船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng)第八章

第八章電力拖動(dòng)控制電路及系統(tǒng)

本章概述船舶各種常用控制電器主要包括主令電器、熔斷器、接觸器、繼電器及電磁制動(dòng)器。一般的電氣控制系統(tǒng)常選用繼電器和接觸器作為主要的控制電器，即人們常稱的繼電——接觸器控制系統(tǒng)。近年來隨著可編程控制器（PLC）在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用，在船舶電氣的控制系統(tǒng)中也引入了可編程控制器。本章主要介紹常用的控制電器，如接觸器、繼電器等；介紹交、直流電動(dòng)機(jī)的典型控制電路；簡單介紹西門子—200系列的基本組成，基本編程方法與使用方法。本章主要講解內(nèi)容第一節(jié)常用控制電器第二節(jié)電動(dòng)機(jī)的基本保護(hù)環(huán)節(jié)第三節(jié)控制電路的控制環(huán)節(jié)第四節(jié)異步電機(jī)的典型控制電路第五節(jié)電動(dòng)機(jī)的智能控制第六節(jié)可編程序控制器電器是一種能根據(jù)外界的信號（機(jī)械力、電動(dòng)力和其它物理量），自動(dòng)或手動(dòng)接通和斷開電路，從而斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)或狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護(hù)、檢測和調(diào)節(jié)用的電氣元件或設(shè)備。什么是電器低壓電器：常指用于交流額定電壓1200v、直流額定電壓1500v及以下的電路中的電器產(chǎn)品第一節(jié)常用控制電器時(shí)間繼電器熱繼電器按鈕熔斷器限位開關(guān)接觸器組合按鈕中間繼電器一、主令電器主令電器是切換控制線路的單極或多極電器，其觸頭容量小，不能切換主電路。主令電器主要包括按鈕、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、主令控制器等。返回主令電器1．按鈕開關(guān)（圖8-1）2．組合開關(guān)（圖8-2）3．行程開關(guān)（圖8-3）4．主令控制器（圖8-4）1.按鈕開關(guān)

按鈕開關(guān)通常用來接通或斷開控制電路，從而控制電動(dòng)機(jī)或其他電氣設(shè)備的運(yùn)行。

圖1-35控制按鈕結(jié)構(gòu)示意圖1-按鈕2-復(fù)位彈簧3-常閉靜觸頭4-動(dòng)觸頭5-常開靜觸頭2.組合開關(guān)

組合開關(guān)又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，是一種多路多級并可以控制多個(gè)電氣回路通斷的主令開關(guān)，如圖8-2所示。（a）結(jié)構(gòu)圖（b）示意圖（c）觸頭閉合表

圖8-2組合開關(guān)3.行程開關(guān)行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞或接近來控制其觸頭動(dòng)作的開關(guān)電器。常用型式有按鈕式和轉(zhuǎn)臂式兩種(a)按鈕式；(b)轉(zhuǎn)臂式；(c)電路符號

圖8-3

行程開關(guān)

返回主令控制器

主令控制器是一種多位置多回路的控制開關(guān)，適合于頻繁操作并要求有多種控制狀態(tài)的場合，例如起貨機(jī)、錨機(jī)和絞纜機(jī)的控制等。

（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）電路符號圖8-4主令控制器返回二、熔斷器低壓熔斷器是低壓配電系統(tǒng)中起安全保護(hù)作用的一種電器，廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)保護(hù)和用電設(shè)備保護(hù)。主要作短路保護(hù)，有時(shí)也可起過載保護(hù)作用。螺旋式熔斷器瓷插式熔斷器熔斷器按結(jié)構(gòu)可分為：開啟式、半封閉式和封閉式三種。封閉式熔斷器又分為無填料管式、有填料管式和有填料螺旋式等，如圖8-5（a）、（b）所示，熔斷器的保護(hù)特性如圖8-5（c）所示，其電路符號圖8-5（d）所示。圖8-5熔斷器返回（a）管式熔斷器（b）螺旋式熔斷器（c）保護(hù)特性（d）電路符號1．熔斷器的結(jié)構(gòu)和特征

（1）插入式熔斷器（2）螺旋式熔斷器（3）有填料封閉管式快速熔斷器2．熔斷器的選用（1）電燈支路：熔體額定電流≥支路上所有電燈的工作電流之和。（2）單臺直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)：熔體額定電流＝（1．5～2．5）×電動(dòng)機(jī)額定電流（3）配電變壓器低壓側(cè)：熔體額定電流＝（1～1．2）×變壓器低壓側(cè)額定電流3．熔斷器使用時(shí)的注意事項(xiàng)（1）根據(jù)各種電器設(shè)備用電情況（電壓等級、電流等級、負(fù)載變化情況等），在更換熔體時(shí)，應(yīng)按規(guī)定換上相同型號、材料、尺寸、電流等級的熔體。（2）按線路電壓等級選用相應(yīng)電壓等級的熔斷器，通常熔斷器額定電壓不應(yīng)低于線路額定電壓。（3）根據(jù)配電系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最大短路電流，選擇具有相應(yīng)分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥鳌＃?）在電路中，各級熔斷器應(yīng)相應(yīng)配合，通常要求前一級熔體比后一級熔體的額定電流大2～3倍，以免發(fā)生越級動(dòng)作而擴(kuò)大停電范圍。（5）不能隨便改變?nèi)蹟嗥鞯墓ぷ鞣绞?，在熔體熔斷后，應(yīng)根據(jù)熔斷管端頭上所標(biāo)明的規(guī)格，換上相應(yīng)的新熔斷管。不能用一根熔絲搭在熔管的兩端，裝入熔斷器內(nèi)繼續(xù)使用。（6）作為電動(dòng)機(jī)保護(hù)的熔斷器，應(yīng)按要求選擇熔絲，而熔斷器只能作電動(dòng)機(jī)主回路的短路保護(hù)，不能作過載保護(hù)。（7）在下列線路中，不允許接入熔斷器①接地線路中。②三相四線制的中性線路中。③直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁回路。三、接觸器接觸器是利用電磁吸力原理用于頻繁地接通和切斷大電流電路(即主電路)的開關(guān)電器。接觸器按控制電流的種類可分為：交流接觸器和直流接觸器，兩類接觸器在觸頭系統(tǒng)、電磁機(jī)構(gòu)、滅弧裝置等方面均有所不同。按操作方式分有：●電磁接觸器、氣動(dòng)接觸器和電磁氣動(dòng)接觸器；按滅弧介質(zhì)分有：●空氣電磁式接觸器、油浸式接觸器和真空接觸器等；按主觸頭控制的電路種類分有：●交流接觸器、直流接觸器、切換電容接觸器等；按電磁機(jī)構(gòu)的勵(lì)磁方式分有：●直流勵(lì)磁操作與交流勵(lì)磁操作兩種。1．交流接觸器圖8-6是交流接觸器的結(jié)構(gòu)圖和原理圖。它主要是由電磁鐵和觸點(diǎn)組兩部分組成。按狀態(tài)的不同，接觸器的觸點(diǎn)分為動(dòng)合（常開）觸點(diǎn)和動(dòng)斷（常閉）觸點(diǎn)兩種。接觸器在線圈未通電時(shí)的狀態(tài)稱為釋放狀態(tài)；線圈通電、鐵心吸合時(shí)的狀態(tài)稱為吸合狀態(tài)。接觸器處于釋放狀態(tài)時(shí)斷開、而處于吸合狀態(tài)時(shí)閉合的觸點(diǎn)稱為動(dòng)合觸點(diǎn)；反之稱為動(dòng)斷觸點(diǎn)。輔助觸點(diǎn)既有動(dòng)合觸點(diǎn)，也有動(dòng)斷觸點(diǎn)，通常接在由按鈕和接觸器線圈組成的控制電路中，以實(shí)現(xiàn)某些功能，這部分電路又稱輔助電路。圖8-7為接觸器點(diǎn)動(dòng)控制電路。圖8-8為接觸器連續(xù)運(yùn)行控制電路。（a）結(jié)構(gòu)圖（b）原理圖圖8-6交流接觸器返回圖8-7接觸器點(diǎn)動(dòng)控制電路QS返回圖8-8接觸器連續(xù)運(yùn)行控制電路QS返回2．直流接觸器

直流接觸器由操作電磁系統(tǒng)、觸點(diǎn)滅弧系統(tǒng)、輔助觸點(diǎn)及底板等部分組成。當(dāng)接通操作線圈的操作電源時(shí)，電磁系統(tǒng)就產(chǎn)生電磁吸力，帶動(dòng)可動(dòng)部分，使接觸器觸點(diǎn)閉合；當(dāng)操作線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，在觸點(diǎn)壓力和反力彈簧的帶動(dòng)下，使觸點(diǎn)斷開。交直流接觸器在電磁機(jī)構(gòu)有很大的區(qū)別，交流接觸器的線圈鐵芯和銜鐵由硅鋼片疊成，以便減少鐵損，而直流接觸器的鐵心和銜鐵可用整塊鋼。交流接觸器的吸引線圈因具有較大的交流阻抗，故線圈匝數(shù)比較少，且采用較粗的漆包銅線繞制。相比之下，直流接觸器的線圈匝數(shù)較多，繞制的漆包線較細(xì)。為了消除交流接觸器工作時(shí)的振動(dòng)和噪聲，交流接觸器的電磁鐵心上必須裝有短路環(huán)，其原理參見關(guān)于交流電磁鐵的介紹，圖8-9所示為交流接觸器上短路環(huán)的示意圖。（a)恒磁鏈機(jī)構(gòu)；（b)恒磁勢機(jī)構(gòu)圖8-9短路環(huán)返回四、繼電器繼電器是根據(jù)電量(如電流、電壓)或非電量(如時(shí)間、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等)的變化而通斷控制線路的電器，常用于信號傳遞和多個(gè)電路的擴(kuò)展控制。

其結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理與電磁式接觸器相似，與接觸器不同的地方是繼電器無主、輔觸頭之分，動(dòng)作靈敏。它也有交流和直流之分。分類：過電壓、欠電壓、零電壓繼電器。1．電磁式繼電器

2.時(shí)間繼電器類型：電子式阻容式電磁式（空氣式）電動(dòng)式機(jī)誡式數(shù)字式斷電式常閉斷電后延時(shí)閉合常開斷電后延時(shí)斷開通電式瞬時(shí)動(dòng)作延時(shí)動(dòng)作常閉觸點(diǎn)常開觸點(diǎn)常開通電后延時(shí)閉合常閉通電后延時(shí)斷開3.熱繼電器熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)而動(dòng)作的電器。熱繼電器脫扣后，經(jīng)過一段時(shí)間冷卻可自動(dòng)或手動(dòng)復(fù)位，圖示的結(jié)構(gòu)只能手動(dòng)復(fù)位。熱繼電器也是反時(shí)限特性。（a）外形圖（b）原理圖

圖8-10熱繼電器返回圖8-11速度繼電器原理圖返回

4.速度繼電器按轉(zhuǎn)速大小傳遞信號的繼電器。按結(jié)構(gòu)的不同分為感應(yīng)式、離心式等。圓環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩很小，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到100r／min時(shí)，觸頭在彈簧反力作用下恢復(fù)原位。5.電磁制動(dòng)器

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械制動(dòng)采用電磁制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)的，常見的有圓盤式和抱閘式兩種。圖8-12圓盤式電磁制動(dòng)器第二節(jié)電動(dòng)機(jī)的基本保護(hù)環(huán)節(jié)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅應(yīng)保證設(shè)備在正常工作條件下安全運(yùn)行，而且還應(yīng)考慮到在異常情況下保證設(shè)備和人身的安全。為此，必須在系統(tǒng)中設(shè)置必要的保護(hù)環(huán)節(jié)。最常見的電氣保護(hù)環(huán)節(jié)有短路保護(hù)、過載保護(hù)、欠壓、失壓保護(hù)及缺相保護(hù)。返回一、短路保護(hù)

電流不經(jīng)負(fù)載而直接形成回路稱短路。常用的短路保護(hù)措施有：在電路中裝設(shè)自動(dòng)空氣斷路器（又稱自動(dòng)空氣開關(guān)）、熔斷器（俗稱保險(xiǎn)絲）等。熔斷器串聯(lián)在電源和用電電路之間，如圖8-13中的FU1。當(dāng)流過的電流超過其允許值時(shí)，熔體自動(dòng)熔斷，從而切斷故障電路。當(dāng)流過熔斷器的電流小于其額定電流時(shí)，熔斷器可長期工作而不熔斷。當(dāng)流過的電流超過其額定電流時(shí)，并不是立即熔斷，而是要經(jīng)過一定的時(shí)間使熔體的溫度達(dá)到熔點(diǎn)后才會(huì)熔斷。

圖8-13三相異步電動(dòng)機(jī)控制電路返回二、過載保護(hù)

對于大多數(shù)電氣設(shè)備來說，當(dāng)電流超過其額定值（即過載）時(shí)，并不一定會(huì)立即損壞，但長時(shí)間的或嚴(yán)重的過載是不能允許的。故在電路中常裝設(shè)過載保護(hù)，以防被保護(hù)電器因過載而損壞。過載保護(hù)的原理是：當(dāng)被保護(hù)電器出現(xiàn)長時(shí)間過載或超強(qiáng)度過載時(shí)，利用過載時(shí)出現(xiàn)的熱效應(yīng)、電磁效應(yīng)等使過載保護(hù)電器動(dòng)作，使被保護(hù)設(shè)備脫離電源。用于過載保護(hù)的電器：熱繼電器、過電流繼電器、自動(dòng)空氣開關(guān)。三、失壓（欠壓）保護(hù)

失壓（欠壓）保護(hù)是依據(jù)接觸器本身的電磁機(jī)構(gòu)和起動(dòng)按鈕來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電源電壓由于某種原因消失時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)停車。當(dāng)電源電壓恢復(fù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)不會(huì)自動(dòng)起動(dòng)，只有在操作人員按下起動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī)才可起動(dòng)，這種保護(hù)稱為失壓保護(hù)。當(dāng)電源電壓過分降低（欠壓）時(shí)，電動(dòng)機(jī)為了維護(hù)電磁轉(zhuǎn)矩滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩的需要，其電流必將增加，使電動(dòng)機(jī)可能過載甚至燒毀。而此時(shí)由于電源電壓過分降低，接觸器反力彈簧的作用力大于電磁吸力時(shí)銜鐵將釋放，主觸頭斷開，使電動(dòng)機(jī)脫離電源，實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)。四、缺相保護(hù)三相交流異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，任一相斷線(或失電)，會(huì)造成單相運(yùn)行，此時(shí)電動(dòng)機(jī)為了得到同樣的電磁轉(zhuǎn)矩，定子電流將大大超過其額定電流，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱燒壞，缺相運(yùn)行的電機(jī)，還伴隨著劇烈的電振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)。一般熱繼電器的發(fā)熱元件串接在三相主電路的任意兩相之中，在任一相發(fā)生斷路（缺相）故障時(shí)，必然導(dǎo)致另兩相電流的大幅度增加。第三節(jié)控制電路的控制環(huán)節(jié)

一、電氣控制系統(tǒng)原理電路圖和安裝接線圖

返回在電氣控制系統(tǒng)中，各種電機(jī)、電器等元件是按照生產(chǎn)工藝的要求，按照一定的規(guī)律，由導(dǎo)線等聯(lián)成電氣線路，而表示電氣電路圖的方法有兩種，即原理圖和安裝接線圖。

原理圖是用來說明電氣控制系統(tǒng)工作原理的電氣電路圖，繪制原理圖的出發(fā)點(diǎn)是便于閱讀，下面列出繪制原理圖的幾項(xiàng)原則：（1）所有電機(jī)、電器等元件都應(yīng)采用統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號來表示。（2）原理圖一般分主電路和輔助電路兩大部分。（3）在原理圖中，同一電器的不同部分（如線圈、觸點(diǎn)）分散在圖內(nèi)不同的部位，為易于識別，規(guī)定使用同一文字符號標(biāo)明。（4）在原理圖中所有的觸點(diǎn)均表示“正常狀態(tài)”，所謂正常狀態(tài)是指各種電器在沒有通電和沒有外力作用時(shí)的狀態(tài)。（5）為安裝和維修方便，電機(jī)和電器的各接線端都要用數(shù)字編號。安裝接線圖是用來表明電氣控制系統(tǒng)中各元件的實(shí)際安裝位置和接線情況的，在安裝和檢修電氣設(shè)備時(shí)用安裝接線圖更為方便，下面列出繪制安裝接線圖的幾項(xiàng)原則：（1）安裝接線圖應(yīng)表示出各電器的實(shí)際位置，同一電器的各元件要畫在一起。（2）要表示出各電機(jī)、電器之間的電氣聯(lián)接，凡是導(dǎo)線走向相同的可以合并畫成單線。（3）安裝接線圖中元件的圖形和文字符號以及端子的編號應(yīng)與原理圖一致。（4）安裝接線圖上應(yīng)標(biāo)明導(dǎo)線的走線管的型號、規(guī)格和尺寸。二、電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制電路圖8-14為簡單的點(diǎn)動(dòng)控制線路。合三相電源開關(guān)QS，按下起動(dòng)按鈕SB，接觸器KM線圈有電，主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)M起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，手松開，接觸器失電，主觸頭斷開，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3~圖8-14三相異步電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制電路返回三、電動(dòng)機(jī)的連續(xù)控制電路大多數(shù)鼠籠式電動(dòng)機(jī)的連續(xù)控制采用磁力起動(dòng)器進(jìn)行控制。磁力起動(dòng)器是用來遠(yuǎn)距離控制和保護(hù)鼠籠式電動(dòng)機(jī)最簡單的成套電器，它是由電源開關(guān)、熔斷器、按鈕、交流接觸器和熱繼電器等組成。圖8-15就是單向（不可逆）磁力起動(dòng)器控制電路。

圖8-15三相異步電動(dòng)機(jī)的連續(xù)控制電路3~返回四、電動(dòng)機(jī)的多地點(diǎn)控制電路為了操作方便，某些設(shè)備往往要求在兩個(gè)或兩個(gè)以上的地點(diǎn)對它都能進(jìn)行操作。實(shí)現(xiàn)這一要求的就是多地點(diǎn)控制，只要將兩個(gè)或多個(gè)起動(dòng)按鈕和停止按鈕分別組成并聯(lián)和串聯(lián)電路即可。圖8-16的電路就屬于兩地點(diǎn)控制中的按鈕連接方式的一種。圖8-16兩地點(diǎn)控制返回五、電動(dòng)機(jī)的行程控制電路某些生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件的行程范圍有一定限制，例如船舶舵機(jī)的左右舵角偏轉(zhuǎn)必須限制在35°以內(nèi)；起貨機(jī)提升機(jī)構(gòu)必須防止吊索收盡以免造成吊鉤撞碰吊臂事故等。實(shí)現(xiàn)行程控制，應(yīng)將限位（行程）開關(guān)安置在設(shè)限的位置上，如圖8-17所示。STB和STA分別為左右移動(dòng)的終端限位（行程）開關(guān)。為實(shí)現(xiàn)行程控制的要求，限位（行程）開關(guān)的常閉觸頭STA、STB與控制線路中的停止控鈕SB2串聯(lián)，如圖8-18所示。當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)械移動(dòng)到極限位置時(shí)，行程開關(guān)的常閉觸頭STA或STB斷開，電動(dòng)機(jī)便停轉(zhuǎn)。顯然限位控制是避免生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)入異常位置的一種限位保護(hù)。STASTB

限位開關(guān)正逆圖8-17行程控制示意圖KMFKHKMRSB1KMFSB2SB3STBKMRKMRKMFSTA圖8-18行程控制電路返回六、電動(dòng)機(jī)的互鎖控制電路多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的生產(chǎn)機(jī)械或多個(gè)生產(chǎn)機(jī)械往往存在著相互制約的關(guān)系。比如，對正在進(jìn)行正轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，要求電動(dòng)機(jī)閉鎖其反轉(zhuǎn)控制，反之亦然。這就是電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)互鎖控制,圖8-19所示為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制一個(gè)實(shí)例。線路中的接觸器觸頭KMF和KMR構(gòu)成了電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電氣互鎖保護(hù)，用于防止正、反轉(zhuǎn)接觸器KMF和KMR的同時(shí)動(dòng)作。

圖8-19電動(dòng)機(jī)的互鎖控制電路3~七、電動(dòng)機(jī)的聯(lián)鎖控制電路

船舶主空壓機(jī)正常工作時(shí)，需要冷卻水進(jìn)行冷卻，所以要求冷卻水泵先運(yùn)行，冷卻水壓力建立后才能起動(dòng)空壓機(jī)。還有船舶甲板上的電動(dòng)起貨機(jī)中的主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，只有在為它冷卻的風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后它才能起動(dòng)。這就是順序起動(dòng)聯(lián)鎖控制，控制電路如圖8-20所示。

圖8-20順序起動(dòng)連鎖控制

(a)

(b)3~3~返回七、電動(dòng)機(jī)的雙位控制電路

在許多無人管理的生產(chǎn)場合，常用到“雙位”自動(dòng)控制。例如船舶輔鍋爐的高低水位控制，食品冷庫的高低溫度控制，空調(diào)壓縮機(jī)的自動(dòng)起?？刂频鹊?。圖8-21(a)所示的是一種最簡單的雙位控制的單元電路。在壓力雙位控制中，通常使用組合式壓力開關(guān)，此種壓力開關(guān)有兩對觸頭，一對是高壓觸頭(為動(dòng)斷觸頭)，一對是低壓觸頭(為動(dòng)合觸頭)。使用時(shí)按圖8-21（b）所示的線路連接，被控對象的高限對應(yīng)于壓力開關(guān)SP的高壓觸頭的斷開值，而其低限則對應(yīng)于壓力開關(guān)SP的低壓觸頭的閉合值。(a)單元式雙位控制(b)組合式雙位控制圖8-21雙位控制返回第四節(jié)異步電機(jī)的典型控制電路

一、電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路

1．電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路返回圖8-22是用輔助觸頭作聯(lián)鎖的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路。圖8-23是利用復(fù)合按鈕及輔助觸頭作聯(lián)鎖的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)起動(dòng)控制。圖8-22正反轉(zhuǎn)起動(dòng)控制圖8-23復(fù)合按鈕正、反轉(zhuǎn)起動(dòng)控制二、海（淡）水柜水位自動(dòng)控制電路圖8-24所示是某壓力水柜給水原理及水泵控制電路圖，圖中水柜為壓力水柜，隨著用水量的變化，水、氣空間容積在變化，即液位高度和氣壓都在變化。水位上升，氣的空間高度減小，氣壓增加，如果不考慮漏氣損耗，氣壓大小顯然是與水位高低成正比例的，高限水位HH對應(yīng)著高限壓力，低限水位HL對應(yīng)著低限壓力。（a）密封式壓力水柜示意圖（b）自動(dòng)控制線路圖用水水空間氣空間手動(dòng)進(jìn)水自動(dòng)

圖8-24海淡水柜自動(dòng)控制電路返回三、異步電機(jī)Y－Δ換接起動(dòng)控制電路

Y－Δ換接起動(dòng)的控制電路的形式比較多。圖8-25是其中的一種。圖8-25Y—換接起動(dòng)控制電路返回四、自藕變壓器降壓起動(dòng)控制電路自藕變壓器起動(dòng)器，又叫補(bǔ)償起動(dòng)器。用它起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)抽頭位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使用自藕變壓器時(shí)，高壓側(cè)接到電網(wǎng)，低壓側(cè)接到電動(dòng)機(jī)。圖8-26為采用自藕變壓器降壓起動(dòng)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)線路。圖8-26自耦變壓器降壓起動(dòng)控制返回五、定子回路串聯(lián)電抗、電阻降壓起動(dòng)控制電路

鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)定子回路串電阻起動(dòng)，適用于中等容量的異步電動(dòng)機(jī)要求平穩(wěn)起動(dòng)的場合。這種降壓起動(dòng)方法是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，在三相定子回路中分別串接一個(gè)電阻，由于串聯(lián)了電阻，使加在電動(dòng)機(jī)繞組上的電壓低于電網(wǎng)電壓，待起動(dòng)后，再將電阻短路切除，電動(dòng)機(jī)即在額定電壓下正常運(yùn)行。圖8-27定子回路串電阻降壓起動(dòng)圖8-28另一種定子回路串電阻降壓起動(dòng)六、三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制電路

1．機(jī)械制動(dòng)控制電路

2．反接制動(dòng)控制電路3．能耗制動(dòng)控制電路1．機(jī)械制動(dòng)控制電路2．反接制動(dòng)控制電路圖8-30單向起動(dòng)反接制動(dòng)控制電路圖8-31單向起動(dòng)反接制動(dòng)另一控制電路3．能耗制動(dòng)控制電路圖8-32能耗制動(dòng)主電路圖8-33手動(dòng)控制能耗制動(dòng)電路圖8-34延時(shí)控制能耗制動(dòng)電路圖8-35另一種延時(shí)控制能耗制動(dòng)電路八、三相交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制電路三相交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的種類及方法較多，在這里只介紹異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速控制。改變異步電動(dòng)機(jī)的磁極對數(shù)調(diào)速，一般適用于鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)楦淖兌ㄗ訕O對數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)子極對數(shù)也必須同時(shí)改變，而鼠籠型轉(zhuǎn)子本身沒有固定的極數(shù)，它的極數(shù)隨定子磁場的極數(shù)而定。為了避免在轉(zhuǎn)子方面進(jìn)行變極改接，故變極調(diào)速不用于繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。YD系列是國內(nèi)變極電動(dòng)機(jī)的主要產(chǎn)品系列。YD系列雙速電動(dòng)機(jī)為單繞組，三速、四速為雙繞組。接線見圖8-36，出線端見表8-2.圖8-36YD系列雙速電動(dòng)機(jī)繞組接線表8-2極數(shù)4/26/48/48/612/66/4/28/4/28/6/412/8/6/4連結(jié)組△/YYY/△/YY△/Y/YY△/△/YY/YY出線端數(shù)6912圖8-37從Δ起動(dòng)到Y(jié)Y運(yùn)轉(zhuǎn)控制圖8-38雙速電動(dòng)機(jī)的另一種控制電路九、直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，需要在電樞電路中串入起動(dòng)電阻，起動(dòng)電阻的控制方法很多。圖8-39所示為按時(shí)間原則控制直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的電路。圖中電動(dòng)機(jī)的電樞電路串有三級起動(dòng)電阻，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，利用時(shí)間繼電器，依次切除起動(dòng)電阻。圖8-41是用按鈕操作的利用時(shí)間原則起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電路。

圖8-40用主令控制器利用時(shí)間原理控制直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)返回圖8-40用按鈕操縱利用時(shí)間原則起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)十、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路改變轉(zhuǎn)向的方法有兩個(gè)：一是電樞繞組兩端極性不變，而將勵(lì)磁繞組反接，另一是勵(lì)磁繞組極性不變而將電樞繞組反接。圖8-42為直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)主電路原理圖圖8-41直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)主電路原理圖第五節(jié)電動(dòng)機(jī)的智能控制

模塊控制有幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：第一，集成化，單元結(jié)構(gòu)體積小、控制電路可靠；第二，智能化，在模塊上采用了微處理器；第三，互換性。返回一、模塊的基本功能模塊有五種，分別為ESM-101、ESM-102、ESM-103、ESM-104及ESM-105，用這些模塊可以組成各種控制方法。通過對模塊上起動(dòng)/停止按鈕的操作，或通過對集控臺、機(jī)旁等上起動(dòng)/停止按鈕的操作，就可以實(shí)現(xiàn)輔助機(jī)械（指電機(jī)）的起動(dòng)/停止。通過模塊上的手動(dòng)-自動(dòng)或手動(dòng)-自動(dòng)轉(zhuǎn)換選擇按鈕開關(guān)的選擇，并根據(jù)壓力開關(guān)信號或浮子液位信號，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)/停止控制。

二、智能化控制模塊組成的控制電路的工作原理和運(yùn)行分析1．模塊ESM-105的控制功能模塊ESM-105組成的控制電路的功能是實(shí)現(xiàn)組合性負(fù)載自動(dòng)切換且在電網(wǎng)失電后，再恢復(fù)供電時(shí)，能依據(jù)事先設(shè)定的次序重新自動(dòng)起動(dòng)并運(yùn)行。2．模塊ESM-105組成的控制電路的原理和運(yùn)行分析（1）手動(dòng)操作1）起動(dòng)和運(yùn)行2）停止3)過載4)連續(xù)起動(dòng)（2）自動(dòng)切換操作1）起動(dòng)和備用2)停止3）過載4）運(yùn)行泵出口壓力低5）連續(xù)起動(dòng)第六節(jié)可編程序控制器可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)。返回PLC的分類：（1）按I／O點(diǎn)數(shù)分類I／O點(diǎn)數(shù)小于32為微型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)在32～128為微小型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)在128～256為小型PLC；I／O點(diǎn)九在256～1024為中型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)大于1024為大型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型PLC。（2）按結(jié)構(gòu)形式分類：整體式PLC：又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I／0部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I／0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。疊裝式PLC：有的PLC將整體式和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式PLC。PLC的優(yōu)、缺點(diǎn)：（1）PLC的優(yōu)點(diǎn)可靠性高(平均無故障時(shí)間3--5萬小時(shí))編程簡單通用性強(qiáng)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維護(hù)方便（2）PLC的缺點(diǎn)主要是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的：如專用總線、專家通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機(jī)柜、電源模板亦各不相同。編程語言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結(jié)構(gòu)均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。一、PLC基本組成和工作原理1．PLC的基本組成2．PLC的工作原理1．PLC的基本組成PLC由中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、電源單元、擴(kuò)展模塊及編程設(shè)備等組成。2．PLC的工作原理PLC工作時(shí)，將采集到的輸入信號狀態(tài)存放在輸入映象區(qū)對應(yīng)的位上；將運(yùn)算的結(jié)果存放到輸出映象區(qū)對應(yīng)的位上。PLC在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需“輸入繼電器”、“輸出繼電器”的數(shù)據(jù)取用于I/O映象區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系。PLC的工作是對用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描，其過程一般分為三個(gè)主要階段：輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，見圖8-45。PLC工作過程也可以描述如下

二、S7-200PLC概述

1．S7-200系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)2．S7-200模板的特點(diǎn)及技術(shù)參數(shù)3．S7-200PLC的輸入/輸出編制4．S7-200的工作方式5．S7-200的編程元件的尋址及CPU組態(tài)6．S7-200編程語言7．S7--200PLC的網(wǎng)絡(luò)通訊8．S7-200PLC常用指令1．S7-200系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)2．S7-200模板的特點(diǎn)及技術(shù)參數(shù)S7-200的主機(jī)單元的CPU共有兩個(gè)系列：CPU21X及CPU22X。CPU21X系列包括CPU212、CPU214、CPU215、CPU216，CPU22X系列包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP及CPU226。3．S7-200PLC的輸入/輸出編制當(dāng)主機(jī)單元模板上的I/O點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，或者涉及模擬量控制時(shí)，除了CPU221外，可以通過增加擴(kuò)展單元模板的方法，對輸入/輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。S7-200的存儲(chǔ)系統(tǒng)是由RAM和EEPROM組成的。設(shè)置為保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)和永久保存數(shù)據(jù)，在CPU模塊內(nèi)，配置了一定容量的RAM和EEPROM，當(dāng)CPU主機(jī)單元模板的存儲(chǔ)容量不夠時(shí)，可通過增加EEPROM存儲(chǔ)器卡的方法擴(kuò)展系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量。4．S7-200的工作方式（1）STOP方式：在STOP方式下，不能運(yùn)行用戶程序，可以向CPU裝載用戶程序或進(jìn)行CPU的設(shè)置。（2）TERM方式：在TERM方式下，允許使用工業(yè)編程軟件STEP-7Micro/WIN32來控制CPU的工作方式。（3）RUN方式：在RUN方式下，CPU執(zhí)行用戶程序。當(dāng)電源停電又恢復(fù)后，如果方式選擇開關(guān)在TERM或STOP狀態(tài)下，CPU自動(dòng)進(jìn)入STOP方式。如果方式選擇開關(guān)在RUN狀態(tài)下，CPU自動(dòng)進(jìn)入RUN方式。5．S7-200的編程元件的尋址及CPU組態(tài)（1）S7-200的編程數(shù)據(jù)類型：布爾型BOOL、字節(jié)BYTE、字型WORD、雙字型DWORD、整型INT、雙整型DINT及實(shí)數(shù)型REAL。（2）主要編程元件有：輸入繼電器I、輸出繼電器Q、變量寄存器V、輔助繼電器M、特殊繼電器SM、定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C、高速計(jì)數(shù)器HSC、累加器AC、狀態(tài)繼電器（也稱順序控制電器）、局部變量存儲(chǔ)器L及模擬量輸入（AIW）寄存器/模擬量輸出（AQW）寄存器等。S7-200的CPU22X系列編程元件的尋址范圍可查表。6．S7-200編程語言（1）梯形圖LAD：梯形圖是在繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的控制線路圖的基礎(chǔ)上演變而來的，是應(yīng)用最多的一種編程語言。（2）語句表STL：語句表STL類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，是PLC的最基礎(chǔ)的編程語言。它可以編寫出用梯形圖或功能圖無法實(shí)現(xiàn)的程序，是PLC的各種語言中執(zhí)行速度最快的編程語言。（3）功能塊圖FBD：功能塊圖FBD類似于數(shù)字電子電路，它是將具有各種與、或、非、異或等邏輯關(guān)系的功能塊圖按一定的控制邏輯組合起來。7．S7--200PLC的網(wǎng)絡(luò)通訊S7-200可以滿足你的通訊和網(wǎng)絡(luò)需求，它不僅支持簡單的網(wǎng)絡(luò)，而且支持比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。STEP7-Micro/WIN使得你建立和配置網(wǎng)絡(luò)簡便快捷。S7-200具有超強(qiáng)的通訊能力，支持下列通訊方式：PPI、MPI、Profibus－DP、Asinterface、自由口通訊、以太網(wǎng)通訊、mode