作者：赵化启、徐斌山、崔继仁
出版社：清华大学出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
零点起飞学西门子S7-1200 PLC编程试读：
前言
随着计算机技术的发展，可编程控制器作为通用的工业控制计算机，是存储逻辑在工业领域应用的代表性成果。自从1969年第一台可编程控制器研制成功，应用到汽车制造自动装配生产线上以来，可编程控制器不断更新换代，特别是近20年来，发展迅速，功能日益强大，在生产过程中应用十分广泛，作为工业自动化技术的三大支柱之一在经济领域发挥着越来越重要的作用。
西门子是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程控制器在欧洲处于领先地位。其第一代PLC产品最早是1975年投放市场的SIMATIC S3，50年来，SIMATIC控制器从S3系列发展到S7系列，已经成为中国自动化用户最为信赖和熟知的品牌。
西门子的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-300、S7-400、S7-1200/1500、工业网络、HMI人机界面、工业软件等。
S7-1200 PLC是一款可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），可以控制各种自动化应用。S7-1200设计紧凑、成本低廉且具有功能强大的指令集，这些特点使它成为控制各种应用的完美解决方案。
本书是从零基础开始全面介绍S7-1200 PLC的书籍，全面介绍了S7-1200 PLC的硬件、编程语言、编程软件的使用、指令、用户程序结构、程序设计方法、通信和精简面板。通过应用实例，介绍了S7-1200控制系统的设计。最后通过综合实训，加强读者对全书知识的理解，提高读者的PLC的综合应用和创新实践能力。
本书由佳木斯大学赵化启主编，佳木斯大学徐斌山、崔继仁、窦艳芳、杜旭、张明强共同编写。赵化启编写了第5章以及第4章的2～3节，徐斌山编写了第2、10章，崔继仁编写了第3、6、9章，窦艳芳编写了第1章以及第4章的第4～5节，杜旭编写了第7章，张明强编写了第8章以及第4章的第1节、第6～9节。参加编写工作的老师还有宋一兵、管殿柱、王献红、李文秋，在此一并感谢。
因作者水平有限，书中难免有欠妥和疏忽之处，恳请读者批评指正。第1章 电气控制基础
电气控制系统分为PLC（可编程序控制器）控制系统和继电器控制系统。PLC已经成为工业自动化的三大支柱之一，在各个领域广泛应用。继电器控制系统在电气控制系统中普遍使用，而且低压电器还具有功能多样的电子式电器，使得继电器控制系统在今后还将占有相当重要的地位；另外，PLC控制系统中的信号采集和驱动输出部分仍然要由电气元件及控制电路来完成。所以，对继电器控制系统的学习是非常必要的，是学习和掌握PLC的基础。1.1 常用低压电器
低压电器是运动控制系统和低压供配电系统的基础元件，是电气控制系统的基础，因此需掌握低压电器的结构、工作原理，并能正确地选择和使用。1.1.1 基本知识
下面讲述低压电器的基本知识。1. 电器概论
电器是根据外界施加的信号和要求，手动或自动地接通和断开电路，实现对电路或非电对象的检测、变换、调节、控制、切换和保护的电气元件或设备。根据我国对电压等级的划分，用于交流额定电压为1200V以下，直流额定电压为1500V以下的电路中的电器称为低压电器。高于这个电压范围的称为高压电器。2. 低压电器分类
电器的用途广泛、功能多样、种类繁多、结构各异，分类方法也很多。
1）按动作方式分类□ 手动电器：依靠人力或机械力进行操作的电器，如控制按钮、行程开关等。□ 自动电器：按照电或非电的信号自动完成动作指令的电器，如接触器、继电器、电磁阀等。
2）按用途分类□ 控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器，如接触器、继电器、启动器等。□ 主令电器：用于自动控制系统中发送动作指令的电器，如控制按钮、行程开关、转换开关等。□ 保护电器：用于保护电路及用电设备的电器，如熔断器、热继电器、保护继电器、避雷器等。□ 执行电器：指用于完成某种动作或传动功能的电器，如电磁铁、电磁离合器等。□ 配电电器：用于电能的输送和分配的电器，如断路器、隔离开关、刀开关等。
3）按工作原理分类□ 电磁式电器：依据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、电磁式继电器等。□ 电子式电器：采用集成电路或电子元件构成的低压电器，如电子式时间继电器等。□ 非电量控制电器：依靠外力或非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、控制按钮、速度继电器、温度继电器等。3. 低压电器的主要技术参数
低压电器技术参数是衡量各类低压电器性能的指标，可作为正确选择和合理使用低压电器的依据。（1）额定绝缘电压：是由电器结构和材料等因素决定的标准电压值。（2）额定工作电压：是指低压电器在规定条件下长期工作时，能够正常工作的电压值。在规定条件下，用来度量电器及其部件的不同电位部分的绝缘强度、电气间隙和爬电距离的标准电压值，包括触头和吸引线圈正常工作的额定电压。（3）额定发热电流：是指电器处于非封闭状态下长时间工作且电器的各部件温度不超过极限值时所能承受的最大电流值。（4）额定工作电流：是指在规定条件下，电器能够正常工作的电流值。亦即同一个电器在不同的使用条件下有不同的额定工作电流等级。（5）通断能力：是指在规定的条件下，低压电器能够可靠接通和分断的最大电流值。通断能力与电器的额定电压、负载特性、灭弧方法等有关。对于有触头的电器，其主触头在接通时不应熔化，在分断时不应长时间燃弧。（6）电器寿命：包括机械寿命和电气寿命，前者是指电器的机械零部件所能承受的无载操作次数，后者是指在规定的条件下电器的负载操作次数。1.1.2 主令电器
主令电器是电气控制系统中用于发送控制指令和转换控制命令的电器，可以控制电路的接通和断开，控制电动机的启动、停止、正转、反转等。主令电器的种类很多，应用广泛。下面介绍几种常用的主令电器。1. 控制按钮
控制按钮是一种结构简单、应用广泛的主令电器。其作用通常是用来短时间地接通或断开小电流的控制电路，从而控制电动机或其他电器设备的运行。
控制按钮一般由按钮帽、复位弹簧、触点和外壳等部分组成，其结构如图1-1所示。当按下按钮时，先断开常闭触点，而后接通常开触点。释放按钮后，在复位弹簧作用下，触点复位。按钮接线没有进线和出线之分，直接将所需的触点连入电路即可。为便于识别各个按钮的作用，避免误操作，通常将按钮帽做成不同颜色，其颜色有红、绿、黑、黄、蓝、白等，如红色表示停止按钮，绿色表示启动按钮等。
控制按钮的图形和文字符号如图1-2所示。控制按钮可做成单式（一个按钮）、复式（两个按钮）和三联式（三个按钮）的形式。复合按钮带有联动的常开和常闭触头，手指按下钮帽时，先断开常闭触头，再闭合常开触头；手指松开，则常开触头和常闭触头先后复位。图1-1 控制按钮的结构图1—按钮帽；2—复位弹簧；3—动触点；4—常闭触点；5—常开触点图1-2 控制按钮的图形和文字符号（a）动合按钮；（b）动断按钮；（c）复合按钮2. 行程开关
某些生产机械的运动状态的转换，是靠部件运行到一定位置时由行程开关发出信号进行自动控制的。例如，行车运动到终端位置自动停车，工作台在指定区域内自动往返移动，都是由运动部件运动的位置或行程来控制的，这种控制称为行程控制。
行程控制是以行程开关代替按钮来控制生产机械的运行方向或行程长短。行程开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。当生产机械运动到某一预定位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转换为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给以必要的保护。
行程开关按其结构可分为直动式（如LXl和J LXKl系列）、滚轮式（如LX2和J LXK2系列）、微动式（如LXW-11和J LXKl-11系列）3种。
直动式行程开关的结构原理如图1-3所示，其动作原理与按钮开关相同，但其触点的分合速度取决于生产机械的运行速度，不宜用于速度低于0.4m/min的场所。若速度小于0.4m/min，则可采用滚轮式行程开关，其结构原理如图1-4所示。当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的撞杆时，撞杆转向右边，带动凸轮转动，顶下推杆，使微动开关中的触点迅速动作。当运动机械返回时，在复位弹簧的作用下，各部分动作部件复位。当生产机械的行程比较小而作用力也小时，可采用具有瞬时动作和微小动作的微动开关，其结构原理如图1-5所示。图1-3 直动式行程开关1—顶杆；2—弹簧；3—常闭触点；4—触点弹簧；5—常开触点图1-4 滚轮式行程开关1—滚轮；2—上转臂；3—弹簧；4—套架；5—触点推杆；6—小滑；7—压板；8—触点图1-5 微动式行程开关1—推杆；2—弯形片状弹簧；3—常开触点；4—常闭触点
行程开关的图形和文字符号如图1-6所示。图1-6 行程开关的图形和文字符号3. 接近开关
随着电子技术的发展，出现了非接触式的行程开关，即接近开关。接近开关是一种无需与运动部件进行机械接触就可以进行检测的位置开关，这种接近开关不需要机械接触和施加任何压力即可动作，从而驱动执行机构或给采集装置提供信号。接近开关可以用于高速计数、测速、液面控制等。
1）电感式接近开关
电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器、放大处理电路和开关电路组成，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。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是金属导电体。
2）电容式接近开关
电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，由电容式高频振荡器和电子电路组成。它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身。当物体移向接近开关时，物体和接近开关的两极板间距或极板间的介电常数发生变化，耦合电容值发生改变，产生振荡和停振便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。
3）霍尔式接近开关
当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U=K·I·B/d。其中，K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场的磁感应强度，d是薄片的厚度。由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比关系。霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成。它可方便地把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时符合工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。
接近开关的图形和文字符号如图1-7所示。图1-7 接近开关的图形和文字符号4. 光电开关
光电开关是光电接近开关的简称，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电绝缘），所以它可以在许多场合得到应用。它具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗电磁干扰能力强等优点，还可非接触、无损伤地检测和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。目前，光电开关已被用于物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、信号延时、自动门传感、色标检出以及安全防护等诸多领域。
它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。
下面介绍光电开关的分类。
1）漫反射式光电开关
它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。
2）镜反射式光电开关
它集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。
3）对射式光电开关
它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。
4）槽式光电开关
它通常采用标准的U字形结构，其发射器和接收器分别位于U形槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U形槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关量信号。槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体，使用安全可靠。
5）光纤式光电开关
它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。
如图1-8所示是几种光电开关的外形图。图1-8 部分光电开关的外形图5. 转换开关
转换开关是一种多挡式、控制多回路的主令电器。广泛应用于各种配电装置的电源隔离、电路转换、电动机远距离控制等，也常作为电压表、电流表的换相开关，还可用于控制小容量的电动机。
目前常用的转换开关主要有两大类，即万能转换开关和组合开关。两者的结构和工作原理基本相似，在某些应用场合可以相互替代。转换开关按结构可分为普通型、开启型和防护组合型等。按用途又分为主令控制和控制电动机。
转换开关一般采用组合式结构设计，由操作结构、定位系统、限位系统、接触系统、面板及手柄等组成。接触系统采用双断点桥式结构，并由各自的凸轮控制其通断；定位系统采用棘轮棘爪式结构，不同的棘轮和凸轮可组成不同的定位模式，从而得到不同的开关状态，即手柄在不同的转换角度时，触头的状态是不同的。
转换开关由多组相同结构的触点组件叠装而成，如图1-9所示为LWl2系列转换开关某一层的结构原理。LWl2系列转换开关由操作结构、面板、手柄和数个触头等主要部件组成，用螺栓组成为一个整体。触头底座由1～12层组成，其中每层底座最多可装4对触头，并由底座中间的凸轮进行控制。由于每层凸轮可做成不同的形状，当手柄转到不同位置时，通过凸轮的作用，可使各对触头按所需要的规律接通和分断。图1-9 系列转换开关某一层结构原理图
转换开关手柄的操作位置是以角度来表示的，不同型号的转换开关，其手柄有不同的操作位置。这可从电气设备手册中万能转换开关的“定位特征表”中查找到。
转换开关的触点在电路图中的图形符号如图1-10所示。由于其触点的分合状态与操作手柄的位置有关，因此，在电路图中除画出触点圆形符号之外，还应有操作手柄位置与触点分合状态的表示方法。其表示方法有2种。一种是在电路图中画虚线和画“·”，如图1-10（a）所示，即用虚线表示操作手柄的位置，用有无“·”表示触点的闭合和断开状态。比如，在触点图形符号下方的虚线位置上画“·”，则表示当操作手柄处于该位置时，该触点处于闭合状态；若在虚线位置上未画“·”，则表示该触点处于断开状态。另一种方法是，在电路图中既不画虚线，也不画“·”，而是在触点图形符号上标出触点编号，再用接通表表示操作手柄于不同位置时的触点分合状态，如图1-10（b）所示。在接通表中用有无“×”来表示操作手柄不同位置时触点的闭合和断开状态。图1-10 万能转换开关图形符号（a）画“·”标记表示；（b）接通表表示
转换开关的主要参数有型式、手柄类型、操作图型式、工作电压、触头数量及其电流容量等，在产品说明书中都有详细说明。常用的转换开关有LW5、LW6、LW8、LW9、LWl2、LWl6、VK、HZ等系列，另外许多品牌的进口产品也在国内得到广泛应用。1.1.3 继电器
继电器（Relay）是一种根据特定形式的输入信号来接通或断开小电流控制电路的自动控制电器。输入信号可以是电流、电压等电信号，也可以是温度、速度、时间等非电信号。当输入信号变化到某一定值时，继电器动作，其输出发生预定的阶跃变化。
继电器用于通、断小电流电路，其触点容量比较小，接在控制电路中，通常不采用灭弧装置，无主辅触点之分。继电器主要用于反应控制信号，是电气控制系统中的信号检测元件。接触器触点容量较大，用来通、断主电路，是电气控制系统中的执行元件。
继电器的种类很多，分类方法也很多：根据输入信号的性质分为电流继电器、电压继电器、温度继电器、时间继电器、速度继电器等；根据输出形式分为有触点和无触点继电器；根据动作原理分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和热继电器等；按使用范围分为控制继电器（用于电力拖动系统）和保护继电器（用于电力系统）。下面介绍几种常用的电磁式继电器。1. 电磁式继电器
电磁式继电器的结构合工作原理与接触器相似，也是由电磁机构、触点系统和反力装置组成。其结构原理图如图1-11所示。图1-11 继电器结构原理图1—底座；2—反力弹簧；3、4—调节螺钉；5—非磁性垫片；6—衔铁；7—铁芯；8—电磁线圈；9—触点；
常用的电磁式继电器有电压继电器、电流继电器和中间继电器。
1）电压继电器
触点的动作与线圈的动作电压大小有关的继电器称为电压继电器。它用于电力拖控系统的电压保护和控制，使用时电压继电器的线圈与负载并联，为了反映负载电压大小，其线圈的匝数多而线径细。按线圈电流种类可分为交流电压继电器和直流电压继电器；按吸合电压相对于额定电压的大小又分为过电压继电器和欠电压继电器。
过电压继电器在电路中用于过电压保护。过电压继电器在正常工作时，电磁吸力不足以克服反力弹簧的反力，衔铁处于释放状态；当电压超过某一整定电压时，衔铁吸合，所以称为过电压继电器。实现过电压保护时，常使用其常闭触点。因为直流电路不会产生波动较大的过电压现象，所以产品中没有直流过电压继电器。
欠电压继电器在电路中用于欠电压保护。欠电压继电器在正常工作时，衔铁处于吸合状态；当电压低于某一整定电压时，衔铁释放继电器。控制电路常使用欠电压继电器的常开触点。利用衔铁释放时，常开触点归位，分断与它相连的电路，实现欠电压保护。
2）电流继电器
触点的动作与线圈的动作电流大小有关的继电器称为电流继电器。它用于电力拖控系统的电流保护和控制。电流继电器与电压继电器在结构上的区别主要是线圈不同。电流继电器的线圈要与负载串联，由于要反映负载电流，因此电流继电器的线圈匝数少而线径粗。同样，按线圈电流种类可分为交流电流继电器和直流电流继电器；按吸合电流相对于额定电流的大小又分为过电流继电器和欠电流继电器。其动作原理与电压继电器相同，这里不做过多说明。
在选择电压和电流继电器时，首先要注意线圈种类和电压等级与控制电路保持一致；还要考虑在控制电路中的作用；最后，按控制电路的要求选择触点的类型和数量。
电磁式电压继电器和电流继电器的图形符号和文字符号如图1-12所示。图1-12 电压和电流继电器的文字和图形符号（a）电压继电器；（b）电流继电器
3）中间继电器
中间继电器是在控制电路中将一个输入信号变成多个输出信号或将信号放大（增大触点数量）的继电器，在结构上就是一个电压继电器。当一个中间继电器的触点数量不够用时，也可以将两个中间继电器并联使用，以增加触点的数量。
中间继电器的文字符号和图形符号如图1-13所示。图1-13 中间继电器的文字和图形符号
常用的中间继电器有JZ8和JZ14系列。以JZ8-62为例，JZ为中间继电器的代号，8为设计序号，6表示有6对常开触点，2表示有2对常闭触点。
新型中间继电器在闭合过程中，其动、静触点间有一段滑擦和滚压过程。该过程可以有效地清除触点表面的各种生成膜及尘埃，减小了接触电阻，提高了接触可靠性。有的还装了防尘罩或采用密封结构，也是提高可靠性的措施。有些中间继电器安装在插座上，插座有多种型号可供选择；有些中间继电器可直接安装在导轨上，安装和拆卸均很方便。2. 时间继电器
从得到输入信号（线圈的通电或放电）开始，经过一定时间的延时后才输出信号（触点的闭合或断开）的继电器，称为时间继电器。时间继电器主要用作辅助电器元件，用于各种电气保护及自动装置中，使被控元件达到所需要的延时，应用十分广泛。这里的延时区别于一般电磁式继电器线圈得到电信号到闭合的固有动作时间。时间继电器的延时方式有两种，即通电延时和断电延时。□ 通电延时：接受输入信号后，延迟一定的时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出瞬时复原。□ 断电延时：接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号；当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。
时间继电器按工作原理可分为电磁式、电动式、空气阻尼式、电子式等。其中，电子式时间继电器近几年发展十分迅速，这类时间继电器除执行器件为继电器外，其他部分均由电子元件组成，没有机械部件，因而具有寿命长、精度高、体积小、延时范围大、控制功率小等优点，已得到广泛应用。
时间继电器的文字符号和图形符号如图1-14所示。图1-14 时间继电器的文字和图形符号（a）一般线圈符号；（b）通电延时线圈；（c）断电延时线圈；（d）瞬动触点；（e）通电延时闭合常开触点；（f）通电延时断开常闭触点；（g）断电延时断开常开触点；（h）断电延时断开常闭触点
1）直流电磁式时间继电器
直流电磁式时间继电器在直流电磁式电压继电器的铁芯上增加了一个阻尼铜套，其结构示意图如图1-15所示。它是利用电磁阻尼原理产生延时的。由电磁感应定律可知，在继电器线圈通、断电过程中，铜套内将感应电动势，同时有感应电流存在，此感应电流产生的磁通总是阻止原磁通的变化，因而产生了阻尼作用。当继电器通电时，由于衔铁处于释放位置，气隙大、磁阻大、磁通量变化小，铜套阻尼作用相对也小，因此衔铁吸合时延时不显著（一般忽略不计）。当继电器断电时，磁通量变化大，铜套阻尼作用也大，使衔铁延时释放而起到延时作用。因此，这种继电器仅用作断电延时。这种时间继电器延时较短，而且准确度较低，一般只用于要求不高的场合，如电动机的延时启动等。
2）电子式时间继电器
晶体管时间继电器除了执行继电器外，均由电子元件组成，没有机械部件，因而具有寿命长、精度高、体积小、延时范围大、调节范围宽、控制功率小等优点。
晶体管时间继电器是利用电容对电压变化的阻尼作用作为延时的基础。大多数阻容式延时电路有类似如图1-16所示的结构形式。图1-15 直流电磁式时间继电器结构示意图1—铁芯；2—阻尼铜套；3—绝缘层；4—线圈图1-16 电子式时间继电器原理图
电路由4部分组成：阻容环节、鉴幅器、出口电路、电源。当接通电压E时，通过电阻R对电容C充电，电容上电压U按指数规律上升。c当U上升到鉴幅器的门限电压U时，鉴幅器即输出开关信号至后级电cd路，使执行继电器动作。这样便产生了延时。3. 信号继电器
1）温度继电器
当电动机发生过载电流时，会使其绕组温升过高。前已述及，热继电器可以起到对电动机和电流进行保护的作用。但即使电动机不过载，当电网电压不正常升高时，会导致铁损增加而使铁芯发热，这样也会使绕组温升过高；若电动机环境温度过高且通风不良等，也同样会使绕组温升过高。在这种情况下，若用热继电器，则不能正确反映电动机的故障状态。针对这几种情况，需要一种利用发热元件间接反映绕组温度并根据绕组温度进行动作的继电器，这种继电器称为温度继电器。
温度继电器一般埋设在电动机发热部位，如电动机定子槽内、绕组端部等，能直接反映该处的发热情况。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，温度继电器都会动作，起到保护作用。它具有“全热保护”。
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。
2）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电动机的启停，这一控制可由液位继电器来完成。
如图1-17所示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，它主要用于不精确的液位控制场合。
3）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。
如图1-18所示为一种简单的压力继电器的结构示意图，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。压力传送装置包括入油口管道接头、橡皮膜及滑杆等。当用于机床润滑油泵的控制时，润滑油经管道接头入油口进入油管，将压力传送给橡皮膜，当油管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。
4）干簧继电器
干簧继电器具有结构小巧、动作迅速、工作稳定、灵敏度高等优点。近年来，广泛应用的干簧继电器的主要是干簧管，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，一组簧片具有开关电路和磁路双重作用。如图1-19所示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因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。图1-17 液位继电器结构示意图图1-18 压力继电器结构简图1—微动开关；2—滑杆；3—弹簧；4—橡皮膜；5—入油口图1-19 干簧继电器的结构原理图4. 热继电器
电动机在实际运行中常遇到过载情况。若电动机过载不严重，时间较短，电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但若过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组绝缘老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。所以，必须对电动机进行长期过载保护，这样，既能充分发挥电动机的过载能力，又能在电动机出现严重过载时自动切断电路。
热继电器是利用电流的热效应原理，为电动机提供过载保护的保护电器。热继电器主要用于电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。热继电器的发热元件有热惯性，在电路中不能作瞬时过载保护，更不能作短路保护。
热继电器主要由热元件、双金属片、触点系统等组成，如图1-20所示是热继电器的结构示意图。热元件由发热电阻丝组成。双金属片是热继电器的感测元件，它由两种不同线膨胀系数的金属片用机械碾压而成。由膨胀系数高的铁镍铬合金构成主动层，由膨胀系数小的铁镍合金构成被动层。双金属片在受热后向被动层一侧弯曲。
双金属片的加热方式包括直接加热、间接加热和复合加热。直接加热就是把双金属片当作热元件，让电流直接通过；间接加热是用与双金属片无电联系的加热元件产生的热量来加热；复合加热是直接加热与间加热两种加热方式的结合。双金属片受热弯曲，当弯曲到一定程度时，通过动作机构使触点动作。图1-20 热继电器结构示意图1—推杆；2—双金属片；3—发热元件；4—导板；5—补偿双金属片；6—常闭静触点 7—常开静触点；8—复位调节螺钉；9—动触点；10—复位按钮；11—调节旋钮；12—支撑件；13—弹簧5. 固态继电器
固态继电器是一种无触点开关器件，具有结构紧凑、开关速度快、能与微电子逻辑电路兼容等特点，目前已广泛应用于各种自动控制仪器、计算机数据采集和处理系统、交通信号管理系统等。作为执行器件，固态继电器是一种能实现无触点通断的电器开关。1.2 电气控制电路
在生产工艺中，经常使用继电器控制系统，即把各种电器（继电器、接触器、按钮开关、行程开关、热继电器等元件），用导线按照所需的控制方式连接起来，用以满足生产工艺要求的自动控制线路。虽然生产工艺和生产过程不同，对控制线路的要求也不同，但是无论哪一种控制系统，都是由一些比较基本的典型控制线路变化或者组合而成的。因此，首先需要掌握基本的控制线路以及一些典型控制线路的工作原理、分析方法和设计方法，进而掌握复杂电气控制系统的分析方法和设计方法。1.2.1 电路图图形、文字符号及绘制原则
电气控制线路是由许多电器元件按一定的控制要求连接起来的。在图中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说明图形符号所代表的电器元件的基本名称、用途、编号等信息。电气控制线路应该根据简明易懂的原则，采用国家规定的标准，用统一规定的图形符号、文字符号和标准画法进行绘制。1. 常用电气图形符号和文字符号
电气控制系统图、电器元件的图形符号和文字符号必须符合国家标准规定。国家标准局参照国际电工委员会（IEC）颁布的标准，制定了我国电气设备有关国家标准：GB 4728—84《电气图用图形符号》GB 6988—87《电气制图》和GB 7159—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，电气控制线路中的图形和文字符号必须符合最新的国家标准。常用电气图形符号和文字符号如表1-1所示。表1-1 常用电气图形和文字符号续表2. 电气控制线路的绘制原则
电气控制线路的表示方法有：电气原理图、安装接线图和电器布置图。由于它们的用途不同，绘制原则也有差别。电器布置图是按照电器实际位置绘制的分布图。安装接线图是实际接线的线路图，这种线路便于安装。电气原理图是根据工作原理绘制的，其目的是为了便于阅读和分析控制线路。电气原理图是电器元件的展开图，包括所有电器元件的导电部件和接线端子，但并不按照电器元件的实际布置位置来绘制，也不反映电器元件的实际大小。
下面以图1-21所示的某机床的电气原理图为例，来说明电气原理图的规定画法和注意事项。图1-21 某机床的电气原理图
1）绘制电气原理图应遵循的原则
电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分。主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件，一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。辅助电路是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路。其中控制电路是由按钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、热继电器触点、保护电器触点等组成。
绘制电气原理图应遵循以下原则：□ 所有电机、电器等元件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号来表示。□ 在电气原理图中，电器元件的布局应根据便于阅读的原则安排。主电路用粗实线绘制在图面的左侧或上方，辅助电路也用粗实线绘制在图面的右侧或下方。无论主电路还是辅助电路，均按功能布置，尽可能按动作顺序从上到下、从左到右排列。□ 在电气原理图中，当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号。对于同类器件，要在其文字符号后加数字序号来区别。如两个时间继电器，可用KT1、KT2来区别。□ 在电气原理图中，所有电器均按没有通电或没有外力作用时的状态画出，即按自然状态画出。对于继电器、接触器的触点，按其线圈不通电时的状态画出；对于按钮、行程开关等触点，按未受外力作用时的状态画出；控制器按手柄处于零位时的状态画出。□ 在电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电联系时，在导线交点处画实心圆点。根据图面布置需要，可将图形符号旋转绘制，一般逆时针方向旋转90°，但文字符号不可倒置。
2）画面图域的划分
图纸上方的1、2、3…等数字是图区的编号，它是为了便于检索电气线路和阅读分析以避免遗漏而设置的。图区编号也可设置在图的下方。
图区编号下方的文字表明它对应的下方元件或电路的功能，使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能，以利于理解全部电路的工作原理。
3）符号位置的索引
符号位置的索引用图号、页次和图区编号的组合索引法，索引代号的组成如图1-22所示。图1-22 索引代号的组成
图号是指当某设备的电气原理图按功能多册装订时，每册的编号，一般用数字表示。
当某一元件相关的各符号元素出现在不同图号的图纸上，而每个图号仅有一页图纸时，索引代号中可省略“页号”及分隔符（·）。当某一元件相关的各符号元素出现在同一图号的图纸上，而该图号有几张图纸时，可省略“图号”和分隔符（/）。当某一元件相关的各符号元素出现在只有一张图纸的不同图区时，索引代号只用“图区”表示。
如图1-21所示的图区3中的KM常开触点下面的“7”即为最简单的索引代号。它指出了继电器KM的线圈位置在图区7。图1-21中接触器KM线圈及继电器KA线圈下方的文字是接触器KM和继电器KA相应触点的索引。在原理图中相应线圈下方，给出触点的图形符号，并在下面标明相应触点的索引代码，且对未使用的触点用“×”表明，有时也可采用省略的表示方法。
对接触器，上述表示法中各栏的含义如表1-2所示。表1-2 接触器各栏的含义
对继电器，上述表示法中各栏的含义如表1-3所示。表1-3 继电器各栏的含义1.2.2 基本控制电路
三相异步电动机按转子结构的不同，可分为笼型和绕线式。笼型转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用。下面主要讲解三相笼型异步电动机的控制线路。1. 单向全压启动、停止线路
三相异步电动机的启动控制有直接启动、降压启动和软启动等方式。直接启动又称为全压启动，即启动时电源电压全部施加在电动机定子绕组上。在电源容量足够大时，小容量笼型电动机可直接启动。直接启动的优点是电气设备少，线路简单。缺点是启动电流大，引起供电系统电压波动，干扰其他用电设备的正常工作。
电动机能否直接全压启动有一定的规定。如果用电单位有独立的变压器，且在电动机启动频繁时，电动机容量小于变压器容量的20%，允许直接启动。如果电动机不经常启动，它的容量小于变压器容量的30%时，允许直接启动。如果没有独立的变压器（与照明共用），电动机直接启动时所产生的电压降不应超过线路电压的5%，一般小容量的异步电动机，如10kW以下的都是采用全压直接启动的。
1）点动控制
某些生产机械在安装或维修后常常需要试车和调整，即所谓的“点动”控制。其线路图如图1-23所示，当按下启动按钮时，KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机转动；松开按钮后，按钮自动复位，KM线圈断电使电动机停止转动。
2）连续控制
在实际生产中，往往要求电动机实现长时间连续转动，即连续运行，又称为长动控制。如图1-24所示为三相笼型异步电动机连续运行控制线路。接触器KM的辅助常开触点并接于启动按钮，当松开SB2时，按钮在复位弹簧的作用下自动复位，接触器KM的线圈通过其辅助常开触点的闭合仍继续保持通电，从而保证电动机的连续运行。这种通过主令电器的常开触点和接触器（继电器）本身的常开触点相并联而使线圈保持通电的控制方式，称为自锁。起到自锁作用的辅助常开触点称自锁触点。由于有自锁的存在，可以使电动机连续运行；当停止信号出现后，由于自锁回路断开而不能自行启动。图1-23 点动控制线路图图1-24 连续运行控制线路
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]