自動化電氣元器件介紹與使用

自動化電氣元器件介紹與使用

——動力車間常用控制元器件1、低壓斷路器控制對象：1000V以下(380V220V)電路

斷路器一般分為C型和D型。1、作用不同。C型的斷路器比較適合于照明電路中使用，D型斷路器用來控制電機。2、分段功能不同。D型斷路器要比C型的功能更加全面，D型號的分段能力能夠達到10倍。3、效果不同。C型斷路器能對電流起到保護作用，D型斷路器有過載保護功能。漏電斷路器電路中漏電電流超過預定值時能自動動作的開關

電壓型漏電斷路器用于變壓器中性點不接地的低壓電網。其特點是當人身觸電時，零線對地出現一個比較高的電壓，引起繼電器動作，電源開關跳閘。電流型漏電斷路器主要用于變壓器中性點接地的低壓配電系統(tǒng)。其特點是當人身觸電時，由零序電流互感器檢測出一個漏電電流，使繼電器動作，電源開關斷開。作用：可實現短路、過載、失壓保護。結構：過流脫扣器欠壓脫扣器工作原理：過流時，過流脫扣器將脫鉤頂開，斷開電源；欠壓時，欠壓脫扣器將脫鉤頂開，斷開電源。2、按鈕(b)結構按鈕常用于接通和斷開控制電路。按鈕開關的外形和符號(a)外形圖常閉按鈕常開按鈕復合按鈕復位彈簧支柱連桿常閉靜觸頭橋式動觸頭常開靜觸頭外殼4SBSBSB結構符號名稱常閉按鈕(停止按鈕)常開按鈕(起動按鈕)復合按鈕1234123按鈕帽3、熔斷器符號：FU熔斷器額定電流IF的選擇：(1)電燈、電爐等電阻性負載IF>IL(3)頻繁起動的電機(2)單臺電機用于低壓線路中的短路保護。用于頻繁地接通和斷開大電流電路的開關電器。(a)外形(b)結構4、交流接觸器~~~線圈鐵芯銜鐵主觸頭彈簧輔助觸頭M3~電機動作過程線圈通電銜鐵吸合觸點閉合電機接通電源交流接觸器交流接觸器構成：主要由電磁鐵和觸點兩部分組成；觸點又可分為主觸點和輔助觸點。符號：接觸器線圈接觸器主觸頭－－用于主電路（流過的電流大，需加滅弧裝置）常開常閉接觸器輔助觸頭－－用于控制電路（流過的電流小，無需加滅弧裝置）簡單的接觸器控制ABCM3~刀閘起隔離作用自鎖停止按鈕起動按鈕特點：小電流控制大電流。

繼電器只能通過小電流。所以繼電器一般用于控制電路中5、繼電器繼電器和接觸器的結構和工作原理大致相同。主要區(qū)別在于：接觸器的主觸點可以通過大電流；中間繼電器電壓繼電器電流繼電器時間繼電器（具有延時功能）熱繼電器（做過載保護）…...繼電器類型：

（1）中間繼電器

通常用于傳遞信號和同時控制多個電路。符號：KA線圈常開觸頭KA常閉觸頭KA外形（2）熱繼電器用于電動機的過載保護。(a)外形(b)結構~

發(fā)熱元件接入電機主電路，若長時間過載，雙金屬片被加熱。因雙金屬片的下層膨脹系數大，使其向上彎曲，杠桿被彈簧拉回，常閉觸點斷開。發(fā)熱元件杠桿熱繼電器工作原理：雙金屬片常閉觸頭動畫結構：

符號：串聯在主電路中串聯在控制電路中常閉觸頭FR發(fā)熱元件FR（3）時間繼電器采用時間繼電器進行延時控制。(a)外形(b)結構·時間繼電器鐘表式空氣式電子式時間控制時間繼電器有通電延時和斷電延時兩種常開觸頭延時閉合

常閉觸頭延時打開

符號：KT線圈

（4）固態(tài)繼電器采用時間繼電器進行延時控制。(a)外形(b)結構固態(tài)繼電器1.1固態(tài)繼電器（亦稱固體繼電器）英文名稱為SolidStateRelay，簡稱SSR。它是用半導體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉變成通態(tài)。1.2固態(tài)繼電器可分類。1）交流固態(tài)繼電器按開關方式分有電壓過零導通型（簡稱過零型）和隨機導通型（簡稱隨機型）；2）按輸出開關元件分有雙向可控硅輸出型（普通型）和單向可控硅反并聯型（增強型）；3）按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底板上的裝置式（靠散熱器冷卻）；4）另外輸入端又有寬范圍輸入（DC3－32V）的恒流源型和串電阻限流型等。一、點動控制M3~ABCKMFUQSBKM動作過程按鈕松開線圈（KM）斷電觸頭（KM）打開

電機停轉。按下按鈕（SB）

線圈（KM）通電觸頭（KM）閉合電機轉動；控制電路主電路電動機直接起動的控制線路B'C'二、電動機連續(xù)運行KM自鎖自鎖的作用按下按鈕（SB2），線圈（KM）通電，電機起動；同時，輔助觸頭（KM）閉合，M3~ABCKMFUQKMSB2C'B'SB1起動按鈕停車按鈕即使按鈕松開，線圈保持通電狀態(tài)電機連續(xù)運轉。KMKMSB1SB2FRM3~KMABCFUQFR三、異步機的直接起動+過載保護發(fā)熱元件熱繼電器觸頭短路保護過載保護加熔斷器FU加熱繼電器FR電動機工作時，若因負載過重而使電流增大，但又比短路電流小。此時熔斷器起不了保護作用。將其常閉觸點串接在控制電路中。原因：將任意兩相熱元件串接在電動機任意兩相中。操作：常用傳感器介紹

磁性開關是一種非接觸式位置檢測開關，主要用于各類氣缸的位置檢測，其特點是不會磨損和損傷檢測對象，響應速度高。磁性開關還用于檢測磁性物質的存在，常見的安裝方式有：導線引出型、接插件型等。（1）磁性開關

光電接近開關通常在環(huán)境條件比較好、無粉塵污染的場合下使用，工作時對被測對象幾乎無任何影響。因此，在生產線上被廣泛地使用。（2）光電開關

光電開關外形定區(qū)域反射式光電開關原理

定區(qū)域式光電開關有一個非常確定的檢測區(qū)域，不經過該區(qū)域的被測物體不會引起光電開關產生開關信號。檢測距離檢測距離遮斷型光電開關用于人體保護反射型光電開關及反射鏡外形三角反射鏡集發(fā)射、接收器于一身光幕

兩個柱形結構相對而立，每隔數十毫米安裝一對發(fā)光二極管和光敏接收管，形成光幕，當有物體遮擋住光線時，傳感器發(fā)出報警信號。接收器反射鏡反射鏡反射型光電開關的應用

塑料瓶的反射光不是偏振光，不會引起報警。漫反射型光電開關的應用請思考如何將光電開關用于衛(wèi)生間的自動沖水設備其他光電傳感器外形電感式接近開關屬于電感式傳感器的一種，是利用渦流效應制成的有開關量輸出的位置傳感器由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內部產生渦流。從而使電路的參數發(fā)生變化，由此識別有無物體接近，來控制開關的通斷（3）電感接近開關電感接近開關在生產線的應用11、原點接近開關是一個無觸點的電感式接近傳感器，用來提供直線運動的起始點信號。2、左、右極限開關均是有觸點的微動開關，用來提供越程故障時的保護信號：當滑動溜板在運動中越過左或右極限位置時，極限開關會動作，從而向系統(tǒng)發(fā)出越程故障信號。電感接近開關在生產線的應用2供料單元中，為了檢測待加工工件是否金屬材料，在供料管底座側面安裝了一個電感式傳感器，如圖所示各類接近開關的圖形符號（4）光電編碼器1、增量式編碼器（相對式編碼器）轉軸盤碼及狹縫光敏元件光欄板及辨向用的A、B狹縫LEDABC零位標志光電編碼器---增量式

在上圖的碼盤里圈，還有一根狹縫C，每轉能產生一個脈沖，該脈沖信號又稱“一轉信號”或零標志脈沖，作為測量的起始基準。增量式光電編碼器的測量精度取決于它所能分辨的最小角度，而這與碼盤圓周上的狹縫條紋數n有關。相對式光電編碼器-位置和方向的判斷

光電編碼器的光欄板上有A組與B組兩組狹縫，彼此錯開1/4節(jié)距，兩組狹縫相對應的光敏元件所產生的信號A、B彼此相差90

相位，用于辯向。當編碼正轉時，A信號超前B信號90

；當碼盤反轉時，B信號超前A信號90

。

辨向信號和零標志（5）溫度傳感器溫度傳感器介紹

溫度傳感器（temperaturetransducer）是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種，現代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應用在生產實踐的各個領域中，也為人們的生活提供了無數的便利和功能。

溫度傳感器的分類

按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。溫度傳感器接觸式非接觸式A、按測量方式分類

接觸式溫度傳感器有：雙金屬溫度傳感器、電阻溫度計、熱電偶溫度傳感器、熱敏電阻、玻璃液體溫度計、壓力式溫度計、低溫氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、半導體熱電偶傳感器、PN結溫度傳感器和集成溫度傳感器等。非接觸式溫度傳感器有：聲學溫度傳感器、紅外傳感器、激光溫度傳感器、超聲波溫度傳感器和微波傳感器等。雙金屬溫度傳感器熱電阻傳感器熱電偶溫度傳感器激光紅外溫度傳感器B、按傳感器材料及電子元件特性分類溫度傳感器熱電偶傳感器熱敏電阻傳感器IC溫度傳感器模擬輸出電阻溫度檢測器（RTD）數字輸出（6）壓力傳感器

壓力傳感器將壓力轉換為電信號輸出的傳感器。通常把壓力測量儀表中的電測式儀表稱為壓力傳感器。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件（或應變計）組成。彈性敏感元件的作用是使被測壓力作用于某個面積上并轉換為位移或應變，然后由位移敏感元件（見位移傳感器）或應變計（見電阻應變計、半導體應變計）轉換為與壓力成一定關系的電信號。常用壓力傳感器有電容式壓力傳感器、變磁阻式壓力傳感器（見變磁阻式傳感器、差動變壓器式壓力傳感器）、霍耳式壓力傳感器、光纖式壓力傳感器（見光纖傳感器）、諧振式壓力傳感器等。壓力傳感器介紹（7）液位傳感器

液位傳感器是一種測量液位的壓力傳感器。采用隔離型擴散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉換為電信號，再經過溫度補償和線性修正，轉化成標準電信號（一般為4～20mA/1～5VDC）。常見液位傳感器有浮球式、電容式、靜壓式、光電折射式測量、?叉式、超聲波式。液位傳感器介紹（8）變送器

變送器是從傳感器發(fā)展而來的，凡是能輸出標準信號的傳感器。標準信號是指物理量的形式和數量范圍都符合國際標準的信號。由于直流信號具有不受線路中電感、電容及負載性質的影響，不存在相移問題等優(yōu)點，所以國際電工委員會(IEC)將電流信號4mA~20mA(DC)和電壓信號1V~5V(DC)確定為過程控制系統(tǒng)中模擬信號的統(tǒng)一標準。常見的模擬量：電壓范圍：0~10V，-10~+10V，0~5V，-5V~+5V，其中最常用的是0~10V的電壓信號。常用的電流范圍：0~20mA，4~20mA，-20mA~+20mA，其中最常用的是4~20mA的電流信號。變送器介紹PLC的簡單介紹一、PLC的產生

1968年美國通用汽車公司（GE），為了適應汽車型號的不斷更新，生產工藝不斷變化的需要，實現小批量、多品種生產，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。

1969年由美國數字設備公司（DEC）根據美國通用汽車公司（GE）的要求研制成功。

二、PLC的特點吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點☆繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產工藝變化的適應性差，但簡單易懂、價格便宜；☆計算機功能強大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難；☆采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。（梯形圖）PLC稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）三、PLC的定義及主要品牌德國的西門子(SIEMENS)、美國A-B（Allen-Bradly）GE（GeneralElectric）日本三菱電機（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）、日本主要發(fā)展中小型PLC，在世界小型PLC市場上，日本產品約占有70％的份額。在中國，OMRON產品的銷量居首位各大品牌：西門子PLC外形圖S7-SMART系列PLCS7-1200系列PLCS7-1500系列PLC

三菱PLC外形圖Q系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLC歐姆龍PLC外形圖C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLCPLC常用功能介紹1邏輯控制功能2定時控制功能3計數控制功能4步進控制功能5數據處理功能6回路控制功能7通訊聯網功能8監(jiān)控功能9停電記憶功能10故障診斷功能邏輯控制功能M接觸器定時控制功能定時控制功能是PLC的最基本功能之一。

PLC中有許多可供用戶使用的定時器，功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設定值(定時時間)可以在編程時設定，也可以在運動過程中根據需要進行修改，使用方便靈活。同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于準確實時控制

計數控制功能是PLC的最基本功能之一。

PLC為用戶提供許多計數器，計數器計數到某一數值時，產生一個狀態(tài)信號(計數值到)，利用該狀態(tài)信號實現對某個操作的計數控制。計數器的設定值可以在編程時設定，也可以在運行過程中根據需要進行修改。計數控制功能PLC設置了較強的監(jiān)控功能。利用編程器或監(jiān)視器，操作人員可以對PLC有關部分的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。利用編程器，可以調整定時器、計數器的設定值和當前值，并可以根據需要改變PLC內部邏輯信號的狀態(tài)及數據區(qū)的數據內容，為調整和維護提供了極大的方便。監(jiān)控功能PLC內部硬件框圖及各部分作用PLC基本組成及應用PLC由四部分組成：中央處理單元（CPU板）、存儲器、輸入輸出（I/O）部件和電源部件PLC系統(tǒng)軟件

程序的表達方式基本有四種：梯形圖、指令表、邏輯功能圖和高級語言。梯形圖是當前使用最廣泛的一種編程方法。PLC編程語言

用戶程序可以在PLC系統(tǒng)軟件上完成，并下載到PLC中應用，每種PLC都有不同的系統(tǒng)編程軟件，如OMROM的編程軟件有CX7.0、西門子有step7、博圖，這些軟件可以運行在個人計算機上。1.梯形圖編程語言兩種梯形圖的繼電器符號圖對照

梯形圖（Ladderdiagram）編程語言是一種圖形語言,類似于繼電器控制線路圖的一種編程語言，它面向控制過程，直觀易懂，是PLC編程語言中應用最多的一種語言。

物理繼電器PLC繼電器常開常閉

觸點線圈PC的繼電器不是物理的電器，它是PC內部的寄存器位，因為它具有與物理繼電器相似的功能，常稱之為“軟繼電器”。PLC每一個繼電器都對應著內部的一個寄存器位，該位為“1”態(tài)時，相當于繼電器接通；為“0”態(tài)時，則相當于繼電器斷開。常閉觸點線圈常開觸點說明：兩種控制的梯形圖比000000100001000PLC控制00001SB2KMKM繼電器控制SB1線圈線圈常開觸點常開觸點常閉觸點常閉觸點KMQFUKR

M3~SB1SB2KMKHKM輸入設備PLC~SB1SB2KRKM輸出設備一個簡單的實際電路

變頻器介紹

變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備。我們現在使用的變頻器主要采用交—直—交方式，為了產生可變的電壓和頻率，該設備首先要把交流電源通過整流器轉換成直流電源（DC），再把直流電源（DC）變換為頻率、電壓均可控制的交流電源（AC）以供給電動機。變頻器作用：節(jié)能和調速，實現自動控制程序高精度控制。變頻器定義及作用

變頻器與節(jié)能：變頻器主要用于交流電動機轉速的調節(jié)，是公認的交流電動機最理想、最有前途的調速方案，因為它具有更為顯著的作用——節(jié)能。應用變頻調速可以大大提高電動機轉速的控制精度，使電動機在最節(jié)能的轉速下運行。首先以風機水泵為例，根據流體力學原理，軸功率與轉速的三次方成正比。當所需風量減少、風機轉速降低時，其功率按照三次方下降，因此，精確調速的節(jié)電效果是十分顯著的。其次與此類似，許多變動負載電動機一般按照最大需求來生產電動機的容量，故設計裕量偏大。而在實際運行中，輕載運行時間所占的比例卻非常高，采用變頻調速可大大提高輕載運行時的工作效率。所以變動負載電動機的節(jié)能潛力巨大。電機在工頻直接起動會產生一個大的起動電流。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，以起到限制起動電流小于額定電流的作用，所以起動電流和沖擊要小些，這樣可減少對設備的磨損。

電機的旋轉速度能夠改變。

n：電動機轉速

f：電源頻率

n=60f（1-s）/p

p：電機極對數

s：電機轉差率感應式交流電機的旋轉速度取決于電機的極數、轉差率和頻率。（1）由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的。該極數值不是一個連續(xù)的數值（一般為2的倍數，例如極數為2，4，6），所以一般不適合通過改變極數來調整電機的速度。

(2)改變轉差率（調壓調速、串極調速、滑差電動機調速）在變頻器問世前，是電機調速的主要手段，但由于調速范圍小、效率低、對電網污染較大不能滿足使用要求；

變頻器工作原理（3）而頻率能夠在電機的外面調節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制。結論：因此，改變頻率是控制電機的最佳方式，同時以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機調速設備的優(yōu)選設備。

電源變流器平波電路逆變器M電動機電壓/電流頻率控制回路變頻器基本構成外部制動電阻器制動單元