第第 5 章继电章继电接触器控制与可编程控制接触器控制与可编程控制 5.1 常用低压电器常用低压电器 5.2 三相笼型异步电动机直接起动控制电路三相笼型异步电动机直接起动控制电路 5.3 三相笼型异步电动机的降压起动和制动控制三相笼型异步电动机的降压起动和制动控制 5.4 普通车床的控制电路普通车床的控制电路 *5.5 可编程控制可编程控制 返回主目录返回主目录第第 5 章继电章继电-接触器控制与可编程控制接触器控制与可编程控制常用低压电器常用低压电器根据其在电路中所起作用的不同，电器可分为控制电器和保护电器。控制电器主要控制电路的接通或断开，例如刀开关、接触器等。保护电器主要的作用是保护电源不工作在短路状态，保护电动机不工作在过载状态，例如热继电器、熔断器都属于保护电器。一、刀开关刀开关是一种手动电器，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。1. 开启式负荷开关开启式负荷开关开启式负荷开关又称闸刀开关。其外形如图5-1所示。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。闸刀开关的型号有HK1、HK2等系列。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5-2所示。它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。图51开启式负荷开关1-U形动触刀；2-静夹座；3-瓷插式熔断器；4-速断弹簧；5-转轴；6-操作手柄；7-开关盖；8-开关盖锁紧螺栓；9-进线孔；10-出线孔图5-2封闭式负荷开关 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5-3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。二、熔断器二、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。图5-3组合开关1. 磁插式熔断器磁插式熔断器磁插式熔断器结构如图5-4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。磁插式熔断器的型号为RC1A系列。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5-5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。图5-4磁插式熔断器结构1-熔丝；2-动触点；3-瓷盖；4-静触点；5-瓷体图5-5螺旋式熔断器1-瓷帽；2-熔断管；3-瓷套；4-上接线盒；5-下 接 线 盒 ； 6-瓷座 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。三、按钮三、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。它主要控制接触器和继电器，也可作为电路中的电气联锁。按钮的结构如图5-7所示。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，此过程称为复位。图5-6有填料管式熔断器(a)外形；(b)结构图5-7按钮的结构示意图按钮的种类较多。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5-8所示。按钮的型号有LA10、LA20、LA25等系列。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。图5-8按钮的外形(a)单联按钮；(b)双联按钮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(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5-9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。图5-9交流接触器（a）外形；（b）结构示意图五五 、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。现介绍其中的几种。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5-10所示。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。其型号分别为JS23、JS11、JS18、JS20等系列。图5-10热继电器(a)外形；(b)结构3. 速度继电器速度继电器速度继电器也称转速继电器。它是一种用来反映转速和转向变化的继电器。它的工作方式是依靠电动机转速的快慢作为输入信号，通过触点的动作信号传递给接触器，再通过接触器实现对电动机的控制。它主要用于反接制动电路中。其外形和结构如图5-11所示。图5-11速度继电器的外形和结构-(a)外形；(b)结构速度继电器是根据电磁感应原理制成的，其结构示意图如图5-12所示。当电动机旋转时，与电动机同轴的速度继电器转子也随之旋转，此时笼型导条就会产生感应电动势和电流，此电流与磁场作用产生电磁转矩，圆环10带动摆杆8在此电磁转矩的作用下顺着电动机偏转一定角度。这样，使速度继电器的常闭触点断开，常开触点闭合。当电动机反转时，就会使另一对触点动作。当电机转速下降到一定数值时，电磁转矩减小，返回杠杆7使摆杆8复位，各触点也随之复位。图5-12速度继电器的结构示意图1-调节螺钉；2-反力弹簧；3-常闭触点；4-常开触点；5-动触点；6-推杆；7-返回杠杆；8-摆杆；9-笼型导条；10-圆环;11-转轴；12-永磁转子一、行程开关一、行程开关行程开关，又称限位开关。它主要用于限制机械运动的位置，同时还能使机械实现自动停止、反向、变速或自动往复等运动。行程开关的动作原理与按钮相似，二者的区别在于：按钮是用手来操作的，而行程开关是靠机械的运动来实现其动作的。行程开关可分为按钮式和旋转式，旋转式又可分为单轮旋转式和双轮旋转式两种，它们的外形分别如图5-13(a)、(b)、(c)所示。型号有JLXK、LX19等系列。图5-3行程开关(a)按钮；(b)单轮旋转式；(c)双轮旋转式七、自动开关七、自动开关自动开关又称自动空气断路器，或称断路器。它是刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合。在电路中能起到欠压、失压、过载、短路保护的作用。它既能自动控制，也能手动控制。自动开关的结构如图5-14所示。欠电压脱扣器11上的线圈与电源电压并联。如果电源电压下降到某一数值以下时，电磁吸力小于弹簧9的拉力，而使衔铁10在弹簧力的作用下撞击杠杆7，使搭钩4被顶开，锁键3带动三相触点2在弹簧1的作用下向左运动，使电源与电动机分开，达到保护作用。图5-14自动开关的结构1-弹簧;2-三相触点;3-锁键;4-搭钩;5-转轴;6-过电流脱扣器;7-杠杆;8-衔铁;9-弹簧;10-衔铁;11-欠电压脱扣器;12-双金属片;13-电阻丝电阻丝13与电路串联。当电动机过载时，电路中电流增加，电阻丝13发热，使双金属片弯曲，碰撞杠杆7，使搭钩4被顶开，锁键带动三相触点向左运动，电动机断电。电路短路时，电路中的电流急剧增加，过电流脱扣器6上线圈的电流增加，电磁吸力增加，克服衔铁8的自重力，使其向上运动，碰撞杠杆7，把搭钩4顶开，三相触点把电源和负载断开。5.2 三相笼型异步电动机直接起动控制电路三相笼型异步电动机直接起动控制电路电器元件在电路中组成基本控制电路，对电动机实现单向控制、点动控制、正反转控制、行程控制、顺序控制、时间控制等。下面分别介绍这几种基本电路。一、单向控制电路一、单向控制电路单向控制是指对电动机实现一个旋转方向的控制。单向控制可用刀开关控制，也可用接触器控制。1. 刀开关控制的单向控制电路刀开关控制的单向控制电路刀开关控制的单向控制电路如图5-15所示。图中Q为刀开关，M为三相笼型异步电动机，FU为三相熔断器，L1、L2、L3为三相电源。当合上刀开关Q时，三相电源与电动机接通，电机开始旋转。当拉开刀开关Q时，三相电动机因断电而停止。图5-15刀开关控制的单向控制电路上述控制所用的电器元件较少，电路也比较简单，但在起动和停止时不方便、不安全，也不能实现失压、欠压和过载保护。所以，此电路只适用于不频繁起动的小容量电动机。在实际中，应用较多的是用接触器控制的电路。2. 接触器控制的单向控制电路接触器控制的单向控制电路接触器控制的单向控制电路如图5-16所示。图中的KM为接触器，SB1为停止按钮，SB2为起动按钮，FR为热继电器，FU1、FU2为熔断器。图5-16接触器控制的单向控制电路电路的工作原理如下:当合上刀开关Q，按下起动按钮SB2时，KM的线圈通电，其三相主触点闭合，使电动机通入三相电源而旋转。同时，与起动按钮SB2并联的KM常开辅助触点也闭合，此时，若放开SB2，KM线圈仍保持通电状态。这种依靠接触器自身的常开辅助触点使自身的线圈保持通电的电路，称为自锁电路。辅助常开触点称为自锁点。当电动机需要停止时，按下停止按钮SB1，KM线圈断电，使它的三相触点断开，电动机断电停止。同时，KM的常开辅助触点也断开。此时，放开停止按钮SB1，KM的线圈也不会通电，电动机不能自行起动。若使电动机再次起动，则需再次按下起动按钮SB2。此电路具有短路保护、过载保护、失压和欠压保护的功能。二、点动控制电路二、点动控制电路在某些生产机械中，除了要求电动机正常连续运转外，有的还需要作点动控制。所谓点动控制，就是指按下按钮，电动机因通电而运转；松开按钮，电动机因断电停止。点动控制电路如图5-17所示。它的工作过程较为简单：合上刀开关Q，按下点动按钮SB，KM的线圈通电，三相主触点闭合，电动机运行。当松开点动按钮SB，KM线圈断电，三相主触点断开，电动机断电，停止运转。图517点动控制电路三、正反转控制电路三、正反转控制电路生产机械的运动部件往往需要作正、反两个方向的运动。如车床主轴的正转和反转，工作台的前进和后退等，这就要求拖动生产机械的电动机具有正、反转控制。若要实现电动机反向控制，只需将电源的三根相线任意对调两根(称换相)即可。对电动机正、反转的控制方式一般有倒顺开关控制和接触器控制两种。1. 倒顺开关控制的正反转控制电路倒顺开关控制的正反转控制电路倒顺开关也称可逆转换开关,如图5-18所示中的S就是倒顺开关。图5-18倒顺开关控制电路静触点有六个位置。当合上刀开关Q后，再扳动S的手柄使其在“顺”的位置，动触点就会向左转动，电路按L1-U、L2-V、L3-W的正向顺序接通电动机，此时，电动机为正转。当扳动S，使手柄处在“倒”的位置时，动触点就会向右转动，电路按L1-W、L2-V、L3-U的反向顺序接通电动机，此时电动机为反转。在使用倒顺开关时应注意:当电动机由正转到反转，或由反转到正转，必须将手柄扳到“停”的位置。这样可避免电动机定子绕组突然接入反向电而使电流过大，防止电动机定子绕组因过热而烧坏。用倒顺开关控制的正、反转控制电路的优点是所用电器元件较少，电路简单。但它的缺点是在频繁换向时，操作人员的劳动强度大，操作不安全。所以这种电路一般用于额定电流在10A、功率在3kW以下的小容量电动机。在实际中应用较多的是用接触器控制电路。2. 接触器控制的正、接触器控制的正、 反转控制电路反转控制电路1）无联锁的正、反转控制电路用接触器控制的正反转控制电路如图5-19所示。电路中采用了两个接触器KM1、KM2，分别控制电动机的正、反转。当合上刀开关Q，按下正转按钮SB2时，KM1线圈通电，KM1三相主触点闭合，电动机旋转。同时，KM1辅助常开触点闭合自锁。若要电动机反转时，按下反转按钮SB3，KM2线圈通电，KM2的三相主触点闭合，电源L1和L3对调，实现换相，此时电动机为反转。此电路存在的问题是：当正转，KM1通电时，若再按下SB3，KM2也通电,在主电路中，会发生电源直接短路的故障。因此，此电路在实际中不能采用。图5-19无联锁的正反转控制电路2） 有联锁的正、有联锁的正、 反转控制电路反转控制电路为了克服上述电路的缺点，常用具有联锁的控制电路。具有电气联锁的控制电路如图5-20所示。当按下SB2,KM1通电时，KM1的辅助常闭触点断开，这时，如果按下SB3，KM2的线圈不会通电，就保证了电路的安全。这种将一个接触器的辅助常闭触点串联在另一个线圈的电路中，使两个接触器相互制约的控制，称为互锁控制或联锁控制。利用接触器(或继电器)的辅助常闭触点的联锁，称电气联锁(或接触器联锁)。图5-20具有电气联锁的控路在正、反转控制电路中，除采用电气联锁外，还可采用机械联锁。如图5-21所示。SB2和SB3的常闭按钮串联在对方的常开触点电路中。这种利用按钮的常开、常闭触点，在电路中互相牵制的接法，称为机械联锁(或按钮联锁)。具有电气、机械双重联锁的控制电路是电路中常见的，也是最可靠的正、反转控制电路。它能实现由正转直接到反转，或由反转直接到正转的控制。3）行程控制电路在生产机械中，常需要控制某些生产机械的行程位置。例如，铣床的工作台到极限位置时，会自动停止；起重设备上升到一定高度也能自动停下来，等等。行程控制要用到行程开关。图5-21具有双重联锁的控制电路利用生产机械运动部件上的挡铁与行程开关碰撞，使其触点动作来接通或断开电路，以达到控制生产机械运动部件位置或行程的控制，称行程控制(或位置控制，或限位控制)。程控制是生产过程自动化中应用较为广泛的控制方法之一。行程控制的电路如图5-22所示。它是在双重互锁正、反转控制电路的基础上，增加了两个行程开关SQ1和SQ2。图5-22行程控制电路电路的工作原理如下:按下正转按钮SB3，KM1通电，电动机正转，拖动工作台向左运行。当达到极限位置，挡铁A碰撞SQ1时，使SQ1的常闭触点断开，KM1线圈断电，电动机因断电自动停止，达到保护的目的。同理，按下反转按钮SB2，KM2通电，电动机反转，拖动工作台向右运行。到达极限位置，挡铁B碰撞SQ2时，使SQ2的常闭触点断开，KM2线圈断电，电动机因断电自动停止。此电路除短路、过载、失压、欠压保护外，还具有行程保护。四、顺序控制电路四、顺序控制电路在生产机械中，往往有多台电动机，各电动机的作用不同，需要按一定顺序动作，才能保证整个工作过程的合理性和可靠性。例如，X62W型万能铣床上要求主轴电动机起动后，进给电动才能起动；平面磨床中，要求砂轮电动机起动后，冷却泵电动机才能起动，等等。这种只有当一台电动机起动后，另一台电动机才允许起动的控制方式，称为电动机的顺序控制。如图5-23所示，电路中有两台电动机M1和M2，它们分别由接触器KM1和KM2控制。工作原理如下:当按下起动按钮SB2时，KM1通电，M1运转。同时，KM1的常开触点闭合，此时，再按下SB3，KM2线圈通电，M2运行。如果先按SB3，由于KM1线圈未通电，其常开触点未闭合，KM2线圈不会通电。这样保证了必须M1起动后M2才能起动的控制要求。在图5-23的电路中，采用熔断器和热继电器作短路保护和过载保护，其中，两个热继电器的常闭触点串联，保证了如果有一台电动机出现过载故障，两台电动机都会停止。顺序控制电路有如下缺点:要起动两台电动机时需要按两次起动按钮，增加了劳动强度；同时，起动两台电动机的时间差由操作者控制，精度较差。图5-23顺序控制电路五、时间控制电路五、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5-24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。图5-24时间控制电路当需要停止时，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。六、多地控制电路六、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，例如普通铣床的控制电路，就是一种多地控制电路。这种能在两地或多地控制一台电动机的控制方式，称为电动机的多地控制。在实际应用中，大多为两地控制。两地控制的电路如图5-25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。图5-25两地控制电路七、绘制、识读电气原理图的原则七、绘制、识读电气原理图的原则在绘制、识读电气原理图时应遵循下述原则:(1)应将主电路、控制电路、指示电路、照明电路分开绘制。(2)电源电路应绘成水平线，而受电的动力装置及其保护电路应垂直绘出。控制电路中的耗能元件(如接触器和继电器的线圈、信号灯、照明灯等)应画在电路的下方，而电器触点应放在耗能元件的上方。(3)在原理图中，各电器的触点应是未通电的状态，机械开关应是循环开始前的状态。(4)图中从上到下，从左到右表示操作顺序。(5)原理图应采用国家规定的国标符号。在不同位置的同一电器元件应标有相同的文字符号。(6)在原理图中，若有交叉导线联接点，要用小黑圆点表示，无直接电联系的交叉导线则不画出小黑圆点。在电路图中，应尽量减少或避免导线的交叉。5.3 三相笼型异步电动机的降压起动和三相笼型异步电动机的降压起动和制动控制制动控制降压起动控制降压起动控制当电动机的功率在10kW以上，应采用降压起动。降压起动是指电动机在起动时，加在电动机定子绕组上的电压小于其额定电压。但应注意，在起动完成后，电动机定子绕组上的电压应恢复到额定值，否则，会使电动机损坏。常见的降压起动方式有四种:定子绕组串电阻降压起动、Y-联接降压起动、自耦变压器降压起动、延边三角形降压起动。1. 定子绕组串电阻降压起动定子绕组串电阻降压起动三相笼型异步电动机定子绕组串电阻降压起动控制电路如图5-26所示。它是手动控制型起动，加在电动机定子绕组上的电压小于其额定电压，电动机进行降压起动。待转速上升到一定值时，把开关S合上，电阻R被短接，此时，电动机在全压下运行。2. Y 联接降压起动联接降压起动星形联接和三角形联接的原理如图5-27所示。电源线电压U线(380V)不变。图(a)为星形联接，电动机的相电压U相=U线/，故相电压为220V。图(b)为三角形联接，其相电压与线电压相等，为380V。所以，起动时采用星形联接，便可实现降压起动；起动完成后，再将电动机接成三角形，又可使电动机正常运转。图5-26串电阻降压起动控制电路图527Y联接和联接的原理Y-联接降压起动控制电路如图5-28所示。电路的工作原理如下:合上刀开关Q，按下起动按钮SB2，KM1通电，KM1的自锁点闭合，随即KT线圈通电，KM2线圈通电并自锁，电动机接成星形联接，实现降压起动。由于KT线圈通电，经过一段时间后，KT的延时断开常闭触点断开，延时闭合常开触点闭合，使KM1断电，KM3通电，电动机接成三角形联接，实现全压运行。停车时，只需按下停止按钮SB1即可。图528Y-联接降压起动控制电路二、制动控制电路二、制动控制电路在生产机械中，电动机断开电源后，由于惯性作用，不会马上停止转动，需要一段时间才能停下来。因为停机的时间太长，影响生产率，同时还会造成停机位置不准确，工作不安全，所以有必要对电动机实现制动控制。制动就是给电动机一个与它旋转方向相反的转矩，使它迅速停下来。制动的方法有机械制动和电气制动两种。其中，电气制动又包括反接制动、能耗制动、再生制动。1. 机械制动控制机械制动控制机械制动是利用机械装置使电动机在断电后迅速停止的方式。最常用的是电磁抱闸。它的结构如图5-29所示。图5-29电磁抱闸的结构1-线 圈 ;2-铁心;3-衔铁;4-弹 簧;5-闸 轮 ;6-杠杆;7-闸瓦;8-轴电磁抱闸分为断电制动和通电制动两种。通电制动是指线圈通电时，闸瓦紧紧抱住闸轮，实现制动。而断电制动是指当线圈断电时，闸瓦紧紧抱住闸轮，实现制动。电磁抱闸断电制动控制电路如图5-30所示。此电路的工作原理是:当电路未通电时，闸瓦和闸轮紧紧抱住，使电动机制动。当按下起动按钮SB1时，KM线圈通电，三相主触点闭合，使电磁铁YB通电，吸引衔铁克服弹簧力，使杠杆向上移动，闸瓦和闸轮分开，电动机起动运行。需要停止时，按下停止按钮SB2，KM线圈断电，YB断电，杠杆在弹簧作用下向上移动，闸瓦抱住闸轮，使电动机迅速停下来。图530电磁抱闸断电制动控制电路这种制动方法被广泛运用到起重设备中。其优点是:定位准确；防止由于电动机突然断电，使重物自行下落而造成事故。2. 反接制动控制电路反接制动控制电路反接制动是改变电动机定子绕组上的电源相序来产生制动力矩，使电动机迅速停止的方法。反接制动电路如图5-31所示。图中的KV为速度继电器，R为反接制动电阻。电路的工作原理图5-31反接制动电路如下:当合上刀开关Q，按下起动按钮SB2时，KM线圈通电，电动机开始旋转。当电动机转速达到120r/min时，速度继电器KV常开触点闭合，为反接制动作准备。当需要停止时，按下停止按钮SB1，SB1的常闭触点把KM1线圈断电，SB1的常开触点闭合，把KM2线圈接通，使电动机断开正向电，接通反向电。此时，电动机的转速下降。当电动机转速下降到100r/min时，KV的常开触点断开，使KM2线圈断电，电动机断电后自然停止。普通车床的控制电路普通车床的控制电路前面已经对常用的基本电路进行了分析，机床电路就是由这些基本控制电路所组成的。作为基本控制电路的一个综合应用实例，本节拟对普通车床的控制电路作一简单介绍。普通车床的结构如图5-32所示，它主要由床身、主轴箱、挂轮箱、溜板箱、进给箱、光杠、丝杠、刀架、尾架等部分组成。C620-1型普通车床电气控制电路如图5-33所示。对它的要求有：(1)主轴电动机M1要求正、反转控制，以便加工螺纹。对于C620-1型普通车床的正、反转是由机械实现的。图5-32普通车床的结构示意图图533C620-1型普通车床电器控制电路(2)主轴电动机的起动、停止实现自动控制。C620-1型普通车床主轴电动机的容量较小，所以采用直接起动,停车时采用机械制动。(3)在车削加工时，由于温度高，需要冷却，为此，设有一台冷却泵电动机M2。冷却泵电动机只需要单方向运行，且要求须在主轴电动机起动后方可起动；当主轴电动机停止时，要求冷却泵电动机也立即停止。(4)电路应有保护环节和安全的局部照明。C620-1型普通车床控制电路的工作原理如下:合上刀开关Q，按下起动按钮SB2，接触器KM线圈通电，自锁触点闭合自锁，主轴电动机M1通电旋转。若要使用冷却，可合上Q1，冷却泵电动机M2通电旋转。需要停止时，按下停止按钮SB1，KM线圈断电，电动机停止。电路中用熔断器FU1、FU2、FU3来实现短路保护；用FR1、FR2来实现过载保护。同时，接触器KM还具有失压和欠压保护的作用。照明变压器T给照明灯EL提供了一个安全电压，由开关Q2、Q3控制。可编程控制可编程控制概述可编程控制概述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，这就是本章前几节讲的继电-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序控制器(简称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制的专用计算机。硬线联接，所用计算机是一种面向工业生产过程控制的专用计算机。随着微电子技术的迅速发展使可编程序控制器不但具有逻辑运算、顺序控制、定时、计数等功能，而且还具有体积小、成本低、可靠性高等优点。所以使它在工厂自动化领域中迅速地发展起来。1. 可编程序控制器的组成可编程序控制器的组成继电-接触器系统由三部分组成：输入部分、逻辑部分和输出部分，如图5-34所示。输入部分是各种开关信号；逻辑部分是继电器、接触器的各触点组成的逻辑关系；输出部分是各种执行元件，如继电器线圈、接触器线圈、电磁铁、指示灯、照明灯等。可编程序控制器也是由这几部分组成的,如图5-35所示,它一般由微处理器、存储器、编程器、输入/输出组件、电源等几部分组成。图5-34继电接触器控制系统图5-35PLC控制系统图1)微处理器微处理器简称CPU,是PLC的大脑，其主要作用是接收并存储从编程器输入的用户程序和数据，诊断编程过程中的错误，对输入信号做出正确判断并将结果输送给有关部分。2)存储器存储器是PLC的记忆装置,包括系统存储器和用户存储器。系统存储器用以存放系统工作程序(监控程序)、模块化应用功能子程序、命令解释、功能子程序的调用管理程序及按对应定义(I/O、内部继电器、定时器、计数器等)存贮系统参数等。系统程序应永久保存在PLC内，不能因关机、停电或故障而改变其内容。因此这部分程序关系到PLC的性能，在出厂前已固化，用户不能改变。用户存储器用来存放编程器或磁带输入的用户控制程序。用户控制程序可以根据需要通过编程器进行修改。PLC的用户存储器通常以“字节”(16位/字)为单位来表示存储量。PLC产品说明书中所指的存储器的型式或存储方式及容量是对用户程序存储器而言的。3)编程器编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试和监视的。它可以监视PLC的工作情况，还可以通过键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。4)输入/输出组件输入/输出组件是可编程序控制器与被控设备联接的部件,包括输入组件和输出组件。输入组件能接收被控设备的信号,如按钮、行程开关、各种传感器的信号等,这些信号通过输入电路驱动内部电路接通或断开。输出组件把微处理器内部的电路信号转换成继电器的通断来控制外部负载(如线圈、电磁阀、指示灯等)电路。5)电源部件电源部件将外接的交流电源转换成PLC工作所需要的直流电源。电源的好坏直接影响着PLC的功能和可靠性。所用电源除外接交流电源外还采用了锂电池作停电时的后备电源。2. 可编程序控制器的基本工作过程可编程序控制器的基本工作过程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5-36所示。1)输入处理阶段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。图536PLC工作过程2)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。3)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。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在PLC的编程语言中，梯形图是应用广泛的一种语言。PLC的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5-37所示)；电路结构形式大致相同(如图5-38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)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”，无磨损现象。图5-37电路图和梯形图元件的符号图5-38电路图和梯形图的结构(a)电路图；(b)梯形图(2)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)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。二、可编程序控制器的特点二、可编程序控制器的特点 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较，PLC具有以下特点：(1)可靠性高、抗干扰能力强。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。(2)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)通用性好、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)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。可编程序控制器的指令系统PLC是以微处理器为核心的电子设备。使用时可将它看成是由继电器、定时器、计数器等器件构成的组合体，这些器件无论是实际器件还是“软继电器”，都必须用不同的编号加以区分，它们的状态存放在指定地址的内存单元中，供编程时调用。不同型号的PLC有不同的编号方式。1. 可编程序控制器的软继电器及其编号可编程序控制器的软继电器及其编号FP1系列PLC编号范围及功能如下：1)输入继电器输入继电器用来接收外部开关发出的信号。它与PLC的输入端子相连，并带有许多常开、常闭触点供编程时使用。输入继电器只能由外部信号来驱动，不能被程序内部指令来驱动。不能被程序内部指令来驱动。输入继电器的字母代号为“X”，“X”后跟十六进制数(0F)，其编号范围为X0XF，共16点。2)输出继电器输出继电器是PLC用来传递信号的外部负载的器件。它通过输出接线端与被控电器(如接触器、电磁阀、指示灯等)相连。输出继电器有一个外部输出的常开触点，它是按程序执行的结果而被驱动的。输出继电器的字母代号为“Y”， 其编号范围为：Y0Y7，共8点。3)内部继电器内部继电器不能直接驱动外设备，它可由PLC中各种电器的触点驱动，内部继电器带有许多常开、常闭触点供编程使用。内部继电器的字母代号为“R”，其编号范围为：R0R62F，共1008点。4)定时器定时器是延时定时继电器，其触点是定时指令的输出。如果定时器指令定时时间完毕，则与其同号的触点动作。其字母代号为“T”，其编号范围为：T0T99，共100点。5)计数器计数器是减法继电器，其触点是计数指令的输出。如果计数器指令计数完毕，则与其同号的触点动作。其字母代号为“C”，其编号范围为：C100C143，共44点。6)通用“字”寄存器每个通用“字”寄存器由相应的16个辅助继电器R构成。其字母代号为“WR”，其编号范围为：WR0WR62，共63点。2. 可编程序控制器的指令系统可编程序控制器的指令系统PLC是按用户控制要求编写的程序来进行工作的。程序的编制就是用一定的编程语言把一个控制过程描述出来。程序基本上是用梯形图和指令两种方式来描述的，梯形图和指令的表达方式如图5-39所示。图5-39梯形图和指令地址指令0123STX0ORY0AN/X1OTY0指令梯形图是一种图形语言，它与继电器电路很相似，形象直观，容易接受，是PLC首选的编程语言。指令就是采用功能名称的英文缩写字母来表达PLC各种功能的命令。下面介绍指令的用法及说明。1)ST、ST/、OT、ED指令ST(Start)：常开触点与母线连接指令。ST/(Startnot)：常闭触点与母线连接指令。OT(Out)：线圈驱动指令。ED(End)：程序结束指令，是程序的最后一条指令。这几条指令与梯形图配合应用的例子如图5-40所示。使用说明：(1)在每一条逻辑行的开始总要使用ST或ST/指令，当逻辑行的开始为常开触点时使用ST指令；当逻辑行的开始为常闭触点时，则使用ST/指令。图540ST、ST/、OT、ED的使用地址指令01345STX0OTY0ST/X1OTY2ED(2)内部继电器并联时可以连续使用OT指令。OT指令不能用于输入继电器X。(3)ED指令无使用元件。2)AN、AN/、OR、OR指令AN(And)：串联常开触点指令。AN(Andnot)：串联常闭触点指令。OR(Or)：并联常开触点指令。OR(Ornot)：并联常闭触点指令。这几条指令与梯形图配合应用的举例如图5-41所示。使用说明：(1)AN、AN用于串联一个常开、常闭触点,串联触点的数量不限。(2)OR、OR用于并联一个常开、常闭触点,并联触点的数量不限。(3)这几条指令使用的元件为X、Y、R、T和C。3)ANS、ORS指令ANS(Andstack)：把两个并联的触点组串联。ORS(Orstack)：把两个串联的触点组并联。这两条指令用于复杂电路的编程。梯形图和指令应用举例如图5-42、图5-43所示。图542ANS的使用地址指令012345STX0OR/X1ST/X2ORX3ANSOTY0ORX3图543ORS的使用地址指令012345STX0ANX1AN/X3AN/X3ORSOTY0使用说明：(1)每个触点组的开头均使用ST或ST/指令。(2)若有多个触点串联或并联，顺次以ANS或ORS指令与前面电路连接，连接组数不限。(3)ANS、ORS指令均无使用元件。4)TM、CT指令当需要定时和计数时，应使用TM和CT指令。TM(Timer):实现导通延时操作的定时指令。定时指令分三种类型：TMR：定时时间为0.01s；TMX：定时时间为0.1s；TMY：定时时间为1s。CT(Counter)：实现计数功能的指令。梯形图和指令应用举例如图5-44、图5-45所示。图5-44中“2”为定时器编号，“100”为定时设置值。定时时间设置值等于定时单位与定时设置值的乘积，因此定时时间为0.1100=10s。图 5 - 45 中“120”为计数器编号，“4”为计数设置值。它有两个输入端：计数脉冲端(C端)、复位端(R端)。图544TM的使用地址指令01456STX0TMX2K100STT2OTY0EN指令图545CT的使用地址指令01256STX0STX1CT120K4STC120OTY0指令使用说明：(1)定时设置值可为K0K32767范围内的任意一个十进制常数。定时器为减1计数，即每来一个时钟脉冲则定时设置值逐次减1，直至为零时，定时器才产生输出。输入端断开时，定时器立即复位，其数据返回到设置值。(2)计数设置值为K0K32767范围内的任意一个十进制常数。计数器为减1计数，即每来一个时钟脉冲则计数设置值逐次减1，直至为零时，计数器才产生输出。当R端接通时计数器复位。(3)每条TMR、TMX和CT各占三个地址号，TMY占四个地址号。5)PSHS、RDS、POPS指令PSHS、RDS、POPS指令为堆栈指令，是用来对具有分支的梯形图进行编程的一组指令。PSHS(Pushstack)为推入堆栈指令，即将在该指令以前的运算结果存储起来。RDS(Readstack)为读出堆栈指令，读出由PSHS指令存储的运算结果。POPS(Popstack)为弹出堆栈指令，读出并清除由PSHS指令存储的结果。梯形图和指令应用举例如图5-46所示。图5-46PSHS、RDS、POPS的使用地址指令地址指令01234STX0PSHSAN/X1OTY0RDS56789AN/X2OTY1POPSANX3OTY2指令使用说明：(1)堆栈指令是一种组合指令，不能单独使用。(2)PSHS和POPS分别用于分支的开始和最后，只能各用一次。(3)RDS用于PSHS和POPS之间，可以多次使用。(4)堆栈指令无使用元件。6)DF、DF/指令DF、DF/是微分指令，它们的功能是把一个长信号变为脉冲式的断信号。DF(Differentiationup)：当脉冲信号的上升沿来到时，线圈接通一个扫描周期。DF/(Differentiationdown)：当脉冲信号的下降沿来到时，线圈接通一个扫描周期。功能图、梯形图和指令应用举例如图5-47所示。使用说明：(1)这两条指令没有使用次数的限制。(2)这两条指令均无使用元件。(3)所产生的输出脉冲的宽度为一个扫描周期。图547DF、DF/的使用地址指令01345STX0DFOTY0DF/OTY1指令使用说明：(1)这两条指令没有使用次数的限制。(2)这两条指令均无使用元件。(3)所产生的输出脉冲的宽度为一个扫描周期。7)KP指令KP(Keep)为保持指令，它的功能是把一个短信号变成长信号。功能图、梯形图和指令应用举例如图5-48所示。使用说明：(1)R端为复位端。当R端和S端同时接通时，R端优先。(2)本指令使用的元件为T和R。8)SR指令SR(Shiftregister)为移位指令，它的功能是实现对内部移位寄存器WR中的数据移位。梯形图和指令应用举例如图5-49所示。使用说明：(1)SR的输入端有三个输入端，按数据输入(IN)端、位移脉冲输入(C)端和复位输入(R)端的次序排列，以复位输入优先。(2)SR指令的使用元件为WR。图5-49SR的使用地址指令0123STX0STX1STX2SRWR3指令四、可编程序控制器的编程方法和举例四、可编程序控制器的编程方法和举例学了指令系统后，便可根据系统的控制要求来编制程序。下面先介绍编程的基本原则和技巧。1.编程的基本原则(1)梯形图每一逻辑行的触点应画在线圈左边，线圈右边不能有触点。(2)线圈不能直接与左侧的母线相连。如果需要连接时，可以通过一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接。(3)梯形图必须按顺序执行，即从左到右，从上到下执行。(4)在梯形图中串联触点和并联触点的数目无限，可以多次使用。2. 编程技巧编程技巧(1)几个串联支路并联时，串联触点多的支路要画在上面，如图5-50所示，图(a)的结构比图(b)的好。几个并联支路串联时，并联触点多的电路要画在左边，如图5-51所示，图(a)的结构比图(b)的要好。(2)并联线圈电路，从分支点到线圈之间，无触点的分支应放在上方，如图5-52所示。(3)对有电流交叉的电路编程时，梯形图中不允许出现电流交叉电路，如图5-53(a)所示，不能对它直接编程，必须重新绘制，如图5-53(b)所示。5-50串联支路并联时的画法地址指令0123STX1ANX2ORX3OTY0地址指令0123STX3STX1ANX2OTY0图5-51并联支路串联时的画法地址指令0123STX1ORX2ANX3OTY0地址指令0123STX3STX1ORX2OTY0图5-52并联线圈电路(4)复杂电路的处理。电路比较复杂不便于编程时，可重复使用一些触点，画出它的等效电路，然后再进行编程，如图5-54所示。3. 编程举例编程举例(电动机的控制电动机的控制)图5-55所示为一个控制三相笼型异步电动机的主电路。起动时使接触器KM1、KM2线圈通电，其常开触点闭合，电动机按Y连接；电动机起动后，通过时间继电器控制，使KM1线圈断电，KM3线圈通电，电动机按联接，达到Y降压起动的目的。输入、输出元件与PLC数据对照关系见表。图5-54复杂电路的处理图5-55Y降压起动的主电路表表 输入、输入、 输出元件与输出元件与PLC 数据对照数据对照输入输出按钮数据接触器数据SB1SB2X1X2KM1KM2KM3Y1Y2Y3设计的梯形图如图5-56所示。工作原理如下：按下起动按钮SB1，PLC输入继电器X1常开触点闭合，输出继电器Y1接通。随之输继电器Y2接通，Y1的常闭触点断开，保证了输出继电器Y3不接通，Y2的两个常开触点闭合，保证了输出继电器Y2继续通电。此时，接触器KM1和KM2通电，电动机按Y连接。同时定时器T0的线圈接通，开始计时。5s后，TO的常闭触点断开，输出继电器Y1断电，Y1的常闭触点复位，使输出继电器Y3通电。此时接触器KM1和KM3通电，电动机按连接。电动机进入正常运转状态。图5-56Y降压起动的梯形图