電控技術(shù)與傳感器基礎(chǔ)知識(shí)

電氣控制與傳感器基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)(TCL金能電池工程部?jī)?nèi)部培訓(xùn)教材)工程部:趙圣祥2015年6月1日一、常用電氣控制元件1.主令控制元件與低壓電氣元件主令控制元件為電氣控制電路的指令輸入元件，低壓電氣元件為電氣控制盤的電源給送/隔離元件，如：按鈕開關(guān)、旋鈕開關(guān)、急停開關(guān)、船型開關(guān)、鈕子開關(guān)、腳踏開關(guān)、行程開關(guān)、微動(dòng)開關(guān)、空氣斷路器、小型斷路器、漏電斷路器、交流接觸器、低壓熔斷器等。按鈕開關(guān)旋鈕開關(guān)急停開關(guān)船型開關(guān)鈕子開關(guān)腳踏開關(guān)行程開關(guān)微動(dòng)開關(guān)空氣斷路器

小型斷路器漏電斷路器交流接觸器熔斷器2.繼電器元件繼電器元件用于電氣控制電路中各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，如控制時(shí)序轉(zhuǎn)換、控制邏輯轉(zhuǎn)換、電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換、電路保護(hù)，包括：中間繼電器、延時(shí)繼電器、計(jì)數(shù)繼電器、熱過載繼電器、斷相/過壓/欠壓/相序保護(hù)繼電器、固態(tài)繼電器等。中間繼電器延時(shí)繼電器計(jì)數(shù)繼電器熱過載繼電器斷相/欠壓/相序保護(hù)繼電器固態(tài)繼電器3.傳感器元件傳感器元件是電氣控制中作為狀態(tài)檢測(cè)的元件，如流體壓力檢測(cè)、溫度檢測(cè)、露點(diǎn)檢測(cè)、稱重壓力檢測(cè)、機(jī)械位置檢測(cè)、物體有無檢測(cè)、距離檢測(cè)等，包括：真空壓力傳感器、溫度傳感器、露點(diǎn)傳感器、重力傳感器、接觸傳感器、接近傳感器、磁性感應(yīng)開關(guān)、光電傳感器、光纖傳感器：真空壓力傳感器流體壓力傳感器溫度傳感器露點(diǎn)傳感器重力傳感器接觸傳感器4.控制器元件控制器元件是在電氣控制中用于專業(yè)用途的元件，如溫度控制器、張力控制器、糾偏控制器、步進(jìn)/伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、可編程序控制器、人機(jī)界面等。溫度控制器張力控制器糾偏控制器步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器可編程序控制器人機(jī)界面接近傳感器磁性開關(guān)傳感器光電傳感器光纖傳感器二、電氣控制圖常用符號(hào)按鈕開關(guān)旋鈕開關(guān)急停開關(guān)行程開關(guān)交流接觸器熱繼電器接近開關(guān)隔離刀開關(guān)斷路器熔斷器漏電斷路器三、電氣控制常用電氣原理圖1.啟動(dòng)、保持、停止控制電氣原理圖。在工作中需要負(fù)載連續(xù)運(yùn)行就會(huì)用到啟動(dòng)、保持、停止電路。當(dāng)啟動(dòng)按鈕松開后接觸器KM通過其輔助觸點(diǎn)的閉合仍保持通電，從而保證電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行，這種依靠接觸器自身常開輔助觸點(diǎn)閉合而使接觸器線圈保持通電的控制方式稱為自鎖。起到自鎖作用的接觸器常開輔助觸點(diǎn)稱為自鎖觸點(diǎn)。

按壓?jiǎn)?dòng)按鈕SB2后接觸器KM通過停止按鈕SB1常閉觸點(diǎn)、SB2常開觸點(diǎn)ON、熱繼電器FR常閉觸點(diǎn)形成回路，接觸器KM閉合，回路通過KM常開輔助觸點(diǎn)ON形成自鎖保持，按壓SB1斷開通電回路，電路停止保持狀態(tài)。動(dòng)畫演示(需安裝AdobeFlash插件)2.正反轉(zhuǎn)控制電氣原理圖。在工作中需要電動(dòng)機(jī)正、反向兩種狀態(tài)運(yùn)行，就會(huì)用到正反轉(zhuǎn)控制電路。通過正、反轉(zhuǎn)接觸器KM1與KM2的倒相接法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的正、反向。實(shí)際上正、反轉(zhuǎn)控制是由兩組啟動(dòng)、保持、停止電路通過各自的啟動(dòng)按鈕(SB2/SB3)與接觸器(KM1/KM2)的常閉觸點(diǎn)互鎖控制實(shí)現(xiàn)的。

按壓KM1啟動(dòng)按鈕SB2后，接觸器KM1通過停止按鈕SB1常閉觸點(diǎn)、SB2常開觸點(diǎn)ON、熱繼電器FR常閉觸點(diǎn)、KM2及其啟動(dòng)按鈕SB3常閉觸點(diǎn)、形成回路，接觸器KM1閉合，回路通過KM1常開輔助觸點(diǎn)ON形成自鎖保持，電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，按壓SB1斷開通電回路，KM1電路停止保持狀態(tài)，正、反向通過自身輔助觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖，確保不會(huì)同時(shí)運(yùn)行。反向運(yùn)轉(zhuǎn)控制與正向運(yùn)轉(zhuǎn)控制過程相同，不詳述。動(dòng)畫演示(需安裝AdobeFlash插件)3.多地點(diǎn)控制電氣原理圖。在工作中需要在多個(gè)地點(diǎn)控制同一個(gè)負(fù)載的運(yùn)行就會(huì)用到多地點(diǎn)控制電路。多地點(diǎn)控制原理與啟動(dòng)、保持、停止控制電路相同，通過多個(gè)啟動(dòng)觸點(diǎn)并聯(lián)與多個(gè)停止觸點(diǎn)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)多地點(diǎn)控制同一個(gè)負(fù)載運(yùn)行。SB2、SB3、SB4為分布在多地點(diǎn)的啟動(dòng)按鈕，SB5、SB6、SB7為分布在多地點(diǎn)的停止按鈕，按壓任一啟動(dòng)按鈕后，接觸器KM通過停止按鈕SB5、SB6、SB7串聯(lián)的常閉觸點(diǎn)、按壓的啟動(dòng)按鈕常開觸點(diǎn)ON、熱繼電器FR常閉觸點(diǎn)形成回路，接觸器KM閉合，回路通過KM常開輔助觸點(diǎn)ON形成自鎖保持，按壓任一停止按鈕斷開通電回路，電路停止保持狀態(tài)。動(dòng)畫演示(需安裝AdobeFlash插件)4.順序啟動(dòng)控制電氣原理圖。在工作中如果有多個(gè)負(fù)載需要按照一定的順序先后運(yùn)行就要用到順序啟動(dòng)控制電路。順序啟動(dòng)是利用邏輯先負(fù)載的觸發(fā)結(jié)果作為邏輯后負(fù)載的啟動(dòng)條件，按照邏輯順序依次啟動(dòng)負(fù)載。順序啟動(dòng)實(shí)際上是由分邏輯先后的兩個(gè)啟動(dòng)、保持、停止電路嵌套組成的，邏輯先負(fù)載啟動(dòng)后為邏輯后電路提供電源。SB2啟動(dòng)后接觸器KM1通過停止按鈕SB1常閉觸點(diǎn)、SB2常開觸點(diǎn)ON、熱繼電器FR1常閉觸點(diǎn)形成回路，接觸器KM1閉合，回路通過KM1常開輔助觸點(diǎn)ON形成自鎖保持，同時(shí)為KM2啟動(dòng)提供電源，實(shí)現(xiàn)KM1與KM2的順序啟動(dòng)，KM2啟動(dòng)原理與KM1啟動(dòng)相同，不詳述。動(dòng)畫演示(需安裝AdobeFlash插件)5.自動(dòng)往、返控制電氣原理圖。

自動(dòng)往、返控制實(shí)際上是正、反轉(zhuǎn)控制電路與多地點(diǎn)控制電路的組合應(yīng)用方案，由運(yùn)行工作臺(tái)的行程開關(guān)作為多地點(diǎn)控制的啟動(dòng)、停止開關(guān)在正、反向電路中互鎖控制，手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)與行程啟動(dòng)開關(guān)并聯(lián)，手動(dòng)停止開關(guān)與行程停止開關(guān)串聯(lián)，正、反向運(yùn)行啟動(dòng)的常閉輔助觸點(diǎn)作為對(duì)方回路的停止條件。

按壓SB1后KM1通過停止按鈕SB3常閉觸點(diǎn)、SB1常開觸點(diǎn)ON、熱繼電器FR常閉觸點(diǎn)、KM2及其啟動(dòng)按鈕SB2常閉觸點(diǎn)、平臺(tái)左移行程與極限行程開關(guān)SQ1與SQ3常閉觸點(diǎn)形成回路，接觸器KM1閉合，回路通過KM1常開輔助觸點(diǎn)ON形成自鎖保持平臺(tái)左移，平臺(tái)觸動(dòng)左限行程開關(guān)SQ1后回路斷開左移停止，同時(shí)SQ1常開觸點(diǎn)閉合觸發(fā)平臺(tái)右行電路，平臺(tái)右行控制原理與左行相同，不詳述。動(dòng)畫演示(需安裝AdobeFlash插件)大功率的電動(dòng)機(jī)一般采用三角形接法以得到較星形接法更大的線電壓與線電流，獲得更大的運(yùn)行功率，但是由于三角形接法的線電流為相電流的√3倍，在啟動(dòng)時(shí)造成了電網(wǎng)電壓的較大波動(dòng)，這就用到了星三角啟動(dòng)控制電路。星三角啟動(dòng)控制電路實(shí)際上就是順序啟動(dòng)控制電路的實(shí)際應(yīng)用，由兩個(gè)啟動(dòng)、保持、停止電路嵌套組成。SB1啟動(dòng)后接觸器KM1通過停止按鈕SB3常閉觸點(diǎn)、SB1常開觸點(diǎn)ON、熱繼電器FR常閉觸點(diǎn)形成回路，接觸器KM1閉合，回路通過KM1常開輔助觸點(diǎn)ON形成自鎖保持，同時(shí)為KT計(jì)時(shí)以及KM2與KM3啟動(dòng)提供電源，KM2通過KM1閉合獲得電源經(jīng)KM3常閉觸點(diǎn)、KT延時(shí)斷觸點(diǎn)形成回路閉合接通星形接法中性引出線，同時(shí)KT通過KM1閉合獲得電源經(jīng)KM3常閉觸點(diǎn)形成回路開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束完成星形啟動(dòng)，KT常開觸點(diǎn)閉合觸發(fā)三角接法接觸器KM3回路后KM3常閉觸點(diǎn)斷開，KM2與時(shí)間繼電器KT失電斷開完成星三角啟動(dòng)。6.星三角啟動(dòng)控制電氣原理圖。動(dòng)畫演示(需安裝AdobeFlash插件)四、可編程序控制器PLC(ProgrammableLogicController)1.可編程控制器概述可編程控制器：簡(jiǎn)稱PLC(ProgrammableLogicController)，是一種工業(yè)控制裝置?？蓪?shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，高檔PLC產(chǎn)品具有數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、模擬量控制、聯(lián)網(wǎng)通信等功能。2.常用主流品牌PLC三菱、松下、西門子、歐姆龍、基恩士、橫河電機(jī)、臺(tái)達(dá)、信捷等主流品牌。3.可編程控制器的編程語言梯形圖語言（LD）類似于傳統(tǒng)機(jī)電控制電路原理圖，符合傳統(tǒng)機(jī)電控制電路讀圖習(xí)慣，易于學(xué)習(xí)者快速理解與掌握。指令表語言（IL）與匯編語言類似的一種助記符編程語言，由操作碼和操作數(shù)組成，與梯形圖語言對(duì)應(yīng)可相互轉(zhuǎn)換。順序功能流程圖語言（SFC）是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計(jì)的編程語言，利用轉(zhuǎn)移條件觸發(fā)順序流程的轉(zhuǎn)換。功能模塊語言（FBD）與數(shù)字邏輯電路類似的一種編程語言，采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能。結(jié)構(gòu)文本化語言（ST）類似于高級(jí)語言的一種編程語言，采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系，需要一定的計(jì)算機(jī)高級(jí)語言編程能力。4.可編程控制器的硬件組成結(jié)構(gòu)基本單元內(nèi)部組成部分是構(gòu)成PLC的最小系統(tǒng)，包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)（CPU）、系統(tǒng)存儲(chǔ)器（EPROM）、程序存儲(chǔ)器（RAM）、暫存器（RAM）及后備電池、I/O接口單元、電源、I/O擴(kuò)展接口、外設(shè)接口。

外設(shè)部分包括：編程器、上位計(jì)算機(jī)、圖形顯示器、打印機(jī)、EPROM寫入器等。5.可編程控制器輸入、輸出接口電路開關(guān)量輸入接口電路直流方式輸入電路交流方式輸入電路輸出接口電路繼電器型輸出電路晶閘管型輸出電路晶體管型輸出電路（源型）晶體管型輸出電路（漏型）源型和漏型是以輸出點(diǎn)的電流方向來定義的，電流從輸出點(diǎn)往外流的就是源型，就是所說的拉電流，反之就是漏型，也叫灌電流。源型的COM端接的是電源正極，漏型的COM端接的是電源負(fù)極。輸出接口電路6.可編程控制器工作原理PLC的基本工作原理可總結(jié)為:“循環(huán)掃描、集中采樣、順序執(zhí)行、集中輸出”的工作方式。每次掃描過程，集中采集輸入信號(hào)，集中對(duì)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行輸出刷新。輸入刷新后輸入端口關(guān)閉，程序在執(zhí)行階段即使輸入端有新狀態(tài)也不能被讀入，只有程序進(jìn)行下一周期掃描時(shí)新狀態(tài)才被讀入。一個(gè)掃描周期分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段。輸出映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序執(zhí)行結(jié)果的變化而變化的。掃描周期的長(zhǎng)短由CPU的運(yùn)算速度、指令本身占有的時(shí)間、程序指令條數(shù)決定。由于采用集中采樣、集中輸出的工作方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。掃描周期是PLC的重要性能指標(biāo)。五、傳統(tǒng)電氣控制應(yīng)用PLC控制示例1.PLC啟動(dòng)、保持、停止應(yīng)用示例此示例是傳統(tǒng)電氣控制啟動(dòng)、保持、停止控制電路的PLC梯形圖指令等效電路。梯形圖對(duì)應(yīng)語句表：LDX1ORY1ANIX2OUTY1END動(dòng)畫演示(需安裝AdobeFlash插件)2.PLC正反轉(zhuǎn)控制應(yīng)用示例此示例是傳統(tǒng)電氣控制正、反轉(zhuǎn)控制電路的PLC梯形圖指令等效電路。梯形圖對(duì)應(yīng)語句表：LDX0ORY1ANIX2ANIX1ANIY2OUTY1LDX1ORY2ANIX2ANIX0ANIY1OUTY2END動(dòng)畫演示(需安裝AdobeFlash插件)3.PLC順序啟動(dòng)控制應(yīng)用示例此示例是傳統(tǒng)電氣控制順序啟動(dòng)控制電路的PLC梯形圖指令等效電路。梯形圖對(duì)應(yīng)語句表：LDX0ORY1ANIX1OUTY1ANDX2ORY2ANIX3OUTY2ANDX4ORY3ANIX5OUTY3END動(dòng)畫演示(需安裝AdobeFlash插件)六、必須掌握的幾個(gè)基礎(chǔ)定律與計(jì)算公式歐姆定律：在同一電路中通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比，即U=IR。并聯(lián)電阻：總電阻的倒數(shù)等于各分電阻的倒數(shù)之和，即1/R=1/R1＋1/R2＋……1/Rn，并聯(lián)阻值R=R1R2/(R1+R2)。串聯(lián)電阻：串聯(lián)電阻的阻值等于各分電阻值之和，即R=R1＋R2＋……Rn。全電路歐姆定律：閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比，即E=IR＋I(xiàn)r。因?yàn)椴⒙?lián)電阻兩端的電壓相同，根據(jù)歐姆定律可求出各并聯(lián)支路的分支電流為I1=U/R1，I2=U/R2，I3=U/R3。

由于電路中總電流等于各分支電流的總和，則I=I1＋I(xiàn)2＋I(xiàn)3，即U/R=U/RI＋U/R2＋U/R3。

由于R阻值為R1、R2、R3