自动化电气元器件介绍与使用

自动化电气元器件介绍与使用

——动力车间常用控制元器件1、低压断路器控制对象：1000V以下(380V220V)电路

断路器一般分为C型和D型。1、作用不同。C型的断路器比较适合于照明电路中使用，D型断路器用来控制电机。2、分段功能不同。D型断路器要比C型的功能更加全面，D型号的分段能力能够达到10倍。3、效果不同。C型断路器能对电流起到保护作用，D型断路器有过载保护功能。漏电断路器电路中漏电电流超过预定值时能自动动作的开关

电压型漏电断路器用于变压器中性点不接地的低压电网。其特点是当人身触电时，零线对地出现一个比较高的电压，引起继电器动作，电源开关跳闸。电流型漏电断路器主要用于变压器中性点接地的低压配电系统。其特点是当人身触电时，由零序电流互感器检测出一个漏电电流，使继电器动作，电源开关断开。作用：可实现短路、过载、失压保护。结构：过流脱扣器欠压脱扣器工作原理：过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电源；欠压时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源。2、按钮(b)结构按钮常用于接通和断开控制电路。按钮开关的外形和符号(a)外形图常闭按钮常开按钮复合按钮复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式动触头常开静触头外壳4SBSBSB结构符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(起动按钮)复合按钮1234123按钮帽3、熔断器符号：FU熔断器额定电流IF的选择：(1)电灯、电炉等电阻性负载IF>IL(3)频繁起动的电机(2)单台电机用于低压线路中的短路保护。用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。(a)外形(b)结构4、交流接触器~~~线圈铁芯衔铁主触头弹簧辅助触头M3~电机动作过程线圈通电衔铁吸合触点闭合电机接通电源交流接触器交流接触器构成：主要由电磁铁和触点两部分组成；触点又可分为主触点和辅助触点。符号：接触器线圈接触器主触头－－用于主电路（流过的电流大，需加灭弧装置）常开常闭接触器辅助触头－－用于控制电路（流过的电流小，无需加灭弧装置）简单的接触器控制ABCM3~刀闸起隔离作用自锁停止按钮起动按钮特点：小电流控制大电流。

继电器只能通过小电流。所以继电器一般用于控制电路中5、继电器继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别在于：接触器的主触点可以通过大电流；中间继电器电压继电器电流继电器时间继电器（具有延时功能）热继电器（做过载保护）…...继电器类型：

（1）中间继电器

通常用于传递信号和同时控制多个电路。符号：KA线圈常开触头KA常闭触头KA外形（2）热继电器用于电动机的过载保护。(a)外形(b)结构~

发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，杠杆被弹簧拉回，常闭触点断开。发热元件杠杆热继电器工作原理：双金属片常闭触头动画结构：

符号：串联在主电路中串联在控制电路中常闭触头FR发热元件FR（3）时间继电器采用时间继电器进行延时控制。(a)外形(b)结构·时间继电器钟表式空气式电子式时间控制时间继电器有通电延时和断电延时两种常开触头延时闭合

常闭触头延时打开

符号：KT线圈

（4）固态继电器采用时间继电器进行延时控制。(a)外形(b)结构固态继电器1.1固态继电器（亦称固体继电器）英文名称为SolidStateRelay，简称SSR。它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相SSR为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。1.2固态继电器可分类。1）交流固态继电器按开关方式分有电压过零导通型（简称过零型）和随机导通型（简称随机型）；2）按输出开关元件分有双向可控硅输出型（普通型）和单向可控硅反并联型（增强型）；3）按安装方式分有印刷线路板上用的针插式（自然冷却，不必带散热器）和固定在金属底板上的装置式（靠散热器冷却）；4）另外输入端又有宽范围输入（DC3－32V）的恒流源型和串电阻限流型等。一、点动控制M3~ABCKMFUQSBKM动作过程按钮松开线圈（KM）断电触头（KM）打开

电机停转。按下按钮（SB）

线圈（KM）通电触头（KM）闭合电机转动；控制电路主电路电动机直接起动的控制线路B'C'二、电动机连续运行KM自锁自锁的作用按下按钮（SB2），线圈（KM）通电，电机起动；同时，辅助触头（KM）闭合，M3~ABCKMFUQKMSB2C'B'SB1起动按钮停车按钮即使按钮松开，线圈保持通电状态电机连续运转。KMKMSB1SB2FRM3~KMABCFUQFR三、异步机的直接起动+过载保护发热元件热继电器触头短路保护过载保护加熔断器FU加热继电器FR电动机工作时，若因负载过重而使电流增大，但又比短路电流小。此时熔断器起不了保护作用。将其常闭触点串接在控制电路中。原因：将任意两相热元件串接在电动机任意两相中。操作：常用传感器介绍

磁性开关是一种非接触式位置检测开关，主要用于各类气缸的位置检测，其特点是不会磨损和损伤检测对象，响应速度高。磁性开关还用于检测磁性物质的存在，常见的安装方式有：导线引出型、接插件型等。（1）磁性开关

光电接近开关通常在环境条件比较好、无粉尘污染的场合下使用，工作时对被测对象几乎无任何影响。因此，在生产线上被广泛地使用。（2）光电开关

光电开关外形定区域反射式光电开关原理

定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。检测距离检测距离遮断型光电开关用于人体保护反射型光电开关及反射镜外形三角反射镜集发射、接收器于一身光幕

两个柱形结构相对而立，每隔数十毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号。接收器反射镜反射镜反射型光电开关的应用

塑料瓶的反射光不是偏振光，不会引起报警。漫反射型光电开关的应用请思考如何将光电开关用于卫生间的自动冲水设备其他光电传感器外形电感式接近开关属于电感式传感器的一种，是利用涡流效应制成的有开关量输出的位置传感器由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。从而使电路的参数发生变化，由此识别有无物体接近，来控制开关的通断（3）电感接近开关电感接近开关在生产线的应用11、原点接近开关是一个无触点的电感式接近传感器，用来提供直线运动的起始点信号。2、左、右极限开关均是有触点的微动开关，用来提供越程故障时的保护信号：当滑动溜板在运动中越过左或右极限位置时，极限开关会动作，从而向系统发出越程故障信号。电感接近开关在生产线的应用2供料单元中，为了检测待加工工件是否金属材料，在供料管底座侧面安装了一个电感式传感器，如图所示各类接近开关的图形符号（4）光电编码器1、增量式编码器（相对式编码器）转轴盘码及狭缝光敏元件光栏板及辨向用的A、B狭缝LEDABC零位标志光电编码器---增量式

在上图的码盘里圈，还有一根狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。增量式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关。相对式光电编码器­位置和方向的判断

光电编码器的光栏板上有A组与B组两组狭缝，彼此错开1/4节距，两组狭缝相对应的光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90

相位，用于辩向。当编码正转时，A信号超前B信号90

；当码盘反转时，B信号超前A信号90

。

辨向信号和零标志（5）温度传感器温度传感器介绍

温度传感器（temperaturetransducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为人们的生活提供了无数的便利和功能。

温度传感器的分类

按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。温度传感器接触式非接触式A、按测量方式分类

接触式温度传感器有：双金属温度传感器、电阻温度计、热电偶温度传感器、热敏电阻、玻璃液体温度计、压力式温度计、低温气体温度计、蒸汽压温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器等。非接触式温度传感器有：声学温度传感器、红外传感器、激光温度传感器、超声波温度传感器和微波传感器等。双金属温度传感器热电阻传感器热电偶温度传感器激光红外温度传感器B、按传感器材料及电子元件特性分类温度传感器热电偶传感器热敏电阻传感器IC温度传感器模拟输出电阻温度检测器（RTD）数字输出（6）压力传感器

压力传感器将压力转换为电信号输出的传感器。通常把压力测量仪表中的电测式仪表称为压力传感器。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件（见位移传感器）或应变计（见电阻应变计、半导体应变计）转换为与压力成一定关系的电信号。常用压力传感器有电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器（见变磁阻式传感器、差动变压器式压力传感器）、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器（见光纤传感器）、谐振式压力传感器等。压力传感器介绍（7）液位传感器

液位传感器是一种测量液位的压力传感器。采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为4～20mA/1～5VDC）。常见液位传感器有浮球式、电容式、静压式、光电折射式测量、⾳叉式、超声波式。液位传感器介绍（8）变送器

变送器是从传感器发展而来的，凡是能输出标准信号的传感器。标准信号是指物理量的形式和数量范围都符合国际标准的信号。由于直流信号具有不受线路中电感、电容及负载性质的影响，不存在相移问题等优点，所以国际电工委员会(IEC)将电流信号4mA~20mA(DC)和电压信号1V~5V(DC)确定为过程控制系统中模拟信号的统一标准。常见的模拟量：电压范围：0~10V，-10~+10V，0~5V，-5V~+5V，其中最常用的是0~10V的电压信号。常用的电流范围：0~20mA，4~20mA，-20mA~+20mA，其中最常用的是4~20mA的电流信号。变送器介绍PLC的简单介绍一、PLC的产生

1968年美国通用汽车公司（GE），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。

1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GE）的要求研制成功。

二、PLC的特点吸取继电器和计算机两者的优点☆继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜；☆计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；☆采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）PLC称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）三、PLC的定义及主要品牌德国的西门子(SIEMENS)、美国A-B（Allen-Bradly）GE（GeneralElectric）日本三菱电机（MitsubishiElectric）、欧姆龙（OMRON）、日本主要发展中小型PLC，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70％的份额。在中国，OMRON产品的销量居首位各大品牌：西门子PLC外形图S7-SMART系列PLCS7-1200系列PLCS7-1500系列PLC

三菱PLC外形图Q系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLC欧姆龙PLC外形图C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLCPLC常用功能介绍1逻辑控制功能2定时控制功能3计数控制功能4步进控制功能5数据处理功能6回路控制功能7通讯联网功能8监控功能9停电记忆功能10故障诊断功能逻辑控制功能M接触器定时控制功能定时控制功能是PLC的最基本功能之一。

PLC中有许多可供用户使用的定时器，功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定，也可以在运动过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确实时控制

计数控制功能是PLC的最基本功能之一。

PLC为用户提供许多计数器，计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号(计数值到)，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。计数控制功能PLC设置了较强的监控功能。利用编程器或监视器，操作人员可以对PLC有关部分的运行状态进行监视。利用编程器，可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调整和维护提供了极大的方便。监控功能PLC内部硬件框图及各部分作用PLC基本组成及应用PLC由四部分组成：中央处理单元（CPU板）、存储器、输入输出（I/O）部件和电源部件PLC系统软件

程序的表达方式基本有四种：梯形图、指令表、逻辑功能图和高级语言。梯形图是当前使用最广泛的一种编程方法。PLC编程语言

用户程序可以在PLC系统软件上完成，并下载到PLC中应用，每种PLC都有不同的系统编程软件，如OMROM的编程软件有CX7.0、西门子有step7、博图，这些软件可以运行在个人计算机上。1.梯形图编程语言两种梯形图的继电器符号图对照

梯形图（Ladderdiagram）编程语言是一种图形语言,类似于继电器控制线路图的一种编程语言，它面向控制过程，直观易懂，是PLC编程语言中应用最多的一种语言。

物理继电器PLC继电器常开常闭

触点线圈PC的继电器不是物理的电器，它是PC内部的寄存器位，因为它具有与物理继电器相似的功能，常称之为“软继电器”。PLC每一个继电器都对应着内部的一个寄存器位，该位为“1”态时，相当于继电器接通；为“0”态时，则相当于继电器断开。常闭触点线圈常开触点说明：两种控制的梯形图比000000100001000PLC控制00001SB2KMKM继电器控制SB1线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点KMQFUKR

M3~SB1SB2KMKHKM输入设备PLC~SB1SB2KRKM输出设备一个简单的实际电路

变频器介绍

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式，为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把交流电源通过整流器转换成直流电源（DC），再把直流电源（DC）变换为频率、电压均可控制的交流电源（AC）以供给电动机。变频器作用：节能和调速，实现自动控制程序高精度控制。变频器定义及作用

变频器与节能：变频器主要用于交流电动机转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，因为它具有更为显著的作用——节能。应用变频调速可以大大提高电动机转速的控制精度，使电动机在最节能的转速下运行。首先以风机水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少、风机转速降低时，其功率按照三次方下降，因此，精确调速的节电效果是十分显著的。其次与此类似，许多变动负载电动机一般按照最大需求来生产电动机的容量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行时间所占的比例却非常高，采用变频调速可大大提高轻载运行时的工作效率。所以变动负载电动机的节能潜力巨大。电机在工频直接起动会产生一个大的起动电流。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，以起到限制起动电流小于额定电流的作用，所以起动电流和冲击要小些，这样可减少对设备的磨损。

电机的旋转速度能够改变。

n：电动机转速

f：电源频率

n=60f（1-s）/p

p：电机极对数

s：电机转差率感应式交流电机的旋转速度取决于电机的极数、转差率和频率。（1）由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。该极数值不是一个连续的数值（一般为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适合通过改变极数来调整电机的速度。

(2)改变转差率（调压调速、串极调速、滑差电动机调速）在变频器问世前，是电机调速的主要手段，但由于调速范围小、效率低、对电网污染较大不能满足使用要求；

变频器工作原理（3）而频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。结论：因此，改变频率是控制电机的最佳方式，同时以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。

电源变流器平波电路逆变器M电动机电压/电流频率控制回路变频器基本构成外部制动电阻器制动单元