1、第4章 繼電接觸器控制與可編程控制常用控制電器的動(dòng)作原理及其控制作用鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)典型控制電路的工作原理學(xué)習(xí)要點(diǎn)4.1 常用控制電器對(duì)電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械實(shí)現(xiàn)控制和保護(hù)的電工設(shè)備叫做控制電器。控制電器的種類很多，按其動(dòng)作方式可分為手動(dòng)和自動(dòng)兩類。手動(dòng)電器的動(dòng)作是由工作人員手動(dòng)操縱的，如刀開(kāi)關(guān)、組合開(kāi)關(guān)、按鈕等。自動(dòng)電器的動(dòng)作是根據(jù)指令、信號(hào)或某個(gè)物理量的變化自動(dòng)進(jìn)行的，如中間繼電器、交流接觸器等。4.1.1 開(kāi)關(guān)電器1、刀開(kāi)關(guān)刀開(kāi)關(guān)又叫閘刀開(kāi)關(guān)，一般用于不頻繁操作的低壓電路中，用作接通和切斷電源，或用來(lái)將電路與電源隔離，有時(shí)也用來(lái)控制小容量電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)與停機(jī)。刀開(kāi)關(guān)由閘刀（動(dòng)觸點(diǎn)）、靜插

2、座（靜觸點(diǎn)）、手柄和絕緣底板等組成。開(kāi)關(guān)電器是在控制電路中用于不頻繁地接通或斷開(kāi)電路的開(kāi)關(guān)，或用于機(jī)床電路電源的引入開(kāi)關(guān)。刀開(kāi)關(guān)種類很多。按極數(shù)分為單極、雙極和三極；按結(jié)構(gòu)分為平板式和條架式；按操作方式分為直接手柄操作式、杠桿操作機(jī)構(gòu)式和電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)式；按轉(zhuǎn)換方向分為單投和雙投等。刀開(kāi)關(guān)一般與熔斷器串聯(lián)使用，以便在短路或過(guò)負(fù)荷時(shí)熔斷器熔斷而自動(dòng)切斷電路。刀開(kāi)關(guān)額定電壓通常為250V和500V，額定電流在1500A以下。安裝刀開(kāi)關(guān)時(shí)，電源線應(yīng)接在靜觸點(diǎn)上，負(fù)荷線接在與閘刀相連的端子上。對(duì)有熔斷絲的刀開(kāi)關(guān)，負(fù)荷線應(yīng)接在閘刀下側(cè)熔斷絲的另一端，以確保刀開(kāi)關(guān)切斷電源后閘刀和熔斷絲不帶電。在垂直安裝時(shí)，

3、手柄向上合為接通電源，向下拉為斷開(kāi)電源，不能反裝。刀開(kāi)關(guān)的選用主要考慮回路額定電壓、長(zhǎng)期工作電流以及短路電流所產(chǎn)生的動(dòng)熱穩(wěn)定性等因素。刀開(kāi)關(guān)的額定電流應(yīng)大于其所控制的最大負(fù)荷電流。用于直接起停3 kW及以下的三相異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，刀開(kāi)關(guān)的額定電流必須大于電動(dòng)機(jī)額定電流的3倍。2、組合開(kāi)關(guān)組合開(kāi)關(guān)又叫轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，是一種轉(zhuǎn)動(dòng)式的閘刀開(kāi)關(guān)，主要用于接通或切斷電路、換接電源、控制小型鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)或局部照明。組合開(kāi)關(guān)有若干個(gè)動(dòng)觸片和靜觸片，分別裝于數(shù)層絕緣件內(nèi)，靜觸片固定在絕緣墊板上，動(dòng)觸片裝在轉(zhuǎn)軸上，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而變更通、斷位置。3、自動(dòng)開(kāi)關(guān)正常情況下過(guò)流脫扣器的銜鐵是釋放著的，嚴(yán)

4、重過(guò)載或短路時(shí)，線圈因流過(guò)大電流而產(chǎn)生較大的電磁吸力，把銜鐵往下吸而頂開(kāi)鎖鉤，使主觸點(diǎn)斷開(kāi)，起過(guò)流保護(hù)作用。欠壓脫扣器在正常情況下吸住銜鐵，主觸點(diǎn)閉合，電壓嚴(yán)重下降或斷電時(shí)釋放銜鐵而使主觸點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)。電源電壓正常時(shí)，必須重新合閘才能工作。4.1.2 熔斷器熔斷器主要作短路或過(guò)載保護(hù)用，串聯(lián)在被保護(hù)的線路中。線路正常工作時(shí)如同一根導(dǎo)線，起通路作用；當(dāng)線路短路或過(guò)載時(shí)熔斷器熔斷，起到保護(hù)線路上其他電器設(shè)備的作用。選擇熔體額定電流的方法如下：（1）電燈支線的熔體：熔體額定電流支線上所有電燈的工作電流之和。（2）一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的熔體：熔體額定電流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流2.5如果電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻繁，則為：熔

5、體額定電流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流(1.62)（3）幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)合用的總?cè)垠w：熔體額定電流=(1.52.5)容量最大的電動(dòng)機(jī)的額定電流+其余電動(dòng)機(jī)的額定電流之和1、按鈕按鈕的觸點(diǎn)分常閉觸點(diǎn)（動(dòng)斷觸點(diǎn)）和常開(kāi)觸點(diǎn)（動(dòng)合觸點(diǎn)）兩種。常閉觸點(diǎn)是按鈕未按下時(shí)閉合、按下后斷開(kāi)的觸點(diǎn)。常開(kāi)觸點(diǎn)是按鈕未按下時(shí)斷開(kāi)、按下后閉合的觸點(diǎn)。按鈕按下時(shí)，常閉觸點(diǎn)先斷開(kāi)，然后常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；松開(kāi)后，依靠復(fù)位彈簧使觸點(diǎn)恢復(fù)到原來(lái)的位置。4.1.3 主令電器主令電器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中用于接通或斷開(kāi)控制電路的電器設(shè)備，用以發(fā)送控制指令或用作程序控制。2、行程開(kāi)關(guān)行程開(kāi)關(guān)也稱為位置開(kāi)關(guān)，主要用于將機(jī)械位移變?yōu)殡娦盘?hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的電氣控

6、制。當(dāng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件撞擊觸桿時(shí)，觸桿下移使常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件離開(kāi)后，在復(fù)位彈簧的作用下，觸桿回復(fù)到原來(lái)位置，各觸點(diǎn)恢復(fù)常態(tài)。行程開(kāi)關(guān)演示動(dòng)畫線圈通電時(shí)產(chǎn)生電磁吸引力將銜鐵吸下，使常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。線圈斷電后電磁吸引力消失，依靠彈簧使觸點(diǎn)恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。4.1.4 交流接觸器接觸器演示動(dòng)畫根據(jù)用途不同，交流接觸器的觸點(diǎn)分主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)兩種。主觸點(diǎn)一般比較大，接觸電阻較小，用于接通或分?jǐn)噍^大的電流，常接在主電路中；輔助觸點(diǎn)一般比較小，接觸電阻較大，用于接通或分?jǐn)噍^小的電流，常接在控制電路（或稱輔助電路）中。有時(shí)為了接通和分?jǐn)噍^大的電流，在主觸點(diǎn)上裝有滅弧裝置，以熄

7、滅由于主觸點(diǎn)斷開(kāi)而產(chǎn)生的電弧，防止燒壞觸點(diǎn)。接觸器是電力拖動(dòng)中最主要的控制電器之一。在設(shè)計(jì)它的觸點(diǎn)時(shí)已考慮到接通負(fù)荷時(shí)的起動(dòng)電流問(wèn)題，因此，選用接觸器時(shí)主要應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的額定電流來(lái)確定。如一臺(tái)Y112M-4三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率4kW，額定電流為8.8A，選用主觸點(diǎn)額定電流為10A的交流接觸器即可。除電流之外，還應(yīng)滿足接觸器的額定電壓不小于主電路額定電壓。1、中間繼電器繼電器是一種根據(jù)特定輸入信號(hào)而動(dòng)作的自動(dòng)控制電器，其種類很多，有中間繼電器、熱繼電器、時(shí)間繼電器等類型。中間繼電器通常用來(lái)傳遞信號(hào)和同時(shí)控制多個(gè)電路，也可用來(lái)直接控制小容量電動(dòng)機(jī)或其他電氣執(zhí)行元件。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理與交

8、流接觸器基本相同，與交流接觸器的主要區(qū)別是觸點(diǎn)數(shù)目多些，且觸點(diǎn)容量小，只允許通過(guò)小電流。在選用中間繼電器時(shí)，主要是考慮電壓等級(jí)和觸點(diǎn)數(shù)目。4.1.5 繼電器熱繼電器演示動(dòng)畫通電延時(shí)空氣式時(shí)間繼電器利用空氣的阻尼作用達(dá)到動(dòng)作延時(shí)的目的。吸引線圈通電后將銜鐵吸下，使銜鐵與活塞桿之間有一段距離。在釋放彈簧作用下，活塞桿向下移動(dòng)。在傘形活塞的表面固定有一層橡皮膜，活塞向下移動(dòng)時(shí)，膜上面會(huì)造成空氣稀薄的空間，活塞受到下面空氣的壓力，不能迅速下移。當(dāng)空氣由進(jìn)氣孔進(jìn)入時(shí)，活塞才逐漸下移。移動(dòng)到最后位置時(shí)，杠桿使微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。3、時(shí)間繼電器通電延時(shí)時(shí)間繼電器演示動(dòng)畫斷電延時(shí)時(shí)間繼電器演示動(dòng)畫4.2繪制、識(shí)讀電

9、氣原理圖的原則 在繪制、識(shí)讀電氣原理圖時(shí)應(yīng)遵循下述原則： 1應(yīng)將主電路、控制電路、指示電路、照明電路分開(kāi)繪制。 2電源電路應(yīng)繪成水平線，而受電的動(dòng)力裝置及其保護(hù)電路應(yīng)垂直繪出。控制電路中的耗能元件（如接觸器和繼電器的線圈、信號(hào)燈、照明燈等）應(yīng)畫在電路的下方，而電器觸點(diǎn)應(yīng)放在耗能元件的上方。 3在原理圖中，各電器的觸點(diǎn)應(yīng)是未通電的狀態(tài)，機(jī)械開(kāi)關(guān)應(yīng)是循環(huán)開(kāi)始前的狀態(tài)。 4圖中從上到下，從左到右表示操作順序。 5原理圖應(yīng)采用國(guó)家規(guī)定的國(guó)標(biāo)符號(hào)。不同位置的同一電器元件應(yīng)標(biāo)有相同的文字符號(hào)。 6在原理圖中，若有交叉導(dǎo)線聯(lián)接點(diǎn)，要用小黑圓點(diǎn)表示，無(wú)直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線則不畫出小黑圓點(diǎn)。在電路圖中，應(yīng)盡量減

10、少或避免導(dǎo)線的交叉。電氣原理圖的原則4.3 直接起動(dòng)控制電路 4.3.1 單向控制電路 刀開(kāi)關(guān)控制的單向控制電路 接觸器控制的單向控制電路 4.3.2 點(diǎn)動(dòng)控制電路合上刀開(kāi)關(guān)，按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB, KM的線圈通電，三相主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。當(dāng)松開(kāi)點(diǎn)動(dòng)按鈕SB，KM線圈斷電，三相主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)斷電，停止運(yùn)轉(zhuǎn)。點(diǎn)動(dòng)控制電路 4.3.3 正反轉(zhuǎn)控制電路具有雙重聯(lián)鎖的控制電路 正反轉(zhuǎn)電路演示動(dòng)畫4.4 降壓起動(dòng)和制動(dòng)控制4.4.1 降壓起動(dòng)控制 1定子繞組串電阻降壓起動(dòng) 2. Y-聯(lián)接降壓起動(dòng)4.4.2 制動(dòng)控制電路1反接制動(dòng)控制電路 4.5 普通車床的控制電路C620-1型普通車床電器控制電路

11、4. 6 可編程控制1.可編程序控制器的組成 4.6.1 可編程控制概述 繼電接觸器控制系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng) （1）微處理器：簡(jiǎn)稱CPU，是PLC的大腦，其主要作用是接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，診斷編程過(guò)程中的錯(cuò)誤，對(duì)輸入信號(hào)做出正確判斷并將結(jié)果輸送給有關(guān)部分。（2）存儲(chǔ)器:PLC的記憶裝置，包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序及按對(duì)應(yīng)定義(I/O，內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）存貯系統(tǒng)參數(shù)等。 （4）輸入輸出組件是可編程序控制器與被控設(shè)備聯(lián)接的部件，包括輸入組件和輸出組件。輸入組件能接收被

12、控設(shè)備的信號(hào)， （3）編程器是用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。 （4）輸入輸出組件 （5）電源部件將外接的交流電源轉(zhuǎn)換成PLC工作所需要的直流電源 2可編程序控制器的基本工作過(guò)程 3可編程序控制器與繼電器控制的異同 (1)組成的器件不同。 (2)觸點(diǎn)數(shù)量不同。 (3)工作方式不同。4.6.2 可編程序控制器的特點(diǎn) 1可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。2程序簡(jiǎn)單、靈活、可變。3通用性好、功能完善。4體積小、重量輕、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。 4.6.3 可編程序控制器的指令系統(tǒng)1可編程序控制器的軟繼電器及其編號(hào)FP1系列PLC編號(hào)范圍及功能如下： （l） 輸入繼電器的字母代號(hào)為“X”，“X”后跟十六進(jìn)制數(shù)(

13、0F），其編號(hào)范圍為X0XF，共16點(diǎn)。 （2） 輸出繼電器的字母代號(hào)為“y”，其編號(hào)范圍為：Y0Y7，共8點(diǎn)。 （3）內(nèi)部繼電器的字母代號(hào)為“R”，其編號(hào)范圍為：R0R62F，共1008點(diǎn)。 （4）定時(shí)器其字母代號(hào)為“T”，其編號(hào)范圍為： T0-T99，共100點(diǎn)。 （5）計(jì)數(shù)器其字母代號(hào)為“C”，其編號(hào)范圍為：C100C143，共44點(diǎn)。 （6）通用“字”寄存器 其字母代號(hào)為“WR”其編號(hào)范圍為：WR0WR62，共63點(diǎn)。2可編程序控制器的指令系統(tǒng) （1） ST(Start)指令：常開(kāi)觸點(diǎn)與母線連接指令。 ST(Start not)指令：常閉觸點(diǎn)與母線連接指令。 OT (Out)指令：線圈

14、驅(qū)動(dòng)指令。 ED（End）：程序結(jié)束指令，是程序的最后一條指令。 梯形圖 指令 使用說(shuō)明： 在每一條邏輯行的開(kāi)始總要使用ST或ST指令，當(dāng)邏輯行的開(kāi)始為常開(kāi)觸點(diǎn)時(shí)使用ST指令；當(dāng)邏輯行的開(kāi)始為常閉觸點(diǎn)時(shí)，則使用ST指令。 內(nèi)部繼電器并聯(lián)時(shí)可以連續(xù)使用OT指令。OT指令不能用于輸入繼電器Xo ED指令無(wú)使用元件。（2） AN (And)指令：串聯(lián)常開(kāi)觸點(diǎn)指令。 AN（And not)指令：串聯(lián)常閉觸點(diǎn)指令。 OR (Or)指令：并聯(lián)常開(kāi)觸點(diǎn)指令。 OR（Or not)指令：并聯(lián)常閉觸點(diǎn)指令。梯形圖 指令 使用說(shuō)明： AN、AN用于串聯(lián)一個(gè)常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)，串聯(lián)觸點(diǎn)的數(shù)量不限。 OR、OR用于并聯(lián)一

15、個(gè)常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)，并聯(lián)觸點(diǎn)的數(shù)量不限。 這幾條指令使用的元件為X、Y、R、T和C。 （3） ANS (And stack)指令 ：把兩個(gè)并聯(lián)的觸點(diǎn)組串聯(lián) 梯形圖 指令 梯形圖 指令 ORS (Or stack）指令 ：把兩個(gè)串聯(lián)的觸點(diǎn)組并聯(lián) 使用說(shuō)明： 每個(gè)觸點(diǎn)組的開(kāi)頭均使用ST或ST/指令。 若有多個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)或并聯(lián)，順次以ANS或ORS指令與前面電路連接，連接組數(shù)不限。 ORS的使用 ANS、ORS指令均無(wú)使用元件。 （4） TM（Timer）指令：實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通延時(shí)操作的定時(shí)指令。定時(shí)指令分三種類型：TMR：定時(shí)時(shí)間為0. 01 s；TMX定時(shí)時(shí)間為01 s；TMY定時(shí)時(shí)間為1 s。梯形圖 指令

16、“2”為定時(shí)器編號(hào)，“100”為定時(shí)設(shè)置值。定時(shí)時(shí)間設(shè)置值等于定時(shí)單位與定時(shí)設(shè)置值的乘積，因此定時(shí)時(shí)間為0. 1100=10 s。CT (Counter）指令：實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的指令。 梯形圖 指令 “120”為計(jì)數(shù)器編號(hào)，“4”為計(jì)數(shù)設(shè)置值。它有兩個(gè)輸入端：計(jì)數(shù)脈沖端(C端）、復(fù)位端（R端）。 使用說(shuō)明： 使用說(shuō)明： 定時(shí)設(shè)置值可為K0K32767范圍內(nèi)的任意一個(gè)十進(jìn)制常數(shù)。定時(shí)器為減1計(jì)數(shù)，即每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖則定時(shí)設(shè)置值逐次減1，直至為零時(shí)，定時(shí)器才產(chǎn)生輸出。輸入端斷開(kāi)時(shí)，定時(shí)器立即復(fù)位，其數(shù)據(jù)返回到設(shè)置值。 計(jì)數(shù)設(shè)置值為K0K32767范圍內(nèi)的任意一個(gè)十進(jìn)制常數(shù)。計(jì)數(shù)器為減1計(jì)數(shù)，即每來(lái)一個(gè)

17、時(shí)鐘脈沖則計(jì)數(shù)設(shè)置值逐次減1，直至為零時(shí)，計(jì)數(shù)器才產(chǎn)生輸出。當(dāng)R端接通時(shí)計(jì)數(shù)器復(fù)位。 每條TMR、TMX和CT各占三個(gè)地址號(hào)，TMY占四個(gè)地址號(hào)。（5） PSHS、RDS、POPS指令為堆棧指令，是用來(lái)對(duì)具有分支的梯形圖進(jìn)行編程的一組指令。PSHS (Push stack)為推入堆棧指令，即將在該指令以前的運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)起來(lái)。 RDS(Read stack)為讀出堆棧指令，讀出由PSHS指令存儲(chǔ)的運(yùn)算結(jié)果。POPS (Pop stack)為彈出堆棧指令，讀出并清除由PSHS指令存儲(chǔ)的結(jié)果。梯形圖 指令 使用說(shuō)明： 堆棧指令是一種組合指令，不能單獨(dú)使用。 PSHS和POPS分別用于分支的開(kāi)始和最后

18、，只能各用一次。 RDS用于PSHS和POPS之間，可以多次使用。 堆棧指令無(wú)使用元件。（6） DF、DF是微分指令，它們的功能是把一個(gè)長(zhǎng)信號(hào)變?yōu)槊}沖式的斷信號(hào) DF (Differentiation叩）：當(dāng)脈沖信號(hào)的上升沿來(lái)到時(shí)，線圈接通一個(gè)掃描周期 DF/(Differentiation down)：當(dāng)脈沖信號(hào)的下降沿來(lái)到時(shí)，線圈接通一個(gè)掃描周期。 功能圖 梯形圖指令使用說(shuō)明： 這兩條指令沒(méi)有使用次數(shù)的限制。 這兩條指令均無(wú)使用元件。 所產(chǎn)生的輸出脈沖的寬度為一個(gè)掃描周期。 （7） KP(Keep)為保持指令，它的功能是把一個(gè)短信號(hào)變成長(zhǎng)信號(hào)。 指令梯形圖功能圖使用說(shuō)明： R端為復(fù)位端。當(dāng)R端和S端同時(shí)接通時(shí)，R端優(yōu)先。 本指