可編程序控制器原理及應用

1、可編程序控制器原理及應用上海應用技術學院電子電工教研室葉 真電器與PLC應用技術學習PLC課程的基本要求：一、 基本原理及PLC的組成二、 硬件接線，I/O口如何連接三、 擴展方法及如何配置四、 應用軟件、梯形圖編程方法及應用實例參考書籍：1.現代電氣及可編程控制技術北京：航空航天大學出版社 王永華主編2.可編程序控制器及常用控制電器 冶金工業(yè)出版社 何友華主編3.PLC編程及應用 機械工業(yè)出版社 廖常初主編4.工廠電氣控制技術 機械工業(yè)出版社 方承遠主編5.SIEMENS SIMATIC S7-200可編程序控制器 CPU22X系統手冊 北京：西門子（中國）有限公司緒 論可編程序控制器PC以

2、微處理器為基礎，綜合了計算機技術，自動控制技術和通訊技術，用面向控制過程，面向用戶的“自然語言”編程，適應工業(yè)環(huán)境，簡單易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。（參見教材P5）表示成PLC與個人電腦PC相區(qū)別。事實上，已不再局限于邏輯控制，其運算功能，接口功能都越來越強了。第一節(jié) 可編程序控制器的定義及特點一、 可編程序控制器的產生上世紀60年代，計算機技術已開始應用于工業(yè)控制了。但由于計算機技術本身的復雜性，編程難度高、難以適應惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價格昂貴等原因，未能在工業(yè)控制中廣泛應用。當時的工業(yè)控制，主要還是以繼電接觸器組成控制系統。1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車制造公

3、司（GM），為適應汽車型號的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設計和更換繼電器控制系統的硬件及接線、減少時間，降低成本。因而設想把計算機的完備功能、靈活及通用等優(yōu)點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用 “面向控制過程，面向對象”的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能方便地使用。即：硬件： 減少軟件： 靈活 簡單針對上述設想，通用汽車公司提出了這種新型控制器所必須具備的十大條件：1 編程簡單，可在現場修改程序2 維護方便，最好是插件式3 可靠性高于繼電器控制

4、柜4 體積小于繼電器控制柜5 可將數據直接送入管理計算機6 在成本上可與繼電器控制柜競爭 有名的“GM10條” 7輸入可以是交流115V8輸出可以是交流115V，2A以上，可直接驅動電磁閥9 在擴展時，原有系統只要很小變更10 用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K字節(jié)1969年，美國數字設備公司（GEC）首先研制成功第一臺可編程序控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。接著，美國MODICON公司也開發(fā)出可編程序控制器084。1971年，日本從美國引進了這項新技術，很快研制出了日本第一臺可編程序控制器DSC-8。1973年，西歐國家也研制出了他們的第一臺可編程

5、序控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)應用。早期的可編程序控制器是為取代繼電器控制線路、存儲程序指令、完成順序控制而設計的。主要用于：1. 邏輯運算 2. 計時，計數等順序控制，均屬開關量控制。所以，通常稱為可編程序邏輯控制器（PLCProgrammable Logic Controller）。進入70年代，隨著微電子技術的發(fā)展，PLC采用了通用微處理器，這種控制器就不再局限于當初的邏輯運算了，功能不斷增強。因此，實際上應稱之為PC可編程序控制器。至80年代，隨大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術的發(fā)展，以16位和32位微處理器構成的微機化PC得到了驚人的發(fā)展。使PC在概念、設

6、計、性能、價格以及應用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠程I/O和通信網絡、數據處理以及圖象顯示的發(fā)展，使PC向用于連續(xù)生產過程控制的方向發(fā)展，成為實現工業(yè)生產自動化的一大支柱。二、 可編程序控制器的定義可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對其下最后的定義。國際電工學會（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2發(fā)布了可編程序控制器標準草案的第一，二，三稿。在第三稿中，對PLC作了如下定義：可編程序控制器是一種數字運算操作電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其

7、內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P的外圍設備，都應按易于與工業(yè)控制系統形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。（參見教材P1）定義強調了PLC是：1 數字運算操作的電子系統也是一種計算機 2 專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計 3 面向用戶指令編程方便 4 邏輯運算、順序控制、定時計算和算術操作 5 數字量或模擬量輸入輸出控制 6 易與控制系統聯成一體 7 易于擴充三、 可編程序控制器的特點為適應工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PC機有以下特點：1. 可靠性高，抗干擾能力強 工業(yè)生產

8、對控制設備的可靠性要求： 平均故障間隔時間長 故障修復時間（平均修復時間）短任何電子設備產生的故障，通常為兩種： 偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動等引起的故障。這類故障，只要不引起系統部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復正常，系統也隨之恢復正常。但對PC而言，受外界影響后，內部存儲的信息可能被破壞。 永久性故障。由于元器件不可恢復的破壞而引起的故障。如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使PC在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使PC在惡劣條件消失后自動恢復正常，這樣就能提高平均故障間隔時間；如果能在PC上增加一些診斷措施和適當的保護手段，在

9、永久性故障出現時，能很快查出故障發(fā)生點，并將故障限制在局部，就能降低PC的平均修復時間。為此，各PC的生產廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使PC除了本身具有較強的自診斷能力，能及時給出出錯信息，停止運行等待修復外，還使PC具有了很強的抗干擾能力。硬件措施：主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開關動作由無觸點的電子存儲器完成，I/O系統設計有完善的通道保護和信號調理電路。 屏蔽對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導電、導磁良好的材料進行屏蔽，以防外界干擾。 濾波對供電系統及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或型濾波網絡，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。

10、電源調整與保護對微處理器這個核心部件所需的+5V電源，采用多級濾波，并用集成電壓調整器進行調整，以適應交流電網的波動和過電壓、欠電壓的影響。 隔離在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯系，減少故障和誤動作；各I/O口之間亦彼此隔離。 采用模塊式結構這種結構有助于在故障情況下短時修復。一旦查出某一模塊出現故障，能迅速更換，使系統恢復正常工作；同時也有助于加快查找故障原因。軟件措施： 有極強的自檢及保護功能。 故障檢測軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強干擾信號等。以便及時進行處理。 信息保護與恢復當偶發(fā)性故障條件出現時，不破壞P

11、C內部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復正常，繼續(xù)原來的程序工作。所以，PC在檢測到故障條件時，立即把現狀態(tài)存入存儲器，軟件配合對存儲器進行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。 設置警戒時鐘WDT如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定的時間，預示了程序進入死循環(huán)，立即報警。 加強對程序的檢查和校驗一旦程序有錯，立即報警，并停止執(zhí)行。 對程序及動態(tài)數據進行電池后備停電后，利用后備電池供電，有關狀態(tài)及信息就不會丟失。 PC的出廠試驗項目中，有一項就是抗干擾試驗。它要求能承受幅值為1000V，上升時間1nS，脈沖寬度為1S的干擾脈沖。一般，平均故障間隔時間可達幾十萬上千萬小時；制成系統

12、亦可達45萬小時甚至更長時間。2 .通用性強，控制程序可變，使用方便PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統，用戶不必自己再設計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產工藝流程改變或生產設備更新的情況下，不必改變PC的硬設備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，PC除應用于單機控制外，在工廠自動化中也被大量采用。3.功能強，適應面廣現代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數、順序控制等功能，還具有數字和模擬量的輸入輸出、功率驅動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產機械、一條生產線，又可控制一個生產過程。4.編程簡單，容易掌握目前，大多數PC仍采用繼電控制形式

13、的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數工廠企業(yè)電氣技術人員的讀圖習慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓，電氣技術人員和技術工很快就能學會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序將它翻譯成匯編語言然后執(zhí)行（PC內部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數機電控制設備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。5.減少了控制系統的設計及施工的工作量由于PL

14、C采用了軟件來取代繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，控制柜的設計安裝接線工作量大為減少。同時，PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，更減少了現場的調試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。6.體積小、重量輕、功耗低、維護方便PLC是將微電子技術應用于工業(yè)設備的產品，其結構緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強抗干擾能力，易于裝入設備內部，是實現機電一體化的理想控制設備。以三菱公司的F1-40M型PLC為例：其外型尺寸僅為305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、適應環(huán)境溫、

15、濕度變化的能力?，F在三菱公司又有FX系列PLC，與其超小型品種F1系列相比：面積為47%,體積為36%，在系統的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達24128點。第二節(jié) 可編程序控制器的應用隨著PLC的性能價格比的不斷提高：微處理器的芯片及有關的元件價格大大降低，PC的成本下降PLC的功能大大增強，因而PLC的應用日益廣泛。目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保等各行各業(yè)。其應用范圍大致可歸納為以下幾種：1. 開關量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應用領域。它取代傳統的繼電器控制系統，實現邏輯控制、順序控制。開關量的邏輯控制可

16、用于單機控制，也可用于多機群控，亦可用于自動生產線的控制等等。（參見教材P3）2. 運動控制PLC可用于直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機械，現在一般使用專用的運動模塊。目前，制造商已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。即：把描述目標位置的數據送給模塊，模塊移動一軸或多軸到目標位置。當每個軸運動時，位置控制模塊保持適當的速度和加速度，確保運動平滑。運動的程序可用PLC的語言完成，通過編程器輸入。3. 閉環(huán)過程控制PLC通過模擬量的I/O模塊實現模擬量與數字量的A/D、D/A轉換，可實現對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的PID控制。4

17、.數據處理現代的PLC具有數學運算（包括矩陣運算、函數運算、邏輯運算），數據傳遞、排序和查表、位操作等功能；可以完成數據的采集、分析和處理。數據處理一般用在大中型控制系統中；具有CNC功能：把支持順序控制的PLC與數字控制設備緊密結合。5. 通訊連網PLC 的通訊包括PLC與PLC之間、PLC與上位計算機之間和它的智能設備之間的通訊。PLC和計算機之間具有RS-232接口，用雙絞線、同軸電纜將它們連成網絡，以實現信息的交換。還可以構成“集中管理，分散控制”的分布控制系統。I/O模塊按功能各自放置在生產現場分散控制，然后利用網絡聯結構成集中管理信息的分布式網絡系統。并不是所有的PLC都具有上述的

18、全部功能，有的小型PLC只具上述部分功能，但價格比較便宜。第三節(jié) 可編程序控制器的分類由于PLC的品種、型號、規(guī)格、功能各不相同，要按統一的標準對它們進行分類十分困難。通常，按I/O點數可劃分成大、中、小型三類；按功能強弱又可分為低檔機、中檔機和高檔機三類。一般，按I/O點數分類如下：1.小型PLCI/O點數 2048點；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量816K如：S7-400 德國西門子公司GE- GE公司C-2000 立石公司K3 三菱公司等等。第四節(jié) 可編程序控制器的發(fā)展國外PLC發(fā)展概況PLC自問世以來，經過40多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達國家已成為重要的產業(yè)之一。

19、世界總銷售額不斷上升、生產廠家不斷涌現、品種不斷翻新。產量產值大幅度上升而價格則不斷下降。目前，世界上有幾百個廠家生產PLC，較有名的：美國：AB通用電氣、莫迪康公司；日本：三菱、富士、歐姆龍、松下電工等；德國：西門子公司；法國：TE 施耐德公司；韓國：三星、LG公司等。技術發(fā)展動向1. 產品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展大： I/O點數達14336點、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲器、掃描 速度高速化。?。?由整體結構向小型模塊化結構發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。2. PLC在閉環(huán)過程控制中應用日益廣泛3. 不斷加強通訊功能4. 新器件和模塊不斷推出高檔的PLC除了主要采用

20、CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計數模塊、遠程I/O模塊等專用化模塊。5. 編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化有各種簡單或復雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統。6. 發(fā)展容錯技術采用熱備用或并行工作、多數表決的工作方式。7.追求軟硬件的標準化。國內發(fā)展及應用概況我國的PLC產品的研制和生產經歷了三個階段：順序控制器（19731979）一位處理器為主的工業(yè)控制器（19791985）8位微處理器為主的可編程序控制器（1985以后）。在對外開放政策的推動下，國外PLC產品大量進入我國市場，

21、一部分隨成套設備進口。如寶鋼一、二期工程就引進了500多套，還有咸陽顯象管廠、秦皇島煤碼頭、汽車廠等。現在，PLC在國內的各行各業(yè)均有了極大的應用，技術含量也越來越高。 作業(yè)： 思考題 P5 1，4第一章 電器的基礎知識 任何一種繼電器控制系統均由三部分組成： 輸入部分 邏輯部分 輸出部分（1） 輸入部分：由各類按鈕開關、行程開關、接近開關、轉換開關等主令電器構成。主令電器自動控制系統中用于發(fā)送控制指令的電器。（2） 邏輯部分：由各種繼電器及其觸點組成的實現一定邏輯功能的控制線路。繼電器一種根據某種輸入信號,接通或斷開控制電路，實現自動控制和保護電力拖動裝置的自動電器。（3） 輸出部分：由各種

22、電磁閥線圈，接通電動機的各種接觸器和信號指示燈等執(zhí)行電器構成。接觸器是一種用來頻繁地接通或斷開交、直流主電路及大容量控制電路的自動切換電器。是一種依靠電磁力的作用使觸頭閉合或分離來接通和斷開電動機（或其他用電設備）電路的自動電器。第一節(jié) 電器的定義、分類及電磁式電器的工作原理一、 電器的定義和分類電器自動或手動接通和斷開電路，能實現對電路或非電對象切換、保護、檢測、變換和調節(jié)目的的電氣元件分類： 低壓電器交流1000V或直流1200V以下（一） 按工作電壓等級分 高壓電器交流1000V或直流1200V以上 手動電器需人工直接操作才能完成指令任務（二）按動作原理分 自動電器按照電的或非電的信號自

23、動完成指令任務（三）按用途分 1. 控制電器用于各種控制電路和控制系統 2. 主令電器用于自動控制系統中發(fā)送控制指令 3. 保護電器用于保護電路及用電設備 4. 配電電器用于電能的輸送和分配 5.執(zhí)行電器用于完成某種動作或傳動功能 電磁式電器依據電磁感應原理工作（四）按工作原理分 非電量控制電器靠外力或某種非電物理量的變化而動作二、電磁式電器電氣控制線路中使用量最大，類型很多，工作原理和構造基本相同 感測部分電磁機構主要組成部分 執(zhí)行部分觸頭系統（一）電磁機構作用：將電磁能量機械能量觸頭動作接通或分斷電路組成：吸引線圈、鐵心、銜鐵等1. 常用的磁路結構：（見教材P7 Fig1-1）2. 吸引線

24、圈：將電能轉換成磁場能量。按通入吸引線圈的電流種類不同，可分為直流線圈和交流線圈3.鐵心：直流電磁鐵的鐵心整塊鋼材或工程純鐵制成。在直流情況下，線圈發(fā)熱而鐵心不發(fā)熱，所以吸引線圈做成高而薄的瘦高型，且沒有骨架，線圈與鐵心直接接觸，易于散熱。交流電磁鐵的鐵心硅鋼片疊鉚而成。在交流情況下，鐵心中有磁滯和渦流損耗，線圈和鐵心都發(fā)熱，所以，吸引線圈有骨架，與鐵心隔離，并做成矮胖型，有利于鐵心和線圈散熱。（二）電磁吸引力與特性在氣隙值及外加電壓值一定時：直流電磁鐵電磁吸引力為恒定值（用直流電源勵磁）交流電磁鐵電磁吸引力隨時間變化（用交流電源勵磁） 電磁吸力平均值 吸力特性電磁吸力Fat隨銜鐵與鐵心間氣隙

25、變化的關系曲線（見教材P8 Fig1-2）（三）反力特性和返回系數 反力特性反作用力Fr（由觸頭彈簧、反作用力彈簧產生）與氣隙的關系曲線 返回系數釋放電壓（或電流）與吸合電壓（或電流）的比值，用表示（反映 電磁式電器靈敏度的參數），大而靈敏度高。其中：（四）交流電磁機構中短路環(huán)的作用由交流電磁吸力公式可知：Fat有兩個分量：1. 恒定分量Fo，其值為最大值的一半2. 交變分量F ，F =Focos2t，其幅值是最大吸力值的一半，并以兩倍電源頻率變化總的電磁吸力Fat從0Fatm變化，曲線如教材P9 Fig1-3所示。由圖1-3曲線可見：電磁機構在工作中，銜鐵始終受到反作用彈簧、觸頭彈簧等反作用

26、力Fr作用。盡管電磁吸力的平均值Fo大于Fr，但在某些時候，Fat仍將小于Fr（見圖中斜線部分）。當FatFr時，銜鐵又被吸合，周而復始，使銜鐵發(fā)生振動，發(fā)出噪聲。引入短路環(huán)消除振動和噪聲。參見教材P9 Fig1-4。三、電器觸頭系統和電弧（一）觸頭系統電器的執(zhí)行部分，用于通斷電路。 材料：銅質、銀質 結構：橋式、指型 （參見教材P10 Fig1-5）（二）電弧的產生及滅弧（參見教材P10P11的內容）產生： 觸頭間氣體在強電場作用下的放電現象滅弧關鍵：采取措施使電弧迅速冷卻，從而熄滅。第二節(jié) 開關電器一、刀開關結構最簡單，應用最廣泛的手控電器。用于低壓電路不頻繁動作。文字及符號：參見教材P1

27、3 Fig1-10二、轉換開關（組合開關）手控電器。在機床電氣設備中，主要作為電源引入開關；或直接用于控制非頻繁起動和停止的小容量異步電動機。文字及符號：參見教材P13 Fig1-12三、自動開關（自動空氣斷路器）低壓電路中常用的具有保護環(huán)節(jié)的斷合電器。當電路發(fā)生嚴重過載、短路以及失壓等故障時，能自動切斷故障電路，保護串接其后的電氣設備；正常情況下，也可用于不頻繁地接通和斷開電路及控制電動機。結構和工作原理：參見教材P13及P14 Fig1-13 圖形和文字符號: 參見教材P14 Fig1-14第三節(jié) 熔斷器的工作原理及使用（屬保護電器）熔斷器是最簡單有效的保護電器，主要用作短路保護和嚴重過載

28、。一、 結構及工作原理1. 結構：熔體（額定電流等級較多）保險絲既是感測元件，又是執(zhí)行元件 熔管（或熔座）（額定電流等級較少）安裝熔體，熄滅電弧2. 工作原理：熔體與被保護的電路串聯。正常時，熔體允許通過一定的電流；當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，熔體中流過很大的故障電流，當電流產生的熱量達到熔體的熔點時，熔體熔斷，切斷電路，從而達到保護目的。二、類型1. 瓷插式2.螺旋式3.封閉管式4.自復式第四節(jié) 主令電器主令電器自動控制系統中用于發(fā)送控制指令不能直接用于通斷主電路一、控制按鈕低壓控制電路中，手動發(fā)出控制信號。結構、圖形、文字符號：參見教材P17 Fig1-18，Fig1-19注意：按下時，常

29、閉先開，常開后合二、行程開關（限位開關）利用生產機械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制指令， 用于控制生產機械的運動方向、行程大小或位置保護。 結構、圖形、文字符號：參見教材P17 Fig1-20，教材P18 Fig1-21三、接近開關（無觸點行程開關）通過感辨頭與被測物體間介質能量的變化來獲取信號，（含各類傳感器） 用于行程控制和限位保護，還可用于高頻計數、測速、 液面控制、檢測零件尺寸、加工程序的自動銜接等。按其感辨機構的工作原理可分為：高頻振蕩型、電容型、感應電橋型、永久磁鐵型、霍爾效應型、光電型、超聲波型等。技術指標：動作距離 重復精度 操作頻率 復位行程1. 晶體管停振型接近開關工作原理：

30、金屬檢測體接近感辨頭金屬檢測體內產生渦流渦流的去磁作用改變感辨頭的等效參數振蕩電路的諧振阻抗和諧振頻率變化振蕩停止發(fā)出接近信號2.光電開關（屬接近開關） 作用距離較晶體管接近開關大，且可對非金屬材料直接檢測。 優(yōu)點：體積小、功能強、速度快、精度高、抗電磁干擾能力強 反射式 放大器分離型 亮動（受光動作） 檢測方式 對射式 分類 放大器內藏型 暗動（遮光動作） 鏡面反射式 電源內藏型 反射式光電開關工作原理框圖（DU光敏三極管， GL發(fā)光管 輻射光脈沖） DUGL 振蕩回路產生調制脈沖經發(fā)射電路發(fā)光管GL輻射出光脈沖被測物體進入受光器作用范圍光脈沖被反射進入光敏三極管DU接收電路將光信號解調成電

31、脈沖信號放大、同步選通整形積分除干擾延時（或不延時）觸發(fā)驅動器輸出開關信號。四、萬能轉換開關多檔式、控制多回路的主令電器。用于各種配電裝置的遠距離控制、電壓表或電流表的換相開關、小容量電動機的起動，調速和換向。結構示意圖：參見教材P19 Fig1-23。五、主令控制器和凸輪控制器 1. 主令控制器頻繁按順序切換多個控制電路的主令電器。與磁力控制盤配合，實現對起重機、軋鋼機及其他生產機械的遠距離控制。 結構示意圖： 參見教材P19 Fig1-24 工作原理： 參見教材P19。 2. 凸輪控制器大型手動控制器。主要用于起重設備中直接控制中小型繞線式異步電 動機的起動、停止、調速、換向和制動等。 結

32、構示意圖及工作原理： 參見教材P19-P20。第五節(jié) 接觸器接觸器用于頻繁接通或斷開交直流主電路或大容量控制電路按主觸頭通過的電流種類分為：交流接觸器和直流接觸器。一、交流接觸器主要用于控制籠形和繞線式電動機的起動、運行中斷開以及籠形電動機的反接制動、反向運行、點動等（參見教材P21 Fig1-27）接觸器圖形符號：參見教材P24 Fig1-28 電磁機構線圈、動鐵心（銜鐵）、靜鐵心交流接觸器 觸頭系統主觸頭（通斷主電路）、輔助觸頭（控制電路，電氣連鎖） 滅弧裝置其他部件反作用彈簧、緩沖彈簧、觸頭壓力彈簧、傳動機構等其中輔助觸頭無滅弧裝置，容量較小，不能用于分合主電路；數量與接觸器型號有關工作

33、原理： 線圈通電線圈電流建立磁場靜鐵心產生電磁吸力吸合銜鐵帶動觸頭動 作常閉斷開，常開閉合 線圈斷電電磁力消失反作用彈簧使銜鐵釋放各觸頭復位二、直流接觸器結構和工作原理與交流接觸器基本相同，主要用于遠距離控制，電壓可至400V、電流至600A的直流電路以及頻繁操作的直流電動機。三、接觸器的類型、技術參數、選擇、常見故障（參見教材P21-P24） （參見教材P22P23表1-2和表1-3，其中交流接觸器CJ10系列主觸頭均為三極，輔助觸頭為2常開、2常閉）第六節(jié) 繼電器繼電器種類很多： 電壓繼電器 電流繼電器按輸入信號的性質分： 時間繼電器 溫度繼電器 速度繼電器 壓力繼電器 電壓 電磁式繼電器

34、 電流 感應式繼電器按工作原理分： 電動式繼電器 電子式繼電器 熱繼電器按輸出形式分： 有觸點和無觸點按用途分： 控制用和保護用繼電器一、電磁式繼電器結構與工作原理和接觸器基本相同。 不同點：繼電器可以對各種輸入量的變化作出反應，而接觸器只在一定的電壓信號下動作；繼電器用于切換小電流的控制和保護電路，無滅弧裝置而接觸器用來控制大電流電路。電磁式繼電器按吸引線圈的電流種類分為：直流電磁式和交流電磁式按繼電器反映的參數分為： 電流、電壓、中間和時間繼電器工作狀態(tài)： 線圈斷電“0” ，得電“1” ；銜鐵吸合與釋放時間為0.05s0.15s。圖形符號及結構圖： 參見教材P25 Fig1-30 ，Fig

35、1-29（一） 電磁式電流繼電器KI線圈（匝數少、導線粗、阻抗?。┡c被控制電路串聯，以反 映電路電流的變化。有欠電流和過電流兩種欠電流繼電器：電路正常時，銜鐵吸合（常開閉合，常閉打開），當電流10%20%Ie時，繼電器銜鐵釋放過電流繼電器：電路正常時不動作，當電流超過某一整定值：1.14Ie時，繼電器銜鐵動作（二） 電磁式電壓繼電器KV線圈（匝數多、導線細、阻抗大）與被控制電路并聯，反映電路電壓的變化。根據動作電壓的大小有過電壓、欠電壓、零電壓之分，在電力拖動系統中起電壓保護和控制作用。（三） 電磁式中間繼電器KA實質上為電壓繼電器。但觸頭對數較多，觸頭容量較大（額定電流5-10A），動作靈敏

36、電磁式繼電器的整定及其型號（參見教材P25P26）二、時間繼電器利用電磁原理或機械動作原理實現觸頭延時接通或斷開的自動控制電器，用于控制動作時間 電磁式時間繼電器 空氣阻尼式 電動式 晶體管*（電子式，目前主要使用產品）圖形符號和文字符號：參見教材P26 Fig1-31，其中，b）、d）、e）為通電延時；c）、f）、g）為斷電延時。*晶體管時間繼電器（有通電延時和斷電延時）簡介：優(yōu)點：除執(zhí)行繼電器外，均由電子元件組成，無機械部件所以：精度高、體積小、壽命長、調節(jié)范圍大、延時范圍大、控制功率小 阻容延時電路的基本結構 充電曲線 工作過程當電容被充電上升至鑒幅器的門限電壓Ud時，鑒幅器輸出開關信號

37、至后級電路，使執(zhí)行繼電器動作。延時長短與時間常數以及E、Ud、Uco有關。三、熱繼電器利用電流的熱效應原理工作的保護電器。常用于電動機的（長時間）過載保護（一） 結構和工作原理 熱元件串接于定子繞組中熱繼電器 雙金屬片感測元件 觸頭 工作原理示意圖：參見教材P26 Fig1-32熱慣性，不能作瞬時過載保護，更不能作短路保護，熱繼電器有單相、二相及三相式，其中三相式還分為有斷相保護（用于電動機連接情況）和無斷相保護的。 圖形符號及文字符號：參見教材P28 Fig1-34（二）型號及選用參見教材P27四、速度繼電器用于籠型異步電動機的反接制動控制（又稱反接制動繼電器）結構和工作原理： 轉子圓柱型永

38、久磁鐵速度繼電器 定子籠型空心圓環(huán)，矽鋼片疊成，裝有籠型繞組（與籠形電動機的轉子相類似） 觸頭工作原理示意圖：參見教材P28 Fig1-35轉子的軸與被控電動機的軸相連接，定子空套在轉子上。電動機轉動速度繼電器的轉子隨之轉動（使永久磁鐵的磁場變成了旋轉磁場）定子內的短路籠形導體切割旋轉磁場感應電勢并產生電流電流與旋轉的轉子磁場作用產生轉矩定子轉動至一定角度擺錘推動簧片動作觸頭動作。當轉速低于某值，轉矩減小觸頭復位。即：轉速正常時，常開閉合，常閉打開。圖形符號和文字符號：參見教材P28 Fig1-36 作業(yè)：P29 思考題與習題 9， 15，16第二章 典型電氣控制電路分析 主電路從電源到電動機

39、大電流通過的路徑 電氣原理圖 控制電路 輔助電路 照明電路 信號電路 保護電路第一節(jié) 三相籠型異步電動機全壓起動控制一、單向全壓起動控制線路 （參見教材P30 Fig2-1）1 線路工作原理：合上QS，主電路接通三相電源等待、控制線路通電按下SB2KM線圈得電 主觸頭閉合電動機起動運行 輔助常開閉合，自鎖按下SB1KM線圈失電主觸頭及輔助觸頭復位電動機斷電，停止運行2 保護環(huán)節(jié)熔斷器FU（短路保護）、 熱繼電器FR（過載保護）接觸器的電磁機構（失壓、欠壓保護）二、電動機的點動控制線路 （參見教材P31 Fig2-2 b）圖b為帶手動開關SA的點動控制線路：SB2實現點動控制，SA合上即可實現連

40、續(xù)運轉控制。分析圖d工作原理如下：1. 點動控制 按下SB2KA線圈得電 KA常閉打開阻斷自鎖 KA常開閉合KM線圈得電主觸頭閉合電動機起動運行 放開SB2KA線圈失電KA觸頭復位KM線圈失電主觸頭打開電動機停2. 連續(xù)控制按下SB3KM線圈得電 主觸頭閉合電動機起動連續(xù)運行 輔助常開閉合，自鎖按下SB1KM線圈失電主觸頭及輔助觸頭復位電動機斷電，停止運行 三、三相異步電動機的正反轉控制線路在生產加工過程中，往往要求電動機能夠實現可逆運行。若將接至電動機的三相電源進線中的任意兩相對調，即可實現逆向運行。單向全壓起動控制 點動控制線路（b）自動往復循環(huán)控制線路 A） 電動機正停反（缺點：必須先停

41、機再切換） 控制線路：參見教材P32 Fig2-3a。 控制過程： 主電路： 合上轉換開關QS控制回路接通電源 控制回路：（1）按下SB2KM1線圈得電 主觸頭吸合，電機正轉 輔助常開閉合，自鎖 輔助常閉斷開，阻斷（互鎖）KM2（2）SB1按下KM1失電 主觸頭斷開電機停轉各觸頭復位（3）SB3按下KM2線圈得電 主觸頭吸合，電機反轉 輔助常開閉合，自鎖 輔助常閉斷開，阻斷（互鎖）KM1 B） 電動機正反停（優(yōu)點：不必停機即可切換；且按鈕和接觸器均有互鎖電路，分別稱為機械聯鎖和電氣聯鎖，工作可靠）控制線路：參見教材P32 Fig2-3b。控制過程： （1）SB2復合按鈕按下 KM1支路通線圈得

42、電 主觸頭吸合，電機正轉 輔助常開閉合，自鎖 輔助常閉斷開，阻斷（互鎖）KM2 KM2支路斷 （2）SB3復合按鈕按下 KM2支路通線圈得電 主觸頭吸合，電機反轉 輔助常開閉合，自鎖 輔助常閉斷開，阻斷（互鎖）KM1KM1支路斷 （3）SB1按下線路失電電機停轉注意：按鈕開關：常閉先斷，常開后合（參見教材P17 Fig1-18）四、自動往復行程控制線路 控制線路可自行分析：參見教材P33 Fig2-4五、順序循環(huán)控制線路生產實踐中常要求各種運動部件之間能夠實現按順序工作。例如，車床主軸轉動時要求油泵先給齒輪箱提供潤滑油，即要求保證潤滑泵電動機起動后主拖動電動機才允許起動，也就是控制對象對控制線

43、路提出了按順序工作的聯鎖要求。如下（a）圖的控制線路，主電路中M1為油泵電動機，M2為主拖動電動機，控制線路中，將控制油泵電動機的接觸器KM1的常開輔助觸頭串入控制主電動機的接觸器KM2的線圈電路中，即可實現按順序工作的聯鎖要求，（b）圖則是利用時間繼電器實現順序控制。控制線路：第二節(jié) 三相籠型異步電動機降壓起動控制降壓起動起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓目的 減小起動電流一、 定子串電阻降壓起動控制線路 *（參見教材P35 Fig2-5）二、星型三角形降壓起動控制線路（4kw以上）Y降壓起動的原理：把正常運行時，定子繞組應作三角形聯接的籠型異步電動機在起動時接成Y形，起動電壓從380V2

44、20V，從而減小起動電流。待轉速上升后，再改接成聯結，投入正常運行。這是一種最常用的降壓起動。 （起動電壓） （起動轉矩） （起動電流） A） 兩個接觸器的星形三角形降壓起動電路（電動機功率13kW以下） 控制線路：參見教材P35 Fig2-6 控制過程：主回路：合上轉換開關QS 控制線路接通電源 控制回路： （1）SB2復合按鈕按下 KT時間繼電器得電（通電延時） KM1線圈經KT延時斷開觸點得電 KM1主觸頭吸合（主回路）電動機Y形連接起動 KM1常開觸頭閉合,自鎖 KM1常閉觸頭斷開,互鎖KM2 （2）KT整定時間到 延時斷開常閉觸頭斷（先）KM1失電電機斷電 延時吸合常開觸頭合（后）K

45、M2線圈得電 （路徑:KT延時吸合觸頭SB2的復合按鈕（下）KM1常閉觸頭） KM2主觸頭吸合電機改為聯接（主回路） 電機運行 KM2常開觸頭閉合,自鎖KM1重新得電缺點: 起動過程中,KT延時斷開常閉觸頭先斷,而延時吸合常開觸頭后合,使有一瞬間 KM1失電,電機斷電.后經KM2自鎖,才使KM1重新得電,會引起第二次起動電流.（但由于慣性,電機未完全停止,起動電流不會很大.） KT在起動及電機運行中始終通電,對KT不利，同時增加了故障點。電機的Y換接由兩對KM2的常閉觸頭實現，觸點容量較小，容易在換接過程中磨損。B) 三個接觸器的星形三角形降壓起動電路（目前一般4kW籠形異步電動機均采用） 控制線路: 參見教材P36 Fig 2-7 控制過程: 主回路：合上QS控制線路接上電源控制回路：（1）SB2按鈕按下 KM1線圈得電 主觸頭吸合 電動機Y 常開觸頭吸合，自鎖 聯接起動 KM3線圈得電主觸頭吸合電機Y聯接 KT得電（2）KT整定時間到 延時斷開觸點斷（先）KM3失電主觸頭斷開 常閉復原 延時吸合觸點合（后） KM2線圈得電 主觸頭吸合電動機聯接運行 常開觸點吸合自鎖 常閉觸點斷開，與KM3互鎖，并令KT斷電相對于“兩個接觸器的Y降壓起動控制線路”其優(yōu)點：1） KT僅在起動過程中通電，Y換接后，KT即被斷電。2） 接觸器主觸頭直接與電源相連，不會出現停機再