[工控系统]PLC和现场设备简介

 低压电器通常是指用于交流50Hz（60Hz）、额定电压1200V或以下和直流额定电压1500V或以下的电路中，起通断、保护、控制或调节作用的电器。低压电器是电气控制基础，PLC编程需要掌握开关电器、接触器、继电器、主令电器、传感器和变送器等低压电器的功能、符号和选型，了解开关电器、接触器和继电器等低压电器的工作原理，掌握配线的方法。我们简单看几个PLC编程需要用到的低压电器。

2.1 低压断路器

断路器（Circuit-Breaker）是指能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路条件（例如短路条件）下接通、承载一定时间和分断电流的一种机械开关电器，过去叫作自动空气开关，为了和IEC（国际电工委员会）标准一致，改名为断路器。低压断路器如图2.1所示。

图2.1 断路器外形

低压断路器是将控制电器和保护电器的功能合为一体的电器，其图形及文字符号如图2.2所示。在正常条件下，它常作为不频繁接通和断开的电路以及控制电动机的启动和停止。它常用作总电源开关或部分电路的电源开关。

断路器的动作值可调，同时具备过载和保护两种功能，当电路发生过载、短路或欠压等故障时能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备。

低压断路器的种类虽然很多，但结构基本相同，主要由触点系统和灭弧装置、各种脱扣器与操作机构、自由脱扣机构部分组成。各种脱扣器包括过流、欠压（失压）脱扣器，热脱扣器等。灭弧装置因断路器的种类不同而不同，常采用狭缝式和去离子灭弧装置，塑料外壳式的灭弧装置采用硬钢纸板嵌上栅片制成。当电路发生短路或过流故障时，过流脱扣器的电磁铁吸合衔铁，使自由脱扣机构的钩子脱开，自动开关触点在弹簧力的作用下分离，及时有效地切除高达数十倍额定电流的故障电流，如图2.3所示。

图2.3 断路器结构和工作原理

2.2 接触器

接触器是指仅有一个起始位置，能接通、承载或分断正常条件（包括过载运行条件）下电流的非手动操作的机械开关电器。接触器不能切断短路电流，它可以频繁地接通或分断交、直流电路，并可实现远距离控制。其主要控制对象是交、直流电动机，也可用于电热设备、电焊机、电容器组等其他负载。它具有低电压释放保护功能，还具有控制容量大、过载能力强、寿命长、结构简单、价格便宜等特点，在电力拖动、自动控制线路中得到了广泛的应用。交流接触器的外形和符号如图2.4和图2.5所示。接触器常与熔断器和热继电器配合使用。

图2.4 接触器外形

图2.5 接触器符号

接触器主要由电磁机构和触点系统组成，另外，接触器还有灭弧装置、释放弹簧、触点弹簧、触点压力弹簧、支架、底座等部件。图2.6所示为三种结构形式的接触器结构简图。

图2.6 接触器工作原理图

接触器的工作原理是：当线圈通电后，在铁芯中产生磁通及电磁吸力，电磁吸力克服弹簧反力使得衔铁吸合，带动触点机构动作，使常闭触点分断，常开触点闭合，互锁或接通线路。线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触点机构复位，使得常开触点断开，常闭触点闭合。

2.3 继电器

电气继电器是指当控制该元器件的输入电路中达到规定的条件时，在其一个或多个输出电路中，会产生预定的跃变的元器件。它一般通过接触器或其他电器对主电路进行控制，因此继电器触点的额定电流较小（5～10A），无灭弧装置，但动作的准确性较高。它是自动和远距离操纵用电器，广泛应用于自动控制系统、遥控系统、测控系统、电力保护系统和通信系统中，起控制、检测、保护和调节作用，是电气装置中最基本的器件之一。继电器的输入信号可以是电流、电压等电量，也可以是温度、速度、压力等非电量，输出为相应的触点动作。继电器的图形和文字符号如图2.7和图2.8所示。

图2.7 电磁继电器外形

图2.8 继电器符号

继电器按使用范围的不同可分为3类：保护继电器、控制继电器和通信继电器。保护继电器，主要用于电力系统，作为发电机、变压器及输电线路的保护；控制继电器，主要用于电力拖动系统，以实现控制过程的自动化；通信继电器，主要用于遥控系统。若按输入信号的性质不同，可分为中间继电器、热继电器、时间继电器、速度继电器和压力继电器等。继电器的作用如下：

① 输入与输出电路之间的隔离；② 信号切换（从接通到断开）；③ 增加输出电路（切换几个负载或者切换不同的电源负载）；④ 切换不同的电压或者电流负载；⑤ 闭锁电路；⑥ 提供遥控功能；⑦ 重复信号；⑧ 保留输出信号。

2.3.1 电磁继电器

电磁继电器是由电磁力产生预定响应的机电继电器。它的结构和工作原理与电磁接触器相似，也是由电磁机构、触点系统、复位弹簧、反作用弹簧、支架及底座等组成。电磁继电器根据外来信号（电流或者电压）使衔铁产生闭合动作，从而带动触点系统动作，使控制电路接通或断开，实现控制电路状态改变。

在图2.9 中，13和14是线圈的接线端子，1和2是常闭触点的接线端子，1和4是常开触点的接线端子。当中间继电器的线圈通电时，铁芯产生电磁力，吸引衔铁，使得常闭触点分断，常开触点吸合在一起。当中间继电器的线圈不通电时，没有电磁力，在弹簧力的作用下衔铁使常闭触点闭合，常开触点分断。图2.9中的状态是继电器线圈不通电时的状态。

图2.9 电磁继电器工作原理

继电器的种类繁多，除电磁继电器外还有时间继电器、计数继电器、干簧继电器、压力继电器、温度继电器、过电流继电器、欠电压继电器、速度继电器和固态继电器等。

低压电器的种类多样除上文介绍的断路器、接触器、继电器外还有变压器、熔断器、低压开关电器和各类传感器和变送器等。低压电器是电气控制系统中的重要组成单元，更加详细的可以参考电气工程类图书《 低压电器技术精讲》。