电气控制与PLC应用技术（S7-1200）课件 1任务2 如何实现电动机的正反转控制

PLC综合应用技术任务2如何实现电动机的正反转控制任务2如何实现电动机的正反转控制学习任务要完成该任务，必须具备以下知识：1．熟悉电气互锁和双重互锁控制电路的工作原理。2．能绘制主电路和控制电路图。3．能依据电气控制原理图完成接线。4.掌握正反转控制线路故障的分析和检查方法。

1.组合开关

1）组合开关的结构。组合开关又称转换开关，是一种多挡位、多触头、能够控制多个回路的主令电器，如图1-22所示，它主要由手柄、转轴、弹簧、凸轮、绝缘垫板、动触片、静触片、接线柱和绝缘杆等组成。其中手柄、转轴、弹簧、凸轮、绝缘垫板和绝缘杆等构成转换开关的操作机构和定位机构，动触片、静触片和绝缘钢纸板等构成触点系统，若干个触点系统串套在绝缘杆上由操作机构统一操作。

动触片由两片磷铜片（或硬紫铜片）和具有良好灭弧性能的绝缘钢纸板铆合而成，其结构有900、1800两种，和绝缘垫板一起套在绝缘杆上。组合开关的手柄能沿正反两个方向转动90º，并带动三个动触点分别与三个静触点接通或断开。相关知识1.常用低压电器--组合开关

组合开关有单极、双极和多极之分。它是由单个或多个单极旋转开关叠装在同一根方形转轴上组成的。在开关的上部装有定位机构，它能使触片处在一定的位置上。定位角分300、450、600、900等几种。相关知识

2)组合开关的图形符号、文字符号及常用型号。组合开关的图形符号和文字符号如图1-22（b）所示。组合开关常用型号有HZ5、HZ10系列，图1-22（a）、（c）为HZ10系列组合开关的外形与结构图。HZ5系列额定电流有10A、20A、40A和60A四种。HZ10系列额定电流有10A、25A、60A和100A四种，适用于交流380V以下、直流220V以下的电器设备中。3)组合开关的用途。组合开关结构紧凑，安装面积小，操作方便，广泛用于机床电路和成套设备中，主要用作电源的引入开关，用来接通和分断小电流电路，如电流表、电压表的换相测量等，也可以用于控制小容量电动机，如5kW以下小功率电动机的启动、换向和调速。相关知识

4）组合开关的选用原则。应根据用电设备的电压等级、所需触点数及电动机的功率选用组合开关。（1）用于照明或电热电路时，组合开关的额定电流应等于或大于被控制电路中各负载电流的总和。（2）用于电动机电路时，组合开关的额定电流应取电动机额定电流的1.5～2.5倍。（3）

组合开关的通断能力较低，不能用来分断故障电流。当用于控制异步电动机的正反转时，必须在电动机停转后才能反向启动，且每小时的接通次数不能超过15～20次。（4）

组合开关本身不带过载和短路保护，如果需要这类保护，就必须增加其他保护电器。相关知识

5）安装注意事项。(1)HZ10系列组合开关应安装在控制箱或壳体内，其操作手柄最好安装在控制箱的前面或侧面。开关为断开状态时手柄应在水平位置。(2)若需在箱内操作，最好将组合开关安装在箱内上方，若附近有其他电器，则需采取隔离措施或者绝缘措施。相关知识

万能转换开关简称转换开关，是由多组同结构的触点组件叠装而成的多回路控制电器，可同时控制多条电路的通断，且具有多个档位，广泛用于交直流控制回路、信号回路和测量回路，也可用于小容量电动机的启动、制动、正反转换向及双速电动机的调速控制等。相关知识2．常用低压电器--万能转换开关

（1）万能转换开关的结构

万能转换开关由操作机构、定位装置和触点系统等三部分组成，用螺栓组装成整体。如属防护型产品，还设有金属外壳。LW5系列的转换开关的结构如图1-28所示。图1-28LW5系列转换开关的结构1-棘轮2-滑块3-滚轮

（2）万能转换开关的图形符号、文字符号和触点通断表

万能转换开关的图形符号、文字符号和触点通断表如图1-29所示。图形符号中“每一横线”代表一路触点，而用竖的虚线代表手柄的位置。哪一路接通，就在代表该位置的虚线上的触点下用黑点“●”表示。触点通断也可用通断表来表示，如图1-29（b）所示，表中“×”表示触点闭合，空白表示触点分断。例如，在图1-29（a）中，当转换开关的手柄置于“I”位置时，表示“1”、“3”触点接通，其它触点断开；置于“0”位置时，触点全部接通；置于“Ⅱ”位置时，触点“2”、“4”、“5”、“6”接通，其它触点断开。

（a）图形、文字、位置符号（b）触点通断表图1-29转换开关的图形、文字符号触点通断表

（3）万能转换开关常用的型号

常用的转换开关除了LW5系列外，还有LW6、LW8、LW12等。LW5系列用于交、直流电压为500V及一下的电路；LW6系列用于交流电压为380V及一下的电路，或直流220V及一下的电路；LW8系列是一种改进型的，该系列转换开关没有金属转轴，采用无轴直齿连接结构，用于交流电压为380V及一下的电路，或直流220V及一下的电路；LW12系列是引进国外先进技术，采用新工艺新材料，为我国核电厂设计制造的，可取代LW5、LW6、LW8等系列。用于额定电流为16A，交流电压为380V及一下的电路，或直流220V及一下的电路，5.5KW及一下的三相异步电动机的直接控制电路。

如图1-30为LW5型5.5KW的倒顺转换开关的结构图，是专用作小容量异步电动机的正反转控制转换开关。（a）外形（b）结构图1-30倒顺转换开关1-动触头2-静触头3-调节螺钉4-触头压力弹簧

图1-31为倒顺转换开关接线图，图中小黑点表示开关手柄在不同位置上各支路的通断状况。开关手柄置于“停”位置时支路1～6均不接通，置于“顺”位置时，支路1、2、3接通；置于“倒”位置时，则支路4、5、6接通。图1-31倒顺转换开关接线图

3.常用低压电器--指示灯

（1）指示灯的用途

指示灯也叫信号灯，主要用于各种电气设备及线路中作电源指示、显示设备的工作状态以及操作警示等。外形有圆形和方形等，常见的颜色有红、黄、蓝、绿、白，不同的颜色表示不同的状态：红色(RD)表示运行，红闪为故障显示；绿色(GD)为电源指示，绿闪为故障显示；黄色(YE)表示过程或故障预警信号。

（2）指示灯的结构

指示灯主要由壳体、发光体、灯罩等组成，按其结构形式分，有直接式、变器降压式、电阻降压式和电容降压式等。信号灯按其工作原理分，有白炽灯型、氖泡型和发光二极管型等。

1）白炽灯型信号灯。白炽灯型信号灯的发光元件用小型白炽灯，在工作电压较高时，可串联电阻降压或带一小降压变压器使用。灯泡工作电压从6.3～220V不等；功耗从1～30W不等。

此种灯泡的缺点是体积大，功耗高，而且白炽灯易碎，寿命也不长，在使用过程中由于振动而经常损坏，给维修使用来很多不便，白炽灯散发出的热量往往致使灯壳过热而影响和缩短寿命；但由于其亮度较大，因此仍有不少场合使用白炽灯型信号灯。

2）氖泡指示灯。由单个或多个氖泡串并联可以组成信号灯的发光元件。氖泡体积小，功耗极低，只有辉光放电电流，但发光强度很小，而且氖灯在长期使用后光效率会明显下降，因此使用寿命指标也不很高。

3）发光二极管信号灯。发光二极管信号灯是利用发光二极管（LED）作为光源，将多个串并联制成的新型信号灯，如图1-32所示，目前正在广泛使用。（a）外形

（b）图形和文字符号图1-32LED指示灯的外形图及符号

（3）指示灯的常用型号

指示灯的常用型号有国产的AD、XD、ND30、LD系列。其中AD、XD系列为老型号，采用钨丝、氖泡作光源；而新型的LD系列多采用半导体LED作光源。电气控制系统常用Ф16mm、Ф22mm、Ф30mm规格，另外，引进国外和合资生产的产品有西门子、富士、施耐德等。任务实施

1.单台三相异步电动机可逆旋转控制

（1）控制要求

按下电动机的正转启动按钮，电动机保持连续旋转；按下电动机的正转启动按钮，电动机保持连续旋转；按停止按钮，电动机停止转动；再按下反转启动按钮，电动机保持连续旋转，实现正转←→停止←→反转控制过程；或按下电动机的正转启动按钮，电动机保持连续旋转，再按下反转启动按钮，电动机反向运行，按停止按钮，电动机停止转动；实现正转←→反转←→停止控制过程。电路设有短路、过载、欠压和失压保护。任务实施（2）训练要达到的目的1）熟悉三相异步电动机可逆旋转控制电路的原理。2）掌握倒顺开关、控制按钮、接触器等低压电器的应用。3）掌握可逆旋转控制线路的接线方法。4）掌握可逆旋转控制线路的检查方法。任务实施

（3）控制要求分析

要实现电动机的正转←→停止←→反转控制，采用电气互锁，需要有正转、反转、停止三个控制按钮，启动按钮并联，停止按钮串联。按下正转启动按钮SB2或反转SB3，电动机应全压启动，接触器自锁，保持电机连续旋转；当按下停止按钮SB1，接触器自锁触头断开，电动机停止转动。要实现电动机的正转←→反转←→停止控制，采用电气互锁和机械互锁。任务实施

（4）实训设备空气开关、倒顺开关、熔断器、接触器、热继电器、控制按钮、接线端子和小功率三相异步电动机。

（5）设计步骤

1）带电气互锁的正转←→停止←→反转控制电路。按钮控制的正转←→停止←→反转控制电路。图1-34所示为按钮控制的正反转控制电路。任务实施

图1-34按钮控制的正反转控制电路任务实施

为了避免误操作带来的电源短路事故的发生，必须保证控制电动机正反转的两个接触器线圈不能同时通电吸合，即在同一时间里只允许一个接触器通电工作，把这种控制作用称为互锁或联锁。互锁的方法有两种：一种是接触器互锁，即将KM1、KM2的辅助常闭触点分别串接在对方线圈电路中形成相互制约的控制；另一种是按钮互锁，即采用复合按钮，将SB1、SB2的常闭触点分别串接在对方控制的线圈电路中，形成相互制约的控制；图1-35所示为带接触器互锁保护的正、反转控制线路。即正转←→停止←→反转控制电路。任务实施

图1-35带电气互锁保护的正转←→停止←→反转控制电路任务实施

2）带电气、按钮双重互锁的正转←→反转←→停止控制电路。

在图1-35所示的电气控制线路中，电动机由正转变反转或由反转变正转的操作中，必须先停电动机，再进行反向或正向启动的控制，这样不便于操作。为克服这一缺点，采用电气、按钮双重互锁的正反转控制电路，如图1-36所示，以实现电动机直接由正转变为反转或者由反转直接变为正转。它是在图1-35所示控制电路的基础上，采用复合按钮，用启动按钮的常闭触点构成按钮互锁，形成具有电气、按钮双重互锁的正反转控制电路。该电路既可以实现正转→停止→反转、反转→停止→正转的操作，又可以实现正转→反转→停止、反转→正转→停止的操作。任务实施

图1-36带电气、按钮双重互锁保护的正转←→反转←→停止控制电路任务实施

3）倒顺开关控制的正反转控制电路。

图1-37为倒顺开关控制的正反转电路。对于容量在5.5KW以下的电动机，可采用倒顺开关直接控制电动机的正反转。对于容量在5.5KW以上的电动机，只能用倒顺开关预选电动机的旋转方向，而由接触器KM来控制电动机的启动与停止。任务实施

图1-37倒顺开关控制的正反转电路知识拓展

1．常用低压电器--行程开关

行程开关又称限位开关。行程开关主要应用于各类机床和起重机械控制电路中。

行程开关的种类很多，常用的行程开关有直动式、单轮旋转式和双轮旋转式，如图1-38所示，常用的行程开关有LX19、JLXK1等系列。

（a）直动式（b）单轮旋转式（c）双轮旋转式图1-38JLXK1系列行程开关知识拓展

LXl9及JLXKl型行程开关都具有一个常闭触头和常开触头，其触头有自动复位(直动式、单轮式)和不能自动复位(双轮式)两种类型。

各种行程开关的结构基本相同，大都由推杆、触点系统和外壳等部件组成。区别仅在于行程开关的传动装置和动作速度不同。JLXK1直动式行程开关结构示意图如图1-39所示。

图1-39直动式行程开关的结构1-顶杆2-常开触头3-触点弹簧4-动触点5-常闭触头6-复位弹簧知识拓展

（2）行程开关的图形符号及文字符号行程开关的图形符号及文字符号如图1-40所示。（a）常开触头（b）常闭触头图1-40行程开关的图形符号和文字符号知识拓展

2.常用低压电器--接近开关

接近开关又称为无触点行程开关，是一种非接触式的位置开关，它由感应头、高频振荡器、放大电路和外壳组成。当某种物体与接近开关的感应头接近到一定距离时，接近开关就输出一个电信号，它不像机械行程开关那样需要施加机械力。它不仅能代替有触点行程开关来完成行程控制和限位控制，还可用于高频计数、测速、液面控制、零件尺寸检测、加工程序的自动衔接等的非接触式控制，图1-41为接近开关的外形图。图1-41接近开关的外形图知识拓展

（1）接近开关的分类

接近开关的种类很多，按其工作原理来分，有电感式、电容式、差动变压器式、霍尔式、超声波式、红外光电式、热释电式等。无论那种接近开关，都是由信号感测机构（感应头）、检测电路、输出电路和稳压电源组成。知识拓展

1）电感式接近开关。电感式接近开关主要由感应头、LC高频振荡电路、输出电路和电源组成。其结构方框图如图1-42所示，当工作时接通电源后、振荡器振荡，检测电路输出低电位，输出电路开路，没有信号输出。电感式接近开关的输出信号通常为4～20mA、0～10mA、0～10V、2～10V等，同时具备短路、过载、反向等保护。图1-42高频振荡电感式接近开关方框图知识拓展

2）电容式接近开关。电容式接近开关一般是用传感头产生电场，当作用体靠近时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的检测电路状态也随之发生变化，由此便可控制输出电路的接通或断开。这种接近开关检测的对象不限于导体，可以是绝缘的液体或粉状物等。知识拓展

3）差动变压器式接近开关。差动变压器式接近开关是两个带铁磁物质的线圈，当作用衔铁不存在时，由于磁路对称，差动线圈中感应电势极性相反而平衡，当作用衔铁靠近某一线圈的开放磁路时，其电路参数改变，导致不平衡，在输出端有信号输出。其工作原理如图1-43所示。图1-43差动变压器型接近开关工作原理图1-铁芯2-励磁线圈3-作用衔铁4-差动线圈知识拓展

4）霍尔式接近开关。霍尔式接近开关是一种有源磁电转换器件，利用霍尔效应原理，把输入信号磁感应强度B转换成数字电压或电流信号的开关。霍尔式接近开关是由霍尔元件做成，霍尔元件是一种磁敏元件。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。其工作原理如图1-44所示。图1-44霍尔式接近开关工作原理图知识拓展

5）热释电式接近开关。热释电式接近开关是用能感知温度变化的元件做成的开关。这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。

6）超声波式的接近开关。超声波式的接近开关是利用多普勒效应做成的开关。当物体与波源的距离发生改变时，接受到的反射波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。声呐和雷达就是利用这个效应的原理制成的。知识拓展

（2）接近开关的主要参数

接近开关的主要技术参数除了工作电压、输出电流或控制功率以外，还有以下几个参数。

1）动作距离。对不同类型的接近开关的动作距离含义不同。接近开关说明书中规定的是动作距离的标准值，在常温和额定电压下，开关的实际动作值不应小于其标准值，也不能大于标准值的20％。一般动作距离在5～30mm之间，精度在5μm～0.5mm之间。

2）重复精度。在常温和额定电压下连续进行lO次试验，取其中最大或最小值与lO次试验的平均值之差作为接近开关的重复精度。知识拓展

3）操作频率。操作频率即每秒最高操作次数。操作频率的大小与接近开关信号发生机构原理及输出元件的种类有关。采用无触点输出形式的接近开关，操作频率主要取决于信号发生机构及电路中的其他储能元件。若为触点输出形式，则主要取决于所用继电器的操作频率。

4）复位行程。复位行程指开关从“动作”到“复位”的位移距离。

5）接近开关的图形符号及文字符号见如图1-45所示。图1-45接近开关的图形符号及文字符知识拓展

3.常用低压电器--光电开关

光电开关是接近开关的一种，是利用光电效应做成的开关，简称光电开关。光电开关的电路一般由投光器和受光器组成，根据需要，有将投光器和受光器做