第1章 工廠電氣控制基礎

1、可編程序控制器可編程序控制器原原 理理 及及 應應 用用作者：吳中俊作者：吳中俊 黃永紅黃永紅目目 錄錄第一章 電氣控制基礎1.1常用低壓電器電器是一種能根據(jù)外界的信號電器是一種能根據(jù)外界的信號（機械力、電動力和其它物理（機械力、電動力和其它物理量），自動或手動接通和斷開量），自動或手動接通和斷開電路，從而斷續(xù)或連續(xù)地改變電路，從而斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)或狀態(tài)，實現(xiàn)對電路電路參數(shù)或狀態(tài)，實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、?；蚍请妼ο蟮那袚Q、控制、保護、檢測和調(diào)節(jié)用的電氣元件護、檢測和調(diào)節(jié)用的電氣元件或設備。或設備。什么是電器低壓電器：常指用于交流額定電壓低壓電器：常指用于交流額定電壓1200

2、v1200v、直流額、直流額定電壓定電壓1500v1500v及以下的電路中及以下的電路中的電器產(chǎn)品的電器產(chǎn)品電力拖動自動控制系統(tǒng)常用電器電力拖動自動控制系統(tǒng)常用電器電磁式電器1.組成電磁機構電磁機構觸點系統(tǒng)觸點系統(tǒng)滅弧裝置滅弧裝置圖1-1電磁式電器的工作原理示意圖1鐵心2電磁線圈3銜鐵4靜觸點5動觸點6觸點彈簧7釋放彈簧氣隙電磁式電器工作原理圖SBF27810 b）線圈通以交流電RUI NfU44. 4fNU44. 4（a）線圈通以直流電的電磁機構I與無關圖1-2 吸力特性與反力特性的配合1直流電磁鐵吸力特性 2交流電磁鐵吸力特性 3反力特性吸力特性：是指電磁吸力隨銜鐵與鐵芯間氣隙吸力特性：是

3、指電磁吸力隨銜鐵與鐵芯間氣隙變化的關系曲線。變化的關系曲線。 反力特性：是指反作用力反力特性：是指反作用力FrFr與氣隙與氣隙的關系曲線的關系曲線 在銜鐵吸合過程中，其吸力特性必須始終處于反力特性上方，即吸力要大于反力；反之銜鐵釋放時，吸力特性必須位于反力特性下方，即反力要大于吸力（此時的吸力是由剩磁產(chǎn)生的）。在吸合過程中還須注意吸力特性位于反力特性上方不能太高，否則會影響到電磁機構壽命。 1）電磁機構吸力特性與反力特性的配合吸力特性與反力特性的配合：交流電磁鐵的短路環(huán)1銜鐵 2鐵芯 3線圈 4短路環(huán)(2) 交流電磁機構上短路環(huán)的作用tBBmsin22cos1810sin81027227tSB

4、tSBFmm27max810mSBF（3）觸點系統(tǒng) 觸點是電器的執(zhí)行機構，它在銜鐵的帶動下起接通和分斷電路的作用。 觸點的接觸形式：點接觸、線接觸和面接觸 觸點的分類： 按觸點的運動情況：動觸點和靜觸點 按觸點的職能分：主觸點和輔助觸點 按觸點的狀態(tài)可分為：常開觸點和常閉觸點觸頭的三種接觸形式觸頭的三種接觸形式 a) 點接觸點接觸 b）線接觸）線接觸 c）面接觸）面接觸3. 滅弧系統(tǒng) 常用的滅弧方法有電動力滅弧、磁吹滅弧、常用的滅弧方法有電動力滅弧、磁吹滅弧、柵片滅弧、滅弧罩幾種柵片滅弧、滅弧罩幾種 。1.1.電動力滅弧電動力滅弧 一般用于一般用于交流接觸器交流接觸器等交流電器。當觸點打開等交

5、流電器。當觸點打開時，在斷口中產(chǎn)生電弧。觸頭時，在斷口中產(chǎn)生電弧。觸頭1 1和和2 2在弧區(qū)內(nèi)產(chǎn)生在弧區(qū)內(nèi)產(chǎn)生圖中所示的磁場，根據(jù)圖中所示的磁場，根據(jù)左手定則左手定則，電弧電流受到，電弧電流受到一個向外的力一個向外的力F F的作用，迅速離開觸點而熄滅。電的作用，迅速離開觸點而熄滅。電弧的這種運動：（弧的這種運動：（1 1）使電弧本身被拉長；使電弧本身被拉長；（2 2）電弧穿越冷卻介質時，受到較強的電弧穿越冷卻介質時，受到較強的冷卻作用；冷卻作用；這這都有助于熄滅電弧。都有助于熄滅電弧。雙斷口結構的電動力雙斷口結構的電動力 吹弧效應吹弧效應1靜觸頭靜觸頭 2動觸頭動觸頭 3電弧電弧二.接觸器定義

6、：接觸器是用于遠距離頻繁地接通和分斷主電路或大容量控制電路，主要用于控制電動機，也可用于控制其他電力負載。接觸器的種類按工作原理可以分為：電磁式、 氣動式、 液壓式接觸器結構簡圖電磁式接觸器分類按主觸頭所在動力回路的電流種類分：按主觸頭所在動力回路的電流種類分： 交流、交流、 直流直流按主觸頭對數(shù)分：按主觸頭對數(shù)分：單極（一對主觸頭）、多極（二至四對主觸頭）單極（一對主觸頭）、多極（二至四對主觸頭）按電磁線圈回路（通常叫做控制回路）的電流按電磁線圈回路（通常叫做控制回路）的電流種類分：種類分： 交流操作交流操作 、 直流操作直流操作按主回路電壓等級分：按主回路電壓等級分： 低壓低壓 、 高壓高

7、壓按鐵心結構形式分：按鐵心結構形式分：轉動式（或稱角移式）和轉動式（或稱角移式）和直動式直動式接觸器的圖形符號、文字符號 接觸器銘牌上的額定電壓是指主觸點所接觸器銘牌上的額定電壓是指主觸點所能承受的的額定電壓。能承受的的額定電壓。 交流接觸器的額定電壓一般為交流接觸器的額定電壓一般為220V220V、380V380V、660V660V及及1140V1140V； 直流接觸器一般為直流接觸器一般為110V110V、220V220V、440V440V及及660V660V。 輔助觸頭的常用額定電壓：交流輔助觸頭的常用額定電壓：交流380V380V；直流；直流220V220V。接觸器的主要技術參數(shù)-額定

8、電壓接觸器的主要技術參數(shù)-額定電流 接觸器的額定工作電流系指主觸點的額接觸器的額定工作電流系指主觸點的額定電流，即允許長期通過的最大電流。定電流，即允許長期通過的最大電流。 接觸器電流等級為：接觸器電流等級為：6A6A、10A10A、16A16A、25A25A、40A40A、60A60A、100A100A、160A160A、250A250A、400A400A、600A600A、1000A1000A、1600A1600A、2500A2500A及及4000A4000A。接觸器的主要技術參數(shù)-操作頻率 交流接觸器的操作頻率一般為：交流接觸器的操作頻率一般為： 300300次次/h/h12001200

9、次次/h/h 直流接觸器的額定操作頻率比交流接直流接觸器的額定操作頻率比交流接觸器的高觸器的高操作頻率操作頻率: :允許每小時接通的最多次數(shù)允許每小時接通的最多次數(shù)接觸器的選用1.接觸器的類型選擇：接觸器的類型選擇：根據(jù)接觸器所控制負載的輕重和負載電流的類型。根據(jù)接觸器所控制負載的輕重和負載電流的類型。2.額定電壓的選擇額定電壓的選擇接觸器的額定電壓不小于負載回路的電壓。接觸器的額定電壓不小于負載回路的電壓。3.額定電流的選擇：額定電流的選擇：一般接觸器的額定電流不小于被控回路的額定電流。對于電一般接觸器的額定電流不小于被控回路的額定電流。對于電動機負載可按經(jīng)驗公式計算：動機負載可按經(jīng)驗公式計

10、算：4.吸引線圈的額定電壓：吸引線圈的額定電壓：吸引線圈的額定電壓與所接控制電路的電壓相一致。吸引線圈的額定電壓與所接控制電路的電壓相一致。5.接觸器的觸點數(shù)量、種類選擇。接觸器的觸點數(shù)量、種類選擇。根據(jù)主回路和控制回路的要求選擇。根據(jù)主回路和控制回路的要求選擇。NNCKUPI310接觸器接觸器2、繼電器 定義 繼電器是控制系統(tǒng)中一種重要的元件，它的作用就是繼電器是控制系統(tǒng)中一種重要的元件，它的作用就是按照某種要求接通或斷開控制系統(tǒng)中的電路。按照某種要求接通或斷開控制系統(tǒng)中的電路。 當繼電器輸入電壓、電流和頻率等當繼電器輸入電壓、電流和頻率等電量電量或溫度、壓力或溫度、壓力和轉速等和轉速等非電

11、量非電量達到規(guī)定值時，繼電器的觸點便接通達到規(guī)定值時，繼電器的觸點便接通或分斷所控制或保護的電路?；蚍謹嗨刂苹虮Ｗo的電路。 繼電器與接觸器區(qū)別繼電器與接觸器區(qū)別1)1)所控制的電路不同所控制的電路不同 繼電器主要用于小電流電路，其觸點通常接在控制繼電器主要用于小電流電路，其觸點通常接在控制電路中，反映控制信號，觸點容量較小電路中，反映控制信號，觸點容量較小( (一般在一般在5A5A以以下下) )，也無主、輔觸點之分，且無滅弧裝置；而接觸，也無主、輔觸點之分，且無滅弧裝置；而接觸器用于控制電動機等大功率、大電流電路及主電路，器用于控制電動機等大功率、大電流電路及主電路，一般有滅弧裝置。一般有滅

12、弧裝置。輸入信號不同輸入信號不同繼電器繼電器特性曲線 K=x1/x2稱為繼電器的返回系數(shù)稱為繼電器的返回系數(shù) 繼電器-分類 按動作原理，繼電器可以分按動作原理，繼電器可以分 電磁式、感應式、電子式、熱效應式、氣動式、電磁式、感應式、電子式、熱效應式、氣動式、電動式等；電動式等； 按動作時間，繼電器可以分按動作時間，繼電器可以分 瞬時動作和延時動作（也叫時間繼電器）等瞬時動作和延時動作（也叫時間繼電器）等； 按輸入量的物理性質，按輸入量的物理性質，繼電器可以分為電壓、電繼電器可以分為電壓、電流、速度、時間、溫度、壓力、熱繼電器等。流、速度、時間、溫度、壓力、熱繼電器等。電磁式繼電器 最常用的是電

13、磁式繼電器，它是根據(jù)吸引線圈中的最常用的是電磁式繼電器，它是根據(jù)吸引線圈中的電流量的大小來動作的。電流量的大小來動作的。 電磁式繼電器分電磁式繼電器分直流直流和和交流交流兩大類，它們的主要結兩大類，它們的主要結構和工作原理與接觸器基本相同，它們各自又可分構和工作原理與接觸器基本相同，它們各自又可分為電流、電壓、時間、中間繼電器等。為電流、電壓、時間、中間繼電器等。 吸引線圈采用吸引線圈采用直流控制的叫直流控制的叫直流繼電器直流繼電器；吸引線圈吸引線圈采用采用交流控制的交流控制的叫交流繼電器。叫交流繼電器。1底座2反力彈簧3、4調(diào)節(jié)螺釘5非磁性墊片6銜鐵7鐵心8極靴9電磁線圈10觸點系統(tǒng)繼電器-

14、電壓繼電器1 1）電壓繼電器）電壓繼電器 觸點的動作和線圈的動作電壓大小有關的繼電器叫觸點的動作和線圈的動作電壓大小有關的繼電器叫電壓繼電器，電壓繼電器，它用于它用于電力拖動系統(tǒng)的電力拖動系統(tǒng)的電壓保護電壓保護和和控控制制，使用時，使用時與與并聯(lián)。并聯(lián)。 其線圈的匝數(shù)其線圈的匝數(shù)多多而而線徑細線徑細。 分類：分類：按線圈電流的種類可以分為交流和直流電壓按線圈電流的種類可以分為交流和直流電壓繼電器，按吸合電壓大小又可以分為過電壓、欠電繼電器，按吸合電壓大小又可以分為過電壓、欠電壓和零電壓繼電器。壓和零電壓繼電器。特點特點繼電器-電壓繼電器繼電器-電流繼電器2 2）電流繼電器）電流繼電器 觸點的動

15、作和線圈的動作電流大小有關的繼電器觸點的動作和線圈的動作電流大小有關的繼電器叫電流繼電器，使用時電流繼電器的線圈與負載叫電流繼電器，使用時電流繼電器的線圈與負載串聯(lián)。串聯(lián)。特點特點其線圈的匝數(shù)少而粗。其線圈的匝數(shù)少而粗。分類：分類：按線圈電流的種類可以分為交流和直流電按線圈電流的種類可以分為交流和直流電流繼電器，按吸合電流大小又可以分為過電流和流繼電器，按吸合電流大小又可以分為過電流和低電流繼電器。低電流繼電器。繼電器-時間繼電器 時間繼電器的特點是當?shù)玫娇刂菩盘柡螅〞r間繼電器的特點是當?shù)玫娇刂菩盘柡螅ㄈ缋^電如繼電器線圈接通或斷開電源器線圈接通或斷開電源），其觸點狀態(tài)并），其觸點狀態(tài)并不立即不

16、立即改變改變，而是經(jīng)過一段時間的延遲之間，觸點才閉，而是經(jīng)過一段時間的延遲之間，觸點才閉合或斷開，因此這種繼電器又稱為延時繼電器。合或斷開，因此這種繼電器又稱為延時繼電器。繼電器-時間繼電器繼電器-熱繼電器熱繼電器是利用電流流過熱元件時產(chǎn)生的熱量，使雙金屬片發(fā)生彎曲而推動執(zhí)行機構動作的一種保護電器。主要用于交流電動機的過載保護、斷相及電流不平衡運行的保護及其它電氣設備發(fā)熱狀態(tài)的控制。熱繼電器的選用 ：1 1）過載能力較差的電動機，熱元件的額定電流）過載能力較差的電動機，熱元件的額定電流I IRTRT為電動機的額定電流為電動機的額定電流I IN N的的60608080。2 2）在不頻繁）在不頻繁

17、的啟動場合，若電動機啟動電流為其額定電流的啟動場合，若電動機啟動電流為其額定電流6 6倍以倍以及啟動時間不超過及啟動時間不超過6 6秒時，可按電動機的額定電流選秒時，可按電動機的額定電流選取熱繼電器取熱繼電器3 3）當電動機為重復且短時工作制時，要）當電動機為重復且短時工作制時，要注意確定熱繼電器的操作頻率，對于操作頻率較高的注意確定熱繼電器的操作頻率，對于操作頻率較高的電動機不宜使用熱繼電器作為過載保護。電動機不宜使用熱繼電器作為過載保護。圖熱繼電器的工作原理示意圖1接線端子2雙金屬片3熱元件4導板5補償雙金屬片6、9常閉觸點7常開觸點8復位螺釘10按鈕11調(diào)節(jié)旋鈕12支撐件13壓簧轉動偏心

18、輪14推桿繼電器-熱繼電器主令電器 主令電器是在自動控制系統(tǒng)中發(fā)出指令或信主令電器是在自動控制系統(tǒng)中發(fā)出指令或信號的電器，用來控制接觸器、繼電器或其它號的電器，用來控制接觸器、繼電器或其它電器線圈，使電路接通或分斷，從而達到控電器線圈，使電路接通或分斷，從而達到控制生產(chǎn)機械的目的。制生產(chǎn)機械的目的。 主令電器應用廣泛、種類繁多。按其作用可主令電器應用廣泛、種類繁多。按其作用可分為：控制按鈕、行程開關、接近開關、萬分為：控制按鈕、行程開關、接近開關、萬能轉換開關、主令控制器及其它主令電器能轉換開關、主令控制器及其它主令電器（如腳踏開關、鈕子開關、緊急開關）等。（如腳踏開關、鈕子開關、緊急開關）等

19、。按鈕 1-按鈕帽 2-復位彈簧 3-動觸點 4-常閉靜觸點 5-常開靜觸點（二）行程開關 行程開關又稱限位開關或位置開關。是一種利用行程開關又稱限位開關或位置開關。是一種利用生產(chǎn)機械某些運動部件的撞擊來發(fā)出控制信號的生產(chǎn)機械某些運動部件的撞擊來發(fā)出控制信號的小電流主令電器。主要用于生產(chǎn)機械的運動方向、小電流主令電器。主要用于生產(chǎn)機械的運動方向、行程大小控制或位置保護等。行程大小控制或位置保護等。（三）接近開關和光電開關 非接觸式的、無觸點行程開關非接觸式的、無觸點行程開關 接近開關按其工作原理分：有高頻振蕩型、電容接近開關按其工作原理分：有高頻振蕩型、電容型、感應電橋型、永久磁鐵型、霍爾效應

20、型等，型、感應電橋型、永久磁鐵型、霍爾效應型等，其中高頻振蕩型最為常用其中高頻振蕩型最為常用 （二）接近開關 光電開關五、熔斷器 熔斷器是一種結構簡單、使用方便、價格低廉的熔斷器是一種結構簡單、使用方便、價格低廉的保護電器。常作為電路或用電設備的保護電器。常作為電路或用電設備的嚴重過載和嚴重過載和短路保護，短路保護，主要用作主要用作短路保護。短路保護。 熔斷器的熔斷器的熔體熔體串聯(lián)串聯(lián)在被保護電路中在被保護電路中。 熔斷器主要由熔體（俗稱保險絲）、安裝熔體的熔斷器主要由熔體（俗稱保險絲）、安裝熔體的熔座（或熔管）和支座三部分組成熔座（或熔管）和支座三部分組成。 熔斷器的特性可用通過熔體的電流和

21、熔斷時間的熔斷器的特性可用通過熔體的電流和熔斷時間的關系曲線來描述，它是一反時限特性曲線，電流關系曲線來描述，它是一反時限特性曲線，電流越大，熔體熔斷時間越短。這一特性又稱為熔斷越大，熔體熔斷時間越短。這一特性又稱為熔斷器的安秒特性。器的安秒特性。五、熔斷器五、熔斷器六、低壓斷路器 低壓斷路器又稱自動空氣開關或自動開關。它相低壓斷路器又稱自動空氣開關或自動開關。它相當于當于和欠電壓繼電器的組合，是一種既有手動開關作和欠電壓繼電器的組合，是一種既有手動開關作用又能自動進行用又能自動進行欠壓、失壓、過載和短路保護欠壓、失壓、過載和短路保護的的電器。電器。 低壓斷路器結構示意圖低壓斷路器結構示意圖1

22、1主觸點主觸點 22自由脫扣機構自由脫扣機構 33過電流脫扣器過電流脫扣器44分勵脫扣器分勵脫扣器 55熱脫扣器熱脫扣器 66失壓脫扣器失壓脫扣器 77按鈕按鈕六、低壓斷路器1.2基本電氣控制電路 電氣控制在生產(chǎn)，科學研究及其它各個領域的應用電氣控制在生產(chǎn)，科學研究及其它各個領域的應用十分廣泛，涉及面很廣。本節(jié)主要以電動機或其它執(zhí)十分廣泛，涉及面很廣。本節(jié)主要以電動機或其它執(zhí)行器為控制對象進行討論。行器為控制對象進行討論。 電氣控制系統(tǒng)：電氣控制系統(tǒng)：把各種有觸點的接觸器，繼電器，把各種有觸點的接觸器，繼電器，按鈕，行程開關等電氣元件，用導線按一定方式連接按鈕，行程開關等電氣元件，用導線按一定

23、方式連接起來組成電氣控制電路。起來組成電氣控制電路。電氣控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)對電電氣控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)對電力拖動系統(tǒng)的控制和過程控制。電氣控制系統(tǒng)也稱繼力拖動系統(tǒng)的控制和過程控制。電氣控制系統(tǒng)也稱繼電接觸器控制系統(tǒng)。電接觸器控制系統(tǒng)。 電氣控制電路多種多樣，千差萬別。但無論多復雜，電氣控制電路多種多樣，千差萬別。但無論多復雜，它們都是由一些比較簡單的基本電氣控制電路有機組它們都是由一些比較簡單的基本電氣控制電路有機組合而成的，因此掌握基本電氣控制電路，有助于我們合而成的，因此掌握基本電氣控制電路，有助于我們閱讀，分析，設計電氣控制電路的方法。閱讀，分析，設計電氣控制電路的方法。1.2.1 電氣控制圖

24、相關規(guī)定1 1）基本原則是按電路畫圖）基本原則是按電路畫圖 同一電路中串聯(lián)的各部件都展開地畫在一條線上。同一電路中串聯(lián)的各部件都展開地畫在一條線上。全部控制線路分為主回路、控制回路和輔助回路。全部控制線路分為主回路、控制回路和輔助回路。主回路主回路是電氣控制線路中大電流通過的部分，包括是電氣控制線路中大電流通過的部分，包括從電源到電機之間相連的電器元件，一般由從電源到電機之間相連的電器元件，一般由（QS,FU, FRQS,FU, FR的熱元件的熱元件(QF)KM(QF)KM主觸點和電動機）主觸點和電動機）接觸器和繼電器線圈等是小電流線路屬于接觸器和繼電器線圈等是小電流線路屬于控制回路控制回路；

25、其他如信號、保護、測量等也是小電流線路但屬于其他如信號、保護、測量等也是小電流線路但屬于輔助回路輔助回路。2 2）所有的主回路（或稱動力回路）在圖上都用粗線）所有的主回路（或稱動力回路）在圖上都用粗線畫出，并且一般都畫在圖紙的上方或畫出，并且一般都畫在圖紙的上方或左方左方?？刂坪汀？刂坪洼o助回路用細線表示，畫在同一張圖紙的下方或輔助回路用細線表示，畫在同一張圖紙的下方或右右方方。3 3）圖中各電器元件均應用）圖中各電器元件均應用國標規(guī)定的圖形符號和文國標規(guī)定的圖形符號和文字符號字符號 同一電器的各部件（如繼電器的線圈和觸點）可以同一電器的各部件（如繼電器的線圈和觸點）可以畫在不同的位置，但必須

26、采用相同的文字符號表示。畫在不同的位置，但必須采用相同的文字符號表示。為了區(qū)分同一電器的各觸點或同一類型的各電器，為了區(qū)分同一電器的各觸點或同一類型的各電器，可以用輔助符號或數(shù)字序號加以區(qū)別。可以用輔助符號或數(shù)字序號加以區(qū)別。4 4）線路圖中的所有觸點都按其）線路圖中的所有觸點都按其“正常正常”位位置畫出置畫出 所謂正常位置是指各電器在沒有通電或受外力作所謂正常位置是指各電器在沒有通電或受外力作用時的狀態(tài)。例如接觸器線圈未通電，主令控制用時的狀態(tài)。例如接觸器線圈未通電，主令控制器手柄在零位，按鈕未按下時的情況等。器手柄在零位，按鈕未按下時的情況等。 5 5）盡可能減少線條和避免線條交叉）盡可能

27、減少線條和避免線條交叉 各導線之間有電的聯(lián)系時，在導線的交點處畫一各導線之間有電的聯(lián)系時，在導線的交點處畫一個實心圓點。根據(jù)圖面布置的需要，可以將圖形個實心圓點。根據(jù)圖面布置的需要，可以將圖形符號旋轉符號旋轉9090度，但文字符號不可倒置。度，但文字符號不可倒置。異步電動機控制線路原理圖單向點動、自鎖“一按（點）就動，一一按（點）就動，一松（放）就停松（放）就停”的電的電路稱為點動控制電路。路稱為點動控制電路。點動控制電路常用于點動控制電路常用于調(diào)整機床，對刀操作調(diào)整機床，對刀操作等。因短時工作，電等。因短時工作，電路中不設熱繼電器路中不設熱繼電器 單向點動控制電路 單向自鎖控制電路 依靠接觸器自身輔助依靠接觸器自身輔助觸點而使其線圈保持觸點而使其線圈保持通電的現(xiàn)象稱為自鎖。通電的現(xiàn)象稱為自鎖。起自鎖作用的輔助觸起自鎖作用的輔助觸點，則稱為自鎖觸點點，則稱為自鎖觸點 單向自鎖控制電路 單向點動、自鎖混合電路（1）（2）2.電動機正反向運行控制電路接觸器接觸器KM1K