顺序控制执行器优化设计方法

1.执行器

顺序控制执行器有电动机、电磁铁、液或气压油缸、液压电动机等。而这些执行器都可使用接触器、电磁阀进行控制。

（1）电磁铁。通电后可产生牵引力。有直流、交流驱动两种。其控制可直接用PLC的输出点。如果功率较大，也可经中间继电器。

（2）电动机。用以驱动运动部件。有直流电动机，更多的为交流电动机。电动机的控制主要有起动，停车及制动，调速及变向控制。这些都是用电路的切换实现。而电路切换主要用接触器。

（3）液或气压油缸、液压电动机。用以驱动运动部件。它们的控制主要有起动，停车，调速及变向控制。这些都是用油（气）路的切换实现。而油（气）路的切换主要用各种电磁阀。

（4）电磁阀。改变通电状况，即可改变阀门位置，进而实现的油（气）通路的变化。如控制电流不大，可用PLC的输出触点直接控制。如控制电流超过2A，PLC输出点先控制中间继电器或接触器，然后通过中间继电器或接触器再控制它。

（5）电动阀用以开启、关闭阀门，以控制液（气体）体流量。它的驱动一般为电动机。所以，PLC控制它可通过接触器。

2.控制器

用触点直接或间接实现控制执行器的器件。触点又受它的控制线圈控制。触点有常开、常闭两种。线圈通电，触点接通，断电，触点分断，称常开触点；线圈通电，触点分断，断电，触点接通，称常闭触点。

（1）中间继电器。也称电磁式继电器，如图3-11所示，它由返回弹簧、铁心、线圈、衔铁、动触点、常开触点、常闭触点组成。只要在线圈两端加上额定电压、流过额定电流，所产生的电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引下克服返回弹簧拉力吸向铁心，从而使常开触点与动触点吸合，常闭触点与动触点分断。当线圈断电，电磁吸力随之消失，衔铁就会在弹簧力作用下返回原来位置，使常开触点分断，常闭触点吸合。

控制中间继电器的线圈驱动功率不大，而它所控制的触点耐压大、可通过的电流也大。因而可起到功率放大的作用。但中间继电器触点通过的电流还是小，耐电压也低，没有灭弧装置，故只能用于实现中间控制或辅助控制。中间继电器电气图形符号如图3-12所示。

（2）接触器。其结构如图3-13所示。它的工作原理与中间继电器相似。但增加有触点灭弧装置。触点可通过的电流大，耐电压高。除了主触点，还有辅助触点。其主触点可用于电动机的种种控制。辅助触点可提供反馈输入。接触器的电气图形符号如图3-14所示。

图3-11 电磁继电器结构示意

1—底座 2—接线端子 3—连接线 4—常闭触点 5—常开触点 6—动触点 7—衔铁 8—返回弹簧 9—电磁铁 10—线圈

图3-12 中间继电器图符号

a）线圈 b）常开触点 c）常闭触点

图3-13 接触结构简图

1—铁心 2—衔铁 3—线圈 4—常开触点 5—常闭触点

（3）固态继电器（SOLID STATE RELAYS，SSR）。问世于20世纪70年代，其外观如图3-15所示。有两个输入端，两个输出端，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。它利用电子元件（如开关晶体管、双向晶闸管等半导体器件）开关特性，用输入端去控制输出端电路的接通和断开，因此又被称为“无触点开关”。

固态继电器类型较多。按工作性质分有直流输入-交流输出型，直流输入-直流输出型，交流输入-交流输出型，交流输入-直流输出型。按安装方式有装置式（面板安装）、线路板安装型。按元件分有普通型和增强型。

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图3-14 接触器电气图符号

a）线圈 b）主触点 c）常开触点 d）常闭触点

固态继电器的优点是，多数产品具有零电压导通，零电流关断，与逻辑电路兼容（TTL、DTL、HTL）切换速度快、无噪声、耐腐蚀、抗干扰、寿命长、体积小，能以微小的控制信号直接驱动大电流负载等。缺点是，存在通态压降，需要散热措施，有输出漏电流，交直流不能通用，触点组数少，成本高。

图3-15 固态继电器外观图

由于固态继电器的内在特点，自问世以来已进入电磁继电器的大多数领域，在少数领域以完全取而代之。目前固态继电器已被广泛应用于如电炉加热系统，遥控机械、电动机、电磁阀以及信号灯、闪烁器、舞台灯光控制系统、医疗器械、复印机、洗衣机、消防保安系统等都有大量应用。

提示：这里只是对控制器的定性介绍。实际控制器的品种、型号、规格非常之多，可按需要选用。

3.输出接线

（1）继电器输出点。没有极性，使用交流、直流电源均可。只要在触点耐压及最大通过电流限制之内，可任意连接电源与负载。直接控制负载工作。如果超出限制，可通过中间继电器或接触器再驱动负载。特别电动机这样负载更是这样。

（2）半导体输出点。有NPN型与PNP型。有极性，只能使用直流电源。而且电源的规格及型的使用也要相符。它通过的电流比继电器输出点小。但它的相应速度快。如功率不足，可利用固态继电器或半导体功率放大器放大。

（3）晶闸管输出点。只能使用交流电源。

（4）短路保护。连接负载发生短路，将烧毁输出元件及印制电路板，所以，推荐在输出电路接入保护熔丝。熔丝的容量应为输出额定值的2倍。

（5）使用晶体管输出时，因为存在剩余电压，故不可直接与TTL连接。要用CMOS-IC接收后，再与TTL单元连接。此外，晶体管输出需要用电阻来上拉。如果使用一个晶闸管输出单元去驱动低电流负载，漏电流可能使输出设备不能关断。为防止这种情况，可将一个放电电阻同负载并联。

（6）浪涌电流。使用晶体管输出，连接白炽灯等浪涌电流大的负载时，为避免损坏输出晶体管、输出晶闸管，须抑制浪涌电流。有两个方法，如图3-16所示。如并联，电阻可按白炽灯的暗电流为额定电流的1/3选定。如串联，电阻可酌情选定。

（7）感性负载。如驱动感性负载，为了防止关断时造成的电流冲击，要给感性负载并联一个浪涌抑制器或二极管，如图3-17所示。其元件参数选定见表3-1。

图3-16 抑制浪涌电流方法

a）并联电阻 b）串联电阻

图3-17 驱动感性负载连接处理

a）使用浪涌抑制器 b）并联二极管

表3-1 浪涌抑制器及二极管参数