第1章電氣控制基礎(chǔ)

可編程序控制器曾海霞文華學院機電學部機械系zenghaixia@教材可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用陳艷主編清華大學出版社參考資料可編程控制器原理與應(yīng)用程憲平主編圖書館資源（有關(guān)可編程控制器的資料）網(wǎng)絡(luò)資源（如工控網(wǎng)、三菱公司的網(wǎng)站、編程軟件的幫助文件等）緒論可編程序控制器——PLC定義：以微處理器為核心的自動控制裝置，能在工業(yè)現(xiàn)場可靠地進行各種工業(yè)控制。在繼電器控制技術(shù)和計算機控制技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來。經(jīng)歷：可編程邏輯控制器（PLC）→可編程控制器（PC）可編程邏輯控制器，主要用于開關(guān)量邏輯控制，簡稱PLC。它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯運算、計算、定時等處理，以開關(guān)量的形式輸出，控制各種類型的生產(chǎn)機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破鳎喎Q為PC.

其功能不僅限于開關(guān)量邏輯控制，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、通訊與聯(lián)網(wǎng)等各種強大的功能人們傾向于把可編程控制器簡稱為PLC。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域緒論課程主要內(nèi)容與安排（32學時理論+16學時實驗）

第一章繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中常用的低壓電器及基本控制電路。第二、三章PLC的基礎(chǔ)知識，包括PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，并重點介紹了FX系列可編程控制器的硬件配置、性能和編程元件。第四章FX系列的基本邏輯指令，同時也介紹了部分常用的功能指令。第五章經(jīng)驗設(shè)計法、替代設(shè)計法、順序控制設(shè)計法等。緒論第1章電氣控制基礎(chǔ)教學要求了解常用控制電器的工作原理了解常開觸點、常閉觸點和線圈的概念會分析基本電器控制電路的原理學習內(nèi)容第一節(jié)常用低壓電器第二節(jié)電氣控制電路圖的基本知識

第三節(jié)三相異步電機典型控制電路第一節(jié)常用低壓電器

低壓電器通常指工作在交流1200V以下，直流1500V以下電路中的電器低壓電器的分類按用途或控制對象分:低壓配電電器和低壓控制電器按電器的動作性質(zhì)分：自動切換電器和非自動切換電器按電器的執(zhí)行性能分：有觸點電器和無觸點電器按工作原理分：電磁式電器和非電量控制電器。補充：電磁式電器根據(jù)電磁感應(yīng)原理來實現(xiàn)通、斷控制的電器，由電磁系統(tǒng)，觸點系統(tǒng)及滅弧系統(tǒng)組成。1.電磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理電磁系統(tǒng)作用：將電磁能量轉(zhuǎn)換成機械能量，帶動觸點動作，實現(xiàn)對電路的通、斷控制。由鐵心、銜鐵和線圈等部分組成。其工作原理是：當線圈中有電流通過時，產(chǎn)生電磁吸力，電磁吸力克服彈簧的反作用力，使銜鐵與鐵心閉合，銜鐵帶動連接機構(gòu)運動，從而帶動相應(yīng)觸點動作，完成通、斷電路的控制作用

第一節(jié)常用低壓電器

電磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

第一節(jié)常用低壓電器

2.觸點系統(tǒng)

觸點是電器的執(zhí)行機構(gòu)，起接通和斷開電路的作用。若要使觸點具有良好的接觸性能，通常采用銅質(zhì)材料制成。觸點主要結(jié)構(gòu)形式：橋式觸點和指形觸點

第一節(jié)常用低壓電器

3.滅弧系統(tǒng)

電弧的產(chǎn)生：觸點在分斷電路時，由于接觸電阻引起觸點溫升，從而引起熱電子發(fā)射，同時觸點間距離極小，電場強度極大，在強電場的作用下，氣隙中電子高速運動產(chǎn)生碰撞游離，在游離因素的作用下，觸點間的氣隙中會產(chǎn)生大量帶電粒子使氣體導電，形成熾熱的電子流，即電弧。

熄滅電弧的原理：抑制游離因素，增強去游離因素。在低壓電器滅弧中，主要采取的措施有：①迅速增加電弧長度，使得單位長度內(nèi)維持電弧燃燒的電場強度不足而使電弧熄滅。②使電弧與液體介質(zhì)或固體介質(zhì)相接觸，加速冷卻以增強去游離作用，使電弧迅速熄滅。第一節(jié)常用低壓電器

一、隔離器（刀開關(guān)Q）

低壓隔離器是一種最常見的手動電器，又稱閘刀，主要用于低壓配電設(shè)備中隔離電源和小容量負載非頻繁啟動的操作開關(guān)。

一般刀開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

刀開關(guān)的圖形符號

第一節(jié)常用低壓電器

不帶熔斷器式刀開關(guān)帶熔斷器式刀開關(guān)第一節(jié)常用低壓電器

第一節(jié)常用低壓電器

二、斷路器

功能：不頻繁通斷電路，并能在電路過載、短路及失壓時自動分斷電路。

特點：操作安全，分斷能力較高。

分類：框架式（萬能式）和塑殼式（裝置式）

結(jié)構(gòu)：觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置、脫扣機構(gòu)、傳動機構(gòu)。第一節(jié)常用低壓電器

低壓斷路器結(jié)構(gòu)示意圖

低壓斷路器圖形、文字符號

第一節(jié)常用低壓電器

各種低壓斷路器第一節(jié)常用低壓電器

三、熔斷器（FU）

熔斷器是低壓配電系統(tǒng)和電力拖動系統(tǒng)中過載和短路保護作用的電器。使用時，熔體串接于被保護的電路中，當流過熔斷器的電流大于規(guī)定值時，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現(xiàn)過載和短路保護。熔斷器由熔體和安裝熔體的絕緣底座（或稱熔管）組成熔斷器種類很多：按結(jié)構(gòu)分為開啟式、半封閉式和封閉式；按有無填料分為有填料式、無填料式；按用途分工工業(yè)用熔斷器、保護半導體器件熔斷器及自復(fù)式熔斷器等

第一節(jié)常用低壓電器

常用的熔斷器：插入式熔斷器螺旋式熔斷器封閉管式熔斷器自復(fù)式熔斷器高分斷能力熔斷器

熔斷器型號及含義

熔斷器電氣符號

第一節(jié)常用低壓電器

瓷插式熔斷器第一節(jié)常用低壓電器

螺旋式熔斷器第一節(jié)常用低壓電器

自恢復(fù)熔斷器第一節(jié)常用低壓電器

四、接觸器（KM）

接觸器是用于遠距離頻繁地接通與斷開交直流主電路及大容量控制電路的一種自動切換電器。其主要控制對象是電動機

按控制電流性質(zhì)不同，接觸器分交流接觸器和直流接觸器兩大類。

1.交流接觸器由電磁系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)、滅弧裝置和其他部件等組成。

第一節(jié)常用低壓電器

觸頭系統(tǒng)：主觸頭、輔助觸頭

常開觸頭（動合觸頭）常閉觸頭（動斷觸頭）電磁系統(tǒng)：動、靜鐵芯，吸引線圈和反作用彈簧滅弧系統(tǒng)：滅弧罩及滅弧柵片滅弧1—動觸點；2—靜觸點；3—銜鐵；4—緩沖彈簧；5—電磁線圈；6—鐵心；7—墊氈；8—觸點彈簧；9—滅弧罩；10—觸點壓力簧片第一節(jié)常用低壓電器

交流接觸器工作原理

線圈加額定電壓，銜鐵吸合，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合；線圈電壓消失，觸頭恢復(fù)常態(tài)。為防止鐵心振動，需加短路環(huán)。第一節(jié)常用低壓電器

2.直流接觸器用途：遠距離通斷直流電路或控制直流電動機的頻繁起停。結(jié)構(gòu)和工作原理基本上與交流接觸器相同。直流接觸器常采用磁吹式滅弧裝置滅弧。第一節(jié)常用低壓電器

3.主要技術(shù)參數(shù)（1）額定電壓常用：220V、380V、660V等（2）額定電流常用：5A、10A、20A、40A等第一節(jié)常用低壓電器

KM常閉輔助觸點線圈KM常開主觸點KM常開輔助觸點KM4.接觸器的符號

5．接觸器的選擇（1）根據(jù)負載性質(zhì)選擇接觸器類型。（2）額定電壓應(yīng)不小于主電路工作電壓。（3）額定電流應(yīng)不小于被控電路額定電流。對于電動機負載還應(yīng)根據(jù)其運行方式適當增減。（4）吸引線圈的額定電壓與頻率與所控制電路的選用電壓、頻率相一致。第一節(jié)常用低壓電器

五、繼電器

繼電器是在控制、保護電路中起信號轉(zhuǎn)換作用的一種低壓控制電器，適用于接通和分斷交直流小容量控制電路。繼電器一般都由輸入電路——能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、溫度、壓力、速度、頻率、計數(shù)等）的感應(yīng)元件；輸出電路——能對被控對象進行通、斷控制的執(zhí)行元件；中間機構(gòu)——用于解決輸入和輸出之間的電氣隔離、比較判斷和信號放大等問題，三部分組成。當輸入量的變化達到一定程度時，輸出量才會發(fā)生階躍性的變化。繼電器種類繁多，常用的有電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器、時間繼電器、速度繼電器、壓力繼電器、熱繼電器、溫度繼電器等。第一節(jié)常用低壓電器

1.電壓繼電器（一）

普通電磁式繼電器（KA）電磁式繼電器的機構(gòu)、工作原理與接觸器類似，由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)組成。電磁式繼電器的圖形及符號

電壓繼電器是根據(jù)輸入電壓大小而動作的繼電器，常用于電壓保護和控制，分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。在線路中，電壓繼電器的線圈應(yīng)與負載并聯(lián)。第一節(jié)常用低壓電器

過電壓繼電器線圈在額定電壓下不吸合，當線圈電壓達到高于負載額定電壓的某一設(shè)定值時產(chǎn)生吸合動作。在正常工作電壓下，繼電器處于釋放狀態(tài)，其常閉觸點閉合，故在保護電路中通常利用其常閉觸點實現(xiàn)控制功能。

欠電壓繼電器則是當線圈電壓低于負載額定電壓的某一設(shè)定值時產(chǎn)生釋放動作。在正常工作電壓下，繼電器處于吸合狀態(tài)，其常開觸點閉合，故在保護電路中通常利用其常開觸點實現(xiàn)控制功能。第一節(jié)常用低壓電器

2.電流繼電器作用：電流繼電器是根據(jù)輸入線圈電流大小而動作的繼電器，常用于電流保護和控制

特點：線圈串接于電路中，導線粗、匝數(shù)少、阻抗小。分類：過電流繼電器、欠電流繼電器過流電流繼電器欠流電流繼電器第一節(jié)常用低壓電器

3.中間繼電器中間繼電器可以完成信息保存、信息傳遞、隔離放大等作用，可以擴大觸點數(shù)量及觸點容量，提高信息的使用率和接通能力。它實質(zhì)上是一種電磁式電壓繼電器。第一節(jié)常用低壓電器

(二)

時間繼電器（KT）

時間繼電器是一種利用電磁原理或機械動作原理實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的自動控制電器。作用：按整定時間長短通斷電路分類：按構(gòu)成原理分：電磁式電動式空氣阻尼式晶體管式數(shù)字式按延時方式分：通電延時型斷電延時型

第一節(jié)常用低壓電器

時間繼電器的圖形及符號

第一節(jié)常用低壓電器

第一節(jié)常用低壓電器

第一節(jié)常用低壓電器

作用：電動機的過載保護利用雙金屬片受熱彎曲去推動杠桿使觸頭動作利用電阻值隨溫度變化而變化的特性制成利用過載電流發(fā)熱使易熔合金熔化而使繼電器動作（三）熱繼電器（FR）型式：雙金屬片式熱敏電阻式易熔合金式結(jié)構(gòu)：由發(fā)熱元件、雙金屬片和觸頭及動作機構(gòu)等部分組成。第一節(jié)常用低壓電器

雙金屬片式熱繼電器原理示意圖1、4—主雙金屬片；2、3—加熱元件；5—導板；6—溫度補償片；7—推桿；8—靜觸點；9—動觸點；10—調(diào)節(jié)螺釘；11—彈簧；12—凸輪旋鈕；13—手動復(fù)位按鈕；14—支撐桿第一節(jié)常用低壓電器

第一節(jié)常用低壓電器

六、主令電器主令電器是用來接通和分斷控制電路以發(fā)號施令的電器。常見的有按鈕、行程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器等。

(一)按鈕（SB）按鈕是一種手動且可以自動復(fù)位的主令電器，其結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，在低壓控制電路中得到廣泛應(yīng)用。

按鈕結(jié)構(gòu)示意圖1、2—常閉觸點；3、4—常開觸點；5—橋式觸點；6—復(fù)位彈簧；7、按鈕帽按鈕的圖形符號及文字符號

第一節(jié)常用低壓電器

第一節(jié)常用低壓電器

(二)位置開關(guān)

位置開關(guān)主要用于將機械位移變?yōu)殡娦盘?，以實現(xiàn)對機械運動的電氣控制。

1.行程開關(guān)(SQ)行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，用于控制機械設(shè)備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的擋塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。圖形符號第一節(jié)常用低壓電器

第一節(jié)常用低壓電器

第一節(jié)常用低壓電器

2、接近開關(guān)（SP）接近開關(guān)是一種非接觸式的位置開關(guān)。它由感應(yīng)頭、高頻振蕩器、放大器和外殼組成。

當運動部件與接近開關(guān)的感應(yīng)頭接近時，就使其輸出一個電信號。接近開關(guān)分為電感式和電容式兩種。電感式接近開關(guān)只能用于檢測金屬體。電容式接近開關(guān)即能檢測金屬，又能檢測非金屬及液體。第一節(jié)常用低壓電器

(三)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)（SA）

萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多擋位、多觸點、能夠控制多回路的主令電器?？捎糜诳刂聘邏河蛿嗦菲?、空氣斷路器等操作機構(gòu)的分合閘，各種配電設(shè)備中線路的換接、遙控和電流表、電壓表的換相測量等；也可用于控制小容量電動機的啟動、換向、調(diào)速。因其控制線路多、用途廣泛，故稱為萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。

萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)單層結(jié)構(gòu)示意圖

第一節(jié)常用低壓電器

電氣控制線路：由各種有觸點的接觸器、繼電器、按鈕、行程開關(guān)等按不同連接方式組合而成的。電氣控制系統(tǒng)圖一般有三種：電氣原理圖、電器布置圖、電氣安裝接線圖一、電氣控制系統(tǒng)圖中的圖形符號、文字符號

1.圖形符號、文字符號

電氣圖是由文字符號、圖形符號按一定的要求連接而成的

2.接線端子標記

電氣控制系統(tǒng)圖中各電器接線端子用字母數(shù)字符號標記

如：三相交流電源引入線用L1、L2、L3、N、PE標記。直流系統(tǒng)的電源正、負、中間線分別用L+、L-、M標記。三相動力電器引出線分別按U、V、W順序標記。第二節(jié)電氣控制電路圖的基本知識

二、電氣原理圖

電氣原理圖是根據(jù)控制原理繪制的，具有結(jié)構(gòu)簡單、層次分明、便于研究和分析線路工作原理的特性。在電氣原理圖中只包括所有電氣元件的導電部件和接線端點之間的相互關(guān)系，不按各電氣元件的實際布置位置和實際接線情況來繪制，也不反映電氣元件的大小。

電器控制線路根據(jù)電路通過的電流大小可分為主電路和控制電路。主電路包括從電源到負載的電路，畫在原理圖的左邊?？刂齐娐芬话阌砂粹o、電器元件的線圈、接觸器的輔助觸點、繼電器的觸點等組成，畫在原理圖的右邊。第二節(jié)電氣控制電路圖的基本知識

電氣原理圖示例：第二節(jié)電氣控制電路圖的基本知識

繼電器、接觸器及其他低壓電器組成的控制系統(tǒng)，稱為繼電器一接觸器控制系統(tǒng)

常見基本控制電路有；點動控制電路，自保持控制電路，正反轉(zhuǎn)控制電路，順序啟動與順序停止控制電路，保護電路，延時控制電路等

第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

一、點動控制工作原理：啟動：按下起動按鈕SB→接觸器KM線圈得電→KM主觸頭閉合→電動機M啟動運行。停止：松開按鈕SB→接觸器KM線圈失電→KM主觸頭斷開→電動機M失電停轉(zhuǎn)。QSL1L3L2FU1KMM3～SBKMFU2電氣原理圖：第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

一、點動控制應(yīng)用：常用于電葫蘆控制和車床拖板箱快速移動的電機控制保護環(huán)節(jié)：短路保護控制電路短路保護主電路短路保護工作原理：電氣原理圖：QSL1L3L2FU1KMM3～SBKMFU2按下按鈕，電動機轉(zhuǎn)動，松開按鈕，電動機停轉(zhuǎn)，這種控制就叫做點動控制。第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

電氣原理圖二、連續(xù)運行控制自鎖觸點熱繼電器熱元件熱繼電器常閉觸點KML1L3L2FU1KMQSSB2FU2KMM3～FRFRSB1第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

工作原理當啟動按鈕松開后，接觸器KM的線圈通過其輔助常開觸點的閉合保持通電，從而保證電動機的連續(xù)運行。這種依靠接觸器自身輔助常開觸點的閉合而使線圈保持通電的控制方式，稱自鎖或自保。第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

開關(guān)切換補充：點動與長動結(jié)合控制

按鈕切換

采用中間繼電器KA實現(xiàn)第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

開關(guān)切換點動控制：SA斷開FU1KMM3～FRQL1L3L2主電路FU2SB1KMKMFRSB2SA控制電路第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

開關(guān)切換FU1KMM3～FRQL1L3L2主電路點動控制：SA斷開連續(xù)控制：SA閉合

FU2SB1KMKMFRSB2SA控制電路第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

按鈕切換工作原理：連續(xù)控制：松開按鈕SB3點動控制：按下按鈕SB3FU1KMM3～FRQL1L3L2主電路FU2SB1KMKMFRSB2SB3控制電路第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

采用中間繼電器KA實現(xiàn)FU1KMM3～FRQL1L3L2主電路FU2SB1KMKAFRSB2SB3控制電路KAKA點動控制：按下按鈕SB3連續(xù)控制：按下按鈕SB1第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

主電路：KM2FU1KM1M3～FRQL1L3L2主電路控制電路：控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2正轉(zhuǎn)按鈕反轉(zhuǎn)按鈕工作原理：缺點：若誤操作會使KM1與KM2都通電，從而引起主電路電源短路。基本控制電路三、電機正反轉(zhuǎn)控制線路第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

控制電路：工作原理：接觸器聯(lián)鎖控制互鎖接觸器互鎖（電氣互鎖）按鈕互鎖（機械互鎖）控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1接觸器聯(lián)鎖優(yōu)點：工作安全可靠缺點：操作不便合上電源開關(guān)按下按鈕SB1KM1線圈通電M正轉(zhuǎn)啟動按下停止按鈕SB3KM1線圈斷電電動機M停止按下按鈕SB2反向啟動第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

控制電路：工作原理：優(yōu)點：按鈕互鎖控制操作方便控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2缺點：易產(chǎn)生故障第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

常用電機正反轉(zhuǎn)控制電路原理圖第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

四、電動機降壓啟動電路降壓啟動的方法定子繞組串電阻（電抗）啟動自耦變壓器降壓啟動

Y—△降壓啟動延邊三角形降壓啟動降壓啟動的實質(zhì)：啟動時減小加在定子繞組上的電壓，以減小起動電流；啟動后再將電壓恢復(fù)到額定值，電動機進入正常工作狀態(tài)。第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

Y—△降壓啟動控制指電動機起動時，把定子繞組接成星形，以降低起動電壓，減小起動電流；待電動機起動后，再把定子繞組改接成三角形，使電動機全壓運行。Y—△起動只能用于正常運行時為△形接法的電動機。第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

五、電動機自動往返控制電路

自動往返通常利用行程開關(guān)實現(xiàn)位置到位檢測和反向觸發(fā)。若在預(yù)定位置電動機需要停止，則將行程開關(guān)安裝在相應(yīng)位置處，其常閉觸點串接在相應(yīng)的控制電路中。若需停止后立即反向運動，則應(yīng)將此行程開關(guān)的常開觸點并接在另一個控制回路中的啟動按鈕上。在行程開關(guān)動作時，常閉觸點斷開了正向運動控制的電路，同時常開觸點又接通了反向運動動的控制電路。

第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

某組合機床的機械滑臺工作過程及主電路如圖，設(shè)計接觸器繼電器電路。M2控制滑臺快進與快退，M1控制滑臺工進。第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

第三節(jié)三相異步電機典型控制電路

六、電氣控制系統(tǒng)的保護環(huán)節(jié)

電氣保護環(huán)節(jié)是電氣控制系統(tǒng)的重要組成部分,是保證電氣控制系統(tǒng)安全可靠運行的主要措施之一。

1.短路保護

電器或線路絕緣損壞、負載短接、人為接線錯誤等故障，都有可能發(fā)生短路事故。一旦發(fā)生短路故障，控制電路能迅速地切斷電源，這種保護叫短路保護。

常用的短路保