《电工电子学》课件第7章

第7章电气控制系统

7.1低压控制电器

7.2继电接触器控制电路

7.3笼型电动机控制电路

7.4可编程控制器

7.1低压控制电器

7.1.1按钮

按钮通常用来接通或断开控制电路(其中电流很小)，从而控制电动机或其他电气设备的运行。按钮的外形如图7-1(a)所示。图7-1(b)所示为按钮的结构图，当按钮帽被按下时，下面一对原来断开的静触点被动触点接通，以接通某一控制电路；而上面一对原来接通的静触点则被断开，以断开另一控制电路。图中动触点和上面的静触点组成动断触点(或称常闭触点)，动触点和下面的静触点组成动合触点(或称常开触点)。当按下按钮帽时，动断触点断开，动合触点闭合。放开按钮帽时，动断触点与动合触点恢复为常态，即动断触点常闭，动合触点常开。其按钮的图形符号如图7-1(c)所示。图7-1按钮7.1.2刀开关

根据工作条件和用途的不同，刀开关有不同的结构形式，但其工作原理基本相似。刀开关按极数可分为单极、双极及三极等种类，它的结构和图形符号如图7-2所示。图7-2刀开关7.1.3组合开关

组合开关也是一种刀开关，不过它的刀片是转动式的，操作比较轻巧，它的动触头(刀片)和静触头装在封闭的绝缘件内，采用叠装式结构，其层数由动触头数量来决定。动触头装在操作手柄的转轴上，随转轴旋转而改变各对触头的通断状态。组合开关常用做电源的引入开关，也可以由它来直接起停小容量笼型电动机或使电动机正、反转，局部照明电路也常用它来控制。组合开关的种类很多，常用的有HZ10等系列，它有单极、双极、三极和四极等。其图形符号如图7-3所示。图7-3组合开关7.1.4熔断器

熔断器的产品系列、种类很多，常用的熔断器有管式、插入式和螺旋式等几种形式，它们的结构如图7-4所示。图7-4熔断器熔断器中的熔丝或熔片一般由熔点较低的易熔合金(如铅锡合金等)制成，也可以由截面积很小的良导体(如铜、银等)制成。熔断器被串联在保护电路中。在电路正常工作时，熔断器中的熔丝或熔片不会熔断；而当电路中发生短路或严重过载时，熔断器中的熔丝或熔片则会立即熔断。

熔断器的图形符号如图7-5所示。图7-5熔断器的图形符号根据电路的工作情况选择熔断丝的方法如下：

(1)电灯支线的熔丝：

熔丝额定电流≥支线上所有电灯的工作电流

(2)一台电动机的熔丝：为了防止电动机起动时电流较大而将熔丝烧断，因此熔丝不能按电动机的额定电流来选择，而应按下式计算：

如果电动机频繁起动，则为

(3)几台电动机合用的总熔丝一般可粗略地按下式计算：

熔丝额定电流=(1.5～2.5)×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7.1.5低压断路器

低压断路器俗称自动空气开关，是低压配电网中的主要电器开关之一。它不仅可以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流，而且可以接通和分断短路电流。低压断路器主要在不频繁操作的低压配电线路或开关柜(箱)中作为电源开关使用，同时对线路、电器设备及电动机等实行保护。当它们发生严重过电流、过载、短路、断相、漏电等

故障时，能自动切断线路，起到保护作用，其应用十分广泛。低压断路器的一般原理图和图形符号如图7-6所示。图7-6低压断路器7.1.6热继电器

热继电器是专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过热而烧毁的保护电器。热继电器的结构及图形符号如图7-7所示。图7-7热继电器7.1.7交流接触器

交流接触器常用来频繁接通和断开电动机或其他设备的主电路，并能进行远距离控制。交流接触器具有欠(零)电压保护作用，而且每小时可以开闭千余次。交流接触器的主要结构和图形符号如图7-8所示。交流接触器主要由电磁铁和触点两部分组成，它是利用电磁铁的吸引力而动作的。当吸引线圈通电后，吸引山字形动铁心(上铁心)，而使动合触点闭合。图7-8交流接触器7.1.8中间继电器

选用中间继电器主要是考虑电压等级和触点(动合和动断)数量。中间继电器的图形符号如图7-9所示。图7-9中间继电器的图形符号

7.2继电接触器控制电路

7.2.1笼型电动机直接起动控制电路

图7-10所示是中、小容量笼型电动机直接起动控制电路，电路中使用了组合开关Q、熔断器FU、交流接触器KM、热继电器FR和按钮SB等几种电器。图7-10笼型电动机直接起动电气控制原理图7.2.2笼型电动机正、反转控制电路

在生产上往往要求运行部件向正、反两个方向运动。例如，机床工作台的前进与后退，主轴的正转与反转，起重机的提升与下降，等等。这就要求控制电路能够改变电源的相

序。为此，只要用两个交流接触器就能实现这一要求。如图7-11所示为笼型电动机正、反转控制电路。当正转接触器KMF工作时，电动机正转；当反转接触器KMR工作时，由于调换了两根电源线，所以电动机反转。图7-11笼型电动机正、反转的电气控制原理图这种控制电路有个缺点，就是在每次电动机由正(反)转到反(正)转时必须先停车，然后再反(正)向转动，故称为“正—停—反”或“反—停—正”控制电路。为了解决这个问题，在生产上常采用复合按钮和交流接触器的辅助触点联锁的控制电路，如图7-12所示。复合按钮联锁常称为机械联锁，而交流接触器的辅助触点联锁常称为电气联锁。图7-12笼型电动机正、反转含机械联锁的控制电路

7.3笼型电动机控制电路

7.3.1行程控制

行程控制，就是当运动部件到达一定行程位置时采用行程开关来进行控制。行程开关主要用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程长短。行程开关也称为位置开关。行程开关的种类很多，常用的有LX等系列。如图7-13所示是一般行程开关的外形图和图形符号。图中所示的行程开关有一个动合触点和一个动断触点，它主要是由装在运动部件上的挡块来撞动的。图7-13行程开关图7-14所示是用行程开关来控制工作台前进和后退的示意图和控制电路图。行程开关SQ1和SQ2分别装在工作台的原位和终点，由装在工作台上的挡块来撞动。工作台由电动机M带动。电动机的主电路和图7-11中的一样，控制电路也只是多了行程开关的三个触点。图7-14用行程开关控制工作台的前进和后退7.3.2时间控制

JS7－4A型断电延时型时间继电器的结构原理图如图

7-15所示。图7-15断电延时型时间继电器的结构原理图断电延时型时间继电器的触点有延时触点与瞬时触点之分。延时触点又分为延时断开的动合触点和延时动断的闭合触点。瞬时触点也称常规触点，不能延时，只能在通电时动作，断电时恢复。其图形符号如图7-16所示。图7-16断电延时型时间继电器的图形符号若将断电延时型时间继电器的电磁机构翻转180°安装，即为通电延时型时间继电器，其工作原理与断电延时型时间继电器相似。通电延时型时间继电器的图形符号如图7-17所示。图7-17通电延时型时间继电器的图形符号下面以笼型电动机Y-△换接起动的控制电路为例来介绍时间控制的实现。

笼型电动机的Y-△换接起动就是先将电动机进行Y连接，经过一定时间，待转速上升到接近额定值时换成△连接。图7-18所示是笼型电动机Y-△起动的控制电路。图7-18笼型电动机Y-△换接起动的控制电路

7.4可编程控制器

1.PLC的定义

可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制

装置。

2.PLC的基本结构

目前，虽然PLC的种类繁多，但是它们的基本结构及组成基本相同。其硬件系统结构如图7-19所示。图7-19

PLC的硬件系统结构图

3.PLC的工作方式

PLC采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向各输出点发出相

应的控制信号。整个工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。其工作过程框图如图7-20所示。图7-20

PLC的扫描工作过程4.PLC的主要功能和特点

1)主要功能

随着技术的不断发展，目前PLC已能完成以下功能：

(1)开关逻辑控制。

(2)定时/计数控制。

(3)步进控制。

(4)数据处理。

(5)过程控制。

(6)运动控制。

(7)通信联网。

(8)监控。

(9)数字量与模拟量的转换。2)主要特点

(1)可靠性高，抗干扰能力强。

(2)功能完善，编程简单，组合灵活，扩展方便。

(3)体积小，质量轻，功耗低。

(4)可与各种组态软件结合，实现远程监控生产过程。

5.PLC的编程语言

1)梯形图

梯形图是一种从继电接触器控制电路图演变而来的图形语言。它是借助类似于继电器的动合触点、动断触点、线圈以及串联与并联等术语和符号，根据控制要求连接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形，既直观又易懂。图7-21(a)所示为使用PLC控制的笼型电动机直接起动的梯形图，与图7-10所示继电接触器控制电路功能一致。图

7-21(a)中X1和X2分别表示输入继电器的动合触点和动断触点，分别与图7-10中的停止按钮SB1和起动按钮SB2相对应。Y0表示输出继电器的线圈和动合触点，与图7-10中的接触

器KM相对应。图7-21笼型电动机直接起动控制

2)指令语句表

(1)ST、ST/与OT指令。

·ST是起始指令(也称取指令)，用于从左母线开始取用动合触点作为该逻辑行运算的开始。

·ST/是起始反指令(也称取反指令)，用于从左母线开始取用动断触点作为该逻辑行运算的开始。

·OT是输出指令，用于将运算结果驱动指定线圈。图7-22

ST、ST/、OT指令的用法

(2)AN、AN/与OR、OR/指令。

·AN是触点串联指令(也称与指令)，AN/是触点串联反指令(也称与非指令)。它们分别用于单个动合触点和动断触点的串联。

·OR是触点并联指令(也称或指令)，OR/是触点并联反指令(也称或非指令)。它们分别用于单个动合触点和动断触点的并联。图7-23

AN、AN/、OR、OR/指令的用法

(3)ANS与ORS指令。

·ANS是块串联指令(也称块与指令)，用于指令块的

串联。

·ORS是块并联指令(也称块或指令)，用于指令块的

并联。图7-24

ANS与ORS指令的用法

(4)/指令。/是取反指令，它将该指令所在位置的运算结果取反。该指令的用法如图7-25所示。图中，若X0闭合，

则Y0接通，Y1断开；若X0断开，则Y0闭合，Y1接通。图7-25

/指令的用法

(5)TM指令。TM是定时器指令。定时器指令分三种类型：TMR：定时单位为0.01s的定时器；TMX：定时单位为0.1s的定时器；TMY：定时单位为1s的定时器；

TM指令的用法如图7-26所示。图7-26

TM指令的用法

(6)CT指令。CT是计数器指令。其用法如图7-27所示，“100”是计数器编号，“4”为计数设定值。用CT指令编程时，一定要有计数脉冲信号和复位信号。因此，计数器有计数脉冲输入端和复位端两个输入端。图中，输入触点X0用来控制计数脉冲端，X1用来控制复位端。当计数到4时，计数器的动合触点C100闭合，线圈Y0接通。图7-27

CT指令的用法

(7)PSHS、RDS、POPS指令。PSHS(压入堆栈)、RDS

(读出堆栈)、POPS(弹出堆栈)这三条堆栈指令常用于梯形图中多条连于同一点的分支通路，并要用到同一运算结果的场合。其用法如图7-28所示。图7-28

PSHS、RDS、POPS指令的用法

(8)DF、DF/指令。DF、DF/是微分指令。DF是指当检测到触发信号上升沿时，线圈接通一个扫描周期；DF/是指当检测到触发信号下降沿时，线圈接通一个扫描周期。其用法如图7-29所示。图7-29

DF、DF/指令的用法

(9)SET、RST指令。SET、RST是置位和复位指令。其用法如图7-30所示。当X0闭合时，Y0接通；当X1接通时，Y0断开。图7-30

SET、RST指令的用法

(10)KP指令。KP是保持指令。其用法如图7-31所示。它有置位和复位两个输入端。触点X0控制置位端，当X0闭合时，线圈Y0接通并保持；触点X1控制复位端，当X1接通时，线圈Y0断开并复位。图7-31

KP指令的用法

(11)NOP指令。NOP是空操作指令，它不完成任何操作。其用法如图7-32所示。当X0闭合时，Y0接通。

(12)E