第10章 電工電子技術

1、第第10章章 電氣控制電氣控制 現(xiàn)代生產中廣泛采用自動控制系統(tǒng)，由繼電器組成的有觸點（開關）控制電路，是實現(xiàn)自動控制的一種簡便方法。 這一章將對常用低壓電器進行簡要介紹，然后著重介紹繼電器控制電路的工作原理、控制方法及簡單控制電路的設計。最后對可編程序控制器（PLC）進行介紹。10.1低壓控制電器低壓控制電器 在繼電器控制系統(tǒng)中常用的低壓電器有兩類，一類是手動控制的通斷電器，也稱為主令電器。如開關、按鈕等，是人工操作直接控制的電器；另一類是用于自動控制的通斷電器，如接觸器、繼電器等，這類電器是依靠控制電壓、電流或其他物理量來改變其工作狀態(tài)。10.1.1刀開關刀開關1低壓閘刀開關低壓閘刀開關 低

2、壓閘刀開關是手動電器中的基本設備，其結構和操作方法較為簡單，主要用作分斷小容量的低壓配電線路，或者用于直接起動小容量電動機，閘刀的級數(shù)分為單極、雙極和三極幾種。每種又有單擲與雙擲的區(qū)別。 圖10-1 低壓閘刀開關 2 轉換開關轉換開關 轉換開關又稱組合開關，是由數(shù)層動、靜觸片組裝在絕緣盒內而成的。動觸片裝在轉軸上，用手柄轉動轉軸使動觸片與靜觸片接通與斷開。可實現(xiàn)多條線路、不同聯(lián)結方式的轉換。圖10-2 轉換開關的結構和符號 10.1.2按鈕按鈕 按鈕是一種手動主令電器，但它與閘刀開關不一樣，按鈕用手按下后接通，松手后靠彈簧力將它恢復到斷開的狀態(tài)，按鈕一般不用于分合主電路，負荷電流不通過它的觸頭

3、，它只起發(fā)出“接通”和“斷開”信號的作用。最常見的按鈕是復合式的，包括一個動合觸頭和一個動斷觸頭。 圖10-3 按鈕及符號 10.1.3熔斷器熔斷器 熔斷器是一種最常見的短路保護器件。熔斷器按照其結構和用途分有插入式、螺旋式、無填料密封式、有填料密封式、快速式等。 熔斷器額定電流IN選擇應依如下原則：對電阻件負載如電燈、電阻爐等，熔體的額定電流IN可按等于或稍大于負載額定電流IL 值選擇，即INIL確定。對電動機等起動電流Ist大于工作電流IL的負載，熔斷器額定電流IN的選擇原則是，既要有短路保護作用，又要在起動瞬間熔斷器不能熔斷，應依實際情況確定。圖10-4 熔斷器的符號及保護特性 10.1

4、.4 熱繼電器熱繼電器 熱繼電器觸點的動作不是由電磁力產生的，而是由受熱元件產生的機械變形，推動機構動作來完成的。主要用于電動機的過載保護。 熱繼電器的發(fā)熱元件串接在電動機的主電路中，常閉觸點串接在電動機的控制電路中。正常情況下，雙金屬片變形不大，但當電動機過載到一定程度時，熱繼電器將在規(guī)定時間內動作，切斷電動機的供電電路，使電動機斷電停車，受到保護。圖10-5 熱繼電器的結構圖 圖10-6熱繼電器的電路符號 10.1.5 低壓斷路器低壓斷路器圖10-7低壓斷路器結構圖1主觸點；2鎖鍵；3搭鉤；4轉軸；5杠桿；6分勵脫扣器；7、9、13銜鐵；8、15彈簧；10欠電壓脫扣器；11熱元件；12雙金

5、屬片；14過電流脫扣器低壓斷路器又稱空氣自動開關。在功能上，它相當于閘刀開發(fā)、熱繼電器、過電流繼電器和欠電壓繼電器的組合，能有效地對電路進行過載、短路、欠電壓保護，以及不頻繁地分、合電路。一旦電路發(fā)生故障，其保護裝置立即動作切斷電路，當故障排除后，無需更換零件，可迅速恢復供電。10.1.6 交流接觸器與中間繼電器交流接觸器與中間繼電器 交流接觸器和中間繼電器的基本結構相似，都采用電磁工作原理，屬于電磁式低壓電器。交流接觸器主要是由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置三大部分組成 。圖10-8 交流接觸器的結構示意圖圖10-9 交流接觸器的圖形符號圖10-10 中間繼電器的圖形符號 中間繼電器在控制線路

6、中主要起擴大觸點容量和擴展觸點數(shù)量的作用。其工作原理與小型接觸器相同，當采用其他小容量的繼電器控制接觸器，繼電器的容量或觸點數(shù)量不足時，可采用中間繼電器進行擴展。10.2繼電一接觸器控制電路繼電一接觸器控制電路10.2.1繼電接觸控制器控制電路圖的閱讀方法繼電接觸控制器控制電路圖的閱讀方法1應了解機械設備和工藝過程，掌握生產過程對控制電路的要求。 2要掌握控制電路構成的特點，通常一個系統(tǒng)的總控制電路分為主電路和控制電路兩部分。 3為表達清楚，識圖方便，在一份總電路圖中，同一電器的各個部件經常不畫在一起，而是分布在不同地方，甚至不在一張圖上。 5一般控制電路，其各條支路的排列常依據(jù)生產工藝順序的

7、先后，由上至下排列。4電路圖中的所有電器的觸頭的狀態(tài)均為常態(tài)，即吸引線圈不帶電、按鈕沒按下的情況等。10.2.2繼電接觸器控制的基本電路繼電接觸器控制的基本電路 控制電路都是用若干個基本電路和些保護措施組合而成的。因此，掌握一些常用基本電路，是學習繼電接觸控制系統(tǒng)的關鍵，下 面 介 紹 幾 個 電 動 機 控 制 的 基 本 電 路 。1三相異步電動機點動控制電路三相異步電動機點動控制電路 工作時，首先合上刀閘開關QS，這時電動機不會運轉，當按下按鈕SB時，接觸器線圈KM通電產生電磁力，KM的三個動合主觸頭吸合，使電動機與三相電源接通，起動運轉。松開按鈕SB，接觸器KM的線圈斷電失磁，主觸頭斷

8、開恢復常，電動機斷電停止運轉。這就實現(xiàn)了電動機的點動控制。熔斷器Fu的作用是電源短路保護。 圖10-11 三相異步電動機的點動控制電路 2三相異步電動機的直接起、停控制電路三相異步電動機的直接起、?？刂齐娐?控制電路結構的特點是：熱繼電器FR的發(fā)熱元接在主電路中，反映負載電流，它的動斷（常閉）觸點FR與接觸器KM的吸引線圈串聯(lián)接在控制電路中，控制接觸器KM的工作。 工作時，首先合上刀開關QS，按下起動按鈕SB，接觸器KM吸合，其三個主觸頭閉合使電動機起動，同時其輔助觸頭也閉合，旁路起動按鈕2SB。當松開起動按鈕2SB后，接觸器仍能通過自己的輔助觸頭自保持供電，這種環(huán)節(jié)為“自鎖”環(huán)節(jié)。圖10-1

9、2 三相異步電動機的起、?？刂齐娐?3三相異步電動機的異地控制三相異步電動機的異地控制圖10-13 三相異步電動機的異地控制電路 圖中控制按鈕1SB1和1SB2設于控制箱內，2SB1和2SB2設于異地按鈕箱。起動按鈕1SB2和2SB2相并聯(lián)，只要其中一只按下，都能起動鼓風機轉動。停止按鈕1SB1和2SB1相串聯(lián)，只要將其中一只按下，就能停止鼓風機轉動。4三相異步電動機帶聯(lián)鎖的正反轉控制電路三相異步電動機帶聯(lián)鎖的正反轉控制電路 圖10-14所示為異步電機帶聯(lián)鎖的正反轉控制線路。按鈕SBF和接觸器KMF等器件控制電動機正傳，按鈕SBR和接觸器KMR等器件控 制 電 動 機 反 傳 。 從圖10-1

10、4左面的主電路可以看出，如果兩個接觸器KMF、KMR同時工作，六個主觸頭同時閉合，將造成電源短路。為了避免這種事故的發(fā)生，控制回路引入正反轉聯(lián)鎖控制，即電動機正轉運行時，反轉不能工作。圖10-14 三相異步電動機的正、反轉控制5多臺電動機順序起?？刂贫嗯_電動機順序起?？刂?圖10-15所示為主軸電動機和油泵電動機聯(lián)鎖控制電路。接觸器1KM控制油泵電功機M1，它的個動合輔助觸頭1KM5串聯(lián)在主軸電動機控制電路中，起聯(lián)鎖作用，所以只有1KM5動作，油泵電動機起動，1KM5閉合，控制主軸電動機的接觸器2KM才有可能起動。在油泵電動機運轉的前提下，主軸電動機可以起動、停車。油泵電動機停車，主軸電動機也

11、隨之停車。 圖10-15 三相異步電動機的順序控制6三相異步電動機的限位與行程控制三相異步電動機的限位與行程控制（1）行程開關 行程開關也稱為限位開關，用于控制機械設備的行程及進行終端限位保護，是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器。行程開關廣泛用于起重機、機床、生產線等設備的行程控制、限位控制和程序控制中的位置檢測。行程開關的種類很多，主要分為機械式和電子式兩大類。圖10-16 行程開關的結構與圖形符號（2）行程控制線路機床工作臺控制電路上作原理如下：按下起動按鈕SBF，電動機正轉，工作臺前邊至規(guī)定位置時，擋塊1撞壓行程開關1ST，它的動斷觸頭打開，動合觸頭閉合，電動機反轉，工作臺后退

12、。當工作臺后退至規(guī)定位置時，擋塊2撞壓行程開關2ST，它的動斷觸頭打開，動合觸頭閉合，電動機又起動正轉，如此往復循環(huán)運動。需要停車時，按下停車按鈕SB即可。圖10-17 行程開關控制電路圖 7時間控制時間控制（1）時間繼電器 時間繼電器是反映時間的自動控制電器。時間繼電器有電磁式和電子式兩種，前者是在電磁式控制繼電器上加裝空氣阻尼(如氣囊)或機械阻尼(鐘表機械)組成，后者是利用電子延時電路實現(xiàn)延時動作。時間繼電器的共同特點是從接受信號到觸點動作有定延時，延時長短可根據(jù)需要預先整定。 圖10-18 時間繼電器的圖形符號(2) 三相異步電動機的順序與時間控制線路 鉆床切削自動循環(huán)控制電路原理圖，如

13、圖10-19所示。該電路可實現(xiàn)刀架進給電動機的起動、停車、正反轉運動及其運動狀態(tài)的自動轉換。其中，SQ1、SQ2是行程開關的觸頭，控制鉆床的始點和終點；KT為時間繼電器，用于延時控制；KV為速度繼電器。自動循環(huán)控制過程 請 自 行 分 析 。圖10-19鉆床切削自動循環(huán)控制電路原理圖10.3 可編程序控制器可編程序控制器 現(xiàn)代控制系統(tǒng)中普遍采用可編程序控制，它采用可編程序控制器把復雜的繼電器控制邏輯轉換為由中央處理器、輸入變換器、輸出變換器及用戶程序進行處理的開關量控制邏輯，實現(xiàn)了硬件邏輯的軟件化。不僅克服了傳統(tǒng)繼電接觸器控制的弊端，而且在控制器中還可以實現(xiàn)數(shù)值運算、與計算機聯(lián)網通信、模擬量輸

14、入、模擬量輸出等功能。10.3.1 可程序控制器概述可程序控制器概述1. 可編程序控制器的發(fā)展簡述可編程序控制器的發(fā)展簡述 自從1969年美國DEC公司研制出世界上第一臺可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）以來，經過三十多年的發(fā)展與實踐，其功能和性能已經有了很大的提高，從當初用于邏輯控制和順序控制領域擴展到運動控制和過程控制領域。可編程序邏輯控制器（PLC）也改稱為可編程序控制器（Programmable Controller），由于個人計算機也簡稱PC，為了避免混淆，可編程序控制器仍被稱為PLC 。 2. 可編程序控制器的特點可編程序控制器的特點可

15、靠性高，抗干擾能力強。 模塊化結構，擴展能力強。 編程方便，易于使用。 控制系統(tǒng)設計、安裝、調試方便。 功能完善。 由于具有上述特點，使得PLC的應用范圍極為廣泛，可以說只要有工廠、有控制要求，就會有PLC的應用。10.3.2 可編程序控制器的組成與性能指標可編程序控制器的組成與性能指標1. 可編程序控制器的組成可編程序控制器的組成圖10-20 PLC的組成2PLC的性能指標及分類的性能指標及分類1）存儲容量2）I/O點數(shù)3）掃描速度4）指令的多少5）內部寄存器的配置和容量6）擴展能力7）特殊功能單元10.3.3 可編程序控制器的基本工作原理可編程序控制器的基本工作原理圖10-21 循環(huán)掃描周

16、期 10.3.4 可編程序控制器的編程語言可編程序控制器的編程語言1梯形圖梯形圖 梯形圖是一種比較通用的編程語言，它是在繼電接觸器控制電路的基礎上演變而來的。表10-2是梯形圖與繼電器控制圖元件符號對照表。兩者的圖形符號雖然相似，但元件構造有本質區(qū)別。 表10-2 梯形圖與繼電器控制圖元件符號對照表a) 電動機起?？刂浦麟娐?b) 電動機起停繼電接觸控制電路c）PLC控制電路梯形圖 d）PLC輸入/輸出接線圖 圖10-22 采用PLC構成的電動機起、停控制電路2指令語句表語言指令語句表語言 語句號 指令助記符 操作數(shù)（器件號）0 LD 00001 OR 0500 2 AND-NOT 00014

17、 END 基本指令有邏輯運算指令：LD、AND、OR、NOT、OUT和程序結束指令END；定時器、計數(shù)器指令：TIM、CNT。C系列P型機還有一些專用指令，如跳轉指令，分支指令，移位指令，加、減法指令等等。例例 10-1 用C系列P型PLC實現(xiàn)三相異步電動機正、反轉控制電路。設SBF、SBR分別為正、反轉起動按鈕，SB為停機按鈕，KMF 、KMR分別為正、反轉接觸器。在電動機正轉或反轉運行時應有相應的指示燈亮。a） 主電路 b）控制電路圖10-23三相蘢型異步電動機正反轉起?？刂齐娐?0.3.5 可編程序控制器在電動機控制中的應用可編程序控制器在電動機控制中的應用解解 根據(jù)要求，電動機的主電路和繼電接觸控制電路如圖1023a所示。 根據(jù)繼電接觸器控制電路畫出PLC外部I/O接線圖及其梯形圖，如1024所示。 電機正、反轉的程序如表10-3所示。圖10-24 PLC的I/O接線和梯形圖表10-3 電機正、反轉程序表本本 章章 小小 結結1繼