《電工電子學》課件第7章

第7章電氣控制系統(tǒng)

7.1低壓控制電器

7.2繼電接觸器控制電路

7.3籠型電動機控制電路

7.4可編程控制器

7.1低壓控制電器

7.1.1按鈕

按鈕通常用來接通或斷開控制電路(其中電流很小)，從而控制電動機或其他電氣設備的運行。按鈕的外形如圖7-1(a)所示。圖7-1(b)所示為按鈕的結構圖，當按鈕帽被按下時，下面一對原來斷開的靜觸點被動觸點接通，以接通某一控制電路；而上面一對原來接通的靜觸點則被斷開，以斷開另一控制電路。圖中動觸點和上面的靜觸點組成動斷觸點(或稱常閉觸點)，動觸點和下面的靜觸點組成動合觸點(或稱常開觸點)。當按下按鈕帽時，動斷觸點斷開，動合觸點閉合。放開按鈕帽時，動斷觸點與動合觸點恢復為常態(tài)，即動斷觸點常閉，動合觸點常開。其按鈕的圖形符號如圖7-1(c)所示。圖7-1按鈕7.1.2刀開關

根據(jù)工作條件和用途的不同，刀開關有不同的結構形式，但其工作原理基本相似。刀開關按極數(shù)可分為單極、雙極及三極等種類，它的結構和圖形符號如圖7-2所示。圖7-2刀開關7.1.3組合開關

組合開關也是一種刀開關，不過它的刀片是轉(zhuǎn)動式的，操作比較輕巧，它的動觸頭(刀片)和靜觸頭裝在封閉的絕緣件內(nèi)，采用疊裝式結構，其層數(shù)由動觸頭數(shù)量來決定。動觸頭裝在操作手柄的轉(zhuǎn)軸上，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而改變各對觸頭的通斷狀態(tài)。組合開關常用做電源的引入開關，也可以由它來直接起停小容量籠型電動機或使電動機正、反轉(zhuǎn)，局部照明電路也常用它來控制。組合開關的種類很多，常用的有HZ10等系列，它有單極、雙極、三極和四極等。其圖形符號如圖7-3所示。圖7-3組合開關7.1.4熔斷器

熔斷器的產(chǎn)品系列、種類很多，常用的熔斷器有管式、插入式和螺旋式等幾種形式，它們的結構如圖7-4所示。圖7-4熔斷器熔斷器中的熔絲或熔片一般由熔點較低的易熔合金(如鉛錫合金等)制成，也可以由截面積很小的良導體(如銅、銀等)制成。熔斷器被串聯(lián)在保護電路中。在電路正常工作時，熔斷器中的熔絲或熔片不會熔斷；而當電路中發(fā)生短路或嚴重過載時，熔斷器中的熔絲或熔片則會立即熔斷。

熔斷器的圖形符號如圖7-5所示。圖7-5熔斷器的圖形符號根據(jù)電路的工作情況選擇熔斷絲的方法如下：

(1)電燈支線的熔絲：

熔絲額定電流≥支線上所有電燈的工作電流

(2)一臺電動機的熔絲：為了防止電動機起動時電流較大而將熔絲燒斷，因此熔絲不能按電動機的額定電流來選擇，而應按下式計算：

如果電動機頻繁起動，則為

(3)幾臺電動機合用的總?cè)劢z一般可粗略地按下式計算：

熔絲額定電流=(1.5～2.5)×容量最大的電動機的額定電流

+其余電動機的額定電流之和7.1.5低壓斷路器

低壓斷路器俗稱自動空氣開關，是低壓配電網(wǎng)中的主要電器開關之一。它不僅可以接通和分斷正常負載電流、電動機工作電流和過載電流，而且可以接通和分斷短路電流。低壓斷路器主要在不頻繁操作的低壓配電線路或開關柜(箱)中作為電源開關使用，同時對線路、電器設備及電動機等實行保護。當它們發(fā)生嚴重過電流、過載、短路、斷相、漏電等

故障時，能自動切斷線路，起到保護作用，其應用十分廣泛。低壓斷路器的一般原理圖和圖形符號如圖7-6所示。圖7-6低壓斷路器7.1.6熱繼電器

熱繼電器是專門用來對連續(xù)運行的電動機進行過載及斷相保護，以防止電動機過熱而燒毀的保護電器。熱繼電器的結構及圖形符號如圖7-7所示。圖7-7熱繼電器7.1.7交流接觸器

交流接觸器常用來頻繁接通和斷開電動機或其他設備的主電路，并能進行遠距離控制。交流接觸器具有欠(零)電壓保護作用，而且每小時可以開閉千余次。交流接觸器的主要結構和圖形符號如圖7-8所示。交流接觸器主要由電磁鐵和觸點兩部分組成，它是利用電磁鐵的吸引力而動作的。當吸引線圈通電后，吸引山字形動鐵心(上鐵心)，而使動合觸點閉合。圖7-8交流接觸器7.1.8中間繼電器

選用中間繼電器主要是考慮電壓等級和觸點(動合和動斷)數(shù)量。中間繼電器的圖形符號如圖7-9所示。圖7-9中間繼電器的圖形符號

7.2繼電接觸器控制電路

7.2.1籠型電動機直接起動控制電路

圖7-10所示是中、小容量籠型電動機直接起動控制電路，電路中使用了組合開關Q、熔斷器FU、交流接觸器KM、熱繼電器FR和按鈕SB等幾種電器。圖7-10籠型電動機直接起動電氣控制原理圖7.2.2籠型電動機正、反轉(zhuǎn)控制電路

在生產(chǎn)上往往要求運行部件向正、反兩個方向運動。例如，機床工作臺的前進與后退，主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，起重機的提升與下降，等等。這就要求控制電路能夠改變電源的相

序。為此，只要用兩個交流接觸器就能實現(xiàn)這一要求。如圖7-11所示為籠型電動機正、反轉(zhuǎn)控制電路。當正轉(zhuǎn)接觸器KMF工作時，電動機正轉(zhuǎn)；當反轉(zhuǎn)接觸器KMR工作時，由于調(diào)換了兩根電源線，所以電動機反轉(zhuǎn)。圖7-11籠型電動機正、反轉(zhuǎn)的電氣控制原理圖這種控制電路有個缺點，就是在每次電動機由正(反)轉(zhuǎn)到反(正)轉(zhuǎn)時必須先停車，然后再反(正)向轉(zhuǎn)動，故稱為“正—?！础被颉胺础！笨刂齐娐?。為了解決這個問題，在生產(chǎn)上常采用復合按鈕和交流接觸器的輔助觸點聯(lián)鎖的控制電路，如圖7-12所示。復合按鈕聯(lián)鎖常稱為機械聯(lián)鎖，而交流接觸器的輔助觸點聯(lián)鎖常稱為電氣聯(lián)鎖。圖7-12籠型電動機正、反轉(zhuǎn)含機械聯(lián)鎖的控制電路

7.3籠型電動機控制電路

7.3.1行程控制

行程控制，就是當運動部件到達一定行程位置時采用行程開關來進行控制。行程開關主要用于檢測工作機械的位置，發(fā)出命令以控制其運動方向或行程長短。行程開關也稱為位置開關。行程開關的種類很多，常用的有LX等系列。如圖7-13所示是一般行程開關的外形圖和圖形符號。圖中所示的行程開關有一個動合觸點和一個動斷觸點，它主要是由裝在運動部件上的擋塊來撞動的。圖7-13行程開關圖7-14所示是用行程開關來控制工作臺前進和后退的示意圖和控制電路圖。行程開關SQ1和SQ2分別裝在工作臺的原位和終點，由裝在工作臺上的擋塊來撞動。工作臺由電動機M帶動。電動機的主電路和圖7-11中的一樣，控制電路也只是多了行程開關的三個觸點。圖7-14用行程開關控制工作臺的前進和后退7.3.2時間控制

JS7－4A型斷電延時型時間繼電器的結構原理圖如圖

7-15所示。圖7-15斷電延時型時間繼電器的結構原理圖斷電延時型時間繼電器的觸點有延時觸點與瞬時觸點之分。延時觸點又分為延時斷開的動合觸點和延時動斷的閉合觸點。瞬時觸點也稱常規(guī)觸點，不能延時，只能在通電時動作，斷電時恢復。其圖形符號如圖7-16所示。圖7-16斷電延時型時間繼電器的圖形符號若將斷電延時型時間繼電器的電磁機構翻轉(zhuǎn)180°安裝，即為通電延時型時間繼電器，其工作原理與斷電延時型時間繼電器相似。通電延時型時間繼電器的圖形符號如圖7-17所示。圖7-17通電延時型時間繼電器的圖形符號下面以籠型電動機Y-△換接起動的控制電路為例來介紹時間控制的實現(xiàn)。

籠型電動機的Y-△換接起動就是先將電動機進行Y連接，經(jīng)過一定時間，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定值時換成△連接。圖7-18所示是籠型電動機Y-△起動的控制電路。圖7-18籠型電動機Y-△換接起動的控制電路

7.4可編程控制器

1.PLC的定義

可編程序控制器是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業(yè)自動控制

裝置。

2.PLC的基本結構

目前，雖然PLC的種類繁多，但是它們的基本結構及組成基本相同。其硬件系統(tǒng)結構如圖7-19所示。圖7-19

PLC的硬件系統(tǒng)結構圖

3.PLC的工作方式

PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進行工作。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向各輸出點發(fā)出相

應的控制信號。整個工作過程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。其工作過程框圖如圖7-20所示。圖7-20

PLC的掃描工作過程4.PLC的主要功能和特點

1)主要功能

隨著技術的不斷發(fā)展，目前PLC已能完成以下功能：

(1)開關邏輯控制。

(2)定時/計數(shù)控制。

(3)步進控制。

(4)數(shù)據(jù)處理。

(5)過程控制。

(6)運動控制。

(7)通信聯(lián)網(wǎng)。

(8)監(jiān)控。

(9)數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換。2)主要特點

(1)可靠性高，抗干擾能力強。

(2)功能完善，編程簡單，組合靈活，擴展方便。

(3)體積小，質(zhì)量輕，功耗低。

(4)可與各種組態(tài)軟件結合，實現(xiàn)遠程監(jiān)控生產(chǎn)過程。

5.PLC的編程語言

1)梯形圖

梯形圖是一種從繼電接觸器控制電路圖演變而來的圖形語言。它是借助類似于繼電器的動合觸點、動斷觸點、線圈以及串聯(lián)與并聯(lián)等術語和符號，根據(jù)控制要求連接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關系的圖形，既直觀又易懂。圖7-21(a)所示為使用PLC控制的籠型電動機直接起動的梯形圖，與圖7-10所示繼電接觸器控制電路功能一致。圖

7-21(a)中X1和X2分別表示輸入繼電器的動合觸點和動斷觸點，分別與圖7-10中的停止按鈕SB1和起動按鈕SB2相對應。Y0表示輸出繼電器的線圈和動合觸點，與圖7-10中的接觸

器KM相對應。圖7-21籠型電動機直接起動控制

2)指令語句表

(1)ST、ST/與OT指令。

·ST是起始指令(也稱取指令)，用于從左母線開始取用動合觸點作為該邏輯行運算的開始。

·ST/是起始反指令(也稱取反指令)，用于從左母線開始取用動斷觸點作為該邏輯行運算的開始。

·OT是輸出指令，用于將運算結果驅(qū)動指定線圈。圖7-22

ST、ST/、OT指令的用法

(2)AN、AN/與OR、OR/指令。

·AN是觸點串聯(lián)指令(也稱與指令)，AN/是觸點串聯(lián)反指令(也稱與非指令)。它們分別用于單個動合觸點和動斷觸點的串聯(lián)。

·OR是觸點并聯(lián)指令(也稱或指令)，OR/是觸點并聯(lián)反指令(也稱或非指令)。它們分別用于單個動合觸點和動斷觸點的并聯(lián)。圖7-23

AN、AN/、OR、OR/指令的用法

(3)ANS與ORS指令。

·ANS是塊串聯(lián)指令(也稱塊與指令)，用于指令塊的

串聯(lián)。

·ORS是塊并聯(lián)指令(也稱塊或指令)，用于指令塊的

并聯(lián)。圖7-24

ANS與ORS指令的用法

(4)/指令。/是取反指令，它將該指令所在位置的運算結果取反。該指令的用法如圖7-25所示。圖中，若X0閉合，

則Y0接通，Y1斷開；若X0斷開，則Y0閉合，Y1接通。圖7-25

/指令的用法

(5)TM指令。TM是定時器指令。定時器指令分三種類型：TMR：定時單位為0.01s的定時器；TMX：定時單位為0.1s的定時器；TMY：定時單位為1s的定時器；

TM指令的用法如圖7-26所示。圖7-26

TM指令的用法

(6)CT指令。CT是計數(shù)器指令。其用法如圖7-27所示，“100”是計數(shù)器編號，“4”為計數(shù)設定值。用CT指令編程時，一定要有計數(shù)脈沖信號和復位信號。因此，計數(shù)器有計數(shù)脈沖輸入端和復位端兩個輸入端。圖中，輸入觸點X0用來控制計數(shù)脈沖端，X1用來控制復位端。當計數(shù)到4時，計數(shù)器的動合觸點C100閉合，線圈Y0接通。圖7-27

CT指令的用法

(7)PSHS、RDS、POPS指令。PSHS(壓入堆棧)、RDS

(讀出堆棧)、POPS(彈出堆棧)這三條堆棧指令常用于梯形圖中多條連于同一點的分支通路，并要用到同一運算結果的場合。其用法如圖7-28所示。圖7-28

PSHS、RDS、POPS指令的用法

(8)DF、DF/指令。DF、DF/是微分指令。DF是指當檢測到觸發(fā)信號上升沿時，線圈接通一個掃描周期；DF/是指當檢測到觸發(fā)信號下降沿時，線圈接通一個掃描周期。其用法如圖7-29所示。圖7-29

DF、DF/指令的用法

(9)SET、RST指令。SET、RST是置位和復位指令。其用法如圖7-30所示。當X0閉合時，Y0接通；當X1接通時，Y0斷開。圖7-30

SET、RST指令的用法

(10)KP指令。KP是保持指令。其用法如圖7-31所示。它有置位和復位兩個輸入端。觸點X0控制置位端，當X0閉合時，線圈Y0接通并保持；觸點X1控制復位端，當X1接通時，線圈Y0斷開并復位。圖7-31

KP指令的用法

(11)NOP指令。NOP是空操作指令，它不完成任何操作。其用法如圖7-32所示。當X0閉合時，Y0接通。

(12)E