電氣控制系統(tǒng)

1、電氣控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究以及其他各個領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，已經(jīng)成為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的重要技術(shù)手段。盡管電氣控制系統(tǒng)種類繁多，功能各異，但其控制原理、基本線路、設(shè)計基礎(chǔ)都是類似的。本章主要介紹一些電氣控制系統(tǒng)中常用的低壓電器、三相異步電動機(jī)的基本控制環(huán)節(jié)和基本控制原則、閱讀控制線路原理圖的方法以及可編程邏輯控制器PLC的基本使用方法。低壓電器是組成各種電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)配套組件，它的正確使用是低壓電力系統(tǒng)可靠運行、安全用電的基礎(chǔ)和重要保證。本節(jié)主要介紹常用低壓電器的結(jié)構(gòu)、工作原理、用途及其圖形符號和文字符號，為正確選擇和合理使用這些電器進(jìn)行繼電接觸控制系統(tǒng)設(shè)計打下基礎(chǔ)。一、組合開關(guān)組合開

2、關(guān)實質(zhì)上也是一種刀開關(guān)，但它的刀片是轉(zhuǎn)動式的，操作比較輕巧。組合開關(guān)的動觸點和靜觸點裝在封閉的絕緣件內(nèi)，采用疊裝結(jié)構(gòu)，疊裝的層數(shù)由動觸點的數(shù)目決定，動觸點裝在操作手柄的轉(zhuǎn)軸上，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而改變各對動觸點靜觸點的通斷狀態(tài)。組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)和圖形文字符號如圖8-1所示：圖8-1 組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)和圖形文字符號組合開關(guān)的主要參數(shù)有額定電壓、額定電流、極數(shù)等。其中額定電流有10A、25A、60A等幾個等級。常見產(chǎn)品有HZ5、HZ10系列。組合開關(guān)常用作機(jī)床電氣控制線路的電源引入開關(guān)，也可以直接起動電壓在380V、額定功率在5.5kW及以下的小容量的籠型異步電動機(jī)。二、按鈕開關(guān)按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛的

3、低壓電器，在繼電接觸控制系統(tǒng)中用于手動發(fā)出控制信號，其典型結(jié)構(gòu)如圖8-2所示，它由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸點和外殼等組成。通常，我們將未受外力作用或線圈未通電時斷開的觸點稱為常開觸點（動合觸點），情況相反的觸點稱為常閉觸點（動斷觸點）。按用途和結(jié)構(gòu)不同，按鈕可分為起動按鈕、停止按鈕和符合按鈕等。起動按鈕帶有常開觸點，當(dāng)手指按下按鈕帽時，按鈕的常開觸點閉合；手指松開，常開觸點斷開。停止按鈕帶有常閉觸點，當(dāng)手指按下按鈕帽時，按鈕的常閉觸點斷開；手指松開，常閉觸點閉合。復(fù)合按鈕帶有常開和常閉兩種觸點，當(dāng)手指按下按鈕帽時，先斷開按鈕的常閉觸點再閉合其常開觸點；手指松開，先斷開已閉合的常開觸點再閉合已斷

4、開的常閉觸點。為便于識別各個按鈕的作用，避免誤動作，通常在按鈕帽上做出不同的標(biāo)記或涂上不同的顏色，一般紅色表示停止按鈕，綠色表示起動按鈕。按鈕的圖形文字符號如圖8-3所示。 常閉按鈕 常開按鈕圖8-3 按鈕的圖形文字符號 圖8-2 按鈕典型結(jié)構(gòu) 三、熔斷器熔斷器是最簡單和最常用的保護(hù)電器，廣泛應(yīng)用于供電線路和電氣設(shè)備的短路保護(hù)中。熔斷器由熔體（俗稱保險絲）和安裝熔體的絕緣管或絕緣座等部分組成。熔體是熔斷器的核心，通常由低熔點的鉛錫合金、鋅、銅、銀的絲狀或片狀材料制成。使用時應(yīng)將熔斷器串接于被保護(hù)電路中，電路正常工作時，熔體不應(yīng)熔斷；當(dāng)電路發(fā)生故障從而導(dǎo)致通過熔斷器的電流超過一定數(shù)值，導(dǎo)致電流在

5、熔體上產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而保護(hù)電路和用電設(shè)備。1.熔斷器的主要技術(shù)指標(biāo) 額定電壓指熔斷器在長期工作時以及在斷開后能承受的電壓。 額定電流指熔斷器長期工作時，設(shè)備部件溫升不超過規(guī)定值時所能承受的電流。這里需要注意區(qū)分熔斷器的額定電流和熔斷器中熔體的額定電流。通常生產(chǎn)廠家為了減少熔斷器額定電流的規(guī)格，其額定電流等級較少，而熔斷器熔體的額定電流等級較多。因此在實際使用中可以在一個額定電流等級的熔斷器的絕緣管中安裝不同額定電流等級的熔體，但熔體的額定電流最大不能超過熔斷器的額定電流。2. 熔斷器的選擇要使熔斷器在電路中真正能起到對電路和用電設(shè)備的保護(hù)作用，必須正確選擇熔斷器。熔斷器的額定電壓、額

6、定電流和熔體額定電流的選擇熔斷器的額定電壓、額定電流的選擇依據(jù)較為簡單，可按照以下兩條原則進(jìn)行選擇： 熔斷器的額定電壓應(yīng)大于或等于實際電路的工作電壓熔斷器的額定電流應(yīng)大于或等于所裝熔體的額定電流熔體選擇的原則：對于照明、電熱設(shè)備等電阻性負(fù)載，熔體的額定電流應(yīng)大于或等于電路的額定工作電流。對于單臺異步電動機(jī)，考慮電動機(jī)起動時起動電流較大的影響，熔體的額定電流按下式計算：對于保護(hù)多臺異步電動機(jī)的熔斷器的熔體，若各臺電動機(jī)不同時起動，則應(yīng)按下式計算：式中為容量最大一臺的電動機(jī)的額定電流，為其余電動機(jī)額定電流的總和。為防止發(fā)生越級熔斷，上、下級熔斷器的熔體應(yīng)有良好的協(xié)調(diào)配置，通常應(yīng)使上級熔斷器的熔體額

7、定電流比下一級大12個級差。熔斷器的圖形、文字符號如圖8-4所示。熔斷器的圖形、文字符號四、接觸器交流接觸器是一種用于頻繁接通或斷開交直流主電路、大容量控制電路等大電流電路的自動切換電器，主要用于控制電動機(jī)、電熱設(shè)備、電焊機(jī)、電容器組等，是電力拖動自動控制線路中應(yīng)用最為廣泛的電器元件。接觸器主要包括電磁系統(tǒng)（靜鐵心、動鐵心、線圈）、觸點系統(tǒng)和滅弧裝置部分。按照用途不同，接觸器的觸點分主觸點和輔助觸點兩種。主觸點用來切換大電流電路；輔助觸點只能用來切換小電流電路。按照主觸點控制的電路中電流種類分類，接觸器有直流接觸器和交流接觸器。1.交流接觸器交流接觸器用于控制電壓至380V、電流至600A的5

8、0Hz交流電路。其鐵心為雙E型，由硅鋼片疊壓而成。線圈套在靜鐵心上，接于控制電路中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖856所示。圖8-5 交流接觸器內(nèi)部結(jié)構(gòu)交流接觸器工作原理如下：當(dāng)線圈所加電壓達(dá)到其額定電壓85以上時，鐵心產(chǎn)生足夠的磁通，該磁通對動鐵心產(chǎn)生克服復(fù)位彈簧拉力的電磁吸力將動鐵心可靠吸合，通過絕緣桿使固定于動鐵心上的動觸點動作，于是交流接觸器的主觸點閉合從而接通主電路；同時常開輔助觸點閉合，常閉輔助觸點斷開，使與之相連的控制電路接通或者斷開。當(dāng)線圈中的電壓下降到某一數(shù)值時，電磁力減小到不足以克服復(fù)位彈簧的拉力，動鐵心就在復(fù)位彈簧的拉力作用下復(fù)位，使得主觸點和輔助觸點的常開觸點斷開，常閉觸點閉合。接觸器

9、的觸頭用于分?jǐn)嗷蚪油娐贰＝涣鹘佑|器一般有3對主觸點、2對輔助觸點。主觸點用于接通或斷開主電路，主觸點和輔助觸點一般采用雙斷點的橋式觸點，電路的接通和斷開由兩個斷點共同完成。由于這種雙斷點的橋式觸點具有電動力吹弧能力，所以10A以下的交流接觸器一般沒有滅弧裝置，而10A以上的交流接觸器則采用柵片滅弧罩滅弧。交流接觸器的圖形、文字符號如圖8-6所示。交流接觸器的圖形、文字符號.直流接觸器主要用于電壓440V、電流600A以下的直流電路，其結(jié)構(gòu)與工作原理基本上與交流接觸器相同。所不同的是除觸點電流和線圈電壓均為直流外，其主觸點大都采用可滾動接觸的指型觸點，輔助觸點采用點接觸的橋型觸點。鐵心由整塊鋼

10、或鑄鐵制成，線圈制成長而薄的圓筒形。3.接觸器的主要技術(shù)指標(biāo) 額定電壓接觸器銘牌上的額定電壓是指主觸點的額定電壓，交流有127V、220V、380V等等級；直流有110V、220V、440V等等級。 額定電流接觸器銘牌上的額定電流是指主觸點的額定電流。有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。 線圈額定電壓交流有36V、110V、127V、220V、380V；直流有24V、48V、220V、440V。 額定操作頻率額定操作頻率指接觸器每小時操作的次數(shù)。五、熱繼電器熱繼電器是應(yīng)用電流熱效應(yīng)得原理制成的，用來作為電動機(jī)的過載保護(hù)電器。電動機(jī)在實際運行

11、中，常常遇到過載的情況。若過載電流不太大且過載時間較短，電動機(jī)繞組的溫度就不會超過允許溫升，這種過載是允許的。但若過載的時間長、電流大，電動機(jī)繞組的溫度就會超過允許溫升使得電動機(jī)繞組絕緣老化，從而縮短電動機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時甚至燒毀電動機(jī)繞組，因而這種過載是不能接受的。熱繼電器就是應(yīng)用電流熱效應(yīng)原理，當(dāng)電動機(jī)過載時切斷電路，保護(hù)電動機(jī)。另外，熱繼電器可以根據(jù)過載電流的大小自動調(diào)整動作時間，具有反時限保護(hù)特性。熱繼電器的結(jié)構(gòu)如圖8-7所示。熱繼電器結(jié)構(gòu)熱繼電器工作原理如下所示：熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和常閉觸點三部分組成。熱元件繞在雙金屬片（由兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬壓制而成）上，串接與電

12、動機(jī)定子電路中，其常閉觸點串接與電動機(jī)的控制電路中。當(dāng)電動機(jī)工作時，熱元件中有電流通過，因而使得熱元件發(fā)熱，熱元件產(chǎn)生的熱量使得雙金屬片發(fā)生彎曲。當(dāng)點擊正常工作時，雙金屬片的彎曲程度不足以使熱繼電器動作。當(dāng)電動機(jī)過載時，熱元件中的電流增大，加上時間效應(yīng)，會使得雙金屬片接受的熱量大大增加，因而彎曲程度加大，足以推動導(dǎo)板，通過動作機(jī)構(gòu)使得常閉觸點斷開，控制電路斷開，接觸器線圈失電，常閉主觸點斷開，電動機(jī)脫離電源，從而起到過載保護(hù)的作用。使用熱繼電器時，要調(diào)整整定機(jī)構(gòu)，使熱繼電器的整定電流等于電動機(jī)的額定電流。這樣，電動機(jī)額定工作時，熱繼電器不動作；當(dāng)電動機(jī)過載，電流為整定電流的1.2倍時，熱繼電器

13、將在20分鐘內(nèi)動作；當(dāng)過載電流為整定電流的1.5倍時，熱繼電器將在2分鐘內(nèi)動作。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，由于熱慣性，熱繼電器不能做短路保護(hù)。六、自動空氣斷路器自動空氣斷路器又稱自動空氣開關(guān)，可用來分配電能，也可用于非頻繁的起動異步電動機(jī)，對電源線路及電動機(jī)等實行保護(hù)。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的過載或短路及欠電壓等故障是能自動切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器與過流、欠壓、熱繼電器等的組合。自動空氣斷路器的結(jié)構(gòu)原理如圖8-8所示，主要由觸頭、滅弧系統(tǒng)、各種脫扣和操作機(jī)構(gòu)組成。圖8-8 自動空氣斷路器手工合閘后，動、靜觸點閉合，脫扣聯(lián)桿9被鎖扣7的鎖鉤鉤住，它又將合閘聯(lián)桿5鉤住，將觸點保持在閉合狀態(tài)。熱元件14與主電路串聯(lián)

14、，有電流流過時將產(chǎn)生熱量，從而使得熱脫扣器6的下端向左彎曲；當(dāng)電路過載時，熱脫扣器6的彎曲程度大大增加，從而將脫扣鎖鉤推離脫扣聯(lián)桿9，從而松開合閘聯(lián)桿5，于是動、靜觸點10、11受脫扣彈簧3的作用迅速分開。電磁脫扣器8有一個匝數(shù)很少的線圈和主電路串聯(lián)。當(dāng)發(fā)生短路時，它使鐵心脫扣器上部的吸力大于彈簧的反作用力，脫扣鎖鉤向左轉(zhuǎn)動，最后也使觸點斷開。當(dāng)需要手動脫扣時，按下手動脫扣按鈕2就使得觸點斷開。七行程開關(guān)圖形、文字符號第二節(jié)可編程控制器可編程控制器（Programmable logic controller，簡稱為PLC）是在繼電器控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，以微處理器為核心，將自

15、動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、 通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、通用性強(qiáng)、易于編程、使用方便等優(yōu)點，已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)的核心部件，常用于開關(guān)邏輯控制、閉環(huán)過程控制、機(jī)械加工中的數(shù)字控制等領(lǐng)域，與機(jī)器人、 CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)稱為并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的三大支柱。一、PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但其結(jié)構(gòu)和工作模式則大同小異，主要由CPU模塊、輸入/輸出接口單元、編程器和電源四大部分組成，如圖8-13所示。圖8-13 PLC結(jié)構(gòu)框圖二、PLC的工作原理三、三菱FX2N系列PLC小車可在甲、乙兩地分別起動，且在甲、乙兩地停留時間均為1min。

16、在甲地起動時小車停車等待裝料，然后自動駛向乙地，到達(dá)乙地后停車1min等待卸料，然后返回甲地；車從乙地起動時，小車等待1min等待卸料，然后自動駛向甲地，在甲地停車1min等待裝料，然后駛向乙地，循環(huán)往復(fù)。在運行過程中，小車可在任意位置手動停車，再次起動后，小車重復(fù)原來的運動。X000 停止Y000 從甲地到乙地X001 甲地啟動Y001 從乙地到甲地X002 乙地啟動Y002 從甲到乙的指示燈X003 乙地行程開關(guān)Y003 從乙到甲的指示燈X004 甲地行程開關(guān)當(dāng)小車處于甲地時，按下啟動按鈕X001閉合Y000線圈得電小車向乙地前進(jìn)，同時其常開觸點閉合，實現(xiàn)自鎖Y002線圈得電由甲到乙指示燈亮當(dāng)小車行駛到乙地時，撞擊安裝在乙地的行程開關(guān)（1）X003常閉觸點斷開Y000線圈失電小車停止前進(jìn)，Y002線圈失電由甲到乙指示燈滅（2）X003常開觸點閉合定時器T1開始計時，定時時間為100ms600=60s。定時時間到，T1常開觸點閉合Y001線圈得電小車向甲地前進(jìn)，同時其常開觸點閉合，實現(xiàn)自鎖Y003線圈得電由乙到甲指示燈亮當(dāng)小車行駛到甲地時，撞擊安裝在甲地的行程開關(guān)（1）X004常閉觸點斷開Y001線圈失電小車停止前進(jìn)Y003線圈失電由甲到乙指示燈滅（2）X004常開觸點閉合定時器T2開始計時，定時時間為100ms600=60s。定時時間到，