第5章繼電—接觸器控制與可編程控制

5.1常用低壓電器

5.2三相籠型異步電動機直接起動控制電路

5.3三相籠型異步電動機的降壓起動和制動控制

5.4普通車床的控制電路

*5.5可編程控制返回主目錄第5章繼電-接觸器控制與可編程控制

常用低壓電器根據其在電路中所起作用的不同，電器可分為控制電器和保護電器?？刂齐娖髦饕刂齐娐返慕油ɑ驍嚅_，例如刀開關、接觸器等。保護電器主要的作用是保護電源不工作在短路狀態，保護電動機不工作在過載狀態，例如熱繼電器、熔斷器都屬于保護電器。一、刀開關刀開關是一種手動電器，用來接通和斷開電路，刀開關可分為開啟式負荷開關、封閉式負荷開關、組合開關、熔斷器式刀開關等。1.開啟式負荷開關開啟式負荷開關又稱閘刀開關。其外形如圖5-1所示。閘刀開關沒有滅弧裝置，僅以上、膠蓋為遮護以防止電弧傷人。通常作為隔離開關，用于不頻繁地接通或斷開的電路中。閘刀開關的型號有HK1、HK2等系列。2.封閉式負荷開關封閉式負荷開關又稱鐵殼開關。其結構如圖5-2所示。它與閘刀開關根本相同，但在鐵殼開關內裝有速斷彈簧，它的作用是使閘刀快速接通和斷開，以消除電弧。另外，在鐵殼開關內還設有聯鎖裝置，即在閘刀閉合狀態時，開關蓋不能開啟，以保證平安。鐵殼開關的型號有HH10、HH11等系列。

圖5–1開啟式負荷開關

1-U形動觸刀；2-靜夾座；3-瓷插式熔斷器；4-速斷彈簧；5-轉軸；6-操作手柄；7-開關蓋；8-開關蓋鎖緊螺栓；9-進線孔；10-出線孔圖5-2封閉式負荷開關

3.組合開關組合開關又稱為轉換開關。組合開關的外形如圖5-3所示。它的刀片(動觸片)是轉動的，能組成各種不同的線路。動觸片裝在有手柄的絕緣方軸上，方軸可90°旋轉，動觸片隨方軸的旋轉使其與靜觸片接通或斷開。它的型號有HZ5、HZ10、HZ15等系列。

二、熔斷器熔斷器俗稱保險絲。它主要由熔斷體和放置熔斷體的絕緣管或絕緣座組成，熔斷體(熔絲)是熔斷器的核心局部。熔斷器應與電路串聯，它的主要作用是作短路或嚴重過載保護。熔斷器可分為磁插式熔斷器、螺旋式熔斷器、管式熔斷器。圖5-3組合開關

1.磁插式熔斷器磁插式熔斷器結構如圖5-4所示。因為磁插式熔斷器具有結構簡單、價廉、外形小、更換熔絲方便等優點，所以它被廣泛地用于中、小容量的控制系統中。磁插式熔斷器的型號為RC1A系列。

2.螺旋式熔斷器螺旋式熔斷器的外形和結構如圖5-5所示。在熔斷管內裝有熔絲，并填充石英砂，作熄滅電弧之用。熔斷管口有色標，以顯示熔斷信號。當熔斷器熔斷的時候，色標被反作用彈簧彈出后自動脫落，通過瓷帽上的玻璃窗口可看見。螺旋式熔斷器的型號有RL1、RL7等系列。圖5-4磁插式熔斷器結構

1-熔絲；2-動觸點；3-瓷蓋；4-靜觸點；5-瓷體

圖5-5螺旋式熔斷器

1-瓷帽；2-熔斷管；3-瓷套；4-上接線盒；5-下接線盒；6-瓷座3.管式熔斷器管式熔斷器分為有填料式和無填料式兩類。有填料管式熔斷器的結構如圖5-6所示。有填料管式熔斷器是一種分斷能力較大的熔斷器，主要用于要求分斷較大電流的場合。常用的型號有RT12、RT14、RT15、RT17等系列。

三、按鈕按鈕是一種手動操作接通或斷開控制電路的主令電器。它主要控制接觸器和繼電器，也可作為電路中的電氣聯鎖。按鈕的結構如圖5-7所示。常態(未受外力)時，靜觸點1、2通過橋式動觸點5閉合，所以稱1、2為常閉(動斷)觸點。靜觸點3、4分斷，所以稱之為常開(動合)觸點。當按下按鈕帽6時，橋式動觸點在外力的作用下向下運動，使1、2分斷，3、4閉合。此時，復位彈簧7為受壓狀態。當外力撤消后，橋式動觸點在彈簧的作用下回到原位，靜觸點1、2和3、4也隨之恢復到原位，此過程稱為復位。

圖5-6有填料管式熔斷器

(a)外形；(b)結構

圖5-7按鈕的結構示意圖

按鈕的種類較多。按鈕按觸頭的分合狀況，可分為常開按鈕(或起動按鈕)、常閉按鈕(或停止按鈕)和復合按鈕。按鈕可以做成單個的(稱單聯按鈕)、兩個的(稱雙聯按鈕)和多個的。按鈕的外型如圖5-8所示。按鈕的型號有LA10、LA20、LA25等系列。

四、接觸器接觸器是用來頻繁接通和斷開電路的自動切換電器，它具有手動切換電器所不能實現的遙控功能，同時還具有欠電壓、失電壓保護的功能，但卻不具備短路保護和過載保護功能。接觸器的主要控制對象是電動機。圖5-8按鈕的外形

(a)單聯按鈕；(b)雙聯按鈕

接觸器觸頭按通斷能力，可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭主要用于通斷較大電流的電路(此電路稱主電路)，它的體積較大，一般由三對常開觸頭組成。輔助觸頭主要用于通斷較小電流的電路(此電路稱控制電路)，它的體積較小，有常開觸頭和常閉觸頭之分。接觸器按通入電流類型的不同可分為交流接觸器和直流接觸器。交流接觸器的外形和結構如圖5-9所示。當給交流接觸器的線圈5通入交流電時，在鐵心6上會產生電磁吸力，克服彈簧4的反作用力，將銜鐵3吸合，銜鐵的動作帶動動觸橋1的運動，使靜觸點2閉合。當電磁線圈斷電后，鐵心上的電磁吸力消失，銜鐵在彈簧的作用下回到原位，各觸點也隨之回到原始狀態。交流接觸器的型號有CJ0、CJ12、CJ20等系列。圖5-9交流接觸器

〔a〕外形；〔b〕結構示意圖

五、繼電器繼電器是一種根據外來電信號來接通或斷開電路，以實現對電路的控制和保護作用的自動切換電器。繼電器一般不直接控制主電路，而反映的是控制信號。繼電器的種類很多根據用途可分為控制繼電器和保護繼電器；根據反映的不同信號可分為電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器、時間繼電器、熱繼電器、速度繼電器、溫度繼電器和壓力繼電器等?，F介紹其中的幾種。

1.熱繼電器熱繼電器是利用發熱元件感受到的熱量而動作的一種保護繼電器。主要對電動機實現過載保護、斷相保護、電流不平衡運行保護。熱繼電器的外形和結構如圖5-10所示。發熱元件2繞在雙金屬片1上，當電動機過載時，過大的電流產生熱量，使雙金屬片1彎曲，再通過動作機構3，使常閉觸點4斷開，從而斷開控制電路，到達保護的目的。熱繼電器的型號有JR0、JR15、JR20等系列。2.時間繼電器時間繼電器是在感受到外界信號后，其執行局部需要延遲一定時間才動作的一種繼電器。時間繼電器按延時方式可分為通電延時和斷電延時兩種。其型號分別為JS23、JS11、JS18、JS20等系列。

圖5-10熱繼電器

(a)外形；(b)結構

3.速度繼電器速度繼電器也稱轉速繼電器。它是一種用來反映轉速和轉向變化的繼電器。它的工作方式是依靠電動機轉速的快慢作為輸入信號，通過觸點的動作信號傳遞給接觸器，再通過接觸器實現對電動機的控制。它主要用于反接制動電路中。其外形和結構如圖5-11所示。圖5-11速度繼電器的外形和結構

-(a)外形；(b)結構

速度繼電器是根據電磁感應原理制成的，其結構示意圖如圖5-12所示。當電動機旋轉時，與電動機同軸的速度繼電器轉子也隨之旋轉，此時籠型導條就會產生感應電動勢和電流，此電流與磁場作用產生電磁轉矩，圓環10帶動擺桿8在此電磁轉矩的作用下順著電動機偏轉一定角度。這樣，使速度繼電器的常閉觸點斷開，常開觸點閉合。當電動機反轉時，就會使另一對觸點動作。當電機轉速下降到一定數值時，電磁轉矩減小，返回杠桿7使擺桿8復位，各觸點也隨之復位。圖5-12速度繼電器的結構示意圖

1-調節螺釘；2-反力彈簧；3-常閉觸點；4-常開觸點；5-動觸點；6-推桿；7-返回杠桿；8-擺桿；9-籠型導條；10-圓環;11-轉軸；12-永磁轉子

一、行程開關行程開關，又稱限位開關。它主要用于限制機械運動的位置，同時還能使機械實現自動停止、反向、變速或自動往復等運動。行程開關的動作原理與按鈕相似，二者的區別在于：按鈕是用手來操作的，而行程開關是靠機械的運動來實現其動作的。行程開關可分為按鈕式和旋轉式，旋轉式又可分為單輪旋轉式和雙輪旋轉式兩種，它們的外形分別如圖5-13(a)、(b)、(c)所示。型號有JLXK、LX19等系列。

圖5-3行程開關(a)按鈕；(b)單輪旋轉式；(c)雙輪旋轉式七、自動開關自動開關又稱自動空氣斷路器，或稱斷路器。它是刀開關、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合。在電路中能起到欠壓、失壓、過載、短路保護的作用。它既能自動控制，也能手動控制。自動開關的結構如圖5-14所示。欠電壓脫扣器11上的線圈與電源電壓并聯。如果電源電壓下降到某一數值以下時，電磁吸力小于彈簧9的拉力，而使銜鐵10在彈簧力的作用下撞擊杠桿7，使搭鉤4被頂開，鎖鍵3帶動三相觸點2在彈簧1的作用下向左運動，使電源與電動機分開，到達保護作用。圖5-14自動開關的結構

1-彈簧;2-三相觸點;3-鎖鍵;4-搭鉤;5-轉軸;6-過電流脫扣器;7-杠桿;8-銜鐵;9-彈簧;10-銜鐵;11-欠電壓脫扣器;12-雙金屬片;13-電阻絲電阻絲13與電路串聯。當電動機過載時，電路中電流增加，電阻絲13發熱，使雙金屬片彎曲，碰撞杠桿7，使搭鉤4被頂開，鎖鍵帶動三相觸點向左運動，電動機斷電。電路短路時，電路中的電流急劇增加，過電流脫扣器6上線圈的電流增加，電磁吸力增加，克服銜鐵8的自重力，使其向上運動，碰撞杠桿7，把搭鉤4頂開，三相觸點把電源和負載斷開。5.2三相籠型異步電動機直接起動控制電路電器元件在電路中組成根本控制電路，對電動機實現單向控制、點動控制、正反轉控制、行程控制、順序控制、時間控制等。下面分別介紹這幾種根本電路。一、單向控制電路單向控制是指對電動機實現一個旋轉方向的控制。單向控制可用刀開關控制，也可用接觸器控制。1.刀開關控制的單向控制電路刀開關控制的單向控制電路如圖5-15所示。圖中Q為刀開關，M為三相籠型異步電動機，FU為三相熔斷器，L1、L2、L3為三相電源。當合上刀開關Q時，三相電源與電動機接通，電機開始旋轉。當拉開刀開關Q時，三相電動機因斷電而停止。圖5-15刀開關控制的單向控制電路

上述控制所用的電器元件較少，電路也比較簡單，但在起動和停止時不方便、不平安，也不能實現失壓、欠壓和過載保護。所以，此電路只適用于不頻繁起動的小容量電動機。在實際中，應用較多的是用接觸器控制的電路。2.接觸器控制的單向控制電路接觸器控制的單向控制電路如圖5-16所示。圖中的KM為接觸器，SB1為停止按鈕，SB2為起動按鈕，FR為熱繼電器，FU1、FU2為熔斷器。圖5-16接觸器控制的單向控制電路

電路的工作原理如下:當合上刀開關Q，按下起動按鈕SB2時，KM的線圈通電，其三相主觸點閉合，使電動機通入三相電源而旋轉。同時，與起動按鈕SB2并聯的KM常開輔助觸點也閉合，此時，假設放開SB2，KM線圈仍保持通電狀態。這種依靠接觸器自身的常開輔助觸點使自身的線圈保持通電的電路，稱為自鎖電路。輔助常開觸點稱為自鎖點。當電動機需要停止時，按下停止按鈕SB1，KM線圈斷電，使它的三相觸點斷開，電動機斷電停止。同時，KM的常開輔助觸點也斷開。此時，放開停止按鈕SB1，KM的線圈也不會通電，電動機不能自行起動。假設使電動機再次起動，那么需再次按下起動按鈕SB2。此電路具有短路保護、過載保護、失壓和欠壓保護的功能。

二、點動控制電路在某些生產機械中，除了要求電動機正常連續運轉外，有的還需要作點動控制。所謂點動控制，就是指按下按鈕，電動機因通電而運轉；松開按鈕，電動機因斷電停止。點動控制電路如圖5-17所示。它的工作過程較為簡單：合上刀開關Q，按下點動按鈕SB，KM的線圈通電，三相主觸點閉合，電動機運行。當松開點動按鈕SB，KM線圈斷電，三相主觸點斷開，電動機斷電，停止運轉。

圖5–17點動控制電路

三、正反轉控制電路生產機械的運動部件往往需要作正、反兩個方向的運動。如車床主軸的正轉和反轉，工作臺的前進和后退等，這就要求拖動生產機械的電動機具有正、反轉控制。假設要實現電動機反向控制，只需將電源的三根相線任意對調兩根(稱換相)即可。對電動機正、反轉的控制方式一般有倒順開關控制和接觸器控制兩種。1.倒順開關控制的正反轉控制電路倒順開關也稱可逆轉換開關,如圖5-18所示中的S就是倒順開關。圖5-18倒順開關控制電路

靜觸點有六個位置。當合上刀開關Q后，再扳動S的手柄使其在“順〞的位置，動觸點就會向左轉動，電路按L1-U、L2-V、L3-W的正向順序接通電動機，此時，電動機為正轉。當扳動S，使手柄處在“倒〞的位置時，動觸點就會向右轉動，電路按L1-W、L2-V、L3-U的反向順序接通電動機，此時電動機為反轉。在使用倒順開關時應注意:當電動機由正轉到反轉，或由反轉到正轉，必須將手柄扳到“停〞的位置。這樣可防止電動機定子繞組突然接入反向電而使電流過大，防止電動機定子繞組因過熱而燒壞。用倒順開關控制的正、反轉控制電路的優點是所用電器元件較少，電路簡單。但它的缺點是在頻繁換向時，操作人員的勞動強度大，操作不平安。所以這種電路一般用于額定電流在10A、功率在3kW以下的小容量電動機。在實際中應用較多的是用接觸器控制電路。2.接觸器控制的正、反轉控制電路1〕無聯鎖的正、反轉控制電路用接觸器控制的正反轉控制電路如圖5-19所示。電路中采用了兩個接觸器KM1、KM2，分別控制電動機的正、反轉。當合上刀開關Q，按下正轉按鈕SB2時，KM1線圈通電，KM1三相主觸點閉合，電動機旋轉。同時，KM1輔助常開觸點閉合自鎖。假設要電動機反轉時，按下反轉按鈕SB3，KM2線圈通電，KM2的三相主觸點閉合，電源L1和L3對調，實現換相，此時電動機為反轉。此電路存在的問題是：當正轉，KM1通電時，假設再按下SB3，KM2也通電,在主電路中，會發生電源直接短路的故障。因此，此電路在實際中不能采用。圖5-19無聯鎖的正反轉控制電路

2〕有聯鎖的正、反轉控制電路為了克服上述電路的缺點，常用具有聯鎖的控制電路。具有電氣聯鎖的控制電路如圖5-20所示。當按下SB2,KM1通電時，KM1的輔助常閉觸點斷開，這時，如果按下SB3，KM2的線圈不會通電，就保證了電路的平安。這種將一個接觸器的輔助常閉觸點串聯在另一個線圈的電路中，使兩個接觸器相互制約的控制，稱為互鎖控制或聯鎖控制。利用接觸器(或繼電器)的輔助常閉觸點的聯鎖，稱電氣聯鎖(或接觸器聯鎖)。圖5-20具有電氣聯鎖的控路

在正、反轉控制電路中，除采用電氣聯鎖外，還可采用機械聯鎖。如圖5-21所示。SB2和SB3的常閉按鈕串聯在對方的常開觸點電路中。這種利用按鈕的常開、常閉觸點，在電路中互相牽制的接法，稱為機械聯鎖(或按鈕聯鎖)。具有電氣、機械雙重聯鎖的控制電路是電路中常見的，也是最可靠的正、反轉控制電路。它能實現由正轉直接到反轉，或由反轉直接到正轉的控制。3〕行程控制電路在生產機械中，常需要控制某些生產機械的行程位置。例如，銑床的工作臺到極限位置時，會自動停止；起重設備上升到一定高度也能自動停下來，等等。行程控制要用到行程開關。

圖5-21具有雙重聯鎖的控制電路

利用生產機械運動部件上的擋鐵與行程開關碰撞，使其觸點動作來接通或斷開電路，以到達控制生產機械運動部件位置或行程的控制，稱行程控制(或位置控制，或限位控制)。程控制是生產過程自動化中應用較為廣泛的控制方法之一。行程控制的電路如圖5-22所示。它是在雙重互鎖正、反轉控制電路的根底上，增加了兩個行程開關SQ1和SQ2。圖5-22行程控制電路

電路的工作原理如下:按下正轉按鈕SB3，KM1通電，電動機正轉，拖開工作臺向左運行。當到達極限位置，擋鐵A碰撞SQ1時，使SQ1的常閉觸點斷開，KM1線圈斷電，電動機因斷電自動停止，到達保護的目的。同理，按下反轉按鈕SB2，KM2通電，電動機反轉，拖開工作臺向右運行。到達極限位置，擋鐵B碰撞SQ2時，使SQ2的常閉觸點斷開，KM2線圈斷電，電動機因斷電自動停止。此電路除短路、過載、失壓、欠壓保護外，還具有行程保護。

四、順序控制電路在生產機械中，往往有多臺電動機，各電動機的作用不同，需要按一定順序動作，才能保證整個工作過程的合理性和可靠性。例如，X62W型萬能銑床上要求主軸電動機起動后，進給電動才能起動；平面磨床中，要求砂輪電動機起動后，冷卻泵電動機才能起動，等等。這種只有當一臺電動機起動后，另一臺電動機才允許起動的控制方式，稱為電動機的順序控制。如圖5-23所示，電路中有兩臺電動機M1和M2，它們分別由接觸器KM1和KM2控制。工作原理如下:當按下起動按鈕SB2時，KM1通電，M1運轉。同時，KM1的常開觸點閉合，此時，再按下SB3，KM2線圈通電，M2運行。如果先按SB3，由于KM1線圈未通電，其常開觸點未閉合，KM2線圈不會通電。這樣保證了必須M1起動后M2才能起動的控制要求。在圖5-23的電路中，采用熔斷器和熱繼電器作短路保護和過載保護，其中，兩個熱繼電器的常閉觸點串聯，保證了如果有一臺電動機出現過載故障，兩臺電動機都會停止。順序控制電路有如下缺點:要起動兩臺電動機時需要按兩次起動按鈕，增加了勞動強度；同時，起動兩臺電動機的時間差由操作者控制，精度較差。圖5-23順序控制電路

五、時間控制電路為了解決順序控制的缺點，可采用時間控制。用時間繼電器來控制兩臺或多臺電動機的起動順序，稱時間控制。兩臺電動機的時間控制電路如圖5-24所示，圖中的KT為時間繼電器。此電路的工作過程如下:按下起動按鈕SB2，KM1線圈通電，M1運行。在KM1線圈通電的同時，時間繼電器KT的線圈也通電，經過一段時間，時間繼電器的延時常開觸點閉合，使KM2線圈通電，KM2的三相主觸點閉合，電動機M2運行。實現了時間控制。圖5-24時間控制電路

當需要停止時，按下停止按鈕SB1，接觸器線圈斷電，兩個接觸器的三相觸點全部斷開，電動機因斷電而停止。

六、多地控制電路有些生產設備為了操作方便，需要在兩地或多地控制一臺電動機，例如普通銑床的控制電路，就是一種多地控制電路。這種能在兩地或多地控制一臺電動機的控制方式，稱為電動機的多地控制。在實際應用中，大多為兩地控制。兩地控制的電路如圖5-25所示。圖中SB1、SB4為甲地的控制按鈕，SB2、SB3為乙地的控制按鈕。這種電路的特點是兩地的起動按鈕并聯，兩地的停止按鈕串聯。這樣，就可以在甲、乙兩地控制同一臺電動機，操作起來較為方便。圖5-25兩地控制電路

七、繪制、識讀電氣原理圖的原那么在繪制、識讀電氣原理圖時應遵循下述原那么:(1)應將主電路、控制電路、指示電路、照明電路分開繪制。(2)電源電路應繪成水平線，而受電的動力裝置及其保護電路應垂直繪出?？刂齐娐分械暮哪茉?如接觸器和繼電器的線圈、信號燈、照明燈等)應畫在電路的下方，而電器觸點應放在耗能元件的上方。(3)在原理圖中，各電器的觸點應是未通電的狀態，機械開關應是循環開始前的狀態。(4)圖中從上到下，從左到右表示操作順序。(5)原理圖應采用國家規定的國標符號。在不同位置的同一電器元件應標有相同的文字符號。(6)在原理圖中，假設有交叉導線聯接點，要用小黑圓點表示，無直接電聯系的交叉導線那么不畫出小黑圓點。在電路圖中，應盡量減少或防止導線的交叉。5.3三相籠型異步電動機的降壓起動和制動控制降壓起動控制當電動機的功率在10kW以上，應采用降壓起動。降壓起動是指電動機在起動時，加在電動機定子繞組上的電壓小于其額定電壓。但應注意，在起動完成后，電動機定子繞組上的電壓應恢復到額定值，否那么，會使電動機損壞。常見的降壓起動方式有四種:定子繞組串電阻降壓起動、Y-△聯接降壓起動、自耦變壓器降壓起動、延邊三角形降壓起動。

1.定子繞組串電阻降壓起動三相籠型異步電動機定子繞組串電阻降壓起動控制電路如圖5-26所示。它是手動控制型起動，加在電動機定子繞組上的電壓小于其額定電壓，電動機進行降壓起動。待轉速上升到一定值時，把開關S合上，電阻R被短接，此時，電動機在全壓下運行。

2.Y△聯接降壓起動星形聯接和三角形聯接的原理如圖5-27所示。電源線電壓U線(380V)不變。圖(a)為星形聯接，電動機的相電壓U相=U線/，故相電壓為220V。圖(b)為三角形聯接，其相電壓與線電壓相等，為380V。所以，起動時采用星形聯接，便可實現降壓起動；起動完成后，再將電動機接成三角形，又可使電動機正常運轉。圖5-26串電阻降壓起動控制電路

圖5–27Y聯接和△聯接的原理

Y-△聯接降壓起動控制電路如圖5-28所示。電路的工作原理如下:合上刀開關Q，按下起動按鈕SB2，KM1通電，KM1的自鎖點閉合，隨即KT線圈通電，KM2線圈通電并自鎖，電動機接成星形聯接，實現降壓起動。由于KT線圈通電，經過一段時間后，KT的延時斷開常閉觸點斷開，延時閉合常開觸點閉合，使KM1斷電，KM3通電，電動機接成三角形聯接，實現全壓運行。停車時，只需按下停止按鈕SB1即可。圖5–28Y-△聯接降壓起動控制電路

二、制動控制電路在生產機械中，電動機斷開電源后，由于慣性作用，不會馬上停止轉動，需要一段時間才能停下來。因為停機的時間太長，影響生產率，同時還會造成停機位置不準確，工作不平安，所以有必要對電動機實現制動控制。制動就是給電動機一個與它旋轉方向相反的轉矩，使它迅速停下來。制動的方法有機械制動和電氣制動兩種。其中，電氣制動又包括反接制動、能耗制動、再生制動。1.機械制動控制機械制動是利用機械裝置使電動機在斷電后迅速停止的方式。最常用的是電磁抱閘。它的結構如圖5-29所示。圖5-29電磁抱閘的結構

1-線圈;2-鐵心;3-銜鐵;4-彈簧;5-閘輪;6-杠桿;7-閘瓦;8-軸電磁抱閘分為斷電制動和通電制動兩種。通電制動是指線圈通電時，閘瓦緊緊抱住閘輪，實現制動。而斷電制動是指當線圈斷電時，閘瓦緊緊抱住閘輪，實現制動。電磁抱閘斷電制動控制電路如圖5-30所示。此電路的工作原理是:當電路未通電時，閘瓦和閘輪緊緊抱住，使電動機制動。當按下起動按鈕SB1時，KM線圈通電，三相主觸點閉合，使電磁鐵YB通電，吸引銜鐵克服彈簧力，使杠桿向上移動，閘瓦和閘輪分開，電動機起動運行。需要停止時，按下停止按鈕SB2，KM線圈斷電，YB斷電，杠桿在彈簧作用下向上移動，閘瓦抱住閘輪，使電動機迅速停下來。

圖5–30電磁抱閘斷電制動控制電路這種制動方法被廣泛運用到起重設備中。其優點是:定位準確；防止由于電動機突然斷電，使重物自行下落而造成事故。

2.反接制動控制電路反接制動是改變電動機定子繞組上的電源相序來產生制動力矩，使電動機迅速停止的方法。反接制動電路如圖5-31所示。圖中的KV為速度繼電器，R為反接制動電阻。電路的工作原理圖5-31反接制動電路

如下:當合上刀開關Q，按下起動按鈕SB2時，KM１線圈通電，電動機開始旋轉。當電動機轉速到達120r/min時，速度繼電器KV常開觸點閉合，為反接制動作準備。當需要停止時，按下停止按鈕SB1，SB1的常閉觸點把KM1線圈斷電，SB1的常開觸點閉合，把KM2線圈接通，使電動機斷開正向電，接通反向電。此時，電動機的轉速下降。當電動機轉速下降到100r/min時，KV的常開觸點斷開，使KM2線圈斷電，電動機斷電后自然停止。普通車床的控制電路前面已經對常用的根本電路進行了分析，機床電路就是由這些根本控制電路所組成的。作為根本控制電路的一個綜合應用實例，本節擬對普通車床的控制電路作一簡單介紹。普通車床的結構如圖5-32所示，它主要由床身、主軸箱、掛輪箱、溜板箱、進給箱、光杠、絲杠、刀架、尾架等局部組成。C620-1型普通車床電氣控制電路如圖5-33所示。對它的要求有：(1)主軸電動機M1要求正、反轉控制，以便加工螺紋。對于C620-1型普通車床的正、反轉是由機械實現的。圖5-32普通車床的結構示意圖

圖5–33C620-1型普通車床電器控制電路

(2)主軸電動機的起動、停止實現自動控制。C620-1型普通車床主軸電動機的容量較小，所以采用直接起動,停車時采用機械制動。(3)在車削加工時，由于溫度高，需要冷卻，為此，設有一臺冷卻泵電動機M2。冷卻泵電動機只需要單方向運行，且要求須在主軸電動機起動前方可起動；當主軸電動機停止時，要求冷卻泵電動機也立即停止。(4)電路應有保護環節和平安的局部照明。C620-1型普通車床控制電路的工作原理如下:合上刀開關Q，按下起動按鈕SB2，接觸器KM線圈通電，自鎖觸點閉合自鎖，主軸電動機M1通電旋轉。假設要使用冷卻，可合上Q1，冷卻泵電動機M2通電旋轉。需要停止時，按下停止按鈕SB1，KM線圈斷電，電動機停止。電路中用熔斷器FU1、FU2、FU3來實現短路保護；用FR1、FR2來實現過載保護。同時，接觸器KM還具有失壓和欠壓保護的作用。照明變壓器T給照明燈EL提供了一個平安電壓，由開關Q2、Q3控制。可編程控制可編程控制概述用導線將接觸器和各種繼電器及其觸點按一定的邏輯關系連接成控制電路，這就是本章前幾節講的繼電-接觸器控制系統。由于這種電路簡單、使用方便、價格低廉，因而在一些領域中被廣泛應用。但是，這種電路的聯線方式是固定的，一旦生產機械過程發生變動就需重新設計電路，所以這種電路的通用性和靈活性都較差。

1969年美國通用汽車公司自動裝配線上使用了第一臺可編程序控制器(簡稱PLC)，它是把繼電-接觸器控制系統和計算機功能結合起來，用計算機的程序來代替傳統的繼電-接觸器控制的硬線聯接，所用計算機是一種面向工業生產過程控制的專用計算機。

硬線聯接，所用計算機是一種面向工業生產過程控制的專用計算機。隨著微電子技術的迅速開展使可編程序控制器不但具有邏輯運算、順序控制、定時、計數等功能，而且還具有體積小、本錢低、可靠性高等優點。所以使它在工廠自動化領域中迅速地開展起來。1.可編程序控制器的組成繼電-接觸器系統由三局部組成：輸入局部、邏輯局部和輸出局部，如圖5-34所示。輸入局部是各種開關信號；邏輯局部是繼電器、接觸器的各觸點組成的邏輯關系；輸出局部是各種執行元件，如繼電器線圈、接觸器線圈、電磁鐵、指示燈、照明燈等?？删幊绦蚩刂破饕彩怯蛇@幾局部組成的,如圖5-35所示,它一般由微處理器、存儲器、編程器、輸入/輸出組件、電源等幾局部組成。

圖5-34繼電接觸器控制系統

圖5-35PLC控制系統圖1)微處理器微處理器簡稱CPU,是PLC的大腦，其主要作用是接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據，診斷編程過程中的錯誤，對輸入信號做出正確判斷并將結果輸送給有關局部。2)存儲器存儲器是PLC的記憶裝置,包括系統存儲器和用戶存儲器。系統存儲器用以存放系統工作程序(監控程序)、模塊化應用功能子程序、命令解釋、功能子程序的調用管理程序及按對應定義(I/O、內部繼電器、定時器、計數器等)存貯系統參數等。系統程序應永久保存在PLC內，不能因關機、停電或故障而改變其內容。因此這局部程序關系到PLC的性能，在出廠前已固化，用戶不能改變。用戶存儲器用來存放編程器或磁帶輸入的用戶控制程序。用戶控制程序可以根據需要通過編程器進行修改。PLC的用戶存儲器通常以“字節〞(16位/字)為單位來表示存儲量。PLC產品說明書中所指的存儲器的型式或存儲方式及容量是對用戶程序存儲器而言的。3)編程器編程器是用于用戶程序的編制、編輯、調試和監視的。它可以監視PLC的工作情況，還可以通過鍵盤去調用和顯示PLC的一些內部狀態和系統參數。4)輸入/輸出組件輸入/輸出組件是可編程序控制器與被控設備聯接的部件,包括輸入組件和輸出組件。輸入組件能接收被控設備的信號,如按鈕、行程開關、各種傳感器的信號等,這些信號通過輸入電路驅動內部電路接通或斷開。輸出組件把微處理器內部的電路信號轉換成繼電器的通斷來控制外部負載(如線圈、電磁閥、指示燈等)電路。5)電源部件電源部件將外接的交流電源轉換成PLC工作所需要的直流電源。電源的好壞直接影響著PLC的功能和可靠性。所用電源除外接交流電源外還采用了鋰電池作停電時的后備電源。2.可編程序控制器的根本工作過程PLC對用戶程序的執行過程是通過微處理器的周期循環掃描來實現的，它采用集中采樣、集中輸出的工作方式，以減小外界的干擾。PLC的工作過程分為輸入處理、程序處理、輸出處理三個階段，如圖5-36所示。1)輸入處理階段PLC在此階段掃描所有的輸入端子并將各輸入信號存入輸入狀態映象存放器中,然后進入程序處理階段。應當注意,在程序執行階段或輸出階段,無論輸入信號如何變化,其內容將一直保持到下一個掃描周期的輸入處理階段。圖5–36PLC工作過程

2)程序處理階段根據PLC梯形圖程序的掃描順序(從左到右，從上到下)逐句掃描。最后將運算的結果寫入存放器狀態表中。3)輸出處理階段當所有指令都處理完成時，把輸出映象存放器中所有輸出繼電器以通(1)、斷(0)的狀態存放到輸出鎖存電路,來驅動繼電器線圈控制負載的動作。微處理器返回到初始狀態，準備進行下一次循環掃描。從讀入輸入狀態到發出輸出信號的這段時間稱掃描周期。3.可編程序控制器與繼電器控制的異同在PLC的編程語言中，梯形圖是應用廣泛的一種語言。PLC的梯形圖和繼電器控制的電路圖在以下三個方面十分相似：元件符號相似(如圖5-37所示)；電路結構形式大致相同(如圖5-38所示)；信號輸入及經過處理后的信息輸出控制功能相同。它們的不同之處在于：(1)組成的器件不同。繼電器電路是由許多接觸器、繼電器組成的，其觸點易磨損。而梯形圖那么是由許多“軟繼電器〞組成的，每個“軟繼電器〞都是存儲器中的每一位觸發器可以置“0〞或“1〞，無磨損現象。圖5-37電路圖和梯形圖元件的符號

圖5-38電路圖和梯形圖的結構

(a)電路圖；(b)梯形圖

(2)觸點數量不同。繼電器的觸點是有限的，而梯形圖控制中“軟繼電器〞的觸點是無限的，因為在存儲器中的觸發器狀態(電平)可以使用任意次。(3)工作方式不同。在繼電器控制電路中，電源接通時電路中各繼電器、接觸器都處于受制約狀態(即：接觸器、繼電器該吸合的吸合，不該吸合的不吸合)。而在PLC的梯形圖控制中各種“軟繼電器〞都處于周期循環掃描接通中，每個繼電器受條件的制約。二、可編程序控制器的特點PLC是為了替代繼電器控制電路而研制的。由于它的控制功能是通過存儲器的程序來實現的，所以它在許多方面都已遠遠超過了繼電器控制電路的范圍。與繼電器控制系統比較，PLC具有以下特點：(1)可靠性高、抗干擾能力強。工業生產一般對控制設備的可靠性要求較高，應能在惡劣環境中可靠地工作。因此PLC在硬件上采用了屏蔽、濾波、隔離、電源調整與保護等硬件保護措施；在軟件上采用了定期檢測、信息保護和恢復等軟件保護措施。另外，PLC采用的模塊式結構有助于在故障情況下短時修復，這就保證了PLC工作的可靠性和穩定性。(2)程序簡單、靈活、可變。PLC采用的梯形圖和繼電器電路圖很相似，簡單易學，便于推廣。在生產線設備更新的情況下，不需要改變PLC的硬件設備，只要改編程序就可到達所需要求。(3)通用性好、功能完善。根據工業控制特點,PLC都制成模塊式，可以靈活組合，以便用于各種工業控制系統中。PLC的控制精度高，處理速度快，具有數字量和模擬量輸入/輸出、邏輯運算、定時、計數控制功能，同時還具有人機對話、通信、自檢、記錄及顯示等功能。(4)體積小、重量輕、適應環境能力強。PLC能適應各種工業環境，能在溫度高、震動大、粉塵多的場合工作,而且體積小、能耗低，是實現“機電一體化〞的理想控制設備?？删幊绦蚩刂破鞯闹噶钕到yPLC是以微處理器為核心的電子設備。使用時可將它看成是由繼電器、定時器、計數器等器件構成的組合體，這些器件無論是實際器件還是“軟繼電器〞，都必須用不同的編號加以區分，它們的狀態存放在指定地址的內存單元中，供編程時調用。不同型號的PLC有不同的編號方式。1.可編程序控制器的軟繼電器及其編號FP1系列PLC編號范圍及功能如下：1)輸入繼電器輸入繼電器用來接收外部開關發出的信號。它與PLC的輸入端子相連，并帶有許多常開、常閉觸點供編程時使用。輸入繼電器只能由外部信號來驅動，不能被程序內部指令來驅動。不能被程序內部指令來驅動。輸入繼電器的字母代號為“X〞，“X〞后跟十六進制數(0~F)，其編號范圍為X0~XF，共16點。2)輸出繼電器輸出繼電器是PLC用來傳遞信號的外部負載的器件。它通過輸出接線端與被控電器(如接觸器、電磁閥、指示燈等)相連。輸出繼電器有一個外部輸出的常開觸點，它是按程序執行的結果而被驅動的。輸出繼電器的字母代號為“Y〞，其編號范圍為：Y0~Y7，共8點。3)內部繼電器內部繼電器不能直接驅動外設備，它可由PLC中各種電器的觸點驅動，內部繼電器帶有許多常開、常閉觸點供編程使用。內部繼電器的字母代號為“R〞，其編號范圍為：R0~R62F，共1008點。4)定時器定時器是延時定時繼電器，其觸點是定時指令的輸出。如果定時器指令定時時間完畢，那么與其同號的觸點動作。其字母代號為“T〞，其編號范圍為：T0~T99，共100點。5)計數器計數器是減法繼電器，其觸點是計數指令的輸出。如果計數器指令計數完畢，那么與其同號的觸點動作。其字母代號為“C〞，其編號范圍為：C100~C143，共44點。6)通用“字〞存放器每個通用“字〞存放器由相應的16個輔助繼電器R構成。其字母代號為“WR〞，其編號范圍為：WR0~WR62，共63點。2.可編程序控制器的指令系統PLC是按用戶控制要求編寫的程序來進行工作的。程序的編制就是用一定的編程語言把一個控制過程描述出來。程序根本上是用梯形圖和指令兩種方式來描述的，梯形圖和指令的表達方式如圖5-39所示。圖5-39梯形圖和指令

地址指令0123STX0ORY0AN/X1OTY0指令梯形圖是一種圖形語言，它與繼電器電路很相似，形象直觀，容易接受，是PLC首選的編程語言。指令就是采用功能名稱的英文縮寫字母來表達PLC各種功能的命令。下面介紹指令的用法及說明。1)ST、ST/、OT、ED指令ST(Start)：常開觸點與母線連接指令。ST/(Startnot)：常閉觸點與母線連接指令。OT(Out)：線圈驅動指令。ED(End)：程序結束指令，是程序的最后一條指令。這幾條指令與梯形圖配合應用的例子如圖5-40所示。使用說明：(1)在每一條邏輯行的開始總要使用ST或ST/指令，當邏輯行的開始為常開觸點時使用ST指令；當邏輯行的開始為常閉觸點時，那么使用ST/指令。

圖5–40ST、ST/、OT、ED的使用

地址指令01345STX0OTY0ST/X1OTY2ED(2)內部繼電器并聯時可以連續使用OT指令。OT指令不能用于輸入繼電器X。(3)ED指令無使用元件。2)AN、AN/、OR、OR／指令AN(And)：串聯常開觸點指令。AN／(Andnot)：串聯常閉觸點指令。OR(Or)：并聯常開觸點指令。OR／(Ornot)：并聯常閉觸點指令。這幾條指令與梯形圖配合應用的舉例如圖5-41所示。使用說明：(1)AN、AN／用于串聯一個常開、常閉觸點,串聯觸點的數量不限。(2)OR、OR／用于并聯一個常開、常閉觸點,并聯觸點的數量不限。(3)這幾條指令使用的元件為X、Y、R、T和C。3)ANS、ORS指令ANS(Andstack)：把兩個并聯的觸點組串聯。ORS(Orstack)：把兩個串聯的觸點組并聯。這兩條指令用于復雜電路的編程。梯形圖和指令應用舉例如圖5-42、圖5-43所示。圖5–42ANS的使用地址指令012345STX0OR/X1ST/X2ORX3ANSOTY0ORX3

圖5–43ORS的使用

地址指令012345STX0ANX1AN/X3AN/X3ORSOTY0使用說明：(1)每個觸點組的開頭均使用ST或ST/指令。(2)假設有多個觸點串聯或并聯，順次以ANS或ORS指令與前面電路連接，連接組數不限。(3)ANS、ORS指令均無使用元件。4)TM、CT指令當需要定時和計數時，應使用TM和CT指令。TM(Timer):實現導通延時操作的定時指令。定時指令分三種類型：①TMR：定時時間為0.01s；②TMX：定時時間為0.1s；③TMY：定時時間為1s。CT(Counter)：實現計數功能的指令。梯形圖和指令應用舉例如圖5-44、圖5-45所示。圖5-44中“2〞為定時器編號，“100〞為定時設置值。定時時間設置值等于定時單位與定時設置值的乘積，因此定時時間為0.1×100=10s。圖5-45中“120〞為計數器編號，“4〞為計數設置值。它有兩個輸入端：計數脈沖端(C端)、復位端(R端)。圖5–44TM的使用

地址指令01456STX0TMX2K100STT2OTY0EN指令圖5–45CT的使用

地址指令01256STX0STX1CT120K4STC120OTY0指令使用說明：(1)定時設置值可為K0~K32767范圍內的任意一個十進制常數。定時器為減1計數，即每來一個時鐘脈沖那么定時設置值逐次減1，直至為零時，定時器才產生輸出。輸入端斷開時，定時器立即復位，其數據返回到設置值。(2)計數設置值為K0~K32767范圍內的任意一個十進制常數。計數器為減1計數，即每來一個時鐘脈沖那么計數設置值逐次減1，直至為零時，計數器才產生輸出。當R端接通時計數器復位。(3)每條TMR、TMX和CT各占三個地址號，TMY占四個地址號。5)PSHS、RDS、POPS指令PSHS、RDS、POPS指令為堆棧指令，是用來對具有分支的梯形圖進行編程的一組指令。PSHS(Pushstack)為推入堆棧指令，即將在該指令以前的運算結果存儲起來。RDS(Readstack)為讀出堆棧指令，讀出由PSHS指令存儲的運算結果。POPS(Popstack)為彈出堆棧指令，讀出并去除由PSHS指令存儲的結果。梯形圖和指令應用舉例如圖5-46所示。圖5-46PSHS、RDS、POPS的使用

地址指令地址指令01234STX0PSHSAN/X1OTY0RDS56789AN/X2OTY1POPSANX3OTY2指令使用說明：(1)堆棧指令是一種組合指令，不能單獨使用。(2)PSHS和POPS分別用于分支的開始和最后，只能各用一次。(3)RDS用于PSHS和POPS之間，可以屢次使用。(4)堆棧指令無使用元件。6)DF、DF/指令DF、DF/是微分指令，它們的功能是把一個長信號變為脈沖式的斷信號。

DF(Differentiationup)：當脈沖信號的上升沿來到時，線圈接通一個掃描周期。DF/(Differentiationdown)：當脈沖信號的下降沿來到時，線圈接通一個掃描周期。功能圖、梯形圖和指令應用舉例如圖5-47所示。使用說明：(1)這兩條指令沒有使用次數的限制。(2)這兩條指令均無使用元件。(3)所產生的輸出脈沖的寬度