自动控制课程课件

自動控制課程(一)元件介紹目錄概述及規定:控制方法的演變 4-6安全項目 7電壓及電流 8-9導線的安全電流 10-14接點規格 15電壓保護 16溫度要求 17配線和標示 18-20工具及電表 21-24其他要求 25環境和接地 26控制元件說明:開關 27-28保險絲 29電驛、繼電器 30-31時間電驛 32變壓器 33-34儀表 35-38直流馬達 39-41交流馬達 42-47步進馬達 48-50其它馬達 51 電磁線圈 52-53目錄方向控制閥 54氣缸 55感應器 56-58溫度控制器 59-64震動盤 65-66電阻 67-70電容 71-73電感 74二極體 75-76電晶體 77場效電晶體 78MOSFET 79-81發光二極體 82-83光接受器 84矽控器 85編碼器 86指示燈 87警報器 88端子臺 89電源供應器 90其他氣壓零件 91-96其他零件 97電機電子製圖及識圖98-101控制方法的演變用一個能量以某種方式去影響另外一個能量就稱為控制,目前比較常用的方法有:固體類……連桿、凸輪、齒輪、凹槽、鏈條.液體類……水、油壓.氣體類……蒸氣、高壓空氣.傳導類……光、電、熱、磁.500年前-水、連桿、凸輪、齒輪、凹槽、鏈條……歐洲磨坊、水閘門.18世紀中期-熱、蒸氣……紡織機、時鐘.19世紀中期-油壓、高壓氣體、磁……引擎.20世紀中期-光、電……電晶體、計算機.電的演變靜電(摩擦、感應): 不易儲存以及運用.化學電池: 電壓不高,能量不大,運用有限.直流發電(力-磁發電): 不易傳輸,易生電弧.交流發電(力-磁發電): 安全較差.物理量轉變發電(熱、光、粒子、燃料電池): 效率較差.使用電做自動控制的演變蒸氣機變成馬達……受控制能量的轉變.由開關控制馬達……最基本的電力控制.電磁繼電器代替開關……加入時間延遲的開關繼電器.電晶體代替繼電器……工業電子.模擬開關狀態的小型電腦……PLC.直接由控制單元(CPU)控制電晶體……單晶片.由電腦透過介面做控制……工業電腦,可以處理大量資料.電腦整合的多點網路系統……資料傳輸,個別控制.安全項目及規定和一般原則***安全第一***無限匯流排----能量極大,必須小心,以免造成重大損失.輸配電作業的依據(包含配電盤以及控制箱):電工法規.相關規定及標準:經濟部標準檢驗局.設計時需要注意--保護線路必須有效,而且符合規定.施工時需要注意--安全防護都已經確實實施.完工後--須先檢查有按圖施工,以及沒有短路.送電前--須先確定保險絲等保護設施是有效的.電壓及電流直流(DC)系統--代號以大寫表示.電壓(代號V)的單位--伏特(Volt)(簡寫V). 電位(代號E)--電的位能能量. 電動勢(代號E)--電位的差. 輸出電壓(一般人所知的電壓)-扣除內部銷耗後的電壓.電流(代號I)的單位--安培(Amp)(簡寫A). 每秒流過1庫倫的電荷(代號Q)定為1安培. (1庫倫的電荷是6.24X1018個電子).功率(代號P)的單位--瓦特(Watt)(簡寫W). 1牛頓-米=1瓦特=1焦耳(Joule)秒. 4.186焦耳=1卡(Cal).電壓及電流交流(AC)系統(正弦交流系統)--代號以小寫表示.電壓(代號v)的單位--伏特(簡寫V).電流(代號i)的單位--安培(簡寫A).功率(代號P)的單位—瓦特(簡寫W)……交流功率的算法和直流相同,因此一般不區分.v=vmsin(vt)i=imsin(vt)vm,im表示最大值也就是峰值veff表示有效值(簡寫v)=vm/√2(一般認知的交流電壓)ieff表示有效值(簡寫i)=im/√2(一般認知的交流電流)vave,iave表示平均值=0.6366vm三相交流系統…三個相互差120°的單相系統組成.特點是平衡.安全電流電阻與發熱—所有的物質都有電阻,所以導線也有電阻.當電流流經電阻後就會產生熱量,而熱量累積到某個溫度後,就會破壞絕緣物.所以為了不破壞導線正常的絕緣.我們以能夠將產生的熱量散出,確保導線溫度不會破壞絕緣物的最大電流,稱為導線的安全電流.導線的安全電流會隨著導線的半徑、絕緣物的種類、周圍的溫度、包覆的情形而有不同的數值.一般PVC導線的安全電流如附表.電阻:R=V/I功率:P=VIP=I2RP=V2/R導線線的種類:依照導線截面的導體數量區分:單心線(用導體直徑標示)—最基本的線,但是大線徑會很硬,不易施工.一般市售品只到2.6mm.絞線(用總截面積標示)—較容易彎曲,是配電盤標準的使用線.導線數依照下列公式3n(n+1)+1……n是層數. 花線(用總截面積或號數標示)—最軟,但是因為機械特性不良,輸配電盡量避免使用.2. 依照導體種類區分:銅線—室內線最常使用.鋁線—室外裸線較常使用.金、銀、白金、鎳鉻、鐵、其他金屬—特殊場所使用.導線依照絕緣體種類區分:PVC-最常用,電特性良好,耐候性佳,但是比較硬.PE-常用,電特性良好,比較軟,耐候性較差.EXPE-電特性最好,常用於高電壓.棉紗-耐折,耐高溫,較常用於電纜.鐵氟龍-耐高溫,耐酸鹼,硬度高,一般用於惡劣環境.橡膠-耐折,耐候性佳,一般用於電纜以及惡劣環境.電纜-由數根相互絕緣的導線及拉力線組成,外加保護披覆成為一體的構造.優點是施工方便,但是價格高.排線-由數根相互絕緣的導線,以平面排列外加固定構成.一般只用於訊號傳輸.訊號隔離線(同軸電纜)-導線或電纜最外層附加接地金屬包裹,作為訊號隔離用.一般使用於高頻傳輸.導線的安全電流導線的安全電流接點規格電弧:空間放電……介質、形狀、材料、距離.高電壓放電:大電流放電:電感延遲……電動機.接點標示:最大耐壓……接點間不放電為主.標準電壓電流……能夠切斷電流,又不會損傷接點為主.最大電流……最大能夠切斷的電流,但不保證接點不損壞.消弧能力……材質、氣吹、磁吹.框架電流……大電流會產生熱和磁會影響絕緣物.電壓保護一般交流以600伏(有效值)以上為高壓……塑膠絕緣的耐壓限制.特別低壓工程……電壓在30伏以下並且使用小型變壓器隔離的工程.絕緣標準……人體保護—AC60Hz5mA. 600V以下為20MV/電流,最低以0.1MV為限.直流的配線與交流配線建議作適當的區隔避免干擾以及破壞.電路對地電壓超過100伏時,若使用金屬外箱,則金屬外箱應接地.配電箱外不得有導体裸露.溫度要求配線箱內溫度以60BC為限,若是過熱應設法冷卻.配電元件的表面溫度若是超過60BC,則應該適當的與其他元件和導線隔離.電熱線等高溫元件,其導線絕緣應使用耐高溫材料.導線的連接,不可使用錫焊.導線應該避免經過高溫區域.若是無法避免,應使用耐高溫材料作為導線的絕緣,並且給予適當的保護.線色線色:紅色—電壓線……有高電壓或是可能有高電壓的線.黑色—電流線……主要負載或是有大電流流過的線.白色,灰色—被接地線……有電流流過的接地線.綠色,綠色黃條紋—地線……不接電力系統沒有電流流過的接地線.黃色—一般控制線.藍色—直流線……若是純直流系統可以使用.

紅色代表`+極`青色代表`-極`.其他顏色—非正規顏色,一般使用於控制線.配線固定和標示配線固定:工業配線中任一接點不得配置三個以上的分路或導線.剝除絕緣體時不可以傷到導線,壓接端子時不可以壓到絕緣體,而且端子與絕緣體距離應在1mm以下.同一接點小線徑的端子應固定在大線徑的端子之上.同一端子不可同時壓接兩條以上的導線.線路跨越時,少數的線應在多數的線之上.不使用線槽時,導線應該做適當的固定.220伏裸露線距離配電箱不得小於13mm.主電路與控制電路的配線應該分開固定,接地線可以和控制線固定在一起.配線固定和標示電流線以及電壓線應使用O型端子,避免掉落.其他控制線可以使用Y型端子.不可使用單心線作為控制線.配電盤內器具與器具相互間的導線,不可以有接頭(連接處).配線不可以與盤面接觸.電纜彎曲半徑應大於電纜直徑5倍(電線亦同).標示:三相電源的標示應為R、S、T接地應標示G.端子台應做編號與標示.線端是否標示並未規定可自行決定.工具及電表壓接端子時,必需使用端子鉗,並選用適當的壓著位置.鎖緊及放鬆外六角螺絲時,應使用扳手或是套筒扳手,不可使用鉗子.其他手工具:螺絲起子(一字、十字)、尖嘴鉗、斜口鉗、剝線鉗、鋼絲鉗.三用電表:測量電壓、電流、電阻,三種基本值.至於其他如電晶體、db、電池容量、電容、電感、溫度、頻率的測量、計算次數和發聲等是屬於附加功能,三用電表不一定會有.指針式:使用動圈式錶心,利用選擇開關以及電阻做分流及限流,來變換測量方式以及測量範圍.數位式:使用放大電路,A/D轉換器以及計數器組成,一般依照顯示位數有兩位半、3位半以及4位半等.三用電表三用電表使用時注意事項:確認選擇開關是所需要的位置.若是想要測量的電壓或是電流不清楚範圍時,應該從最大的測量範圍開始嘗試.紅色的電表線應接在`+`或標示V、I、V的位置(紅色插孔).若是大電流(10A以上)有另外的插孔時,則在選用該測量範圍時應插在大電流插孔.黑色的電表線應接在`-`或標示COM的位置(黑色插孔).三用電表不可以在電路有電時測量電阻.三用電表測量電阻時,指針式電表紅線輸出電壓為`-`,黑線輸出電壓為`+`.而數位式電表紅線輸出電壓為`+`,黑線輸出電壓為`-`.三用電表測量時需注意電壓極限,尤其是數位式電表.三用電表歸零……三用電表在測量電阻時,請先將電表線前端短路,再將電表歸零以後,再測量.測不準原理……指針式三用電表在測量電壓時,請注意並聯效應.數位式電表輸入電阻一般為20MV.使用三用電表在測量電流時需要與電路串聯-串聯效應.電表內一般都有裝設保險絲,若有損壞請更換.電表內都有電池,使用時若是電力不足,應更換電池.三用電表使用完後,請將選擇開關轉到OFF位置.若是沒有OFF位置時,請將選擇開關轉到最大的交流電壓處.三用電表在測量電流時,請注意電路的電壓.必要時應加以保護固定,以免危險.其他的功能請依照說明書,配合使用.鈎式電流表測量原理……電流流動會產生磁場,用鐵心收集磁場,再將線圈繞在鐵心上,測量其感應電流.只能測量交流電流,而直流電流因為磁場固定無法感應,所以無法測量.若是使用動圈式錶心或是數位電子式,則可以做成三用電表.使用方法與三用電表相同.鈎式電流表所測量的是「所圈住的線中所有的電流的『向量和』」,所以「多根線分別測量時的值相加後不等於多根線一起測量時的值」是正常的.鈎式電流表一般都有多段選擇請選擇適當的範圍.鈎式電流表不適用於小電流,交流1A以下的誤差極大.其他要求指示燈: 運轉中--紅色 停止中--綠色 控制用--黃色及其他顏色按鈕: 啟動--綠色 停止--紅色 控制用--黃色及其他顏色電容器在切離電路一分鐘後,兩端電壓應降低到50V以下.環境和接地配電箱應固定於堅固安全的處所.配電箱若在特殊環境(粉塵環境、潮濕環境、化學腐蝕環境、高溫環境等)應使用特殊保護,避免配電箱損壞.配電盤箱內接地線應使用2.0mm2以上.接地線不得有接頭,愈短愈好,不可以繞圈.中性線不得與接地線共用一個接地點.低壓配電箱使用第三種接地,也就是接地電阻在100V以下即可.開關(Switch&Breaker)電力開關(斷路器):開關是最基本的電路控制器.事實上利用電力作自動控制,也只是將很多開關組合起來而已.但是因為在電路中有些是有大電流流過的線,在有電流時若是將接點分開,將會引起電弧.因此將能夠消除電弧的接點稱為開關或斷路器.無熔絲開關:有熱動延遲跳脫式和電磁跳脫式.因為不同的設計,消弧能力也不同.所以在開關的標示都會明確標示跳脫容量(額定容量)(A.T.)、啟斷容量(I.C.)、框架容量(A.F.).符號:開關(Switch&Breaker)開關: 符號:沒有自體的動力控制,又不負責切斷 大電流的接點.一般常見的有按鈕 開關或機械接點.一般的開關也有標示使用的電流,選 用時請注意,開關所串接電路的最 大可能電流量.BCD開關:由特 殊位置構成的 開關,能夠輸 出二進位碼.棘輪開關:由凸輪和多組開關組成, 有多種設計,用在正逆轉控制、電動機啟動等.保險絲(Fuse)保險絲符號 3A3A3A保險絲動作原理—電流產生熱將導體融化,所以保險絲有小的電阻.而且受熱影響,周圍溫度升高,融斷電流會變小.緩動型保險絲(slow)—一般用在起動較慢的馬達保護.保險絲的外觀類型—單線、玻璃管、磁管、塞頭型、橋式、電阻型、圓柱型、其他形式.玻璃管、磁管:20mm、 25mm、30mm是長度.保險絲標示—以文字為主.溫度保險絲—由鉛錫合金的比率調整溫度,與電流無關.電力保險絲—大電流使用,一般兼做隔離開關.電驛、繼電器(Relay)由電力控制的開關稱為電驛.若是只有單純的控制,沒有其他的檢查功能,也可以稱為繼電器.主電驛:有啟斷大電流的主接點和一些輔助接點的電驛.選用時接點規格與斷路器相同.輔助繼電器:只有小型接點的電驛只能使用在接點的額定電流內.特殊電驛:由特殊條件啟動的電驛例如積熱過載電驛、過電壓電驛、欠相電驛…等使用在電路系統的檢查.溫度開關:作為電路或器具中避免過熱的保護開關.溫度開關動作很慢,不能當成過載保護.符號:繼電器(Relay)PCB用繼電器:有機械小型化和磁簧繼電器,可是接點電流比較小,只適用於訊號.機械小型化繼電器:外型如右圖.內有1~4組 接點.選用時需要注意線圈電壓以及反應 速度.磁簧繼電器:磁簧的接點如右圖: 而外圍還有線圈產生磁力. 特點是:若是接點損壞,只需更換接點即可.固態開關(SSR):全部由電子電路組成,並 將其密封後製成.SSR可以代替一個A接點, 而且速度比機械式接點快很多.但是因為是 電子電路,所以使用時必需注意輸入的觸發 條件,與輸出的電流電壓範圍.時間電驛(Timer)啟動限時時間電驛(On-delay):電源接通後,經過設定時間接點動作.電源切斷後回復原始狀態.斷電延遲時間電驛(Off-Delay):電源接通後接點立刻動作,等電源切斷後,經過設定時間,接點才回到原始狀態.瞬間接點:與繼電器相同.有些時間電驛有1~2組瞬間接點,可以用於自保持或互鎖,非常方便.On-offTimer:只要通電後就可以讓接點在設定的時間動作.然後再經過另一個設定的時間接點回復.如此反覆動作,直到斷電為止.符號:變壓器(Transformer)變壓器原理:由兩組以上的線圈組成.電源輸入端稱為一次側,電源輸出端稱為二次側.一次側的線圈產生交流的磁場,耦合到二次側的線圈時會產生感應電壓與電流,所以能將能量傳輸過去.電力變壓器都使用矽鋼片組合的鐵心,在一次側會產生鐵損,而在二次側會有銅損.訊號用變壓器則除了用矽鋼之外,還有使用其他材質.詳見後面的電感說明.鐵心:由矽鋼片交疊而成,目的是要減少渦流損失.通常電力變壓器的鐵心都是封閉的,而且磁路面積都相同,來減少鐵損.矽鋼片是有方向性的,錯誤的方向鐵損會加大.變壓器(Transformer)自耦變壓器:只有一組線圈,將一次側與二次側串聯在一起,可以省些線圈.通常只用在電流不大的地方.大型(濕式)變壓器:線圈泡在絕緣油中.使用絕緣油可以增加導線間和導線與外殼間的絕緣,並且可以增加散熱速度.小型(乾式)變壓器:使用絕緣膠或者只用漆包線絕緣,只使用在小電流處.若是使用在高電壓時,電流必須很小.額定電壓與電流:每一個變壓器都有設計上的電壓與電流,超電壓使用會造成絕緣破壞、過熱和效率降低.而過電流則會造成輸出電壓不足、過熱和效率降低.極性:變壓器組合時就要考慮極性.比壓器、比流器:小型小電流的變壓器,只用在儀表.符號:儀表(Meter)電流表:所有的表頭都是電流表,而利用電阻的分流效果,可以測量不同的電流範圍.電壓表:將電流表串聯電阻就是電壓表,不同的電阻可以改變不同的電壓範圍.動鐵式(磁葉式):原理是利用鐵磁物質在磁場中會產生感應磁力,而使指針偏移.特點是構造簡單,耐用便宜.儀表(Meter)2.動圈式:只能用於直流.原理是線圈在固定磁場中,若有直流電流過,會使線圈受力而偏轉.動圈式儀表靈敏度較高,而且可以配合電子電路,使用於其他的測量.例如三用電表.3.電子式:將電壓轉換成數位訊號,再將訊號以數字的方式顯示出來.電子式儀表是複雜的電子電路,優點是精密度比較高.但是也比較貴,而且使用時限制比較多.儀表(Meter)電阻表、微電阻表、高阻計:電阻是被動元件,因此測量電阻必須有電源.電阻公式:R=V/I兩線式測量法:最簡單的測量法.原理是給電壓,然後測量電流.優點是構造簡單.但是線電阻會和被測量電阻相加,無法區分.一般適合測量5V到10MV之間的電阻值.因為通常線電阻在0.3V以下,測量誤差在5%以內,尚可忍受.四線式測量法:原理是給電流,然後測量電壓.適合測量10V以下的電阻.因為電流源是定電流,所以太高的電阻會引起大電壓,以及高功率.通常輸出電壓最高只到30V.Force:電流源,Sense:測量點.高電壓測量法:超過1MV以上的電阻,因為電流很小,誤差很大.因此必須升高電壓才能得到足夠的電流.但是因為塑膠絕緣體的特性,交流很少超過1000V.直流很少超過2500V.所以能夠測量的範圍,大約在1MV到1GV之間.儀表(Meter)電容表電感表:因為測量的是交流特性,所以大部分是電子式.因為改變頻率比較方便,可以有比較大的測量範圍.瓦時計:交流統計表.由電壓 線圈和電流線圈組成.動作 原理是:電壓線圈和電流線 圈分別都會在圓盤上產生渦 流,若是產生的渦流不平衡, 就會旋轉.乏時計:與瓦時計類似但是 紀錄的是無效功率.其他儀表:瓦特計、無效功率計、功率因數計、接地電阻表、溫度計(與溫度控制器部分一起討論)等.符號:直流馬達(DCMotor)構造:直流馬達(DCMotor)原理:利用碳刷讓電流流經不同的線圈,使得磁場永遠在相互垂直的位置.永久磁鐵型:定子 是磁鐵,轉子是 線圈.而線圈的 繞法有波狀繞法 和疊狀繞法.一 般的小型馬達大 部分採用這種方 式,比較簡單.正反轉:若是將電流反接則會反轉.直流馬達(DCMotor)直流並激馬達:將定子改成線圈,用電流產生磁場,可以得到比較大的磁力.如將定子與轉子並聯在電源上,就是直流並激馬達.這種馬達的轉速比較固定,一般用於定轉速的地方.直流串激馬達:將定子與轉子串聯,則定子與轉子的電流會一樣,那麼磁場就會受到轉速影響.所以直流串激馬達的轉速不固定.在低轉速時出力變大,高轉速時出力變小.直流複激馬達:定子有一個並聯線圈和一個與轉子串聯的線圈共同產生磁場.而直流複激馬達的特性介於直流並激馬達與直流串激馬達之間.交流串激馬達:構造與直流串激馬達幾乎一樣,但是使用交流電,所以鐵心由矽鋼片組成減少渦流.交流馬達(ACMotor)三相電源:由三個電壓相同相距120L的正弦波組成,如下圖所示: 而它的向量圖則如下圖所示:三相電源的特點就是在 任何時候電源的向 量和都是0,對發電 機來說,是很好的.旋轉磁場:三相電源可以 形成一個旋轉磁場它的理論如下圖:交流馬達(ACMotor)三相同步馬達:若是把一個固定磁鐵(或是固定電流的線圈)放在旋轉磁場中,就會被旋轉磁場吸引而隨著旋轉,就是基本的三相同步馬達.但是實際運用時必須先啟動,因此有很多啟動的方式.而啟動的方式大部分是以感應馬達的方式啟動.所以轉子是繞線式的,也就是要使用碳刷,比較麻煩.三相同步馬達的極數是以單相使用的極數計算,例如4極的三相同步馬達,在60Hz時轉速為每分鐘1800轉. 60x60/(4/2)=1800假若使用在50Hz4極的三相同步馬達的轉速為每分鐘1500轉.50x60/(4/2)=1500三相同步馬達若是使用固定磁鐵,則出力不大.較少見到.交流馬達(ACMotor)三相感應馬達:若是把一個封閉的線圈放在轉子上,就是感應馬達.因為轉子沒有磁場,所以轉子必須比旋轉磁場慢,才能像變壓器一樣,感應出電流而產生磁場.所以稱為感應馬達.感應馬達的轉速會隨著負載的變大而降低.而感應馬達的轉子依照構造不同,而有繞線式、鼠籠式與鐵心式等:交流馬達(ACMotor)繞線式:用絕緣銅線繞成,效率較高.鼠籠式:用鋁壓鑄造成,又有分深層鼠籠與淺層鼠籠,特點是便宜.多相馬達:有二相以及六相但是很少人使用.交流馬達(ACMotor)單相感應馬達:使用單相電源,沒有旋轉磁場.因此必須有啟動線圈,並且使用電容模擬二相電源,才能轉動.但是一旦轉動之後,就可以持續轉動. 離心開關:單相感應馬達一旦轉動之後,啟動線圈就沒有作用了.因此若是要省電,並且防止發熱,保護馬達,就要加裝離心開關.離心開關在馬達到達固定的轉速之後,就會切斷啟動線圈.有些小型馬達不在乎浪費啟動電流時,也有不切斷啟動線圈的型式,稱為永久分相感應馬達.單相感應馬達一般都是鼠籠式轉子.但是有一種很特別的啟動法稱為蔽極式馬達,蔽極式馬達沒有啟動線圈,可以節省造價.但是因為效率很差,只用在小型馬達上.交流馬達(ACMotor)右圖是蔽極式馬達的構造及外 觀圖.渦流馬達:如下圖.也是一種很 常見的小型馬達,它的原理 類似瓦時計,效率也不高.直流無碳刷馬達:內有一組電路用來模擬二相或三相交流馬達.所以雖然是直流輸入,卻是交流馬達.而且輸入極性不能相反.步進馬達(StepperMotor)原理:步進馬達(StepperMotor)種類:二相步進馬達,五相步進馬達.分解度:每週幾步(step/cycle)或每步幾度(L/step).步進馬達(StepperMotor)電流:使用直流,有些馬達在運轉時和保持時的電流量不相同,需注意電流量,以免過熱燒毀.選用步進馬達時需注意其輸出力,同樣的分解度和電流並不保證能有相同的出力和速度,因此以廠商的資料為主.若要自製驅動器時,請注意線圈的反向感應電流.控制方法:下表為二相步進馬達的驅動方式:一般驅動方式ABA*B*step1onoffoffoffstep2offonoffoffstep3offoffonoffstep4offoffoffon強力驅動方式ABA*B*step1ononoffoffstep2offononoffstep3offoffononstep4onoffoffon馬達(Motor)調速馬達(Speedcontroller):原理:加了速度控制器的馬達.由附加在馬達的訊號回授器將轉速回傳給控制器,再由控制器決定要加速或減速,來保持轉速的穩定.而調速馬達所使用馬達:一般以直流(串、並、複激)馬達(調電壓)或交流(同步、感應)馬達(調頻率)為主.需依照使用條件與控制器配合使用.伺服馬達(Servecontrollermotor):原理:精確控制位置的調速馬達.附加在馬達的編碼器會將馬達的角度傳回控制器,讓控制器能決定轉速及停止位置.控制方法:是個複雜的電腦控制系統,一般是用控制參數作為控制.而控制器的種類也很多,需要依據需求的功能選擇.煞車:伺服器使用的馬達以交流(同步,感應)馬達和步進(二,五相)馬達為主.若是使用交流馬達,則要使用煞車才能將位置固定住.線性馬達:將馬達的圓形拉直成直線,這種馬達的成本較高.電磁線圈(Solenoid)電磁線圈的動作原理:使用磁力吸引鐵磁物質到設計的最近位置.一般是圓筒型或是圓面型.如下圖:直線式(有些會附加彈簧回復或是緩衝墊):迴旋式:延長桿式:電磁線圈(Solenoid)電磁線圈的特點:移動距離不長(旋轉角度不大),但是速度很快,力量大.電磁線圈的力量,在遠位置時力量最小(磁隙最大),貼合後力量最大(磁隙最小).力量不是均勻的.不適合使用在靜摩擦力比動摩擦力大很多的地方.電磁線圈使用時,無法避免磁洩漏的現象.因此應注意對週遭的影響(例如測試等).選用電磁線圈時要注意使用電壓以及輸出的特性曲線.交流的電磁線圈與直流的電磁線圈鐵心構造並不相同,不能互換使用.符號:方向控制閥(Valve)符號: 控制方式控制流體(氣體或液體)的元件,目前較常用的是短管閥.低壓閥通常使用在7Kg/CM2以下,若是壓力更高時,壓力差將會使得閥塞受到大壓力而無法移動.因此高壓閥(液、油壓)內有平衡導管來平衡壓力差.氣缸(Cylinder)符號:(液油壓缸)氣缸的分類:潤滑式以及乾式(通常使用於無塵室).氣缸的原理:氣缸的推力決定於壓力與活塞面的乘積.氣缸的速度決定於進氣速度與排氣速度.氣缸的側向抗力與氣缸長度和氣缸壁的強度有關.氣缸的大小長短種類非常多,有些還有附加彈簧、緩衝、磁性(用於感應器)、停止管、行程調整螺絲等,可視需要挑選.控制方式:通常以控制閥變換進氣口,並且用調壓閥和節流閥控制速度.氣缸在使用時只有兩個位置(前進位置和後退位置),無法停在中間.但是其活動距離比電磁線圈長.氣缸使用時需注意其活塞環和活塞桿封環的磨損狀況(磨損時會漏氣,壓力會變動).感應器(Sensor)光感應器:有右圖的裝置方式: 裝置光感應器需要注意周圍 的光對接收器的影響.若是直 接使用元件,則需注意溫度對 元件特性的影響.若是使用光 纖或是光導管,則需要注意其編排法和彎曲性.光感應器中不論發射器或接收器都有響應頻率和角度的限制.設計時須以製造廠商的資料為主.符號:光感應器都需要放大電路.若是元件直接接入電路板,則直接用元件符號標示.若是使用單獨的放大器,則放大器的符號使用功能圖框,如右圖:而輸出部分目前有下列形式:接點、SSR—直接使用接點符號.開集極—直接使用電晶體符號或是使用功能符號標示.電壓輸出—一般是TTL介面,使用功能符號標示.如上圖.感應器(Sensor)磁性感應器:磁吸式:直接利用磁鐵移動開關,適用於較大磁力的地方.一般有內附磁鐵和單純感應的分別. 符號:直接使用接點符號.霍爾效應式:霍爾效應原理如右圖: 對磁力很敏感,可檢測出小磁力. 符號:與光感應器相同.壓力(壓差)感應器:壓力開關:利用壓力移動機械位置(巴登管、壓力膜等)使接點動作.適用在壓力變動大的地方. 符號:直接使用接點符號.壓力感知器:利用壓電效應(例如唱盤的拾音器)將電壓轉換而成.因為是一組電路,所以符號與光感應器相同.感應器(Sensor)溫度感應器:雙金屬開關:利用雙金屬彎曲,配合彈力使接點動作.符號:使用熱動接點符號.溫度顯示器:詳見下頁.但是並不輸出訊號,單純顯示而已. 符號:沒有專用符號,一般使用功能圖框,再加以說明.其它感應器:速度(轉速)、流速、真空、溼度、露點、化學物質(毒物)、液(位)面、電場、音量、放射線等感應器,只在特殊的地方使用,比較罕見,所以沒有專用符號.一般情況是--使用接點輸出的,就使用接點符號.否則就使用功能圖框,再加以說明.溫度控制器(TemperatureController)溫度的定義:在1大氣壓下,純水由冰轉化為水(冰點),到由水轉化為水蒸氣(沸點)時,水銀體積的變化,區分為100份,每一份定為攝氏(Celsius)1度,簡寫LC. 另外華氏(Fahrenheit)溫度…1LC=1.8LF.攝氏溫度與華氏溫度的轉換如下:華氏溫度LF=(攝氏溫度LCX1.8)+32絕對溫度(LK):凱氏(Kelvin)溫度以-273.16LC為0LK,間距區分與攝氏相同,所以水的沸點是373.16LK(100LC).測量溫度的方法:填充式溫度計:在感測頭內填充氣體或液體,利用其壓力的變化,由螺旋巴登管指示.膨脹式系列溫度計:玻璃球溫度計,雙金屬溫度計.變色溫度顯示劑:用化學變化顯示溫度.電子轉換溫度計:下一張敘述.溫度控制器(TemperatureController)電子轉換溫度計:熱電偶(Thermocouple):每種金屬有不同的熱電動勢,所以將不同的金屬接合時,在接合面就會有電壓產生.目前市售的熱電偶就是將其中電壓變化較大,而且線性較佳的,組合成常用品,稱為標準熱電偶.選購熱電偶時需注意其使用溫度的範圍.如下表:溫度控制器(TemperatureController)標準熱電偶的延長線絕緣顏色也有標準,如下表:熱電偶裝置時需注意不要直接接觸火燄,避免高溫氧化.導線裝設時不要和交流電線平行,以免受到感應電流影響.熱電偶型態延長線單層絕緣延長線雙層絕緣正線(+)顏色負線(-)顏色外包線顏色正線(+)顏色負線(-)顏色E紫色紅底紫線紫色紫色紅色J白色紅底白線黑色白色紅色K黃色紅底黃線黃色黃色紅色R或S黑色紅底黑線綠色黑色紅色T藍色紅底藍線藍色藍色紅色溫度控制器(TemperatureController)2. RTD(ResisterTemperatureDetector):利用金屬的電阻值會隨著溫度而改變,所以可以測量電阻值而轉換成溫度.一般常用的金屬有白金、鎳、銅等.而市面上的標準白金電阻器在0LC時有10W、100W、10kW三種(例如Pt100).RTD的溫度改變時電阻值的變化幾乎是線性的,但是反應速度較慢,需要0.5秒以上.熱敏電阻(Thermistor):半導體的溫度特性是溫度升高時電阻值會很快的下降(但是並不是線性的).所以可以測量很小的溫度變化,但是測量的溫度範圍也比較小.在應用上也是需要電路轉換.測溫IC:利用半導體的溫度特性做轉換,放大後以電壓方式輸出.在控制上可以直接應用,但是測溫IC適用的溫度範圍只有在常溫附近,輸出值一般是10mV/LC.溫度控制器(TemperatureController)紅外線色溫感應:高溫計.用於不適合直接接觸的溫度測量.原理是--不同的溫度會發出不同波長的電磁波(光波),只要能測量出所發射的波長(頻率),就可以得到大約的溫度.這種測量法會受到表面顏色,以及與受測物之間的雜質干擾,一般來說誤差值較大.比較適合高溫場所,例如爐火,煉鋼爐等.溫度控制器的構造:一般市售的溫度控制器以使用熱電偶和RTD作為探溫針為主,當然其他形式的測溫器也有它們的控制器,而且都有一組電路做轉換與控制.但是用在工業控制時,除了顯示之外,還要輸出訊號.所以一定有一組以上的接點輸出做為加熱或冷卻的控制.另外可能還有特殊條件的輸出(例如Alarm等).所以要依據機台的需求選購適當的溫度控制器.溫度控制器(TemperatureController)溫度控制器使用時應注意事項:溫度控制器內部一般都使用單晶片(CPU),因此是個完整的電子產品.使用時需要注意操作方法、輸入電壓、環境需求、輸出要求等.溫度控制器的輸出也有Relay型、SSR型、TRIAC型等.被加熱體的熱量會被空氣冷卻,因此被加熱體的溫度並不是均勻的.所以探溫針的位置應在使用點附近較佳.若是要降低溫度差,可以包覆適當的隔熱物.探溫針的位置需要小心.因為熱量從加熱器到探溫針會有時間差,容易產生震盪現象,而無法穩定在固定溫度.若是無法改變探溫針與加熱器的位置,可以使用有延遲參數的溫度控制器,可以改善震盪現象.使用的溫度若是需要準確,就必須選用能校正的溫度控制器(校正方法各廠牌不同,請參考使用手冊).震動盤(Vibrator)震動盤的原理:(直線型)震動盤(Vibrator)震動盤的種類: 有直線型和圓型兩種.圓型的構造和直線型類似,但是有三個支撐點,成正三角形.而電磁鐵則在中間.所以它的並不是高低的弧形震動,而是高低並且旋轉的移動.震動盤的控制方式: 最基本的震動盤只調整電流的大小.有些較高級的還可以調整頻率以及波型.震動盤的用途: 作為移動物品用.但是因為是利用重力才能移動,所以用途受到限制.可是配合挑選軌道時,圓形震動盤適用於排序沒有長腳的物品.震動盤的整修要盡量避免更動彈片狀態,以及間隙.因為要調整到平衡並不容易.簡單電子零件:電阻(Resistor)符號:公式: R:電阻值r:電阻係數L:長度A:截面積電阻單位:歐姆(ohm),以W代表.依材質分類:碳質電阻、碳膜電阻、金屬膜電阻、水泥電阻、繞線電阻、高功率電阻.依外型分類:功率影響大小,幾乎都是圓筒型,只有少數是片型.高功率電阻有散熱片,所以有其他形狀.依特性分類:固定電阻、可變電阻、可調電阻.溫度特性:R2/R1=[1+a0(t2-t0)]/[1+a0(t1-t0)]常用金屬的電阻係數如附表.簡單電子零件:電阻(Resistor)簡單電子零件:電阻(Resistor)顏色黑棕紅橙黃綠藍紫灰白銀金無色代表數字0123456789---代表指數0123456----1-2-代表誤差%-12--0.50.250.10.05-1055色碼:一般電阻標示-棕棕棕銀-時表示11X101=110W誤差10%精密電阻標示-棕棕棕棕棕-時表示111X101=1110W誤差1%簡單電子零件:電阻(Resistor)標示: 容許消耗功率電阻值W記號抵抗體RD碳素皮膜RN金屬皮膜RS氧化金屬皮膜RC碳素系混合體RK金屬系混合體RW電阻線(電功率型)RB電阻線(精密型)記號誤差%B±0.1C±0.25D±0.5F±1G±2J±5K±10M±20N±30簡單電子零件:電容(Capacitor)符號:公式: C:電容值

e0=1/36pX109

er:介質常數d:距離A:截面積電容單位:法拉(Farad,簡寫:F),因為單位太大,一般使用mF(10-6F)、nF(10-9F)、pF(10-12F).依材質分類(製造法、用途):陶瓷電容、積層電容、塑膠電容、雲母(Mica)電容、麥拉(Myla)電容、空氣電容、鋁電解質電容、鉭質電容、其他類型.依特性分類:固定電容、可變電容、可調電容.溫度特性:依介質材料不同,電容值與耐壓的變化不一樣.耐壓(耐電壓):電解質電容比較低,而且有正負之分.簡單電子零件:電容(Capacitor)標示:簡單電子零件:電容(Capacitor)色碼: 介質常數:色碼代表的數字與電阻相同.單位:pF簡單電子零件:電感(inductance)符號:公式:Nf=Li N:圈數f:磁通量L:電感值i:電流量 瞬間狀態時v=L(di/dt)電感單位:亨利(Henry,簡寫h)因為單位太大,一般使用mh(10-3h).製造方法:用漆包線捲成線圈而成.線圈圍繞的物質會影響特性.鐵蕊(矽鋼片)大多使用在低頻,而Ferrite使用在高頻.也可以不加任何物質稱為空氣蕊.而漆包線的線徑會影響電阻值以及電流量.用途:抗流圈、諧振電路、儲存能量、延遲訊號.標示:直接以數字標示例如2.2mh,或是模倣電容(例如222J)或電阻色碼,是以mh為基礎值.簡單電子零件:二極體(Diode)半導體簡介:材質-矽(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs).雜質-碘(I)、鎵(Ga)、硼(B)、砷(As)、銻(Sb).N型與P型-多餘電子成為N型,電子較少形成電洞成為P型.二極體-符號:或 空乏區-PN接合面因多餘電子補進電洞而產生. 接合型-整流、隔離、訊號傳遞. 接觸型(Shottky)-符號與接合型相同,但是有時會有下圖 代表蕭特立介面: 特性-速度快,正負電壓有區分,一般用於訊號.稽納二極體(ZenerDiode)-符號:或 特性-使用反向電壓,一般使用於穩壓電路,設計時注 意其功率數(電流).簡單電子零件:二極體(Diode)二極體的外型以及辨識極性的方法:使用三用電表測量辨識二極體極性的方法: 指針式電表……選1k的檔位,若是指針有動作,則黑色探棒的那端是正極,紅色探棒的那端是負極. 數位式電表……選的檔位若是顯示有數字,或是發音 的檔位有聲響,則紅色探棒的那端是正極,黑色探棒的 那端是負極.簡單電子零件:電晶體(Transistor)雙極性電晶體(Bipolar): NPN、PNP-符號

NPNPNP 構造: 功能:放大或是控制訊號,並不是放大能量. 使用方法:使用時須配合電路,所以在工業電子部份再 詳述.放大率最高可達1000倍. 達靈頓電晶體:兩個以上的電晶體組成. 特點是輸入阻抗大,而輸出阻抗小. 適合在驅動電路使用.簡單電子零件:場效電晶體(FET)場效電晶體(FieldEffectTransistor):理論圖:JFET實際構造:汲極(亦稱排極).符號:n-channelp-channel (nchannelJunctionFET)功能:與雙極性電晶體相同,用於放大和控制訊號.但是場 效電晶體的放大率不大(大約只有10左右).在自動控 制中,一般是當做開關使用.因為要配合電路計算,以 後再介紹.簡單電子零件:金屬氧化物半導體(MOS)MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET): 使用氧化物作為閘極金屬與半導體之間的絕緣層的一種場 效電晶體.構造:有空乏型與增強型兩種. 空乏型與接合型類似構造如右圖:符號:p-channeln-channel

加入電壓的情形簡單電子零件:金屬氧化物半導體(MOS)增強型:最常使用的類型,因為放大率比較高.構造如下圖:動作原理:閘極電壓愈高時在閘極下產生的P型通道愈寬,所以能留過的電流就愈大.簡單電子零件:金屬氧化物半導體(MOS)增強型分為:p-channeln-channel符號:B(Body)與空乏型通用CMOS(ComplementaryMOS)(互補型金屬氧化物半導體): 混合NMOS和PMOS做在同一電路上的結構. 因為這種電路在沒有動作(靜態)時不導 通電流,因此非常是省電. ***電晶體與IC的外型包裝很多,腳位 也不固定,因此以實際取得的技術資料 為主***簡單電子零件:發光二極體(LED)IIIIIIIVVVIVIIVIIILiBeBCNOFNe-MgAlSiPS---ZnGaGeAsSe---CdInSnSbTe--基本半導體-Si,Ge二元-GaAs,Inp,GaSb,GaN,InAs,AlAs,AlP三元-AlGaAs,InGaAs,InGaP,AlGaP,InAlAs,GaAsSb四元-InGaAsP,AlGaAsP,InAlGaAs,AlInGapLED:LightEmittingDiode發光原理:接合面的電子能量與電洞能量不同,因此當電子與電洞結合時,多餘的能量就會轉變成光.可見光:380~770nm.種類:二元、三元、四元.符號:功能:指示、照明、光源.單色光源:LED因為雜質濃度不易控制,因此不是單一波長,而是有頻寬,並且會隨著時間老化而改變波長.簡單電子零件:發光二極體(LED)半導體雷射:在LED的發光面兩端加裝反射鏡而成.因為LED並非單色光,因此與其他雷射略有不同.基本顏色:紅外線、紅色、綠色、藍色、紫外線.混合顏色:黃色、橘紅色、白色、其他顏色.發光角度:LED會隨構造不同而有不同的放射角(立體角).極性:與二極體相同.從外型判斷時,短腳或切邊處是負極.外型:帽型方型SMT座型七節顯示器其他組合型.簡單電子零件:光接受器光二極體(PhotoDiode):符號:構造:與LED類似,但是將PN反接,而使用其逆向電流.功能:在電路中受光照射時會有電流變化,可以作為光接收器.光電晶體(PhotoTransistor):符號:構造:與電晶體類似,但是加大基極的面積,並且暴露出來,使得基極電流會受到光激發後,而被電晶體放大.功能:與光二極體類似.但是放大率高,較容易使用.光二極體與光電晶體在選用時都要注意其受光波長和接收角度的範圍.簡單電子零件-矽控器SCR:符號:構造:(SiliconControlledRectifier) 功能:閘極的電壓比K高時,A到K就會導通.但是閘極電壓消 失後,A到K間並不會停止導通,必須要等A到K間電壓降到 零或負電壓時,才會停止導通.TRIAC:符號:構造:(TriodeAlternatingCurrent) 功能:閘極有電壓時,T1到T2就會導通.一般使用於交流電 路.閘極電壓消失後,T1到T2間會在週期結束時停止導通.DIAC:符號: 構造:

(DiodeAlternating) 功能:兩端間的電壓大於設計值時就會有電流導通.一般用 於交流電路的電壓保護.編碼器Decode編碼器的用途:檢查目前的探測點所在的位置.編碼器的種類:依外型分有直線型以及圓型.編碼器構造:編碼器的使用方法:配合輸入介面可以直接讀出探測點所在的位置.脈波產生器:光學式及電磁式,需要配合計算決定移動位置.指示燈(Lamp)指示燈種類:白熾燈、放電燈、LED等.符號:構造:一般都有外殼保護,並且方便裝設.也有一些指示燈附加在開關上.使用方法:使用時需依照供應的電壓挑選適當的指示燈.注意事項:指示燈有交流與直流的區分.指示燈裝設時注意位置,並且挑選適當的大小,以能夠看清楚為準.白熾燈會產生熱量,需注意散熱,以免破壞塑膠.警報器(Alarm)種類:蜂鳴器、電鈴、喇叭、氣笛、其他發音器具等.符號:使用方法:使用時需依照供應的電壓,挑選適當的蜂鳴器.注意事項:蜂鳴器、電鈴及喇叭有交流與直流的區分.裝設時需要能將聲音透出,但是盡量避免裝在表面.現在有使用預先錄製的語音,再用喇叭放出來.可是接線以及控制方法比較複雜.若是同一區域有兩個以上的警報器時,聲響的方式應該加以區分.端子臺(TB)(TerminalBar)種類:標準的只有一種型式.但是目前有很多種電子式的端子台,可以用在電路板(PCB)上.符號:端子:端子臺的連接必須使用端子.而端子的鎖螺絲端有O型以及Y型兩種.O型端子用於較危險的位置,有防止掉落的功能.Y型端子比較方便安裝.有些端子在壓線端有絕緣套管,壓接時請使用專用工具,以免破壞塑膠.使用方法:端子臺用在有可能變換的地方,方便電路拆開後再連接.注意事項:端子臺一定要把編號標示完整.標示處應在端子臺上或下方明顯位置,避免標示在可拆下的蓋子上.電源供應器PowerSupply直流電源供應器(DCPowerSupply):功能:提供直流電源.種類:交流轉直流和直流變電壓兩種.構造:交流轉直流有變壓器整流濾波型和切換式穩壓型. 直流變電壓有降壓式以及升壓式(內有一組電路).交流電源供應器(ACPowerSupply):功能:提供交流電源.種類:交流變交流就是變壓器,而直流變交流則需要一組電路才能達成.例如不斷電系統(UPS).穩壓器(Regulator):功能:能夠把電壓的變動減低到很小.電壓變動的原因:在輸入方面有突波、變形和電壓昇降等.在輸出方面有負載變動、元件回授等.種類:很多類型.一般來說單一機台無法完全消除所有變動原因.其他氣壓零件空氣壓縮機(AirCompressor):功能:將氣體體積縮小,使得壓力升高,但同時會引起溫度的升高,以及溼度變大.種類:往覆式、葉片式、螺旋式(潤油泛液式及乾式)、螺桿式(單螺旋)、迴轉式、離心式、凸輪轉子等.單階段雙階段與多階段:壓縮機只做一次壓縮時大約只能增壓5到10倍,