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1、第4章 继电接触器控制与可编程控制n n常用控制电器的动作原理及其控制常用控制电器的动作原理及其控制作用作用n n鼠笼式三相异步电动机典型控制电鼠笼式三相异步电动机典型控制电路的工作原理路的工作原理学习要点4.1 常用控制电器n对电动机和生产机械实现控制和保护的电工设备叫做控制电器。控制电器的种类很多，按其动作方式可分为手动和自动两类。手动电器的动作是由工作人员手动操纵的，如刀开关、组合开关、按钮等。自动电器的动作是根据指令、信号或某个物理量的变化自动进行的，如中间继电器、交流接触器等。4.1.1 开关电器1 1 1 1、刀开关、刀开关、刀开关、刀开关n刀开关又叫闸刀开关，一般用于不频繁操作的
2、低压电路中，用作接通和切断电源，或用来将电路与电源隔离，有时也用来控制小容量电动机的直接起动与停机。n刀开关由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、手柄和绝缘底板等组成。n开开关关电电器器是是在在控控制制电电路路中中用用于于不不频频繁繁地地接接通通或或断断开开电电路路的的开开关关，或或用于机床电路电源的引入开关。用于机床电路电源的引入开关。n刀开关种类很多。按极数分为单极、双极和三极；按结构分为平板式和条架式；按操作方式分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按转换方向分为单投和双投等。n刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断器熔断而自动切断电路。n刀开关额定电压通常为2
3、50V和500V，额定电流在1500A以下。n安装刀开关时，电源线应接在静触点上，负荷线接在与闸刀相连的端子上。对有熔断丝的刀开关，负荷线应接在闸刀下侧熔断丝的另一端，以确保刀开关切断电源后闸刀和熔断丝不带电。在垂直安装时，手柄向上合为接通电源，向下拉为断开电源，不能反装。n刀开关的选用主要考虑回路额定电压、长期工作电流以及短路电流所产生的动热稳定性等因素。刀开关的额定电流应大于其所控制的最大负荷电流。用于直接起停3 kW及以下的三相异步电动机时，刀开关的额定电流必须大于电动机额定电流的3倍。2 2 2 2、组合开关、组合开关、组合开关、组合开关n组合开关又叫转换开关，是一种转动式的闸刀开关，
4、主要用于接通或切断电路、换接电源、控制小型鼠笼式三相异步电动机的起动、停止、正反转或局部照明。n组合开关有若干个动触片和静触片，分别装于数层绝缘件内，静触片固定在绝缘垫板上，动触片装在转轴上，随转轴旋转而变更通、断位置。3 3 3 3、自动开关、自动开关、自动开关、自动开关n正常情况下过流脱扣器的衔铁是释放着的，严重过载或短路时，线圈因流过大电流而产生较大的电磁吸力，把衔铁往下吸而顶开锁钩，使主触点断开，起过流保护作用。欠压脱扣器在正常情况下吸住衔铁，主触点闭合，电压严重下降或断电时释放衔铁而使主触点断开，实现欠压保护。电源电压正常时，必须重新合闸才能工作。4.1.2 熔断器n熔断器主要作短路
5、或过载保护用，串联在被保护的线路中。线路正常工作时如同一根导线，起通路作用；当线路短路或过载时熔断器熔断，起到保护线路上其他电器设备的作用。n选择熔体额定电流的方法如下：（1）电灯支线的熔体：熔体额定电流支线上所有电灯的工作电流之和。（2）一台电动机的熔体：熔体额定电流电动机的起动电流2.5如果电动机起动频繁，则为：熔体额定电流电动机的起动电流(1.62)（3）几台电动机合用的总熔体：熔体额定电流=(1.52.5)容量最大的电动机的额定电流+其余电动机的额定电流之和1 1 1 1、按钮、按钮、按钮、按钮n按钮的触点分常闭触点（动断触点）和常开触点（动合触点）两种。常闭触点是按钮未按下时闭合、按
6、下后断开的触点。常开触点是按钮未按下时断开、按下后闭合的触点。按钮按下时，常闭触点先断开，然后常开触点闭合；松开后，依靠复位弹簧使触点恢复到原来的位置。4.1.3 主令电器n主令电器是自动控制系统中用于接通或断开控制电路的电器设备，用以发送控制指令或用作程序控制。2 2 2 2、行程开关、行程开关、行程开关、行程开关行程开关也称为位置开关，主要用于将机械位移变为电信号，以实现对机械运动的电气控制。当机械的运动部件撞击触杆时，触杆下移使常闭触点断开，常开触点闭合；当运动部件离开后，在复位弹簧的作用下，触杆回复到原来位置，各触点恢复常态。行程开关演示动画行程开关演示动画线圈通电时产生电磁吸引力将衔
7、铁吸下，使常开触点闭合，常闭触点断开。线圈断电后电磁吸引力消失，依靠弹簧使触点恢复到原来的状态。4.1.4 交流接触器接触器演示动画接触器演示动画根据用途不同，交流接触器的触点分主触点和辅助触点两种。主触点一般比较大，接触电阻较小，用于接通或分断较大的电流，常接在主电路中；辅助触点一般比较小，接触电阻较大，用于接通或分断较小的电流，常接在控制电路（或称辅助电路）中。有时为了接通和分断较大的电流，在主触点上装有灭弧装置，以熄灭由于主触点断开而产生的电弧，防止烧坏触点。接触器是电力拖动中最主要的控制电器之一。在设计它的触点时已考虑到接通负荷时的起动电流问题，因此，选用接触器时主要应根据负荷的额定电
8、流来确定。如一台Y112M-4三相异步电动机，额定功率4kW，额定电流为8.8A，选用主触点额定电流为10A的交流接触器即可。除电流之外，还应满足接触器的额定电压不小于主电路额定电压。1 1 1 1、中间继电器、中间继电器、中间继电器、中间继电器继继电电器器是是一一种种根根据据特特定定输输入入信信号号而而动动作作的的自自动动控控制制电电器器，其其种类很多，有中间继电器、热继电器、时间继电器等类型。种类很多，有中间继电器、热继电器、时间继电器等类型。中间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可用来中间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可用来直接控制小容量电动机或其他电气执行元件。
9、中间继电器的结直接控制小容量电动机或其他电气执行元件。中间继电器的结构和工作原理与交流接触器基本相同，与交流接触器的主要区构和工作原理与交流接触器基本相同，与交流接触器的主要区别是触点数目多些，且触点容量小，只允许通过小电流。在选别是触点数目多些，且触点容量小，只允许通过小电流。在选用中间继电器时，用中间继电器时，主要是考虑电压等级和触点数目。主要是考虑电压等级和触点数目。4.1.5 继电器热继电器演示动画热继电器演示动画通电延时空气式时间继电器利用空气的阻尼作用达到动作延时的目的。吸引线圈通电后将衔铁吸下，使衔铁与活塞杆之间有一段距离。在释放弹簧作用下，活塞杆向下移动。在伞形活塞的表面固定有
10、一层橡皮膜，活塞向下移动时，膜上面会造成空气稀薄的空间，活塞受到下面空气的压力，不能迅速下移。当空气由进气孔进入时，活塞才逐渐下移。移动到最后位置时，杠杆使微动开关动作。3 3 3 3、时间继电器、时间继电器、时间继电器、时间继电器通电延时时间继电器演示动画断电延时时间继电器演示动画4.2绘制、识读电气原理图的原则 在绘制、识读电气原理图时应遵循下述原则： 1应将主电路、控制电路、指示电路、照明电路分开绘制。 2电源电路应绘成水平线，而受电的动力装置及其保护电路应垂直绘出。控制电路中的耗能元件（如接触器和继电器的线圈、信号灯、照明灯等）应画在电路的下方，而电器触点应放在耗能元件的上方。 3在原
11、理图中，各电器的触点应是未通电的状态，机械开关应是循环开始前的状态。 4图中从上到下，从左到右表示操作顺序。 5原理图应采用国家规定的国标符号。不同位置的同一电器元件应标有相同的文字符号。 6在原理图中，若有交叉导线联接点，要用小黑圆点表示，无直接电联系的交叉导线则不画出小黑圆点。在电路图中，应尽量减少或避免导线的交叉。电气原理图的原则电气原理图的原则4.3 直接起动控制电路直接起动控制电路 4.3.1 单向控制电路单向控制电路 刀开关控制的单向控制电路刀开关控制的单向控制电路 接触器控制的单向控制电路接触器控制的单向控制电路 4.3.2 点动控制电路合上刀开关，按下点动按钮SB, KM的线圈
12、通电，三相主触点闭合，电动机运行。当松开点动按钮SB，KM线圈断电，三相主触点断开，电动机断电，停止运转。点动控制电路点动控制电路 4.3.3 正反转控制电路正反转控制电路具有双重联锁的控制电路具有双重联锁的控制电路 正反转电路演示动画正反转电路演示动画4.4 降压起动和制动控制降压起动和制动控制4.4.1 4.4.1 降压起动控制降压起动控制降压起动控制降压起动控制 1 1定子绕组串电阻降压起动定子绕组串电阻降压起动定子绕组串电阻降压起动定子绕组串电阻降压起动 2. Y-2. Y- 联接降压起动联接降压起动联接降压起动联接降压起动4.4.2 4.4.2 制动控制电路制动控制电路制动控制电路制
13、动控制电路1 1反接制动控制电路反接制动控制电路反接制动控制电路反接制动控制电路 4.5 普通车床的控制电路C620-1C620-1型普通车床电器控制电路型普通车床电器控制电路 4. 6 可编程控制1.1.可编程序控制器的组成可编程序控制器的组成可编程序控制器的组成可编程序控制器的组成 4.6.1 4.6.1 可编程控制概述可编程控制概述可编程控制概述可编程控制概述 继电接触继电接触器控制系器控制系统统 PLCPLC控制控制系统系统 （1 1）微处理器：简称）微处理器：简称CPUCPU，是，是PLCPLC的大脑，其主要作用是接的大脑，其主要作用是接收并存储从编程器输入的用户程序和数据，诊断编程
14、过程中收并存储从编程器输入的用户程序和数据，诊断编程过程中的错误，对输入信号做出正确判断并将结果输送给有关部分的错误，对输入信号做出正确判断并将结果输送给有关部分。（2 2）存储器）存储器:PLC:PLC的记忆装置，包括系统存储器和用户存储的记忆装置，包括系统存储器和用户存储器。系统存储器用以存放系统工作程序（监控程序）、模块器。系统存储器用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释、功能子程序的调用管理程序化应用功能子程序、命令解释、功能子程序的调用管理程序及按对应定义及按对应定义(I/O(I/O，内部继电器、定时器、计数器等）存贮系，内部继电器、定时器、计数器等）存贮系
15、统参数等。统参数等。 （4 4）输入输出组件是可编程序控制器与被控设备联接的部）输入输出组件是可编程序控制器与被控设备联接的部件，包括输入组件和输出组件。输入组件能接收被控设备的件，包括输入组件和输出组件。输入组件能接收被控设备的信号，信号， （3 3）编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试和监视的。）编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试和监视的。 （4 4）输输入入输输出出组组件件 （5 5）电源部件将外接的交流电源转换成）电源部件将外接的交流电源转换成PLCPLC工作所需要的直工作所需要的直流电源流电源 2 2可编程序控制器的基本工作过程可编程序控制器的基本工作过程可编程序控制器的基本工
16、作过程可编程序控制器的基本工作过程 3可编程序控制器与继电器控制的异同 (1)(1)组成的器件不同。组成的器件不同。 (2)(2)触点数量不同。触点数量不同。 (3)(3)工作方式不同。工作方式不同。4.6.2 可编程序控制器的特点可编程序控制器的特点 1 1可靠性高、抗干扰能力强。可靠性高、抗干扰能力强。2 2程序简单、灵活、可变。程序简单、灵活、可变。3 3通用性好、功能完善。通用性好、功能完善。4 4体积小、重量轻、适应环境能力强。体积小、重量轻、适应环境能力强。 4.6.3 可编程序控制器的指令系统可编程序控制器的指令系统1 1可编程序控制器的软继电器及其编号可编程序控制器的软继电器及
17、其编号可编程序控制器的软继电器及其编号可编程序控制器的软继电器及其编号FP1FP1系列系列PLCPLC编号范围及功能如下：编号范围及功能如下： （l l） 输入继电器的字母代号为输入继电器的字母代号为“ “X”X”，“ “X”X”后后跟十六跟十六进制数进制数(0F(0F），其编号范围为），其编号范围为X0XFX0XF，共，共1616点。点。 （2 2） 输出继电器的字母代号为输出继电器的字母代号为“ “y”y”，其编号范围为：，其编号范围为：Y0Y0Y7Y7，共，共8 8点。点。 （3 3）内部继电器的字母代号为）内部继电器的字母代号为“ “R”R”，其编号范围为：，其编号范围为：R0R62F
18、R0R62F，共，共10081008点。点。 （4 4）定时器其字母代号为）定时器其字母代号为“ “T”T”，其编号范围为：，其编号范围为： T0-T99 T0-T99，共，共100100点。点。 （5 5）计数器其字母代号为）计数器其字母代号为“ “C”C”，其编号范围为：，其编号范围为：C100C143C100C143，共，共4444点。点。 （6 6）通用）通用“ “字字” ”寄存器寄存器 其字母代号为其字母代号为“ “WR”WR”其编号范围其编号范围为：为：WR0WR62WR0WR62，共，共6363点。点。2 2可编程序控制器的指令系统可编程序控制器的指令系统可编程序控制器的指令系统
19、可编程序控制器的指令系统 （1 1） ST(Start)ST(Start)指令：常开触点与母线连接指令。指令：常开触点与母线连接指令。指令：常开触点与母线连接指令。指令：常开触点与母线连接指令。 STST(Start not)(Start not)指令：常闭触点与母线连接指令。指令：常闭触点与母线连接指令。指令：常闭触点与母线连接指令。指令：常闭触点与母线连接指令。 OT (Out) OT (Out)指令：线圈驱动指令。指令：线圈驱动指令。指令：线圈驱动指令。指令：线圈驱动指令。 ED ED（EndEnd）：程序结束指令，是程序的最后一条指令。）：程序结束指令，是程序的最后一条指令。）：程序结
20、束指令，是程序的最后一条指令。）：程序结束指令，是程序的最后一条指令。 梯形图梯形图梯形图梯形图 指令指令指令指令 使用说明使用说明： 在每一条逻辑行的开始总要在每一条逻辑行的开始总要使用使用STST或或STST指令，当逻辑行指令，当逻辑行的开始为常开触点时使用的开始为常开触点时使用STST指指令；当逻辑行的开始为常闭触令；当逻辑行的开始为常闭触点时，则使用点时，则使用STST指令。指令。 内部继电器并联时可以连内部继电器并联时可以连续使用续使用OTOT指令。指令。OTOT指令不能指令不能用于输入继电器用于输入继电器XoXo ED ED指令无指令无使用使用使用使用元件。元件。（2 2） AN
21、(And)AN (And)指令指令指令指令：串联常开触点指令。：串联常开触点指令。 ANAN（And not)And not)指令指令指令指令：串联常闭触点指令。：串联常闭触点指令。 OR (Or)OR (Or)指令指令指令指令：并联常开触点指令。：并联常开触点指令。 OROR（Or not)Or not)指令指令指令指令：并联常闭触点指令。：并联常闭触点指令。梯形图梯形图 指令指令 使用说明：使用说明： ANAN、ANAN用于串联一用于串联一个常开、常闭触点，串联个常开、常闭触点，串联触点的数量不限。触点的数量不限。 OROR、OROR用于并联用于并联一个常开、常闭触点，并一个常开、常闭触点
22、，并联触点的数量不限。联触点的数量不限。 这几条指令使用的元这几条指令使用的元件为件为X X、Y Y、R R、T T和和C C。 （3 3） ANS (And stack)ANS (And stack)指令指令指令指令 ：把两个并联的触点组串联：把两个并联的触点组串联 梯形图梯形图 指令指令 梯形图梯形图 指令指令 ORS (Or stackORS (Or stack）指令指令指令指令 ：把两个串联的触点组并联：把两个串联的触点组并联 使用说明：使用说明： 每个触点组的开头均使每个触点组的开头均使用用STST或或ST/ST/指令。指令。 若有多个触点串联或若有多个触点串联或并联，顺次以并联，顺
23、次以ANSANS或或ORSORS指令与前面电路连接，连指令与前面电路连接，连接组数不限。接组数不限。 ORSORS的使的使用用 ANSANS、ORSORS指令均指令均无使用元件。无使用元件。 （4 4） TMTM（TimerTimer）指令指令指令指令：实现导通延时操作的定时指令。：实现导通延时操作的定时指令。定时指令分三种类型：定时指令分三种类型：TMRTMR：定时时间为：定时时间为0. 01 s0. 01 s；TMXTMX定时时间为定时时间为0 01 s1 s；TMYTMY定时时间为定时时间为1 s1 s。梯形图梯形图 指令指令“ “2”2”为定为定时器编号，时器编号，“ “100”100
24、”为为定时设置定时设置值。定时值。定时时间设置时间设置值等于定值等于定时单位与时单位与定时设置定时设置值的乘积，值的乘积，因此定时因此定时时间为时间为0. 0. 1100=10 1100=10 s s。CT (CounterCT (Counter）指令指令指令指令：实现计数功能的指令。：实现计数功能的指令。 梯形图梯形图 指令指令 “ “120”120”为计数器为计数器编号，编号，“ “4”4”为为计数设置计数设置值。它有值。它有两个输入两个输入端：计数端：计数脉冲端脉冲端(C(C端）、复端）、复位端（位端（R R端）。端）。 使用使用说说明：明： 使用说明： 定时设置值可为定时设置值可为K0
25、K32767K0K32767范围内的范围内的任意一个十进制常数。定时器为减任意一个十进制常数。定时器为减1 1计数，计数，即每来一个时钟脉冲则定时设置值逐次即每来一个时钟脉冲则定时设置值逐次减减1 1，直至为零时，定时器才产生输出。，直至为零时，定时器才产生输出。输入端断开时，定时器立即复位，其数输入端断开时，定时器立即复位，其数据返回到设置值。据返回到设置值。 计数设置值为计数设置值为K0K32767K0K32767范围内范围内的任意一个十进制常数。计数器为减的任意一个十进制常数。计数器为减1 1计计数，即每来一个时钟脉冲则计数设置值数，即每来一个时钟脉冲则计数设置值逐次减逐次减1 1，直至
26、为零时，计数器才产生输，直至为零时，计数器才产生输出。当出。当R R端接通时计数器复位。端接通时计数器复位。 每条每条TMRTMR、TMXTMX和和CTCT各占三个地各占三个地址号，址号，TMYTMY占四个地址号。占四个地址号。（5 5） PSHSPSHS、RDSRDS、POPSPOPS指令为堆栈指令，是用来对具有指令为堆栈指令，是用来对具有分支的梯形图进行编程的一组指令。分支的梯形图进行编程的一组指令。PSHS (Push stack)PSHS (Push stack)为推为推入堆栈指令，即将在该指令以前的运算结果存储起来。入堆栈指令，即将在该指令以前的运算结果存储起来。 RDS(Read
27、stack)RDS(Read stack)为读出堆栈指令，读出由为读出堆栈指令，读出由PSHSPSHS指令指令存储的运算结果。存储的运算结果。POPS (Pop stack)POPS (Pop stack)为弹出堆栈指令，读出为弹出堆栈指令，读出并清除由并清除由PSHSPSHS指令存储的结果。指令存储的结果。梯形图梯形图 指令指令 使用说明： 堆栈指令是一种组合指令，堆栈指令是一种组合指令，不能单独使用。不能单独使用。 PSHSPSHS和和POPSPOPS分别用于分别用于分支的开始和最后，只能各用分支的开始和最后，只能各用一次。一次。 RDSRDS用于用于PSHSPSHS和和POPSPOPS之
28、间，可以多次使用。之间，可以多次使用。 堆栈指令无使用元件。堆栈指令无使用元件。（6 6） DFDF、DFDF是微分指令，它们的功能是把一个长信号变是微分指令，它们的功能是把一个长信号变为脉冲式的断信号为脉冲式的断信号 DF (Differentiation DF (Differentiation叩）：当脉冲信号的上升沿来到时，叩）：当脉冲信号的上升沿来到时，线圈接通一个扫描周期线圈接通一个扫描周期 DF/(Differentiation down) DF/(Differentiation down)：当脉冲信号的下降沿来到时，：当脉冲信号的下降沿来到时，线圈接通一个扫描周期。线圈接通一个扫描
29、周期。 功能图功能图 梯形图梯形图指令指令使用说明： 这两条指令没有使这两条指令没有使用次数的限制。用次数的限制。 这两条指令均无使这两条指令均无使用元件。用元件。 所产生的输出脉冲所产生的输出脉冲的宽度为一个扫描周期。的宽度为一个扫描周期。 （7 7） KP(Keep)KP(Keep)为保持指令，它的功能是把一个短为保持指令，它的功能是把一个短信号变成长信号。信号变成长信号。 指指令令梯梯形形图图功功能能图图使用说明：使用说明： R R端为复位端。端为复位端。当当R R端和端和S S端同时接端同时接通时，通时，R R端优先。端优先。 本指令使用的本指令使用的元件为元件为T T和和R R。（8
30、)8) SR (Shift register) SR (Shift register)为移位指令，它的功能是实现对内部为移位指令，它的功能是实现对内部移位寄存器移位寄存器WRWR中的数据移位。中的数据移位。 梯形图梯形图 指令指令 使用说明： SRSR的输入端有三个输入端，的输入端有三个输入端，按数据输入按数据输入(IN)(IN)端、端、位移脉冲输入位移脉冲输入(C)(C)端和复位输入端和复位输入(R(R）端的次序排列，以复位输）端的次序排列，以复位输入优先。入优先。 SRSR指令的使用元件为指令的使用元件为WRWR。4.6.4 可编程序控制器的编程方法和举例可编程序控制器的编程方法和举例 1
31、编程的基本原则编程的基本原则 （1）梯形图每一逻辑行的触点应画在线圈左边，线圈右边不能有触点。 （2）线圈不能直接与左侧的母线相连。如果需要连接时，可以通过一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接。 （3）梯形图必须按顺序执行，即从左到右，从上到下执行。 （4）在梯形图中串联触点和并联触点的数目无限，可以多次使用。2 2编编程技巧程技巧程技巧程技巧 （1 1）几个串联支路并联时，串联触点多的支路要画在上面）几个串联支路并联时，串联触点多的支路要画在上面 （2 2）并联线圈电路，从分支点到线圈之间，）并联线圈电路，从分支点到线圈之间，无触点的分支应放在上方无触点的分支应放在上方 （3 3）对有电
32、流交又的电路编程时，）对有电流交又的电路编程时，梯形图中不允许出现电流交叉电路，梯形图中不允许出现电流交叉电路，不能对它直接编程，必须重新绘制，不能对它直接编程，必须重新绘制， （4 4）复杂电路的处理。电路比较复杂不便于编程时，）复杂电路的处理。电路比较复杂不便于编程时，可重复使用一些触点，画出它的等效电路，然后再进行编程可重复使用一些触点，画出它的等效电路，然后再进行编程 3编程举例（电动机的控制）编程举例（电动机的控制）表表表表4.2 4.2 输输入、入、入、入、输输出元件与出元件与出元件与出元件与PLCPLC数据数据数据数据对对照照照照输入输出按钮PLC数据接触器PLC数据SB1SB2X1X2KM1KM2KM3Y1Y2Y3输入、输出元件与输入、输出元件与输入、输出元件与输入、输出元件与PLCPLC数据对照数据对照数据对照数据对照 Y-Y- 降压起动的主电路降压起动的主电路 Y-Y- 降压起动的梯形图降压起动的梯形图
