1.3.2 电气控制系统
运动控制系统中电气控制系统包括动力系统、执行系统中的各类电机和有关设备，它们具有安全保护、操作和状态显示、信号采集和执行操作等功能。
1.电气控制系统
电气控制系统是由若干电气元件组成，用于实现对某个或某些对象的控制，从而最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求，保证被控设备安全、可靠运行的系统。
为保证一次设备运行的可靠与安全，电气控制系统需要许多辅助电气设备为其服务。能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。常用的控制回路组成如下：
● 电源供电回路。用于电气控制系统的供电，有AC 380V、AC 220V和DC 24V等。
● 保护回路。用于保护电气设备和线路，使其能够可靠、安全和稳定运行的回路。常用保护环节有：短路保护、过电流保护、过载保护、失电压保护、欠电压保护、过电压保护、直流电机的弱磁保护、超速保护、行程保护以及油压（水压）保护等。
● 信号回路。反映和显示电气设备和线路工作状态的回路。例如，信号灯、声响设备等。
● 自动和手动回路。实现手动自动切换，提高工作效率的回路。
● 制动停车回路。使电动机迅速停车的回路，包括能耗制动、电源反接制动、倒拉反接制动和再生发电制动等。
● 自锁及闭锁回路。起动按钮按下后松开时，能够保持电气线路接通的电气环节称为自锁环节。两台或多台电气装置和组件，为保证安全和可靠运行，只能允许其中一台设备通电运行，其他设备不能通电起动的保护环节称为闭锁或互锁。
2.低压电器
运动控制系统中采用低压电器组件用于完成对运动控制系统的电源分配、系统操作、状态显示、信号采集、驱动输出和安全保护等。
低压电器是一种能根据外界信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。低压指额定电压，交流1200V或直流1500V以下，工作频率50Hz或60Hz的电器设备。
低压电器分感测部分和执行部分。感测部分用于感测外部信号，常由电磁机构组成。执行部分用于根据感测信号进行电路的接通和断开。低压电器的主要作用如下：
● 控制作用。用于控制有关设备的运行状态，例如，控制电梯的上下移动、快速和慢速自动切换和自动停层等。
● 调节作用。为满足应用要求，对电量和非电量进行调整。例如，调节室内温度、亮度，调整电机转速，调整管路的阻力等。
● 保护作用。对设备、环境和人员进行自动保护。例如，电机过热保护、电网短路保护、漏电保护、电机的过载保护等。
● 指示作用。用于检测电器设备的运行状态，并提供有关状态信息。例如，掉牌指示、绝缘监测等。
根据电磁原理构成的低压电器称为电磁式低压电器。利用集成电路或电子元件构成的低压电器称为电子式低压电器。利用现代控制原理构成的低压电器称为自动化低压电器、智能化低压电器。
低压电器按操作方式可分为手动电器和自动电器。按用途可分为低压配电电器（如刀开关、低压断路器、转换开关及熔断器等）和低压控制电器（如接触器、继电器、控制器、主令控制器及控制按钮等）。
（1）电磁机构
电磁机构是通过电磁感应原理将电能转化为机械能的机构。输入信号是电压或电流。
电磁机构一般由铁心、衔铁及线圈等组成，如图1-30所示。
图1-30 电磁机构组成
直流电磁机构的铁心为整体结构，以增加磁导率和增强散热。交流电磁机构的铁心采用硅钢片叠制而成，以减少在铁心中产生的涡流，还有短路环以防止电流过零时电磁吸力不足造成的衔铁振动。
当线圈中有电流通过时，产生磁场，电磁力克服弹簧的反作用力使衔铁与铁心闭合，带动连接机构上的触头动作，完成电路的接通或断开。
电磁吸力F的近似计算公式如下：
式中，F是电磁吸力（N）；B是气隙磁感应强度（T）；S是磁极截面积（m2）；μ0是真空导磁率；Φ是通过铁心极化面的磁通量（Wb）。
● 直流电压线圈的吸力特性。直流电压线圈的电流为常数，磁通量Φ与线圈电阻Rm成反比，即
因此，直流电压线圈吸力F与气隙δ的平方成反比，其吸力特性曲线是图1-31所示的二次曲线形状。
● 交流电压线圈的吸力特性。交流电压线圈阻抗主要取决于线圈的电抗，即磁通量为
式中，U是电压，f是频率，N是线圈匝数。当频率、线圈匝数和电压都为常数时，磁通量Φ为常数，因此，其吸力如图1-31所示，是常数。
结论：
直流电压线圈在衔铁闭合前后的吸力变化很大。
直流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后不变化。
交流电压线圈在衔铁闭合前后的吸力几乎不变化，若考虑漏磁通，则随气隙减小，吸力略有增加。
交流电压线圈中的电流在衔铁闭合前后随气隙的减小而减小。
衔铁动作与否取决于线圈两端电压。
直流电磁机构衔铁动作不改变线圈电流，交流电磁机构衔铁动作改变线圈电流。
电磁机构转动部分的静阻力与气隙的关系称为电磁机构的反力特性。反力特性如图1-31所示。
图1-31 电磁机构的吸力特性和反力特性
为使电磁机构正常工作，其吸力特性应适配其反力特性。在衔铁吸合过程中，吸力特性必须在反力特性上面，即吸力必须大于反力。反之，衔铁释放时，吸力（由剩磁产生）必须小于反力。此外，吸合过程中，吸力特性位于反力特性上面不能过高，否则影响电磁机构寿命。
由于交流电压线圈的吸力是电源频率的周期变量的2倍，电源电压变化一个周期，衔铁吸合两次，释放两次，使衔铁产生振动和噪声，为此，对交流电磁机构增加短路环，即在铁心端面上开一小槽，嵌入铜质无焊缝和无断点的分磁环。这样，线圈通电后的磁通分为不穿过短路环的主磁通Φ1和穿过短路环的磁通Φ2。它们大小接近，相位差约90°，使两相磁通不会同时过零。因电磁吸力与磁通量的平方成正比，因此，两相合成的电磁吸力始终大于反力，使衔铁能够与铁心牢牢吸合，消除了振动和噪声。
（2）接触器
电磁式接触器是利用电磁吸力使主触点闭合或断开电机电路或负载电路的控制电器，它是最常用的控制电器。按主触点控制电路中电流分类，接触器分直流接触器和交流接触器。
1）工作原理
图1-32是电磁式接触器工作原理图。电磁式接触器由电磁机构、主触点及灭弧系统、辅助触点、弹簧机构、支架及底座等组成。
电磁机构是接触器的主要组成部分，它由线圈和磁路组成。当线圈通电后，在电磁铁中产生磁场，使衔铁转动，带动主触点和辅助触点动作。线圈内电流类型可以是直流或交流，主触点的电流也可以是直流或交流。直流线圈采用直流电源供电，适用于频繁起动和重要应用场合。交流线圈采用交流电源供电，由于存在电流过零，使衔铁产生振动和噪声，为此，用铜质短路环嵌在电磁机构铁心端面的槽内，消除交流接触器的振动和噪声。
图1-32 电磁式接触器工作原理图
主触点用于被控电路或负载电路的接通和断开。触点由静触点和动触点组成，结构形式有桥式和指形触点。为使动、静触点能够紧密接触，降低接触电阻，通常在触点上安装压紧弹簧用于增加触点压紧力。主触点分合电流较大，桥式触点有两个断口，用于增大断弧距离，使电弧易于熄灭。指形动、静触点接触过程中有滚动过程，使触点表面氧化层脱落，降低接触电阻。辅助触点用于控制电路，通断电流较小，不设置灭弧装置。
触点分常开和常闭两类。常开触点又称为动合触点。常闭触点又称为动断触点。
当接触器触点电路中的电压大于10~12V，电流大于100mA时，触点间在切换过程中产生火花，造成气体放电现象，称为电弧的电子流。电弧造成触点表面灼伤，甚至发生触点熔焊，为此，接触器内要设置灭弧装置。通常，直流接触器主触点电路串接吹弧线圈，形成磁吹式灭弧装置。交流接触器采用灭弧罩、灭弧栅或多点灭弧等措施灭弧。
释放弹簧用于当线圈不通电时，使触点返回到不带电的状态。
图1-33是交流接触器的结构示意图。
图1-33 交流接触器结构示意图
当电磁吸力大于弹簧的反力时，电磁机构吸合，反之，电磁机构释放。电磁机构灵敏度常用返回系数β表示。它是释放电压与吸合电压之比。返回系数越大，灵敏度越高。
接触器主要参数包括额定电压、额定电流、寿命和操作频率等。
2）交流接触器选用原则
交流接触器有CJ10、CJ12、CJ10X、CJ20、CJX2、CJX1、3TB、3TD、LC1-D及LC2-D等系列。CJ10X系列是消弧接触器，适用于条件差、频繁起停的反接制动的应用场合。CJ20系列是统一设计的新产品，它具有直动式、双断点/立体布置，结构简单紧凑，外形安装尺寸较小等特点，得到广泛应用。图1-34是CJ20交流接触器外形图。
图1-34 CJ20接触器外形图
交流接触器选用原则如下：
● 根据交流接触器实际使用类别选用。表1-6是交流接触器使用类别表。
● 根据被控对象参数（工作电压和电流、控制功率、操作频率及工作制等）确定接触器容量等级。
表1-6 交流接触器使用类别
● 根据控制电路要求确定接触器线圈参数。
● 特殊应用环境条件应选用派生型产品，例如，防爆型、防尘型及湿热带型等。
交流接触器的负载分为电动机和非电动机两类。对电动机负载，根据使用类别，可分为一般任务、重任务和特重任务三类。
● 一般任务的接触器占接触器总需求量的80%，主要运行于AC-3，操作频率不高，含少量点动操作。这类运转设备包括压缩机、泵、通风机、电动闸门、传送带、搅拌机、离心机和冲床等。选用交流接触器时，接触器额定电压和电流等于或稍大于电动机额定电压和电流即可。例如，选CJ20系列的接触器。
● 重任务的接触器占总需求量的15%。其中，90%运行于AC-3，10%用于AC-4，也可50%运行于AC-1，50%运行于AC-2。平均操作频率在100次/h以上，不断有点动或反接制动、反向和从低速时断开的操作。这类运转设备包括工作母机（车、钻、磨、铣）、升降设备、卷扬机和绞盘机等。电动机功率在20kW以下容量时，可选CJ10Z系列重任务交流接触器。大于20kW时，宜选CJ20系列接触器。
● 特重任务的接触器占总需求量的5%。操作频率可达600~1200次/h。用于频繁点动、反接制动和可逆运转。这类运转设备包括拉丝机、镗床、港口起重设备、热剪机等轧钢辅助传动设备。可选用CJ10Z系列接触器或晶闸管交流接触器。
● 对非电动机负载，例如，电热器、电阻炉、照明设备和电焊机等，选用接触器时，除考虑接通容量外，还需考虑使用中可能的过电流。对电热设备，按设备额定电流的1.2倍选用接触器。也可将三极接触器各极并联来扩大使用电流，通常可扩大为单极的2~2.5倍，两极并联时扩大约1.8倍。
● 用非专用切换电容器的交流接触器控制电容器时，须考虑电容器接通时的涌流，因此，可选用CJ16、CJ19系列切换电容器接触器。此外，应在接触器进线端串接限流电抗器或电阻器。
3）直流接触器选用原则
直流接触器有CZ0、CZ18、CZ21及CZ22系列等。CZ18系列是取代CZ0的产品。直流接触器主要用于控制直流电动机和电磁铁。直流接触器选用原则如下：
● 根据被控对象特性（包括控制功率、工作电压、工作电流、操作频率、工作制、控制电路参数及环境条件等）确定合适的直流接触器类型。例如，电磁操作机构是高电感性负载，时间常数大，需在电磁铁线圈两端并联电阻，其阻值不大于线圈阻值的6倍。
● 直流电动机负载的正反转控制电路与交流电动机负载的正反转控制电路不同，因此，应确定接触器额定电压和电流都不得低于电动机的相应电压和电流值。当用于短时工作制时，接触器发热电流应低于电动机实际运行的等效有效电流。接触器额定操作频率低于电动机实际运行的操作频率。
● 当使用类别改变时，应根据所用的使用类别确定降容。表1-7是直流接触器使用类别表。
表1-7 直流接触器使用类别
● 直流接触器存在临界电流。降容时注意不应要求接触器来分断低于额定电流20%的电流。
● 直流接触器控制牵引电动机时，应选带灭弧室的直流接触器或高一个等级的直流接触器。
● 控制电磁铁时，应考虑通电持续率和时间常数等技术参数。选用与该类电磁操作机构配套的直流接触器。
● 吸合线圈额定电压和频率与所控制电路的选用电压和频率应一致。
电力电子技术、计算机技术、电器技术相结合形成新型的智能型直流接触器。其接通与分断过程由电力电子器件工作，正常运行由有触点直流接触器工作。因此，克服由于直流电流没有过零、直流接触器开断电路特别是开断感性电路时将产生强烈电弧的缺点，实现了直流电路的无弧接通与分断。此外，可大幅度提高接触器电寿命与操作频率；提高直流接触器的性能指标；解决临界电流难分断的问题。它可与主控计算机双向通信，简化了有触点直流接触器结构，大幅度节银节材，因此，得到用户好评。此外，国外引进的接触器也在工业生产过程中得到广泛应用。
4）接触器型号表示
交流接触器和直流接触器型号表示如图1-35所示。图形符号如图1-36所示。设计图样中的文字符号是KM。
图1-35 接触器型号的表示
图1-36 接触器的图形符号
（3）继电器
继电器是根据电气量（电压或电流等）或非电气量（温度、压力、转速或时间等）的变化接通或断开控制电路的自动切换电器。它是当输入量（电、磁、声、光或热）达到一定值时，输出量发生跳跃式变化的一种自动控制器件。在电路中起自动调节、安全保护和转换信号等作用。
1）分类和继电特性
按输入信号分类，继电器可分为电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、转速继电器及压力继电器等。
按工作原理分类，继电器可分为电磁继电器、固态继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器、真空继电器、同轴继电器以及光电继电器等。
按用途分类，继电器可分为控制继电器、保护继电器、机床继电器、通信继电器和汽车继电器等。
按动作时间分类，继电器可分为瞬时继电器、延时继电器等。
按触点负荷分类，继电器可分为微功率继电器、弱功率继电器、中功率继电器、大功率继电器及节能功率继电器等。
按继电器外形分类，继电器可分为微型继电器、超小型继电器、小型继电器、中型和大型继电器等。
按继电器外部保护特性分类，继电器可分为密封继电器、封闭式（塑封和防尘罩）继电器以及敞开式继电器等。
继电器输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx，继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym，即常开触点从断到通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某一大于xx的值下降到xF，继电器开始释放，常开触点断开（见图1-37）。继电器的这种特性称为继电特性，或继电器的输入-输出特性。
图1-37 继电器的继电特性
继电器释放值xF与动作值xx之比称为返回系数KF，即
继电器触点输出控制功率Pc与线圈吸合的最小功率P0之比称为继电器控制系数Kc，即
2）工作原理和特性参数
电磁继电器结构与接触器类似，其工作原理与接触器也类似。与接触器的主要区别是继电器能灵敏地对电压和电流的变化有响应，触点数量较多，但容量较小，应用场合主要是小电流电路和作为信号的中间转换。当继电器的电磁线圈通电后，铁心被磁化产生足够大电磁力，吸动衔铁并带动簧片，使动触点和静触点闭合或分断。当电磁线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁返回原来位置，动触点和静触点又恢复到原来闭合或分断的状态。
电磁继电器主要特性参数有额定工作电压或额定工作电流、直流电阻、吸合电流、释放电流、触点负荷等。
3）继电器型号和图形符号表示
图1-38是继电器型号和图形符号表示。
图1-38 继电器型号和图形符号的表示
中间继电器和通用继电器的基本规格代码由两个数字组成，第一个数字是常开触点数量，第二个数字是常闭触点数量。中间继电器的辅助规格代码J表示交流操作，Z表示直流操作。通用继电器的派生代码L表示欠电流继电器，没有标志表示电压继电器。通用继电器的延时秒数是通用继电器作为时间继电器使用时的延时秒数。
电流继电器基本规格代码用额定电流表示。电流继电器的派生代码J表示交流，Z表示直流，S表示手动复位。电流继电器的辅助规格代码的第一个数字是常开触点数量，第二个数字是常闭触点数量。其他类型继电器的型号和参数参见有关资料。
继电器触点的直接表示法是将触点直接画在长方框一侧。间接表示法则是将各触点分别画到各自的控制电路中，同一继电器的触点与线圈旁分别标注相同文字符号，并对触点组编号。
4）继电器选用原则
继电器选用原则如下：
● 根据被控或被保护对象的工作要求确定继电器类型。根据灵敏度或精度要求选择合适的系列，同时注意继电器与系统的匹配。
● 根据继电器安装环境确定继电器结构类型和防护等级。根据使用类别选用继电器负载性质、通断条件。
● 确定继电器的额定工作电压和电流。使继电器最高工作电压小于等于该继电器额定绝缘电压，继电器最高工作电流小于该继电器额定发热电流，并与系统要求保持一致。
● 继电器的工作制选择应根据其工作是短期还是长期，还要考虑实际操作频率应小于额定操作频率。
● 约有70%的继电器故障发生在触点上，因此，正确选择和使用继电器触点非常重要。应根据被控回路实际情况确定触点组合形式和触点组数。动合触点组和转换触点组中的动合触点对，因接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，设计时应尽量多用动合触点。
● 应根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）确定参数。通常，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最好。电流过小，触点积碳增加，可靠性下降。
继电器触点的额定负载与寿命是指在额定电压和电流下阻性负载的动作次数，当负载性质改变时，其触点负载能力将发生变化。可按表1-8所示确定额定电流。
表1-8 变换触点的额定电流
切换不同步的单相交流负载时，存在相位差，因此，触点额定电流值应为负载电流的4倍，额定电压为负载电压的2倍。
为保护继电器，改变继电器工作特性，可添加如图1-39所示的附加电路。
5）热继电器
热继电器是用于电动机或其他电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。
● 工作原理
流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机或其他电气设备、电气线路的过载保护。
图1-39 继电器的三种附加电路
按动作方式，热继电器可分为双金属片式、易熔合金式和利用材料磁导率或电阻值随温度变化而变化的特性制成的热继电器。按结构分为两极式和三极式，三极式还分为带断相保护和不带断相保护的。
● 选用原则
热继电器是电机或其他电气设备、电气线路的过载保护电器。当用于断相保护时，对星形接法，应使用不带断相保护装置的两极或三极热继电器，对三角形接法，应使用带断相保护的继电器；用于长期工作保护或间断长期保护时，根据电机起动时间，选6倍额定电流以下具有可返回的热继电器，其额定电流或热元件整定电流应等于或大于电机或被保护电路的额定电流，继电器热元件的整定值一般是电机或被保护电路额定电流的1~1.15倍；起动时间超长的应用场合，宜选用电子过电流继电器产品；热继电器不能作为短路保护，应考虑与断路器或熔断器的短路保护配合应用。
● 安装注意事项
由于热继电器通过电流使热元件动作，因此，安装位置的环境条件、安装方位等对热量传递有影响。通常，热继电器安装场所的环境温度应和电机等被保护电路的温度相同。对温度差较大的场合，可选用带温度补偿的热继电器。热继电器安装方位应在其他电器下方，远离其他电器50mm以上，并按产品说明书规定安装。此外，应按产品说明书规定选用连接线线径：连接线过细，电流流过产生的热量会传到双金属片，缩短继电器的脱扣动作时间；反之，连接线过粗，会延长继电器的脱扣动作时间。
● 型号和图形符号
图1-40所示为热继电器的型号和图形符号。
图1-40 热继电器型号和图形符号的表示
（4）断路器
断路器是能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下电流的开关装置。按其使用范围，断路器分为高压断路器与低压断路器，关合3kV以上电路的断路器称为高压断路器。断路器可用来分配电能，不频繁地起动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠电压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。
断路器由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器及外壳等构成。
断路器用于切断和接通负荷电路，切断故障电路，以防止事故扩大，保证安全运行。断路器具有过载、短路以及欠电压保护功能，有保护线路和电源的能力。
低压断路器可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。其功能相当于刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器的部分或全部功能的总和。低压断路器具有多种保护功能（过载、短路以及欠电压保护等）、动作值可调、分断能力高、操作方便且安全等优点，因此被广泛应用。
图1-41是低压断路器工作原理和图形符号。主触点由操作机构手动或电动合闸，由锁键保持在合闸状态。自由脱扣器保持锁键位置，并可绕支点旋转。杠杆顶开自由脱扣器，则主触点被复位弹簧拉开，电路断开。
图1-41 低压断路器工作原理和图形符号
发生过电流时，过电流脱扣器线圈吸力增加，撞击顶杆，使自由脱扣器机构动作，断开主电路。同样，热元件过热时，热脱扣器动作，使自由脱扣器动作，断开主电路。
由于过电流脱扣器动作特性具有反时限特性，过电流后需要等待2~3min才能重新合闸，因此，低压断路器不能用于连续频繁进行通断的场合。
欠电压脱扣器在电路电压不足时使自由脱扣器动作。分励脱扣器用于远程控制，当远程按钮按下时，使自由脱扣器动作。
低压断路器选用原则如下：
● 额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电流和电压。
● 热脱扣器整定电流应与所控制负载（如电动机）的额定电流一致。
● 欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。
● 过电流脱扣其额定电流大于或等于线路最大负载电流。对单台电动机，可取1.5~1.7倍电机起动电流。
（5）按钮和开关
按钮和开关是用于接通和分断控制电路以发号施令的主令电器。主令电器用于控制电路，不能直接分合主电路。开关有可控和不可控型两类，可控型开关由操作员控制扳动，使被连接的电路接通或断开，只有当操作员再次扳动开关，才能改变电路的通断状态。不可控型开关不能由操作员控制，它由运动部件控制，当运动部件在某位置时，被连接的电路接通或断开，离开该位置时，电路的通断状态才改变。这类开关有位置开关、接近开关和光电开关等。
1）按钮
按钮提供一个短暂的接通或断开的信号，它是一种手动并能自动复位的主令电器。按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳组成，如图1-42所示，图1-43是按钮型号的表示。
图1-42 按钮结构和符号
图1-43 按钮型号的表示
结构形式代码含义：K—开启式；S—防水式；J—紧急式（红色大蘑菇帽突出）；X—旋钮式；H—保护式；F—防腐式；Y—钥匙式；D—带灯式。
根据国家机械安全机械电气设备的标准，按钮帽的颜色中，红色用于停止，绿色用于起动，起动和停止交替动作的按钮帽用黑白、白或灰色，点动按钮帽用黑色，复位按钮帽用蓝色等。选择按钮的原则如下：
● 根据应用要求，选择控制按钮类型，例如，防水式、防腐式和紧急式等。
● 根据用途要求，选择合适的按钮形式，例如，钥匙式、带灯式等。
● 根据控制回路要求，确定按钮所带触点数，例如，二常开、二常闭等。
● 根据控制要求确定按钮帽颜色、是否带信号灯或钥匙等。
2）位置开关
运动控制系统中，位置的定位采用位置开关。位置开关也称行程开关。位置开关是利用生产机械某些运动部件的撞击发出控制信号的小电流主令电器。按检测原理位置开关分为直动式、滚轮式及微动式等类型。按触点特性分为触点式和无触点式。例如，运动控制系统中的限位开关等。图1-44是行程开关结构示意图。图中行程开关的型号中，外壳型号有防护型（Q）、防水型（S）。操作机构形式有直杆（1）、直杆滚轮（2）、单臂滚轮（3）及卷簧（4）等。
行程开关除机械式外，还有无触点电子式行程开关。它由半导体元件和磁性元件组成，有高频振荡型、感应电桥型、光电型和霍尔效应型等。这类行程开关也称为接近开关。例如，运动控制系统中的绝对位置开关等。图1-45是接近开关外形图。接近开关的基本规格根据作用距离分类，代码2表示2mm，4表示4mm等。辅助规格表示连接螺纹的直径（mm），例如，18表示直径为18mm。
图1-44 行程开关结构示意图
图1-45 接近开关外形图
运动控制系统中大量采用行程开关和接近开关，用于位置检测。按检测原理分类，它们可分为涡流式接近开关（也称为电感式）、电容式接近开关、霍尔接近开关、光电接近开关以及热释电式接近开关等。
涡流式接近开关利用导电物体在接近能产生电磁场的接近开关时，在导电物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数变化，进而控制开关的通或断。
电容式接近开关将被检测物体作为电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。当被检测物体移向接近开关时，不论它是否为导体，总使电容的介电常数变化，从而使电容量变化，与测量头相连的电路状态随之变化，并控制开关的接通或断开。
霍尔接近开关是一种磁敏元件。当磁性物体移近霍尔开关时，检测面的霍尔元件产生霍尔效应使开关内部电路状态变化，从而识别附近存在磁性物体，并控制开关的通或断。
光电接近开关是利用光电效应做成的开关。按检测方式，光电接近开关分反射式、对射式及镜面反射式等类型。
热释电式接近开关是一种利用热释电材料极化原理，以非接触方式检测接近的红外热源，例如人体发出的红外辐射，从而使开关通断的新型接近开关。
当观察者或系统与波源的距离发生改变时，接收到的波频率发生偏移，这种现象称为多普勒效应。利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。
图1-46是行程开关和接近开关的型号表示和图形符号。
图1-46 行程开关和接近开关的型号表示和图形符号
随位置改变，从输出信号看，行程开关的输出信号是阶跃信号。而接近开关则是方波，方波宽度与接近开关的作用距离有关。因此，运动控制系统中，除了上升沿边沿触发或下降沿边沿触发外，还有阶跃信号的On和Off等改变，应用时需注意。
行程开关选择原则如下：
● 根据应用要求和被控对象特性选择。
● 根据安装环境选择防护形式，例如，防水式、开启式等。
● 根据控制回路的电压、电流确定行程开关系列。
● 根据机械和行程开关的传递力与位移关系选择合适的头部形式。
接近开关选择原则如下：
● 一般工业应用场合，选用涡流式接近开关和电容式接近开关，当被测对象是导电物体或是可固定在一块金属物上物体时，一般选用涡流式接近开关。当被测对象是非金属（或金属）、液位高度、粉状物高度、塑料或烟草等场合，应选用电容式接近开关。
● 如果被测物是导磁材料或为区别和它在一同运动的物体而把磁钢埋在被测物体内部时，应选用霍尔接近开关，它的价格最低。
● 在环境条件较好、无粉尘污染的场合，可采用光电接近开关。光电接近开关工作时，对被测对象几乎无任何影响。
● 自动门禁系统通常使用热释电接近开关、超声波接近开关及微波接近开关。
● 磁性开关利用电磁场或永久磁铁的磁场使接点闭合或断开。例如，干簧管、霍尔元件或磁阻元件、电磁线圈等。
（6）信号灯和声响设备
信号灯和声响设备用于显示运行状态或提供故障信息。
信号灯有白炽灯、氖泡指示灯和LED灯（发光二极管灯）等。由于LED灯体积小、功耗小、寿命长且工作可靠，现在被广泛应用于信号显示。
表1-9是信号灯颜色含义和典型应用。
表1-9 信号灯颜色含义和典型应用
声光报警设备是发送报警声响和/或光警报信号的设备。常用的声响设备有蜂鸣器、风笛及电铃等。
蜂鸣器分为压电陶瓷蜂鸣器和电磁蜂鸣器。压电陶瓷蜂鸣器用压电陶瓷片作为电子发音元件，当陶瓷片的两面电极上接通交流音频信号时，压电片可根据信号的频率高低发生振动，产生相应的声音。压电式蜂鸣器具有体积小、灵敏度高、耗电省、可靠性好及造价低廉的特点和良好的频率特性。被广泛应用于各种电器产品的报警。电磁蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
压电式蜂鸣器以方波驱动，电磁式以1/2方波驱动，因此，压电式蜂鸣器需要比较高的电压才能有足够的音压，一般建议为9V以上。电磁式蜂鸣器只用1.5V就可以发出85dB以上的音压。但消耗电流大大高于压电式蜂鸣器。
风笛常用于机车和动车。其音压有107dB和94~98dB两挡。风笛是压缩空气气流振动簧片发声的。
电铃利用电磁铁特性，用电源开关的反复闭合装置来控制缠绕在主磁心线圈中的电流的通断，形成主磁路对弹性悬浮磁心的磁路吸合和分离的交替改变，造成连接在弹性悬浮磁心上的电锤在铃体表面产生振动发出铃声。