1.7 主令电器
1.7.1 主令电器概述
（1）主令电器的用途
主令电器是一种在电气自动控制系统中用于发送或转换控制指令的电器。它一般用于控制接触器、继电器或其他电器线路，从而使电路接通或分断来实现对电力传输系统或生产过程的自动控制。
主令电器可以直接控制电路，也可以通过中间继电器进行间接控制。由于它是一种专门用于发送动作指令的电器，故称为“主令电器”。
（2）主令电器的分类
主令电器应用广泛，种类繁多，按其功能分，常用的主令电器有以下几种：控制按钮、行程开关、接近开关、万能转换开关、主令控制器。
（3）主要技术参数
主令电器的主要技术参数有额定工作电压、额定发热电流、额定控制功率、工作电流、输入动作参数、工作精度、机械寿命和电气寿命等。
1-7 按钮
1.7.2 按钮
（1）控制按钮的用途
控制按钮又称按钮开关或按钮，是一种短时间接通或断开小电流电路的手动控制器，一般用于电路中发出启动或停止指令，以控制电磁启动器、接触器、继电器等电器线圈电流的接通或断开，再由它们去控制主电路。按钮也可用于信号装置的控制。
（2）控制按钮的分类
随着工业生产的需求，按钮的规格品种也在日益增多。驱动方式由原来的直接推压式，转化为旋转式、推拉式、杠杆式和带锁式（即用钥匙转动来接通或关闭电路，并将钥匙抽走后不能随意动作，具有保密和安全功能）。传感接触部件也发展为平头、蘑菇头以及带操纵杆式等多种形式。带灯按钮也日益普遍地使用在各种系统中。按钮的具体分类如下：
①按按钮的用途和触点的结构分，有启动按钮（动合按钮）、停止按钮（动断按钮）和复合按钮（动合和动断组合按钮）三种。
②按按钮的结构形式、防护方式分，有开启式、防水式、紧急式、旋钮式、保护式、防腐式、钥匙式和带指示灯式等。
为了标明各个按钮的作用，通常将按钮做成红、绿、黑、黄、蓝、白等不同的颜色加以区别。一般红色表示停止按钮，绿色表示启动按钮。
（3）按钮的基本结构
按钮的种类非常多，常用按钮的外形如图1-41和图1-42所示。
图1-41 控制按钮的外形（一）
图1-42 控制按钮的外形（二）
控制按钮主要由按钮帽、复位弹簧、触点、接线柱和外壳等组成，LA19系列按钮结构及外形如图1-43所示。
图1-43 LA19系列按钮结构及外形
（4）按钮的工作原理
按钮的工作原理是，当用手按下按钮帽时，常闭（动断）触点断开，常开（动合）触点接通；而当手松开后，复位弹簧便将按钮的触点恢复原位，从而实现对电路的控制。
当按下按钮时，先断开常闭触点，后接通常开触点。当松开按钮时，常开触点先断开，常闭触点后闭合。
按钮的图形符号和文字符号如图1-44所示。
图1-44 按钮的图形符号和文字符号
（5）按钮的技术参数
按钮的主要技术参数有额定电压、额定电流、结构形式、触点数及按钮颜色等。常用的控制按钮的额定电压为交流380V，额定电流为5A。
（6）按钮的选择方法
①应根据使用场合和具体用途选择按钮的类型。例如，控制台柜面板上的按钮一般可用开启式；若需显示工作状态，则用带指示灯式；在重要场所，为防止无关人员误操作，一般用钥匙式；在有腐蚀的场所一般用防腐式。
②应根据工作状态指示和工作情况的要求选择按钮和指示灯的颜色。如停止或分断用红色；启动或接通用绿色；应急或干预用黄色。
③应根据控制回路的需要选择按钮的数量。例如，需要作“正（向前）”“反（向后）”及“停”三种控制处，可用三只按钮，并装在同一按钮盒内；只需作“启动”及“停止”控制时，则用两只按钮，并装在同一按钮盒内。
④对于通电时间较长的控制设备，不宜选用带指示灯的按钮。
1.7.3 行程开关
（1）行程开关的用途
在生产机械中，常需要控制某些运动部件的行程，或运动一定行程使其停止，或在一定行程内自动返回或自动循环。这种控制机械行程的方式叫“行程控制”或“限位控制”。
行程开关又叫限位开关，是实现行程控制的小电流（5A以下）主令电器，其作用与控制按钮相同，只是其触点的动作不是靠手按动，而是利用机械运动部件的碰撞使触点动作，即将机械信号转换为电信号，通过控制其他电器来控制运动部件的行程大小、运动方向或进行限位保护。
（2）行程开关的分类
行程开关按用途不同可分为两类：
①一般用途行程开关（即常用的行程开关）。它主要用于机床、自动生产线及其他生产机械的限位和程序控制。
②起重设备用行程开关。它主要用于限制起重机及各种冶金辅助设备的行程。
（3）行程开关的基本结构
行程开关的种类很多，JLXK1系列行程开关的外形如图1-45所示。
图1-45 JLXK1系列行程开关
直动式（又称按钮式）行程开关结构图如图1-46所示；JLXK1系列旋转式行程开关结构图如图1-47所示，它主要由滚轮、杠杆、转轴、凸轮、撞块、调节螺钉、微动开关和复位弹簧等部件组成。
图1-46 直动式行程开关的结构
1—动触点；2—静触点；3—推杆
图1-47 JLXK1系列旋转式行程开关的结构
1—滚轮；2—杠杆；3—转轴；4—复位弹簧；5—撞块；6—微动开关；7—凸轮；8—调节螺钉
（4）行程开关的工作原理
当运动机械的挡铁撞到行程开关的滚轮上时，行程开关的杠杆连同转轴一起转动，使凸轮推动撞块，当撞块被压到一定位置时，便推动微动开关快速动作，使其动断触点（常闭触点）断开，动合触点（常开触点）闭合；当滚轮上的挡铁移开后，复位弹簧就使行程开关的各部件恢复到原始位置，这种单轮旋转式行程开关能自动复位，在生产机械的自动控制中被广泛应用。
行程开关的图形符号和文字符号如图1-48所示。
图1-48 行程开关的图形符号和文字符号
（5）行程开关的选择
①根据使用场合和控制对象来确定行程开关的种类。当生产机械运动速度不是太快时，通常选用一般用途的行程开关；而当生产机械行程通过的路径不宜装设直动式行程开关时，应选用凸轮轴转动式的行程开关；而在工作效率很高、对可靠性及精度要求也很高时，应选用接近开关。
②根据使用环境条件，选择开启式或保护式等防护形式。
③根据控制电路的电压和电流选择系列。
④根据生产机械的运动特征，选择行程开关的结构形式（即操作方式）。
1.7.4 接近开关
（1）接近开关的用途
接近开关是一种非接触式检测装置，也就是当某一物体接近它到一定的区域内，它的信号机构就发出“动作”信号。当检测物体接近它的工作面达到一定距离时，不论检测体是运动的还是静止的，接近开关都会自动地发出物体接近而“动作”的信号，而不像机械式行程开关那样需施以机械力，因此，接近开关又称为无接触行程开关。
接近开关是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的区域时，开关能无接触、无压力、无火花、迅速发出电气命令，准确反应出运动机构的位置和行程，若用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。
接近开关可以代替有触点行程开关来完成行程控制和限位保护，还可用作高频计数、测速、液位控制、零件尺寸检测、加工程序的自动衔接等的非接触式开关。由于它具有非接触式触发、动作速度快、可在不同的检测距离内动作、发出的信号稳定无脉动、工作稳定可靠、寿命长、重复定位精度高以及能适应恶劣的工作环境等特点，所以在机床、纺织、印刷、塑料等工业生产中应用广泛。
（2）接近开关的分类
①涡流式接近开关 涡流式接近开关也称为电感式接近开关。当导电物体接近这个能产生电磁场的接近开关时，物体内部产生涡流，这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，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导电体。
②电容式接近开关 电容式接近开关的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接的。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以是绝缘的液体或粉状物等。
③霍尔接近开关 霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫作霍尔接近开关。当磁性物体移近霍尔接近开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近是否有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。
④光电式接近开关 利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光敏器件接收到反射光后便有信号输出，由此便可“感知”有物体接近。
⑤热释电式接近开关 用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关。这种开关将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便发生变化，由此可检测出有物体接近。
⑥超声波接近开关 利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。当有物体移近时，接近开关收到的反射信号会产生多普勒频移，由此可以识别出有无物体接近。
（3）接近开关的基本结构
接近开关的种类很多，常用接近开关的外形如图1-49所示。
接近开关由接近信号辨识机构、检波、鉴幅和输出电路等部分组成。图1-50是晶体管停振型接近开关的框图。
图1-49 接近开关的外形图
图1-50 晶体管停振型接近开关的框图
（4）接近开关的工作原理
接近开关按辨识机构工作原理不同分为高频振荡型、感应型、电容型、光电型、永磁及磁敏元件型、超声波型等，其中以高频振荡型最为常用。
高频振荡型接近开关由感应头、振荡器、检波器、鉴幅器、输出电路、整流电源和稳压器等部分组成。当装在运动部件上的金属检测体（铁磁件）接近感应头时，由于感应作用，使处于高频振荡器线圈磁场中的物体内部产生涡流损耗（如果是铁磁金属物体，还有磁滞损耗），这时振荡回路电阻增大，能量损耗增加，以致振荡减弱，甚至停止振荡。这时，晶体管开关就导通，并经输出电路输出信号，从而起到控制作用。因此，接在振荡电路后面的开关动作，发出相应的信号，即能检测出金属检测体的存在。当金属检测体离开感应头后，振荡器即恢复振荡，开关恢复为原始状态。
晶体管停振型接近开关属于高频振荡型。高频振荡型接近信号的发生机构实际上是一个LC振荡器，其中L是电感式感应头。当金属检测体接近感应头时，在金属检测体中将产生涡流，由于涡流的去磁作用使感应头的等效参数发生变化，改变振荡回路的谐振阻抗和谐振频率，使振荡停止，并以此发出接近信号。LC振荡器由LC振荡回路、放大器和反馈电路构成。按反馈方式可分为电感分压反馈式、电容分压反馈式和变压器反馈式三种。
（5）接近开关的选择
①接近开关较行程开关价格高，因此仅用于工作频率高、可靠性及精度要求均较高的场合。
②按有关距离要求选择型号、规格。
③按输出要求是有触点还是无触点以及触点数量，选择合适的输出形式。