1.7　主令電器

1.7.1　主令電器概述

（1）主令電器的用途

主令電器是一種在電氣自動控制系統中用于發送或轉換控制指令的電器。它一般用于控制接觸器、繼電器或其他電器線路，從而使電路接通或分斷來實現對電力傳輸系統或生產過程的自動控制。

主令電器可以直接控制電路，也可以通過中間繼電器進行間接控制。由于它是一種專門用于發送動作指令的電器，故稱為“主令電器”。

（2）主令電器的分類

主令電器應用廣泛，種類繁多，按其功能分，常用的主令電器有以下幾種：控制按鈕、行程開關、接近開關、萬能轉換開關、主令控制器。

（3）主要技術參數

主令電器的主要技術參數有額定工作電壓、額定發熱電流、額定控制功率、工作電流、輸入動作參數、工作精度、機械壽命和電氣壽命等。

1.7.2　按鈕

（1）控制按鈕的用途

控制按鈕又稱按鈕開關或按鈕，是一種短時間接通或斷開小電流電路的手動控制器，一般用于電路中發出啟動或停止指令，以控制電磁啟動器、接觸器、繼電器等電器線圈電流的接通或斷開，再由它們去控制主電路。按鈕也可用于信號裝置的控制。

（2）控制按鈕的分類

隨著工業生產的需求，按鈕的規格品種也在日益增多。驅動方式由原來的直接推壓式，轉化為旋轉式、推拉式、杠桿式和帶鎖式（即用鑰匙轉動來接通或關閉電路，并將鑰匙抽走后不能隨意動作，具有保密和安全功能）。傳感接觸部件也發展為平頭、蘑菇頭以及帶操縱桿式等多種形式。帶燈按鈕也日益普遍地使用在各種系統中。按鈕的具體分類如下：

①按按鈕的用途和觸點的結構分，有啟動按鈕（動合按鈕）、停止按鈕（動斷按鈕）和復合按鈕（動合和動斷組合按鈕）三種。

②按按鈕的結構形式、防護方式分，有開啟式、防水式、緊急式、旋鈕式、保護式、防腐式、鑰匙式和帶指示燈式等。

為了標明各個按鈕的作用，通常將按鈕做成紅、綠、黑、黃、藍、白等不同的顏色加以區別。一般紅色表示停止按鈕，綠色表示啟動按鈕。

（3）按鈕的基本結構

按鈕的種類非常多，常用按鈕的外形如圖1-41和圖1-42所示。

控制按鈕主要由按鈕帽、復位彈簧、觸點、接線柱和外殼等組成，LA19系列按鈕結構及外形如圖1-43所示。

（4）按鈕的工作原理

按鈕的工作原理是，當用手按下按鈕帽時，常閉（動斷）觸點斷開，常開（動合）觸點接通；而當手松開后，復位彈簧便將按鈕的觸點恢復原位，從而實現對電路的控制。

當按下按鈕時，先斷開常閉觸點，后接通常開觸點。當松開按鈕時，常開觸點先斷開，常閉觸點后閉合。

按鈕的圖形符號和文字符號如圖1-44所示。

（5）按鈕的技術參數

按鈕的主要技術參數有額定電壓、額定電流、結構形式、觸點數及按鈕顏色等。常用的控制按鈕的額定電壓為交流380V，額定電流為5A。

（6）按鈕的選擇方法

①應根據使用場合和具體用途選擇按鈕的類型。例如，控制臺柜面板上的按鈕一般可用開啟式；若需顯示工作狀態，則用帶指示燈式；在重要場所，為防止無關人員誤操作，一般用鑰匙式；在有腐蝕的場所一般用防腐式。

②應根據工作狀態指示和工作情況的要求選擇按鈕和指示燈的顏色。如停止或分斷用紅色；啟動或接通用綠色；應急或干預用黃色。

③應根據控制回路的需要選擇按鈕的數量。例如，需要作“正（向前）”“反（向后）”及“?！比N控制處，可用三只按鈕，并裝在同一按鈕盒內；只需作“啟動”及“停止”控制時，則用兩只按鈕，并裝在同一按鈕盒內。

④對于通電時間較長的控制設備，不宜選用帶指示燈的按鈕。

1.7.3　行程開關

（1）行程開關的用途

在生產機械中，常需要控制某些運動部件的行程，或運動一定行程使其停止，或在一定行程內自動返回或自動循環。這種控制機械行程的方式叫“行程控制”或“限位控制”。

行程開關又叫限位開關，是實現行程控制的小電流（5A以下）主令電器，其作用與控制按鈕相同，只是其觸點的動作不是靠手按動，而是利用機械運動部件的碰撞使觸點動作，即將機械信號轉換為電信號，通過控制其他電器來控制運動部件的行程大小、運動方向或進行限位保護。

（2）行程開關的分類

行程開關按用途不同可分為兩類：

①一般用途行程開關（即常用的行程開關）。它主要用于機床、自動生產線及其他生產機械的限位和程序控制。

②起重設備用行程開關。它主要用于限制起重機及各種冶金輔助設備的行程。

（3）行程開關的基本結構

行程開關的種類很多，JLXK1系列行程開關的外形如圖1-45所示。

直動式（又稱按鈕式）行程開關結構圖如圖1-46所示；JLXK1系列旋轉式行程開關結構圖如圖1-47所示，它主要由滾輪、杠桿、轉軸、凸輪、撞塊、調節螺釘、微動開關和復位彈簧等部件組成。

（4）行程開關的工作原理

當運動機械的擋鐵撞到行程開關的滾輪上時，行程開關的杠桿連同轉軸一起轉動，使凸輪推動撞塊，當撞塊被壓到一定位置時，便推動微動開關快速動作，使其動斷觸點（常閉觸點）斷開，動合觸點（常開觸點）閉合；當滾輪上的擋鐵移開后，復位彈簧就使行程開關的各部件恢復到原始位置，這種單輪旋轉式行程開關能自動復位，在生產機械的自動控制中被廣泛應用。

行程開關的圖形符號和文字符號如圖1-48所示。

（5）行程開關的選擇

①根據使用場合和控制對象來確定行程開關的種類。當生產機械運動速度不是太快時，通常選用一般用途的行程開關；而當生產機械行程通過的路徑不宜裝設直動式行程開關時，應選用凸輪軸轉動式的行程開關；而在工作效率很高、對可靠性及精度要求也很高時，應選用接近開關。

②根據使用環境條件，選擇開啟式或保護式等防護形式。

③根據控制電路的電壓和電流選擇系列。

④根據生產機械的運動特征，選擇行程開關的結構形式（即操作方式）。

1.7.4　接近開關

（1）接近開關的用途

接近開關是一種非接觸式檢測裝置，也就是當某一物體接近它到一定的區域內，它的信號機構就發出“動作”信號。當檢測物體接近它的工作面達到一定距離時，不論檢測體是運動的還是靜止的，接近開關都會自動地發出物體接近而“動作”的信號，而不像機械式行程開關那樣需施以機械力，因此，接近開關又稱為無接觸行程開關。

接近開關是理想的電子開關量傳感器。當金屬檢測體接近開關的區域時，開關能無接觸、無壓力、無火花、迅速發出電氣命令，準確反應出運動機構的位置和行程，若用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調整的方便性和對惡劣環境的適用能力，是一般機械式行程開關所不能相比的。

接近開關可以代替有觸點行程開關來完成行程控制和限位保護，還可用作高頻計數、測速、液位控制、零件尺寸檢測、加工程序的自動銜接等的非接觸式開關。由于它具有非接觸式觸發、動作速度快、可在不同的檢測距離內動作、發出的信號穩定無脈動、工作穩定可靠、壽命長、重復定位精度高以及能適應惡劣的工作環境等特點，所以在機床、紡織、印刷、塑料等工業生產中應用廣泛。

（2）接近開關的分類

①渦流式接近開關　渦流式接近開關也稱為電感式接近開關。當導電物體接近這個能產生電磁場的接近開關時，物體內部產生渦流，這個渦流反作用到接近開關，使開關內部電路參數發生變化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是導電體。

②電容式接近開關　電容式接近開關的測量頭通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是開關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接的。當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使電容的介電常數發生變化，從而使電容量發生變化，使得和測量頭相連的電路狀態也隨之發生變化，由此便可控制開關的接通和斷開。這種接近開關檢測的對象，不限于導體，可以是絕緣的液體或粉狀物等。

③霍爾接近開關　霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關，叫作霍爾接近開關。當磁性物體移近霍爾接近開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產生霍爾效應而使開關內部電路狀態發生變化，由此識別附近是否有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。

④光電式接近開關　利用光電效應做成的開關叫光電開關。將發光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內。當有反光面（被檢測物體）接近時，光敏器件接收到反射光后便有信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。

⑤熱釋電式接近開關　用能感知溫度變化的元件做成的開關叫熱釋電式接近開關。這種開關將熱釋電器件安裝在開關的檢測面上，當有與環境溫度不同的物體接近時，熱釋電器件的輸出便發生變化，由此可檢測出有物體接近。

⑥超聲波接近開關　利用多普勒效應可制成超聲波接近開關、微波接近開關等。當有物體移近時，接近開關收到的反射信號會產生多普勒頻移，由此可以識別出有無物體接近。

（3）接近開關的基本結構

接近開關的種類很多，常用接近開關的外形如圖1-49所示。

接近開關由接近信號辨識機構、檢波、鑒幅和輸出電路等部分組成。圖1-50是晶體管停振型接近開關的框圖。

（4）接近開關的工作原理

接近開關按辨識機構工作原理不同分為高頻振蕩型、感應型、電容型、光電型、永磁及磁敏元件型、超聲波型等，其中以高頻振蕩型最為常用。

高頻振蕩型接近開關由感應頭、振蕩器、檢波器、鑒幅器、輸出電路、整流電源和穩壓器等部分組成。當裝在運動部件上的金屬檢測體（鐵磁件）接近感應頭時，由于感應作用，使處于高頻振蕩器線圈磁場中的物體內部產生渦流損耗（如果是鐵磁金屬物體，還有磁滯損耗），這時振蕩回路電阻增大，能量損耗增加，以致振蕩減弱，甚至停止振蕩。這時，晶體管開關就導通，并經輸出電路輸出信號，從而起到控制作用。因此，接在振蕩電路后面的開關動作，發出相應的信號，即能檢測出金屬檢測體的存在。當金屬檢測體離開感應頭后，振蕩器即恢復振蕩，開關恢復為原始狀態。

晶體管停振型接近開關屬于高頻振蕩型。高頻振蕩型接近信號的發生機構實際上是一個LC振蕩器，其中L是電感式感應頭。當金屬檢測體接近感應頭時，在金屬檢測體中將產生渦流，由于渦流的去磁作用使感應頭的等效參數發生變化，改變振蕩回路的諧振阻抗和諧振頻率，使振蕩停止，并以此發出接近信號。LC振蕩器由LC振蕩回路、放大器和反饋電路構成。按反饋方式可分為電感分壓反饋式、電容分壓反饋式和變壓器反饋式三種。

（5）接近開關的選擇

①接近開關較行程開關價格高，因此僅用于工作頻率高、可靠性及精度要求均較高的場合。

②按有關距離要求選擇型號、規格。

③按輸出要求是有觸點還是無觸點以及觸點數量，選擇合適的輸出形式。