1、第第8章章 電氣控制技術(shù)及可編程序控制器電氣控制技術(shù)及可編程序控制器 8.1 常用低壓電器常用低壓電器 8.2 基本電氣控制電路基本電氣控制電路 8.3 可編程控制器可編程控制器 本章要求本章要求: :1. 理解常用低壓電器的工作原理理解常用低壓電器的工作原理;2. 掌握掌握基本電氣控制電路基本電氣控制電路的工作原理及應(yīng)用的工作原理及應(yīng)用;3. 了解了解可編程控制器的工作原理及應(yīng)用可編程控制器的工作原理及應(yīng)用。第第8章章 電氣控制技術(shù)及可編程序控制器電氣控制技術(shù)及可編程序控制器 8.1 常用低壓電器常用低壓電器 低壓電器包括配電電器和控制電器兩大類，通常低壓電器包括配電電器和控制電器兩大類，通

2、常是指應(yīng)用于額定電壓在直流是指應(yīng)用于額定電壓在直流DC1200VDC1200V、交流、交流AC1500VAC1500V及及以下的電路中的電器，實(shí)現(xiàn)電路中被控制對(duì)象的控制、以下的電路中的電器，實(shí)現(xiàn)電路中被控制對(duì)象的控制、調(diào)節(jié)、變換、檢測(cè)、保護(hù)等作用，是組成成套電氣設(shè)調(diào)節(jié)、變換、檢測(cè)、保護(hù)等作用，是組成成套電氣設(shè)備的基礎(chǔ)配套元件。備的基礎(chǔ)配套元件。 n常見的分類方法常見的分類方法電工儀表主令電器用低壓電器分類按電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)常序控制器、軟起動(dòng)器等其他電器：包括可編程計(jì)算機(jī)接口和通信接口可通信低壓電器：帶有種動(dòng)作或傳送功能執(zhí)行電器：用于完成某端的組合式開關(guān)電器終端電器：用于線路末送和分配配電電器：

3、用于電能輸制電路和控制系統(tǒng)控制電器：用于各種控按用途分類低壓電器成套 電套電器安裝附件執(zhí)行電器繼電器熔斷器轉(zhuǎn)換開關(guān)接觸器低壓壓斷路8.1.1 主令電器主令電器n主令電器是電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中用于發(fā)送或轉(zhuǎn)換控制指令的電器，利用它控制電路的接通 分?jǐn)鄟韺?shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。主令電器種類繁多，應(yīng)用廣泛，常用的有按鈕、行程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、接近開關(guān)等。n1按鈕n按下按鈕時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)先和上面的常閉觸點(diǎn)分離，然后和下面的常開觸點(diǎn)接觸，手松開后，靠彈簧復(fù)位。n2行程開關(guān)n行程開關(guān)又稱位置開關(guān)或限位開關(guān)，作用與按鈕相同，只是觸點(diǎn)的動(dòng)作不是靠手動(dòng)操作，而是利用運(yùn)動(dòng)部件的擋鐵碰撞其滾輪使觸點(diǎn)動(dòng)作來接通或分?jǐn)嗄承?/p>

4、電路，使之達(dá)到一定的控制要求，適用于各種電動(dòng)機(jī)控制電路中。n3萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)n萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是由多組相同結(jié)構(gòu)的觸點(diǎn)組件疊裝而成的多回路控制電器，借助于不同形狀的凸輪使其觸點(diǎn)按一定的次序接通和分?jǐn)啵苻D(zhuǎn)換多種和多數(shù)量的電氣控制電路，可用于機(jī)床控制電路中進(jìn)行換接，也可用于小容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與換向。n萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主要由手柄、轉(zhuǎn)軸、帶號(hào)碼牌的觸點(diǎn)盒等構(gòu)成。中間轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)接通或斷開。 n4接近開關(guān)n接近開關(guān)是一種不必與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行接觸就可以動(dòng)作的位置開關(guān)，當(dāng)物體與接近開關(guān)感應(yīng)面的距離小于動(dòng)作距離時(shí)，不需要接觸及施加任何壓力即可開關(guān)動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)交流或直流電器或給計(jì)算機(jī)裝置提供控制指令。接

5、近開關(guān)是開關(guān)型傳感器（即無觸點(diǎn)開關(guān)），它既有行程開關(guān)、微動(dòng)開關(guān)的特性，又具有傳感性能，且動(dòng)作可靠，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。n接近開關(guān)按供電方式可分為直流型和交流型，按輸出方式可分為直流兩線制、直流三線制、直流四線制、交流兩線制和交流三線制。8.1.2 接觸器接觸器n接觸器是一種自動(dòng)電磁式開關(guān)，適用于遠(yuǎn)距離頻繁接通或斷開交直流主電路及大容量控制電路，主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)。接觸器不僅能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動(dòng)操作和欠電壓釋放保護(hù)功能，而且具有控制容量大、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。接觸器可分為交流接觸器和直流接觸器。n1交流接觸器n當(dāng)吸引線圈通電后，動(dòng)鐵芯被吸合，所有的常開觸點(diǎn)

6、都閉合，常閉觸點(diǎn)都斷開。當(dāng)吸引線圈斷電后，在恢復(fù)彈簧的作用下，動(dòng)鐵芯和所有觸點(diǎn)都恢復(fù)到原來的狀態(tài)。接觸器適用于遠(yuǎn)距離頻繁接通和切斷電動(dòng)機(jī)或其他負(fù)載主電路，由于具備欠電壓釋放功能，還可以當(dāng)做保護(hù)電器使用。n2直流接觸器n直流接觸器與交流接觸器的基本結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理基本相同，也是主要由電磁系統(tǒng)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧裝置及輔助部件等組成，但是電磁系統(tǒng)和滅弧裝置有些不同。8.1.3 繼電器繼電器n繼電器是一種根據(jù)輸入信號(hào)的變化接通或斷開小電流電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)電力拖動(dòng)裝置的電器，主要由感測(cè)機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。繼電器一般不直接控制主電路，而是反映控制信號(hào)。與接觸器相比，繼電器具有觸點(diǎn)分?jǐn)嗄?/p>

7、力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反應(yīng)靈敏、動(dòng)作準(zhǔn)確等特點(diǎn)。n1.熱繼電器n熱繼電器是利用感受熱元件的熱量而動(dòng)作的一種保護(hù)繼電器n2.速度繼電器n速度繼電器是利用轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速來切換電路的自動(dòng)電器，通常與接觸器配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的反接控制。n3. 電磁式繼電器n中間繼電器、電流繼電器和電壓繼電器均屬于電磁式繼電器，它們的結(jié)構(gòu)、工作原理與接觸器相似，主要由電磁系統(tǒng)和觸點(diǎn)系統(tǒng)兩部分組成。8.1.4 熔斷器熔斷器n熔斷器是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中主要用作短路保護(hù)的電器。使用時(shí)串聯(lián)在被保護(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路故障，通過熔斷器的電流達(dá)到或超過某一規(guī)定值時(shí)，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動(dòng)分?jǐn)嚯娐罚鸬奖Ｗo(hù)作用。

8、n1.螺旋式熔斷器RLn2.有填料管式熔斷器RTn3.無填料管式熔斷器RMn4.有填料封閉管式快速熔斷器RS8.1.5 斷路器斷路器n低壓斷路器又稱自動(dòng)空氣開關(guān)或自動(dòng)空氣斷路器，是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中常用的一種配電電器。斷路器在正常情況下可用于不頻繁的接通和斷開電路以及控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)電路中發(fā)生短路、過載和失壓等故障時(shí)，能自動(dòng)切斷故障電路，保護(hù)線路和電器設(shè)備。n1-動(dòng)觸頭；2-靜觸頭；3-鎖扣；4-搭鉤；5-反作用彈簧；6-轉(zhuǎn)軸座；7-分段按鈕；8-杠桿；9-拉力彈簧；10-欠壓脫扣器銜鐵；11-欠壓脫扣器；12-熱元件；13-雙金屬片；14-電磁脫扣器銜鐵；15-電磁脫扣器；16

9、-接通按鈕8.1.6 其他低壓電器其他低壓電器n1.刀開關(guān)和隔離器n2.漏電保護(hù)器n3.起動(dòng)器n4電磁鐵8.2 基本電氣控制電路基本電氣控制電路n8.2.1 電氣原理圖的繪圖原則電氣原理圖的繪圖原則n1.電氣控制線路分主電路和控制電路。主電路用電氣控制線路分主電路和控制電路。主電路用粗線繪出，控制線路用細(xì)線繪出。主電路畫在左粗線繪出，控制線路用細(xì)線繪出。主電路畫在左側(cè)，控制電路畫在右側(cè)。側(cè)，控制電路畫在右側(cè)。n2.電氣控制線路中，同一電器的各導(dǎo)電部分如線電氣控制線路中，同一電器的各導(dǎo)電部分如線圈和觸頭通常不畫在一起，但要用同一文字符號(hào)圈和觸頭通常不畫在一起，但要用同一文字符號(hào)標(biāo)注。標(biāo)注。n3.

10、電氣控制線路的全部觸頭、觸點(diǎn)都按電氣控制線路的全部觸頭、觸點(diǎn)都按“非激勵(lì)非激勵(lì)”狀態(tài)繪出。狀態(tài)繪出。8.2.2 電氣控制線路設(shè)計(jì)的基本規(guī)律電氣控制線路設(shè)計(jì)的基本規(guī)律n1.按聯(lián)鎖控制的規(guī)律n（1）起動(dòng)、停起和點(diǎn)動(dòng)采用繼電器聯(lián)鎖的點(diǎn)動(dòng)控制電路采用手動(dòng)開關(guān)的點(diǎn)動(dòng)控制電路n（2）正反向接觸器間的聯(lián)鎖 正反向接觸器間的聯(lián)鎖n2.按控制過程變化參量的規(guī)律n（1）順序起動(dòng)的控制規(guī)律車床主軸順序起動(dòng)控制電路n（2）聯(lián)鎖控制規(guī)律的普遍規(guī)則n制約控制 要求接觸器KM1動(dòng)作時(shí)，KM2不能動(dòng)作。將接觸器KM1的常閉觸點(diǎn)串接在接觸器KM2的線圈電路中，即邏輯“非”關(guān)系。n順序控制 要求控制器KM1動(dòng)作后，KM2才能動(dòng)作

11、。將接觸器KM1的常開觸點(diǎn)串接在接觸器KM2的線圈電器中，即邏輯“與”關(guān)系。8.2.3 線路中的保護(hù)措施線路中的保護(hù)措施n電氣控制系統(tǒng)在能滿足工藝要求的同時(shí)，必須應(yīng)該保證其能夠長(zhǎng)期、安全、可靠、無故障的運(yùn)行。因此，保護(hù)環(huán)節(jié)在電氣控制系統(tǒng)中是不可缺少的重要組成部分，作用是避免由于各種故障或誤操作造成的電氣設(shè)備和機(jī)械的損壞，以及保證電動(dòng)機(jī)、電網(wǎng)、電氣控制設(shè)備及人身安全。n電氣控制系統(tǒng)中常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路保護(hù)、過載保護(hù)、零電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、弱磁保護(hù)、安全接地、工作接地等。n1.短路保護(hù)n電動(dòng)機(jī)、電器以及導(dǎo)線的絕緣損壞或電路發(fā)生故障時(shí)，都可能造成短路事故。很大的短路電流和電動(dòng)機(jī)可能使電器設(shè)備損壞

12、。因此要求一旦發(fā)生短路故障時(shí)，控制電路能迅速切斷電源。常用的短路保護(hù)元件有熔斷器和斷路器。n（1）熔斷器保護(hù)n（2）過電流繼電器保護(hù)或低壓斷路器保護(hù)n2.過電流保護(hù)n過電流往往是由于不正確的起動(dòng)和過大的負(fù)載引起的，一般比短路電流要小，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生過電流比發(fā)生短路的可能性更大，尤其是在頻繁正、反轉(zhuǎn)起動(dòng)的重復(fù)短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)中更是如此。直流電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)控制電路中，過電流繼電器也起著短路保護(hù)的作用，一般過電流的動(dòng)作值為起動(dòng)電流的1.2倍。n過電流保護(hù)廣泛用于直流電動(dòng)機(jī)或繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)于三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，由于其短時(shí)過電流不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，故可不設(shè)置過電流保護(hù)。n3.過載保

13、護(hù)n過載保護(hù)也叫熱保護(hù)，主要用于防止電動(dòng)機(jī)因長(zhǎng)期超載運(yùn)行導(dǎo)致電機(jī)繞組的溫升超過允許值而損壞。常用的過載保護(hù)元件是熱繼電器。n4.零電壓和欠電壓保護(hù)n為了防止電網(wǎng)失電后恢復(fù)供電時(shí)電動(dòng)機(jī)自行起動(dòng)的保護(hù)叫做零電壓保護(hù)。n需要在電壓下降達(dá)到最小允許電壓值時(shí)將電動(dòng)機(jī)電源切除，這就是欠電壓保護(hù)。n5.弱磁場(chǎng)保護(hù)n電動(dòng)機(jī)磁通的過度減少會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的超速，因此需要保護(hù)n6.超速保護(hù)n有些控制系統(tǒng)為了防止生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行超過預(yù)定允許的速度，如高爐卷揚(yáng)機(jī)和礦井提升機(jī)，在線路中設(shè)置了超速保護(hù)。8.2.4 三相交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制線路三相交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制線路n1.直接起動(dòng)控制線路用開關(guān)直接起動(dòng)線路n通常將這種用接觸器

14、本身的觸頭來使其線圈保持通電的環(huán)節(jié)稱為自鎖環(huán)節(jié)。用接觸器直接起動(dòng)線路n2.減壓起動(dòng)控制線路n（1）星-三角（Y-D）降壓起動(dòng)控制線路n控制回路中的KM2與KM3的常閉觸頭（動(dòng)斷觸頭）保證接觸器KM2和KM3不會(huì)同時(shí)通電，以防止電源短路（互鎖環(huán)節(jié)）。Y-降壓起動(dòng)控制線路n（2）定子串電阻減壓起動(dòng)控制線路定子串電阻減壓起動(dòng)控制線路8.2.5 三相交流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路三相交流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路n要求電動(dòng)機(jī)能夠進(jìn)行正、反向控制是生產(chǎn)機(jī)械的普遍需要，如大多數(shù)機(jī)床的主軸或進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都需要兩個(gè)方向運(yùn)行，故要求電動(dòng)機(jī)能夠正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。在第四章中，我們知道，只要把電動(dòng)機(jī)定子三相繞組所接電源任意兩相對(duì)調(diào)，電動(dòng)機(jī)

15、定子的相序即可改變，從而電動(dòng)機(jī)就可以改變方向。如果我們用兩個(gè)接觸器KM1和KM2來完成電動(dòng)機(jī)定子相序的改變，那么由正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)線路組合起來就成了正反轉(zhuǎn)控制線路。n1.電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)線路異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路n2.正反轉(zhuǎn)自動(dòng)循環(huán)線路帶有行程開關(guān)的正反轉(zhuǎn)線路8.2.6 三相交流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制線路三相交流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制線路n當(dāng)按下停止按鈕后，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組脫離電源。由于慣性的作用，轉(zhuǎn)子需經(jīng)過一定時(shí)間后才能停止旋轉(zhuǎn)，這往往不能適應(yīng)某些生產(chǎn)機(jī)械工藝的要求，造成運(yùn)動(dòng)部件停位不準(zhǔn)確，工作不安全。為此，要求電動(dòng)機(jī)采取有效的制動(dòng)措施，使其立即停車。一般采用的制動(dòng)方法有機(jī)械制動(dòng)與電氣制動(dòng)。n1.反接制動(dòng)反

16、接制動(dòng)控制線路n2.能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)控制線路8.3 可編程控制器可編程控制器n可編程序控制器（Programmable Logic Controller，英文縮寫為PLC）是在繼電接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。8.3.1 可編程控制器的基本概念可編程控制器的基本概念n世界上第一臺(tái)可編程控制器是在1969年由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制成功的。n1.PLC

17、的定義n美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（National Electrical Manufacturers Association, NEMA）于1980年給PLC作了如下的定義：PLC是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體以存儲(chǔ)指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。n國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)可編程控制器的定義是：n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)的。它采用了可編程序的存儲(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)和算數(shù)運(yùn)算等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式和模擬是的輸入/輸出

18、，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。n2.PLC的分類n（1）按容量分類nPLC的容量主要指PLC的輸入/輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)。輸入輸出總點(diǎn)數(shù)在256以下為小型機(jī)，2562048為中型機(jī)，2048以上為大型機(jī)。n（2）按結(jié)構(gòu)形式分n整體式PLCn模塊式PLCn疊裝式PLC8.3.2 可編程控制器的基本功能和特點(diǎn)可編程控制器的基本功能和特點(diǎn)n1.PLC的主要功能n（1）開關(guān)量的邏輯控制n（2）模擬量控制n（3）定時(shí)控制n（4）計(jì)數(shù)控制n（5）順序（步進(jìn)）控制n（6）閉環(huán)過程控制n（7）數(shù)據(jù)處理n（8）通信和聯(lián)網(wǎng)n（9）監(jiān)控n（10）停電記憶n（11）故障診斷n2. PLC的特點(diǎn)n（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)n（2）通用性好，靈活性強(qiáng)n（3）編程方便，易于使用n（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝