电控技术与传感器基础知识

电气控制与传感器基础知识培训(TCL金能电池工程部内部培训教材)工程部:赵圣祥2015年6月1日一、常用电气控制元件1.主令控制元件与低压电气元件主令控制元件为电气控制电路的指令输入元件，低压电气元件为电气控制盘的电源给送/隔离元件，如：按钮开关、旋钮开关、急停开关、船型开关、钮子开关、脚踏开关、行程开关、微动开关、空气断路器、小型断路器、漏电断路器、交流接触器、低压熔断器等。按钮开关旋钮开关急停开关船型开关钮子开关脚踏开关行程开关微动开关空气断路器

小型断路器漏电断路器交流接触器熔断器2.继电器元件继电器元件用于电气控制电路中各种状态的转换，如控制时序转换、控制逻辑转换、电压等级转换、电路保护，包括：中间继电器、延时继电器、计数继电器、热过载继电器、断相/过压/欠压/相序保护继电器、固态继电器等。中间继电器延时继电器计数继电器热过载继电器断相/欠压/相序保护继电器固态继电器3.传感器元件传感器元件是电气控制中作为状态检测的元件，如流体压力检测、温度检测、露点检测、称重压力检测、机械位置检测、物体有无检测、距离检测等，包括：真空压力传感器、温度传感器、露点传感器、重力传感器、接触传感器、接近传感器、磁性感应开关、光电传感器、光纤传感器：真空压力传感器流体压力传感器温度传感器露点传感器重力传感器接触传感器4.控制器元件控制器元件是在电气控制中用于专业用途的元件，如温度控制器、张力控制器、纠偏控制器、步进/伺服电机驱动器、可编程序控制器、人机界面等。温度控制器张力控制器纠偏控制器步进驱动器伺服驱动器可编程序控制器人机界面接近传感器磁性开关传感器光电传感器光纤传感器二、电气控制图常用符号按钮开关旋钮开关急停开关行程开关交流接触器热继电器接近开关隔离刀开关断路器熔断器漏电断路器三、电气控制常用电气原理图1.启动、保持、停止控制电气原理图。在工作中需要负载连续运行就会用到启动、保持、停止电路。当启动按钮松开后接触器KM通过其辅助触点的闭合仍保持通电，从而保证电动机连续运行，这种依靠接触器自身常开辅助触点闭合而使接触器线圈保持通电的控制方式称为自锁。起到自锁作用的接触器常开辅助触点称为自锁触点。

按压启动按钮SB2后接触器KM通过停止按钮SB1常闭触点、SB2常开触点ON、热继电器FR常闭触点形成回路，接触器KM闭合，回路通过KM常开辅助触点ON形成自锁保持，按压SB1断开通电回路，电路停止保持状态。动画演示(需安装AdobeFlash插件)2.正反转控制电气原理图。在工作中需要电动机正、反向两种状态运行，就会用到正反转控制电路。通过正、反转接触器KM1与KM2的倒相接法实现电动机旋转磁场的正、反向。实际上正、反转控制是由两组启动、保持、停止电路通过各自的启动按钮(SB2/SB3)与接触器(KM1/KM2)的常闭触点互锁控制实现的。

按压KM1启动按钮SB2后，接触器KM1通过停止按钮SB1常闭触点、SB2常开触点ON、热继电器FR常闭触点、KM2及其启动按钮SB3常闭触点、形成回路，接触器KM1闭合，回路通过KM1常开辅助触点ON形成自锁保持，电动机正向转动，按压SB1断开通电回路，KM1电路停止保持状态，正、反向通过自身辅助触点进行互锁，确保不会同时运行。反向运转控制与正向运转控制过程相同，不详述。动画演示(需安装AdobeFlash插件)3.多地点控制电气原理图。在工作中需要在多个地点控制同一个负载的运行就会用到多地点控制电路。多地点控制原理与启动、保持、停止控制电路相同，通过多个启动触点并联与多个停止触点串联实现多地点控制同一个负载运行。SB2、SB3、SB4为分布在多地点的启动按钮，SB5、SB6、SB7为分布在多地点的停止按钮，按压任一启动按钮后，接触器KM通过停止按钮SB5、SB6、SB7串联的常闭触点、按压的启动按钮常开触点ON、热继电器FR常闭触点形成回路，接触器KM闭合，回路通过KM常开辅助触点ON形成自锁保持，按压任一停止按钮断开通电回路，电路停止保持状态。动画演示(需安装AdobeFlash插件)4.顺序启动控制电气原理图。在工作中如果有多个负载需要按照一定的顺序先后运行就要用到顺序启动控制电路。顺序启动是利用逻辑先负载的触发结果作为逻辑后负载的启动条件，按照逻辑顺序依次启动负载。顺序启动实际上是由分逻辑先后的两个启动、保持、停止电路嵌套组成的，逻辑先负载启动后为逻辑后电路提供电源。SB2启动后接触器KM1通过停止按钮SB1常闭触点、SB2常开触点ON、热继电器FR1常闭触点形成回路，接触器KM1闭合，回路通过KM1常开辅助触点ON形成自锁保持，同时为KM2启动提供电源，实现KM1与KM2的顺序启动，KM2启动原理与KM1启动相同，不详述。动画演示(需安装AdobeFlash插件)5.自动往、返控制电气原理图。

自动往、返控制实际上是正、反转控制电路与多地点控制电路的组合应用方案，由运行工作台的行程开关作为多地点控制的启动、停止开关在正、反向电路中互锁控制，手动启动开关与行程启动开关并联，手动停止开关与行程停止开关串联，正、反向运行启动的常闭辅助触点作为对方回路的停止条件。

按压SB1后KM1通过停止按钮SB3常闭触点、SB1常开触点ON、热继电器FR常闭触点、KM2及其启动按钮SB2常闭触点、平台左移行程与极限行程开关SQ1与SQ3常闭触点形成回路，接触器KM1闭合，回路通过KM1常开辅助触点ON形成自锁保持平台左移，平台触动左限行程开关SQ1后回路断开左移停止，同时SQ1常开触点闭合触发平台右行电路，平台右行控制原理与左行相同，不详述。动画演示(需安装AdobeFlash插件)大功率的电动机一般采用三角形接法以得到较星形接法更大的线电压与线电流，获得更大的运行功率，但是由于三角形接法的线电流为相电流的√3倍，在启动时造成了电网电压的较大波动，这就用到了星三角启动控制电路。星三角启动控制电路实际上就是顺序启动控制电路的实际应用，由两个启动、保持、停止电路嵌套组成。SB1启动后接触器KM1通过停止按钮SB3常闭触点、SB1常开触点ON、热继电器FR常闭触点形成回路，接触器KM1闭合，回路通过KM1常开辅助触点ON形成自锁保持，同时为KT计时以及KM2与KM3启动提供电源，KM2通过KM1闭合获得电源经KM3常闭触点、KT延时断触点形成回路闭合接通星形接法中性引出线，同时KT通过KM1闭合获得电源经KM3常闭触点形成回路开始计时，计时结束完成星形启动，KT常开触点闭合触发三角接法接触器KM3回路后KM3常闭触点断开，KM2与时间继电器KT失电断开完成星三角启动。6.星三角启动控制电气原理图。动画演示(需安装AdobeFlash插件)四、可编程序控制器PLC(ProgrammableLogicController)1.可编程控制器概述可编程控制器：简称PLC(ProgrammableLogicController)，是一种工业控制装置。可实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数等功能，高档PLC产品具有数据运算处理、模拟量控制、联网通信等功能。2.常用主流品牌PLC三菱、松下、西门子、欧姆龙、基恩士、横河电机、台达、信捷等主流品牌。3.可编程控制器的编程语言梯形图语言（LD）类似于传统机电控制电路原理图，符合传统机电控制电路读图习惯，易于学习者快速理解与掌握。指令表语言（IL）与汇编语言类似的一种助记符编程语言，由操作码和操作数组成，与梯形图语言对应可相互转换。顺序功能流程图语言（SFC）是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言，利用转移条件触发顺序流程的转换。功能模块语言（FBD）与数字逻辑电路类似的一种编程语言，采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能。结构文本化语言（ST）类似于高级语言的一种编程语言，采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系，需要一定的计算机高级语言编程能力。4.可编程控制器的硬件组成结构基本单元内部组成部分是构成PLC的最小系统，包括：单片机（CPU）、系统存储器（EPROM）、程序存储器（RAM）、暂存器（RAM）及后备电池、I/O接口单元、电源、I/O扩展接口、外设接口。

外设部分包括：编程器、上位计算机、图形显示器、打印机、EPROM写入器等。5.可编程控制器输入、输出接口电路开关量输入接口电路直流方式输入电路交流方式输入电路输出接口电路继电器型输出电路晶闸管型输出电路晶体管型输出电路（源型）晶体管型输出电路（漏型）源型和漏型是以输出点的电流方向来定义的，电流从输出点往外流的就是源型，就是所说的拉电流，反之就是漏型，也叫灌电流。源型的COM端接的是电源正极，漏型的COM端接的是电源负极。输出接口电路6.可编程控制器工作原理PLC的基本工作原理可总结为:“循环扫描、集中采样、顺序执行、集中输出”的工作方式。每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对执行结果进行输出刷新。输入刷新后输入端口关闭，程序在执行阶段即使输入端有新状态也不能被读入，只有程序进行下一周期扫描时新状态才被读入。一个扫描周期分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。输出映象寄存器的内容是随着程序执行结果的变化而变化的。扫描周期的长短由CPU的运算速度、指令本身占有的时间、程序指令条数决定。由于采用集中采样、集中输出的工作方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。扫描周期是PLC的重要性能指标。五、传统电气控制应用PLC控制示例1.PLC启动、保持、停止应用示例此示例是传统电气控制启动、保持、停止控制电路的PLC梯形图指令等效电路。梯形图对应语句表：LDX1ORY1ANIX2OUTY1END动画演示(需安装AdobeFlash插件)2.PLC正反转控制应用示例此示例是传统电气控制正、反转控制电路的PLC梯形图指令等效电路。梯形图对应语句表：LDX0ORY1ANIX2ANIX1ANIY2OUTY1LDX1ORY2ANIX2ANIX0ANIY1OUTY2END动画演示(需安装AdobeFlash插件)3.PLC顺序启动控制应用示例此示例是传统电气控制顺序启动控制电路的PLC梯形图指令等效电路。梯形图对应语句表：LDX0ORY1ANIX1OUTY1ANDX2ORY2ANIX3OUTY2ANDX4ORY3ANIX5OUTY3END动画演示(需安装AdobeFlash插件)六、必须掌握的几个基础定律与计算公式欧姆定律：在同一电路中通过导体的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，即U=IR。并联电阻：总电阻的倒数等于各分电阻的倒数之和，即1/R=1/R1＋1/R2＋……1/Rn，并联阻值R=R1R2/(R1+R2)。串联电阻：串联电阻的阻值等于各分电阻值之和，即R=R1＋R2＋……Rn。全电路欧姆定律：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比，即E=IR＋Ir。因为并联电阻两端的电压相同，根据欧姆定律可求出各并联支路的分支电流为I1=U/R1，I2=U/R2，I3=U/R3。

由于电路中总电流等于各分支电流的总和，则I=I1＋I2＋I3，即U/R=U/RI＋U/R2＋U/R3。

由于R阻值为R1、R2、R3