第8章電氣控制技術及可編程序控制器常用低壓電器基本電氣控制電路可編程控制器第一頁，共四十九頁。本章要求:理解常用低壓電器的工作原理;掌握基本電氣控制電路的工作原理及應用;了解可編程控制器的工作原理及應用。第8章電氣控制技術及可編程序控制器第二頁,共四十九頁。8.1

常用低壓電器低壓電器包括配電電器和控制電器兩大類,通常是指應用于額定電壓在直流DC1200V、交流AC1500V及以下的電路中的電器,實現電路中被控制對象的控制、調節(jié)、變換、檢測、保護等作用,是組成成套電氣設備的基礎配套元件。第三頁,共四十九頁。常見的分類方法第四頁,共四十九頁。8.1.1主令電器 主令電器是電氣自動控制系統(tǒng)中用于發(fā)送或轉換控制指令的電器,利用它控制電路的接通分斷來實現對生產過程的自動控制。主令電器種類繁多,應用廣泛,常用的有按鈕、行程開關、萬能轉換開關、接近開關等。第五頁,共四十九頁。1.按鈕 按下按鈕時，動觸點先和上面的常閉觸點分離，然后和下面的常開觸點接觸，手松開后，靠彈簧復位。第六頁,共四十九頁。2.行程開關 行程開關又稱位置開關或限位開關，作用與按鈕相同，只是觸點的動作不是靠手動操作，而是利用運動部件的擋鐵碰撞其滾輪使觸點動作來接通或分斷某些電路，使之達到一定的控制要求，適用于各種電動機控制電路中。第七頁,共四十九頁。3.萬能轉換開關 萬能轉換開關是由多組相同結構的觸點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按一定的次序接通和分斷，能轉換多種和多數量的電氣控制電路，可用于機床控制電路中進行換接，也可用于小容量電動機的起動與換向。 萬能轉換開關主要由手柄、轉軸、帶號碼牌的觸點盒等構成。中間轉軸帶動凸輪轉動，使對應的觸點接通或斷開。第八頁,共四十九頁。4.接近開關 接近開關是一種不必與運動部件進行接觸就可以動作的位置開關，當物體與接近開關感應面的距離小于動作距離時，不需要接觸及施加任何壓力即可開關動作，從而驅動交流或直流電器或給計算機裝置提供控制指令。接近開關是開關型傳感器（即無觸點開關），它既有行程開關、微動開關的特性，又具有傳感性能，且動作可靠，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強。 接近開關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。第九頁,共四十九頁。8.1.2接觸器 接觸器是一種自動電磁式開關,適用于遠距離頻繁接通或斷開交直流主電路及大容量控制電路,主要控制對象是電動機。接觸器不僅能實現遠距離自動操作和欠電壓釋放保護功能,而且具有控制容量大、工作可靠、使用壽命長等優(yōu)點,在電力拖動系統(tǒng)中得到廣泛應用。接觸器可分為交流接觸器和直流接觸器。第十頁,共四十九頁。1.交流接觸器當吸引線圈通電后，動鐵芯被吸合，所有的常開觸點都閉合，常閉觸點都斷開。當吸引線圈斷電后，在恢復彈簧的作用下，動鐵芯和所有觸點都恢復到原來的狀態(tài)。接觸器適用于遠距離頻繁接通和切斷電動機或其他負載主電路，由于具備欠電壓釋放功能，還可以當做保護電器使用。第十一頁,共四十九頁。2.直流接觸器 直流接觸器與交流接觸器的基本結構及動作原理基本相同，也是主要由電磁系統(tǒng)、觸點系統(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。第十二頁,共四十九頁。8.1.3繼電器 繼電器是一種根據輸入信號的變化接通或斷開小電流電路,實現自動控制和保護電力拖動裝置的電器,主要由感測機構、中間機構和執(zhí)行機構三部分組成。繼電器一般不直接控制主電路,而是反映控制信號。與接觸器相比,繼電器具有觸點分斷能力小、結構簡單、反應靈敏、動作準確等特點。第十三頁,共四十九頁。1.熱繼電器熱繼電器是利用感受熱元件的熱量而動作的一種保護繼電器第十四頁,共四十九頁。2.速度繼電器 速度繼電器是利用轉軸的轉速來切換電路的自動電器,通常與接觸器配合,實現對電動機的反接控制。第十五頁,共四十九頁。3.電磁式繼電器 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,它們的結構、工作原理與接觸器相似,主要由電磁系統(tǒng)和觸點系統(tǒng)兩部分組成。第十六頁,共四十九頁。8.1.4

熔斷器 熔斷器是低壓配電網絡和電力拖動系統(tǒng)中主要用作短路保護的電器。使用時串聯在被保護的電路中,當電路發(fā)生短路故障,通過熔斷器的電流達到或超過某一規(guī)定值時,以其自身產生的熱量使熔體熔斷,從而自動分斷電路,起到保護作用。1.螺旋式熔斷器RL2.有填料管式熔斷器RT3.無填料管式熔斷器RM4.有填料封閉管式快速熔斷器RS第十七頁,共四十九頁。8.1.5

斷路器 低壓斷路器又稱自動空氣開關或自動空氣斷路器,是低壓配電網絡和電力拖動系統(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機的運行。當電路中發(fā)生短路、過載和失壓等故障時,能自動切斷故障電路,保護線路和電器設備。第十八頁,共四十九頁。1-動觸頭；2-靜觸頭；3-鎖扣；4-搭鉤；5-反作用彈簧；6-轉軸座；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-接通按鈕第十九頁,共四十九頁。8.1.6

其他低壓電器1.刀開關和隔離器2.漏電保護器3.起動器4.電磁鐵第二十頁,共四十九頁。8.2基本電氣控制電路8.2.1電氣原理圖的繪圖原則 1.電氣控制線路分主電路和控制電路。主電路用粗線繪出,控制線路用細線繪出。主電路畫在左側,控制電路畫在右側。 2.電氣控制線路中,同一電器的各導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標注。 3.電氣控制線路的全部觸頭、觸點都按“非激勵”狀態(tài)繪出。第二十一頁,共四十九頁。8.2.2電氣控制線路設計的基本規(guī)律1.按聯鎖控制的規(guī)律（1）起動、停起和點動采用繼電器聯鎖的點動控制電路第二十二頁,共四十九頁。采用手動開關的點動控制電路第二十三頁,共四十九頁。（2）正反向接觸器間的聯鎖正反向接觸器間的聯鎖第二十四頁,共四十九頁。2.按控制過程變化參量的規(guī)律（1）順序起動的控制規(guī)律車床主軸順序起動控制電路第二十五頁,共四十九頁。（2）聯鎖控制規(guī)律的普遍規(guī)則 ①制約控制要求接觸器KM1動作時,KM2不能動作。將接觸器KM1的常閉觸點串接在接觸器KM2的線圈電路中,即邏輯“非”關系。 ②順序控制要求控制器KM1動作后,KM2才能動作。將接觸器KM1的常開觸點串接在接觸器KM2的線圈電器中,即邏輯“與”關系。第二十六頁,共四十九頁。8.2.3線路中的保護措施 電氣控制系統(tǒng)在能滿足工藝要求的同時,必須應該保證其能夠長期、安全、可靠、無故障的運行。因此,保護環(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備和機械的損壞,以及保證電動機、電網、電氣控制設備及人身安全。電氣控制系統(tǒng)中常用的保護環(huán)節(jié)有短路保護、過載保護、零電壓保護、欠電壓保護、弱磁保護、安全接地、工作接地等。第二十七頁,共四十九頁。1.短路保護 電動機、電器以及導線的絕緣損壞或電路發(fā)生故障時,都可能造成短路事故。很大的短路電流和電動機可能使電器設備損壞。因此要求一旦發(fā)生短路故障時,控制電路能迅速切斷電源。常用的短路保護元件有熔斷器和斷路器。（1）熔斷器保護（2）過電流繼電器保護或低壓斷路器保護第二十八頁,共四十九頁。2.過電流保護 過電流往往是由于不正確的起動和過大的負載引起的,一般比短路電流要小,在電動機運行中產生過電流比發(fā)生短路的可能性更大,尤其是在頻繁正、反轉起動的重復短時工作制電動機中更是如此。直流電動機和繞線轉子異步電動機控制電路中,過電流繼電器也起著短路保護的作用,一般過電流的動作值為起動電流的1.2倍。 過電流保護廣泛用于直流電動機或繞線轉子異步電動機,對于三相籠型異步電動機,由于其短時過電流不會產生嚴重后果,故可不設置過電流保護。第二十九頁,共四十九頁。3.過載保護過載保護也叫熱保護,主要用于防止電動機因長期超載運行導致電機繞組的溫升超過允許值而損壞。常用的過載保護元件是熱繼電器。4.零電壓和欠電壓保護為了防止電網失電后恢復供電時電動機自行起動的保護叫做零電壓保護。需要在電壓下降達到最小允許電壓值時將電動機電源切除,這就是欠電壓保護。5.弱磁場保護電動機磁通的過度減少會引起電動機的超速,因此需要保護6.超速保護有些控制系統(tǒng)為了防止生產機械運行超過預定允許的速度,如高爐卷揚機和礦井提升機,在線路中設置了超速保護。第三十頁,共四十九頁。8.2.4三相交流電動機的起動控制線路1.直接起動控制線路用開關直接起動線路第三十一頁,共四十九頁。

通常將這種用接觸器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)。用接觸器直接起動線路第三十二頁,共四十九頁。2.減壓起動控制線路（1）星-三角（Y-D）降壓起動控制線路 控制回路中的KM2與KM3的常閉觸頭（動斷觸頭）保證接觸器KM2和KM3不會同時通電,以防止電源短路（互鎖環(huán)節(jié)）。Y-△降壓起動控制線路第三十三頁,共四十九頁。（2）定子串電阻減壓起動控制線路定子串電阻減壓起動控制線路第三十四頁,共四十九頁。8.2.5三相交流電動機正反轉控制線路 要求電動機能夠進行正、反向控制是生產機械的普遍需要,如大多數機床的主軸或進給運動都需要兩個方向運行,故要求電動機能夠正反轉運行。在第四章中,我們知道,只要把電動機定子三相繞組所接電源任意兩相對調,電動機定子的相序即可改變,從而電動機就可以改變方向。如果我們用兩個接觸器KM1和KM2來完成電動機定子相序的改變,那么由正轉與反轉線路組合起來就成了正反轉控制線路。第三十五頁,共四十九頁。1.電動機正反轉線路異步電動機正反轉控制線路第三十六頁,共四十九頁。2.正反轉自動循環(huán)線路帶有行程開關的正反轉線路第三十七頁,共四十九頁。8.2.6三相交流電動機制動控制線路 當按下停止按鈕后,三相異步電動機的定子繞組脫離電源。由于慣性的作用,轉子需經過一定時間后才能停止旋轉,這往往不能適應某些生產機械工藝的要求,造成運動部件停位不準確,工作不安全。為此,要求電動機采取有效的制動措施,使其立即停車。一般采用的制動方法有機械制動與電氣制動。第三十八頁,共四十九頁。1.反接制動反接制動控制線路第三十九頁,共四十九頁。2.能耗制動能耗制動控制線路第四十頁,共四十九頁。8.3可編程控制器 可編程序控制器（ProgrammableLogicController，英文縮寫為PLC）是在繼電接觸器邏輯控制基礎上發(fā)展起來的，是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數字技術和通信網絡技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，是現代工業(yè)控制的三大支柱（PLC.機器人、CAD/CAM）之一。第四十一頁,共四十九頁。8.3.1可編程控制器的基本概念世界上第一臺可編程控制器是在1969年由美國數字設備公司研制成功的。1.PLC的定義 美國電氣制造商協會（NationalElectricalManufacturersAssociation,NEMA）于1980年給PLC作了如下的定義:PLC是一個數字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體以存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數和演算等功能，并通過數字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機械或生產過程。國際電工委員會（IEC）對可編程控制器的定義是:可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算數運算等面向用戶的指令，并通過數字式和模擬是的輸入/輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P外圍設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。第四十二頁,共四十九頁。2.PLC的分類（1）按容量分類 PLC的容量主要指PLC的輸入/輸出(I/O)點數。輸入輸出總點數在256以下為小型機,256~2048為中型機,2048以上為大型機。（2）按結構形式分①整體式PLC②模塊式PLC③疊裝式PLC第四十三頁,共四十九頁。8.3.2可編程控制器的基本功能和特點1.PLC的主要功能（1）開關量的邏輯控制（2）模擬量控制（3）定時控制（4）計數控制（5）順序（步進）控制（6）閉環(huán)過程控制（7）數據處理（8）通信和聯網（9）監(jiān)控（10）停電記憶（11）故障診斷第四十四頁,共四十九頁。2.PLC的特點（1）可靠性高,抗干擾能力強（2）通用性好,靈活性強（3）編程方便,易于使用（4）系統(tǒng)設計、安裝、調試方便（5）模塊化結構（6