《電工電子學(xué)》課件第7章

第7章電氣控制系統(tǒng)

7.1低壓控制電器

7.2繼電接觸器控制電路

7.3籠型電動(dòng)機(jī)控制電路

7.4可編程控制器

7.1低壓控制電器

7.1.1按鈕

按鈕通常用來(lái)接通或斷開控制電路(其中電流很小)，從而控制電動(dòng)機(jī)或其他電氣設(shè)備的運(yùn)行。按鈕的外形如圖7-1(a)所示。圖7-1(b)所示為按鈕的結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)按鈕帽被按下時(shí)，下面一對(duì)原來(lái)斷開的靜觸點(diǎn)被動(dòng)觸點(diǎn)接通，以接通某一控制電路；而上面一對(duì)原來(lái)接通的靜觸點(diǎn)則被斷開，以斷開另一控制電路。圖中動(dòng)觸點(diǎn)和上面的靜觸點(diǎn)組成動(dòng)斷觸點(diǎn)(或稱常閉觸點(diǎn))，動(dòng)觸點(diǎn)和下面的靜觸點(diǎn)組成動(dòng)合觸點(diǎn)(或稱常開觸點(diǎn))。當(dāng)按下按鈕帽時(shí)，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。放開按鈕帽時(shí)，動(dòng)斷觸點(diǎn)與動(dòng)合觸點(diǎn)恢復(fù)為常態(tài)，即動(dòng)斷觸點(diǎn)常閉，動(dòng)合觸點(diǎn)常開。其按鈕的圖形符號(hào)如圖7-1(c)所示。圖7-1按鈕7.1.2刀開關(guān)

根據(jù)工作條件和用途的不同，刀開關(guān)有不同的結(jié)構(gòu)形式，但其工作原理基本相似。刀開關(guān)按極數(shù)可分為單極、雙極及三極等種類，它的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖7-2所示。圖7-2刀開關(guān)7.1.3組合開關(guān)

組合開關(guān)也是一種刀開關(guān)，不過(guò)它的刀片是轉(zhuǎn)動(dòng)式的，操作比較輕巧，它的動(dòng)觸頭(刀片)和靜觸頭裝在封閉的絕緣件內(nèi)，采用疊裝式結(jié)構(gòu)，其層數(shù)由動(dòng)觸頭數(shù)量來(lái)決定。動(dòng)觸頭裝在操作手柄的轉(zhuǎn)軸上，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而改變各對(duì)觸頭的通斷狀態(tài)。組合開關(guān)常用做電源的引入開關(guān)，也可以由它來(lái)直接起停小容量籠型電動(dòng)機(jī)或使電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)，局部照明電路也常用它來(lái)控制。組合開關(guān)的種類很多，常用的有HZ10等系列，它有單極、雙極、三極和四極等。其圖形符號(hào)如圖7-3所示。圖7-3組合開關(guān)7.1.4熔斷器

熔斷器的產(chǎn)品系列、種類很多，常用的熔斷器有管式、插入式和螺旋式等幾種形式，它們的結(jié)構(gòu)如圖7-4所示。圖7-4熔斷器熔斷器中的熔絲或熔片一般由熔點(diǎn)較低的易熔合金(如鉛錫合金等)制成，也可以由截面積很小的良導(dǎo)體(如銅、銀等)制成。熔斷器被串聯(lián)在保護(hù)電路中。在電路正常工作時(shí)，熔斷器中的熔絲或熔片不會(huì)熔斷；而當(dāng)電路中發(fā)生短路或嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，熔斷器中的熔絲或熔片則會(huì)立即熔斷。

熔斷器的圖形符號(hào)如圖7-5所示。圖7-5熔斷器的圖形符號(hào)根據(jù)電路的工作情況選擇熔斷絲的方法如下：

(1)電燈支線的熔絲：

熔絲額定電流≥支線上所有電燈的工作電流

(2)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的熔絲：為了防止電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電流較大而將熔絲燒斷，因此熔絲不能按電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇，而應(yīng)按下式計(jì)算：

如果電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)，則為

(3)幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)合用的總?cè)劢z一般可粗略地按下式計(jì)算：

熔絲額定電流=(1.5～2.5)×容量最大的電動(dòng)機(jī)的額定電流

+其余電動(dòng)機(jī)的額定電流之和7.1.5低壓斷路器

低壓斷路器俗稱自動(dòng)空氣開關(guān)，是低壓配電網(wǎng)中的主要電器開關(guān)之一。它不僅可以接通和分?jǐn)嗾Ｘ?fù)載電流、電動(dòng)機(jī)工作電流和過(guò)載電流，而且可以接通和分?jǐn)喽搪冯娏鳌５蛪簲嗦菲髦饕诓活l繁操作的低壓配電線路或開關(guān)柜(箱)中作為電源開關(guān)使用，同時(shí)對(duì)線路、電器設(shè)備及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)。當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重過(guò)電流、過(guò)載、短路、斷相、漏電等

故障時(shí)，能自動(dòng)切斷線路，起到保護(hù)作用，其應(yīng)用十分廣泛。低壓斷路器的一般原理圖和圖形符號(hào)如圖7-6所示。圖7-6低壓斷路器7.1.6熱繼電器

熱繼電器是專門用來(lái)對(duì)連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載及斷相保護(hù)，以防止電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而燒毀的保護(hù)電器。熱繼電器的結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如圖7-7所示。圖7-7熱繼電器7.1.7交流接觸器

交流接觸器常用來(lái)頻繁接通和斷開電動(dòng)機(jī)或其他設(shè)備的主電路，并能進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。交流接觸器具有欠(零)電壓保護(hù)作用，而且每小時(shí)可以開閉千余次。交流接觸器的主要結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖7-8所示。交流接觸器主要由電磁鐵和觸點(diǎn)兩部分組成，它是利用電磁鐵的吸引力而動(dòng)作的。當(dāng)吸引線圈通電后，吸引山字形動(dòng)鐵心(上鐵心)，而使動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。圖7-8交流接觸器7.1.8中間繼電器

選用中間繼電器主要是考慮電壓等級(jí)和觸點(diǎn)(動(dòng)合和動(dòng)斷)數(shù)量。中間繼電器的圖形符號(hào)如圖7-9所示。圖7-9中間繼電器的圖形符號(hào)

7.2繼電接觸器控制電路

7.2.1籠型電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制電路

圖7-10所示是中、小容量籠型電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制電路，電路中使用了組合開關(guān)Q、熔斷器FU、交流接觸器KM、熱繼電器FR和按鈕SB等幾種電器。圖7-10籠型電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)電氣控制原理圖7.2.2籠型電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路

在生產(chǎn)上往往要求運(yùn)行部件向正、反兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。例如，機(jī)床工作臺(tái)的前進(jìn)與后退，主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，起重機(jī)的提升與下降，等等。這就要求控制電路能夠改變電源的相

序。為此，只要用兩個(gè)交流接觸器就能實(shí)現(xiàn)這一要求。如圖7-11所示為籠型電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制電路。當(dāng)正轉(zhuǎn)接觸器KMF工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)反轉(zhuǎn)接觸器KMR工作時(shí)，由于調(diào)換了兩根電源線，所以電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。圖7-11籠型電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)的電氣控制原理圖這種控制電路有個(gè)缺點(diǎn)，就是在每次電動(dòng)機(jī)由正(反)轉(zhuǎn)到反(正)轉(zhuǎn)時(shí)必須先停車，然后再反(正)向轉(zhuǎn)動(dòng)，故稱為“正—?！础被颉胺础！笨刂齐娐?。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在生產(chǎn)上常采用復(fù)合按鈕和交流接觸器的輔助觸點(diǎn)聯(lián)鎖的控制電路，如圖7-12所示。復(fù)合按鈕聯(lián)鎖常稱為機(jī)械聯(lián)鎖，而交流接觸器的輔助觸點(diǎn)聯(lián)鎖常稱為電氣聯(lián)鎖。圖7-12籠型電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)含機(jī)械聯(lián)鎖的控制電路

7.3籠型電動(dòng)機(jī)控制電路

7.3.1行程控制

行程控制，就是當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件到達(dá)一定行程位置時(shí)采用行程開關(guān)來(lái)進(jìn)行控制。行程開關(guān)主要用于檢測(cè)工作機(jī)械的位置，發(fā)出命令以控制其運(yùn)動(dòng)方向或行程長(zhǎng)短。行程開關(guān)也稱為位置開關(guān)。行程開關(guān)的種類很多，常用的有LX等系列。如圖7-13所示是一般行程開關(guān)的外形圖和圖形符號(hào)。圖中所示的行程開關(guān)有一個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)和一個(gè)動(dòng)斷觸點(diǎn)，它主要是由裝在運(yùn)動(dòng)部件上的擋塊來(lái)撞動(dòng)的。圖7-13行程開關(guān)圖7-14所示是用行程開關(guān)來(lái)控制工作臺(tái)前進(jìn)和后退的示意圖和控制電路圖。行程開關(guān)SQ1和SQ2分別裝在工作臺(tái)的原位和終點(diǎn)，由裝在工作臺(tái)上的擋塊來(lái)撞動(dòng)。工作臺(tái)由電動(dòng)機(jī)M帶動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的主電路和圖7-11中的一樣，控制電路也只是多了行程開關(guān)的三個(gè)觸點(diǎn)。圖7-14用行程開關(guān)控制工作臺(tái)的前進(jìn)和后退7.3.2時(shí)間控制

JS7－4A型斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖

7-15所示。圖7-15斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)有延時(shí)觸點(diǎn)與瞬時(shí)觸點(diǎn)之分。延時(shí)觸點(diǎn)又分為延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)和延時(shí)動(dòng)斷的閉合觸點(diǎn)。瞬時(shí)觸點(diǎn)也稱常規(guī)觸點(diǎn)，不能延時(shí)，只能在通電時(shí)動(dòng)作，斷電時(shí)恢復(fù)。其圖形符號(hào)如圖7-16所示。圖7-16斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)若將斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器的電磁機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)180°安裝，即為通電延時(shí)型時(shí)間繼電器，其工作原理與斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器相似。通電延時(shí)型時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)如圖7-17所示。圖7-17通電延時(shí)型時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)下面以籠型電動(dòng)機(jī)Y-△換接起動(dòng)的控制電路為例來(lái)介紹時(shí)間控制的實(shí)現(xiàn)。

籠型電動(dòng)機(jī)的Y-△換接起動(dòng)就是先將電動(dòng)機(jī)進(jìn)行Y連接，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定值時(shí)換成△連接。圖7-18所示是籠型電動(dòng)機(jī)Y-△起動(dòng)的控制電路。圖7-18籠型電動(dòng)機(jī)Y-△換接起動(dòng)的控制電路

7.4可編程控制器

1.PLC的定義

可編程序控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制

裝置。

2.PLC的基本結(jié)構(gòu)

目前，雖然PLC的種類繁多，但是它們的基本結(jié)構(gòu)及組成基本相同。其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7-19所示。圖7-19

PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.PLC的工作方式

PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向各輸出點(diǎn)發(fā)出相

應(yīng)的控制信號(hào)。整個(gè)工作過(guò)程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。其工作過(guò)程框圖如圖7-20所示。圖7-20

PLC的掃描工作過(guò)程4.PLC的主要功能和特點(diǎn)

1)主要功能

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前PLC已能完成以下功能：

(1)開關(guān)邏輯控制。

(2)定時(shí)/計(jì)數(shù)控制。

(3)步進(jìn)控制。

(4)數(shù)據(jù)處理。

(5)過(guò)程控制。

(6)運(yùn)動(dòng)控制。

(7)通信聯(lián)網(wǎng)。

(8)監(jiān)控。

(9)數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換。2)主要特點(diǎn)

(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。

(2)功能完善，編程簡(jiǎn)單，組合靈活，擴(kuò)展方便。

(3)體積小，質(zhì)量輕，功耗低。

(4)可與各種組態(tài)軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。

5.PLC的編程語(yǔ)言

1)梯形圖

梯形圖是一種從繼電接觸器控制電路圖演變而來(lái)的圖形語(yǔ)言。它是借助類似于繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)、動(dòng)斷觸點(diǎn)、線圈以及串聯(lián)與并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和符號(hào)，根據(jù)控制要求連接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關(guān)系的圖形，既直觀又易懂。圖7-21(a)所示為使用PLC控制的籠型電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的梯形圖，與圖7-10所示繼電接觸器控制電路功能一致。圖

7-21(a)中X1和X2分別表示輸入繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)，分別與圖7-10中的停止按鈕SB1和起動(dòng)按鈕SB2相對(duì)應(yīng)。Y0表示輸出繼電器的線圈和動(dòng)合觸點(diǎn)，與圖7-10中的接觸

器KM相對(duì)應(yīng)。圖7-21籠型電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制

2)指令語(yǔ)句表

(1)ST、ST/與OT指令。

·ST是起始指令(也稱取指令)，用于從左母線開始取用動(dòng)合觸點(diǎn)作為該邏輯行運(yùn)算的開始。

·ST/是起始反指令(也稱取反指令)，用于從左母線開始取用動(dòng)斷觸點(diǎn)作為該邏輯行運(yùn)算的開始。

·OT是輸出指令，用于將運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)指定線圈。圖7-22

ST、ST/、OT指令的用法

(2)AN、AN/與OR、OR/指令。

·AN是觸點(diǎn)串聯(lián)指令(也稱與指令)，AN/是觸點(diǎn)串聯(lián)反指令(也稱與非指令)。它們分別用于單個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)的串聯(lián)。

·OR是觸點(diǎn)并聯(lián)指令(也稱或指令)，OR/是觸點(diǎn)并聯(lián)反指令(也稱或非指令)。它們分別用于單個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)的并聯(lián)。圖7-23

AN、AN/、OR、OR/指令的用法

(3)ANS與ORS指令。

·ANS是塊串聯(lián)指令(也稱塊與指令)，用于指令塊的

串聯(lián)。

·ORS是塊并聯(lián)指令(也稱塊或指令)，用于指令塊的

并聯(lián)。圖7-24

ANS與ORS指令的用法

(4)/指令。/是取反指令，它將該指令所在位置的運(yùn)算結(jié)果取反。該指令的用法如圖7-25所示。圖中，若X0閉合，

則Y0接通，Y1斷開；若X0斷開，則Y0閉合，Y1接通。圖7-25

/指令的用法

(5)TM指令。TM是定時(shí)器指令。定時(shí)器指令分三種類型：TMR：定時(shí)單位為0.01s的定時(shí)器；TMX：定時(shí)單位為0.1s的定時(shí)器；TMY：定時(shí)單位為1s的定時(shí)器；

TM指令的用法如圖7-26所示。圖7-26

TM指令的用法

(6)CT指令。CT是計(jì)數(shù)器指令。其用法如圖7-27所示，“100”是計(jì)數(shù)器編號(hào)，“4”為計(jì)數(shù)設(shè)定值。用CT指令編程時(shí)，一定要有計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)和復(fù)位信號(hào)。因此，計(jì)數(shù)器有計(jì)數(shù)脈沖輸入端和復(fù)位端兩個(gè)輸入端。圖中，輸入觸點(diǎn)X0用來(lái)控制計(jì)數(shù)脈沖端，X1用來(lái)控制復(fù)位端。當(dāng)計(jì)數(shù)到4時(shí)，計(jì)數(shù)器的動(dòng)合觸點(diǎn)C100閉合，線圈Y0接通。圖7-27

CT指令的用法

(7)PSHS、RDS、POPS指令。PSHS(壓入堆棧)、RDS

(讀出堆棧)、POPS(彈出堆棧)這三條堆棧指令常用于梯形圖中多條連于同一點(diǎn)的分支通路，并要用到同一運(yùn)算結(jié)果的場(chǎng)合。其用法如圖7-28所示。圖7-28

PSHS、RDS、POPS指令的用法

(8)DF、DF/指令。DF、DF/是微分指令。DF是指當(dāng)檢測(cè)到觸發(fā)信號(hào)上升沿時(shí)，線圈接通一個(gè)掃描周期；DF/是指當(dāng)檢測(cè)到觸發(fā)信號(hào)下降沿時(shí)，線圈接通一個(gè)掃描周期。其用法如圖7-29所示。圖7-29

DF、DF/指令的用法

(9)SET、RST指令。SET、RST是置位和復(fù)位指令。其用法如圖7-30所示。當(dāng)X0閉合時(shí)，Y0接通；當(dāng)X1接通時(shí)，Y0斷開。圖7-30

SET、RST指令的用法

(10)KP指令。KP是保持指令。其用法如圖7-31所示。它有置位和復(fù)位兩個(gè)輸入端。觸點(diǎn)X0控制置位端，當(dāng)X0閉合時(shí)，線圈Y0接通并保持；觸點(diǎn)X1控制復(fù)位端，當(dāng)X1接通時(shí)，線圈Y0斷開并復(fù)位。圖7-31

KP指令的用法

(11)NOP指令。NOP是空操作指令，它不完成任何操作。其用法如圖7-32所示。當(dāng)X0閉合時(shí)，Y0接通。

(12)E