自動化電氣元器件介紹與使用

自動化電氣元器件介紹與使用

——動力車間常用控制元器件1、低壓斷路器控制對象：1000V以下(380V220V)電路

斷路器一般分為C型和D型。1、作用不同。C型的斷路器比較適合于照明電路中使用，D型斷路器用來控制電機(jī)。2、分段功能不同。D型斷路器要比C型的功能更加全面，D型號的分段能力能夠達(dá)到10倍。3、效果不同。C型斷路器能對電流起到保護(hù)作用，D型斷路器有過載保護(hù)功能。漏電斷路器電路中漏電電流超過預(yù)定值時能自動動作的開關(guān)

電壓型漏電斷路器用于變壓器中性點(diǎn)不接地的低壓電網(wǎng)。其特點(diǎn)是當(dāng)人身觸電時，零線對地出現(xiàn)一個比較高的電壓，引起繼電器動作，電源開關(guān)跳閘。電流型漏電斷路器主要用于變壓器中性點(diǎn)接地的低壓配電系統(tǒng)。其特點(diǎn)是當(dāng)人身觸電時，由零序電流互感器檢測出一個漏電電流，使繼電器動作，電源開關(guān)斷開。作用：可實(shí)現(xiàn)短路、過載、失壓保護(hù)。結(jié)構(gòu)：過流脫扣器欠壓脫扣器工作原理：過流時，過流脫扣器將脫鉤頂開，斷開電源；欠壓時，欠壓脫扣器將脫鉤頂開，斷開電源。2、按鈕(b)結(jié)構(gòu)按鈕常用于接通和斷開控制電路。按鈕開關(guān)的外形和符號(a)外形圖常閉按鈕常開按鈕復(fù)合按鈕復(fù)位彈簧支柱連桿常閉靜觸頭橋式動觸頭常開靜觸頭外殼4SBSBSB結(jié)構(gòu)符號名稱常閉按鈕(停止按鈕)常開按鈕(起動按鈕)復(fù)合按鈕1234123按鈕帽3、熔斷器符號：FU熔斷器額定電流IF的選擇：(1)電燈、電爐等電阻性負(fù)載IF>IL(3)頻繁起動的電機(jī)(2)單臺電機(jī)用于低壓線路中的短路保護(hù)。用于頻繁地接通和斷開大電流電路的開關(guān)電器。(a)外形(b)結(jié)構(gòu)4、交流接觸器~~~線圈鐵芯銜鐵主觸頭彈簧輔助觸頭M3~電機(jī)動作過程線圈通電銜鐵吸合觸點(diǎn)閉合電機(jī)接通電源交流接觸器交流接觸器構(gòu)成：主要由電磁鐵和觸點(diǎn)兩部分組成；觸點(diǎn)又可分為主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)。符號：接觸器線圈接觸器主觸頭－－用于主電路（流過的電流大，需加滅弧裝置）常開常閉接觸器輔助觸頭－－用于控制電路（流過的電流小，無需加滅弧裝置）簡單的接觸器控制ABCM3~刀閘起隔離作用自鎖停止按鈕起動按鈕特點(diǎn)：小電流控制大電流。

繼電器只能通過小電流。所以繼電器一般用于控制電路中5、繼電器繼電器和接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同。主要區(qū)別在于：接觸器的主觸點(diǎn)可以通過大電流；中間繼電器電壓繼電器電流繼電器時間繼電器（具有延時功能）熱繼電器（做過載保護(hù)）…...繼電器類型：

（1）中間繼電器

通常用于傳遞信號和同時控制多個電路。符號：KA線圈常開觸頭KA常閉觸頭KA外形（2）熱繼電器用于電動機(jī)的過載保護(hù)。(a)外形(b)結(jié)構(gòu)~

發(fā)熱元件接入電機(jī)主電路，若長時間過載，雙金屬片被加熱。因雙金屬片的下層膨脹系數(shù)大，使其向上彎曲，杠桿被彈簧拉回，常閉觸點(diǎn)斷開。發(fā)熱元件杠桿熱繼電器工作原理：雙金屬片常閉觸頭動畫結(jié)構(gòu)：

符號：串聯(lián)在主電路中串聯(lián)在控制電路中常閉觸頭FR發(fā)熱元件FR（3）時間繼電器采用時間繼電器進(jìn)行延時控制。(a)外形(b)結(jié)構(gòu)·時間繼電器鐘表式空氣式電子式時間控制時間繼電器有通電延時和斷電延時兩種常開觸頭延時閉合

常閉觸頭延時打開

符號：KT線圈

（4）固態(tài)繼電器采用時間繼電器進(jìn)行延時控制。(a)外形(b)結(jié)構(gòu)固態(tài)繼電器1.1固態(tài)繼電器（亦稱固體繼電器）英文名稱為SolidStateRelay，簡稱SSR。它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點(diǎn)開關(guān)器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。1.2固態(tài)繼電器可分類。1）交流固態(tài)繼電器按開關(guān)方式分有電壓過零導(dǎo)通型（簡稱過零型）和隨機(jī)導(dǎo)通型（簡稱隨機(jī)型）；2）按輸出開關(guān)元件分有雙向可控硅輸出型（普通型）和單向可控硅反并聯(lián)型（增強(qiáng)型）；3）按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底板上的裝置式（靠散熱器冷卻）；4）另外輸入端又有寬范圍輸入（DC3－32V）的恒流源型和串電阻限流型等。一、點(diǎn)動控制M3~ABCKMFUQSBKM動作過程按鈕松開線圈（KM）斷電觸頭（KM）打開

電機(jī)停轉(zhuǎn)。按下按鈕（SB）

線圈（KM）通電觸頭（KM）閉合電機(jī)轉(zhuǎn)動；控制電路主電路電動機(jī)直接起動的控制線路B'C'二、電動機(jī)連續(xù)運(yùn)行KM自鎖自鎖的作用按下按鈕（SB2），線圈（KM）通電，電機(jī)起動；同時，輔助觸頭（KM）閉合，M3~ABCKMFUQKMSB2C'B'SB1起動按鈕停車按鈕即使按鈕松開，線圈保持通電狀態(tài)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。KMKMSB1SB2FRM3~KMABCFUQFR三、異步機(jī)的直接起動+過載保護(hù)發(fā)熱元件熱繼電器觸頭短路保護(hù)過載保護(hù)加熔斷器FU加熱繼電器FR電動機(jī)工作時，若因負(fù)載過重而使電流增大，但又比短路電流小。此時熔斷器起不了保護(hù)作用。將其常閉觸點(diǎn)串接在控制電路中。原因：將任意兩相熱元件串接在電動機(jī)任意兩相中。操作：常用傳感器介紹

磁性開關(guān)是一種非接觸式位置檢測開關(guān)，主要用于各類氣缸的位置檢測，其特點(diǎn)是不會磨損和損傷檢測對象，響應(yīng)速度高。磁性開關(guān)還用于檢測磁性物質(zhì)的存在，常見的安裝方式有：導(dǎo)線引出型、接插件型等。（1）磁性開關(guān)

光電接近開關(guān)通常在環(huán)境條件比較好、無粉塵污染的場合下使用，工作時對被測對象幾乎無任何影響。因此，在生產(chǎn)線上被廣泛地使用。（2）光電開關(guān)

光電開關(guān)外形定區(qū)域反射式光電開關(guān)原理

定區(qū)域式光電開關(guān)有一個非常確定的檢測區(qū)域，不經(jīng)過該區(qū)域的被測物體不會引起光電開關(guān)產(chǎn)生開關(guān)信號。檢測距離檢測距離遮斷型光電開關(guān)用于人體保護(hù)反射型光電開關(guān)及反射鏡外形三角反射鏡集發(fā)射、接收器于一身光幕

兩個柱形結(jié)構(gòu)相對而立，每隔數(shù)十毫米安裝一對發(fā)光二極管和光敏接收管，形成光幕，當(dāng)有物體遮擋住光線時，傳感器發(fā)出報警信號。接收器反射鏡反射鏡反射型光電開關(guān)的應(yīng)用

塑料瓶的反射光不是偏振光，不會引起報警。漫反射型光電開關(guān)的應(yīng)用請思考如何將光電開關(guān)用于衛(wèi)生間的自動沖水設(shè)備其他光電傳感器外形電感式接近開關(guān)屬于電感式傳感器的一種，是利用渦流效應(yīng)制成的有開關(guān)量輸出的位置傳感器由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。從而使電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別有無物體接近，來控制開關(guān)的通斷（3）電感接近開關(guān)電感接近開關(guān)在生產(chǎn)線的應(yīng)用11、原點(diǎn)接近開關(guān)是一個無觸點(diǎn)的電感式接近傳感器，用來提供直線運(yùn)動的起始點(diǎn)信號。2、左、右極限開關(guān)均是有觸點(diǎn)的微動開關(guān)，用來提供越程故障時的保護(hù)信號：當(dāng)滑動溜板在運(yùn)動中越過左或右極限位置時，極限開關(guān)會動作，從而向系統(tǒng)發(fā)出越程故障信號。電感接近開關(guān)在生產(chǎn)線的應(yīng)用2供料單元中，為了檢測待加工工件是否金屬材料，在供料管底座側(cè)面安裝了一個電感式傳感器，如圖所示各類接近開關(guān)的圖形符號（4）光電編碼器1、增量式編碼器（相對式編碼器）轉(zhuǎn)軸盤碼及狹縫光敏元件光欄板及辨向用的A、B狹縫LEDABC零位標(biāo)志光電編碼器---增量式

在上圖的碼盤里圈，還有一根狹縫C，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生一個脈沖，該脈沖信號又稱“一轉(zhuǎn)信號”或零標(biāo)志脈沖，作為測量的起始基準(zhǔn)。增量式光電編碼器的測量精度取決于它所能分辨的最小角度，而這與碼盤圓周上的狹縫條紋數(shù)n有關(guān)。相對式光電編碼器-位置和方向的判斷

光電編碼器的光欄板上有A組與B組兩組狹縫，彼此錯開1/4節(jié)距，兩組狹縫相對應(yīng)的光敏元件所產(chǎn)生的信號A、B彼此相差90

相位，用于辯向。當(dāng)編碼正轉(zhuǎn)時，A信號超前B信號90

；當(dāng)碼盤反轉(zhuǎn)時，B信號超前A信號90

。

辨向信號和零標(biāo)志（5）溫度傳感器溫度傳感器介紹

溫度傳感器（temperaturetransducer）是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種，現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個領(lǐng)域中，也為人們的生活提供了無數(shù)的便利和功能。

溫度傳感器的分類

按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。溫度傳感器接觸式非接觸式A、按測量方式分類

接觸式溫度傳感器有：雙金屬溫度傳感器、電阻溫度計、熱電偶溫度傳感器、熱敏電阻、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器等。非接觸式溫度傳感器有：聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器、激光溫度傳感器、超聲波溫度傳感器和微波傳感器等。雙金屬溫度傳感器熱電阻傳感器熱電偶溫度傳感器激光紅外溫度傳感器B、按傳感器材料及電子元件特性分類溫度傳感器熱電偶傳感器熱敏電阻傳感器IC溫度傳感器模擬輸出電阻溫度檢測器（RTD）數(shù)字輸出（6）壓力傳感器

壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出的傳感器。通常把壓力測量儀表中的電測式儀表稱為壓力傳感器。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件（或應(yīng)變計）組成。彈性敏感元件的作用是使被測壓力作用于某個面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后由位移敏感元件（見位移傳感器）或應(yīng)變計（見電阻應(yīng)變計、半導(dǎo)體應(yīng)變計）轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信號。常用壓力傳感器有電容式壓力傳感器、變磁阻式壓力傳感器（見變磁阻式傳感器、差動變壓器式壓力傳感器）、霍耳式壓力傳感器、光纖式壓力傳感器（見光纖傳感器）、諧振式壓力傳感器等。壓力傳感器介紹（7）液位傳感器

液位傳感器是一種測量液位的壓力傳感器。采用隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號（一般為4～20mA/1～5VDC）。常見液位傳感器有浮球式、電容式、靜壓式、光電折射式測量、?叉式、超聲波式。液位傳感器介紹（8）變送器

變送器是從傳感器發(fā)展而來的，凡是能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號的傳感器。標(biāo)準(zhǔn)信號是指物理量的形式和數(shù)量范圍都符合國際標(biāo)準(zhǔn)的信號。由于直流信號具有不受線路中電感、電容及負(fù)載性質(zhì)的影響，不存在相移問題等優(yōu)點(diǎn)，所以國際電工委員會(IEC)將電流信號4mA~20mA(DC)和電壓信號1V~5V(DC)確定為過程控制系統(tǒng)中模擬信號的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。常見的模擬量：電壓范圍：0~10V，-10~+10V，0~5V，-5V~+5V，其中最常用的是0~10V的電壓信號。常用的電流范圍：0~20mA，4~20mA，-20mA~+20mA，其中最常用的是4~20mA的電流信號。變送器介紹PLC的簡單介紹一、PLC的產(chǎn)生

1968年美國通用汽車公司（GE），為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。

1969年由美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（GE）的要求研制成功。

二、PLC的特點(diǎn)吸取繼電器和計算機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)☆繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡單易懂、價格便宜；☆計算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難；☆采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進(jìn)行編程，使不熟悉計算機(jī)的人也能很快掌握使用。（梯形圖）PLC稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）三、PLC的定義及主要品牌德國的西門子(SIEMENS)、美國A-B（Allen-Bradly）GE（GeneralElectric）日本三菱電機(jī)（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）、日本主要發(fā)展中小型PLC，在世界小型PLC市場上，日本產(chǎn)品約占有70％的份額。在中國，OMRON產(chǎn)品的銷量居首位各大品牌：西門子PLC外形圖S7-SMART系列PLCS7-1200系列PLCS7-1500系列PLC

三菱PLC外形圖Q系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLC歐姆龍PLC外形圖C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLCPLC常用功能介紹1邏輯控制功能2定時控制功能3計數(shù)控制功能4步進(jìn)控制功能5數(shù)據(jù)處理功能6回路控制功能7通訊聯(lián)網(wǎng)功能8監(jiān)控功能9停電記憶功能10故障診斷功能邏輯控制功能M接觸器定時控制功能定時控制功能是PLC的最基本功能之一。

PLC中有許多可供用戶使用的定時器，功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設(shè)定值(定時時間)可以在編程時設(shè)定，也可以在運(yùn)動過程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于準(zhǔn)確實(shí)時控制

計數(shù)控制功能是PLC的最基本功能之一。

PLC為用戶提供許多計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)到某一數(shù)值時，產(chǎn)生一個狀態(tài)信號(計數(shù)值到)，利用該狀態(tài)信號實(shí)現(xiàn)對某個操作的計數(shù)控制。計數(shù)器的設(shè)定值可以在編程時設(shè)定，也可以在運(yùn)行過程中根據(jù)需要進(jìn)行修改。計數(shù)控制功能PLC設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。利用編程器或監(jiān)視器，操作人員可以對PLC有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。利用編程器，可以調(diào)整定時器、計數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并可以根據(jù)需要改變PLC內(nèi)部邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)整和維護(hù)提供了極大的方便。監(jiān)控功能PLC內(nèi)部硬件框圖及各部分作用PLC基本組成及應(yīng)用PLC由四部分組成：中央處理單元（CPU板）、存儲器、輸入輸出（I/O）部件和電源部件PLC系統(tǒng)軟件

程序的表達(dá)方式基本有四種：梯形圖、指令表、邏輯功能圖和高級語言。梯形圖是當(dāng)前使用最廣泛的一種編程方法。PLC編程語言

用戶程序可以在PLC系統(tǒng)軟件上完成，并下載到PLC中應(yīng)用，每種PLC都有不同的系統(tǒng)編程軟件，如OMROM的編程軟件有CX7.0、西門子有step7、博圖，這些軟件可以運(yùn)行在個人計算機(jī)上。1.梯形圖編程語言兩種梯形圖的繼電器符號圖對照

梯形圖（Ladderdiagram）編程語言是一種圖形語言,類似于繼電器控制線路圖的一種編程語言，它面向控制過程，直觀易懂，是PLC編程語言中應(yīng)用最多的一種語言。

物理繼電器PLC繼電器常開常閉

觸點(diǎn)線圈PC的繼電器不是物理的電器，它是PC內(nèi)部的寄存器位，因?yàn)樗哂信c物理繼電器相似的功能，常稱之為“軟繼電器”。PLC每一個繼電器都對應(yīng)著內(nèi)部的一個寄存器位，該位為“1”態(tài)時，相當(dāng)于繼電器接通；為“0”態(tài)時，則相當(dāng)于繼電器斷開。常閉觸點(diǎn)線圈常開觸點(diǎn)說明：兩種控制的梯形圖比000000100001000PLC控制00001SB2KMKM繼電器控制SB1線圈線圈常開觸點(diǎn)常開觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)KMQFUKR

M3~SB1SB2KMKHKM輸入設(shè)備PLC~SB1SB2KRKM輸出設(shè)備一個簡單的實(shí)際電路

變頻器介紹

變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式，為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源（DC），再把直流電源（DC）變換為頻率、電壓均可控制的交流電源（AC）以供給電動機(jī)。變頻器作用：節(jié)能和調(diào)速，實(shí)現(xiàn)自動控制程序高精度控制。變頻器定義及作用

變頻器與節(jié)能：變頻器主要用于交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，因?yàn)樗哂懈鼮轱@著的作用——節(jié)能。應(yīng)用變頻調(diào)速可以大大提高電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電動機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。首先以風(fēng)機(jī)水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時，其功率按照三次方下降，因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果是十分顯著的。其次與此類似，許多變動負(fù)載電動機(jī)一般按照最大需求來生產(chǎn)電動機(jī)的容量，故設(shè)計裕量偏大。而在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行時間所占的比例卻非常高，采用變頻調(diào)速可大大提高輕載運(yùn)行時的工作效率。所以變動負(fù)載電動機(jī)的節(jié)能潛力巨大。電機(jī)在工頻直接起動會產(chǎn)生一個大的起動電流。而當(dāng)使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，以起到限制起動電流小于額定電流的作用，所以起動電流和沖擊要小些，這樣可減少對設(shè)備的磨損。

電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度能夠改變。

n：電動機(jī)轉(zhuǎn)速

f：電源頻率

n=60f（1-s）/p

p：電機(jī)極對數(shù)

s：電機(jī)轉(zhuǎn)差率感應(yīng)式交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度取決于電機(jī)的極數(shù)、轉(zhuǎn)差率和頻率。（1）由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值（一般為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以一般不適合通過改變極數(shù)來調(diào)整電機(jī)的速度。

(2)改變轉(zhuǎn)差率（調(diào)壓調(diào)速、串極調(diào)速、滑差電動機(jī)調(diào)速）在變頻器問世前，是電機(jī)調(diào)速的主要手段，但由于調(diào)速范圍小、效率低、對電網(wǎng)污染較大不能滿足使用要求；

變頻器工作原理（3）而頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。結(jié)論：因此，改變頻率是控制電機(jī)的最佳方式，同時以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。

電源變流器平波電路逆變器M電動機(jī)電壓/電流頻率控制回路變頻器基本構(gòu)成外部制動電阻器制動單元