常用设备电路分析、继电

器逻辑控制线路的设计方法、电动机交流调速系统、以及应用实例等。

三、电气控制技术及其发展

重点是继一接电气控制与PLC之间的关系及区别。

四、关于学习方法和考试形式的介绍

五、网上交流平台的使用

第一节常用低压电器

-、电器的作用和分类

1、定义

一种能控制电路的设备。

2、分类

低压电器

用于交流1200V,直流1500V级以下的电路中起通断、保护、控制或调节作

用的电器产品。

高压电器

用于交流1200V以上、直流1500V以上的电器产品。

提问：为什么交流为1200V,直流为1500V?

答案：最大值和有效值的关系。

低压电器

低压配电电器：刀开关、低压断路器、熔断器等。正常情况下不参与逻辑控

制。

低压控制电器：接触器、继电器、控制器、按钮等。如下图：

士ocr*KM,得电（电动机率电阻起动）

J+KT得电------.KM*秘电（JH按电阻，电动机正常运行）

二、接触器

定义：接触器是一种可频繁地接通和分断主电路的控制电器。

1、结构与工作原理

图1-1接触器结构示意图

1—铁心2一线陶3一衔铁4—静触头

5—动触头6一触头弹557一释放弹籁

2、电磁机构

近点讲述不同结构类型之间的区别！

提问：直动式和拍合式的优缺点是？

答案：从可靠性，拍合速度和距离方面论述。

提问：串联电磁机构和并联电磁机构的结构区别？为什么？

答案：电磁机构吸力F吸81、N

消耗功率P=U*1

线圈发热Q=I2*R

在吸力一定的情况下，消耗功率和线圈发热越少越好!

提问：直流电磁机构、交流电磁机构的区别？

答案：从可靠性上论述！

3、触点与灭弧装置

电弧的产生：在触点由闭合状态过渡到断开状态的过程中产生的电弧是气

体放电形式之一，是一种带电质点的急流。

电弧特点：外部有白炽弧光，内部有很高的温度和密度很大的电流。

灭弧装置：

1）电动力灭弧

2）磁吹灭弧

3）纵缝灭弧

4）灭弧栅

提问：d图中电流方向相反时电弧受力方向为？

答案：不变（电磁一右手定则，磁电一左手定则）

4、分磁环（难点）

对上图的解释要慢，要给学生回忆所学过的相关知识的时间!

5、接触器的主要技术数据

1）电源种类：交流或直流；

2）主触头额定电压、额定电流；

3）辅助触头的种类、数量及触头的额定电压；

4）电磁线圈的电源种类、频率和额定电流；

5）额定操作频率，即允许每小时接通的最多次数。

注意：1、相关名词的解释。

2、强调顺序的概念！

6、接触器的选择

1）根据负载性质选择接触器的类型；

2）额定电压应大于或等于主电路工作电压；

3）额定电流应大于或等于被控电路的额定电流；

4）吸引线圈的额定电压和频率要与所在控制电路的选用电压和频率相•致。

注意：1、相关名词的解释。

2、强调顺序的概念！

三、继电器

定义：继电器是一种根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路实现控制目

的的电器。输入信号可以是电压、电流等电量，也可以是温度、速度、压力等非

电量。

注意与接触器的区别。

继电器的工作特性：输入输出特性曲线一继电特性。

Yo------

Xr-动作值

Xw-工作值

Xi-释放值

Y0-输出

安全系数=Xw/Xi>1

返回系数=Xi/Xr<1

例题：某电压继电器，动作值为55V,额定工作电压为110V,释放值为22V,被控

电路工作电流为3A,请画出其常闭触点工作特性图.并计算其安全系数和返回系

数。

作业：1一1

山东建筑大学机电工程学院教案第2次课

授课内容常用继电器的工作原理、电动机全压启动电路。

目的要求掌握常用的继电器的工作原理，电气原理图的阅读分析方法。

重点难点时间继电器；顺序式的使用。

课型授课计划学时2课前准备时间继电器实物

板书设计1（多媒体提纲）

三、继电器

几种常用的继电器：

四、熔断器

第二节电气原理图的画法

三种电气设备图样

第三节笼型电动机的起动控制线路

一、直接起动控制线路

课堂小结

作业、思考补充：为什么热继电器不能用作短路保护？

课后小结

山东建筑大学备课纸

三、继电器

几种常用的继电器:

1、电磁式继电器

电磁式继电器按吸引线圈电流的种类不同，有直流和交流两种。按输入信号的

性质，电磁式继电器可分为电压继电器和电流继电器。

特点：工作可靠、结构简单、制造方便、寿命长。

提问：当弹簧3调紧时继电器的返回系数如何变化？答案：变大。

2、时间继电器（重点）

当感受部分接受外界信号后，经过设定的延时时间才使执行部分动作的继电

器称为时间继电器。

按延时的方式分为通电延时型、断电延时型和带瞬动触头的通电（或断电）

延时型继电器等。

难点：时间继电器的4种触点的符号，动作方式，延时特性！

时间继电器

图形、文字符号

(a)线圈

(b)常开延时闭合触头

(c)常闭延时带开触头

(d)常闭延时闭合触头

(e)常开延时打开触头

3、热继电器

热继电器是依靠电流流过发热元件时产生的热，使双金属片发生弯曲而

推动执行机构动作的一种电器，主要用于电动机的过载保护、断相及电流不平

衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。

注意：热继电器测量的不是温度而是电流！

热继电器保护特性与电动机过载特性的配合从而实现过载保护!

热继电器的选用：

按电动机的额定电流来确定热继电器的型号与规格。热继电器元件的

额定电流/r接近或略大于电动机的额定电流/n,即

Ir=（0.95~1.05）In

如遇到下列情况，选择热继电器的整定电流要比电动机额定电流高一

些：

1）电动机负载惯性转矩非常大，启动时间长；

2）电动机所带动的设备不允许任意停电；

3）电动机拖动的为冲击性负载，如冲床、剪床等设备。

4、速度继电器

速度继电器常用于电动机的反接制动电路中！”

一般情况下，当转速＞120r/min时动作，当转速＜40r/min时释放。

注：速度继电器即可反映转速也可反映转向！

四、熔断器

熔断器是当通过它的电流超过规定值达一定时间后，以它本身产生的热量

使熔体熔化，从而分断电路的电器。

选择熔断器，主要是熔断器的种类、额定电压、熔断器额定电流等级和熔体的

额定电流。

热继电器：电动机过载保护熔断器：电路的短路保护

五、断路器

断路器又称自动开关，是用于低压配电电路不频繁通断控制，在电路

发生短路、过载或欠电压等故障时，能自动分断故障电路，是低压配电线路中

应用广泛的一种保护电器。在功能上，它相当于刀闸开关、熔断器、热继电器、

过电流继电器和欠电压继电器等的组合。

第二节电气原理图的画法

三种电气设备图样

1、电气原理图

电气原理图表示电气控制线路的工作原理、以及各电器元件的作用和相互关

系，而不考虑各电器元件实际安装位置和实际连线情况。绘制电气原理图时，

一般遵循下面的规则：

(1)电气控制线路分主电路和控制电路。主电路用粗线绘出，而控制线路

用细线画。一般主电路画在左侧，控制电路画在右侧。

(2)电气控制线路中，同一电器的各导电部分如线圈和触头常常不画在一

起，但要用同一文字符号标注。

(3)电气控制线路的全部触头都按“非激励”状态绘出。“非激励”状态

对电操作元件如接触器、继电器等是指线圈未通电时的触头状态；对机械操作

元件如按钮、行程开关等是指没有受到外力时的触头状态；对主令控制器是指

手柄置于“零位”时各触头的状态；断路器和隔离开关的触头处于断开状态。

2、电气设备安装图

电气设备安装图表示各种电气设备在机械设备和电气控制柜中的实际安装

位置。各电器元件的安装位置是由机械设备的结构和工作要求决定的，如电动

机要和被拖动的机械部件在一起，行程开关应放在要取得信号的地方，操作元

件放在操作方便的地方，一般电气元件应放在控制柜内。

3、电气设备接线图

电气设备接线图表示各电气设备之间实际接线情况。绘制接线图时应把各电

气元件的各个部分(如触头与线圈)画在一起；文字符号、元件连接顺序、线

路号码编制都必须与电气原理图一致。电气设备安装图和接线图是用于安装接

线、检查维修和施工的。

阅读电气原理图的原则：先主后控，从左向右，自上而下。

第三节笼型电动机的起动控制线路

一、直接起动控制线路

自锁：用自己的触点保持自己的线圈通电的方法。

二、电动机正反转线路

KM,

互锁：用自己的常闭触点串联在对方线圈电路中，使两者不能同时通电的方法。

电器互锁，机械互锁。

顺序式一电路分析方法（重点，难点）

规则：触点、按钮前"+”表示常闭“-”表示常开

触点、按钮后“+”表示闭合“，'表示断开

线圈、电磁机构后“+”表示通电表示断电

"I”表示按下“t”表示松开

"f”前表示原因，后表示结果

例：

SB2If-SB2+-KM1+（自锁）-M+（正转）

SB3If+SB3-fKMl-fM-

f-SB3+-KM2+（自锁）-M+（反转）

注意使用技巧！

练习题

KMj

ST2STfKMiT

TSB必、KM2

STISTjKM^n_

SBz

前进

后退E>

|ST7|曲

-SB2+->KM1+（自锁）-M+（正转）工作台前进

-+ST2---KM1—*M-

f-ST2+——KM2+-*M+（反转）

工作台后退fSTII-…

提问：当ST2损坏（不能断开）会出现什么故障现象？

注意描述的准确性！！！

山东建筑大学机电工程学院教案第旦次课

授课内容异步电动机减压启动电路，异步电动机制动电路。

目的要求掌握异步电动机减压启动电路，制动电路的原理与设计。

重点难点使用顺序式进行电路分析

课型授课计划学时2课前准备

板书设计1（多媒体提纲）

第三节笼型电动机的起动控制线路

三、电动机的减压起动控制线路

1、定子串电阻降压起动控制线路

2.星一三角降压起动

3、自偶变压器降压起动

4、绕线转子异步电动机降压起动

5.串频敏变阻器减压起动

第四节电动机的制动控制线路

一、电动机的反接制动控制线路

二、电动机的能耗制动控制线路

第五节控制线路的其他基本环节

一、点动控制

二、联锁

三、多点控制

四、双速电动机高低速控制线路

思考：可逆运行反接制动控制电路

课堂小结

作业、思考1-5,6

课后小结

山东建筑大学备课纸

第三节笼型电动机的起动控制线路

三、电动机的减压起动控制线路

电动机的起动方式：

全压起动：I起七（4-7）I额；起动转矩大；机械和电气冲击大。

减压起动：I起小；起动转矩小；起动平稳

1、定子串电阻降压起动控制线路

a）图：-SB2+-KM1+（自锁）-M+（串R）

-KT+（延时）--KT+-KM2+-M+（全压）

b）图：-SB2+-KM1+（自锁）-M+（串R）

-KT+（延时）--KT+-KM2+（自锁）-M+（全压）

-+KM2-—KM1-、KT-

a）图在电动机起动后KM1与KT一直得电动作，这是不必要的。图b）就解决这个问

题。

2、星一三角降压起动

3、自偶变压器降压起动

2.不用KA,只用KM1,KT,KM2此电路如何设计？

4、绕线转子异步电动机降压起动

1）电流原则

电流原则一绕线异步电动机转子串电阻起动控制电路

时间原则一绕线转子电动机转子串电阻起动控制电路

问：控制3台电机M1.M2.M3依次起动，间隔5S,如何设计？

5.串频敏变阻器减压起动

原理：频敏变阻器的电阻与通过它本身的电流的频率成正比，电动机起动时转子电流

频率随转速升高而降低。

蚯政直削蹲等姓电路及北与血动机电向左转转子申接

血动视的联被频敛变阻器起动控制电路

问：KT的延时常闭触点起什么作用？是否可以去掉？

答案：可以。

作业：1-5

第四节电动机的制动控制线路

一、电动机的反接制动控制线路

1.速度继电器的应用。

2.反接制动主电路电阻的作用。

b）

a）-SB2+fKMl+（自锁）-M+（正转）-N>120r/min--KS+

+SBl-fKM1--+KM1+-KM2+-M+（串R反接制动）-N<40r/minf-KS--KM2-

-M-

1?）-$82+-10^1+（自锁）-M+（正转）-N>120r/min--KS+

SB1If+SBl-fKMl-f+KM1+

f-SBl+-KM2+（自锁）-M+（串R反接制动）-N<40r/min--KS--

KM2--M-

二、电动机的能耗制动控制线路

桥式整流器全波整流半波整流当某桥臂断路时整流结果是？

KM2

b)

能耗制动与反接制动的比较

■反接制动时，旋转磁场的相对速度很大，定子电流也很大，因此制动效果显著。

但制动过程中有冲击，对传动部件有害，能量消耗大，故反接制动适用于不太

经常起制动的设备，如铳床、馍床、中型车床主轴的制动。

■能耗制动与反接制动相比较，具有制动准确、平稳、能量消耗小等优点。但制

动力较弱，特别是在低速时尤为突出，而且还需要直流电源，控制线路也较复

杂，故能耗制动适用于电动机容量较大和起制动频繁的场合。

第五节控制线路的其他基本环节

一、点动控制

二、联锁

提问：要求停止时必须Ml先挺M2后停，如何设计?

三、多点控制

思考：楼梯电灯控制设计？

四、双速电动机高低速控制线路

N=60f(l-S)/Pf:电源频率P：磁极对数

S：转差率(2%~5%)

双速电动机就是由改变定子绕组的磁极对数来改变其转速的。

如图所示将出线端DI、D2、D3接电源，D4、D5、D6端悬空，则绕组为三角形，每

相绕组中两个线圈串联，成四个极，电动机为低速；

当出线端DI、D2、D3短接，而D4、D5、D6接电源，则绕组为双星形，每相绕组中

两个线圈并联，成两个极，电动机为高速。

思考：可逆运行反接制动捽制电路

FU2

可逆运行反接制动控制电路

节点号：任何两个节点之间都要有元器件。

作业：1一6

山东建筑大学机电工程学院教案第—4一次课

授课内容常用设备控制电路1

目的要求通过对C650,X62W的电路分析初步掌握电路分析的技巧

重点难点电路阅读中化整为零的技巧

课型授课计划学时2课前准备

板书设计1（多媒体提纲）

第二章电气控制线路分析

第一节电气控制线路分析基础

一、电气控制线路分析的内容与要求

二、电气原理图的阅读分析方法

第二节C650卧式车床电气控制线路分析

一、主要结构和运动形式

二、控制要求

三、电气控制线路分析

第三节X62W卧式万能铳床电气控制线路分析

课堂小结

作业、思考2-3,4

课后小结

山东建筑大学备课纸

第二章电气控制线路分析

第一节电气控制线路分析基础

一、电气控制线路分析的内容与要求

1、设备说明书：

重点掌握：设备的结构、传动方式与工作原理、电气传动方式、设备的

使用方法、机电液配合方式。

2、电气原理图：

重点掌握：主电路、控制电路、辅助电路、保护、联锁环节以及特殊控制

电路等各部分的工作方式。

3、电气设备接线图：

安装设备不可缺少的资料。

4、电气设备安装图：

制造、安装、调试和维护电气设备必需的技术资料。在调试、检修中可通过

安装图方便地找到各种电器元件和测试点，进行必要的检测、调试和维修保养。

二、电气原理图的阅读分析方法

原理图阅读分析的基本原则是：先主后控、自上而下，自左而右，化整

为零、顺藤摸瓜。

电气原理图的分析方法与步骤：

(1)分析主电路：

从主电路的构成可分析出电动机的工作方式、起动、转向、调速、制动等控

制要求与保护要求等内容。

⑵分析控制电路：

主电路各控制要求是由控制电路来实现的，运用“化整为零”、“顺腾摸瓜”

的原则，将控制电路按功能划分为若干个局部控制线路。从电源和主令信号开

始，经过逻辑判断，写出控制流程，表达出电路的工作过程。

⑶分析辅助电路：

辅助电路包括执行元件的工作状态显示、电源显示、参数测定、照明和故障

报警等。这部分电路具有相对独立性，起辅助作用但又不影响主要功能。

(4)分析联锁和保护环节：

生产机械对安全性、可靠性有很高的要求，实现这些要求，除了合理的选择

拖动、控制方案外，在线路控制中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。

⑸分析特殊控制环节：

在某些控制线路中，还设置了一些与主电路、控制电路关系不密切，相对独

立的某些特殊环节。如产品技术装置、自动检测系统、晶闸管触发电路、自动

调温装置等。这些部分往往自成一个小系统，其读图的分析方法可参照上述分

析过程，并灵活运用所学的电子技术、变流技术、自控原理、检测与转换等知

识逐一分析。

第二节C650卧式车床电气控制线路分析

一、主要结构和运动形式

二、控制要求

(1)主电动机Ml(30kW)。由它完成主运动的驱动，要求：直接起动连续运

行方式，并有正向点动功能以便调整，能正反转以满足螺纹加工需要，停车时

带有电气制动，此外，还要显示电动机的工作电流以监视切削状况。

（2）冷却电动机M2。用以加工时提供冷却液，采用直接起动、单向运行、

连续工作方式。

（3）快速移动电动机M3。单向点动、短时工作方式。

（4）要求有局部照明和必要的电气保护与联锁。

三、电气控制线路分析

Ml正向起动：

-SB1+-KM+（去除R）、KT+（延时）-K+--K（13-7）+-KM3+（自

锁5-15-13-7-11-8）-M1+（全压正转）

正向旋转时停止：

+SB4--KM-、KT-、K-、KM3--+KT+（短接电流表A）、-KM-（串R）、

K的触点复位、M1-

+SB4+-因为n>120r/min,-KSl+-KM4+-M1+（串R反接制动）一

n<40r/min--KS1--KM4--M1-

第三节X62W卧式万能铳床电气控制线路分析

以学生自己分析为主！

回答以下问题：

1、主电机起动方式？制动方式？用顺序式分析其制动过程（假设主轴正在反

转）

2、用顺序式分析主轴变速点动的实现过程？

3、多方向进给互锁是如何实现的？

4、体会一下机电配合实现控制要求的过程。

5、若ST1-2损坏（受力时不能断开），描述一下故障现象？

作业：2—3,4

山东建筑大学机电工程学院教案第欠课

授课内容常用设备控制电路2

目的要求通过对常用典型电路的分析掌握电路分析的技巧

重点难点T68主电动机的变速脉动控制

课型授课计划学时2课前准备

板书设计1（多媒体提纲）

第四节T68卧式钱床电气控制线路分析

一、主要结构和运动形式

二、电力拖动方式和控制要求

三、电气控制线路分析

补充

1、组合机床动力头控制电路

2、深孔钻床控制电路

3、桥式起重机控制电路

课堂小结

作业、思考2-5,6

课后小结

山东建筑大学备课纸

第四节T68卧式位床电气控制线路分析

-、主要结构和运动形式

二、电力拖动方式和控制要求

1）为了适应各种工件的加工工艺要求，主轴旋转和进给都应有较宽的调速范围。本机床

采用双速笼型异步电动机作为主拖动电动机，并采用机电联合调速，这样既扩大了调速

范围又使机床传动机构简化。

2）进给运动和主轴及花盘旋转采用同一台电动机拖动，由于进给运动有几个方向（主轴

轴向、花盘径向、主轴垂直方向、工作台横向、工作台纵向），所以要求主电动机能正反

转，并有高低两种速度供选择。高速度运转应先经低速起动，各个方向的进给应有联锁。

3）各进给方向均能快速移动，本机床采用一台快速电动机拖动，正反两个方向都能瞬时

点动。

4）为适应调整的需要，要求主拖动电动机应能正反点动，并带有制动。本机床采用电磁

铁带动的机械制动装置。

三、电气控制线路分析

1、主电路：

1）、双速笼型异步电动机作为主拖动电动机。

2）、主电机正反转控制。

3）、主电动机的反接制动控制。

4）、快速移动电动机正反转捽制

2、控制电路：

1）主电动机的起动、换向控制

2）主电动机的反接制动控制

3）主电动机的变速脉动控制（重点，难点）

Ml正在高速正转

K1+、KM3+、KT+、KM1+

KM7+、KM8、-KS1+

Ml正在高速正转变速

STI、ST2松开f-ST1-1--KM3-、KT-、KM1-、KM7-、KM8--Ml-、-KT-、+KT+

-+ST1-2+,+ST2+-因为n>120r/min,-KSl+、+KS--KM2+-

KM6+-M1+（低速串R反接制动）-n<40r/min--KS1-、+KS+—KM2--

KM1+（8-17-18-16-15-3）fKM6+fM+（重新低速起动）f当n>120r/min,+KSl-、

-KS1+fKM2+-KM6+-Ml+（低速串R反接制动）-n<40r/min--KS1-、+KS+

fKM2--KM1+（8-17-18-16-15-3）--KM6+-M+（重新低速起动）一循环

调速完成压下STI、ST2--ST1-1+fKM3+、KT+、以下同正转起动

补充

1、组合机床动力头控制电路

快进：KM1+,KM3+（M1,M2正转）工进：KM1+（M1正转）

工退：KM2+（M1反转）快退：KM2+,KM3+（M1,M2反转）

YB:快速电机M2制动电磁铁（YB-时制动）

分析其电路工作过程。

2、深孔钻床控制电路

SQ1:原位

SQ2:转工进

SQ3:快退转快进

SQ4:终点

SQ5:活挡铁复位

注意挡铁的灵活应用。

图4-38分级进船装望工作航期承窟图

3、桥式起市机控制电路

1、介绍凸轮控制器的原理及其符号的含义

2、利用机械特性曲线进行调速的方法。

作业：2—5,6

山东建筑大学机电工程学院教案第0次课

授课内容电气控制线路设计

目的要求基本掌握电路设计的思路和方法

重点难点条件分析法的应用

课型授课计划学时2课前准备

板书设计1（多媒体提纲）

第三章电气控制线路设计

—、电气控制线路设计的一般原则及内容

二、设计过程中应注意的几个问题

三、经验设计法和逻辑分析法简介

四、电路设计一条件分析法

课堂小结

作业、思考补充1;3-4,5,6

课后小结

山东建筑大学备课纸

第三章电气控制线路设计

-、电气控制线路设计的一般原则及内容

电气控制线路设计的一般原则：

1、最大限度地满足机电设备对电气控制线路的要求；

2、在满足生产要求的同时;应尽可能地使线路简单、实用；

3、保证控制安全，便于操作和维修。

电气控制线路设计的内容和步骤：

1、定电气设计的技术条件；

2、选择电气传动形式和控制方案；

3、确定电动机的类型、容量、转速和型号；

4、设计电气控制原理图；

5、选择电器器件，制定电动机和电器器件明细表；

6、设计电动机、执行电磁铁、电气控制元件，以及监测元件的总布置图；

7、设计电气柜、操作台、器件安装板以及非标准器件专用安装零件；

8、绘制装配图和接线图；

9、编写设计计算说明书和使用操作说明书。

二、设计过程中应注意的几个问题

1.在满足生产要求的前提下，控制电路应力求简单、经济。

（1）根据自动控制的工艺要求，正确地选择各个独立控制部分的线路和环节。

（2）同一电器的不同器件在线路中尽可能具有更多的公共联线，以简化电器的

外部接线，缩短连接导线的数量和长度。

（3）根据工艺要求，正确选用电器器件。

（4）在满足生产工艺要求的前提下，减少不必要的触点以简化电路。

（5）在控制电路中，除其工作的必要电器通电外，其余的回路尽可能不通电，

以提高系统的稳定性和可靠性。

2.保证控制电路工作可靠和安全。

（1）正确连接电器的触点。如图3-2所示，一般情况下，线圈的一端应连接在

一起，接到电源的一根母线上。同•电器的常开和常闭辅助触点靠的很近，果

分别接到电源的不同相上，触点断开时产生的电弧可能在两触点间形成飞弧，

造成电源短路。

（2）正确连接电器的线圈。两个电器需要同时动作时，其线圈应当并联。如图

3-3所示，在交流控制线路中，不能串联两个电器的线圈。因为每个线圈所分到

的电压与线圈阻抗成正比，两个电器不能同时闭合。

（3）在控制线路中应该避免出现寄生电路。

（4）避免电器依次动作。应减少多个器件依次通电后才接通另一个器件的情况,

以保证工作的可靠性，如图3-6所示。

（5）电气联锁和机械联锁共同使用。

（6）设计的线路应适用所在电网的质量和要求。

（7）在线路中采用小容量继电器触点来控制大容量接触器的线圈。

三、经验设计法和逻辑分析法简介

四、电路设计一条件分析法

例：设计一个组合机床动力头的控制电路，要求在按下起动按钮后动力头完成

以下工作循环一快进一工进f工退一快退至原点停止。

一、分析设计要求

此例中动力头工作台有4种工作状态：快进、工进、工退、快退。我们可用

Ml、M2两台电机分别驱动不同的传动链来实现，其中Ml为快速移动电动机

其正转时为快进，反转时为快退。其中M2为进给电动机其正转时为工进，反

转时为工退。其中工作状态的转换由位置开关来实现。

二、主电路设计

此例中有Ml、M2两台电机，分别有正反转控制，均为全压起动、连续工作，

条件分析法的原则：

1、以接触器、继电器、电磁铁等的线圈为分析对象，分析其通电(起始)和断

电(终止)条件，从而得出每个线圈的控制电路后经过组合和优化得出整个控

制电路。

2、线圈的分析顺序应尽量与控制过程的动作顺序一致。

以此例学习条件分析法的应用：

1、分析动作过程：

原位f起动按钮If快进(KM1+)fS02I-Xia(KM3+)-S03If工退

(KM4+)-SO2t-快退(KM2+)-原位SOIIf停止

2、分析接触器线圈的起始和终止条件：

1)KM1：起始条件一起动按钮SB2I

终止条件一S02I

2)KM3：起始条件一S02I

终止条件一S03I

3)KM4：起始条件一S03I

终止条件一S02t

4)KM2：起始条件一S02t

终止条件一SOII

KM2会在电路开始通电时就通电，这种情况应增加起始条件：当KM4+时松开

S02。因而KM4终止条件调整为KM2+

3、组合与优化：增加连锁与保护环节，急停按钮等

思考题：

设计一个组合机床磨削头的控制电路，要求在按下起动按钮后动力头完成以下

工作循环一前进f磨头启动磨削30s-快退至原点停止。

作业：3—4,5,6

山东建筑大学机电工程学院教案第工次课

授课内容电动机调速系统

对直流调速系统和交流调速系统的原理和工程应用有基本的了解，

目的要求

掌握基本的调速方法。

重点难点直流调速系统分析，交流变频器的应用

课型授课计划学时2课前准备

板书设计1（多媒体提纲）

第四章电动机调速系统

第一节直流调速系统

一、直流调速系统的性能指标

二、直流电动机调速方法

三、直流调速系统原理分析

第二节交流传动调速系统

一、交流传动调速系统基本原理

二、交流电动机的调速方法

三、变频调速原理

四、变频器的基本结构和分类

五、变频器的选用、运行和维护

六、变频调速系统应用实例

课堂小结

作业、思考4-4,6

课后小结

山东建筑大学备课纸

第四章电动机调速系统

第一节直流调速系统

一、直流调速系统的性能指标

1.稳态指标一静差率S、调速范围。、调速系统与负载配合能力

⑴静差率s

〃0—“N_瓯N

“0〃0

△〃N一理想空裁增加到额定负裁时的转速降落

⑵调速范围

£)最高转速〃max与最低转速之比々“in

«min

⑶调速系统与负载配合能力

恒转矩调速一电动机轴上承受的负载转矩不变，其输出功率与转速成正比变化。

恒功率调速一电动机轴上的负载随转速的增大而减小，其输出功率基本维持不变。

混合调速。

2.动态指标一最大超调量、调整时间、振荡次数、最大动态速降和恢复时间等

(1)最大超调量b最大超调量是指调速系统在外来突变信号的作用下，系统达

到的最大转速和稳态值的稳态转速之比，用b表示。

(2)调速时间4又称为动态响应时间，它是指从信号加入，到系统开始进入允

许偏差区为止的时间。它反映系统调整的快速性。

(3)振荡次数N震荡次数表示在调整时间内，转速在稳态值上下摆动的次数。

它反映了系统的调速稳定性。

(4)最大动态速降A/lmax是指调速系统的一项抗干扰指标，即在稳定运行中，系

统突加一个负载转矩所引起的最大速降。

(5)恢复时间tr从扰动量作用开始，到被调量开始转入稳定转速允许偏差区

为止的一段时间。0越小，说明系统的抗干扰能力越强。

二、直流电动机调速方法

当电动机正常运行时，其各种物理量可表示如下：

U=1R+E(4-1)

(4-2)

Te=k刚

E=ke(fit2(4-3)

由上式可知：

EU-IR_U

n=----=(4-4)

卜仲k2ke

式（4-4）中：U为加在电枢回路上的电压；R为电动机电枢电路总电阻；。为电动机

磁通；灯为电动势常数；得为转矩常数；7；为电磁转矩。

此公式即为直流电动机的机械特征方程

式。对于每一个特定的电动机来说，其却、nke

为常数，当负载一定时，要调节电动机的转R,<R2<R3速

n,便可以有以下三种方法：改变电动机电枢回

R,

路的电阻R、改变电动机磁通。和改变加在电枢

R

回路的外加电压U。R："2

1.改变电枢回路电阻R调速TT

oM前班：需同、出图4-2改变电枢回路电阻调速的调节特性

3.改变电枢电压。调速

三、直流调速系统原理分析

1.开环调速系统

图4一5开环直流调速系统原理图

2.闭环调速系统

（1）转速负反馈调速系统

T1'-n,-Ufn,-U'-Uc\-Ud-Ua-la■-Te

（2）带电流裁止负反馈调速系统

第二节交流传动调速系统

一、交流传动调速系统基本原理

n=60/1（l-5）/p

可以通过改变供电频率于、极对数p和转差率s来实现交流电动机调速。

二、交流电动机的调速方法

变极调速，转子串电阻调速，液力耦合器调速，变频调速

三、变频调速原理

以气隙磁通链必为控制变量的调速方式

1、基频以下调速（恒转矩调速）

由式4-15和式4-16可知，在变频调速中，若保持g/力=C的协调控制条件，可

以满足主磁通色,=C（相当于式4T5中的气隙磁通链内）的要求，实现恒转矩调速。

2、基频以上调速（恒功率调速）

在基频以上调速时.，主磁通与频率成反比关系，相当于直流电动机弱磁升速现象。

由异步电动机的电磁功率已„=7助/〃0可知，P,,产Tf、=C。若保持£:/力=。的协

调控制条件，则Tocl//,即。;=C。因此，在E；//1=C时，实现恒功率调速。

四、变频器的基本结构和分类

交流出泊

主.压版率可变.

图412变频器臼基本结沟-

五、变频器的选用、运行和维护

1.负载的分类

(1)恒转矩负载传送带、搅拌机、挤出机以及吊车、提升机等。

(2)恒功率负载机床主轴、造纸机、卷取机、开卷机等。

(3)平方转矩负载离心泵、离心风机

2.变频器的选型

根据负载类型选择变频器类型

(1)选择变频器具体型号是以电动机额定电流值为依据，以电动机的额定功率为参

考值。变频器最大输出电流应大于电动机的额定电流值。

PQ就<KVA)⑴

/CN>K/M(A)(2)

>/¥UM/MX107(KVA)(3)

PM、小coscp、UM、IM分别为电动机输出功率、效率(取0.85)、功率因数(取0.75)、

电压(V)、电流(A)。

K：电流波形的修正系数(PWM方式取1.05〜1.1)

PCN：变频器的额定容量(KVA)

ICN：变频器的额定电流(A)

式中IM如按电动机实际运行中的最大电流来选择变频器时，变频器的容量可以适

当缩小。

(2)变频器与电动机的距离过长时，为防止电缆对地耦合与变频器输出电流中谐波

叠加而造成的电动机端子处电压升高的影响，应在变频器的输出端安装输出电抗器。

(3)变频器选择时，要考虑电动机的运行频率在什么功率范围内。在低速范围内，

应考虑电动机的温升情况，是否需加装风扇给电动机散热。

(4)变频器选择时，一定要注意其防护等级应与现场情况相匹配，防止现场的粉末

或水分影响变频器的长久运行。

六、变频调速系统应用实例

1.ABB变频器在恒压供水控制系统中的应用

恒压供水是指不论用户端水量大小，总保持管网水压基本恒定。这样，既可以满足

各部位用户的用水的需要，又不使电动机空转，造成电能的浪费。因此，由变频器得到

给定压力信号和实际反馈信号，利用变频器内部固有的功能进行比较计算，通过频率输

出的变化调节水泵转速，从而捽制管网中水压力恒定。

水池

作业4-4,6

山东建筑大学机电工程学院教案第a次课

授课内容第五章PLC基础知识

目的要求要求学生掌握PLC的基本概念、基本组成、扩展构成和工作方式

重点难点难点是工作方式、扫描时间

课型授课计划学时2课前准备

板书设计1（多媒体提纲）

第五章PLC基础知识

PLC基础知识1

一、可编程控制器的定义

二、PLC的产生与历史

三、PLC的发展趋势

四、PLC的基本功能

五、PLC的特点及分类

六、PLC与其他工业控制系统的比较

PLC基础知识2

一、PLC的基本硬件组成

二、常用术语

三、PLC的软件系统

四、PLC的扩展构成

五、PLC的工作方式

课堂小结

作业、思考补充题

课后小结

山东建筑大学备课纸

第五章PLC基础知识

PLC基础知识I

一、可编程控制器的定义

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

设计的。它采用可编程的存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、

定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和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设备，都应按易于与

工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。

简单的说：PLC就是一种工业用计算机。

二、PLC的产生与历史

美国数字设备公司(DEC)中标，于1969年研制成功了一台符合要求的控制器，

在通用汽车公司(GM)的汽车装配线上试验并获得成功。

生产的需要和计算机技术的发展.

三、PLC的发展趋势

朝着小型，简易，价格低廉方向发展

朝着大型，高速，多功能方向发展

从PLC的发展趋势看,PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段.在未

来的工业生产中,PLC技术,机器人技术和CAD/CAM技术将成为实现工业生产

自动化的三大支柱.

四、PLC的基本功能

1逻辑控制功能

2定时控制功能

3计数控制功能

4步进控制功能

5数据处理功能

6回路控制功能

7通讯联网功能

8监控功能

9停电记忆功能

10故障诊断功能

五、PLC的特点及分类

1.按结构形式分类

整体式PLC组合式PLC

2.按控制规模分类

1).小型PLC：I/O点数较少，在256点以下的PLC

2).中型PLC：I/O点数较多,在256点以上、2048点以下的PLC。

3)大.型PLC：I/O点数较多，在2048点以上的PLC。

3特.点

1)灵.活通用

2)安.全可靠

3).环境适应性好

4).使用方便、维护简单

5).速度较慢、价格较高

六、PLC与其他工业控制系统的比较

PLC与继电器控制系统比较

•继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的功能。

•PLC控制只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改

变。

•从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。传统的继电

器控制大多数将被PLC所取代。

与工业计算机比较

•工业控制机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件

编程的能力。

•PLC采用了工厂技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学易懂，便于推广

应用。

•PLC是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。

•在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，工业控制机

则更能发挥其专长。

PLC基础知识2

'PLC的基本硬件组成

用

输

用

微处理器户

出

户

检

输

单

出

入运算器

元

设

设

备

符控制器

―

疝丽一，

：H-

外存储器

部"

盒式磁带机_I一,—

设

.■，

打印机T-EPROMRAM1

备i>

.

KFROftl写入器~I(系统程序/t用户程序

图形心挎系统T-块i

*PLC暝上枪i伊机」it

在它外设

二常用术语

1位(Bit)

PLC中逻辑运算的基本元素，通常也称为内部继电器。位实际上是PLC存

储器中的一个触发器(存储单元)，有两个状态，既“0”和“1"，也称为OFF和

ON。位可以作为输出存放逻辑运算的结果，相当于继电器的线圈。在一个程序

中一个位只能进行一次输出操作。

2I/O点(I/OPoint)

PLC中可以直接和输入设备相连接的位称为输入点，可以直接和输出设备相

连接的位称为输出点，输入点和输出点通称为PLC的I/O点。PLC的I/O点数

越多，控制规模越大。有时也常用I/O点数来表征PLC的规模。

3通道(Channel)

通道是PLC中数据运算和存储的基本单位，又称为字(WORD).

4区(AREA)

区是相同类型通道的集合。PLC中一般有数据区、定时/计数器区、内部继电

器区等。

三PLC的软件系统

1系统程序

用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一特定的控制任务而利用PLC

的编程语言编制的程序。

2用户程序

3编程语言

语句表语言

梯形图语言

顺序功能表图（SFC）

功能块图（FBD）