第1章电气控制基础

可编程序控制器曾海霞文华学院机电学部机械系zenghaixia@教材可编程控制器技术与应用陈艳主编清华大学出版社参考资料可编程控制器原理与应用程宪平主编图书馆资源（有关可编程控制器的资料）网络资源（如工控网、三菱公司的网站、编程软件的帮助文件等）绪论可编程序控制器——PLC定义：以微处理器为核心的自动控制装置，能在工业现场可靠地进行各种工业控制。在继电器控制技术和计算机控制技术基础上发展起来。经历：可编程逻辑控制器（PLC）→可编程控制器（PC）可编程逻辑控制器，主要用于开关量逻辑控制，简称PLC。它主要用来代替继电器实现逻辑运算、计算、定时等处理，以开关量的形式输出，控制各种类型的生产机械或生产过程。可编程控制器，简称为PC.

其功能不仅限于开关量逻辑控制，还增加了算术运算、数据处理、通讯与联网等各种强大的功能人们倾向于把可编程控制器简称为PLC。PLC的应用领域绪论课程主要内容与安排（32学时理论+16学时实验）

第一章继电器-接触器控制系统中常用的低压电器及基本控制电路。第二、三章PLC的基础知识，包括PLC的基本结构与工作原理，并重点介绍了FX系列可编程控制器的硬件配置、性能和编程元件。第四章FX系列的基本逻辑指令，同时也介绍了部分常用的功能指令。第五章经验设计法、替代设计法、顺序控制设计法等。绪论第1章电气控制基础教学要求了解常用控制电器的工作原理了解常开触点、常闭触点和线圈的概念会分析基本电器控制电路的原理学习内容第一节常用低压电器第二节电气控制电路图的基本知识

第三节三相异步电机典型控制电路第一节常用低压电器

低压电器通常指工作在交流1200V以下，直流1500V以下电路中的电器低压电器的分类按用途或控制对象分:低压配电电器和低压控制电器按电器的动作性质分：自动切换电器和非自动切换电器按电器的执行性能分：有触点电器和无触点电器按工作原理分：电磁式电器和非电量控制电器。补充：电磁式电器根据电磁感应原理来实现通、断控制的电器，由电磁系统，触点系统及灭弧系统组成。1.电磁系统结构及工作原理电磁系统作用：将电磁能量转换成机械能量，带动触点动作，实现对电路的通、断控制。由铁心、衔铁和线圈等部分组成。其工作原理是：当线圈中有电流通过时，产生电磁吸力，电磁吸力克服弹簧的反作用力，使衔铁与铁心闭合，衔铁带动连接机构运动，从而带动相应触点动作，完成通、断电路的控制作用

第一节常用低压电器

电磁系统的结构图

第一节常用低压电器

2.触点系统

触点是电器的执行机构，起接通和断开电路的作用。若要使触点具有良好的接触性能，通常采用铜质材料制成。触点主要结构形式：桥式触点和指形触点

第一节常用低压电器

3.灭弧系统

电弧的产生：触点在分断电路时，由于接触电阻引起触点温升，从而引起热电子发射，同时触点间距离极小，电场强度极大，在强电场的作用下，气隙中电子高速运动产生碰撞游离，在游离因素的作用下，触点间的气隙中会产生大量带电粒子使气体导电，形成炽热的电子流，即电弧。

熄灭电弧的原理：抑制游离因素，增强去游离因素。在低压电器灭弧中，主要采取的措施有：①迅速增加电弧长度，使得单位长度内维持电弧燃烧的电场强度不足而使电弧熄灭。②使电弧与液体介质或固体介质相接触，加速冷却以增强去游离作用，使电弧迅速熄灭。第一节常用低压电器

一、隔离器（刀开关Q）

低压隔离器是一种最常见的手动电器，又称闸刀，主要用于低压配电设备中隔离电源和小容量负载非频繁启动的操作开关。

一般刀开关结构图

刀开关的图形符号

第一节常用低压电器

不带熔断器式刀开关带熔断器式刀开关第一节常用低压电器

第一节常用低压电器

二、断路器

功能：不频繁通断电路，并能在电路过载、短路及失压时自动分断电路。

特点：操作安全，分断能力较高。

分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式）

结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。第一节常用低压电器

低压断路器结构示意图

低压断路器图形、文字符号

第一节常用低压电器

各种低压断路器第一节常用低压电器

三、熔断器（FU）

熔断器是低压配电系统和电力拖动系统中过载和短路保护作用的电器。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当流过熔断器的电流大于规定值时，以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现过载和短路保护。熔断器由熔体和安装熔体的绝缘底座（或称熔管）组成熔断器种类很多：按结构分为开启式、半封闭式和封闭式；按有无填料分为有填料式、无填料式；按用途分工工业用熔断器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器等

第一节常用低压电器

常用的熔断器：插入式熔断器螺旋式熔断器封闭管式熔断器自复式熔断器高分断能力熔断器

熔断器型号及含义

熔断器电气符号

第一节常用低压电器

瓷插式熔断器第一节常用低压电器

螺旋式熔断器第一节常用低压电器

自恢复熔断器第一节常用低压电器

四、接触器（KM）

接触器是用于远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动切换电器。其主要控制对象是电动机

按控制电流性质不同，接触器分交流接触器和直流接触器两大类。

1.交流接触器由电磁系统、触点系统、灭弧装置和其他部件等组成。

第一节常用低压电器

触头系统：主触头、辅助触头

常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧1—动触点；2—静触点；3—衔铁；4—缓冲弹簧；5—电磁线圈；6—铁心；7—垫毡；8—触点弹簧；9—灭弧罩；10—触点压力簧片第一节常用低压电器

交流接触器工作原理

线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁心振动，需加短路环。第一节常用低压电器

2.直流接触器用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构和工作原理基本上与交流接触器相同。直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧。第一节常用低压电器

3.主要技术参数（1）额定电压常用：220V、380V、660V等（2）额定电流常用：5A、10A、20A、40A等第一节常用低压电器

KM常闭辅助触点线圈KM常开主触点KM常开辅助触点KM4.接触器的符号

5．接触器的选择（1）根据负载性质选择接触器类型。（2）额定电压应不小于主电路工作电压。（3）额定电流应不小于被控电路额定电流。对于电动机负载还应根据其运行方式适当增减。（4）吸引线圈的额定电压与频率与所控制电路的选用电压、频率相一致。第一节常用低压电器

五、继电器

继电器是在控制、保护电路中起信号转换作用的一种低压控制电器，适用于接通和分断交直流小容量控制电路。继电器一般都由输入电路——能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、温度、压力、速度、频率、计数等）的感应元件；输出电路——能对被控对象进行通、断控制的执行元件；中间机构——用于解决输入和输出之间的电气隔离、比较判断和信号放大等问题，三部分组成。当输入量的变化达到一定程度时，输出量才会发生阶跃性的变化。继电器种类繁多，常用的有电压继电器、电流继电器、中间继电器、时间继电器、速度继电器、压力继电器、热继电器、温度继电器等。第一节常用低压电器

1.电压继电器（一）

普通电磁式继电器（KA）电磁式继电器的机构、工作原理与接触器类似，由电磁系统、触头系统组成。电磁式继电器的图形及符号

电压继电器是根据输入电压大小而动作的继电器，常用于电压保护和控制，分为过电压继电器和欠电压继电器。在线路中，电压继电器的线圈应与负载并联。第一节常用低压电器

过电压继电器线圈在额定电压下不吸合，当线圈电压达到高于负载额定电压的某一设定值时产生吸合动作。在正常工作电压下，继电器处于释放状态，其常闭触点闭合，故在保护电路中通常利用其常闭触点实现控制功能。

欠电压继电器则是当线圈电压低于负载额定电压的某一设定值时产生释放动作。在正常工作电压下，继电器处于吸合状态，其常开触点闭合，故在保护电路中通常利用其常开触点实现控制功能。第一节常用低压电器

2.电流继电器作用：电流继电器是根据输入线圈电流大小而动作的继电器，常用于电流保护和控制

特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。分类：过电流继电器、欠电流继电器过流电流继电器欠流电流继电器第一节常用低压电器

3.中间继电器中间继电器可以完成信息保存、信息传递、隔离放大等作用，可以扩大触点数量及触点容量，提高信息的使用率和接通能力。它实质上是一种电磁式电压继电器。第一节常用低压电器

(二)

时间继电器（KT）

时间继电器是一种利用电磁原理或机械动作原理实现触点延时接通或断开的自动控制电器。作用：按整定时间长短通断电路分类：按构成原理分：电磁式电动式空气阻尼式晶体管式数字式按延时方式分：通电延时型断电延时型

第一节常用低压电器

时间继电器的图形及符号

第一节常用低压电器

第一节常用低压电器

第一节常用低压电器

作用：电动机的过载保护利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作利用电阻值随温度变化而变化的特性制成利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作（三）热继电器（FR）型式：双金属片式热敏电阻式易熔合金式结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。第一节常用低压电器

双金属片式热继电器原理示意图1、4—主双金属片；2、3—加热元件；5—导板；6—温度补偿片；7—推杆；8—静触点；9—动触点；10—调节螺钉；11—弹簧；12—凸轮旋钮；13—手动复位按钮；14—支撑杆第一节常用低压电器

第一节常用低压电器

六、主令电器主令电器是用来接通和分断控制电路以发号施令的电器。常见的有按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。

(一)按钮（SB）按钮是一种手动且可以自动复位的主令电器，其结构简单，控制方便，在低压控制电路中得到广泛应用。

按钮结构示意图1、2—常闭触点；3、4—常开触点；5—桥式触点；6—复位弹簧；7、按钮帽按钮的图形符号及文字符号

第一节常用低压电器

第一节常用低压电器

(二)位置开关

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。

1.行程开关(SQ)行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的挡块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。图形符号第一节常用低压电器

第一节常用低压电器

第一节常用低压电器

2、接近开关（SP）接近开关是一种非接触式的位置开关。它由感应头、高频振荡器、放大器和外壳组成。

当运动部件与接近开关的感应头接近时，就使其输出一个电信号。接近开关分为电感式和电容式两种。电感式接近开关只能用于检测金属体。电容式接近开关即能检测金属，又能检测非金属及液体。第一节常用低压电器

(三)万能转换开关（SA）

万能转换开关是一种多挡位、多触点、能够控制多回路的主令电器。可用于控制高压油断路器、空气断路器等操作机构的分合闸，各种配电设备中线路的换接、遥控和电流表、电压表的换相测量等；也可用于控制小容量电动机的启动、换向、调速。因其控制线路多、用途广泛，故称为万能转换开关。

万能转换开关单层结构示意图

第一节常用低压电器

电气控制线路：由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等按不同连接方式组合而成的。电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器布置图、电气安装接线图一、电气控制系统图中的图形符号、文字符号

1.图形符号、文字符号

电气图是由文字符号、图形符号按一定的要求连接而成的

2.接线端子标记

电气控制系统图中各电器接线端子用字母数字符号标记

如：三相交流电源引入线用L1、L2、L3、N、PE标记。直流系统的电源正、负、中间线分别用L+、L-、M标记。三相动力电器引出线分别按U、V、W顺序标记。第二节电气控制电路图的基本知识

二、电气原理图

电气原理图是根据控制原理绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析线路工作原理的特性。在电气原理图中只包括所有电气元件的导电部件和接线端点之间的相互关系，不按各电气元件的实际布置位置和实际接线情况来绘制，也不反映电气元件的大小。

电器控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。主电路包括从电源到负载的电路，画在原理图的左边。控制电路一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的触点等组成，画在原理图的右边。第二节电气控制电路图的基本知识

电气原理图示例：第二节电气控制电路图的基本知识

继电器、接触器及其他低压电器组成的控制系统，称为继电器一接触器控制系统

常见基本控制电路有；点动控制电路，自保持控制电路，正反转控制电路，顺序启动与顺序停止控制电路，保护电路，延时控制电路等

第三节三相异步电机典型控制电路

一、点动控制工作原理：启动：按下起动按钮SB→接触器KM线圈得电→KM主触头闭合→电动机M启动运行。停止：松开按钮SB→接触器KM线圈失电→KM主触头断开→电动机M失电停转。QSL1L3L2FU1KMM3～SBKMFU2电气原理图：第三节三相异步电机典型控制电路

一、点动控制应用：常用于电葫芦控制和车床拖板箱快速移动的电机控制保护环节：短路保护控制电路短路保护主电路短路保护工作原理：电气原理图：QSL1L3L2FU1KMM3～SBKMFU2按下按钮，电动机转动，松开按钮，电动机停转，这种控制就叫做点动控制。第三节三相异步电机典型控制电路

电气原理图二、连续运行控制自锁触点热继电器热元件热继电器常闭触点KML1L3L2FU1KMQSSB2FU2KMM3～FRFRSB1第三节三相异步电机典型控制电路

工作原理当启动按钮松开后，接触器KM的线圈通过其辅助常开触点的闭合保持通电，从而保证电动机的连续运行。这种依靠接触器自身辅助常开触点的闭合而使线圈保持通电的控制方式，称自锁或自保。第三节三相异步电机典型控制电路

开关切换补充：点动与长动结合控制

按钮切换

采用中间继电器KA实现第三节三相异步电机典型控制电路

开关切换点动控制：SA断开FU1KMM3～FRQL1L3L2主电路FU2SB1KMKMFRSB2SA控制电路第三节三相异步电机典型控制电路

开关切换FU1KMM3～FRQL1L3L2主电路点动控制：SA断开连续控制：SA闭合

FU2SB1KMKMFRSB2SA控制电路第三节三相异步电机典型控制电路

按钮切换工作原理：连续控制：松开按钮SB3点动控制：按下按钮SB3FU1KMM3～FRQL1L3L2主电路FU2SB1KMKMFRSB2SB3控制电路第三节三相异步电机典型控制电路

采用中间继电器KA实现FU1KMM3～FRQL1L3L2主电路FU2SB1KMKAFRSB2SB3控制电路KAKA点动控制：按下按钮SB3连续控制：按下按钮SB1第三节三相异步电机典型控制电路

主电路：KM2FU1KM1M3～FRQL1L3L2主电路控制电路：控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2正转按钮反转按钮工作原理：缺点：若误操作会使KM1与KM2都通电，从而引起主电路电源短路。基本控制电路三、电机正反转控制线路第三节三相异步电机典型控制电路

控制电路：工作原理：接触器联锁控制互锁接触器互锁（电气互锁）按钮互锁（机械互锁）控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1接触器联锁优点：工作安全可靠缺点：操作不便合上电源开关按下按钮SB1KM1线圈通电M正转启动按下停止按钮SB3KM1线圈断电电动机M停止按下按钮SB2反向启动第三节三相异步电机典型控制电路

控制电路：工作原理：优点：按钮互锁控制操作方便控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2缺点：易产生故障第三节三相异步电机典型控制电路

常用电机正反转控制电路原理图第三节三相异步电机典型控制电路

四、电动机降压启动电路降压启动的方法定子绕组串电阻（电抗）启动自耦变压器降压启动

Y—△降压启动延边三角形降压启动降压启动的实质：启动时减小加在定子绕组上的电压，以减小起动电流；启动后再将电压恢复到额定值，电动机进入正常工作状态。第三节三相异步电机典型控制电路

Y—△降压启动控制指电动机起动时，把定子绕组接成星形，以降低起动电压，减小起动电流；待电动机起动后，再把定子绕组改接成三角形，使电动机全压运行。Y—△起动只能用于正常运行时为△形接法的电动机。第三节三相异步电机典型控制电路

第三节三相异步电机典型控制电路

五、电动机自动往返控制电路

自动往返通常利用行程开关实现位置到位检测和反向触发。若在预定位置电动机需要停止，则将行程开关安装在相应位置处，其常闭触点串接在相应的控制电路中。若需停止后立即反向运动，则应将此行程开关的常开触点并接在另一个控制回路中的启动按钮上。在行程开关动作时，常闭触点断开了正向运动控制的电路，同时常开触点又接通了反向运动动的控制电路。

第三节三相异步电机典型控制电路

第三节三相异步电机典型控制电路

某组合机床的机械滑台工作过程及主电路如图，设计接触器继电器电路。M2控制滑台快进与快退，M1控制滑台工进。第三节三相异步电机典型控制电路

第三节三相异步电机典型控制电路

六、电气控制系统的保护环节

电气保护环节是电气控制系统的重要组成部分,是保证电气控制系统安全可靠运行的主要措施之一。

1.短路保护

电器或线路绝缘损坏、负载短接、人为接线错误等故障，都有可能发生短路事故。一旦发生短路故障，控制电路能迅速地切断电源，这种保护叫短路保护。

常用的短路保