主编：胡立旺 何金鑫

策划：楚新疆

校核：李晓芳 张杰艳

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前言

工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现测量、操纵等信息处

理和过程控制的统称。

本文介绍了关于工业自动化设计中的硬件选型、常用的通讯方式以及关于安全性能的接地方式，共九个部分

组成，分别为专业名词解释、低压电气设计、CPU 选型、传感器与变送器、执行器、通讯、信号抗干扰、浪涌

保护、接地保护。

掌握、熟知与自控相关硬件产品部件的特性对自动化从业者尤为重要，通过收集、整理相关技术资料，不仅

巩固扩充自己的专业知识，还希望对其他初入门的从业者有所帮助。

本文通过大量资料的搜集和一些经验的总结，经历了三个多月的不断整合、修改，最后精炼出一本适合查阅

的， 通俗易懂的手册，希望此手册能够给正在阅读的你有所启发和帮助。此外，本文还有一些不太严谨的地方，

欢迎指正。

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目录

一、 专业名词解释................................................................................................................................. 1

二、 低压电气设计................................................................................................................................. 6

1、 负荷计算......................................................................................................................................... 6

2、 元件选型....................................................................................................................................... 10

3、 线缆选型及计算........................................................................................................................... 14

4、 温度海拔对电气影响................................................................................................................... 23

三、 CPU 选型通用依据....................................................................................................................... 24

1、 CPU 选型....................................................................................................................................... 24

2、 I/O 点位统计 ................................................................................................................................ 24

3、 PLC 分类........................................................................................................................................ 25

4、 PLC 选型方法................................................................................................................................ 28

四、 传感器与变送器........................................................................................................................... 29

1、 热电阻........................................................................................................................................... 29

2、 热电偶........................................................................................................................................... 36

3、 变送器........................................................................................................................................... 38

4、 各种温度传感器的比较............................................................................................................... 40

五、 执行器........................................................................................................................................... 41

1、 固态继电器................................................................................................................................... 41

2、 伺服步进电机驱动....................................................................................................................... 42

3、 变频器........................................................................................................................................... 45

4、 阀门............................................................................................................................................... 49

5、 交流异步电机（包括风机、水泵）........................................................................................... 52

六、 通讯............................................................................................................................................... 54

1、 接口与协议................................................................................................................................... 54

2、 常用接口....................................................................................................................................... 54

3、 常用协议....................................................................................................................................... 56

七、 信号抗干扰................................................................................................................................... 66

6、 信号传输媒介............................................................................................................................... 66

7、 屏蔽............................................................................................................................................... 71

8、 强弱电工艺................................................................................................................................... 72

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八、 浪涌保护....................................................................................................................................... 75

1. 浪涌保护器的选择.......................................................................................................................... 75

2. 绝缘等级.......................................................................................................................................... 76

3. 避雷.................................................................................................................................................. 77

九、 接地保护....................................................................................................................................... 82

1. 接地体.............................................................................................................................................. 82

2. 接地装置.......................................................................................................................................... 82

3. 地线分类.......................................................................................................................................... 83

4. 不同地线的处理方法...................................................................................................................... 83

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一、 专业名词解释

负荷 load

用电设备消耗的电功率。

设备 equipment

单个电器或一组器件或电器，或一个设施的主要器件的组合，或为执行特定任务所需的所有器件。

整流器 rectifier

将单相或多相交流电流变换成单一方向电流的电能变换器。

有功功率 active power

在周期状态下，瞬时功率 p 在一个周期 T 内的平均值。

无功功率 reactive power

对于正弦状态下线性二端元件或二端电路，其量值等于视在功率 S 和（端子间电压对电流的）相位转移角

的正弦之乘积的量：

视在功率 apparent power

二端元件或二端电路端子间电压的方均根值 U 与该元件或电路中的电流的方均根值 I 得乘积：

功率因数 power factor

在周期状态下，有功功率 P 的绝对值与视在功率 S 的比值：

电能变流器 electric energy Converter

改变与电能相关的一个或几个特性的器件。

（信号）传感器 （signal）transducer

将一种表示信息的物理量转换成另一种表示同样信息的物理的器件，两个物理量中有一个是电量。

爬电距离 creepage distance

沿两个导电部分之间的固体绝缘材料表面的最短距离。

断路器 circuit-breaker

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能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流,也能在所规定的非正常电路(例如短路)下接通、承载一定时间

和分断电流的一种机械开关电器。

万能式断路器 conventional circuit-breaker

框架式断路器

以具有绝缘衬垫的框架结构底座将所有构件组成一整体并具有多种结构变化方式、用途的断路器。

塑料外壳式断路器 moulded case circuit-breaker

模压外壳式断路器

具有一个用模压绝缘材料制成的外壳将所有构件组装成一整体的断路器。

限流断路器 current-limiting circuit-breaker

分断时间短得足以阻止短路电流达到其预期峰值的断路器。

插入式断路器 plug-in type circuit-breaker

新路器除有分断触头外，还有一组可分离的触头，从而使断路器可从电路中拔出或插入

注：某些断路器仅在电源侧为插入式，而负载接线端子一般为接线式。

抽屉式断路器 withdrawable circuit-breaker

断路器除有分断触头外，还有一组与主电路隔离的隔离触头，处于抽出位置时，可以达到符合规定要求的隔

离距离的断路器。

空气断路器 air circuit-breaker

触头在自由空气中断开和闭合的断路器。

真空断路器 vacuum circuit-breaker

触头在高真空的壳内断开和闭合的断路器。

灭磁断路器 field discharge circuit-breaker

用于接通和分断电机励磁电路的断路器。

分断能力 breaking capacity

在规定的使用和性能条件下，开关器件在指定的电压下能分断的预期电流值。

脱扣 tripping

由继电器或脱扣器(脱扣装置)引起的机械开关电器的断开动作。

使保持电器闭合的锁扣机构解脱,而造成电器触头断开或闭合的动作过程。

接触器 contactor

仅有一个休止位置，能接通、承载和分断正常电路条件（包括过载运行条件）下的电流的非手动操作的机械

开关电器。

注：接触器可根据闭合主触头所需的力来命名。

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交流接触器 alternating current contactor

用于交流电路的接触器。

直流接触器 direct current contactor

用于直流电路的接触器。

空气接触器 air contactor

触头的闭合或断开是在空气中进行的接触器。

气动接触器 pneumatic contactor

由压缩空气装置产生的方带动主触头闭合或断开的一种接触器。

数字信号处理器 digital signal processor（DSP）

一种用于处理数字信号的专用处理器。可以高速实时地对数字信号进行滤波、变换、增强、压缩、估计和识

别等。

PWM：

PWM 的全称是脉冲宽度调制（Pulse-width modulation），是通过将有效的电信号分散成离散形式从而来降低

电信号所传递的平均功率的一种方式；

冗余：硬件冗余

举例：

1）电源冗余：高端服务器产品普遍采用双电源系统，这两个电源是负载均衡的，即在系统工作时它们

同时为系统提供电力，当一个电源出现故障时，另一个电源会立即承担所有的负载。有些服务器系统实现了

直流电源的冗余，另一些服务器产品实现了直流和交流电源的全冗余。

2）存储子系统：存储子系统是整个服务器系统中最容易发生故障的地方，可以通过以下几种方法实现

冗余：

磁盘镜像：将相同的数据分别写入两个磁盘中。

磁盘双联：为镜像磁盘增加一个 I/O 控制器，形成了磁盘双联，使总线争用情况得到改善。

独立/廉价冗余磁盘阵列 RAID（Redundant Arrays of Independent/Inexpensive Disks）由 2 个以上磁盘组成，

通过一个控制器协调运动机制使单个数据流依次写入这几个磁盘中，有 RAID10、RAID01、RAID0、RAID5 等

级别。

3）I/O 卡冗余：网卡冗余是指在服务器中插上多个网卡。冗余网卡技术原为大型机及中型机上的技术，

现也渐被 PC 服务器所拥有。多个网卡可共同承担网络流量，且具有容错功能。

4）CPU 冗余：系统中主处理器并不会经常出现故障，但对称多处理器（SMP）能让多个 CPU 分担工作

以提供某种程度的容错。

开关量：

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一般指的是触点的“开”与“关”的状态，一般在计算机设备中也会用“0”或“1”来表示开关量的状态。开

关量分为有源开关量信号和无源开关量信号，有源开关量信号指的是“开”与“关”的状态是带电源的信号，

专业叫法为跃阶信号，可以理解为脉冲量，一般的都有 220VAC, 110VAC,24VDC,12VDC 等信号，无源开关量

信号指的是“开”和“关”的状态时不带电源的信号，一般又称之为干接点。电阻测试法为电阻 0 或无穷大。

数字量：

很多人会将数字量与开关量混淆，也将其与模拟量混淆。数字量在时间和数量上都是离散的物理量，其表示

的信号则为数字信号。数字量是由 0 和 1 组成的信号，经过编码形成有规律的信号，量化后的模拟量就是数

字量。

模拟量：

模拟量的概念与数字量相对应，但是经过量化之后又可以转化为数字量。模拟量是在时间和数量上都是连续

的物理量，其表示的信号则为模拟信号。模拟量在连续的变化过程中任何一个取值都是一个具体有意义的物

理量，如温度，电压，电流等。

离散量：

离散量是将模拟量离散化之后得到的物理量。即任何仪器设备对于模拟量都不可能有个完全精确的表示，因

为他们都有一个采样周期，在该采样周期内，其物理量的数值都是不变的，而实际上的模拟量则是变化的。

这样就将模拟量离散化，成为了离散量。

脉冲量：

脉冲量就是瞬间电压或电流由某一值跃变到另一值的信号量。在量化后，其变化持续有规律就是数字量，如

果其由 0 变成某一固定值并保持不变，其就是开关量。

终端电阻：

是一种电子信息在传输过程中遇到的阻碍。 高频信号传输时，信号波长相对传输线较短，信号在传输线终

端会形成 反射波 ，干扰原信号，所以需要在传输线末端加终端电阻，使信号到达传输线末端后不反射。 对

于低频信号则不用。

波特率：

表示每秒钟传送的码元符号的个数，它是对符号传输速率的一种度量，它用单位时间内载波调制状态改变的

次数来表示，1 波特即指每秒传输 1 个符号。 波特（Baud，单位符号：Bd）

网络拓扑结构：

就是指用传输媒体把计算机等各种设备互相连接起来的物理布局，是指互连过程中构成的几何形状，它能

表示出 网络服务器 、工作站的网络配置和互相之间的连接。. 网络拓扑结构可按形状分类，分别有：星型、

环型、总线型、树型、总线/星型和网状型拓扑结构。

金属 屏蔽层互联附件

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平行连续接地导体 parallel earth continuity conductor：

通常沿电缆线路敷设,并能提供电缆线路两瑞接地系统之间的连续低阻抗金凤接地连接的导体。

金属屏蔽层电压限制器 shield voltage limiter：

接在金属屏蔽层或特殊互联电缆的金属屏蔽层，用来限制在系统暂态过程中金属屏蔽层电压的装置。

连接箱(屏蘞绝缘系统用) link box (for insulated shield system)：

通过可切换閘刀或连接片进行互联和(或)接地连接的箱子。箱内可以装有金属屏蔽层电压限制器。

金属屏蔽层互联引线 shield bonding lead：

连接接头外壳的电缆屏蔽层和连接箱内刀闸的一根绝緣导体。

接头外壳绝缘 joint-slceve insulation：

特殊互联电缆的接头金属外壳上的外部绝緣。

电屏蔽和接地金属 屏蔽

屏蔽(电缆的) screen (of a cable)：

能够将电场控制在绝缘内部的--层或组合在-起的多层导电层。

注:为绝缘界面提供光滑表面.并借此消除界图处空亂。

导体屏蔽 conductor screen：

包覆在导体上的非金属和(或)金属材料电气屏蔽。

绝缘屏蔽 insulation screen

绝缘线芯屏蔽 core screen：

包覆在绝缘上的非金属和(或)金属材料电气屏蔽。

接地屏蔽(电缆的);[接地]金属屏蔽 shield (of a cable)：

将电场限制在电缆内部和(或)保护电缆免受外界电气干扰的外包接地金属层。

注:金属套、金属信.编织层.铠装层及接地同心导体也可作为接地金属屏蔽。

可剥离屏蔽 strippable screen：

由挤包材料制成的,不需用特殊工具、溶剂、加热或同时用上述任何几种方法即能完全除去的一种.绝缘屏蔽。

粘结屏蔽 bonded screen：

只有用特殊工具.溶剂.加热或同时用上述任何几种方法才能除去的-种绝緣屏蔽.

裸屏蔽线 drain wire; continuity wire：

与屏蔽或接地屏蔽接触放置的一种无绝缘的金属线。

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二、 低压电气设计

1、 负荷计算

1. 负荷计算原则

进行负荷计算时，应按下列原则计算设备功率：对于不同工作制的用电设备的额定功率应换算为统

一的设备功率。整流器的设备功率是指额定交流输入功率。成组用电设备的设备功率，不应包括备用设

备。

当消防用电的计算有功功率大于火灾时可能同时切除一般电力、照明负荷计算有功功率，应按未切

除的一般电力、照明负荷加上消防负荷计算低压总的设备功率、计算负荷。否则计算低压总负荷时，不

应考虑消防负荷。当消防负荷中有与平时兼用的负荷时，该部分负荷也应计入一般电力、照明负荷。

单相负荷应均衡分配到三相上，当单相负荷的总计算容量小于计算范围内三相对称负荷总计算容量

的 15%时，全部按三相对称负荷计算；当超过 15%时，应将单相负荷换算为等效三相负荷，再与三相负

荷相加。

2. 负荷计算方法

目前普遍采用需要系数法和二项式系数法确定用电设备的负荷，其中需要系数法是国际上普遍采用

的确定计算负荷的方法，最为简便；而二项式系数法在确定设备台数较少且各台设备容量差别大的分支

干线计算负荷时比较合理；

在建筑配电中，还常用负荷密度法和单位指标法统计计算负荷。在方案设计阶段可采用单位指标法；

在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法。

1) 设备组设备容量

对于照明设备：白炽灯的设备容量按灯泡上标注的额定功率取值；带自感式镇流器的荧光灯和高压

汞灯等照明装置，由于自感式镇流器的影响，不仅功率因数很低，在计算设备容量时，还应考虑镇流器

上的功率消耗。因此，对采用自感式镇流器的荧光灯装置，其设备容量取灯管额定功率的 1.2 倍，高压

汞灯装置的设备容量取灯泡额定功率的 1.1 倍。

2) 用电设备组的计算负荷

根据用电设备组的设备容量 ，即可算的设备的计算负荷：

有功计算负荷 （1-1）

无功计算负荷

视在计算负荷

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或

计算电 流 （1-2）

式中 设备组的需要系数；

设备组设备容量（KW）；

用电设备功率因数角；

线电压（V）；

计算电流（A）。

上述公式适用计算三相用电设备组的计算负荷，其中式（1-2）计算电流的确定尤为重要，因为计算

电流是选择导线截面积和开关容量的重要依据。

对于单相用电设备，可分为两种情况：

相负荷：相负荷的额定工作电压为相电压，正常运行时，相负荷接在火线和中性线之间，民用建筑

中大多数单相用电设备和家用电器都属于相负荷。在供电设计中，应将相负荷尽量均匀地分配到三相之

中，按照最大的单项设备乘以 3，求得等效的三相设备容量，然后按上述公式求得计算电流（线电流）。

最大负荷相的单相设备容量

线间负荷：详见负荷是指额定工作电压为线电压的单相用电负荷，正常工作时，线间负荷换算为等

效的相相负荷，再按照相负荷求得计算电流。

接与线电压的单相设备容量

3) 配电干线或变电所得计算负荷

用电设备按类型分组后的多个用电设备组均连接在配电干线或变电所的低压母线上，考虑到各个用

电设备组并不同时都以最大负荷运行，配电干线或变电所的计算负荷应等于各个用电设备组的计算负荷

求和之后，再乘以一个同时系数，即配电干线或变电所低压母线上的计算负荷为：

有功计算负荷

无功计算负荷 （1-3）

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视在计算负荷

计算电 流 （1-4）

式中 有功功率和无功功率的同时系数，一般取

为 0.8~0.9 和 0.93~0.97；

各用电设备组有功计算负荷之和（kW）；

各用电设备组无功计算负荷之和（kvar）；

用电设备额定线电压（V）；

应该注意，因为各用电设备组类型不同，其功率因数也不尽相同。所以，一般情况下，总的视在计

算负荷不能按 来计算，总的视在计算负荷或计算电流也不能取为各组用电设备的现在

计算负荷之和或计算电流之和。

4) 需要系数的选取

需要系数是在一定的条件下，根据统计方法得出的，它与用电设备的工作性质、设备效率、设备数

量、线路效率以及生产组织和工艺设计等诸多因素有关。将这些因素综合为一个用于计算的系数，即需

要系数，有时也称为需用系数。

在实际工程中应根据具体情况从表中选取一个恰当的值进行负荷计算。一般而言，当用电设备组内

的设备数量较多时，需要系数应取较小值；反之，则应取较大值。设备使用率较高时，需要系数应取较

大值；反之，则应取较小值。

显然，在不同地区、不同类型的建筑物内，对于不同的用电设备组，用电负荷的需要系数也不相同。

表 2-l 和表 2-2 分别列出了旅游宾馆的主要用电设备和部分建筑物照明用电设备的需要系数的推荐值，

可作为供配电设计中进行负荷计算的参考。

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表 2-1 旅游宾馆的主要用电设备需要系数的推荐值

表 2-2 照明用电设备的需要系数

3. 负荷电流计算

1) 计算负荷电流和额定电流的区别

额定电流是指设备正常工作时候的电流。负载电流是指设备的负载的工作电流。对一个供电设备来

说，如果负载电流大于其额定电流，可能会引起其过热甚至烧毁等。比如你的墙面插座是额定 220V 10A

的，你接一个 220V 15A 的电水壶，那么就可能烧毁插座， 因为其内部线路只能承受 10A 的电流。对

于三相电气设备通常说的额定电流指的是其线电流，在同时有单相负载和三相负载时统一折算成线电

流。三相负载电流+单相负载电流/1.732。

2) 三相四线不平衡负荷电流的计算

三相四线系统中，如果是不平衡的三相负载，那么它的各相电流及功率只有单相计算，它的单相功

率计算公式为 。然后三相功率相加即是总功率。同理反之依据此公式如果知道单相

功率也可求得相电流，需要指出的是，不平衡的三相负荷应做星形联接，即零线是必须的。

此种情况下，开关的选择只能参照三相中电流最大的一相，额定值应稍大于最大相电流值。

3) 单相负荷电流的计算

如果是用在单相电热器具，如电灯、电炉等就是用功率（W）÷ 电压（220V）=电流（A）比如 100W

的电灯，就是用 100W÷220V=0.46A；

如果是用在单相电机中、如 1000W。计算方法：1000÷（220×0.75×0.75）=8.08A。 ：功率

因数，单相取 0.75； ：效率单相取 0.75。

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2、 元件选型

1. 断路器

1) 分类

表 2-3 断路器分类

按选择性类别分 按分断介质分 按设计类型分 按操作机构的控制方法分 按安装方式分

A 类

B 类

空气中分断

真空中分断

气体中分断

万能式

塑料外壳式

有关人力操作

无关人力操作

有关动力操作

无关动力操作

储能操作

固定式

插入式

抽屉式

2) 分断能力

断路器的额定短路分断能力是制造商在规定的条件及额定工作电压下对断路器规定的短路分断能

力值。

额定短路分断能力要求断路器在对应于规定的试验电压的工频恢复电压下应能分断小于和等于相

当于额定能力的任何电流值,且：

对于交流,功率因数不低于表 2 的规定；

对于直流,时间常数不超过表 2 的规定：

表 2-4 与试验电流相应的功率因数和时间常数

3) 脱扣特性

B 型：2-3 倍额定电流，一般用于纯阻性负载和低压照明回路，常用于住户的配电箱，保护家用电器

和人身安全，目前使用较少。

C 型：5-10 倍额定电流，需在 0.1 秒内脱扣，该特性的断路器最为常用，常用于保护配电线路以及

具有较高接通电流的照明线路。

D 型：10-20 倍额定电流，主要在用电器瞬时电流较大的环境，一般家庭也比较少用，适用于高感

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负载和较大冲击电流的系统，常用于保护具有很高冲击电流的设备。瞬时脱扣范围表 3 所示。

表 2-5 瞬时脱扣范围

4) 电流富余

断路器由于是进行断路保护因此可以选择大于电机额定电流，通常为电机额定电流 1.2 倍，保守为

1.6 倍。

2. 接触器

1) 接触器分类：

表 2-6 接触器分类

按控制线圈的电压不同分

直流接触器

按主触点个数分

单级

双极

交流接触器

三极

四极

五极

按操作结构分

电磁式接触器

按主触点连接回路的形式分 直流接触器

交流接触器

按操作机构分 电磁式接触器

永磁式接触器

液压式接触器

气动式接触器

按动作方式分 直动式接触器

转动式接触器

2) 接触器的主要技术指标

表 2-7 接触器主要技术指标

接触器的主要技术指标

额定电压 额定电流 吸引线圈额定电压 通断能力 额定操作频率 寿命

a) 额定电流：

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5A-1000A 的不等。接触器在运行时触头上的温度与触头的接触电阻成正比，接触电阻越大温

度越高；与通过的电流正相关，电流越大温度越高。温度过高时，可把触头熔断。

b) 通断能力：

c) 20A 以上的接触器加有灭弧罩，利用电路断开时产生的电磁力，快速拉断电弧，保护接触

器主触点。

d) 额定操作频率：

接触器可高频率操作，做为电源开启与切断控制时﹐最高操作频率可达每小时 1200 次。

3) 接触器的选择

接触器的选择原则：

a) 根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型。一般直流电路用直流接触器控制，当直流

电动机和直流负载容量较小时，也可用交流接触器控制，但触头的额定电流应适当选择大

些。

b) 接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；

c) 吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；

d) 额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。根据负载额定电流，接触器安装条件及电

流流经触头的持续情况来选定接触器的额定电流。

4) 交流接触器电流富余

a) 持续运行的设备：接触器按 67-75%算，即 100A 的交流接触器，只能控制最大额定电流是

67-75A 以下的设备；

b) 间断运行的设备：接触器按 80%算，即 100A 的交流接触器，只能控制最大额定电流是 80A

以下的设备；

c) 反复短时工作的设备：接触器按 116-120%算，即 100A 的交流接触器，只能控制最大额定

电流是 116-120A 以下的设备，还要考虑工作环境和接触器的结构形式。

3. 热继电器

1) 热继电器的分类

表 2-8 热继电器分类

二极式

三极式 带断相保护

不带断相保护

注意事项：

a) 当电动机定子绕组为三角形接法时，必须采用三极式带断相保护的热继电器；但若电动机

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定子绕组采用带中线的星形接法，热继电器一定要选用三极式。

b) 对于星形接法的电动机，一般采用不带断相保护的热继电器。由于一般电动机采用星形接

法时都不带中线，热继电器用两极式或三极式都可以。

c) 当电网的相电压均衡性较差，三相负载不平衡，多台电动机功率差别大时，应选用三相热

继电器。

d) 一般轻载启动、长期工作的电动机或间断长期工作的电动机，宜选择二相结构的热继电器；

当电动机的电流、电压均衡性较差、工作环境恶劣或较少有人看管时，可选用三相结构的

热继电器。

2) 热继电器额定电流的选择

a) 保证电动机正常运行及启动

在正常的启动电流和启动时间、非频繁启动的场合，必须保证电动机的启动不致使热继电

器误动。当电动机启动电流为额定电流的 6 倍，启动时间不超过 5s，很少连续启动的条件下时，

一般可按电动机的额定电流来选择热继电器。(实际中，热继电器的额定电流可略大于电动机的

额定电流)

b) 考虑保护对象——电动机的特性

电动机的绝缘材料等级有 A 级、E 级、B 级等，它们的允许温升各不相同，因而其承受过

载的能力也不相同，在选择热继电器时应引起注意。另外，开启式电动机散热比较容易，而封

闭式电动机散热就困难得多，稍有过载，其温升就可能超过限定值。虽然热继电器的选择从原

则上讲是按电动机的额定电流来考虑，但对于过载能力较差的电动机，它所配的热继电器(或热

元件)的额定电流就应适当小些。在这种场合，也可以选取热继电器(或热元件)的额定电流为电

动机额定电流的 60%~80%。

c) 考虑负载因素

如果负载性质不允许停车，即便过载会使电动机寿命缩短，也不应让电动机突然脱扣，以

免产生比电动机价格高许多倍的巨大损失。这时热继电器的额定电流可选择较大值(当然此工况

下电动机的选择一般也会有较强的过载能力)。这种场合最好采用由热继电器和其他保护电器有

机地组合起来的保护措施，只有在发生非常危险的过载时方可考虑脱扣。

d) 考虑热继电器使用的环境温度和被保护电动机的环境温度

当热继电器使用的环境温度高于被保护电动机的环境温度 15 ° C 以下时，应使用大一号

额定电流等级的热继电器；当热继电器使用的环境温度低于被保护电动机的环境温度 15 ° C

以下时，应使用小一号额定电流等级的热继电器。此外，也应考虑到电动机的负载情况及热继

电器可能需要的调整范围。

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3) 热继电器整定电流选择

热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的 6 倍及启

动时间不超过 5S 时，热无件的整定电流调节到等于电动机的额定电流；当电动机的启动时间

较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流调节到电动机额定电流的 1.1～1.15

倍。

3、 线缆选型及计算

1. 电力电缆芯数选择

1) 1kV 及以下电源中性点直接接地时，三相回路的电缆芯数选择应符合下列规定:

保护导体与受电设备的外露可导电部位连接接地时，应符合下列规定:

a) TN-C 系统，保护导体与中性导体合用同一导体时，应选用 4 芯电缆;

b) TN-S 系统，保护导体与中性导体各自独立时，宜选用 5 芯电缆。

c) TN-S 系统，未配出中性导体或回路不需要中性导体引至受电设备时，宜选用 4 芯电缆。

2) TT 系统，受电设备外露可导电部位的保护接地与电源系统中性点接地各自独立时，应选用 4 芯

电缆;未配出中性导体或回路不需要中性导体引至受电设备时，宜选用 3 芯电缆。

3) TN 系统，受电设备外露可导电部位可靠连接至分布在全厂、站内公用接地网时，固定安装且

不需要中性导体的电动机等电气设备宜选用 3 芯电缆。

4) 当相导体截面大于 240mm 时，可选用单芯电缆。

5) 1kV 及以下电源中性点直接接地时，单相回路的电缆芯数选择应符合下列规定:

6) 保护导体与受电设备的外露可导电部位连接接地时，应符合下列规定;

a) TN-C 系统，保护导体与中性导体合用同一导体时，应选用 2 芯电缆;

b) TN-S 系统，保护导体与中性导体各自独立时，宜选用 3 芯电缆;当满足本标准第 5116 条的

规定时，也可采用 2 芯电缆与另外紧靠相导体敷设的保护导体组成。

1) TT 系统，受电设备外露可导电部位的保护接地与电源系统中性点接地各自独立时，应选用 2 芯

电缆。

2) TN 系统，受电设备外露可导电部位可靠连接至分布在全厂、站内公用接地网时，固定安装的

电气设备宜选用 2 芯电缆。

3) 3kV~35kV 三相供电回路的电缆芯数选择应符合下列规定:

a) 工作电流较大的回路或电缆敷设于水下时，可选用单芯电缆;

b) 除本条第 1 款规定的情况外，应选用 3 芯电缆;3 芯电缆可选用普通统包型，也可选用 3 根

单芯电缆绞合构造型。

4) 110kV 三相供电回路，除敷设于水下时可选用 3 芯外，宜选用单芯电缆。110kV 以上三相供电

15

回路宜选用单芯电缆。

5) 移动式电气设备的单相电源电缆应选用 3 芯软橡胶电缆，三相三线制电源电缆应选用 4 芯软橡

胶电缆，三相四线制电源电缆应选用 5 芯软橡胶电缆。

6) 直流供电回路的电缆芯数选择应符合下列规定:

a) 低压直流电源系统宜选用 2 芯电缆，也可选用单芯电缆;蓄电池组引出线为电缆时，宜选用

单芯电缆，也可采用多芯电缆并联作为一极使用，蓄电池电缆的正极和负极不应共用 1 根

电缆;

b) 高压直流输电系统宜选用单芯电缆，在水下敷设时，也可选用 2 芯电缆。

2. 控制电缆选择：

1) 控制电缆应采用铜导体。

2) 控制电缆的额定电压不得低于所接回路的工作电压，宜选用 450/750V。

3) 控制电缆的绝缘类型和护层类型选择应符合敷设环境条件和环境保护的要求，并应符合标准。

控制电缆芯数选择应符合下列规定:：

4) 控制、信号电缆应选用多芯电缆。当芯线截面为 15mm 和 25mm 时，电缆芯数不宜超过 24 芯。

当芯线截面为 4mm 和 6mm 时，电缆芯数不宜超过 10 芯。

5) 控制电缆宜留有备用芯线。备用芯线宜结合电缆长度、芯线截面及电缆敷设条件等因素综合考

虑。

6) 下列情况的回路,相互间不应合用同一根控制电缆：

a) 交流电流和交流电压回路、交流和直流回路、强电和弱电回路;

b) 低电平信号与高电平信号回路;

c) 交流断路器双套跳闸线圈的控制回路以及分相操作的各相弱电控制回路;

d) 由配电装置至继电器室的同一电压互感器的星形接线和开口三角形接线回路。4.弱电回路

的每一对往返导线应置于同一根控制电缆。

7) 来自同一电流互感器二次绕组的三相导体及其中性导体应置于同一根控制电缆。

8) 来自同一电压互感器星形接线二次绕组的三相导体及其中性导体应置于同一根控制电缆。来自

同一电压互感器开口三角形接线二次绕组的 2(或 3)根导体应置于同一根控制电缆。

9) 控制电缆截面选择应符合下列规定:

a) 保护装置电流回路截面应使电流互感器误差不超过规定值;

b) 继电保护及自动装置电压回路截面应按最大负荷时电缆的电压降不超过额定二次电压的

3%;

c) 控制回路截面应按保护最大负荷时控制电源母线至被控设备间连接电缆的电压降不应超

16

过额定二次电压的 10%;

d) 强电控制回路截面不应小于 15mm 弱电控制回路截面不应小于 0.5mm;

e) 测量回路电缆截面应符合现行国家标准《电力装置的电测量仪表装置设计规范》GB/T50063

的规定。

3. 硬线与软线的区别：

表 2-9 硬线与软线的区别

线缆种类 载流量 股数 抗拉性 抗腐蚀性 使用寿命 应用场景

硬线 低 单股 高 高 长 在突发性承受负荷上，硬线的承

受能力较强，硬线穿管施工方便，

价格便宜，家装中常用单股硬线。

软线 高 多股 低 低 短 避免了硬线中的趋肤效应，软线

往往用于信息传输或二次控制

中，主要用于传输信号。

注：配电箱箱门过门线必须使用软线，以为开关门的操作而反复弯折导线，所以使用软线。

4. 交流导线与铜母线载流量选择如表所示。

17

表 2-10 交流导线与铜母线载流量选择

+40℃时

交流导线的载流量

交流矩形铜母线（TMY）+40℃时，每相允许的载流量

导线截面

（mm²）

允许电流

（A）

母线截面

（mm²）

允许电流

（A）

母线截面

（mm²）

允许电流

（A）

母线截面

（mm²）

允许电流

（A）

0.3 3 7×3 ≤63 40×10 800 2(80×10) 2316

0.5 5 10×3 125 50×5 663 2(100×6) 1845

0.75 7 15×3 162 50×6 736 2(100×8) 2285

1.0 8 15×4 200 50×8 800 2(100×10) 2697

1.5 15 15×5 235 50×10 1020 2(120×8) 2540

2.5 20 20×3 212 60×5 826 2(120×10) 3063

4 25 20×4 250 60×6 867 3(60×6) 1728

6 32~40 20×5 319 60×8 1018 3(60×8) 2152

10 50 20×10 497 60×10 1137 3(60×10) 2545

16 63 25×3 262 80×6 1105 3(80×6) 2031

25 80~100 25×4 300 80×8 1262 3(80×8) 2517

35 125 25×5 384 80×10 1419 3(80×10) 2981

50 160 30×3 337 100×6 1351 3(100×6) 2368

70 200 30×4 366 100×8 1554 3(100×8) 2936

95 250 30×5 400 100×10 1725 3(100×10) 3474

120 300 30×6 480 120×8 1793 3(120×8) 3242

30×8 504 120×10 1980 3(120×10) 3884

30×10 630 2(60×6) 1342 4(100×10) 4000

40×4 482 2(60×8) 1666 5(120×10) 5000

40×5 540 2(60×10) 1974 6(120×10) 6300

40×6 630 2(80×6) 1576

40×8 700 2(80×8) 1957

5. YJV 电缆与直流铜母线载流量选择如表所示。

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表 2-11 YJV 电缆与直流铜母线载流量选择

YJV 铜芯

交流电力电缆

直流矩形铜母线（TMY）+40℃时，每相允许的载流量

电缆截面

（mm²）

允许电流

（A）

母线截面

（mm²）

允许电流

（A）

母线截面

（mm²）

允许电流

（A）

母线截面

（mm²）

允许电流

（A）

2.5 29 7×3 ≤63 40×10 800 2(80×10) 2622

4 39 10×3 125 50×5 671 2(100×6) 2424

6 47 15×3 162 50×6 740 2(100×8) 2846

10 65 15×4 200 50×8 800 2(100×10) 3230

16 86 15×5 235 50×10 1020 2(120×8) 3287

25 115 20×3 212 60×5 826 2(120×10) 3735

35 140 20×4 250 60×6 883 3(60×6) 1925

50 170 20×5 319 60×8 1037 3(60×8) 2329

70 215 20×10 497 60×10 1176 3(60×10) 2723

95 260 25×3 262 80×6 1128 3(80×6) 2405

120 300 25×4 300 80×8 1311 3(80×8) 2876

150 350 25×5 384 80×10 1487 3(80×10) 3324

185 400 30×3 337 100×6 1400 3(100×6) 2943

240 500 30×4 366 100×8 1628 3(100×8) 3503

30×5 400 100×10 1845 3(100×10) 4022

30×6 480 120×8 1942 3(120×8) 4183

30×8 504 120×10 2203 3(120×10) 4669

30×10 630 2(60×6) 1535

40×4 482 2(60×8) 1912

40×5 544 2(60×10) 2101

40×6 630 2(80×6) 1964

40×8 700 2(80×8) 2312

6. 铜芯电缆的选择，铜线面积升一级测算：

1) 对于 1.5、2.5、4、6、10mm2 的导线可将其截面积数乘以 5 倍；

19

2) 对于 16、25mm2 的导线可将其截面积数乘以 4 倍；

3) 对于 35、50mm2 的导线可将其截面积数乘以 3 倍；

4) 对于 70、95mm2 的导线可将其截面积数乘以 2.5 倍；

5) 对于 120、150、185mm2 的导线可将其截面积数乘以 2 倍。

7. 电缆弯曲半径

1) 电缆最小允许弯曲半径

表 2-12 电缆最小允许弯曲半径

2) 矿物绝缘电缆敷设时，其允许最小弯曲半径应符合下表。

表 2-13 矿物绝缘电缆敷设时允许最小弯曲半径

8. 线缆间距

1) 电子信息系统线缆与其他管线的间距

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表 2-14 电子信息系统线缆与其他管线的间距

2) 电子信息系统信号电缆与电力电缆的间距

表 2-15 电子信息系统信号电缆与电力电缆的间距

9. 绝缘

1) 电力电缆绝缘水平

2) 1.2 交流系统电力电缆导体的相间额定电压不得低于使用回路的工作线电压。

3) 交流系统中电力电缆导体与绝缘屏蔽或金属套之间额定电压选择应符合下列规定：

a) 中性点直接接地或经低电阻接地系统，接地保护动作不超过 1min 切除故障时，不应低于

100% 的使用回路作相电压;

b) 对于单相接地故障可能超过 1min 的供电系统，不宜低于 133 %的使用回路工作相电压;

在单相接地故障可能持续 8h 以上，或发电机回路等安全性要求较高时，宜采用 173% 的

使用回路工作相电压。

4) 交流系统电缆的耐压水平应满足系统绝缘配合的要求。

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5) 直流输电电缆绝缘水平应能承受极性反向、直流与冲击叠加等的耐压考核交联聚乙烯绝缘电缆

应具有抑制间电荷积聚及其形成局部高场强等适应直流电场运行的特性。

6) 电力电缆绝缘类型

电力电缆绝缘类型选择应符合下列规定：

a) 在符合工作电庄、工作电流及其特征和环境条件下，电缆绝缘寿命不应小于预期使用寿命;

b) 应根据运行靠性、施和维护方便性以及最高允许工作温度与造价等因素选择；

c) 应符合电缆耐火与阻燃的要求；

d) 应符合环境保护的要求。

7) 常用电力电缆的绝缘类型选择应符合下列规定:

a) 低压电缆宜选用交联聚乙烯或聚氯乙烯挤塑绝缘类型，当环境保护有要求时，不得选用聚

氯乙烯绝缘电缆;

b) 高压交流电缆宜选用交联聚乙烯绝缘类型，也可选用自容式充油电缆;

c) 500 kV 交流海底电缆线路可选用自容式充油电缆或交联聚乙烯绝缘电缆;

d) 高压直流输电电缆可选用不滴流浸渍纸绝缘 、自容式充油类型和适用高压直流电缆的交

联聚乙烯绝缘类型，不宜选用普通交联聚乙烯绝缘类型。

8) 移动式电气设备等经常弯曲移动或有较高柔软性要求的回路应选用橡皮绝缘等电缆。

9) 放射线作用场所应按绝缘类型要求，选用交联聚乙烯或乙丙橡皮绝缘等耐射线辐照强度的电

缆。

10) 60℃ 以上高温场所应按经受高温及其持续时间和绝缘类型要求，选用耐热聚氯乙烯、交联聚

乙烯或乙丙橡皮绝缘等耐热型电缆; 100℃以上高温环境宜选用矿物绝缘电缆。高、温场所不宜

选用普通聚氯乙烯绝缘电缆。

11) 年最低温度在 5'C 以下应按低温条件和绝缘类型要求，选用交联聚乙烯、聚乙烯、耐寒橡皮绝

缘电缆 低温环境不宜选用聚氯乙烯绝缘电缆。

12) 在人员密集场所或有低毒性要求的场所，应选用交联聚乙烯或乙丙橡皮等无卤绝缘电缆，不应

选用聚氯乙烯绝缘电缆。

13) 6kV 及以上的交联聚乙烯绝缘电缆，应选用内、外半导电屏蔽层与绝缘层三层共挤工艺特征的

型式。

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表 2-16 型号与名称

表 2-17 常用电力电缆导体的最高允许温度

14) 挤包在每芯导体上的绝缘应是 PVC/D 型聚氯乙烯混合物 。

15) 绝缘线芯应选取合适的同心层排列，绞合在一起。缆芯的中心不允许放绝缘线芯，但五芯及以

上电缆的第一层中心可放一根合适材料制成的填充物。 三芯及以上缆芯中应有一根黄绿组合

包绝缘线芯。成缆时各层可以重叠或间隙绕包一层带子，包带应不黏连绝缘线芯。两芯电缆绝

缘线芯之间的间隙可单独填充或用护套填充。

16) 挤包在缆芯上的内护层应是 PVC/ST5 型聚氯乙烯混合物。

17) 产品不同极性的裸露带电体之间，以及它们与地或相与相之间的电气间隙、爬电距离应不小于

20mm，当小于此规定的距离时，应采取增加绝缘防护等措施，如套热缩管等，接点及搭接处除

外，但应满足表 2-18 中的规定。

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表 2-18 电气间隙和爬电距离

4、 温度海拔对电气影响

1. 就断路器而言海拔高度增加后，断路器的电气间隙和爬电距离变化较大从而降

低了绝缘性能，断路器更容易被击穿；

2. 空气压力和密度的降低，使得灭弧时间延长，触头烧蚀严重。另外产品承受过

电压的水平降低，通断能力水平也降低，电气寿命会减少；

3. 因为高海拔地区空气稀薄，空气密度降低使散热的对流作用减弱，温升就会升

高。尽管海拔升也会导致气温下降从而部分补偿由海拔升高对电气温升的影响，但是该作用不足以抵消

温升的增加。

因此，在高海拔下，要保证断路器正常工作，就需要对产品进行降容。

表 2-19 高海拔降容系数表

海拔高度 2000m 3000m 4000m 5000m

最大工作电压（V） 415 350 310 270

40℃热额定值（A） In 0.96In 0.93In 0.91In

平均绝缘电压（V） 800 700 600 500

介电强度（V） 3000 2500 2100 1800

表 2-20 环境温度对断路器长延时过电流脱扣器整定值的降容系数

温度（℃） 40 45 50 55 60 65 70

降容系数 1 0.975 0.95 0.925 0.9 0.875 0.85

额定绝缘电压 Ui/V 电气间隙/mm 爬电距离/mm

Ui≤60 5 5

60＜Ui≤300 6 10

300＜Ui≤690 10 14

690＜Ui≤800 16 20

800＜Ui≤1000(或 1140) 18 24

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三、 CPU 选型通用依据

1、 CPU 选型

CPU 选型应该注意下表所示的方面：

CPU 选型注意事项

高速输入 高速脉冲（PWM） 防护等级 温度海拔 热插拔 冗余 通讯

2、 I/O 点位统计

1. I/O 点数选择

I/O 点数是决定 PLC 选型的最重要因素之一，一般而言：

1) 当控制对象 I/O 点在 60 点之内，I/O 点数比为 3/2 时选用整体式（小型）PLC 较为经济；

2) 当控制对象 I/O 点在 100~ 200 点，选用小型模块式的较为合理；

3) 当控制对象 I/O 点在 300 点左右时，选中型 PLC；

4) 当控制对象 I/O 点在 400 点以上时就必须选用大型 PLC。

2. I/O 类型

1) I/O 类型也是决定 PLC 选型的重要因素之一，一般而言，多数小型 PLC 只具有开关量 I/O；

2) PID、A／D、D/A、位控等功能一般只有大、中型 PLC 才有。

3. 开关量 I/O 模块的选择

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表 3-1 开关量 I/O 模块的选择

开关量 I/O 模块的选择

外部接线方式问题

I/O 模块一般分为独立式、分组式和汇点式。

通常，独立式的点均价格较高，如果实际系

统中开关量输入信号之间不需隔离可考虑

选择后两种。

点数问题 通常 I/O 模块有 4、8、16、24、32、64 点

几种。一般而言，点数多的点均价较低。

开关量输入模块

通常的开关量输入模块类型有有源输入、无

源输入、光电接近传感器等输入。进行开关

量输入模块的选型时必须根据实际系统运

行中的要求综合考虑。当然，具体到有源输

入模块，还分为 AC 输入、DC 输入和 TTL

电平输入。

开关量输出模块

通常的开关量输出模块类型有继电器输出、

可控硅输出和晶体管输出。在开关量输出模

块的选型过程中，必须根据实际系统运行要

求及要求输出的电压等级进行相应的选型。

3、 PLC 分类

表 3-2 PLC 分类

按结构形式分类 按功能分类 按 I/O 点数分类

整体式 PLC

模块式 PLC

叠装式 PLC

低档 PLC

中档 PLC

高档 PLC

小型 PLC

中型 PLC

大型 PLC

1. 按结构形式分类

根据 PLC 的结构形式，可将 PLC 分为整体式和模块式两类。

1) 整体式 PLC

整体式 PLC 是将电源、CPU、I/O 接口等部件都集中装在一个机箱内，如图所示。具有结构紧凑、体

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积小、价格低的特点。小型 PLC 一般采用这种整体式结构。

图 3.1 整体式 PLC

整体式 PLC 由不同 I/O 点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成，基本单元内有 CPU、I/O 接口、

与 I/O 扩展单元相连的扩展口以及与编程器或 EPROM 写入器相连的接口等；扩展单元内只有 I/O 和

电源等，而没有 CPU。

基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式 PLC 一般还可配备特殊功能单元，如模拟量

单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。

2) 模块式 PLC

模块式 PLC 将 PLC 的各组成部分分别做成若干个单独的模块，如 CPU 模块、I/O 模块、电源模块（有

的含在 CPU 模块中）以及各种功能模块。模块式 PLC 由框架或基板和各种模块组成，模块装在框架

或基板的插座上，如图所示。

图 3.2 模块式 PLC

这种模块式 PLC 的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和

维修。大、中型 PLC 一般采用模块式结构。

3) 还有一些 PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓的叠装式 PLC。

叠装式 PLC 的 CPU、电源、I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行连接的，并

且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。如图所示。

27

图 3.3 叠装式 PLC

2. 按功能分类

根据 PLC 的功能不同，可将 PLC 分为低档、中档、高档三类。

1) 低档 PLC

低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入

/输出、算术运算、数据传送和比较及通信等功能，主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控

制的单机控制系统。

2) 中档 PLC

中档 PLC 除具有低档 PLC 的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、

数制转换、远程 I/O、子程序及通信联网等功能；有些还可增设中断控制、PID 控制等功能，适用于

复杂的控制系统。

3) 高档 PLC

高档 PLC 除具有中档 PLC 的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运

算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。

高档 PLC 具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，进而实现

工厂自动化。

3. 按 I/O 点数分类

根据 PLC 的 I/O 点数多少，可将 PLC 分为小型、中型和大型三类。

1) 小型 PLC

小型 PLC 的 I/O 点数小于 256，具有单 CPU 及 8 位或 16 位处理器，用户存储器容量为 4KB 以下。例

如：三菱 FX0S 系列。

2) 中型 PLC

中型 PLC 的 I/O 点数在 256～2048，具有双 CPU，用户存储器容量为 2～8KB。

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3) 大型 PLC

大型 PLC 的 I/O 点数大于 2048，具有多 CPU 及 16 位或 32 位处理器，用户存储器容量为 8～16KB。

世界上，PLC 产品可按地域分成三大流派，一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派

是日本产品。美国和欧洲的 PLC 技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的 PLC

产品有明显的差异性。

而日本的 PLC 技术是由美国引进的，对美国的 PLC 产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在

小型 PLC 上。美国和欧洲以大中型 PLC 而闻名，而日本则以小型 PLC 著称。

4、 PLC 选型方法

PLC 选型考虑方面

PLC 机型 容量 I/O 模块 电源模块 特殊功能模块 通信联网能力

1. PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模

块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护

方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时应主要考虑到合理的结构型式，安装方式的选择，相应

的功能要求，响应速度要求，系统可靠性的要求，机型尽量统一等因素。

2. PLC 最多可带 7 个模块，扩展多少由 CPU 决定，型号不同，可参照具体产品

手册选取。

29

四、 传感器与变送器

1、 热电阻

1. PT100

1) PT100 特性

PT100 是铂热电阻，当 PT100 在 0 摄氏度的时候他的阻值为 100 欧姆，在 100℃时它的阻值约为 138.5

欧姆。它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，

而更应该趋近于一条抛物线。

图 4.1 PT100/PT1000 铂电阻 RT 曲线图

2) PT100 温度-阻值分度表

表 4-1 PT100 温度-阻值分度表

温度 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0

（℃） 电阻值 Ω）

80.31 84.27 88.22 92.16 96.09 100

温度 10 20 30 40 50 60 70 80 90

（℃） 电阻值 Ω）

0 103.90 107.79 111.67 115.54 119.40 123.24 127.08 130.90 134.71

100 142.29 146.07 149.83 153.58 157.33 161.05 164.77 168.48 172.17

200

175.86

30

3) PT100 选型参数

表 4-2 PT100 选型参数

参数说明 可选参数说明

测温元件类型 PT10/PT20/PT100/PT200/PT500/PT1000

精度的选择

1/10B 级 ±0.03℃

1/3B 级 ±0.10℃

A 级 ±0.15℃

B 级 ±0.30℃

2B 级 ±0.60℃

温度测试范围 -200~850℃

几线制 2 线制/3 线制/4 线制

线材屏蔽要求 是/否

引线长度 0.05 米~500 米

保护管直径*长度

常用尺寸

（3*10mm/3*30mm/4*30mm/5*30mm/5*50mm/6*30mm/6*50mm/8

*50mm）

线尾部处理方式 沾锡/U 型叉/直针/航空插/防水连接器/端子 等等

注：厂家不同，请参照厂家所提供的具体参数选型。

2. PT1000

1) PT1000 温度-阻值分度表

31

表 4-3 PT1000 阻值随温度变化分度表

温度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

（℃） 电阻值（Ω）

100 1385 1388 1392 1396 1400 1404 1407 1411 1415 1419

110 1422 1426 1430 1434. 1438 1441 1445 1449 1453 1456

120 1460 1464 1468 1471 1475 1479 1483 1487 1490 1494

130 1498 1502 1505 1509 1513 1517 1520 1524 1528 1532

140 1535 1539 1543 1547 1550 1554 1558 1562 1565 1569

150 1573 1576 1580 1584 1588 1591 1595 1599 1603 1606

160 1610 1614 1617 1621 1625 1629 1632 1636 1640 1644

170 1647 1651 1655 1658 1662 1666 1669 1673 1677 1681

180 1684 1688 1692 1695 1699 1703 1706 1710 1714 1718

190 1721 1725 1729 1732 1736 1740 1743 1747 1751 1754

200 1758 1762 1765 1769 1773 1776 1780 1784 1787 1791

210 1795 1798 1802 1806 1809 1813 1817 1820 1824 1828

220 1831 1835 1839 1842 1846 1850 1853 1857 1861 1864

230 1868 1872 1875 1879 1882 1886 1890 1893 1897 1901

240 1904 1908 1911 1915 1919 1922 1926 1930 1933 1937

250 1940 1944 1948 1951 1955 1959 1962 1966 1969 1973

260 1977 1980 1984 1987 1991 1995 1998 2002 2005 2009

270 2013 2016 2020 2023 2027 2031 2034 2038 2041 2045

280 2049 2052 2056 2059 2063 2066 2070 2074 2077 2081

290 2084 2088 2091 2095 2099 2102 2106 2109 2113 2116

3. 铜热电阻

1) CU50

32

表 4-4 CU50

设计原理

Cu 后的 50 即表示它在 0℃时阻值为 50 欧姆，在 100℃时它的阻值约为

71.400 欧姆。它的工业原理：当 Cu50 在 0 摄氏度的时候他的阻值为 50 欧

姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。

应用范围

医疗、电机、工业、温度计算、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常

之广泛。

同时，用于热电阻， 热电阻温度计， 热电阻校验仪，热电阻模拟器-铜热

电阻模拟器，铜热电阻， 铠装热电阻等。

特点 铜热电阻的线性较好、价格低、电阻率低，因而体积较大，热响应慢，但

是利用这一特点可以制作测量区域平均温度的感温元件。

组成部分 常见的 Cu50 感温元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们是由铜丝

分别绕在陶瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成

新技术 目前最新的技术 CU50 的转换只需要 MX825-J 就可以完成。方便、快捷、

准确。

2) PT100 热电阻和 CU50 热电阻的区别

表 4-5 PT100 热电阻和 CU50 热电阻的区别

PT100 CU50

精度 低 高

温度范围 -200～850℃ -50～150℃

材质 铂热电阻 铜热电阻

价格 高 便宜

优点

金属铂材料的优点是化学稳定

性好、能耐高温，容易制得纯铂，

又因其电阻率 ρ 大，可用较少材

料制成电阻，此外其测温范围

大。

铜热电阻的价格便宜，线

件度好，工业上在

-50--+150℃范围内使用

较多。

缺点

在还原介质中，特别是在高温下

很容易被从氧化物中还原出来

的蒸汽所沾污，使铂丝变脆，并

改变电阻与温度之间的关系。

铜热电阻怕潮湿，易被腐

蚀，熔点亦低。

33

3) CU50 温度-阻值分度表

表 4-6 CU50 温度-阻值分度表

温度 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9

（℃） 电阻值（Ω）

-50 39.24

-40 41.40 41.18 40.97 40.75 40.54 40.32 40.11 39.89 39.67 39.46

-30 43.56 43.35 43.12 42.91 42.69 42.48 42.26 42.05 41.83 41.62

-20 45.71 45.49 45.28 4506 44.85 44.63 44.42 44.20 43.99 43.77

-10 47.85 47.64 47.43 47.21 47.00 46.78 46.57 46.35 46.14 45.92

0 50.00 49.79 49.57 49.36 49.14 48.93 48.71 48.50 48.28 48.07

温度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

（℃） 电阻值（Ω）

0 50.00 50.21 50.43 50.64 50.86 51.07 51.29 51.50 51.72 51.93

10 52.14 52.36 52.57 52.79 53.00 53.21 53.43 53.64 53.86 54.07

20 54.29 54.50 54.71 54.93 55.14 55.36 55.57 55.78 56.00 56.21

30 56.43 56.64 56.85 57.07 57.28 57.50 57.71 57.92 58.14 58.35

40 58.57 58.78 58.99 59.21 59.42 59.364 59.85 60.06 60.28 60.49

50 60.70 60.92 61.13 61.35 61.56 61.77 61.99 62.20 62.42 62..63

60 62.84 63.06 63.27 63.48 63.70 63.91 64.13 64.34 64.55 64.77

70 64.98 65.19 65.41 65.62 65.84 66.05 66.26 66.48 66.69 66.91

80 67.12 67.33 67.55 67.76 67.98 68.19 68.40 68.62 68.83 69.05

90 69.26 69.47 69.69 69.90 70.12 70.33 70.54 70.76 70.97 71.19

100 71.40 71.61 71.83 72.04 72.26 72.47 72.69 72.90 73.11 73.33

110 73.54 73.75 73.97 74.19 74.40 74.61 74.83 75.04 75.26 75.48

120 75.69 75.60 76.12 76.33 76.55 76.76 76.97 77.19 77.40 77.62

130 77.83 78.05 78.26 78.48 78.69 78.91 79.12 79.34 79.55 79.77

140 79.98 80.20 80.41 80.63 80.84 81.06 81.27 81.49 81.70 81.92

150 82.13

34

4) CU100 温度-阻值分度表

表 4-7 CU100 温度-阻值分度表

温度 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9

（℃） 电阻值（Ω）

-50 78.48 78.05 77.62 77.19 76.76 76.33 75.90 75.47 75.03 74.60

-40 82.80 82.37 81.94 81.51 81.08 80.65 80.22 79.79 79.36 78.92

-30 87.11 86.68 86.25 85.82 85.39 84.96 84.53 84.10 83.67 83.24

-20 91.41 90.98 90.55 90.12 89.69 89.26 88.83 88.40 87.97 87.54

-10 95.71 95.28 94.85 94.42 93.99 93.56 93.13 92.70 92.27 91.84

0 100 99.57 99.14 98.71 98.28 97.86 97.43 97.00 96.57 96.14

温度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

（℃） 电阻值（Ω）

0 100.0 100.4 100.9 101.3 101.7 102.1 102.6 103.0 103.4 103.9

10 104.3 104.7 105.1 105.6 106.0 106.4 106.9 107.3 107.7 108.2

20 108.6 109.0 109.4 109.9 110.3 110.7 111.1 111.6 112.0 112.4

30 112.9 113.3 113.7 114.1 114.6 115.0 115.4 115.9 116.3 116.7

40 117.1 117.6 118.0 118.4 118.9 119.3 119.7 120.1 120.6 130.0

50 121.4 121.8 122.3 122.7 123.1 123.6 124.0 124.4 124.8 125.3

60 125.7 126.1 126.5 127.0 127.4 127.8 128.3 128.7 129.1 130.0

70 130.0 130.4 130.8 131.3 131.7 132.1 132.5 133.0 133.4 133.8

80 134.2 134.7 135.1 135.5 136.0 136.4 136.8 137.3 137.7 138.1

90 138.5 139.0 139.4 139.8 140.2 140.7 141.1 141.5 142.0 142.4

100 142.8 143.2 143.7 144.1 144.5 145.0 145.4 145.8 146.2 146.7

110 147.1 147.5 148.0 148.4 148.8 149.2 149.7 150.1 150.5 151.0

120 151.4 151.8 152.2 152.7 153.1 153.5 154.0 154.4 154.8 155.3

130 155.7 156.1 156.5 157.0 157.4 157.8 158.3 158.7 159.1 159.6

140 160.0 160.4 160.85 161.3 161.7 162.1 162.6 163.0 163.4 163.9

150 164.3 164.7 165.1 165.6 166.0 166.4 166.9 167.3 167.7 168.2

4. 热敏电阻

35

1) Ntc10k

功率型 NTC 热敏电阻多用于电源抑制浪涌。抑制浪涌用 NTC 热敏电阻器，是一种大功率的圆片

式热敏电阻器，常用于有电容器、加热器和马达启动的电子电路中。

图 4.2 热敏电阻

在电路电源接通瞬间，电路中会产生比正常工作时高出许多倍的浪涌电流，而 NTC 热敏电阻器

的初始阻值较大，可以抑制电路中过大的电流，从而保护其电源电路及负载。

当电路进入正常工作状态时，热敏电阻器由于通过电流而引起阻体温度上升，电阻值下降至很

小，不会影响电路的正常工作。

2) NTC 热敏电阻特性曲线

图 4.3 NTC 热敏电阻特性曲线

负温度系数热敏电阻，简称为 NTC 热敏电阻，它的阻值随着工作温度的增加而降低。目前，因

为 NTC 热敏电阻的几乎可以应用于对温度起作用的任何类型的设置中及它的高性价比，所以 NTC

热敏电阻已经成为最常用的温度传感器类型。

3) NTC10k、NTC5k 及 NTC2k 的区别。

NTC 热敏电阻温度传感器 2k、5K、10K 的主要区别在于它们的阻值上的不，2K 在 25℃时的标

36

称阻值为 2KΩ,K 在 25℃时的标称阻值为 5KΩ，10K 在 25℃时的标称阻值为 10KΩ。

2、 热电偶

1. 分类

表 4-8 热电偶分类

分类 适用温度 优点 缺点

K 型热电偶

(镍铬-镍硅)

-200~1300

具有线性度好，热电动势较大，灵敏

度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化

性能强，价格便宜等优点，能用于氧

化性惰性气氛中。

不能直接在高温下用于

硫，还原性或还原，氧化

交替的气氛中和真空中，

也不推荐用于弱氧化气

氛中 300~500 热电势

不稳定；800 左右热电势

不稳定

N 型热电偶

(镍铬硅-镍

硅)

-200~1300

具有线性度好，热电动势较大，灵敏

度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧

化性能强，价格便宜，不受短程有序

化影响等优点,其综合性能优于 K 型

热电偶,是一种很有发展前途的热电

偶.

不能直接在高温下用于

硫，还原性或还原，氧化

交替的气氛中和真空中，

也不推荐用于弱氧化气

氛中

E 型热电偶

(镍铬-铜镍)

-200~900

热电动势大，灵敏度高属所有热电偶

之最，宜制成热电堆，测量微小的温

度变化于高湿度气氛的腐蚀不甚灵

敏，宜用于湿度较高的环境。E 热电

偶还具有稳定性好，抗氧化性能优于

铜-康铜，铁-康铜热电偶，价格便宜

等优点，能用于氧化性和惰性气氛

中，广泛为用户采用

不能直接在高温下用于

硫，还原性气氛中，热电

势均匀性较差

T 型热电偶

（铜-铜镍） -200~350

具有线性度好，热电动势较大，灵敏

度较高，稳定性和均匀性较好，价格

便宜等优点,特别在-200~0℃温区内

使用，稳定性更好

在高温下抗氧化性能差，

故使用温度上限受到限

制。

2. 热电偶分度号对照表

37

表 4-9 热电偶分度号对照表

3. 热电偶测量端的焊接方法：

1) 气焊(乙炔焊)；

2) 石墨粉焊接法；

3) 水银电弧焊接法；

4) 盐水电弧焊接法；

5) 直流电弧焊接法；

6) 找台调压变压器，调至 24V，再把一号电池的碳棒拆出来，把头磨尖，这

头接调压器 24V 一端，另一端接双绞的热电偶，认下调压器的火，零线保证安全，用碳棒尖头和双

绞的热电偶相碰，即利用尖端放电的电弧把双绞的热电偶两极焊接，焊时带副墨镜保护眼睛。

7) 将偶丝断头双绞后,用氩弧焊接,建议你如不是焊接好手还是请专业人员煌

接,因煌接点要求圆滑,大小适宜。

对焊点的要求是：焊点要牢固，表面要光滑，无污点，无夹渣，无裂纹，焊点的尺寸要尽量小，

38

以减少传热误差和动态误差。

3、 变送器

1. 分类

表 4-10 变送器分类

分类 特点

按输出信号

类型

电流输出型

电压输出变送器具有恒压源的性质，PLC 模拟量输入模块的电压输入端的

阻抗很高，如果传输距离较远，微小的干扰信号电流在模块的输入阻抗上

将产生较高的干扰电压，所以远程传送的模拟电压信号的抗干扰能力较差。

但适合于将同一信号送到并联的多个仪表上，且安装简单，拆装其中某个

仪表不会影响其他仪表的工作，对输出级的耐压要求降低，从而提高了仪

表的可靠性。电压信号的范围为 1～5 V、0～10 v、0～10 V，首先为 1～5 V、

0～10 V。

电压输出型

具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。PLC 模拟量输入模块的输入为电

流时，输入阻抗较低，线路上的干扰信号在模块上产生的干扰电压很低，

所以模拟量电流信号适用于远程传输，在使用屏蔽电缆信号线时可达数百

米。电流信号的标准为 0～10 mA、0～20 mA、4～20 mA，首选为 4～20

mA，0 mA 通常被用作电路故障或电源故障指示信号。

按所使用的

能源

气动型

气动变送器以干燥、洁净的压缩空气作为能源，它能将各种被测参数(如温

度、压力、流量和液位等)变换成 0．02～0.1IMPa 的气压信号，以便传送

给调节、显示等单元组合式仪表，供指示、记录或调节。气动变送器的结

构比较简单，工作比较可靠，对电磁场、放射线及温度、湿度等环境影响

的抗干扰能力较强，能防火、防爆，价格也比较便宜；缺点是响应速度较

慢，传送距离受到限制，与计算机连接比较困难。

电动型

电动变送器以电为能源，信号之间联系比较方便，适用于远距离传送，便

于与电子计算机连接。近年来也可做到防爆以利安全使用。其缺点是投资

一般较高，受温度、湿度、电磁场和放射线的干扰影响较大：电动变送器

能将各种被测参数变换为 0～10V 或 4～20mA(直流电流的统一标准信号)，

以便传送给自动控制系统中的其他单元。

1) 常用温度变送器分为一体化温度变送器和分体式温度变送器：

39

图 4.4 一体化温度变送器

图 4.5 分体式温度变送器

区别：

以热电阻为例，热电阻检测元件出来的是三线制的电缆，如果是一体化温度变送器，则直

接接到温度变送器上面；如果是分体是温度变送器，则先接一个表头，然后通过电缆连接到分

体式温度变送器上面。

2. 接线

1) 变送器选型注意事项

变送器选型注意事项

安装条件 环境条件 仪表性能 经济性 应用介质

关于温度变送器选型有以下注意事项：

要求关于以标准信号传输的场合，应采用温度变送器。温度变送器的选型应符合下列规定：

a) 温度检测点环境温度不高于 60℃或安装位置不高于地坪 20m 的场合，宜选用一体型温度

变送器；

b) 温度检测点环境温度高于 60℃或安装位置高于地坪 20m 的场合，宜选用分体型温度变送

40

器。

4、 各种温度传感器的比较

表 4-11 各种温度变送器比较

类型 测温范围 精度 价格 应用行业

PT100/PT100 铂电阻 -200~850℃ 高 高 广泛

K/J/E/T 廉价金属热电偶 -200~1300℃ 低 中 工业类居多

S/R/B 贵重金属热电偶 -200~1600℃ 中 高 需要耐高温的特殊行业

NTC 热敏电阻 -40~200℃ 低 低 家电、消费类

DS18B20 数字温度传感器 -55~125℃ 中 高 冷链、粮食存储

模拟电压输出温度传威器

(LM35，AD590)

-55~125℃ 中 高 少(几乎被淘汰)

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五、 执行器

1、 固态继电器

1. 选型方法

根据不同的负载类型来选用 SSR 的额定电流。阻性负载、感性负载和容性负载在刚起动时瞬时电流

较大。即使是纯阻性，由于具有正温度系数，冷态时电阻值较小，因而有较大的起动电流。电炉刚接通

时电流为稳定时的 1.3—1.4 倍。白炽灯接通时电流为稳态 10 倍。有些金属卤化物灯不但开启时间长达

10 分钟，而且有高达 100 倍稳态时的脉冲电流。

异步电动机起动电流为额定值的 5—7 倍，直流电机起动电流还要大。不但如此，感性负载还具有

较高的反电势。这是一个不定值，随 L 和 di/dt 的不同而不同。通常为电源电压的 1—2 倍，这样和电源

电压叠加。有高达三倍的电源电压。

容性负载具有更大的危险性，因为起动时，由于电容器两端的电压不能突变，电容器（负载）相当

于短路。这种负载在选型时更要特别注意。

需要特别指出的是用户不要将 SSR 的浪涌电流值作为选择负载起动电流的依据。SSR 的浪涌电流值

是以晶闸管浪涌电流为标准的。它的前提条件是半个（或一个）电源周波。即 10 或 20ms。而前述启动

过程，少则几百毫秒、几分钟，多则高达 10 分钟。这点务必敬请高度注意。

1) 在选用小电流规格印刷电路板使用的固态继电器时，因引线端子为高导热

材料制成,焊接时应在温度小于 250℃、时间小于 10S 的条件下进行，如考虑周围温度的原因，

必要时可考虑降额使用，一般将负载电流控制在额定值的 1/2 以内使用。

2) 各种负载浪涌特性对固态继电器 SSR 的选择

被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流，由于热量来不及散发，很可能使 SSR 内部可控硅

损坏,所以用户在选用继电器时应对被控负载的浪涌特性进行分析,然后再选择继电器。使继电器在

保证稳态工作前提下能够承受这个浪涌电流，选择时可参考表 2 各种负载时的降额系数(常温下)。

如所选用的继电器需在工作较频繁、寿命以及可靠性要求较高的场合工作时，则应在表 2 的基

础上再乘以 0.6 以确保工作可靠。

一般在选用时遵循上述原则，在低电压要求信号失真小可选用采用场效应管作输出器件的直流

固态继器；如对交流阻性负载和多数感性负载，可选用过零型继电器，这样可延长负载和继电器寿

命，也可减小自身的射频干扰。如作为相位输出控制时，应选用随机型固态继电器。

3) 使用环境温度的影响

固态继电器的负载能力受环境温度和自身温升的影响较大，在安装使用过程中,应保证其有良好

的散热条件，额定工作电流在 10A 以上的产品应配散热器，100A 以上的产品应配散热器加风扇强

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冷 。在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触 ，并考虑涂适量导热硅脂以达到最佳散热效

果。

如继电器长期工作在高温状态下(40℃~80℃)时，用户可根据厂家提供的最大输出电流与环境温

度曲线数据，考虑降额使用来保证正常工作。

4) 过流、过压保护措施

在继电器使用时，因过流和负载短路会造成 SSR 固态继电器内部输出可控硅永久损坏 ,可考虑

在控制回路中增加快速熔断器和空气开关予以保护型(选择继电器应选择产品输出保护,内置压敏电

阻吸收回路和 RC 缓冲器,可吸收浪涌电压和提高 dv/dt 耐量）；也可在继电器输出端并接 RC 吸收回

路和压敏电阻(MOV)来实现输出保护。选用原则是 220V 选用 500V-600V 压敏电阻，380V 时可选用

800V-900V 压敏电阻。

5) 继电器输入回路信号

在使用时因输入电压过高或输入电流过大超出其规定的额定参数时,可考虑在输入端串接分压

电阻或在输入端口并接分流电阻,以使输入信号不超过其额定参数值。

6) 在具体使用时,控制信号和负载电源要求稳定，波动不应大于 10%，否则应采取稳压措施。

7) 在安装使用时应远离电磁干扰,射频干扰源，以防继电器误动失控。

8) 固态继电器开路且负载端有电压时,输出端会有一定的漏电流，在使用或设计时应注意。

9) 固态继电器失效更换时,应尽量选用原型号或技术参数完全相同的产品，以便与原应用线路匹

配，保证系统的可靠工作。

10) 固态继电器分类：

a) 交流固态继电器按开关方式分有电压过零导通型（简称过零型）和随机导通型（简称随机

型）；

b) 按输出开关元件分有双向可控硅输出型（普通型）和单向可控硅反并联型（增强型）；

c) 按安装方式分有印刷线路板上用的针插式（自然冷却，不必带散热器）和固定在金属底板

上的装置式（靠散热器冷却）；

d) 另外输入端又有宽范围输入（DC3－32V）的恒流源型和串电阻限流型等。

e) SSR 固态继电器以触发形式，可分为零压型(Z)和调相型(P)两种。

2、 伺服步进电机驱动

1. 伺服电机工作原理

伺服电机内部结构如图 5.1 所示

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图 5.1 伺服电机内部结构

11) 伺服电机在工作时，伺服系统能够使物体的位置、方向、状态被自动控制系统。

12) 伺服电机接收到一个脉冲，就会旋转一个脉冲相对应的角度。

13) 电机旋转一个角度时，就会发出相对应的脉冲，就会与伺服电机形成呼应。

14) 伺服系统能够清楚的知道发了有多少脉冲给伺服电机，达到精准的控制电机的旋转，精准定位

到 0.001mm。

15) 伺服电机内部的转子是永磁铁，转子在磁场的作用下转动，编码器会反馈给驱动器，调整转子

的角度。

2. 伺服电机驱动器原理

图 5.2 伺服驱动器原理图

1) 主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算

法，实现数字化、网络化和智能化。

2) 功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM 内部集成了驱动电路,同

时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减

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小启动过程对驱动器的冲击。

3) 功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流

电。

4) 经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦 PWM 电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步

交流伺服电机。

5) 功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是 AC-DC-AC 的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑

电路是三相全桥不控整流电路。

3. 伺服进给系统的要求

1) 调速范围宽

2) 定位精度高

3) 有足够的传动刚性和高的速度稳定性

4) 快速响应，无超调

为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，

即要求跟踪指令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，

缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。

5) 低速大转矩，过载能力强

一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内 1.5 倍以上的过载能力，在短时间内可以过载

4～6 倍而不损坏。

6) 可靠性高

要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境

适应能力和很强的抗干扰的能力。

4. 对电机的要求

1) 从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如 0.1r/min 或更低速时，仍

有平稳的速度而无爬行现象。

2) 电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数

分钟内过载 4～6 倍而不损坏。

3) 为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间

常数和启动电压。

4) 电机应能承受频繁启、制动和反转。

5. 步进电机工作原理

通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动

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转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角

度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的

角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所

以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

6. 步进电机驱动原理

步进电机驱动器是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的

情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当

步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步

距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而

达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速

的目的。

7. 步进电机驱动主要特性

1) 步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，

如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成

正比。

2) 三相步进电机的步进角度为 7.5 度，一圈 360 度，需要 48 个脉冲完成。

3) 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。

4) 改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。

3、 变频器

1) 变频器对 PLC 模拟量干扰的解决办法

a) PLC 供电电源与动力系统电源(变频器电源)分别配置,且 PLC 的供电应该选择隔离变压器;

b) 动力线尽量与信号线分开,信号线要做屏蔽;

c) 无论是模拟信号输入还是模拟信号输出,模拟量通道- -律使用信号隔离模块;

d) PLC 程序里做软件滤波设计;

e) 信号地与动力地分开设计。

做好以上五点,变频器对 PLC 模拟量干扰的问题,即可迎刃而解

2) 变频器的谐波及抑制方法

a) 变频器潜波产生机理

变频器的主电路一 般为交直。 交变换电路 。外部输入 380 V/ 50Hz 的工频电源通过三相桥式不可控整流

电路整流成直流电压,经滤波电容滤波后再经大功率晶体管开关器件逆变为频率与电压可调的交流电压。在整流

回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波。按傅里叶级数可分解为基波和各次谐波。其中的谐波将干扰输入供