一,、電氣原理圖

現(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)控制主要是使電動(dòng)機(jī)的各種不同的運(yùn)行狀態(tài)和電磁閥的通斷電情況可以根據(jù)生產(chǎn)的工藝要求自動(dòng)改變,。雖然由于工藝要求不同，控制線路復(fù)雜程度也不一樣,，但都是由基本控制電路或典型控制環(huán)節(jié)組成的,。本節(jié)將介紹幾種常用的基本繼電一接觸器控制電器。

圖4.13 典型的控制線路原理圖

圖4.13(a)是一個(gè)按實(shí)際電器元件畫出的控制線路圖,。這種畫法顯然不方便,。而且實(shí)際上控制線路涉及的電器元件多，若按這種畫法,，根本無(wú)法畫出來(lái),，所以，實(shí)際上都是畫成原理性的控制電路圖,，如圖4.13（b）所示,，畫原理圖時(shí)應(yīng)遵守以下幾條原則：

（1）所有電器在圖中均同時(shí)用其標(biāo)準(zhǔn)圖形符號(hào)和文字符號(hào)表示。所有電器的觸點(diǎn)均按常態(tài)畫出,。所謂常態(tài),，對(duì)繼電器、接觸器而言是指線圈未得電時(shí)觸點(diǎn)的狀態(tài),；對(duì)行程并關(guān),、按鈕等而言是指此電器未受壓時(shí)觸點(diǎn)的狀態(tài)。

（2）為了在原理圖上充分體現(xiàn)各電器之間的聯(lián)系關(guān)系和工作原理,，同一電器的各個(gè)部件可以畫的不同的地方,。但同一電器的所有部件應(yīng)使用同一文字符號(hào)。

（3）將整個(gè)線路分成兩部分來(lái)畫,，負(fù)載所在的大電流回路稱主回路,，常用粗實(shí)線表示，畫在左邊,。接觸器線圈,、輔助觸點(diǎn)、繼電器的線圈和觸點(diǎn),、主令電器等小電流回路稱控制回路,，常用細(xì)實(shí)線表示，畫在右邊,。

（4）對(duì)于復(fù)雜的控制線路,，為了便于安裝和維修，對(duì)各電器的各個(gè)部件的兩個(gè)端點(diǎn)要加以編號(hào),。主回路中的同種電器用同一字母加角標(biāo)表示,。控制回路中的電器則用數(shù)字表示，一般以各電器的線圈為界,，左邊用奇數(shù)順序進(jìn)行標(biāo)注,，右邊用偶數(shù)順序進(jìn)行標(biāo)注，同一節(jié)點(diǎn)的各條支路應(yīng)標(biāo)注同一數(shù)字,。

二,、單向直接啟動(dòng)控制

1、點(diǎn)動(dòng)控制

當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較小時(shí),，可以采用直接啟動(dòng)的方法控制,。圖4.14為點(diǎn)動(dòng)控制線路，主回路由刀開(kāi)關(guān)S（或用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)）,、接觸器的主觸點(diǎn)KM和電動(dòng)機(jī)M組成,。熔斷器FU作短路保護(hù)用,，刀開(kāi)關(guān)S用作電源引入開(kāi)關(guān),。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或停車由接觸器KM的三個(gè)主觸點(diǎn)來(lái)控制?？刂苹芈酚蓡?dòng)按鈕SB（只用了它的常開(kāi)觸點(diǎn)）和接觸器線圈KM串接而成,。

線路的工作原理如下：按下啟動(dòng)按鈕SB時(shí)，控制回路接通,，接通器線圈KM得電,，其主觸點(diǎn)KM閉合，接通主回路,，電動(dòng)機(jī)M得電運(yùn)轉(zhuǎn),。當(dāng)手松開(kāi)時(shí)，由于按鈕復(fù)位彈簧作用于,，使得SB斷開(kāi),，接觸器線圈KM斷電，主觸點(diǎn)斷開(kāi),，使電機(jī)主回路斷電,，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。這種用手按住按鈕電機(jī)就轉(zhuǎn),，手一松電機(jī)就停在控制線路稱為點(diǎn)動(dòng)控制線路,。

生產(chǎn)上有時(shí)需要電動(dòng)機(jī)作點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。例如,，在起重設(shè)備中常常需要電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行,；在機(jī)床或自動(dòng)線的調(diào)整工作時(shí)，也需要電動(dòng)機(jī)作點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行,。所以點(diǎn)動(dòng)控制線路是一種常見(jiàn)的控制線路,，也是組成其它控制線路的基本線路。

2、連續(xù)運(yùn)行

如需要電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行,，則在點(diǎn)動(dòng)控制線路中的啟動(dòng)按鈕SB₂的兩端并上接觸器KM的輔助常開(kāi)觸點(diǎn),，如圖4.15所示。按下按鈕SB₂時(shí),，按觸器線圈KM得電,，在接通主回路的同時(shí)，也使接觸器的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)KM閉合,。手松開(kāi)后,，雖然按鈕SB₂斷開(kāi)，但電流從輔助常開(kāi)觸點(diǎn)KM上流過(guò),，保證接觸器線圈KM繼續(xù)得電,，使電機(jī)能連續(xù)運(yùn)行。輔助常開(kāi)觸點(diǎn)的這種作用稱為自鎖（或自保）,。起自鎖作用的觸點(diǎn)稱自鎖觸點(diǎn),。

在此線路中還需串聯(lián)停止按鈕SB₁（只用了它的常閉觸點(diǎn)）,。此按鈕受壓時(shí)，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),，接觸器線圈KM斷時(shí)，主觸點(diǎn)斷開(kāi),，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

上述的自鎖觸點(diǎn)還具有零壓保護(hù)作用。當(dāng)線路突然斷時(shí)，接觸器線圈KM失電，在斷開(kāi)主回路的同時(shí)，也斷開(kāi)了自鎖觸點(diǎn)，當(dāng)電源重新恢復(fù)電壓時(shí),，由于自鎖觸點(diǎn)已經(jīng)斷開(kāi)，線路不再接通,，這樣就可以避免發(fā)生事故，起到保護(hù)作用,。

為了防止長(zhǎng)期過(guò)載燒毀電機(jī)，線路中還接了熱繼電器KOL,。當(dāng)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行時(shí),，串接在主回路中的受熱體膨脹引起動(dòng)作,，頂開(kāi)串接在控制回路中的常閉觸點(diǎn)。斷開(kāi)控制回路和主回路，從而保護(hù)了電動(dòng)機(jī),。

將起、停按鈕、接觸器和熱繼電器組裝在一起就構(gòu)成所謂磁力啟動(dòng)器,，它是一種專用于三相異步電動(dòng)機(jī)起,、停控制和長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)的電器,。

三、正反轉(zhuǎn)控制

許多生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件,，根據(jù)工藝要求需要電機(jī)能正,、反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。由三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理可知,，改變定子繞組中流過(guò)電流的相序就可使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變,。為此，可控制兩個(gè)接觸器分別引入不同相序的電流到電機(jī)便可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制,。

              圖4.16

圖4.16(a)為電機(jī)正,、反轉(zhuǎn)主回路。圖中KM₁為控制正轉(zhuǎn)的接觸器,，KM₂為控制反轉(zhuǎn)的接觸器,。它們的主觸點(diǎn)均接在主回路上,。KM₁的主觸點(diǎn)閉合時(shí)，將A,、B,、C三相電流分別引進(jìn)電機(jī)U₁、V₁,、W₁繞組中,，電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)KM₂的主觸點(diǎn)閉合時(shí),，A,、C相電流對(duì)調(diào)（即A相電流流入W₁繞組，C相電流流入U₁繞組中）,，電機(jī)便反轉(zhuǎn),。從主回路可以看出，如果KM₁和KM₂同時(shí)得電時(shí),，將造成線間短路,。為避免事故發(fā)生，必須在KM₁和KM₂中的一個(gè)線圈得電時(shí),，迫使另一個(gè)線圈不可能得電,，這種兩線圈不能同時(shí)得電的互相制約的控制方式叫做互鎖。在實(shí)際控制線路中,，只要將KM₁和KM₂的常閉輔助觸點(diǎn)分別串入對(duì)方線圈的控制線路中就可達(dá)到互鎖的目的,。如圖4.16(B)所示。這樣,，當(dāng)線圈KM₁得電時(shí),。串接在線圈KM₂電路中的KM₁常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，此時(shí)即使按下反轉(zhuǎn)按鈕SB₃,，KM₂也不可能得電,。只有先按停止按鈕SB₁和KM₁斷時(shí)，其常閉觸點(diǎn)KM₁閉合后,，再按下SB₃時(shí),，電機(jī)才能反轉(zhuǎn)。同理可知電機(jī)在反轉(zhuǎn)時(shí)也能達(dá)到互鎖目的,。

此線路正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)控制原理與連續(xù)運(yùn)行控制相同,，在此不再敘述。

圖4.16（c）為既有電氣互鎖,。又有機(jī)械互鎖的正反轉(zhuǎn)控制線路,。此線路雖然復(fù)雜些，但控制電機(jī)從正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)時(shí),，不必先按停止按鈕SB₁,，只要按下反轉(zhuǎn)按鈕SB₃就會(huì)先斷開(kāi)正轉(zhuǎn)線路,，使反轉(zhuǎn)線路接通。從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)也是如此,，操作比較方便,。

四、聯(lián)鎖控制

在實(shí)際生產(chǎn)中,，還存在著另一種制約情況,，如第一臺(tái)電機(jī)工作后，第二臺(tái)電機(jī)才能工作,，或者第一臺(tái)電機(jī)不停止,，第二臺(tái)電機(jī)不能停止等等。這種由一臺(tái)電機(jī)的工作情況決定其它電機(jī)工作情況的制約關(guān)系叫做聯(lián)鎖,。

聯(lián)鎖控制根據(jù)具體要求不同采用不同的控制方式,。在圖4.17中，控制電動(dòng)機(jī)IM（圖中主電路未畫出）的接觸器IKM的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)串接在控制電機(jī)2M工作的接觸器2KM的線路中,，這樣,，只有當(dāng)1KM得電后2KM才具備得電的條件，即只有當(dāng)電機(jī)IM工作后電機(jī)2M才可能工作,。

在圖4.18中,，2KM的常開(kāi)觸點(diǎn)并接在1KM的停止按鈕上。只有當(dāng)2KM失電后,，1KM才可能失電,。這樣就可滿足當(dāng)電機(jī)2M停止工作后電機(jī)1M才能停止工作的要求。

五,、集中控制與分散控制

在現(xiàn)代生產(chǎn)中,，往往將各種生產(chǎn)工藝過(guò)程按順序連成一條流水生產(chǎn)線，完成從原料到成品加工的全過(guò)程,，這就是生產(chǎn)自動(dòng)線,。在生產(chǎn)自動(dòng)線上，需要一個(gè)總的控制機(jī)構(gòu),，以便對(duì)自動(dòng)線上各種機(jī)床實(shí)行集中控制,，同時(shí)，各種機(jī)床自身也應(yīng)可以分散控制,，以便試車或者單獨(dú)操作。這樣就需要對(duì)各機(jī)床同時(shí)實(shí)現(xiàn)集中控制和分散控制,，圖4.19就是一個(gè)簡(jiǎn)單的集中控制與分散控制的線路,。

圖中SB₁、SB₂安裝在總操作臺(tái)上,，SB₂通過(guò)中間繼電器KA對(duì)IKM和2KM實(shí)現(xiàn)集中控制,，而1SB₁,、1SB₂、2SB₁,、2SB₂則分散裝在每臺(tái)機(jī)床上,，以便對(duì)機(jī)床實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制。這樣,，按下SB₂,、KA得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,，使1KM和2KM同時(shí)得電并工作,。按下SB₁，1KM和2KM同時(shí)失電并停止工作,，分別按1SB₂或2SB₂,，則分別使1KM或2KM工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)1KM或2KM的單獨(dú)控制,。如果需要在總操作臺(tái)上也能分別操作各臺(tái)機(jī)床,，只需在總操作上臺(tái)上安裝兩只分別與1SB1、2SB1串聯(lián)的停車按鈕和兩只分別與1SB₂,、2SB₂并聯(lián)的啟動(dòng)按鈕即可,。

六、典型控制環(huán)節(jié)

在生產(chǎn)的自動(dòng)控制過(guò)程中,，隨著工藝過(guò)程的進(jìn)展,，必然伴隨著一些物理量的變化，如位置,、時(shí)間,、速度等。典型控制環(huán)節(jié)就是根據(jù)這些物理量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制的電路,，分為行程控制,、時(shí)間控制和速度控制。這里我們不討論具體電路（控制電路在其它課程中討論）,，僅介紹典型控制環(huán)節(jié)中使用的典型元件,。

1、行程控制

行程控制就是根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件所走的行程（或所處的位置）來(lái)實(shí)現(xiàn)某種控制（或?qū)崿F(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)）,。例如,，在龍門刨床工作臺(tái)控制中，需要根據(jù)龍門刨床工作臺(tái)的行程位置控制工作臺(tái)移動(dòng)的方向和速度,。又如車間的行車要對(duì)其進(jìn)行限位控制,，當(dāng)行車行走至終點(diǎn)時(shí)，控制其停止或自動(dòng)返回,。實(shí)現(xiàn)行程控制的典型元件為行程開(kāi)關(guān),。

行程開(kāi)關(guān)（又叫位置開(kāi)關(guān)）是由位置來(lái)決定其動(dòng)作的開(kāi)關(guān)元件,，它的結(jié)構(gòu)基本上與按鈕一樣，一般只具有一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)和一個(gè)常閉觸點(diǎn)（也有觸點(diǎn)數(shù)較多的行程開(kāi)關(guān)）,。這些觸點(diǎn)與觸桿或滋輪直接相連,。行程開(kāi)關(guān)裝在機(jī)床或生產(chǎn)設(shè)備的固定部件上，而運(yùn)動(dòng)部件上裝設(shè)擋塊,。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件帶動(dòng)檔塊運(yùn)動(dòng)至行程開(kāi)關(guān)所處位置時(shí),，擋塊碰到行程開(kāi)關(guān)的觸桿或滋輪，行程開(kāi)關(guān)受壓,，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，接通或斷開(kāi)相應(yīng)的電路,，達(dá)到自動(dòng)控制的目的,。

行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)上主要分為直線式和滾動(dòng)式兩種，直線式行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號(hào)如圖4.20所示,。圖4.21為LX系列行程開(kāi)關(guān)外形圖,。

2、時(shí)間控制

時(shí)間控制,，就是按時(shí)間實(shí)現(xiàn)某種控制,。例如三相異步電動(dòng)機(jī)的Y-△換接啟動(dòng)。開(kāi)始啟動(dòng)時(shí),，電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成Y形,，過(guò)一段時(shí)間，即啟動(dòng)完畢后,，將定子繞組換接成△形運(yùn)行,，這就是時(shí)間控制。

實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制的電器為時(shí)間繼電器,。時(shí)間繼電器的種類較多,，有空氣阻尼式、電子式,、鐘表機(jī)械式等,，但不管是哪一類時(shí)間繼電器，都是在繼電器線圈得電（或斷電）后,，延遲一段時(shí)間,，它的延時(shí)觸點(diǎn)才動(dòng)作。通過(guò)延時(shí)觸點(diǎn)接通（或斷開(kāi)）控制電路中的部分電路來(lái)控制主電路負(fù)載工作,，實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制,。

圖4.22為兩種時(shí)間繼電器的外形圖。

3、速度控制

速度控制，就是按轉(zhuǎn)速的高低來(lái)實(shí)現(xiàn)某種控制,。例如電動(dòng)機(jī)要反接制動(dòng)時(shí),，必須要在轉(zhuǎn)速接近零時(shí)使用電源斷開(kāi)，否則電動(dòng)機(jī)就會(huì)反方向啟動(dòng),。

要實(shí)現(xiàn)速度控制，就需要一種能反映速度變化的電器，當(dāng)速度變化到一定值時(shí),，接通或斷開(kāi)控制電路，實(shí)現(xiàn)速度控制,。這類電器常用的有速度繼電器,、測(cè)速發(fā)電機(jī)以及電子速度檢測(cè)裝置等。下面介紹速度繼電器工作原理,。

圖4.23是速度繼電器的示意圖,。

速度繼電器主要由轉(zhuǎn)子、外環(huán)和觸點(diǎn)組成,。轉(zhuǎn)子是由永久磁鐵制成,，外環(huán)內(nèi)圓表面有和鼠籠式繞組相似的繞組，外環(huán)可以轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度,。

當(dāng)速度繼電器的永久磁鐵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí),，在鼠籠繞組上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生感應(yīng)電流,，此電流與永久磁鐵相互作用產(chǎn)生一電磁力使外環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,。轉(zhuǎn)動(dòng)的方向由永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向決定。當(dāng)外環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度后,，固定在外環(huán)上的頂塊也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)并撥動(dòng)觸點(diǎn)使之動(dòng)作,，使常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)、常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,，接通或斷開(kāi)控制電路,，實(shí)現(xiàn)速度控制。當(dāng)電動(dòng)機(jī)速度很慢或?yàn)榱銜r(shí),，頂塊無(wú)力撥動(dòng)觸點(diǎn),，速度繼電器觸點(diǎn)自動(dòng)復(fù)位。

七,、可編程控制器

可編程控制器（PLC）是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制相結(jié)合的產(chǎn)物,，是一種以CPU為核心、用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng),。它不僅可以代替繼電器控制系統(tǒng),、提高系統(tǒng)可靠性性，還具有運(yùn)算、計(jì)數(shù),、計(jì)時(shí)等功能,。擴(kuò)展后，還可進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng),、數(shù)據(jù)傳送,、矩陣運(yùn)算等?？删幊炭刂破鬟€有自診斷,、監(jiān)控、報(bào)警等功能,。

可編程控制器為為積木式硬件結(jié)構(gòu)加上模塊化軟件設(shè)計(jì),，改變軟件即可改變控制器的功能。而且編制方法容易掌握,，程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直觀,。

可編程控制器硬件可靠性高，環(huán)境適應(yīng)性好,，操作方便,，維修容易。

可編程控制器內(nèi)部由一系列電子器件構(gòu)成的繼電器,，這種繼電器是一種邏輯意義上的繼電器,，其十分重要的特征是它的聯(lián)接方式及工作狀態(tài)均是用程序（軟件）來(lái)控制（不需要外部接線），故常稱為軟繼電器,。其內(nèi)部的各種時(shí)間繼電器,、計(jì)數(shù)繼電器等均是這種軟繼電器。它們不需外部接線,，可用軟件控制或改變“接法”,，其工作性能均與硬繼電器一樣。

使用可編程控制器可大大簡(jiǎn)化控制電路的接線,，提高控制可靠性,，并且通過(guò)軟件改變程序，可以很容易地改變控制電路的工作流程而無(wú)需改變其外部接線,，這是由硬繼電器組成的控制電路無(wú)法做到的,。

由于可編程控制器有以上優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng),。