第1章-可編程控制器的基礎知識

主編祝紅芳

人民郵電出版社高等職業(yè)教化機電系列教材

可編程限制器應用技術

第1章

可編程限制器的基礎學問

教學目的和要求通過本章學習，使學生了解幾種常用的低壓限制電器和愛護電器，駕馭三相異步電動機的繼電接觸器典型限制電路,以及按行程、時間等常用限制方式構(gòu)成的限制電路，它們是分析和構(gòu)成更為困難的限制電路的基礎。授課重點本章重點是駕馭常用的電機限制基本電路。1.1常用低壓限制電器1.2繼電接觸器限制電路1.3典型機床限制線路舉例本章小結(jié)1.1常用低壓限制電器1.1.1刀開關1.1.2組合開關1.1.3按鈕1.1.4熔斷器1.1.5溝通接觸器1.1.6熱繼電器1.1.7時間繼電器1.1.8行程開關1.1.9自動空氣開關1.1.10中間繼電器電器:對電動機和生產(chǎn)機械實現(xiàn)限制和愛護的電工設備。電器按其工作電壓可分為低壓電器：用于溝通1200V以下、直流1500V以下的電路中起通斷、愛護、限制或調(diào)整作用的電器產(chǎn)品。高壓電器：用于溝通1200V以上、直流1500V以上的電器產(chǎn)品。電器按操作方式可分為：手動電器：刀開關、組合開關及按鈕等。自動電器：接觸器、繼電器、熔斷器和行程開關等。電器按用途可分為：低壓配電電器：刀開關、低壓斷路器、熔斷器等。低壓限制電器：接觸器、繼電器、限制器、按鈕等。

作用：主要起隔離電源的作用，或用于手控不頻繁地接通或斷開帶負載的電路。組成：它由閘刀(動觸片)、刀座(靜觸片)、絕緣底板和膠蓋等部分組成。如圖1-1。

常用的閘刀開關有HK1、HK2系列。

1.1.1刀開關靜觸片動觸片瓷質(zhì)底板下膠蓋

上膠蓋

圖1-1刀開關外形圖及符號：1.1.2組合開關作用：常用來作為電源的引入開關，也用來限制小型籠式異步電動機起動、停止、正反轉(zhuǎn)及局部照明。組成：由若干對動觸片和靜觸片，分別裝于數(shù)層由絕緣材料隔開的膠木盒內(nèi)。常用的組合開關是HZ10系列，額定電壓為溝通380V，直流220V，額定電流有10A、25A、60A及100A等多級。

1.手柄2.轉(zhuǎn)軸3.彈簧4.凸輪5.絕緣桿6.絕緣墊板7.動觸片8.靜觸片9.接線柱

圖1-2組合開關外形圖、結(jié)構(gòu)示意圖及符號：

L1L2L3UVW作用：通常用來接通或斷開電流很小的限制電路，從而限制電動機或其它電氣設備的運行。組成：它有兩對靜觸點和一對動觸點，動觸點的兩個觸點之間是導通的，另外還有按鈕帽、復位彈簧等部件。動合觸點（也叫常開觸點）是指按鈕未被按下時就是斷開的觸點，動斷觸點（也叫常閉觸點）是指按鈕未被按下時就是閉合的觸點。1.1.3按鈕

圖1-3按鈕外形圖、原理圖及符號：常用的按鈕為LA系列，額定電壓溝通為500V，直流為440V，額定電流一般為5A。由兩個按鈕組合在一起叫雙聯(lián)按鈕。常開按鈕常閉按鈕作用：最常用的短路愛護電器。組成：它主要由熔體（熔片或熔絲）和熔管組成。常用的低壓熔斷器有RC1A型插入式、RL1型螺旋式、RM10型無填料封閉管式、RT0型有填料管式以及RLS型螺旋式快速熔斷器。插入式與螺旋式的結(jié)構(gòu)分別如圖(a)、(b)所示,圖(c)是熔斷器的符號。1.1.4熔斷器

圖1-4熔斷器外形圖及符號：

熔體額定電流的選擇：（1）照明和電熱負載沒有電流的沖擊，因此所選熔體的額定電流應等于或稍大于被愛護設備的額定電流。此時熔斷器兼有短路和嚴峻過載愛護功能。（2）單臺電動機用熔體的額定電流：熔體額定電流≥電動機起動電流/KK為閱歷系數(shù)，通常取K=2.5，若電動機起動頻繁，則取K=2。（3）多臺電動機合用的熔斷器的選擇熔體額定電流=（1.5~2.5）最大容量電動機的額定電流+其余電動機的額定電流之和愛護具有沖擊電流負載的熔斷器只具有短路愛護功能。作用：通常用于接通或切斷電動機或其它負載電路。組成及工作原理：溝通接觸器主要由電磁鐵和觸點組成。電磁鐵包括線圈、靜鐵心和動鐵心，當線圈通電，產(chǎn)生電磁吸力，將動鐵心吸合，并帶動觸點運動，使常閉觸點先斷開，常開觸點后閉合。當線圈斷電時，磁力消逝，各觸點又復原到原來的位置，其常開觸點先斷開，常閉觸點后斷開。1.1.5溝通接觸器圖1-5溝通接觸器主要結(jié)構(gòu)圖及符號：

線圈

主觸點

常開輔助觸點

常閉輔助觸點

CJ10和CJ20系列的溝通接觸器電磁線圈的額定電壓有36V、110V、127V、220V、380V等，主觸點的額定電流有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A等。作用：常用來作為電動機的過載愛護。圖1-6熱繼電器的原理結(jié)構(gòu)圖和符號:熱元件常閉觸點1.推桿2.雙金屬片3.熱元件4.導板5.常閉觸點6.復位按鈕7.調(diào)整旋鈕FRFR1.1.6熱繼電器熱繼電器的工件原理：熱繼電器的熱元件串接在主電路中，常閉觸點接在限制電路中。當電動機過載后，通過熱元件的電流增加，經(jīng)過預定的時間，熱元件溫度上升，雙金屬片受熱而彎曲幅度增大，熱繼電器脫扣，即常閉觸點斷開，通過有關限制電路和限制電器的動作，切斷電動機的電源而起到愛護作用。作用：時間繼電器是一種接受限制信號后,它的觸點能夠延時動作的自動限制電器,主要用在須要時間依次進行限制的電路中。組成：通電延時空氣式時間繼電器主要由電磁系統(tǒng)、微動開關、空氣室和傳動機構(gòu)組成。時間繼電器有空氣式、電磁式及電子式等種類。在繼電接觸限制電路中用得較多的是空氣式時間斷電器，它是利用空氣的阻尼作用獲得動作延時，分為通電延時和斷電延時兩種。1.1.7時間繼電器圖1-7

時間繼電器的原理結(jié)構(gòu)圖:1.線圈2.鐵心（靜鐵心）3.銜鐵(動鐵心)4.復位彈簧5.推板6.活塞桿7.杠桿8.塔形彈簧9.弱彈簧10.橡皮膜11.空氣室壁12.活塞13.調(diào)整螺桿14.進氣孔15.微動開關16.微動開關

圖1-8時間繼電器的符號:1.1.8行程開關作用：行程開關也叫位置開關，它是依據(jù)生產(chǎn)機械運行部件的位置進行動作的電器。在繼電接觸限制系統(tǒng)中，行程開關被廣泛用來實現(xiàn)自動往復運動限制和終端愛護限制等。分類與組成：行程開關有單滾輪式、雙滾輪式和推桿式等種類，它有一對常開觸點和一對常閉觸點，其結(jié)構(gòu)和動作原理與雙聯(lián)按鈕相像，不同的是行程開關是利用裝在運動部件上的撞塊自動撞動的，故行程開關屬于自動電器。滾輪推桿圖1-9行程開關的外形圖、結(jié)構(gòu)圖及符號:(a)外形圖(b)推桿式結(jié)構(gòu)圖(c)符號ST常開觸點ST常閉觸點推桿恢復彈簧靜觸點動觸點常用的行程開關有LX19、LXK2等系列。作用：自動空氣開關又稱自動空氣斷路器，簡稱自動開關，是低壓電路中廣泛應用的一種限制愛護電器。它具有短路、過載和欠壓等多種愛護。組成：主要有觸點系統(tǒng)、機械傳動機構(gòu)和愛護裝置等。自動空氣開關分為DZ和DW兩大系列。1.1.9自動空氣開關

圖1-10

自動開關原理結(jié)構(gòu)圖及符號:過流脫扣器主觸點自由脫扣機構(gòu)欠壓脫扣器L1L2L3熱脫扣器Q1.1.10中間繼電器作用：作為中間環(huán)節(jié)傳遞與轉(zhuǎn)換信號，或同時限制多個電路，對小容量電動機（額定電流小于5A）也可代替接觸器作接通和切斷電源用。組成與工作原理：中間繼電器的結(jié)構(gòu)和動作原理與溝通接觸器相像，也是由電磁鐵和觸點系統(tǒng)組成，區(qū)分是其容量小些，觸點數(shù)多些（可多達8對），觸點無主、輔之分。圖1-11

JZ7系列中間繼電器的外形結(jié)構(gòu)圖和符號：

線圈常開觸點常閉觸點選用中間繼電器時，主要是依據(jù)限制電路的電壓和對觸點數(shù)量的須要來選擇線圈額定電壓等級及觸點數(shù)目。1.2繼電接觸器限制電路1.2.1限制線路的原理圖與接線圖

1.2.2三相異步電動機基本限制線路1.2.1限制線路的原理圖與接線圖繼電接觸器限制系統(tǒng)：接受按鈕、接觸器及繼電器等組成的有觸點的限制系統(tǒng)。電氣圖：接受規(guī)定的圖形和文字符號將繼電接觸器限制系統(tǒng)表示的圖形。電氣圖中的各種電器和電機等電氣元件都用國家標準局規(guī)定的圖形和文字符號表示。教材中的表1.1和1.2摘錄了一些常用的圖形和文字符號。表1.1常用電機電器圖形符號（GB4728-2000）表1.2電氣設備常用基本文字符號(GB/T7159–1987)繼電接觸器限制系統(tǒng)的電氣圖一般分為結(jié)構(gòu)圖和原理圖。結(jié)構(gòu)圖中的各種電器及部件按實際位置繪制，通常用于修理及安裝。原理圖中的各種電器及部件是依據(jù)限制的基本原理和要求分別繪在電路圖中各個相應的位置，以表明各個電器之間的電路聯(lián)系，便于分析限制線路的原理。圖1-12籠式電動機的干脆起動限制線路的結(jié)構(gòu)圖：熔斷器FU交流接觸器KMSB1原理圖分為主電路和限制電路兩部分。主電路是從電源進線到電動機的大電流連接電路，其中有閘刀開關、接觸器的主觸點、電動機等。限制電路是對主電路進行限制、愛護等的小電流電路，其中有接觸器線圈及協(xié)助觸點、按鈕等有關限制電器。圖1-13籠式電動機干脆起動限制線路的原理圖：FRFR繪制電路原理圖應的原則：（1）主電路和限制電路分開畫。同一電器的各個部件（如接觸器的電磁線圈、主觸點、協(xié)助觸點）按其作用分別畫在主電路或限制電路中，但必需標注相同的文字符號。（2）全部電器的觸點位置按其線圈未通電時的狀態(tài)繪制，手動電器按未受力時的狀態(tài)畫出，熱元件按未動作時的狀態(tài)繪制。（3）主電路用較粗的線條，畫在原理圖的左側(cè)或上方；限制電路用細線條畫在原理圖的右側(cè)或下方。（4）原理圖中各電氣元件一般均按動作依次由上而下、從左到右依次繪制。（5）原理圖中各電器必需用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號繪制。1.2.2三相異步電動機基本限制線路1．干脆起動限制電路中、小型三相籠式異步電動機干脆起動的限制電路如圖。工作過程：起動：合上Q，按下SB2，KM線圈吸合，KM主觸點閉合，電動機運轉(zhuǎn)。KM協(xié)助常開觸點閉合，自鎖。停轉(zhuǎn)：按下SB1，KM線圈斷電，主觸點、協(xié)助觸點斷開，電動機停止。自鎖：依靠接觸器自身協(xié)助觸點而使其線圈保持通電的現(xiàn)象。除去自鎖觸點，便是電動機的“點動”限制電路。限制電路的愛護功能：熔斷器FU起短路愛護作用。熱繼電器FR起過載愛護作用。溝通接觸器KM能實現(xiàn)欠壓和失壓愛護。2.正反轉(zhuǎn)限制電路圖1-14異步電動機正反轉(zhuǎn)限制電路：KMRKMFKMF和KMR分別表示限制正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的溝通接觸器。正反轉(zhuǎn)限制電路必需確保兩個接觸器不能同時得電。為此，在電路中將兩個接觸器中的協(xié)助常閉觸點交叉串接到對方線圈回路中實現(xiàn)電氣互鎖(也叫電氣聯(lián)鎖)?；ユi：在同一時間里兩個接觸器只允許一個工作的限制作用。問題：正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向變更時操作不便。解決：接受雙聯(lián)按鈕。借助雙聯(lián)按鈕機械動作的“先斷后合”的特點可以實現(xiàn)機械聯(lián)鎖。圖1-14具有雙重聯(lián)鎖的異步電動機正反轉(zhuǎn)限制電路：3．行程限制行程限制：依據(jù)生產(chǎn)機械運動部件位置或位移變更，通過行程開關自動接通或斷開相應限制回路，使受控對象按限制要求動作的一種限制方式。在繼電接觸器限制系統(tǒng)中，行程限制被廣泛用來實現(xiàn)自動限制和終端愛護限制等。圖1-15行程限制示意圖及限位行程限制電路：前進后退STASTBSTBSTA圖1-16自動往復行程限制電路：STBSTA4．時間限制時間限制：接受時間繼電器進行延時的限制。如某些生產(chǎn)機械的限制電路須要按確定的時間間隔來接通或斷開，如三相異步電動機的Y—△換接起動，起動時電動機定子繞組先接成Y形，經(jīng)過一段時間，待電動機轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時，再換接成△形。又如多臺電動機按時間依次起動限制。圖1-17三相籠式異步電動機Y-△換接起動限制電路：D1D2D3D4D5D6D4D1D2D5D3D6D1D2D3電器動作依次：KM1協(xié)助觸點閉合自鎖,常閉觸點斷開互鎖KM1線圈KM2不能得電得電KM1主觸點閉合電動機星形降壓起動KM3主觸點閉合按SB2KM3線圈得電KM3協(xié)助觸點斷開KT無延時常開觸點閉合自鎖KT線圈KT有延時常閉觸點延時斷開,KM1失電得電

KM1的協(xié)助常閉觸點閉合使KM2線圈得電KM2協(xié)助常閉觸點斷開KM3線圈失電主觸點斷開KM3協(xié)助常開觸點閉合KM1線圈得電主觸點閉合KM2主觸點閉合電動機三角形全壓運行1.3典型機床限制線路舉例1.3.1一般車床電氣限制系統(tǒng)1.3.2萬能銑床電氣限制系統(tǒng)1.3.1一般車床電氣限制系統(tǒng)1.主要結(jié)構(gòu)作用：一般車床適用于加工各種軸類、套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面，如車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面及加工各種常用公、英制螺紋，還可以鉆孔、擴孔、鉸孔、滾花等。組成:主要由床身、主軸變速箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、絲杠和光杠等部件組成。圖1-18CA6140型一般車床外觀圖：主軸變速箱2.床身3.刀架及溜板4.尾架5、7.床腿6.溜板箱8.進給箱

2．CA6140型一般車床限制電路分析CA6140車床是一般精度級車床，它的加工范圍較廣，但自動化程度低，適用于小批量生產(chǎn)及修配車間運用。CA6140一般車床主軸正反轉(zhuǎn)由操作手柄通過雙向多片摩擦離合器限制，摩擦離合器還可起到過載愛護作用。主軸的快速制動由機械制動實現(xiàn)。為了使刀具快速地接近或退離加工部位，有一快速移動電動機由操作按鈕限制。圖1-19CA6140一般車床電氣限制系統(tǒng)原理圖:FU1FU2FU1表1.3CA6140一般車床電氣限制系統(tǒng)所用電氣元件表冷卻泵、刀架電動機起停接觸器（1）CA6140一般車床的主電路電源由開關QS引入，該開關不宜干脆接通或斷開負荷。主電機M1由接觸器KM1的3個動合觸點限制其運轉(zhuǎn)和停止。由于電機容量不大，故接受干脆起動。由于電源進線處已裝有熔斷器，所以主電機不再裝設熔斷器作短路愛護。冷卻泵電動機M2和快速移動電動機M3分別由接觸器KM2、KM3的動合觸點限制，M2和M3的容量都很小，分別用熔斷器FU1和FU2作為短路愛護。在3個電動機的主電路中還分別設有FR1、FR2和FR3作過載愛護。（2）限制電路分析限制電路由限制變壓器TC將380V溝通電壓降為110V限制電壓供電，并由熔斷器FU3作短路愛護。合上電源開關QS后限制回路經(jīng)TC供電，主電機M1由接觸器KM1限制。按下起動按鈕SB1，接觸器KM1線圈通電，主電路中KM1的3個動合主觸點閉合．主電機M1起動，同時KM1的一個協(xié)助觸點也閉合，實現(xiàn)自鎖，保證M1在松開按鈕SB1后能接著運轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB2，接觸器KM1線圈斷電，M1停止運轉(zhuǎn)。當電動機M1過載時，熱繼電器FR1動作，KM1線圈斷電，M1停止運轉(zhuǎn)。冷卻泵電動機M2由接觸器KM2限制，接通轉(zhuǎn)換開關SA1,KM2線圈通電，M2起動，熱繼電器FR2起過載愛護作用?？焖僖苿与妱訖CM3由接觸器KM3限制，由于按鈕SB3沒有自鎖，故快速移動電動機M3只能手動進行點動，松開SB3后M3即停止。KM3線圈回路內(nèi)接有KM1的動合協(xié)助觸點，故M1和M3有聯(lián)鎖，只有M1起動后，才能起動快速移動電動機M3。（3）照明和信號電路照明燈由限制變壓器TC次級24V平安電壓供電，由轉(zhuǎn)換開關SA2限制，熔斷器FU6作短路愛護。指示燈由TC次級24V低壓供電，熔斷器FU6作短路愛護，電源開關QS接通后指示燈亮．表示車床已起先工作。第1章小結(jié)(1)常用的有觸點低壓限制電器有閘刀開關、組合開關、按鈕、接觸器、繼電器、熔斷器、行程開關、自動空氣開關等,用這些電器組成的電動機繼電接觸器限制系統(tǒng)是目前依仍廣泛接受的自動限制方式。駕馭電器元件的動作原理和表示符號是分析限制電路的基礎。(2)電路原理圖分為主電路和限制電路兩部分。主電路是從電源到電動機的供電電路，其中通過較大的電流；限制電路以及信號、照明等協(xié)助電路中通過的電流較小。原理圖中同一電器的各個部件（如接觸器的電磁線圈、主觸點、協(xié)助觸點）可按其作用分別畫在主電路或限制電路中，但必需標注相同的文字符號。(3)異步電動