1、电机控制系统基础电机控制系统基础第一节、常用低压继电器第二节、三相异步电动机的控制电路第三节、可编程序控制器常识第一节、常用低压继电器低压电器：用于交流1200V以下或直流1500V以下电路的电器。主要有开关、接触器、继电器、按钮等一、开关一、开关1、刀开关、刀开关 一种手动电器，用来接通和断开电路，刀开关可分为开启式负荷开关、 封闭式负荷开关、组合开关、 熔断器式刀开关等 开启式负荷开关又称闸刀开关。 闸刀开关没有灭弧装置，仅以上、胶盖为遮护以防止电弧伤人。通常作为隔离开关，用于不频繁地接通或断开的电路中。2. 封闭式负荷开关封闭式负荷开关 封闭式负荷开关又称铁壳开关。其结构如图 所示。 它
2、与闸刀开关基本相同， 但在铁壳开关内装有速断弹簧， 它的作用是使闸刀快速接通和断开，以消除电弧。另外，在铁壳开关内还设有联锁装置，即在闸刀闭合状态时，开关盖不能开启，以保证安全。铁壳开关的型号有HH10、 HH11等系列。 3. 组合开关组合开关 组合开关又称为转换开关。组合开关的外形如图 所示。它的刀片(动触片)是转动的，能组成各种不同的线路。 动触片装在有手柄的绝缘方轴上，方轴可90旋转，动触片随方轴的旋转使其与静触片接通或断开。它的型号有HZ5、 HZ10、 HZ15等系列。 刀开关电路符号刀开关电路符号QS二、按钮二、按钮 按钮是一种手动操作接通或断开控制电路的主令电器。 它主要控制接
3、触器和继电器，也可作为电路中的电气联锁。常态(未受外力)时，静触点1、2通过桥式动触点5闭合，所以称1、2为常闭(动断)触点。静触点3、4分断，所以称之为常开(动合)触点。当按下按钮帽6时，桥式动触点在外力的作用下向下运动， 使1、 2分断， 3、 4闭合。此时，复位弹簧7为受压状态。当外力撤消后，桥式动触点在弹簧的作用下回到原位， 静触点1、2和3、4也随之恢复到原位，此过程为复位。6725413按钮的种类较多。按钮按触头的分合状况，可分为常开按钮(或起动按钮)、 常闭按钮(或停止按钮)和复合按钮。 按钮可以做成单个的(称单联按钮)、两个的(称双联按钮)和多个的。按钮的外型如图 所示。 按钮
4、的型号有LA10、 LA20、 LA25等系列按钮的外形 (a) 单联按钮； (b) 双联按钮常开常开(动合动合)按钮按钮电路符号电路符号SB常闭常闭(动断动断)按钮按钮电路符号电路符号SB三、熔断器三、熔断器熔断器俗称保险丝。它主要由熔断体和放置熔断体的绝缘管或绝缘座组成，熔断体(熔丝)是熔断器的核心部分。熔断器应与电路串联，它的主要作用是作短路或严重过载保护。 熔断器可分为磁插式熔断器、螺旋式熔断器、 管式熔断器。 1. 磁插式熔断器磁插式熔断器 磁插式熔断器结构如图所示。 因为磁插式熔断器具有结构简单、 价廉、外形小、更换熔丝方便等优点，所以它被广泛地用于中、小容量的控制系统中。磁插式熔
5、断器的型号为RC1A系列。 1-熔丝；2-动触点； 3-瓷盖； 4-静触点 5-瓷体 2. 螺旋式熔断器螺旋式熔断器 螺旋式熔断器的外形和结构如图所示。在熔断管内装有熔丝，并填充石英砂，作熄灭电弧之用。熔断管口有色标，以显示熔断信号。当熔断器熔断的时候，色标被反作用弹簧弹出后自动脱落，通过瓷帽上的玻璃窗口可看见。 螺旋式熔断器的型号有RL1、 RL7等系列。1-瓷帽；2-熔断管； 3-瓷套； 4-上接线盒； 5-下接线盒； 6-瓷座电路符号电路符号FU 3. 管式熔断器管式熔断器 管式熔断器分为有填料式和无填料式两类。 有填料管式熔断器的结构如图 5 - 6 所示。有填料管式熔断器是一种分断能
6、力较大的熔断器，主要用于要求分断较大电流的场合。 常用的型号有RT12、 RT14、 RT15、 RT17等系列。1.盖板2.熔体 锡桥3.瓷熔管4.瓷制底座5.弹性触座 四、接触器四、接触器接触器是用来频繁接通和断开电路的自动切换电器， 它具有手动切换电器所不能实现的遥控功能，同时还具有欠电压、失电压保护的功能，但却不具备短路保护和过载保护功能。接触器的主要控制对象是电动机接触器线圈接触器线圈常开常开常闭常闭主触点主触点接触器触头按通断能力， 可分为主触头和辅助触头。 主触头主要用于通断较大电流的电路(此电路称主电路)，它的体积较大，一般由三对常开触头组成。辅助触头主要用于通断较小电流的电路
7、(此电路称控制电路)，它的体积较小， 有常开触头和常闭触头之分。接触器按通入电流类型的不同可分为交流接触器和直流接触器。交流接触器的外形和结构如图 所示。当给交流接触器的线圈5通入交流电时，在铁心6上会产生电磁吸力， 克服弹簧4的反作用力，将衔铁3吸合，衔铁的动作带动动触桥1的运动，使静触点2闭合。 当电磁线圈断电后，铁心上的电磁吸力消失，衔铁在弹簧的作用下回到原位，各触点也随之回到原始状态。交流接触器的型号有CJ0、CJ12、CJ20等系列。 五五 、继电器、继电器 继电器是一种根据外来电信号来接通或断开电路，以实现对电路的控制和保护作用的自动切换电器。继电器一般不直接控制主电路，而反映的是
8、控制信号。继电器的种类很多 根据用途可分为控制继电器和保护继电器；根据反映的不同信号可分为电压继电器、电流继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器、速度继电器、温度继电器和压力继电器等。1. 热继电器热继电器热继电器是利用发热元件感受到的热量而动作的一种保护继电器。主要对电动机实现过载保护、断相保护、电流不平衡运行保护。 热继电器的外形和结构如图 发热元件2绕在双金属片1上，当电动机过载时，过大的电流产生热量，使双金属片1弯曲，再通过动作机构3，使常闭触点4断开，从而断开控制电路，达到保护的目的。热继电器的型号有JR0、 JR15、JR20等系列。 2. 时间继电器时间继电器时间继电器是在感受
9、到外界信号后，其执行部分需要延迟一定时间才动作的一种继电器。时间继电器按延时方式可分为通电延时和断电延时两种。发热元件发热元件KH常闭触头常闭触头KH主电路中有开关、熔断器、接触器的主触头、热继电器的热元件等。它们与被控制的电机是串联的。控制电路包括按钮、继电器、接触器线圈、热继电器动断触头等。基本控制方式是使交流接触器电磁线圈通电或失电，主触头闭合和断开，来控制电路 。典型的控制环节有点动控制、单向自锁运行控制、正反转控制、行程控制、时间控制等。第二节、三相异步电动机的控制第二节、三相异步电动机的控制一、正反转控制电路一、正反转控制电路实现正反转控制，只要将通入定子绕组得任意两根电源线对调。
10、主电路中用了两个交流接触器KMR和KMF 的两组触头。当正转的接触器主触头吸合后，电机正转；当另一个接触器的主触头吸合后，由于对调了电源所以电机反转。注意注意：若在同一时间里两组触头同时闭合，就会造成电源相间短路，所以在两个接触器之间必须有防止同时吸合的控制，称为联锁控制联锁控制。KMFKMRM3FUQ SKHABCKHKMFSB1KMFSBFKMRKMRKMFKMRSBR（1）正向起动过程。按下起动按钮SBF，接触器KMF线圈通电，与SBF并联的KMF的辅助常开触点闭合，以保证KMF线圈持续通电，串联在电动机回路中的KMF的主触点持续闭合，电动机连续正向运转（2）停止过程。按下停止按钮SB1
11、，接触器KMF线圈断电，与SBF并联的KMF的辅助触点断开，以保证KMF线圈持续失电，串联在电动机回路中的KMF的主触点持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转。（3）反向起动过程。按下起动按钮SBR，接触器KMR线圈通电，与SBR并联的KMR的辅助常开触点闭合，以保证KMR线圈持续通电，串联在电动机回路中的KMR的主触点持续闭合，电动机连续反向运转。将接触器KMF的辅助常闭触点串入KMR的线圈回路中，从而保证在KMF线圈通电时KMR线圈回路总是断开的；将接触器KMR的辅助常闭触点串入KMF的线圈回路中，从而保证在KMR线圈通电时KMF线圈回路总是断开的。这样接触器的辅助常闭触点KMF和KMR
12、保证了两个接触器线圈不能同时通电，这种控制方式称为联锁或者互锁联锁或者互锁，这两个辅助常开触点称为联锁联锁或者互锁触点互锁触点。：电路在具体操作时，若电动机处于正转状态要反转时必须先按停止按钮SB1，使联锁触点KMF闭合后按下反转起动按钮SBR才能使电动机反转；若电动机处于反转状态要正转时必须先按停止按钮SB1，使联锁触点KMR闭合后按下正转起动按钮SBF才能使电动机正转。同时具有电气联锁和机械联锁的正反转控制电路同时具有电气联锁和机械联锁的正反转控制电路采用复式按钮，将SBF按钮的常闭触点串接在KMR的线圈电路中；将SBR的常闭触点串接在KMF的线圈电路中；这样，无论何时，只要按下反转起动按
13、钮，在KMR线圈通电之前就首先使KMF断电，从而保证KMF和KMR不同时通电；从反转到正转的情况也是一样。这种由机械按钮实现的联锁也叫机械联锁或按钮联锁，双保险双保险机械互锁（复合按钮）机械互锁（复合按钮）电器互锁（互锁触头）电器互锁（互锁触头）、 位置控制位置控制1 1、限位控制、限位控制当生产机械的运动部件到达预定的位置时压下行程开关的触杆，将常闭触点断开，接触器线圈断电，使电动机断电而停止运行2 2、自动往返控制、自动往返控制按下正向起动按钮SB1，电动机正向起动运行，带动工作台向前运动。当运行到SQ2位置时，挡块压下SQ2，接触器KMl断电释放，KM2通电吸合，电动机反向起动运行，使工
14、作台后退。工作台退到SQl位置时，挡块压下SQl，KM2断电释放，KM1通电吸合，电动机又正向起动运行，工作台又向前进，如此一直循环下去，直到需要停止时按下SB3，KMl和KM2线圈同时断电释放，电动机脱离电源停止转动。三、多地控制电路三、多地控制电路有些生产设备为了操作方便，需要在两地或多地控制一台电动机。两地控制的电路如图 所示。 图中SB1、 SB4为甲地的控制按钮，SB2、SB3为乙地的控制按钮。这种电路的特点是两地的起动按钮并联，两地的停止按钮串联。这样，就可以在甲、乙两地控制同一台电动机，操作起来较为方便L1QFU1L2L3KMFRKMFRKMSB1SB3FU2SB4SB2乙 地甲
15、 地M3四、时间控制电路四、时间控制电路为了解决顺序控制的缺点，可采用时间控制。用时间当需要停止时， 按下停止按钮SB1， 接触器线圈断电， 两个接触器的三相触点全部断开，电动机因断电而停止。继电器来控制两台或多台电动机的起动顺序，称时间控制。 两台电动机的时间控制电路如图 所示，图中的KT为时间继电器。此电路的工作过程如下: 按下起动按钮SB2， KM1线圈通电，M1运行。在KM1线圈通电的同时，时间继电器KT的线圈也通电，经过一段时间，时间继电器的延时常开触点闭合，使KM2线圈通电，KM2的三相主触点闭合， 电动机M2运行。实现了时间控制。 当需要停止时， 按下停止按钮SB1， 接触器线圈
16、断电， 两个接触器的三相触点全部断开，电动机因断电而停止。 L1QFU1L2L3KM1KM1FR1KM1SB1KM2FU2KM2KM2FR1SB2FR2FR2KTKM2KTM13M23星形星形-三角形换接起动控制三角形换接起动控制按下起动按钮SBl，时间继电器KT和接触器KM2同时通电吸合，KM2的常开主触点闭合，把定子绕组连接成星形，其常开辅助触点闭合，接通接触器KMl。KMl的常开主触点闭合，将定子接入电源，电动机在星形连接下起动。KMl的一对常开辅助触点闭合，进行自锁。经一定延时，KT的常闭触点断开，KM2断电复位，接触器KM3通电吸合。KM3的常开主触点将定子绕组接成三角形，使电动机在
17、额定电压下正常运行。与按钮SBl串联的KM3的常闭辅助触点的作用是：当电动机正常运行时，该常闭触点断开，切断了KT、KM2的通路，即使误按SB1，KT和KM2也不会通电，以免影响电路正常运行。若要停车，则按下停止按钮SB3，接触器KMl、KM2同时断电释放，电动机脱离电源停止转动。继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题：继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题：小小 结结1 1、首先了解工艺过程及控制要求；、首先了解工艺过程及控制要求；2 2、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的 控制关系；控制关系；3 3、主电路、控制电路分开主
18、电路、控制电路分开阅读或设计；阅读或设计；4 4、控制电路中，根据控制要求按、控制电路中，根据控制要求按自上而下自上而下、自左而自左而 右右的顺序进行读图或设计；的顺序进行读图或设计；5 5、同一个电器同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都的所有线圈、触头不论在什么位置都 叫相同的名字叫相同的名字；6 6、原理图上所有电器，必须按国家统一符号标注，、原理图上所有电器，必须按国家统一符号标注， 且均按未通电状态表示；且均按未通电状态表示；7 7、继电器、接触器的、继电器、接触器的线圈只能并联，不能串联线圈只能并联，不能串联；8 8、控制顺序只能由控制电路实现，不能由主电路实现。、控制顺序只能
19、由控制电路实现，不能由主电路实现。第三节、可编程序控制器常识第三节、可编程序控制器常识用导线将接触器和各种继电器及其触点按一定的逻辑关系连接成控制电路，这是继电-接触器控制系统。由于这种电路简单、使用方便、价格低廉，因而在一些领域中被广泛应用。但是，这种电路的联线方式是固定的，一旦生产机械过程发生变动就需重新设计电路，所以这种电路的通用性和灵活性都较差1969年美国通用汽车公司自动装配线上使用了第一台可编程可编程序控制器序控制器( (简称简称PLC)PLC)，它是把继电-接触器控制系统和计算机功能结合起来，用计算机的程序来代替传统的继电-接触器控制的硬线联接，所用计算机是一种面向工业生产过程控
20、制的专用计算机。PLC简介简介中中央央处处理理单单元元存存储储器器数数据据存存储储器器输输出出接接口口地址总线地址总线 控制总线控制总线数据总线数据总线编程编程单元单元照明照明电磁装置电磁装置执行机构执行机构。电源电源地址总线地址总线控制总线控制总线输输入入接接口口模拟量输入模拟量输入行程开关行程开关继电器接点继电器接点各种开关各种开关结构及工作原理结构及工作原理1.1.PLCPLC结构示意图结构示意图2.2.各组成部分的作用各组成部分的作用 存储器：存储器： RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。 ROM：存放监控程序和用户已调
21、试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。 CPU：(1) 将各种输入信号取入存储器。将各种输入信号取入存储器。(2) 编译、执行指令。编译、执行指令。(3) 把结果送到输出端。把结果送到输出端。(4) 响应各种外部设备的请求。响应各种外部设备的请求。 输入、输出接口：输入、输出接口：采用光电隔离，减小了电磁干扰采用光电隔离，减小了电磁干扰。 输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器 - - 低速大功率低速大功率可控硅可控硅 - - 高速大功率高速大功率晶体管晶体管 - - 高速小功率高速小功率 各种接口、高功能模块：各种接口、高功能模块：便于扩展。便于扩展。 小型机：小型机：一体机。有接
22、口可扩展。一体机。有接口可扩展。 中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合模块式。可根据需要在主板上随意组合。 PLC对用户程序的执行过程是通过微处理器的周期循环扫描来实现的，它采用集中采样、集中输出的工作方式， 以减小外界的干扰。 PLC的工作过程分为输入处理、程序处理、输出处理三个阶段，如图 所示。 2. 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理2) 2) 程序处理阶段程序处理阶段根据PLC梯形图程序的扫描顺序(从左到右， 从上到下)逐句扫描。最后将运算的结果写入寄存器状态表中。PLC在此阶段扫描所有的输入端子并将各输入信号存入输入状态映象寄存器中, 然后进入程序
23、处理阶段。应当注意, 在程序执行阶段或输出阶段, 无论输入信号如何变化, 其内容将一直保持到下一个扫描周期的输入处理阶段。 1) 1) 输入处理阶段输入处理阶段 输入锁存器输入映象寄存器程 序 执 行输出映象寄存器输出锁存器输 入 处 理程 序 处 理输 出 处 理3) 3) 输出处理阶段输出处理阶段 当所有指令都处理完成时，把输出映象寄存器中所有输出继电器以通(1)、断(0)的状态存放到输出锁存电路,来驱动继电器线圈控制负载的动作。微处理器返回到初始状态， 准备进行下一次循环扫描。从读入输入状态到发出输出信号的这段时间称扫描周期。 在PLC的编程语言中，梯形图是应用广泛的一种语言。 PLC的
24、梯形图和继电器控制的电路图在以下三个方面十分相似： 元件符号相似(如图 所示)； 电路结构形式大致相同(如图 所示)；信号输入及经过处理后的信息输出控制功能相同。它们的不同之处在于： (1)(1)组成的器件不同组成的器件不同。继电器电路是由许多接触器、继电器组成的，其触点易磨损。而梯形图则是由许多“软继电器”组成的，每个“软继电器”都是存储器中的每一位触发器可以置“0”或“1”， 无磨损现。3. 可编程序控制器与继电器控制的异同可编程序控制器与继电器控制的异同电路图和梯形图元件的符号继电器电路图梯形图线圈常闭触点常开触点电路图和梯形图的结构(a) 电路图； (b) 梯形图KM1SB1SB2KM
25、1X1X2Y1Y1(a)(b)(2) (2) 触点数量不同触点数量不同。继电器的触点是有限的，而梯形图控制中“软继电器”的触点是无限的，因为在存储器中的触发器状态(电平)可以使用任意次。 (3) (3) 工作方式不同工作方式不同。在继电器控制电路中，电源接通时电路中各继电器、接触器都处于受制约状态(即：接触器、 继电器该吸合的吸合，不该吸合的不吸合)。而在PLC的梯形图控制中各种“软继电器”都处于周期循环扫描接通中， 每个继电器受条件的制约 PLC是为了替代继电器控制电路而研制的。由于它的控制功能是通过存储器的程序来实现的，所以它在许多方面都已远远超过了继电器控制电路的范围。与继电器控制系统比
26、较， PLC具有以下特点： 二、可编程序控制器的特点二、可编程序控制器的特点 工业生产一般对控制设备的可靠性要求较高， 应能在恶劣环境中可靠地工作。因此PLC在硬件上采用了屏蔽、滤波、 隔离、电源调整与保护等硬件保护措施； 在软件上采用了定期检测、信息保护和恢复等软件保护措施。另外，PLC采用的模块式结构有助于在故障情况下短时修复，这就保证了PLC工作的可靠性和稳定性。(1) (1) 可靠性高、可靠性高、 抗干扰能力强抗干扰能力强 (2) (2) 程序简单、灵活、可变程序简单、灵活、可变。 PLC采用的梯形图和继电器电路图很相似，简单易学， 便于推广。在生产线设备更新的情况下，不需要改变PLC的硬件设备，只要改编程序就可达到所需要求。 (3) (3) 通用性好、通用性好、 功能完善功能完善 根据工业控制特点, PLC都制成模块式，可以灵活组合， 以便用于各种工业控制系统中。PLC的控制精度高，处理速度快，具有数字量和模拟量输入/输出、逻辑运算、定时、 计数控制功能，同时还具有人机对话、通信、自检、记录及显示等功能。(4) (4) 体积小、重量轻、适应环境能力强体积小、重量轻、适应环境能力强 PLC能适应各种工业环境，能在温度高、震动大粉尘多的场合工作, 而且体积小、能耗低，是实现“机电一体化”的理想控制设备。
