电气自动化专业知识

第一章 工矿企业电气工程基本知识

第一节 供电系统基本知识 1 工矿企业对供电的要求 1.1 可靠性：工矿企业供电中断，不仅会影响产量，而且有可能发生 人身事故或设备损坏，为保证供电的可靠性，供电电供应采两回路电 源线路，它可以来自不同的变电所或同一变电所的不同母线，且电源线路 上不得分接任何负荷，这样在一回路电源发生故障的情况下，仍应保证对 生产用户的供电。 1.2 安全性：工矿企业生产环境复杂，自然条件多变，供电设备易损 坏，可能造成触电及电火花引起火灾或爆炸事故，所以应采取防爆防触电、 过负荷及过电流保护等一系列的技术措施，以确保安全供电。 1.3 技术合理性：在满足供电可靠与安全的前提下，还应保证供电质 量，即供电技术合理良好的电能质量是指电压偏移不超过额定值的±5%， 频率偏移不超过±（0.2~0.5）HZ。此外由于大功率整流和可控硅的应用使 配电网中的谐波分量增加，可能造成电力电容器过负荷，所以必要时应采 取相应技术措施，以保证供电质量。 1.4 经济性：在满足以上要求条件下，应力求系统简单，安装操作方 便，减少投资和运行费用。 2

2 电力用户的分级 按照对供电可靠性的要求不同，一般电力用户分为三级。 2.1 一级用户：凡突然停电会造成人身伤亡或设备损坏，长期才能恢 复生产或造成重大经济损失的为一级用户。 2.2 二级用户：凡突然停电会造成大量废品，生产系统紊乱，在经济 上造成较大损失的

为二级用户。 2.3 凡不属于一级、二级的均为三级用户。 3 电力系统的基本概念 为使供电可靠经济合理，一般发电站将电能升压后，输送到用户一次 变电所，将电压降至 35~110kV 的电能配合二次变电所，目前，我国已开始 采用 110kV 电压直接输入企业的负荷中心，向企业供电。 4 电压系统的电压等级 电气设备的额定电压（又称标称电压）是能使变电器，电动机等设备 正常运行时，获得最佳技术经济效果的电压。电气设备的额定电压在我国 已统一标准化，国家标准 GB156-80 具体规定了 3kV 以下的电气设备与系统 额定电压等级。 5 变电所和变压器 变电所的主结线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等） 及其连接线所组成，用以接受和分配电能，是供电系统的部分。 3

6 供电系统功率损耗 当电流流过高线路和变压器时，就要引起有功功率和无功功率的损耗， 三相供电线路的最大三相有功功率损耗和三相无功功率的损耗与线路每相 电阻、线路每相电抗、系统的额定电压、线路的计算负荷有关。 变压器的功率损耗包括磁（铁）的损耗和电（铜）的损耗。变压器的 总无功功率损耗与变压器的负荷率、变压器的额定容量和额定电流、变压 器实际最大负荷时的视在功率和电流，变压器空载有功损耗、变压器短路 损耗、变压器的空载无功损耗、变压器的激磁电流、变压器的电势、变压 器额定负荷下线组中的无功损耗有关。 为了提高电能的最大限度的利用率，降低成本，所以应提高有功功率 因数，降低无功功率因数。其方法是： 6.1 正确选择电气设备：选用气隙小、磁阻小的设备，如选用鼠笼式 电动机。 6.2 同容量下选择磁

路体积小的电气设备。 6.3 电机、变压器的容量选择要合适。 6.4 不需要调速、连续运行时的大容量电机，尽量选用同步电动机。 6.5 合理调度生产工艺流程，电机空载运行。 6.6 并联电容器，提高有功功率因数。 7 短路电流 4

供电系统中，出现次数的较多的严重故障是短路。所谓短路是指供电 系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间、相与地之间的短 接等。 7.1 短路原因： 电气设备载部分绝缘损坏，绝缘老化，过电压，机械损伤等 7.2 短路的种类： 三相短路、两相短路、两相接地短路、两相短路、单相接地短路。 7.3 短路的危害： 发生短路时，系统中总阻抗大大减小，短路电流非常大（可达几万安 抗以上）烧坏电气设备，可以干扰通讯，危及人身安全。 第二节 高压电器 高压电器对电能起着接受、分配、控制与保护等作用，主要有断路器、 负荷开关、隔离开关，熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设 备等。 1 高压断路器 断路器是电力系统中最重要的一种电器，在正常情况下，用来分合电 路，在故障时通过断电保护装置使其自动而快速的将故障点切除，以保证 系统的安全运行，断路器按采用灭弧介质不同分为油断路器、压缩空气断 路器、六氟化硫断路器和真空断路器等。充填六氟化硫气体应具备如下技 术条件： 5

空气（N2+O2） 四氟化硫 水分 PH 值 可水解氟化铜 矿物油 纯度 生物毒性试验

≤0.05% ≤0.05% ≤8ppm ≤0.3ppm ≤1.0ppm ≤10ppm ≥99.8% 无毒 负荷开关： 2 负荷开关：具有简单的灭弧装置，能开断负荷电流和一定的过载电 流，但不能切断短路电流，从而起到断路器的功能。 隔离开关： 3 隔离开关：是常用的一种电器，主要作用是： 3.1 隔离电源，使回路中有明显的断口，以保证线路及检修时人身安 全。 3.2 转换线路，增加线路联络的灵活性。 3.3 隔离开关没有灭弧装置，一般不能用于分、合负载电流，但可用 于切断小电感电流和小的电容电流。 熔断器：是一种最早的保护装置，构造简单，便宜。用于过流保护。 4 熔断器 互感器：用于测量电压、电流的变换器。根据二次回路的继电器测 5 互感器 量仪表及检视装置的需要而设置。 6

电抗器：限流电抗器是一种无铁芯的电抗线圈，其作用是： 6 电抗器 6.1 将短路电流在预定的范围内，以保证短路时系统的正常稳定 性。 6.2 电。 避雷器：是保护电气设备绝缘免遭过电压损坏的一种电器，分避雷 7 避雷器 针和避雷器两种。 7.1 单支避雷针保护范围 rx=(h-hx)P=haP 当 hx≥h/2 时 提高变电所在短路时母线电压，以保证对非故障线路的线续供

rx=(1.5h-2 hx)P 当 hx30m 时，P＝5.5 ˬ n P－高度影响系数，当 h≤30m 时，P=1

7.2 避雷器：分管型避雷器和阀型避雷器两种 管型避雷的上限电流决定于管子的机械强度，下限电流与电弧和管壁 接触的紧密程度有关（即

与管子内径大小有关） ，它是自能灭火的避雷器。 阀型避雷器是由火花间隙和阀片组成。当过电压大于避雷器的冲击放 电电压时，火花间隙被击穿，使阀处上的外加电压升高。使高压引波电流 经阀片迅速泄漏入地。 第三节 保护接地 7

1 保护接地的作用 为了防止电气设备漏电而危及人身安全，要求带电设备的金属外壳必 须可靠的接地。分为水平接地和垂直接地两种。 接地电阻值计算应符合专业要求或规范要求 阻值计算应符合专业要求或规范要求。 2 接地电阻值计算应符合专业要求或规范要求。 第四节 工矿企业电气工程施工及验收规范 1 2 3 4 电气装置安装工程电气设备试验标准《GB50150-91》 电气装置安装工程高压电器施工验收标准《GBJ147-90》 电气装置安装工程电缆线路施工验收规范《GB50168-2006》 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范 《GB50171-92》 5 6 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范《GB50169-92》 建筑电气工程施工质量验收规范《GB50303-2002》 第二章 电气装置安装工程质量控制 电气装置安装工程质量控制 电气装置安装工程主要内容包括： 第一节 电气装置安装工程主要内容包括： 电缆敷设工程、盘柜安装、接地装置和避雷带（网）安装、管配线、照 明开关/插座/配电箱安装、变电设备（变压器）安装、受电设备（电动机） 安装、架空线路及杆上设备安装。 电气装置安装施工规范、验收标准、 第二节 电气装置安装施工规范、验收标准、调试主体资质 1 工程设计文件（施工图纸）

8 2 3 4 5

《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303-2002 《石油建设工程质量检验评定标准》SY4030.2-93 “电气试验证书”发证机关：黑龙江省电力工业局 避雷、接地电阻试验资质：大庆市防雷减灾办公室受权单位 第三节 电气装置安装工程质量保证实施工作流程

1 建议实施工程质量监理 工程监理工作流程： 2 工程监理工作流程： 2.1 施工准备阶段监理应控制的主要内容： 2.1.1 审核专业施工单位资质（包括试验单位）是否满足本工程电气专 业施工要求； 2.1.2 检查施工单位报验的特殊工种人员名单及操作证件，上岗施工人 员必须持证上岗； 2.1.3 熟悉设计图纸要求， 协调解决本专业与其它专业施工之间的矛盾； 2.1.4 审查施工单位编制的施工技术措施是否满足施工要求； 2.1.5 认真核查工程设备、构配件、材料进场检查验收，检查施工机具、 仪器、仪表是否满足施工要求。 2.2 电气安装工程程序及质量控制点 2.2.1 电缆敷设工程 9

检查缆线型号、规格、材质、技术文件报监理认可后方可进场施工→室 外直埋电缆深度及铺砂、盖砖符合设计及规范要求→电缆敷设时环境温度 应符合规范要求→回填土前必须经监理认可才能隐蔽→工程施工记录 2.2.2 盘柜安装工程 甲方、乙方、监理共同检查产品质量、型号规格、材质符合设计要求， 技术文件齐全→柜内压线值量符合规范要求→检查在座型钢质量应符合设 计要求→盘柜安装水平度、垂直工偏

差符合规范、标准要求→施工资料报 监理审查确认。 2.2.3 接地装置和避雷带（网）安装工程 接地装置和避雷带（网）安装方式必须符合设计要求→接地电阻试验应 符合设计要求，电阻试验单位人员必须持证上岗操作→设备接地分支线必 须与接地干线相连，严禁串联→扁铁与接地之间应三面施焊，扁钢与扁钢 搓接长度应大于 2 倍扁铁宽度→接地装置埋深应大于 600mm→监理验收确认 后隐蔽→施工资料报监理认可。 2.2.4 管配线 检查施工用管线型号、规格、材质应符合设计要求，暗配管时埋深不小 于 15mm、管内不得有接头，隐蔽之前报监理认可。 2.2.5 照明开关、插座、配电箱安装 安装的照明开关/插座/配电箱/灯具型号、规格、防爆等级必须符合设 计要求，工程质量应符合设计要求。 10

2.2.6 变配电设备安装工程 变压器外观良好，无渗漏，资件无裂纹。变压器必须经过实验合格后方 可安装，变压器、相序必须经过校验合格后方可并列运行，承报施工资料， 报监理确认。 2.2.7 受电设备安装及调试 可接近的裸导体必须良好接地，绝缘电阻测试应大于 5MΩ，空载试运 2 小时，各参数应满足要求。 2.2.8 架空线路及杆上设备安装 电杆坑、接线坑深度应符合设计要求，验收后方可立杆。 导线弧垂应设计及规范要求。 接地电阻应符合设计要求。 所有高压主件必须经过高压测试合格。 高压系统的安全距离应大于 300mm。 隔离开关操作灵活，同期性好，开距大于 200mm，操作机构必须良 好接地。 第四节 电气安装工程过程质量控制重点 电缆敷设，电缆电气性能试验，接地

体安装及电阻测试，封盘前电气性 能检查，高压试验及相序校验，电机试运。 第三章 自控仪表安装工程基本知识 11

第一节 测量误差的基本概念 1 为什么测量结果都有误差 当我们进行任何一个测量时，由于测量设备、测量方法、测量环境人 的观察力等，都不能做到完善无缺，而使测量结果受到歪曲，表现为测量 结果与待术量真实值之间存在一定的差值，这个差值就是测量误差，这一 规律在测量结果中，普遍存在，故测量结果都带有误差。 2 误差的概念 2.1 误差、相对误差和修正值 测量结果与该量真值（真实大小）之间的差异叫测量误差。 误差＝测量值－真实值 误差与真实值之比称为相对误差，即： 相对误差＝误差／真实值≈误差／测量值 测量值加修正值可得真实值，即： 测量值+修正值＝真实值 2.2 真实值的意义，应用中如何选择。 所谓真实值是指在某一时刻，某一位置或状态下，被测物现量的真正 大小，应根据所测误差的需要，用尽可能近于真实值的数值来代替真实值， 如仪表指示值加上修正值后，就可做为真实值。 又如标准器与被

检器的误差相比，前者为后者的 1/3～1/10 时，则可 12

认为前者是后者的真实值。 2.3 仪表示值误差，示值相对误差，示值引用误差，精度级别的表示或仪 表示值误差＝指示值－计量检定值 仪表示值相对误差＝仪表示值误差／指示值 仪表引用误差＝仪表示值误差／仪表量程值 仪表各刻度中，引用误差最大的一个百分数的分子，

称为仪表精度级 别，例如：某电压表刻度 0～10 伏，在 5 伏处计量检定值为 4.995 伏，则 在 5 伏处仪表示值误差，示值相对误差、示值引用误差为： 仪表示值误差＝5－4.995＝0.005 伏 仪表示值相对误差＝0.005/5＝0.1% 仪表示值引用误差＝0.005/10＝0.05% 又如：0.1 级量程为 10 安的电流表，经检定最大示值误差为 8 毫安， 问此电流表是否合格？ 解：电流表允许的最大引用误差为 0.1%，允许的最大示值误差为 10×0.1%＝0.01 安（10 毫安） 8mA<10mA，所以该电流表合格。 2.4 绝对误差和相对误差 对相对误差而言，误差也叫绝对误差，但具有大小与符号（+、－） ， 而误差的绝对值仅反映误差的大小。 13

比如：长度测量误差为－0.1µm，则－0.1µm 是绝对误差，而误差的绝 对值为{－0.1µm}＝0.1µm。 2.5 误差来源一般如何考虑： 考虑误差来源应注意不遗漏、不重复，仔细分析大误差。误差来源一 般可以从以下几方面考虑： 设备误差：包括标准误差，仪表误差，附件误差。 环境误差：温度、湿度、振动等。 人员误差：观测人员读数的分散性引起的误差。 方法误差：如经验公式的近似性引起的误差。 测量对象变化误差：被测对象发生变化，使测量带来误差。 2.6 偶然误差、系统误差、综合误差、粗差的含义 偶然误差：单次测量时误差可大可小，可正可负，但多次测量其平 均值趋于零的误差，称偶然误差，也叫随机误差。 系统误差：误差的大小、符号固定不变，或按一定规律变化的误差。 综合误差：偶然误差与系统误差的合成。 粗差：明显歪曲测量结果的误差。 2.7 精度、精密度、正确度、准确度的含义 反映误差

大小的程度叫精度，精度高的误差小，精度低的误差大。 精度分为精密度、正确度、准确度。 14

精密度：反映偶然误差大小程度。 正确度：反映系统误差大小的程度。 准确度（精确度） ：反映综合误差大小的程度。 真值 ∵∴ ∵∴ ∵ ∴ ∵∴ 测量值

A A：精密度、正确度高 确度高 B

C C：精密度低、正 B：精密度高、正确度底

2.8 均方根差（标准差）的含义 为了使测量值最大限度接近真值，可以采取多次测量，将若干单次测 量值进行处理（如测量 n 次） ，每次测量值为 δ1、δ2……δn 均方根差 δ＝（δ12+δ22+……+δn2）／（n-1）＝ ∑δi2／（n-1） （均方根差也称贝塞尔公式） ，显然均方根差计算测量误差最接近真 值。 2.9 什么是仪表的不确定度，什么是残差 误差的范围称为不确定度。 15

测量值－平均值＝残差。 2.10 偶然误差的分布 偶然误差大多服从正态分布，服从正态分布的偶然误差有四大特性。 对称性：大小相等符号相反的误差数目相等。 单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的误差数目多。 有界性：绝对值很大的误差数目很少。 抵偿性：误差的平均值趋于零。 第二节 自控仪表术语 1 自动化仪表 automation instrumentation

对被测变量和被控变量进行测量和控制的仪表装置和仪表系统的总 称。 2 测量 measurement

以确定量值为目的的一组操作。 3 控制 control

为达到规定的目标，在系统上或系统内的有目的的活动。 4 现场 site 工程项目施工的场所。 5 就地仪表 local instrument 16

安装在现场，控制室外的仪表，一般在被测对象和被控对象附近。 6 检测仪表 detecting and measuring instrument

用以确定被测变量的量值或量的特性、状态的仪表。 7 传感器 transducer

接受输入变量的信息，并按一定规律将其转换为同种或别种性质输出 变量的装置。 8 转换器 converter

接受一种形式的信号并按一定规律转换成为另一种信号形式输出的装 置。 9 变送器 transmitter

输出的为标准信号的传感器。 10 显示仪表 display instrument 显示被测量值的仪表。 11 控制仪表 control instrument 用以对被控变量

进行控制的仪表。 12 执行器 actuator 在控制系统中，通过其机构动作直接改变被控变量的装置。 13 检测元件 sensor 传感元件 sensor 17

测量链中的一次元件，它将输入变量转换成宜于测量的信号。 14 取源部件 tap 在被测量对象上为安装连接检测元件设置的专用管件，引出口和连接 阀门等元件。 15 检测点 measuring point 对被测变量进行检测的具体位置，即检测元件和取源部件的现场安装 位置。 16 测温点 temperature measuring point 温度检测点 17 取压点 pressure measuring point 压力检测点 18 系统 system 由若干相互联系和相互作用的要素组成的具有特定功能的整体。 19 控制系统 control system 通过精密制导或操作若干变量以达到既定状态的系统，仪表控制系统 由仪表设备装置、仪表管线、仪表动力和辅助设施等硬件，以及相关的软 件所构成。 20 综合控制系统 comprehensive control system 采用数字等技术，计算机技术和网络通讯技术，具有综合控制功能的 18

仪表控制系统。 21 管道 piping 用于输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制或截止流体的管子、 管件、法兰、紧固件、垫片、阀门和其他组成件及支承件的总称。 22 仪表管道 instrumentation piping 仪表测量管道、气动和液动信号管道、气源管道和液压管道的总称。 23 测量管道 measuring piping 从检测点向仪表传送被测介质的管道。 24 信号管道 signal piping 用于传送气动或液动控制信号的管道。 25 气源管道 air piping 为气动仪表提供气源的管道。 26 仪表线路

instrumentation line 仪表电缆、电线、补偿导线、光缆和电缆槽、保护管等附件的总称。 27 电缆槽 cable tray 敷设和保护电线、电缆的槽形制成品，包括槽体、盖板和各种组成件。 28 保护管 protective tube 敷设和保护电线、电缆的管子及其连接件。 19

29 回路 loop 在控制系统中，一个或多个相关仪表与功能和组合。 30 伴热 heat tracing 为使生产装置和仪表设备、管道中的物料保持规定的温度，在设备管 道旁敷设加热源，进行跟踪加热的措施。 31 脱脂 degreasing 除去物体表面的油污等有机物的作业。 32 检验 inspection 对产品或过程等实体进行度量、测量、检查或试验，并将结果与规定 要求进行比较，以确定每项特性合格情况所进行的活动。 33 试验 testing 对产品或过程等实体的额定值（或极限值）或特性、指标、质量进行 验证。 34 检定 verification 由法制计量部门或法定授权组织按照检定规程，通过试验，提供证明 未确认测量器具的示值误差满足规定要求的活动。 35 校准 calibration 在规定条件下，为确定测量仪表仪器或测量系统的示值、实物、量具 或标准物质所代表的值与相对应的由参数标准确定的量值之间关系的一组 20

操作。 36 调整 adjustment 为使测量器具达到性能正常，偏差符合规定值而适于使用的状态，所 进行的操作。 37 防爆电气设备 explosion-protected dectrticd apparatus 在规定条件下不会引起周围爆炸性环境点燃的电气设备 38 爆炸性环境 explosive tames here 在大

气条件下，气体、蒸汽、薄雾、粉尘或纤维的可燃物质与空气形 成混合物，点燃后，燃烧传至全部未燃混合物的环境。 39 危险区域 hazardous area 爆炸性环境大量出现或预期可能大量出现，以致要求对电气设备的结 构、安装和使用采取专门措施的区域。 40 本质安全电路 intrinsically-safe circuit 在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和 热效应均不能点燃规定的爆炸性气体或蒸汽的电路。 41 本质安全型设备 intrinsically-safe circuit 全部电路均为本质安全电路的电气设备 42 关联设备 associated apparatus 设备内的电路或部分电路关联全是本质安全电路，但有可能影响本质 21

安全电路性能的电气设备。 22

第三节 仪表自动控制逻辑

静设备：塔、罐、管、炉 参数：温度、压力、流量、物 位、浓度、其它检测内容 就地指示仪表 PLC

执行机构 变频装置

DCS 控制对象 取源部件 一次仪表 变送器 联锁

动设备：泵、压缩机及其它动 设备 参数：转速、压力、流量、轴 互温度

盘面显示 二次仪表 报警（声、 23 24

第四章 自动化仪表安装工程质量控制 自动化仪表安装工程主要包括 工程主要包括： 第一节 自动化仪表安装工程主要包括： 1 一次仪表安装 1.1 温度测量仪表 1.1.1 液位温度计：水银温度计、苯甲荃温度计等 1.1.2 压力式温度计：充氮、充苯温度计、充氮温度计等 1.1.3 双金属温度计 1.1.4 热电式温度计、热电偶等 1.1.5 探测器等 1.2 压力测量仪表 1.2.1 气化管压力计（弹簧管压力计） 1.2.2 液体压力计、U 管压力计、斜管压力计等 1.2.3 薄膜压力计（测微压用） 1.2.4 差压计（测压力差用） 1.3 流量测量仪表 1.3.1 速度式流量计（水表、涡轮流量计、节流装置、金属转 电阻式温度计：铜电阻温度计，铂电阻温度计、感温电

子流量计、涡街流量计、旋进施涡流量计、电磁流量计） 25

1.3.2 容积式流量计：腰轮流量计、罗茨流量计、齿轮流量计、 金属刮板流量计 1.3.3 差压式流量计 1.3.4 质量流量计 1.4 液位（界面）测量仪表 1.4.1 浮子液位计 1.4.2 光导电子液位计 1.4.3 磁浮子液位计 1.4.4 超声波液位计 1.4.5 玻璃板液位计 1.4.6 电容式液位计 1.4.7 一体化射频导纳液位计 1.4.8 雷达液位计 1.4.9 超声波液位开关 1.4.10 投入式液位计 1.4.11 单法兰液位计 1.4.12 双法兰液位计（界面） 1.4.13 音叉开关

26

1.5 分析仪表 1.5.1 感烟器 1.5.2 可燃气体浓度检测器 1.5.3 有毒气体深度检测器 1.5.4 露点仪 1.5.5 在线原油水份检测仪 1.5.6 PH 计 1.5.7 电容式含水分析仪 1.5.8 振动管式含水分析仪 1.5.9 含氧分析仪 1.6 调节阀、电动阀、电磁阀安装 1.6.1 气动薄膜调节阀 1.6.2 电动调节阀 1.6.3 电动、气动快速开关阀 1.6.4 自动式调节阀 1.6.5 弹簧式调节阀 一次仪表均安装在工艺管线或设备上。 2 二次仪表安装 27

2.1 温度变送器 2.2 压力变送器 2.3 液位变送器 2.4 差压变送器 2.5 流量变送器 2.6 液位调节显示仪 2.7 光标闪光报警仪 2.8 流量计算显示仪 2.9 单、双路闪光信号报警仪 2.10 手操器

二次仪表均安装在控制主仪表盘上（压力、温度、差压变送器除 外） 。 一次仪表、二次仪表施工规范、 第二节 一次仪表、二次仪表施工规范、验收标准 1 2 3 工程设计文件 《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093-2002 《石油建设工程质量检验评定标准》SY4031-93 仪表计算机系统（ 控制系统） 第三节 仪表计算机系统（PLC 及 DCS 控制系统）安装调试 计算机控制系统与仪表盘柜（箱、操作台）组成自控仪表操作系 28

统，与就地仪表、检测仪表、传感器、转换器、变送器、显示仪表、 控制仪表、执引器等，达到生产过程规定的目标。 PLC（ Control） 1

PLC（Platferm Control）程序控制系统 通过精密制导或操纵给定的若干参数变量以达到既定状态系统。 仪表控制系统由仪表设备装置、仪表管路、仪表动力和辅助设施等硬 件，以及相关的软件所构成。 PLC 系统，一般由以下内容组成： 图形控制柜包括：图形面板、图形联动卡、图形联运驱动卡、双 路继电器、图形报警灯驱动卡、操作面板、主卡、回路卡、输入/输 出卡、 电源及其它附件、 联动电源操作板、 联动供电单元、 浮充备电、 防爆采用信号模块、防爆安全栅、声光控制模块、双路继电器、压力 开关信号模块、温度信号模块、液位信号模块及接口等。 DCS（ 2 DCS（Date comunt Cation System ）数控系统 采用数字技术、计算机技术和网络通信技术，具有综合控制功能 的仪表控制系统。比 PLC 系统容量更大一些，软件、硬件内容基本相 同。 DCS、 第四节 DCS、PLC 系统调试 自控仪表系统调试（试验）包括以下内容： 1 一般规定 1.1 对仪表在安装和使用前检查、标准和试验，以解决产品的运输 29

贮存过程中发生的损坏和缺陷。 1.2 回路试验是对仪表性能、仪表管路正确性的全面试验，其目的

是对仪表和控制系统设计质量、材料质量和安装质量的全面确认。 2 单台仪表及系统的校准和试验 仪表调校分项工程必须符合设计及 SY4031－93 表 16.3.1 要求。 保证项目有： 2.1 仪表的规格、型号、位号必须符合设计和产品说明书的规定。 2.2 仪表电气线路连接必须正确，绝缘电阻必须符合设计和产品说

明书规定。 2.3 仪表的气（液）管路连接必须正确无渗漏。 2.4 校准用标准仪器、仪表必须具备有效的检定合格证书，其基本 绝对误差值不超过被校仪表基本误差绝对值的 1/3。 基本项目包括：指示仪表单体调校，变送器单体调校，报警装置 单体调校，分析仪表单位调校，调节阀及执引机构单体调校，检测系 统调试，报警系统调试，联锁系统调试。 仪表单调校（检定）单位资质：必须符合国家计量法规定的要求， 检定证书，调试记录必须齐全、有效、准确，调校分项工程施工资料 及时报工程监理审查确认。

工厂电气控制与可编程控制器

表1-2 低压电器的加注通用派生代号一览表 派生字母 A、B、C… J Z N W P S 含 义 派生字母 H M Q L F K T TH TA 含 义

结构设计有改进或变化 交流、防溅式 直流、自动复位、防震 可逆 无灭弧机构 电磁复位、放滴式、单相、 电压的、两个电源 有锁定机构、手动复位、 防水式、三相、双线圈

保护式、带缓冲装置 密封式、灭磁 防尘式、手车式 电流的 高返回、带分励脱扣 开启式

按湿热带临时措施制 造 湿热带 干热带 工厂电气控制与可编程控制器

1.2 接触器 接触器是一种用来频繁接通或断开交直流主电路及大 容量控制电路的自动切换电器。它是利用电磁吸力和弹簧 反作用配合动

作而使触头闭合或分断的一种电器，还具有 低压释放保护的功能，并能实现远距离控制，在自动控制 系统中应用得相当广泛。 接触器按其主触头通过电流的 种类不同，可分为直流接触器和交流接触器。 工厂电气控制与可编程控制器

•交流接触器 交流接触器主要由电磁铁和触点两部分组成， 当电磁铁线圈通电后， 吸住动铁心（也称衔铁）， 使常开触点闭合， 因而把主电路接通。 电磁铁断 电后， 靠弹簧反作用力使动铁心释放， 切断主电 路。

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交流接触器结构及图形符号 (a) 外形图； (b) 结构图； (c) 电气符号 工厂电气控制与可编程控制器

交流接触器的触点分为两类， 一类接在电动机的 主电路中， 通过的电流较大， 称作主触点； 另一类 接在控制电路中， 通过的电流较小， 称为辅助触点。 主触点断开瞬间， 触点间会产生电弧烧坏触点， 因此交流接触器的动触点都做成桥式， 有两个断点， 以降低当触点断开时加在断点上的电压， 使电弧容易 熄灭。 在电流较大的接触器的主触点上还专门装有灭 弧罩， 其外壳由绝缘材料制成， 里面的平行薄片使三 对主触点相互隔开， 其作用是将电弧分割成小段， 使 之容易熄灭。

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为了减小磁滞及涡流损耗， 交流接触器的铁心 由硅钢片叠成。 此外， 由于交流电在一个周期内 有两次过零点， 当电流为零时， 电磁吸力

也为零， 使动铁心振动， 噪声大。 为了消除这一现象， 在 交流接触器铁心的端面一部分嵌有短路环。 在选用接触器时， 应注意它的额定电流、 线 圈电压及触点数量等。 接触器的额定电压是指吸 引线圈的额定电压， 额定电流是指主触点的额定 电流。 工厂电气控制与可编程控制器 •直流接触器

工厂电气控制与可编程控制器 接触器的选择

一般根据以下原则来选择接触器： 一般根据以下原则来选择接触器： （1）接触器类型 交流负载选交流接触器，直流负载选直流接触器， 交流负载选交流接触器，直流负载选直流接触器， 根据负载大小不同，选择不同型号的接触器。 根据负载大小不同，选择不同型号的接触器。 （2）接触器额定电压 接触器的额定电压应大于或等于负载回路电压。 接触器的额定电压应大于或等于负载回路电压。 （3）接触器额定电流 接触器的额定电流应大于或等于负载回路的额定电 对于电动机负载，可按下面的经验公式计算： 流。对于电动机负载，可按下面的经验公式计算： I j= 1 . 3 I e 其中： 为接触器主触点的额定电流； 其中： Ij为接触器主触点的额定电流； Ie为电动机的额定电流。 为电动机的额定电流。

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（4）吸引线圈的电压 吸引线圈的额定电压应与被控回路电压一致。 吸引线圈的额定电压应与被控回路电压一致。 （5）触点数量 接触器的

主触点、常开辅助触点 、 常闭辅助触 接触器的主触点 、 常开辅助触点、 点数量应与主电路和控制电路的要求一致。 点数量应与主电路和控制电路的要求一致。 工厂电气控制与可编程控制器 1.3 继电器

继电器 是一种根据外界输入的信号（电量，如电

压、电流；非电量，如时间、速度、热量等）来控制 电路的通、断的自动切换电器，其触点常接在控制电 路中。值得注意的是，继电器的触点不能用来接通和 分断负载电路，这也是继电器的作用与接触器的作用 的区别。 继电器的种类很多。按输入信号的不同可分为电 压继电器、电流继电器、时间继电器、热继电器、速 度继电器与压力继电器等。本节主要介绍常用的电磁 式（电压、电流、中间）继电器、时间继电器、速度 继电器、热继电器和其他信号继电器。 工厂电气控制与可编程控制器 1电磁式继电器

电磁式继电器是使用最多的一种继电器，其基本 结构和动作原理与接触器大致相同。但继电器是用于 切换小电流的控制和保护电器，其触点种类和数量较 多，体积较小，动作灵敏，无需灭弧装置。 (1)电流继电器

电流继电器是根据线圈中电流的大小而控制电路 通、断的控制电器。它的线圈是与负载串联的，线圈 的匝数少、导线粗、线圈阻抗小。电

磁式电流继电器 结构如图1-9（a）所示。 工厂电气控制与可编程控制器

电流继电器又有过电流继电器和欠电流继电 器之分。当线圈电流超过整定值时衔铁吸合、触 点动作的继电器，称为过电流继电器，它在正常 工作电流时不动作 。过电流继电器的图形符号、 文字符号如图1-9（b）所示。 当线圈电流降到某一整定值时衔铁释放的继电 器，称为欠电流继电器。通常它的吸引电流为额 定电流的30％～50％，而释放电流为额定电流的 10％～20％，正常工作时衔铁是吸合的。欠电流 继电器的文字符号、图形符号如图1-9（c）所示 。 工厂电气控制与可编程控制器

（a）电磁式电流继电器结构示意图 （b）过电流继电器（c）欠电流继电器 图1－9 电流继电器的结构示意图及符号 工厂电气控制与可编程控制器 (2) 电压继电器

电压继电器是根据线圈两端电压大小而控制电路 通断的控制电器。它的线圈是与负载并联的，线圈的 匝数多，导线细，线圈的阻抗大。 电压继电器又分为过电压继电器和欠电压继电器 。过电压继电器是在电压为110％～115％的额定电压 以上动作，而欠电压继电器在电压为40％～70％额定 电压动作。它们的图形符号、文字符号如图1－10所示 。常用的电压继电器有JT4等系列。 （a）过电压

（b）欠电压 （c）常开触点 图1-10 电压继电器符号

（d）常闭触点

工厂电气控制与可编程控制器 (3) 中间继电器

中间继电器实际上也是一种电压继电器，但它的触 点数量较多，容量较大，起到中间放大（触点数量和容 量）作用。它在电路中常用来扩展触点数量和增大触点 容量。中间继电器的图形符号、文字符号如图1－11（ ａ）所示。常用的中间继电器有JZ12、JZ7、JZ8等系列 。图1－11（b）为JZ7型中间继电器结构图。 工厂电气控制与可编程控制器

（a）图形、文字符号 （b）中间继电器的结构示意图 图1－11 中间继电器的结构示意图和符号 工厂电气控制与可编程控制器 2 时间继电器

在生产中， 经常需要按一定的时间间隔来对生产 机械进行控制。 例如， 电动机的降压起动需要一定 的时间， 然后才能加上额定电压； 在一条自动线中 的多台电动机， 常需要分批起动， 在第一批电动机 起动后， 需经过一定时间才能起动第二批。 这类自 动控制称为时间控制。 时间控制通常是利用时间继电 器来实现的。时间继电器是一种能使感受部分在感受 信号（线圈通电或断电）后，自动延时输出信号（触 点闭合或分断）的继电器。时间继电器的种类很多， 主要有电磁式、空气阻尼式、晶体管式等。时间继电 器的符号如图1-12所示。 工厂电气控制与可编程控制器

空气阻尼式时间继电器

空气阻尼式时间继电器是利用空气 阻尼原理获得延时的， 它由电磁机构、 延时机构、 触头三部分组成， 其外形及 结构如下图所示。 工厂电气控制与可编程控制器

空气阻尼式时间继电器结构图 (a) 外形； (b) 结构； (c) 电气符号 工厂电气控制与可编程控制器

上图是通电延时的空气阻尼式时间继电器的结 构和触头符号。 线圈1通电后， 吸下动铁心2， 活 塞3因失去支撑， 在释放弹簧4的作用下开始下降， 带动伞形活塞5和固定在其上的橡皮膜6一起下移， 在膜上面造成空气稀薄的空间， 活塞由于受到下 面空气的压力， 只能缓慢下降。 经过一定时间后， 杠杆8才能碰触微动开关9， 使常闭触点断开， 常 开触点闭合。 可见， 从电磁线圈通电开始到触点 动作为止， 中间经过一定的延时， 这就是时间继 电器的延时作用。 延时长短可以通过螺钉10调节 进气孔的大小来改变。 空气阻尼式时间继电器的 延时范围较大， 可达0.4～180 s。 工厂电气控制与可编程控制器

当电磁线圈断电后， 活塞在恢复弹 簧11的作用下迅速复位， 气室内的空气 经由出气孔12及时排出， 因此， 断电不 延时。 工厂电

晶体管式时间继电器原理图 工厂电气控制与可编程控制器

整个线路可分为主电源、 辅助电源、 双稳态触发器及其附属电路 等

几部分。 主电源是有电容滤波的半波整流电路， 它是触发器和输出继电器的工作电源。 辅助电源是也带电容滤波的半波整流电 路， 它与主电源叠加起来作为R、 C环 节的充电电源。 另外， 在延时过程结束， 二极管V3导通后， 辅助电源的正电压又 通过R和V3加到晶体管V5的基极上， 使 之截止， 从而使触发器翻转。 工厂电气控制与可编程控制器

触发器的工作原理是： 接通电源时， 晶 体管V5处于导通状态， V6处于截止状态。 主 电源与辅助电源叠加后， 通过可变电阻R和R1 对电容器C充电。 在充电过程中， a点的电位 逐渐升高， 直至高于b点的电位， 二极管V3则 导通， 使辅助电源的正电压加到晶体V5的基极 上。 这样， V5就由导通变为截止， 而V6则由 截止变为导通， 使触发器发生翻转。 于是， 继电器K便动作； 通过触头发出相应的控制信 号。 与此同时， 电容器C经由继电器的常开触 头对电阻R4放电， 为下一步工作做准备。 工厂电气控制与可编程控制器

3 热继电器 电动机在工作时， 当负载过大、 电压过 低或发生一相断路故障时， 电动机的电流都 要增大， 其值往往超过额定电流。 如果超过 不多， 电路中熔断器的熔体不会熔断， 但时 间长了会影响电动机的寿命， 甚至烧毁电动 机， 因此需要有过载保护。 热继电器用于电 动机的过载保护， 它是利用电流热效应使双 金属片受热后弯曲， 通过联动机构使触点动 作的自动电器。 下图是热继电器的结构及图 形符号。

工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器

它由发热元件、 双金属片、 触点及一套 传动和调整机构组成。 发热元件是一段阻值 不大的电阻丝， 串接在被保护电动机的主电 路中。 双金属片由两种不同热膨胀系数的金 属片辗压而成。 图中所示的双金属片， 下层 一片的热膨胀系数大， 上层的小。 当电动机 过载时， 通过发热元件的电流超过整定电流， 双金属片受热向上弯曲脱离扣板， 使常闭触 点断开。 由于常闭触点是接在电动机的控制 电路中的， 它的断开会使得与其相接的接触 器线圈断电， 从而接触器主触点断开， 电动 机的主电路断电， 实现了过载保护。 工厂电气控制与可编程控制器

热继电器动作后， 双金属片经过一段时 间冷却， 按下复位按钮即可复位。 热继电器 的主要技术数据是整定电流。 整定电流是指 长期通过发热元件而不致使热继电器动作的 最大电流。 当发热元件中通过的电流超过整 定电流值的20％时， 热继电器应在20分钟内 动作。 热继电器的整定电流大小可通过整定 电流旋钮来改变。 选用和整定热继电器时一 定要使整定电流值与电动机的额定电流一致。 工厂电气控制与可编程控制器

由于热继电器是间接受热而动作的， 热惯性 较大， 因而即使通过发热元件的电流短时间内超 过整定电流几倍， 热继电器也不会立即动作。 只 有这样， 在电动机起动时热继电器才不会因起动 电流大而动作， 否则电动机将无法起动。 反之， 如果电流超过整定电流不多， 但时

间一长也会动 作。 由此可见， 热继电器与熔断器的作用是不同 的， 热继电器只能作过载保护而不能作短路保护， 而熔断器则只能作短路保护而不能作过载保护。 在一个较完善的控制电路中， 特别是容量较大的 电动机中， 这两种保护都应具备。 工厂电气控制与可编程控制器 热继电器的选用

热继电器选用是否得当，直接影响着对电动机进行 过载保护的可靠性。通常选用时应按电动机形式、工作 环境、启动情况及负荷情况等几方面综合加以考虑。

①原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电 流选择。对于过载能力较差的电动机，其配用的热继电

器(主要是发热元件)的额定电流可适当小些。通常，选 取热继电器的额定电流(实际上是选取发热元件的额定 电流)为电动机额定电流的60％～80％。

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②在不频繁启动场合，要保证热继电器在 电动机的启动过程中不产生误动作。通常，当 电动机启动电流为其额定电流6倍以及启动时间 不超过6s时，若很少连续启动，就可按电动机 的额定电流选取热继电器。 ③当电动机为重复短时工作时，首先注意 确定热继电器的允许操作频率。因为热继电器 的操作频率是很有限的，如果用它保护操作频 率较高的电动机，效果很不理想，有时甚至不 能使用。对于可逆运行和频繁通断的电动机， 不宜采用热继电器保护，必要时可采用装入电 动

机内部的温度继电器。 工厂电气控制与可编程控制器 热继电器使用中应注意的问题

热继电器尽管选用得当，但使用不当时也会造 成对电动机过载保护的不可靠，因此，必须正确使 用热继电器。 ①热继电器本身的额定电流等级并不多，但其 发热元件编号很多。每一种编号都有一定的电流整 定范围，故在使用上先应使发热元件的电流与电动 机的电流相适应，然后根据电动机实际运行情况再 做上下范围的适当调节。 工厂电气控制与可编程控制器

例如，对于20kW、380V的三相笼型电动机，其额定 电流为30A，根据电动机为连续工作制的特点，可选 用JRl6—60型热继电器和15号发热元件(其电流整定 范围为28～36～45A)。先整定在36A挡上。若使用中 发现电动机温升较高，而热继电器却延迟动作，说 明整定电流过高。这对可旋动调整旋钮，重新将电 流整定在28A挡上。 工厂电气控制与可编程控制器

②热继电器有手动复位和自动复位两种方式。对于

重要设备，当热继电器动作之后，必须待故障排除后方 可重新启动电动机，宜采用手动复位方式；如果热继电 器和接触器的安装。地点远离操作地点，且从工艺上又 易于看清楚过载情况，则宜采用自动复位式。 ③热继电器的出线端的连接导线，须严格规定选用。 这是因为导线的材料和其线径大小均能影响发热元件端 点传导到外部热量的多少。导线过细，轴向导热较差， 热继电器可能提前动作；反之，导线

过粗，轴向导热快， 热继电器可能延迟动作。按规定，连接导线应为铜线， 若不得已要用铝线，导线的截面积应放大1．8倍。除此 之外，出线端螺钉应当拧紧，以免因螺钉松动导致接触 电阻增大，影响发热元件的温升，最终可能使保护特性 不稳定而引起误动作。 工厂电气控制与可编程控制器

④热继电器和电动机的周围介质温度应尽量相同，否 则会破坏已整调好的配合情况。例如，当电动机安装于高

温处，而热继电器却安装于低温处时，热继电器动作将会 延迟；反之，热继电器的动作将会提前。

⑤热继电器必须按照产品说明书中规定的方式安装。

当与其他电器装在一起时，应将热继电器装在其他电器的 下方，以免其动作特性受其他电器发热的影响。 ⑥使用中应定期去除尘埃和污垢。若双金属片中出 现锈斑，可用棉布蘸上汽油轻轻揩拭，切忌用砂纸打磨。 ⑦使用中每年要通电校验一次。另外，当主电路发生 短路事故后，应检查发热元件和双金属片是否已发生永久 性变形。若发生变形或无法作出判断时，则应进行通电试 验。在调整时，绝不允许弯折双金属片。

工厂电气控制与可编程控制器 4速度继电器

速度继电器是根据电磁感应原理制成的，主要由 转子、定子和触点三部分组成，其结构如图1－16所示 。其工作原理是：套有永久磁铁的轴与被控电动机的 轴相连，用以接受转速信号，当速度继电器的轴由

电 动机带动旋转时，磁铁磁通切割圆环内的笼型绕组， 绕组感应出电流，该电流与磁铁磁场作用产生电磁转 矩，在此转矩的推动下，圆环带动摆杆克服弹簧力顺 电动机方向偏转一定角度，并拨动触点改变其通断状 态。调节弹簧松紧可调节速度继电器的触点在电动机 不同转速时切换。 速度继电器主要用于笼型异步电动机的反接制动 。当反接制动的电动机转速下降到接近零时，能自动 切断电源。速度继电器的符号如图1－17所示。 工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器 5 温度继电器

电动机出现过载电流时，会使其绕组温升过高，而利 用发热元件可间接地反映出绕组温升的高低，热继电器就 可以起到电动机过载保护的作用。然而，即使电动机不过 载，由于电网电压升高，会导致铁损增加而使铁心发热， 这样也会使绕组温升过高，或者电动机环境温度过高以及 通风不良等，同样会使绕组温度过高。出现后两种情况时 ，若用热继电器已显得为力。为此，出现了按温度原 则动作的继电器，这就是温度继电器。 工厂电气控制与可编程控制器

温度继电器是埋设在电动机发热部位，如电动机定 子槽内、绕组端部等，可直接反映该处发热情况，无论 是电动机本身出现过载电流引起温度升高，还是其他原 因引起电动机温度升高，温度继电器都可引起保护作用 。不难看出，温度继电器具有“全热保护”作用。 温度继电器

大体上有两种类型，一种是双金属片式 温度继电器，另一种是热敏电阻式温度继电器。

工厂电气控制与可编程控制器 双金属片式温度继电器

JW2系列温度继电器就是一种双金属片温度继电器， 其结构组成如图1-18所示。 在结构上它是封闭式的，其内部有盘式双金属片2， 此双金属片左面为主动层，右面为被动层。动触点8铆在 双金属片上，且经由导电片3、外壳l与连接片4相连，静 触点6与连接片4相连。当电动机发热部位温度升高时，产 生的热量通过外壳1传导给其内部的双金属片，当达到一 定温度时双金属片开始变形，双金属片及动触点向图中左 方瞬动地跳开，从而控制接触器使电动机断电达到过热保 护的目的。当故障排除后，发热部位温度降低，双金属片 也反向弹回而使触点重新复位。

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图1—18 JW2系列温度继电器 1一外壳；2一双金属片；3一导电片；4一连接片 5，7一绝缘垫片；6一静触点；8一动触点 工厂电气控制与可编程控制器

双金属片式温度继电器的动作温度是以电动机绕 组绝缘等级为基础来划分的，它共有50℃、60℃、 70℃、80℃、95℃、105℃、115℃、125℃、135℃、 145℃、165℃等11个规格。继电器的返回温度因动作 温度而异，一般比动作温度低5～40℃。 双金属片式温度继电器的缺点是加工工艺复杂， 且双金属片又容易老化。另外，由于体积偏大而

多置 于绕组的端部，故很难反映温度上升的情况，以致发 生动作滞后的现象。同时，也不宜用来保护高压电动 机，因为过强的绝缘层会加剧动作的滞后现象。 工厂电气控制与可编程控制器 热敏电阻式温度继电器

这种继电器的外型同一般晶体管式时间继电器相 似，但作为温度检测元件的热敏电阻不装在继电器中 ，而是装在电动机定子槽内或绕组的端部。热敏电阻 是一种半导体器件，根据材料性质来分有正温度系数 和负温度系数两种热敏电阻。正温度系数热敏电阻具 有明显的开关特性、电阻温度系数大、体积小、灵敏 度高等优点而得到广泛应用和迅速发展。 没有电源变压器的正温度系数热敏电阻式温度继 电器电路如图1-19所示。 图中RT，是表示各绕组内埋设的热敏电阻串联后 的总电阻，它同电阻R3、R4、R6构成一电桥。 工厂电气控制与可编程控制器

由晶体管VT1、VT2构成的开关接在电桥的对角线上。 当温度在65℃以下时，RT大体为一恒值且比较小，电桥处 于平衡状态，VT1及VT2截止，晶闸管VS不导通，执行继电 器KA不动作。当温度上升到动作温度时，RT阻值剧增，电 桥出现不平衡状态而使VT1及VT2导通，晶闸管VS获得门极 触发电流而导通，执行继电器KA线圈有电而使衔铁吸合， 其常闭触点分断接触器线圈从而使电动机断电，实现了电 动机的过热保护。当电动机温度下降至返回温度时，RT阻 值锐减，电桥恢复平衡使VS关断，执行继电器线圈断电而 使衔铁释放。 在热敏电阻式

温度继电器中，执行继电器的任务是控 制主电路接触器的线圈电路，因此，完全可以用一只双向 晶闸管来代替执行继电器，直接控制接触器的线圈。 温度继电器的触点在电路图中的图形符号与电压或电 流继电器相同，只是在符号旁标注字母“θ”即可。 工厂电气控制与可编程控制器 图1-19 热敏电阻式温度继电器电路 工厂电气控制与可编程控制器 6压力继电器

压力继电器广泛用于各种气压和液压控制系统中， 通过检测气压或液压的变化，发出信号，控制电动机的 启停，从而提供保护。 图1-20为一种简单的压力继电器结构示意图，由微 动开关、给定装置、压力传送装置及继电器外壳等几部 分组成。给定装置包括给定螺帽、平衡弹簧等。压力传 送装置包括人油口管道接头、橡皮膜、及滑杆等。当使 用于机床润滑油泵的控制时，润滑油经管道接头人油口 进入，将压力传送给橡皮膜，当内的压力达到 某给定值时，橡皮膜便受力向上凸起，推动滑杆向上， 压合微动开关，发出控制信号。旋转弹簧上面的给定螺 帽，便可调节弹簧的松紧程度，改变动作压力的大小， 以适应控制系统的需要。 工厂电气控制与可编程控制器

图1-20 压力继电器结构简图 1一微动开关；2一滑杆；3一弹簧； 4一橡皮膜；5一入油口 工厂电气控制与可编程控制器

7 液位继电器

某些锅炉和水柜需根据液位的高低变化来控制水 泵动机的启停，这一控制可由液位继电器来完成。图 1-21为液位继电器的结构示意图。浮筒置于被控锅炉 或水柜内，浮筒的一端有一根磁钢，锅炉外壁装有一 对触点，动触点的一端也有一根磁钢，它与浮筒一端 的磁钢相对应。当锅炉或水柜内的水位降低到极限值 时，浮筒下落使磁钢端绕支点A上翘。由于磁钢同性 相斥的作用，使动触点的磁钢端被斥下落，通过支点 B使触点1-1接通，2-2断开。反之，水位升高到上限 位置时，浮筒上浮使触点2-2接通，1-1断开。显然， 液位继电器的安装位置决定了被控的液位。

工厂电气控制与可编程控制器 图1-21 JYF-02液位继电器 工厂电气控制与可编程控制器 8 干簧继电器

干簧继电器由于其结构小巧、动作迅速、工作稳定、 灵敏度高等优点，近年来得到广泛的干簧继电器的主要部 分是干簧管，它由一组或几组导磁簧片封装在惰性气体( 如氦、氮等气体)的玻璃管中组成开关元件。导磁簧片又 兼作接触簧片，即控制触点，也就是说，一组簧片起开关 电路和磁路双重作用。图1—22为干簧继电器的结构原理 图，其中图(a)表示利用线圈内磁场驱动继电器动作，图 (b)表示利用外磁场驱动继电器动作。在磁场作用下，干 簧管中的两根簧片分别被磁化而相互吸引，接通电路。磁 场消失后，簧片靠本身的弹性分开。

工厂电气控制与可编程控制器 图1—22 干簧继电器的结构原理 工厂电气控制与可编程控制器 干簧继电器特点：

①接触点与空气隔绝，可有效地防止老化和污染， 也不会因触点产生火花而引起附近易燃物的燃烧。 ②触点采用金、钯的合金镀层，接触电阻稳定， 寿命长，为100～1000万次。 ③动作速度快，为1～3ms，比一般继电器快5～10 倍。 ④与永久磁铁配合使用方便、灵活。可与晶体管 配套使用。 ⑤承受电压低，通常不超过250V。 工厂电气控制与可编程控制器 1.4主令电器 1.4主令电器

主令电器是自动控制系统中用来发送控制命令的

电器。常见的主令电器有控制按钮、行程开关、万能 转换开关等。 工厂电气控制与可编程控制器 1按钮

按钮又称控制按钮， 也是一种简单的手

动开关， 通常用于发出操作信号， 接通或断 开电流较小的控制电路， 以控制电流较大的 电动机或其他电气设备的运行。 按钮的结构 和图形符号如图1-23所示， 它由按钮帽、 动 触点、 静触点和复位弹簧等构成。 将按钮帽 按下时， 下面一对原来断开的静触点被桥式 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 一控制回路。

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手指放开后，在弹簧的作用下触点立即 恢复原态。 原来接通的触点称为常闭触点， 原来断开的触点称为常开触点。 因此， 当按 下按钮时， 常闭触点先断， 常开触点后通； 而松开按钮时， 常开触点先断， 常闭触点后 通。 为了标明各个按钮的作用， 避免误操作， 通常将按钮帽做成不同的颜色， 以示区别。 按钮帽的颜色有红、 绿、 黑、 黄、 蓝等， 一般用红色表示停止按钮， 绿色表示起动按 钮。 工厂电气控制与可编程控制器 按按按 弹弹 常常触静 SB

常常触静 桥桥动触静 静触静 (a) (b)

图1-23 按钮结构及其电气符号 (a) 结构图； (b) 符号图 工厂电气控制与可编程控制器 2 行程开关

行程开关又称限位开关， 是一种利

用生产机械某些运动部件的碰撞来发出 控制指令的自动电器， 用于控制生产机 械的运动方向、 行程大小或位置保护等。 行程开关的种类很多， 但其结构基 本一样， 不同的仅是动作的传动装置。 图1-10为行程开关的外形图。 工厂电气控制与可编程控制器

从结构上来看， 行程开关可分为三 部分： 操作机构、 触点系统、 外壳， 其中单轮和径向传动杆式行程开关可自 动复位， 而双轮行程开关不能自动复位。 下图为行程开关的动作原理图。 工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器 SQ 常常 (a) (b) (c) 常常

图1-26 滚轮式行程开关外形图 (a) 单轮旋转式； （b） 双轮旋转式； （c） 电气符号

工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器 行程开关动作原理图 工厂电气控制与可编程控制器

由于半导体元件的出现，产生了一种非接触式的 行程开关，这就是接近开关。当生产机械接近它到 一定距离范围之内时，它就能发出信号，以控制生 产机械的位置或进行计数。 从原理上看，接近开关有高频振荡型、感应电 桥型、霍尔效应型、光电型、永磁及磁敏元件型、 电容型及超声波型等多种形式，其中以高额振荡型 为最常用，占全部接近开关产量的80％以上。我国 生产的接近开关也是高频振荡型的，它包括感应头 、振荡器、开关器、输出器和稳压器等几部分。

工厂电气控制与可编程控制器 3万能转换开关

万能转换开关是一种具有多个操作位置和触点、能 进行多个电路的换接的手动控制电器。它可用于配电装 置的远距离控制、电气控制线路的换接、电气测量仪表 的开关转换以及小容量电动机的起动、制动、调速和换 向的控制，用途广泛，故称为万能转换开关。 典型的万能转换开关由触点座、凸轮、转轴、定位 机构、螺杆和手柄等组成，并由1～20层触点底座叠装 而成，每层底座可装三对触点，由触点底座中且套在转 轴上的凸轮来控制此三对触点的接通和断开。由于各层 凸轮的形状可制成不同，因此用手柄将开关转到不同的 位置，使各对触点按需要的变化规律接通或断开，达到 满足不同线路的需要的目的。 工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器 图1－30

LW6系列万能转换开关 工厂电气控制与可编程控制器 1.5 其他常用低压电器

1熔断器 熔断器是一种用于短路保护的电器，它是由熔体（俗 称保险丝）和安装熔体的绝缘底座或绝缘管等组成。熔断 器的符号如图1－31所示。 熔体呈片状或丝状，用易熔金属材料如锡、铅、铜、 银及其合金等制成，熔丝的熔点一般在200～300℃。熔断 器使用时是串接在要保护的电路上，当正常工作时，熔体 相当于一根导体，允许通过一

定的电流，熔体的发热温度 低于熔化温度，因此长期不熔断；而当电路发生短路或严 重过载故障时，流过熔体的电流大于允许的正常发热的电 流，使得熔体的温度不断上升，最终超过熔体的熔化温度 而熔断，从而切断电路，保护了电路及设备。熔体熔断后 要更换熔体，电路才能重新接通工作。

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熔断器的主要技术参数有：额定电压、熔体的额 定电流、支持件的额定电流、极限分断能力等，见表1 －10所列。 常用的熔断器有瓷插式熔断器 、螺旋式熔断器、 螺旋式快速熔断器及有填料封闭管式熔断器等类型。

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触动 指指电 盖绝 载载载 填填 载熔 载载 熔断器的结构示意图 工厂电气控制与可编程控制器 (a) (b) FU (e) (c) (d) 图1-31 熔断器

(a) 瓷插式熔断器； (b) 无填料封闭管式熔断器； (c) 螺旋式熔断器； (d) 有填料封闭管式熔断器； （e） 电气符号 工厂电气控制与可编程控制器 熔断器的选用:

在照明和电热电路中选用的熔体额 定电流应等于或略大于保护设备的额定 电流， 而保护电动机的熔体为了防止在 起动时被熔断，又能在短路时尽快熔断， 一般可选用熔体的额定电流约等于电动 机额定电流的（1.5～2.5）倍。 工厂电气控制与可编程控制器

2 刀开关 刀开关又称闸刀开关， 是结构最简 单的手动电器， 如图1-32所示， 由静插 座、 手柄、 动触刀、 铰链支座和绝缘底 板组成。 刀开关在低压电路中用于不频 繁接通和分断电路， 或用来将电路与电 源隔离。 按极数不同刀开关分单极（单刀）、 双极（双刀）和三极（三刀）三种， 单 刀和三刀在电路图中的符号如图1-32所 示。 工厂电气控制与可编程控制器 手手 静静静 QS

动触动 铰铰铰静 单动 绝绝绝绝 三动 (a) (a) (b)

图1-32 刀开关的基本结构及电气符号 (a) 结构； (b) 电气符号 工厂电气控制与可编程控制器

封闭式负荷开关(铁壳开关) 封闭式负荷开关(铁壳开关) 工厂电气控制与可编程控制器

3 组合开关 组合开关又称转换开关， 是手动控 制电器。 它是一种凸轮式的作旋转运动 的刀开关。 组合开关主要用于电源引入 或5.5 kW以下电动机的直接起动、 停止、 反转、 调速等场合。 按极数不同， 组合 开关有单极、 双极、 三极和多极结构， 常用的为HZ10系列组合开关。 HZ10系列 组合开关的结构及图形符号如图1-35所示。 工厂电气控制与可编程控制器

手手 转转 弹弹 凸凸 绝绝连 绝绝绝绝 动触双 静触双 接线接 QS (a) (b)

图1-35 HZ10系列组合开关结构图 (a) 外形； （b） 电气符号 工厂电气控制与可编程控制器

4 低压断路器（自动开关） 低压断路器（自动开关） 低压断路器又称自动空气开关、 自动空气 断路器或自动开关， 它是一种半自动开关电器。 当电路发生严重过载、 短路以及失压等故障时， 低压断路器能自动切断故障电路， 有效保护串 接在它后面的电气设备。 在正常情况下， 低 压断路器也可用于不频繁接通和断开的电路及 控制电动机。 低压断路器的保护参数可以人为整定， 使用安全、 可靠、 方便， 是目前使用最广泛 的低压电器之一。 工厂电气控制与可编程控制器

低压断路器按其用途和结构特点可 分为框架式低压断路器、 塑料外壳式低 压断路器、 直流快速低压断路器和限流 式低压断路器等。 下面主要介绍塑料外 壳式和框架式低压断路器。 工厂电气控制与可编程控制器 塑料外壳式低压断路器

塑料外壳式低压断路器又称装置式低压断 路器或塑壳式低压断路器， 一般用作配电线路 的保护开关、 电动机及照明线路的控制开关等。 其外形及内部结构如图1-37所示， 它主要由触 头系统、 灭弧装置、 自动与手动操作机构、 外壳、 脱扣器等部分组成。 根据功能的不同， 低压断路器所装脱扣器主要有电磁脱扣器（用 于短路保护）、 热脱扣器（用于过载保护）、 失压脱扣器、 过励脱扣器以及由电磁和热脱扣 器组合的复式脱扣器等。 脱扣器是低压断路器 的重要部分， 可人为整定其动作电流。 工厂电气控制与可编程控制器

电电电锁电 按按 自自电锁电 动触触 静触触 发电锁电 接线接 (a) (b) (c) (d) QF

图1-37 常用塑壳式低压断路器外形及内部结构图

(a) 外形； (b) DZ5型内部结构； (c) DZ10型外形；(d) 图形符号 工厂电气控制与可编程控制器

塑壳式低压断路器工作原理如图1-38所示。 其中， 触头2合闸时， 与转轴相连的锁扣扣住 跳扣4， 使弹簧1受力而处于储能状态。 正常 工作时， 热脱扣器的发热元件10温升不高， 不会使双金属片弯曲到

顶动6的程度； 电磁脱 扣器13的线圈磁力不大， 不能吸住12去拔动6， 开关处于正常供电状态。 如果主电路发生过载 或短路， 电流超过热脱扣器或电磁脱扣器动作 电流时， 双金属片11或衔铁12将拨动连杆6， 使跳扣4被顶离锁扣3， 弹簧1的拉力使触头2分 离切断主电路。 当电压失压和低于动作值时， 线圈9的磁力减弱， 衔铁8受弹簧7拉力向上移 动， 顶起6使跳扣4与锁扣3分开切断回路， 起 到失压保护作用。 工厂电气控制与可编程控制器 1 2 3 4 13 5

6 12 11 10 78 9 1、7—弹弹；2—触触；3—锁锁； 4—跳锁；5—转转；6—连连； 8、12—衔衔；9—线线；10—发发发发； 11—双双双双；13—电电电锁电

图1-38 DZ型塑壳式低压断路器工作原理图 工厂电气控制与可编程控制器 框架式低压断路器

框架式低压断路器又叫万能式低压 断路器， 主要用于40～100 kW电动机回 路的不频繁全压起动， 并起短路、 过载、 失压保护作用。 其操作方式有手动、 杠 杆、 电磁铁和电动机操作四种， 额定电 压一般为380 V， 额定电流有20～4000 A 若干种。 常用的框架式低压断路器有 DW系列等， 其所有零部件都安装在框 架上， 它的热脱扣器、

电磁脱扣器和失 压脱扣器等保护原理与塑壳式相同。 工厂电气控制与可编程控制器 自动开关的选用原则：

自动开关的额定电压和额定电流应不小于电路的 额定电压和最大工作电流；热脱扣器的整定电流应与 所控制的符号的额定工作电流一致；欠电压脱扣器额 定电压应等于线路额定电压；电磁脱扣器的瞬时脱扣 整定电流应大于负荷电流正常工作时的最大电流。 对于单台电动机，DZ系列自动开关电磁脱扣器的 瞬时脱扣整定电流I z为 I z≥（1.5～1.7） I q 其中：I q为电动机的起动电流。 工厂电气控制与可编程控制器

对于多台电动机，DZ系列自动开关电磁脱扣器的瞬 时脱扣整定电流I z为

Iz≥（1.5 ～ 1.7）Iqmax ＋ 其他电动机额定电流 其中：Iqmax 为最大的一台电动机的起动电流。 工厂电气控制与可编程控制器 5 漏电保护自动开关

漏电保护自动开关又称为漏电自动开关或漏电断 路器，它是作为低压交流电流中的配电、电动机过载 、短路保护、漏电保护等用途。漏电保护自动开关主 要由三部分组成：自动开关、零序电流互感器和漏电 脱扣器。实际上，漏电保护自动开关就是在一般的自 动空气开关的基础上，增加了零序电流互感器和漏电 脱扣器来检测漏电情况。因此，当人身触电或设备漏 电时能够迅速切断故障电路，避免发生人身和设

备受 到危害。

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常用的漏电保护自动开关有电磁式和电子式两大 类。电磁式漏电保护自动开关又分为电压型和电流型。 电流型的漏电保护自动开关比电压型的性能较为 优越，所以目前使用的大多数漏电保护自动开关为电 流型的。下面就介绍电磁式电流型的漏电保护自动开 关。 根据其保护的线路又可分为三相和单相漏电保护 自动开关。 工厂电气控制与可编程控制器 三相漏电保护自动开关

图1－39所示为电磁式电流型的三相漏电保护自 动开关的原理图。 电路中的三相电源线穿过零序电流互感器1的环 形铁心，零序电流互感器的输出端与漏电脱扣器2相 联结，漏电脱扣器的衔铁被永久磁铁吸住，拉紧了释 放弹簧。当电路正常时，三相电流的向量和为零，零 序电流互感器的输出端物输出，漏电保护自动开关处 于闭合状态。 工厂电气控制与可编程控制器

当有人触电或设备漏电时，漏电电流或触电电 流从大地流回变压器的中性点，此时，三相电流的 向量和不为零，零序电流互感器的输出端有感应电 流Is输出，当Is足够大时，该感应电流使得漏电脱 扣器产生的电磁吸力抵销掉永久磁场所产生的对衔 铁的电磁吸力，漏电脱扣器释放弹簧的反力就会将 衔铁释放，漏电闭合自动开关触点动作，切断电路 是触电的人或漏电的设备与电源脱离，起到漏电保 护的作用。三相漏电保护自动开关主要用于动力线 路或照明线路上。

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图1－39 电磁式电流动作型的漏电保护自动开关原理图 工厂电气控制与可编程控制器 单相漏电保护自动开关

对于单相电路的漏电保护自动开关，其保护原理 类似于三相漏电保护自动开关。 不同的是，单相漏电保护自动开关穿过零序电流 互感器的导线是相线和中线。当线路正常时，相线和 中线电流的向量和为零，因此零序电流互感器的铁心 中的磁通也为零，互感器的二次回路无输出，漏电保 护自动开关的触电处于闭合状态；而当出现人身触电 或设备漏电时，相线和中线的矢量和不为零，互感器 的二次侧有输出，如该输出电流大于漏电脱扣器的动 作电流，则漏电脱扣器动作，使漏电保护自动开关的 触点断开，从而切断电路，保护人身和设备的安全。 工厂电气控制与可编程控制器

单相漏电保护自动开关一般用于学校、办公室、 家庭等单相用电线路上，其额定电压为交流220V，额 定电流为15～16A或32A左右，额定动作电流为30mA， 漏电脱扣器动作时间小于0.1s。 工厂电气控制与可编程控制器 漏电保护自动开关的选用原则

①漏电保护开关的额定电压应与电路的工作电压相适 应。 ②漏电保护开关的额定电流必须大于电路的最大工作 电流。 ③漏电动作电流和动作时间应按分级保护原则和线路 泄露电流的大小来选择。 工厂电气控制与可编程控制器

分级保护的原则：

第一级干线保护，是以消除事故隐患为目标的保护， 主要是以消除用电设备外壳带电及单相接地故障。漏电保 护自动开关的漏电动作电流应小于线路单相接地故障电流 （一般单相接地故障为200mA以上），因此干线保护的漏 电保护动作电流可选择在60-120mA之间。 第二级是线路末端线路或设备保护，以防止触电为主 要目标。动作电流应小于人体安全电流。通常取漏电动作 电流在30mA以下，漏电动作时间（从漏电发生到开关动作 完成的全程时间）小于0.1s的漏电保护开关。同时，任何 供电线路和电气设备都有一定的泄露电流，因此漏电开关 的漏电动作电流应考虑大于线路的正常泄露电流。例如， 工厂线路及用电设备可选漏电动作电流为75mA、漏电不动 作电流40mA、漏电全程时间为≤0.1s的漏电保护自动开关 。 工厂电气控制与可编程控制器 漏电保护自动开关的安装和使用

漏电保护开关有单极、两极、三极和四极之分。单极 和两极用于照明电路，三极用于三相对称负荷，四极用于 动力照明线路。 使用和安装时要注意： ①漏电保护开关要安装在通风、干燥环境中，应避免 灰尘和有害气体，远离交流接触器。 ②安装时进线和出线不能接错，相线和中线不能接错 。为了检查漏电保护开关的动作性能，漏电保护开关都设 有试验按钮。安装完毕、漏电开关保护正常供电后，按下 试验按钮，如果脱扣器动作，漏电保护开关打开，则证明 漏电保护开关工作正常，否则必须重新检查接线或更换。

工厂电气控制与可编程控制器 使用和安装时要注意：

③对带有过载短路保护脱扣器的漏电保护开关，安装 时可不必加装熔断器，而对不带短路保护的漏电保护开关 （大多数单极、两极漏电保护开关均属此类），接线时应 在其前加装熔断器。 ④漏电保护开关可用于接地保护电网，但用了漏电保 护开关后，系统零线不得重复接地。对接零保护线路安装 漏电保护开关时，中性线应穿过零序电流互感器，但保护 接零线不得穿过零序电流互感器。 ⑤为了防止漏电保护开关误动作，不能将未安装漏电 保护开关的设备和安装了漏电保护开关的设备共用一套接 地装置，各个被保护支路应有各自的专用零线，相邻保护 支路的零线不能就近相接等。 工厂电气控制与可编程控制器

２ 继电器－接触器控制系统的 基本控制电路

在工业、农业、交通运输等部门中，广泛使用着 各种生产机械，它们大都以电动机作为动力来进行拖 动。电动机是通过某种自动控制方式来进行控制的， 最常见的是继电接触器控制方式，又称电气控制。 电气控制线路是把各种有触点的接触器、继电器、 按钮、行程开关等电器元件，用导线按一定方式连接 起来组成的控制线路。它的作用是：实现对电力拖动 系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控制， 实现对拖动系统的保护，满足生产工艺要求，实现生 产过程自动化。 工厂电气控制与可编程控制器 2.1 组成电气控制线路的基本环节

1自锁控制工作原理

图2-1所示为三相异步电动机单向全压启动、停止 控制线路。主电路由刀开关QS、熔断器FU、接触器 KM的主触点、热继电器FR的热元件和电动机M构成。 控制回路由常闭触点FR、停止按钮SB1、启动按钮SB2、 接触器线圈KM和常开触点KM组成，这也是最典型最 好的启动、停止控制线路。

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图2-1 三相异步电动机单向全压启动、停止控制线路 工厂电气控制与可编程控制器

自锁控制的工作原理分析： 自锁控制的工作原理分析

启动时，合上QS，按下按钮SB2，则KM线圈有电 ，接触器KM吸合，主触点闭合，电动机接通电源开始 全压启动，同时KM的辅助常开触点也闭合，使KM吸 引线圈经两条路通电。这样，当松手SB2复位跳开时， KM线圈照样通电处于吸合状态，使电动机进入正常运 行。这种依靠接触器自身的触点保持通电的现象称为自 锁。 要使电动机停止运转，只要按一下停止按钮SB1即 可，按下SB2，线圈KM断电释放，则KM的主触点断开 电源，电动机自停车到转速为零，同时辅助常开触点也 断开，控制回路解除自锁，所以手松开按钮，控制回路 也不能再自行启动。 工厂电气控制与可编程控制器 电路的几种保护

①短路保护 熔断器FU是作为主电路短路保护用的， 但达不到过载保护的目的。这是因熔断器的规格是根据电 动机的启动电流大小作适当

选择的，另一方面熔断器的保 护特性分散性很大，即使是同一种规格的熔断器，其特性 曲线也往往很不相同。 ②过载保护 热继电器FR是作为过载保护用的。由于 继电器热惯性很大，即使热元件流过几倍的额定电流，热 继电器也不会立即动作，因此在电动机启动时间不长的情 况下，热继电器是不会动作的。只有过载时间比较长，热 继电器动作，常闭触点FR断开，接触器KM线圈失电跳闸 、主触点KM断开主电路，电动机停止运转，实现了电动 机的过载保护。 工厂电气控制与可编程控制器 电路的几种保护

③欠压保护和失压保护 依靠接触器本身实现。当 电源电压低到一定程度或失电，接触器KM就会释放， 主触点把主电源断开，电动机停止运转。这时如果电 源恢复，由于控制电路失去自保，电动机不会自行启 动。只有操作人员再次按下启动按钮SB2，电动机才 SB2 会重新启动，这又叫零压保护。 欠压保护可以避免电机在低压下运行损坏电机零压保护一方面可以避免电动机同时启动而造成电源 电压严重下降；另一方面防止电动机自行再启动运转 而可能造成的设备和人身事故。 工厂电气控制与可编程控制器

2互锁控制工作原理 各种生产机械常常要求具有上下、左右、前后等相反 方向的运动，这就要求电动机能正反向工作。三相异步电 动机可借助正反向接触器改变定子绕组相序来实现正反向 工作，其线路如图2-2所示。当误操作同时按正反向按钮 SB2和SB3时，若采用图2-2(a)所示线路，将造成短路故障 ，如图中虚线所示，因此正反向工作间需要

有一种联锁关 系。通常采用图2-2(b)所示的电路，将其中一个接触器的 常闭触点串入另一个接触器线圈电路中，则任一接触器线 圈先带电后，即使按下相反方向按钮，另一接触器也无法 得电，这种联锁通常称为“互锁”，即二者存在相互制约 的关系。图2-2(c)所示的电路可以实现不按停止按钮，直 接按反向按钮就能使电动机反向工作。 工厂电气控制与可编程控制器

图2-2 三相异步电动机正反向工作的控制线路 工厂电气控制与可编程控制器 3 联锁控制工作原理 点动与长动的联锁控制

在生产实践中,有的生产机械需要点动控制,有的生产机 械既需要能正常工作,又需要能点动控制。图2-3示出了几 种实现点动的控制线路,其主电路与图2-1相同。 工厂电气控制与可编程控制器 图2-3 实现点动的几种控制线路 工厂电气控制与可编程控制器 多地点、多条件连锁控制 多地点、

有些机械和生产设备,由于种种原因,常要在两地或 两个以上的地点进行操作。例如:重型龙门刨床,有时在 固定的操作台上控制,有时需要站在机床四周用悬挂按 钮控制;自电梯,人在电梯厢里时由里面控制,人未上电梯 厢前在楼道上控制;有些场合,为了便于集中管理,由 控制台进行控制,但每台设备调整检修时,又需要就地进 行机旁控制等等。

用一组按钮可一处进行控制，不难推想,要在两地 进行控制，就应该有两组按钮，而且这两组按钮的连接 原则必须是：常开按钮要并联,即逻辑“或”的关系;常 闭停止按钮应串联,即逻辑“与非”的关系。图2-4所示 就是实现两地控制的控制电路。这一原则也适用于三地 或更多地点的控制。

工厂电气控制与可编程控制器 图2-4多地点控制线路 工厂电气控制与可编程控制器 实现按顺序工作时的联锁控制

生产实践中常要求各种运动部件之间能够实现按 顺序工作。例如车床主轴转动时要求油泵先给齿轮箱 供油润滑，即要求保证润滑泵电动机启动后主拖动电 动机才允许启动，也就是控制对象对控制线路提出了 按顺序工作的联锁要求。图2-5(a)所示是将油泵电动 机接触器KMl的常开辅助触点串入主拖动电动机接触 器KM2的线圈电路中来实现的。改用图2-5(b)的接法 可以省去KM1的常开触点，使线路得到简化。 工厂电气控制与可编程控制器 图2-5按顺序工作时的联锁控制 工厂电气控制与可编程控制器

图2-6所示是采用时间继电器、按时间顺序启动的控 制线路。线路要求电动机M1启动t秒后,电动机M2自动启 动。可利用时间继电器的延时闭合常开触点来实现。

图2-6 采用时间继电器的顺序启动控制线路

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4自动循环控制 在现代化工业生产中,为了提高劳动生产率、降低成 本、减轻工人的劳动负担,要求实现整个生产工艺过程全 盘自动化。例如，机床的自动进刀、自动退刀、工作台往 复循环等加工过程自动化，高炉实现整个炼铁过程的自动 化等等。 由于自动化程度的提高，只用简单的联锁控制已不能 满足要求，需要根据工艺过程特点进行控制。下面以钻孔 加工过程自动化为例介绍自动循环控制工作原理。 工厂电气控制与可编程控制器

图2-7示出钻削加工时刀架的自动循环过程。 图2-7 刀架的自动循环 工厂电气控制与可编程控制器 图2-8 刀架自动循环的控制线路 工厂电气控制与可编程控制器 2.2 电气线路中的保护措施 .

1 短路保护 因为短路电流会引起电气设备绝缘损坏和产生强大的 电动应力使电机绕组和电路中的各种电气设备产生机械性 损坏,因此,当电路出现短路电流或者数值上接近短路电流 的时候,必须依靠短路保护装置可靠而迅速地开断电路。 而且,这种短路保护装置不应受启动电流的影响而动作。 2 过电流保护 不正确启动和过大的负载转矩常常引起电动机很大的 过电流,由此引起的过电流一般比短路电流小。 工厂电气控制与可编程控制器

3 热保护 为了防止电动机因长期超载运行，电机绕组的温升 超过允许

值而损坏，所以要采取热保护。这种保护装置具 有这样的特点：负载电流愈大,电器动作时间愈快，但又 不应受电机启动电流的影响而误动作，这种保护装置通常 用得最多的为热继电器。由于热惯性的关系，热继电器不 会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动 作。当电路为8-10倍额定电流通过时，热继电器需1-3S才 动作，这样在热继电器未动作之前，可能使热继电器的发 热元件和电路中的其他设备已烧毁，所以在使用热继电器 作热保护的同时，还必须装有熔断器或过电流继电器的短 路保护装置。并且熔体的额定电流不应超过4倍热继电器 发热元件的额定电流，而过电流继电器的动作电流不应超 过6～7倍热继电器发热元件的额定电流。 工厂电气控制与可编程控制器

4 零电压和欠电压保护 在电动机正常工作时，如果因为电源电压的消失而使 电动机停转，那么在电源电压恢复时电动机就可能自动启 动，电动机的自启动可能造成人身事故或设备事故。对电 网来说，许多电动机自启动会引起不允许的过电流及电压 降。防止电压恢复时电动机自启动的保护叫零压保护。 在电动机运转时，电源电压过分地降低会引起电动机 转速下降甚至停转。同时，在负载转矩一定时，电流就要 增加。此外，由于电压的降低将引起一些电器的释放，造 成电路不正常工作，可能产生事故。因此需要在电压下降 达到最小允许电压值时将电动机电源切除，这就叫欠电压 保护。 一般采用电压继电器来进行零电压和欠电压保护。电 压继电器的吸合电压通常整定为0.8～0.85URT，继电器的 释放电压通常整定为0.5～0.7URT。

工厂电气控制与可编程控制器 图2-9 电动机的常用保护 工厂电气控制与可编程控制器

2.3 鼠笼式异步电动机的启动控制线路 .3

通常对中、小容量的异步电动机均采用直接启动方 式，启动时将鼠笼式电动机的定子绕组直接接在交流 电源上，电动机在额定电压下直接启动。对于大容量 的电动机，当电动机容量超过其供电变压器的某定值 (变压器只供动力用时取25％；变压器供动力和照明公 用时取5%，一般应采用降压启动方式，以防止过大的 启动电流引起电源电压的下降。

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1 直接启动的控制线路 直接启动时， 直接启动时，电动机不可逆运转与可逆运转的控 制线路如前面所述。 制线路如前面所述。 工厂电气控制与可编程控制器

2 串电阻启动的控制线路 此启动方法适应于中等容量的鼠笼式异步电动 机要求平稳启动的场合。刚启动时，利用电阻电压 降低加在电动机定子上的电压，了启动电流。 当电动机转速接近额定转速时，再将降压电阻R短 接，定子绕组承受额定电压，使电动机全压运转， 这种降压启动的自动控制线路如图2-10所示。 工厂电气控制与可编程控制器 图2-10 定子串电阻降压启动控制线路 工厂电气控制与可编程控制器

串电阻启动的 优点 ：在于按时间原则切除电阻， 动作可靠；降压启动提高了功率因数，有利于电网质 量。电阻价格低廉，结构简单。 缺点 ：电阻上功率损耗大。通常仅在中小容量电 动机不经常启停时采用这种方式。

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3 串自耦变压器启动的控制线路 串自耦变压器降压启动的控制线路如图2-11所示 。这一线路的设计思想和串电阻启动线路基本相同， 也是采用时间继电器完成按时动作，所不同是启动时 串入自耦变压器，启动结束时自动切除。 工厂电气控制与可编程控制器

图2-11 定子串自耦变压器降压启动控制线路 工厂电气控制与可编程控制器

串联自耦变压器启动和串电阻启动相比， 其优点是在同样的启动转矩时，对电网的电流冲 击小，功率损耗小。 缺点是自耦变压器相对电阻结构复杂，价格 较高。这种线路主要用于启动较大容量的电动机， 以减小启动电流对电网的影响。 工厂电气控制与可编程控制器

4 星形—三角形启动的控制 这一线路的设计思想仍是按时间原则控制启动 过程，所不同的是启动时将电动机定子绕组接成星 形，加在电动机每相绕组上的电压为额定值的1/3 ，从而减小了启动电流对电网的影响。待启动后按 预先整定的时间换接成三角形接法，使电动机在额 定电压下正常运转。星形-三角形降压启动线路如 图2-12所示。

工厂电气控制与可编程控制器 图2-12 星形-三角形降压启动电路 工厂电气控制与可编程控制器

星形-三角形启动的 优点 在于星形启动电流只是 原来三角形接法的1/3，启动电流特性好、结构简单、 价格低。 缺点是启动转矩也相应下降为原来三角形接法的 1/3，转矩特性差，因而本线路适用于电网电压380V， 额定电压660/380V，Y/△接法的电动机轻载启动的场 合。 工厂电气控制与可编程控制器

5 延边三角形降压启动的控制线路 这一电路的设计思想是兼取星形连接与三角形连 接的优点，以期完成更为理想的启动过程。其转换 过程仍按照时间原则来控制。如前所述，三角形启 动有很多优点，但不足的是启动转矩太小，设想如 果能兼取星形接法启动电流小、而三角形接法启动 转矩大的优点，可在启动时将电动机定子绕组的一 部分接成星形(如图2-13(b)中1～7，2～4，3～9)， 另一部分接成三角形(如图2-13(b)中4～7，5～8，6 ～9所示)。在启动结束以后，再换接成三角形接法( 如图2-13(c)所示)。 工厂电气控制与可编程控制器

图2-14延边三角形降压启动的控制线路 工厂电气控制与可编程控制器

（a）原始状态；(b)延边三角形连接；(c)三角形连接 图2-13 延边三角形-三角形电动机绕组连接 工厂电气控制与可编程控制器

2．4 鼠笼式异步电动机的制动控制线路 ．

制动方式有电气的方法和电气机械结合的方法。前者 如反接制动，能耗制动；后者如电磁机械抱闸。 1 反接制动控制线路

由于反接制动电流较大，当电机容量较大，制动时则 需在定子回路中串人电阻降压以减小制动电流。当电动机 容量不大时，可以不串制动电阻以简化线路。这时，可以 考虑选用比正常使用大一号的接触器以适应较大的制动电 流。 由于反接制动采用了速度继电器，按转速原则进行制动控 制，其制动效果较好，使用也较方便，鼠笼电动机制动常 采用这一方式，如图2-15所示。 工厂电气控制与可编程控制器

图2-15 电动机可逆运行的反接制动控制线路 工厂电气控制与可编程控制器

2 能耗制动的控制线路 能耗制动的控制线路的设计思想是制动时在定子绕组 中任意两相通入直流电流，形成固定磁场，它与旋转着的 转子中的感应电流相互作用，从而产生制动转矩，制动时 间由时间继电器来控制。 能耗制动控制线路如图2-16所示。 工厂电气控制与可编程控制器 图2-16 能耗制动控制线路 工厂电气控制与可编程控制器

能耗制动与反接制动相比，由于制动是利用转子 中的储能进行的，因中KSF和KSR是速度继电器KS的 两组常开触点，正转时KSF闭合，反

转时KSR闭合。 此能量损耗小，制动电流较小，制动准确，适用于要 求平稳制动的场合，但需要整流电源，制动速度也较 反接制动慢一些。 工厂电气控制与可编程控制器

3 电磁抱闸制动 在制动时，将制动电磁铁的线圈接通，通过机械 抱闸制动电机，有时还可将电磁抱闸制动与能耗制动 同时使用，以弥补能耗制动转矩较小的缺点，加强制 动效果。 工厂电气.5 调速控制线路 .

在电气控制线路中，对于鼠笼式交流电动机其转 速公式为 n = 60 f (1-s)/P

因此调速的方法有： a.改变极对数p——变极调速； b.改变转差率S——串级调速； c.改变频率f—变频调速。 下面介绍鼠笼式交流电动机变极调速及绕线型电 动机在转子中分级串电阻调速。 。 工厂电气控制与可编程控制器

1 变极调速控制线路 这一线路的设计思想是通过改变电机绕组的接线 方式来达到调速目的。速度的调节即接线方式的改变， 也是采用时间继电器按照时间原则来完成的。 变极电动机一般有双速、三速、四速之分，双速 电动机定子装有一套绕组，三速、四速则为两套绕组。 工厂电气控制与可编程控制器 图2-17 双速电动机三相绕组连接图 工厂电气控制与可编程控制器

双速电动机调速控制线路如图2-18所示 图2-18 双速电动机调速控制线路图

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2 绕线式电动机转子串电阻的调速控制线路 绕线式电动机可以在转子中串电阻启动，以减小 启动电流，也可以在转子中串入不同阻值的电阻运转， 使电动机工作在不同的人为特性上，以获得不同的转 速，实现调速的目的。分段串电阻通常可用主令控制 器来实现。 工厂电气控制与可编程控制器

3 其他调速方式 交流电动机除上述常用的简单调速方式外，还有 一些其他方式，如可控硅调压调速、变频调速以及滑 差电机调速等。 工厂电气控制与可编程控制器 2．6 组合机床控制电路基本环节 ． 1 组合机床的产生

通用机床在加工大批量、多工序的零件时，不易实现 多刀、多面同时加工，而只能一道工序一道工序进行，其 生产效率低，加工质量不稳定，加工精度较低，操作频繁， 工人劳动强度大。为改善生产条件，满足生产发展的专业 化、自动化，人们在生产实践中不断创造、不断改进，逐 步形成了各类专用机床。专用机床是为完成工件某一道或 几道工序的加工而设计制造的。一般采用多刀加工，具有 自动化程度高，生产效率高，加工精度稳定，机床结构简 单、操作方便等优点。但当零件结构与尺寸改变时，须重 新调整机床或重新设计、制造，不利于产品的更新换代。 专用机床是单独设计制造的，生产周期长，成本高，使用 受到一定。 工厂电气控制与可编程控制器

为了克服专用机床的弊端，在生产中发展了一种 新型的加工机床———组合机床。它以通用部件为基 础，配合少量的专用部件组合而成。具有结构简单、 生产效率和自动化程度高的特点，一旦被加工零件的 结构尺寸、形状发生变化时，能较快地进行重新调整， 组合成新的机床，有利于产品的更新，目前已获得广 泛应用，在大批量生产(如汽车、拖拉机、柴油机、 电动机等行业)中发挥了巨大作用。 组合机床主要由通用部件装配组成，各种通用部 件的结构虽有差异，但它们在组合机床上的工作却是 协调的，能发挥较好的效果。 工厂电气控制与可编程控制器

组合机床经常是从几个方向对工件同时进行加工的， 它的加工工序是很集中的。对各个部件的运动(动作)顺序、 速度、起动、停止、正向、反向、前进、后退等均应协调 配合按一定程序自动或半自动地进行。各部件之间的相互 位置以及各个环节均要进行精心调整，避免在大批量加工 生产中造成严重经济损失。图2-19为单工位三面复合式组 合机床结构示意图。

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图2-19 单工位三面复合式组合机床结构示意图 工厂电气控制与可编程控制器

2 多台电动机同时起动的控制电路 组合机床通常是多刀、多面对工件进行加工的， 为了提高生产效率，常常要求几台电动机同时起动， 而在安装调整时，又要求这些电动机能单独工作，以 便单独进行调整。图2-20为多台电动机同时起动控制 电路。

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图2-20 多台电动机同时起动的控制电路 工厂电气控制与可编程控制器

3 两台动力头同时起动、退至原位、同时与分别停机的 电路

(一)两台动力头电动机同时起动与停机的控制电路 当两台动力头加工时间相差不大、辅助时间较长时， 为了装卸工件的安全和操作方便，可使两个动力头电动机 同时起动、同时停机。图2-21为两台电动机同时起动与停 机的控制电路。 工厂电气控制与可编程控制器

图2-21 两台电动机同时起动与停机的控制电路 工厂电气控制与可编程控制器

(二)两台动力头电动机同时起动、分别停机的控制电路 两台动力头的加工循环周期相差悬殊、辅助时间也 较长，为了节省电能，可使动力头电动机分别停机。图222为两台动力头电动机同时起动、分别停机的控制电路。

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图2-22 两台电动机同时起动，分别停机的控制电路 工厂电气控制与可编程控制器

4 主轴不转时引人和退出的控制电路 组合机床在加工中有时要求进给电动机拖动的动 力部件，在主轴不旋转的状态下向前运动，当运动到 接近工件加工部位时，主轴才开始起动。加工结束， 动力头退离工件

时，主轴即停转，而进给电动机当动 力部件退回到原位后才停止。并要求在加工过程中， 主轴电动机与进给电动机两者之间要互锁，以达到保 护刀具、工件和设备安全的目的。 图2-23为主轴不转时引入和退出的控制电路。

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图2-23 主轴不转时，引入与退出控制电路 工厂电气控制与可编程控制器

5 危险区自动切断电动机的控制电路 组合机床加工工件时，往往从几个加工面用多把刀 具同时进行，此时就有可能出现刀具在工件内部发生 相撞的危险，这个区域称为“危险区”。 图2-24为加工交叉孔零件，用两把钻头从工件相 互垂直的两表面同时进行钻削加工，当钻头加工至两 孔相连接的位置时，可能出现两钻头相撞事故。为此 ，在两钻头进入危险区之前，其中一台动力头暂停进 给，另一台动力头则继续加工，直至加工结束退离危 险区，再起动暂停进给的那一台动力头继续加工，直 至全部加工完成。其控制电路如图2-25所示。 工厂电气控制与可编程控制器 图2-24 危险区加工示意图

图2-25 危险区自动切断电动机的控制电路 工厂电气控制与可编程控制器

图2-26 两台动力头分别起动的控制电路 工厂电气控制与可编程控制器 3 电气控制在生产中的应用

本章通过分析典型机械设备的电气控制系统,一方 面进一步学习掌握电气控制电路的组成以及各种基本 控制电路在具体的电气控制系统中的应用,同时学习掌 握分析电气控制电路的方法,提高阅读电路图的能力, 为进行电气控制系统的设计打下基础;另一方面通过了 解一些具有代表性的典型机械设备电气控制系统及其 工作原理,从而为实际工作中机械设备电气控制电路的 分析、调试及维护作参考。 工厂电气控制与可编程控制器

进行设备电气控制系统分析时,应注意如下几个相关 方面的内容: 1 机械设备概况调查 应了解被控设备的结构组成及工作原理、设备的传动 系统类型及驱动方式、主要技术性能及规格、运动要求。 2 电气设备及电气元件选用

明确电动机作用、规格和型号以及工作控制要求,了 解所用各种电器的工作原理、控制作用及功能,这里的电 气元件包括各类主令信号发出元件和开关元件〈如按钮、 选择开关、各种位置和限位开关等〉F各种继电器类的控 制元件〈如接触器、中间继电器、时间继电器等〉; 各种电气执行件(如电磁离合器、电磁换向阀等)，以及 保证线路正常工作的其它电气元件〈如变压器、熔断器、 整流器等)。 工厂电气控制与可编程控制器

3机械设备与电气设备和电气元件的联接关系 在了解被控设备和采用的电气设备、电气元件的基 本状况的基础上,还应确定两者之间的联接关系,即信息 采集传递和运动输出的形式和方法。信息采集传递是通 过设备上的各种操作手柄、撞块、挡铁及各种现场信息 检测机构作用

在主令信号发出元件上,将信号采集传递 到电气控制系统中,因此其对应关系必须明确。运动输 出由电气控制系统中的执行件将驱动力送到机械设备上 的相应点,以实现设备要求的各种动作。 工厂电气控制与可编程控制器 机械设备电气控制系统的分析步骤:

设备运动分析 对由液压系统驱动的设备还需进行液压系统工作 状态分析。 主电路分析 确定动力电路中用电设备的数目、接线状况及 控制要求,控制执行件的设置及动作要求,如交流接触 器主触头的位置,各组主触头分、合的动作要求,限流 电阻的接入和短接等。 控制电路分析 分析各种控制功能的实现。 工厂电气控制与可编程控制器 3．1 车床的电气控制电路 ．

卧式车床是机械加工中广泛使用的一种机床,可以用 来加工各种回转表面、螺纹和端面。卧式车床通常由一台 主电动机拖动,经由机械传动链,实现切削主运动和刀具进 给运动的输出,其运动速度由变速齿轮箱通过手柄操作进 行切换-刀具的快速移动、冷却泵和液压泵等,常采用单独 电动机驱动。不同型号的卧式车床,其主电动机的工作要 求不同,因而由不同的控制电路构成,但是 由于卧式车床 运动变速是由机械系统完成的,且机床运动形式比较简单, 相应的控制电路也比较简单,本节以C650卧式车床电气控 制系统为例,进行控制电路的分析。 工厂电气控制与可编程控制器 图3-1 卧式车床外观图

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1 机床结构及工作要求 C650卧式车床属于中型车床,可加工的最大工件回转 直径为102Omm,最大工件长度为3000mm,机床的结构形式如 图3-1所示。

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2 电力拖动及控制要求 (1)主电动机Ml(功率为3OKW),完成主轴主运动和刀具 进给运动的驱动,电动机采用直接起动的方式起动,可正反 两个方向旋转,并可进行正反两个旋转方向的电气停车制 动。为加工调整方便,还具有点动功能。 (2)电动机M2拖动冷却泵,在加工时提供切削液,采用直 接起动停止方式,并且为连续工作状态。 工厂电气控制与可编程控制器

3 机床电气控制系统分析 C650型普通车床的电气控制系统电路如图3-2所示。

图3-2 C650车床控制电路 工厂电气控制与可编程控制器

a）主电动机正反转及点动控制电路 b）主电动机制动控制电路 图3-3 控制主电动机的基本控制电路 工厂电气控制与可编程控制器 3．2 磨床的电气控制系统 ．

磨床是以砂轮周边或端面对工件进行磨削加工 的精密机床,它不但能加工一般金属材料,而且能加 工一般金属刀具难以加工的硬材料(如淬火钢、硬 质合金等)。利用磨削加工可以获得较高加工精度 和光洁度,而

且其加工裕量较其他加工方法小得多, 所以磨床广泛地应用于零件的精加工。为了适应磨 削各种加工表面、工件形状及生产批量的要求,磨 床的种类很多,如平面磨床、外圆磨床、内圆磨床、 无心磨床以及一些专用磨床。 这里以M7120平面磨床为例,介绍使用较广的平 面磨床电气控制系统。

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1 主要结构及运动形式 M7120平面磨床是卧轴矩形工作台,主要由床身、工 作台、电磁吸盘、砂轮箱(又称磨头)、滑座、立柱等部分 组成,图3-4是其构造示意图。 工厂电气控制与可编程控制器

2 对电力拖动及控制的要求 根据磨床的运动特点及工艺要求,对电力拖动及控制 有如下要求: ①由于砂轮的旋转运动一般不要求调速,由一台三相交 流异步电动机拖动即可;且砂轮电动机、液压泵电动机和 冷却泵电动机都只要求单方向旋转。 ②砂轮升降电动机要求能正、反转。 ③冷却泵电动机应在砂轮电动机启动后才运转。 ④保护环节应包括短路保护、电动机过载保护、零压保 护、电磁吸盘欠压保护。 ⑤电磁吸盘应有去磁控制。 ⑥应有必要的指示信号及照明灯。 工厂电气控制与可编程控制器

3电气控制系统分析 图3-5是M7120平面磨床的电气控制系统原理图。 工厂电气控制与可编程控制器 电磁吸盘电路及其控制

工厂电气控制与可编程控制 3.3 钻床的电气控制 .3

钻床是一种用途较广的万能机床,可以用来钻孔、 扩孔、饺孔、攻螺纹及修刮端面等多种形式的加工。 钻床按用途和结构可分为立式钻床、台式钻床、摇臂 钻床、多轴钻床、深孔钻床、卧式钻床及其它专用钻 床等。在各类钻床中,摇臂钻床操作方便、灵活,适用 范围广,具有典型性。下面以Z3040型摇臂钻床为例,分 析其电气控制。 工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器

1摇臂钻床的主要结构及运动情况 摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、 主轴箱及工作台等部分组成,如图3-6所示。内立柱固 定在底座的一端,在它外面套着外立柱,外立柱可绕内 立柱回转360°,摇臂的一端为套筒,它套在外立柱上, 借助丝杠的正反转可使摇臂沿外立柱作上下移动,由于 该丝杠与外立柱连为一体,而升降螺母固定在摇臂上, 所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是 一个复合部件,它由主传动电动机、主轴和主轴传动机 构、进给和变速机构以及机床的操作机构等部分组成 。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上,可以通过手轮操作 使其在水平导轨上沿摇臂移动。 工厂电气控制与可编程控制器

钻削加工时,主轴旋转为主运动;主轴的纵向进给 为进给运动。此时,主轴箱由夹紧接置将其紧固在摇 臂水平导轨上,外立柱紧固在内立柱上,摇臂紧固在外 立柱上,然后进行钻削加工,辅助运动有:摇臂沿外立 柱的垂直移动;主轴箱沿摇臂长度方向的水平移动;摇 臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。

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2摇臂钻床的电力拖动特点及控制要求 (1)摇臂钻床运动部件较多,为简化传动装置,采用 多电动机拖动。 (2)摇臂钻床为适应多种形式的加工,要求主轴及进 给有较大的调速范围。 主轴一般速度下的钻削加工常为恒功率负载;而低 速时主要用于扩孔、饺孔、攻螺纹等加工,这时则为恒 转矩负载。 (3)摇臂钻床的主运动与进给运动皆为主轴的运动, 为此这两种运动由一台主轴电动机拖动,分别经主轴传 动机构、进给传动机构实现主轴旋转和进给。所以主 轴变速机构与进给变速机构都装在主轴箱内。

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(4)为加工螺纹,主轴要求正、反转。摇臂钻床主 轴正反转一般采用机械方法来实现,这样主轴电动机 只需单方向旋转。 (5)摇臂的升降由升降电动机拖动,要求电动机能 正、反转。 工厂电气控制与可编程控制器

(6)内外立柱的夹紧与放松、主轴箱与摇臂的夹紧 与放松可采用手柄机械操作、电气一机械装置、电气 一液压装置或电气一液压一机械装置等控制方法来实 现。若采用液压装置则备有液压泵电动机,拖动液压泵 供出压力油来实现。 (7)摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹 紧的程序进行。因此,摇臂的夹紧放松与摇臂升降按自 动控制进行。 (8)根据钻削加工需要,应有冷却泵电动机拖动冷却 泵,供出冷却液进行刀具的冷却。 (9)具有机床安全照明和信号指示。 (10)具有必要的联锁和保护环节。

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3 Z3040型摇臂钻床的电气控制 Z3040型摇臂钻床在机械上有两种结构型式,相应 的电气控制也有两种型式,下面以沈阳生产的Z3040型 摇臂钻床为例进行分析。 工厂电气控制与可编程控制器 图3-7 Z3040型摇臂钻床电路图 工厂电气控制与可编程控制器 3．4 铣床的电气控制电路 ．

X62W型万能升降台铣床,可用于平面、斜面和沟 槽等加工,安装分度头后可铣切直齿齿轮、螺旋面,使 用圆工作台可以铣切凸轮和孤形槽,是一种常用的通用 机床。 一般中小型铣床都采用三相笼型异步电动机拖动, 并且主轴旋转主运动与工作台进给运动分别由单独的 电动机拖动。铣床主轴的主运动为刀具的切削运动,它 有顺铣和逆铣两种加工方式；工作台的进给运动有水 平工作台左右(纵向)、前后(横向)以及上下(垂直)方 向的运动,有圆工作台的回转运动,这里以X62W型铣床 为例,分析中小型铣床的控制电路。 工厂电气控制与可编程控制器

1机床的主要结构和运动形式 X62W型铣床的结构简图如图3-8a所示,由床身1 、悬梁2、刀杆支架3、工作台5和升降台6等组成,刀 杆支架3上安装与主轴相连的刀杆及铣刀,以进行切削 加工,顺铣时刀具为一转动方向,逆铣时为另一转动方 向；床身前面有垂直导轨,升降台6带动工作台5可沿 垂直导轨上下移动,完成垂直方向的进给,升降台6上 的

水平工作台还可在左右(纵向)方向上移动进给以及 在横向移动进给;回转工作台可单向转动。进给电动 机经机械传动链传动,通过机械离合器在选定的进给 方向驱动工作台移动进给,进给运动的传递示意图见 图3-8b。

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图3-8 铣床结构及运动简图 a〉铣床结构简图 b〉运动传递简图 床身(立柱) 2-悬梁 3-刀杆支架 4-主轴 5-工作台 6-升降台

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2电力拖动和控制要求 机床的主轴主运动和工作台进给运动分别由单独 的电动机拖动,并有不同的控制要求。 (1)主轴电动机M1(功率7.5KW),空载时直接起动,为 满足顺铣和逆铣工作方式的要求,能够正转和反转,为 提高生产率,采用电磁制动器进行停车制动,同时从安 全和操作方便考虑,换刀时主轴也处于制动状态,主轴 电动机可在两处实行起停等控制操作。 (2)工作台进给电动机M2,直接起动,为满足纵向、 横向、垂直方向的往返运动,要求电动机能正反转,为 提高生产率,要求空行程时可快速移动。从设备使用安 全考虑,各进给运动之间必须联锁,并由手柄操作机械 离合器选择进给运动的方向。 工厂电气控制与可编程控制器

(3)电动机M3拖动冷却泵,在铣削加工时提供切削 液。 (4)主轴与工作台的变速由机械变速系统完成。 变速过程中,当选定啮合的齿轮没能进

入正常啮合时 ,要求电动机能点动至合适的位置,保证齿轮能正常 啮合。 (5)加工零件时,为保证设备安全,要求主轴电动 机起动以后,工作台电动机方能起动工作。 工厂电气控制与可编程控制器

3 控制电路分析 X62W型铣床控制电路如图3-9所示。图中电路可划 分为主电路、控制电路和信号照明电路三部分。 工厂电气控制与可编程控制器

图3-9 X62W型万能升降台铣床控制电路 工厂电气控制与可编程控制器 3．5 镗床的电气控制 ．

镗床是一种精密加工机床,主要用于加工精确度高 的孔,以及各孔间距离要求较为精确的零件,如一些箱 体零件,变速箱、主轴箱等。往往在其上要加工多个 尺寸不同的孔,且这些孔的孔径大、精度高,对孔的同 轴度、垂直度、平行度及孔间距离等均有精确要求。 这些都是钻床难以胜任的。由于镗床刚性好,其可动 部分在导轨上活动间隙小,且可附加支承,故能满足上 述要求。 工厂电气控制与可编程控制器

镗床除镗孔外,在万能镗床上还可以钻孔、饺孔 、扩孔;用镗轴或平旋盘铣削平面；加上车螺纹附件 后,还可以车削螺纹;装上平旋盘刀架可加工大的孔 径、端面和外圆。因此,镗床加工范围广、调速范围 大、运动部件多。 按用途不同,镗床可分为卧式镗床、立式镗床、 坐标镗床、金刚镗床和专门化镗床等。下面以常用 的卧式镗床为例进行分析。

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1卧式镗床的结构、运动形式和拖动特点 卧式镗床的结构、 图3-13为卧式镗床外形图。卧式镗床主要由床身 、前立柱、镗头架、后立柱、尾座、下溜板、上溜板 和工作台等部分组成。 图3-13 卧式镗床外形图 工厂电气控制与可编程控制器

2T68型卧式镗床电气控制 图3-14为T68型卧式镗床电气控制电路图。 工厂电气控制与可编程控制器 3．6 深钻孔组合机床的电气控制 ．

组合机床常用于加工深孔,其钻孔深度与钻头直 径之比往往在10倍以上,因此,在钻深孔过程中排屑和 冷却成为主要问题。采用分级进给的加工方式,可以 使切屑顺利排出,钻头也得到较好的冷却。所谓分级 进给加工,是将被加工孔的深度分为数段进行加工,每 次进给仅加工其中的一段深度,每段加工后,钻头就退 出工件,进行排屑和冷却,这样往复多次加工直至加工 完成,孔深达到要求,钻头退回原位,其工作循环图如 图3-15所示。

工厂电气控制与可编程控制器 图3-15 深孔钻工作循环图 工厂电气控制与可编程控制器

图3-16 深孔钻分级进给装置工作原理示意图 工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器

3．7 桥式起重机的电气控制电路 ．

起重机是一种用来起吊和下放重物,以及在固定范 围内装卸、搬运物料的起重机械。它广泛应用于工矿 企业、车站、港口、仓库、建筑工地等场所,是现代化 生产不可缺少的机械设备。 起重机按其起吊重量可划分为三级:小型为5-10t, 中型为10-50t,重型及特重型为5Ot以上。 本节以小型桥式起重机为例,分析起重机的电气控 制线路的工作原理。 工厂电气控制与可编程控制器 桥式起重机的结构简介

桥式起重机主要由桥架、大车运行机构和装有起升、 运行机构的小车等几部分组成,如图3-18所示。

1一驾驶室2一主钩3一主梁4一端梁5一起重小车 图3-18 桥式起重机结构示意图

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a）主电路 b）凸轮控制器状态表 图3-19 10t桥式起重机电气原理图 工厂电气控制与可编程控制器

b）凸轮控制器状态表 图3-19 10t桥式起重机电气原理图 工厂电气控制与可编程控制器

继电器4 继电器-接触器控制系统的设计

电气控制系统的设计，一般包括确定拖动方案、 选择电机容量和设计电气控制线路。

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4．1 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号

电气控制线路是用导线将电机、电器、仪表等电 器元件按一定的要求和方法联系起来，并能实现某种 功能的电气线路。为了表达生产设备电气控制系统的 结构、原理等设计意图，为了便于进行电器元件的安 装、调整、使用和维修，将电气控制线路中各电器元 件的联接用一定的图表达出来。在图上用不同的图形 符号来表示各种电器元件，用不同的文字符号来进一 步说明图形符号所代表的电器元件的基本名称、用途 、主要特征及编号等。因此，电气控制线路应根据简 明易懂的原则，采用统一规定的图形符号、文字符号 和标准画法来进行绘制。 工厂电气控制与可编程控制器 常用电气图形符号和文字符号

在绘制电气线路图时，电气元件的图形符号和文 字符号必须符合国家标准的规定，不能采用任何非标 准符号。近年来，随着我国经济改革开放，相应地引 进了许多国外先进设备。为了便于掌握引进的先进技 术和先进设备，便于国际交流和满足国际市场的需要 ，国家标准局参照国际电工委员会(1EC)颁布的有关文 件，制定了我国电气设备有关国家标准：GB4728—84 《电气图用图形符号》及GB 6988—87《电气制图》和 GB7159—87《电气技术中的文字符号制订通则》。规 定从1990年1月1日起，电器控制线路中的图形和文字 符号必须符合最新的国家标准。一些常用电气图所用 的图形符号和一些常用电工设备文字符号分别如表4-1 、表4-2和表4-3所示。 工厂电气控制与可编程控制器 电路图的画法

电路图是利用电气符号(包括文字符号和图形符号 )来表示电路的构成及其工作原理的图形。 图形符号通常有基本符号(例如“—”表示直流) 、一般符号(例如一般电阻、电容符号)和明细符号(表 示某一具体的电器符号，例如可变电阻、电解电容符 号)。文字符号由电气设备、装置和元器件的种类(名 称)的字母代码和功能(或状态、特性)的字母代码组成 。它一般标注在电气设备、装置和元器件上或近旁， 以标明电气设备、装置和元器件名称、功能、状态和 特性。 工厂电气控制与可编程控制器 绘图规则

在绘制电气图时，除了要利用电气符号外，还有 以下一些规则应注意。 (1) 箭头与指引线 电气图中，实心箭头表示该 线为指引线，开口的箭头表示信号和连接线，它们的 含义是不同的。指引线是用细实线表示，且指向被注 释处，若指引线末端在轮廓线内，用一黑点2) 连接线 连接线是连接元器件之间的线段。当连接线穿越画面 时，允许将连接线中断，但应在中断处加以相应的标记， 在读图时应理解这两个标记之间是相互连接在一起的(如 图4-2(a)中的A所示)。去向相同的线组也可中断，但应在 图上线组末端加注标记(如图4-2(b)所示)，例如有些电气 控制主电路和控制电路之间就是这样处理的。 (3) 图幅分区 在图幅四周分区是为了便于查找某个元 件在图上的位置。图幅分区见图4-4所示。分区数应为偶 数，每个分区内竖边方向(左、右两侧)分别用大写字母A、 B、C……编写；横边(上、下两边)用数字1、2、3……分 别编写。用分区代号(例如B2、D3……)可以很快将其相交 点的元器件位置表示来。

工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器 电路图的种类

(1) 电气原理图 它是指表示该设备电气工作原理的图样，所以反映 的是用图形符号和项目代号表示的电路中各电器元件之 间连接关系的图形。电气原理图一般绘制原则是指电器 未通电时的状态，机械开关置于循环开始前的状态；图 形上主电路、控制电路和信号电路可以分开绘出；图形 中动力部分的电源电路绘成水平线，受电的动力装置( 如电动机)及其保护电器支路一般垂直电源电路画出。 原理图应将其图幅分区，并标明该区电路的用途与作用 ；在继电器、接触器线圈下方可列有触点表以说明线圈 和触点的从属关系。 工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器

(2) 电器位置图 (电器布置图) 它是表示电气控制系统中各电器元件的实际安装 位置的图样。在图中应详细绘制出电气设备零件安装 位置，图中各电器代号应与电原理图、安装接线图及 电器元件朋细表中代号相同。在位置图中应为以后修 改留有余地，一般留有 10％的备用面积及导管线(槽) 的位置。图中一般不需要注明尺寸。 工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器

(3) 电气安装接线图 它是按电气原理图及各电气元件安装的位置来绘

制的。电气接线图是安装电气设备或检查线路故障的 依据。在电气安装图里要表示出各电气元器件的相对 位置及各元器件之间的相互接线关系。所以接线图中 各电气元器件的相对位置与电器位置图中的位置一致， 并且与电气原理图不同的是同一个电器的元件必须画 在一起，而且各电气元器件的文字符号与原理图一致。 电气安装图中对外部的接线应通过端子板进行，并注 明外部接线的去向。 工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器 4．2 电气控制线路的一般设计方法

电气控制线路的设计方法通常有两种： 一种方法是一般设计法，又叫经验设计法。它是根据 生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接设计控制 线路。这种设计方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉 大量的控制线路，掌握多种典型线路的设计资料，同时具 有丰富的设计经验。在设计过程中往往还要经过多次反复 地修改、试验，才能使线路符合设计的要求。即使这样， 设计出来的线路可能不是最简，所用的电器及触点不一定 最少，所得出的方案不一定是最佳方案。 工厂电气控制与可编程控制器

另一种方法是逻辑设计法。它是根据生产工艺的要 求，利用逻辑代数来分析、设计线路的。用这种方法设 计的线路比较合理，特别适合完成较复杂的生产工艺所 要求的控制线路。但是相对而言逻辑设计法难度较大， 不易掌握。 一般设计法由于是靠经验进行设计的，因而灵活性很大 。初步设计出来的线路可能是几个，这时要加以比较分 析，甚

至要通过实验加以验证，才能确定比较合理的设 计方案。这种设计方法没有固定模式，通常先用一些典 型线路环节拼凑起来实现某些基本要求，而后根据生产 工艺要求逐步完善其功能，并加以适当的联锁与保护环 节。

工厂电气控制与可编程控制器 工厂电气控制与可编程控制器 电气原理图的阅读 读图的方法和步骤

阅读继电—接触器控制原理图时， 要掌握以下几点： （1） 电气原理图主要分主电路和控 制电路两部分。 电动机的通路为主电路， 接触器吸引线圈的通路为控制电路。 此 外还有信号电路、 照明电路等。 工厂电气控制与可编程控制器

（2） 在电气原理图中， 同一电器的 不同部件常常不画在一起， 而是画在电 路的不同地方， 同一电器的不同部件都 用相同的文字符号标明， 例如接触器的 主触头通常画在主电路中， 而吸引线圈 和辅助触头则画在控制电路中， 但它们 都用KM表示。 （3） 同一种电器一般用相同的字母 表示， 但在字母的后边加上数码或其他 字母下标以示区别， 例如两个接触器分 别用KM1、 KM2表示， 或用KMF、 KMR 表示。

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（4） 全部触头都按常态给出。 对接 触器和各种继电器， 常态是指未通电时 的状态； 对按钮、 行程开关等， 则是指 未受外力作用时

的状态。 在阅读电气原理图以前， 必须对控 制对象有所了解， 尤其对于机、 液压 （或气压）、 电配合得比较密切的生产 机械， 单凭电气线路图往往不能完全看 懂其控制原理， 只有了解了有关的机械 传动和液压（气压）传动后， 才能搞清 全部控制过程。 工厂电气控制与可编程控制器

阅读电气原理图的步骤是一般先看主电路，

再看控制电路， 最后看显示及照明等辅助电路。 先看主电路有几台电动机， 各有什么特点， 例如是否有正反转， 采用什么方法起动， 有 无调速和制动等； 看控制电路时， 一般从主电路的接触器入 手， 按动作的先后次序一个一个分析， 搞清 楚它们的动作条件和作用。 控制电路一般都由一些基本环节组成， 阅 读时可把它们分解出来， 先进行局部分析， 再完成整体分析。 此外还要看电路中有哪些保 护环节。

工厂电气控制与可编程控制器 读图举例

1. C620—1型卧式车床电气原理图 图10-30是机械加工中常用的C620—1型卧 式车床的电气控制线路图， 它由主电路、 控制电路和照明电路三部分组成。

工厂电气控制与可编程控制器 C620—1型卧式车床电气原理图 工厂电气控制与可编程控制器 （1） 阅读主电路。

从主电路看， C620—1型卧式车床有两台笼 型异步电动机， 即主轴电动机M1 和冷却泵电 动机M2， 它们都由接触器KM直接控制起停， 如果不需要冷却泵工作， 则可用组合开关QS2 将电路关断。 电动机电源为交流380 V， 由组合开关QS1 引入。 主轴电动机由熔断器FU1作短路保护， 由热继电器FRl作过载保护； 冷却泵电动机由 熔断器FU2 作短路保护， 由热继电器FR2 作过 载保护。 这两台电动机的失压和欠压保护同时 由接触器KM完成。 工厂电气控制与可编程控制器 （2） 阅读控制电路。

该车床的控制电路是一个控制电动机单方 向起、 停的典型电路。 两个热继电器FR1 和 FR2的常闭触头串联在控制电路中， 无论是主 轴电动机还是冷却泵电动机发生过载， 都会切 断控制电路， 使两台电动机同时停转。 FU3是 控制电路的熔断器。 （3） 阅读照明电路。 照明电路由变压器T将380 V电压变为36 V 安全电压供照明灯HL使用， QS3是照明电路的 电源开关， S是照明灯开关， FU4是照明灯的 熔断器。

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2. 抽水机的电气原理图 下图是农村中常用的抽水机电气原 理图， 它由主电路和控制电路两部分组 成。 工厂电气控制与可编程控制器 抽水机的电气原理图 工厂电气控制与可编程控制器

(1) 阅读主电路。 主电路上有一台笼型异步电动机， 它是带动水泵的电动机， 由接触器KMl、 KM2的主触头控制。 当KM1的主触头闭 合时， 通过电阻R把电动机与电源接通； 当KM2主触头闭合时， 电动机直接与电 源接通。 至于KM1和KM2究竟在什么条 件下动作， 则应看控制电路。 电动机的短路保护由熔断器FU1完成， 过载保护由热继电器FR完成， 失压和欠 压保护由接触器KM1或KM2完成。 工厂电气控制与可编程控制器

（2） 阅读控制电路。 控制电路有接触器KMl、 KM2和时 间继电器KT三条回路。 接触器KM1和时 间继电器KT是由按钮SB2控制的， 接触 器KM2 则由时间继电器KT的延时闭合常 开触头控制。 当合上电源开关QS， 按下 起动按钮SB2时， 接触器KM1线圈通电， 其主触头闭合， 电流经电阻R流向电动 机， 使电动机起动， KM1的辅助触头自 锁， 同时时间继电器的线圈通电。 工厂电气控制与可编程控制器

经一定时间延时后， 其常开触头KT闭合， 使接触器KM2线圈通电并自锁， KM2主 触头闭合， 把电阻R短接， 使电动机直 接接入电源； 同时KM2的常闭触头切断 KM1的线圈回路， 使KM1的主触头和自 锁触头断开， 于是时间继电器KT也断电 释放。 工厂电气控制与可编程控制器

通过以上对电路的分析可知水泵的工作情 况： 先是KM1通电， 电动机串入电阻R起动， 这时R上有一定电压降， 使加到定子绕组端的 电压降低， 从而起动电流使之在允许范围 之内。 经过一定时间

后， KM2通电， 再将电 动机直接与电源接通， 使电动机在额定电压下 正常运转。 电动机进入正常运转后， KM1和 KT都不起作用了， 故让它们断电释放， 以节 约用电。 这是一种简单的降压起动方法， 缺 点是起动时电阻R上要消耗一定电能， 所以常 用于不经常起动停止的场合。

工厂电气控制与可编程控制器 小结

了解常用控制电器的构造，掌握其工作原理、 主要技术数据、 电气符号等，并在此基础上掌握常 用电气控制电路中的基本环节。 将继电器、 接触器、 按钮等电器元件组合起来 对电动机或某些工艺过程进行自动控制， 称为继电— 接触器控制。 接触器是用来控制电动机或其他用电 设备主电路通断的电器； 按钮和各种继电器则是控 制接触器吸引线圈回路或其他控制回路通断的电器。 工厂电气控制与可编程控制器

继电—接触器控制的基本环节有点动、 自锁、 联锁等。 点动环节由常开按钮与 接触器线圈串联组成； 自锁环节是在点 动环节的基础上加上接触器常开辅助触 头与按钮并联组成的； 联锁环节方式多 样， 最常见的是互锁， 它由两个接触器 的常闭辅助触头互相与对方的吸引线圈 串联组成， 常用于电动机的正反转控制 电路中。 工厂电气控制与可编程控制器

行程控制和时间控制是两种常见的 自动控制原则， 它们分别以生产机械的 行程、 位置为控制信号或以时间间隔为 控制信号， 通常用行程

开关或时间继电 器实现。 电动机的常用保护措施有短路 保护、 过载保护和失（欠）压保护三种。 实现短路保护的电器是熔断器， 实现过 载保护的电器是热继电器， 实现失（欠） 压保护的电器是接触器。 工厂电气控制与可编程控制器 上篇结束 谢谢！ 谢谢！