第二章 電氣控制系統(tǒng)(電氣控制技術(shù)-7)-1

1、電氣控制技術(shù)(jsh)共五十頁1. 三地控制工作(gngzu)過程？復(fù)習(xí)(fx)提問共五十頁2.接觸器互鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路的工作(gngzu)過程？復(fù)習(xí)(fx)提問工作原理：互 鎖接觸器互鎖按鈕互鎖控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1接觸器互鎖合上電源開關(guān)按下按鈕SB1KM1線圈通電M正轉(zhuǎn)啟動按下停止按鈕B3KM1線圈斷電電動機(jī)M停止按下按鈕SB2反向啟動共五十頁3.自動往返控制電路的工作(gngzu)過程？復(fù)習(xí)(fx)提問共五十頁 一、電氣控制電路(dinl)的設(shè)計方法 1、電氣控制電路的一般設(shè)計方法 2、電氣控制電路的邏輯設(shè)計方法 二、舉例說明本 節(jié) 課

2、 內(nèi) 容共五十頁 1、機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容 機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計包含原理設(shè)計與工藝設(shè)計兩個部分。 （1）原理設(shè)計內(nèi)容 擬定電氣控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書。 選擇拖動方案、控制方式(fngsh)和電動機(jī)。 設(shè)計并繪制電氣原理圖和選擇電器元件，制訂元器件明細(xì)表。 對原理圖各連接點進(jìn)行編號。 編寫設(shè)計說明書。 一、電氣控制電路的設(shè)計(shj)方法共五十頁 （2）工藝設(shè)計內(nèi)容 根據(jù)電氣原理圖及選定的電器元件，繪制電氣設(shè)備總裝接線圖。 設(shè)計并繪制電器元件布置圖。 設(shè)計并繪制電器元件的接線圖。 設(shè)計并繪制電氣箱及非標(biāo)準(zhǔn)零件圖。 列出所用各類元器件及材料清單(qngdn)。 編寫設(shè)計說明書和使用維護(hù)說明書

3、。共五十頁2、機(jī)床電氣控制系統(tǒng)(kn zh x tn)設(shè)計的一般步驟 設(shè)計程序一般是先進(jìn)行原理設(shè)計再進(jìn)行工藝設(shè)計，通常電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計程序按以下步驟進(jìn)行。 （1）擬定設(shè)計任務(wù)書 給出機(jī)械及傳動結(jié)構(gòu)簡圖、工藝過程、負(fù)載特性、動作要求、控制方式、調(diào)速要求及工作條件。 給出電氣保護(hù)、控制精度、生產(chǎn)效率、自動化程度、穩(wěn)定性及抗干擾要求。 給出設(shè)備布局、安裝、照明、顯示和報警(bo jng)方式等要求。 目標(biāo)成本、經(jīng)費限額、驗收標(biāo)準(zhǔn)及方式等。共五十頁 （2）選擇電力拖動方案與控制方式 （3）選擇電動機(jī)。（4）設(shè)計電氣原理圖并合理選用元器件，編制(binzh)元器件目錄清單。（5）設(shè)計電氣設(shè)備制造、安裝

4、和調(diào)試所必需的各種施工圖樣。（6）編寫說明書。共五十頁3、電力拖動方案的確定(qudng)和電動機(jī)的選擇（1）電力拖動方案的確定 電力拖動方案選擇是電氣設(shè)計主要內(nèi)容之一，也是以后各部分設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)和先決條件。1)拖動方式的選擇。 2)調(diào)速方案的選擇。 重型(zhngxng)或大型設(shè)備的主運動及進(jìn)給運動，應(yīng)盡可能采用無級調(diào)速。這有利于簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，縮小齒輪箱體積，降低制造成本，提高機(jī)床利用率。共五十頁 精密機(jī)械設(shè)備，如坐標(biāo)鏜床、精密磨床、數(shù)控機(jī)床等，為了保證加工(ji gng)精度，便于自動控制，也應(yīng)采用電氣無級調(diào)速方案。 一般中小型設(shè)備，如普通機(jī)床，沒有特殊要求時，可選用經(jīng)濟(jì)、簡單、可靠的三

5、相籠型異步電動機(jī)，配以適當(dāng)級數(shù)的齒輪變速箱。為簡化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大調(diào)速范圍，也可采用多速異步電動機(jī)。3)電動機(jī)調(diào)速性質(zhì)應(yīng)與負(fù)載特性相適應(yīng)。共五十頁 （2）拖動電動機(jī)的選擇(xunz) 電動機(jī)的選擇包括電動機(jī)種類、結(jié)構(gòu)形式、電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速和額定功率的選擇。1)電動機(jī)選擇的基本原則。 電動機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求，要與負(fù)載特性相適應(yīng)，以保證加工過程中運行穩(wěn)定并具有一定的調(diào)速范圍與良好的起動、制動性能。 電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足機(jī)械設(shè)計提出的安裝要求，并適應(yīng)周圍環(huán)境的工作條件。 工作過程中電動機(jī)容量應(yīng)能得到充分利用，即溫升盡可能達(dá)到或接近額定溫升。共五十頁 2）根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速要求(yoqi)選擇電

6、動機(jī)種類。 對于一般無特殊調(diào)速指標(biāo)要求的機(jī)床，應(yīng)優(yōu)先采用籠型異步電動機(jī)。 對于要求電氣調(diào)速的機(jī)床，應(yīng)根據(jù)調(diào)速技術(shù)要求，如調(diào)速范圍、調(diào)速平滑性、調(diào)速級數(shù)和機(jī)械特性來選擇電動機(jī)的種類。共五十頁 3）根據(jù)工作環(huán)境選擇電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。 在正常環(huán)境條件下，一般采用防護(hù)式電動機(jī)；在人員及設(shè)備安全有保證的前提下，也可采用開啟式電動機(jī)。 在空氣中存在較多粉塵的場所，宜用封閉式電動機(jī)。 在較潮濕的場所，應(yīng)盡量選用帶防潮措施(cush)的電動機(jī)。 在高溫場所，應(yīng)盡量選用相應(yīng)絕緣等級的電動機(jī)，并加強(qiáng)通風(fēng)，改善電動機(jī)的工作條件。 在易燃、易腐蝕的場所，應(yīng)相應(yīng)地選用防爆型及防腐型電動機(jī)。共五十頁 4）根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的速

7、度選擇電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 5）根據(jù)工作方式選擇電動機(jī)的容量。 電動機(jī)容量選擇的原則 電動機(jī)容量選擇的依據(jù)是機(jī)床的負(fù)載功率。若機(jī)床總體設(shè)計中確定(qudng)的機(jī)械傳動功率為P1，則所需電動機(jī)的功率為P=P1/ 。共五十頁 4、 電氣(dinq)原理圖設(shè)計的方法 （1）一般設(shè)計法 一般設(shè)計法又叫經(jīng)驗設(shè)計法，它是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求和生產(chǎn)過程，選擇適當(dāng)?shù)幕经h(huán)節(jié)或典型電路(dinl)綜合而成的電氣控制電路(dinl)。 1）主電路設(shè)計。 2）控制電路設(shè)計。 3）聯(lián)鎖保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計。 4）電路的綜合審查。 （2）邏輯設(shè)計法 邏輯設(shè)計法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學(xué)工具來進(jìn)行電路設(shè)計。設(shè)計合理，但是難度大，不

8、易掌握。共五十頁5、一般設(shè)計(shj)法設(shè)計(shj)原則 （1）最大限度滿足機(jī)床和工藝對電氣控制的要求。 （2）在滿足控制要求的前提(qint)下，設(shè)計方案應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟(jì)和實用，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。共五十頁 1)合理選擇控制電路電流種類與控制電壓(diny)數(shù)值 在控制電路比較簡單的情況下，可直接采用電網(wǎng)電壓，即交流220V、380V供電，以省去控制變壓器。 2)正確選擇電器元件 在電器元件選用中，盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)電器元件，同一用途盡可能選用相同型號。 共五十頁3)合理布線，力求使控制電路簡單(jindn)、經(jīng)濟(jì) 在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，使用的電器元件越少，電氣控制電路中所涉及的

9、觸點的數(shù)量也越少，因而控制電路就越簡單。 合并同類觸點。 利用轉(zhuǎn)換觸點的方式。圖1同類觸點合并(hbng)a)不合理b)合理共五十頁圖2中間繼電器的應(yīng)用(yngyng)a)不合理b)合理共五十頁盡量縮短(sudun)連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度。圖3電器元件觸點的安排(npi)a)不合理b)合理 正常工作中，盡可能減少通電電器的數(shù)量，以利節(jié)能，延長電器元件壽命及減少故障。共五十頁（3）保證控制電路工作的可靠與安全。 1)正確連接電器(dinq)的觸點圖4觸點(ch din)的畫法a)不正確b)正確共五十頁 2)正確連接電器的線圈 在交流控制電路中不允許(ynx)把兩個電器元件的線圈串聯(lián)在一起使用，即使

10、是兩個同型號電壓線圈也不能串聯(lián)后接在兩倍線圈額定電壓的交流電源上。 在直流控制電路中，對于電感較大的電磁線圈，如電磁閥、電磁鐵或直流電動機(jī)勵磁線圈等不宜與相同電壓等級的繼電器直接并聯(lián)工作。 圖5大電感線圈與直流繼電器a)不正確(zhngqu)b)正確(zhngqu)共五十頁 3)避免出現(xiàn)寄生電路寄生電路：意外接通(ji tn)的電路，假回路。 圖6寄生(jshng)電路共五十頁 4)具有完善(wnshn)的保護(hù)環(huán)節(jié)圖7 短路保護(hù) a)熔斷器保護(hù) b)自動(zdng)空氣斷路保護(hù)短路保護(hù)共五十頁過載(guzi)保護(hù) 圖8 過載(guzi)保護(hù)電路 a)兩相保護(hù) b)三相保護(hù)共五十頁過流保護(hù)(bo

11、h)圖9 過電流(dinli)保護(hù)失壓保護(hù) 可以用接觸器實現(xiàn)失壓保護(hù)。共五十頁（4）應(yīng)盡量使操作和維修方便。 電氣控制電路應(yīng)具有完善的保護(hù)環(huán)節(jié)，保證整個生產(chǎn)(shngchn)機(jī)械的安全運行，消除在其工作不正?；蛘`操作時所帶來的不利影響，避免事故發(fā)生。 共五十頁6、電氣控制電路(dinl)的邏輯設(shè)計方法 繼電器接觸器組成的控制電路，分析其工作狀況常以線圈通電或斷電來判定。構(gòu)成線圈通斷條件是供電電源及與線圈相聯(lián)結(jié)的那些動合、動斷觸點所處的狀態(tài)。若認(rèn)為供電電源E不變，則觸點的通斷是決定因素(yn s)。電器觸點只存在接通或斷開兩種狀態(tài)分別用“1”、“0表示。 對于繼電器、接觸器、電磁鐵、電磁閥、電磁

12、離合器等元件，線圈通電狀態(tài)規(guī)定為“1”狀態(tài)，失電則規(guī)定為“0”狀態(tài)。有時也以線圈通電或失電作為該元件是處于“1”狀態(tài)或是“0”狀態(tài)。 繼電器、接觸器的觸點閉合狀態(tài)規(guī)定為“1”狀態(tài)；觸點斷開狀態(tài)規(guī)定為“0”狀態(tài)。 控制按鈕、開關(guān)觸點閉合狀態(tài)規(guī)定為“1”狀態(tài)；觸點斷開狀態(tài)規(guī)定為“0”狀態(tài)。共五十頁 作以上規(guī)定后，繼電器、接觸器的觸點與線圈在原理圖上采用同一字符命名。為了清楚地反映元件狀態(tài)，元件線圈、動合觸點的狀態(tài)用同一字符來表示，而動斷觸點的狀態(tài)以表示(K上面的一杠，表示“非”，讀K非)，若元件為“1”狀態(tài)，則表示線圈“通電”，繼電器吸合，其動合觸點“接通”，動斷觸點“斷開”?！巴姟薄ⅰ敖油ā倍?/p>

13、是“1”狀態(tài)，而斷開則為“0”狀態(tài)。若元件為“0”狀態(tài)，則與上述相反。 以“0”、“1”表征兩個對立的物理狀態(tài)，反映了自然界存在(cnzi)的一種客觀規(guī)律邏輯代數(shù)。它與數(shù)學(xué)中數(shù)值的四則運算相似，邏輯代數(shù)(也稱開關(guān)代數(shù)或布爾代數(shù))中存在著邏輯與(邏輯乘)、邏輯或(邏輯加)、邏輯非的三種基本運算，并由此而演變出一些運算規(guī)律。運用邏輯代數(shù)可以將繼電器接觸器系統(tǒng)設(shè)計得更為合理，設(shè)計出的電路能充分地發(fā)揮元件作用，使所應(yīng)用的元件數(shù)量最少，但這種設(shè)計一般難度較大。在設(shè)計復(fù)雜的控制電路時，邏輯設(shè)計有明顯的優(yōu)點。 共五十頁2.5.1 邏輯運算 用邏輯函數(shù)來表達(dá)控制元件的狀態(tài)，實質(zhì)是以觸點的狀態(tài)(以斜體的同一字符

14、表示)作為邏輯變量，通過邏輯與、邏輯或、邏輯非的基本運算，得出的運算結(jié)果就表明了繼電接觸器控制電路的結(jié)構(gòu)。邏輯函數(shù)的電路實現(xiàn)是十分方便的。2.5.1.1 邏輯與觸點串聯(lián) 圖10所示的串聯(lián)電路就實現(xiàn)了邏輯與的運算，邏輯與運算用符號“”表示(也可省略)。接觸器的狀態(tài)就是其線圈K的狀態(tài)(以斜體的同一字符表示)，當(dāng)電路接通，線圈K通電，則K=1；如電路斷開，線圈K失電，則K=0。圖2-23的電路就可用邏輯關(guān)系式表示為K = AB 若將輸入(shr)邏輯變量A、B與輸出邏輯變量K列成表格形式，則稱此表為真值表。表1即為邏輯與的真值表。共五十頁圖10 “與”電路(dinl)表1 邏輯(lu j)與的真值表

15、ABK=ABO101O011OO01共五十頁2.5.1.2 邏輯或觸點并聯(lián) 圖11所示的并聯(lián)電路就實現(xiàn)邏輯或運算，邏輯或運算用符號“+”表示。要表示接觸器的狀態(tài)(zhungti)就要確定線圈K的狀態(tài)。 按照圖11的接線，可列出邏輯或的邏輯關(guān)系式表2 邏輯或真值表K = A + B 也可按圖示接線列出邏輯或狀態(tài)的真值表。見表2所示。按其真值表顯示邏輯或的運算規(guī)律為0+ 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0= 1 l + 1 = 1 它與數(shù)學(xué)的加法大部分相似，只是1+12。因為邏輯函數(shù)只存在“0”“1”兩種狀態(tài)。上面關(guān)系也可總結(jié)為“見1出1，全0為0”。共五十頁圖11 或邏輯電路(lu j

16、din l)表2 邏輯(lu j)或真值表ABK =A +BO101O011O111共五十頁2.5.1.3 邏輯非 圖12表示元件狀態(tài)A對接觸器狀態(tài)K的控制關(guān)系是邏輯非的關(guān)系。其邏輯關(guān)系表達(dá)式為 K= 當(dāng)開關(guān)SA合上，A =1，其常閉觸點的狀態(tài)為“0”則K=0，線圈不通電，為“0”狀態(tài)；當(dāng)SA打開，A=0，=1，則K=1，線圈通電，接觸器吸合，為“1”狀態(tài)。其真值表如表3所示。 有時也稱A對K是“非控制”。 以上與、或、非邏輯運算其邏輯變量未超過(chogu)二個，但對多個邏輯變量也同樣適用。圖12 邏輯(lu j)非電路表3 邏輯非真值表K=AK= 1OO1共五十頁 1交換律有關(guān)邏輯(lu

17、j)代數(shù)定理 2結(jié)合律 3分配律 4吸收(xshu)律 5重迭律 6非非律7反演律(摩根定理)共五十頁2.5.2 邏輯函數(shù)的化簡 邏輯函數(shù)化簡可以使繼電接觸器電路簡化，因此有重要的實際意義。這里介紹公式法化簡，關(guān)鍵在于熟練掌握基本定律，可采用提出因子、并項、擴(kuò)項、消去多余因子、多余項等方法綜合運用，進(jìn)行化簡。 化簡時經(jīng)常(jngchng)用到常量與變量關(guān)系：A+0A A1AA +11 A00A+=l A0 下面舉幾個例子說明如何化簡。 例1 例2共五十頁 采用邏輯代數(shù)式的化簡，就是對繼電接觸器電路的化簡，但是在實際組成電路時，有些具體(jt)因素必須考慮。 1觸點容量的限制 特別要檢查擔(dān)負(fù)關(guān)斷

18、任務(wù)的觸點容量。觸點的額定電流比觸點電流分?jǐn)嗄芰s大十倍，所以在化簡后要注意觸點是否有此分?jǐn)嗄芰Α?2在有多余觸點，并且多用些接點能使電路的邏輯功能更加明確的情況下，不必強(qiáng)求化簡來節(jié)省觸點。 共五十頁2.5.3 繼電器開關(guān)的邏輯函數(shù) 前面已經(jīng)闡明，繼電器電路是開關(guān)電路，符合邏輯規(guī)律。它以執(zhí)行元件作為邏輯函數(shù)的輸出變量，而以檢測信號、中間單元及輸出邏輯變量的反饋觸點作為邏輯變量，按一定規(guī)律列出邏輯函數(shù)表達(dá)式。下面通過兩個簡單(jindn)電路說明列邏輯函數(shù)表達(dá)式的規(guī)律。圖13a、b為兩個簡單的起、保、停電路。組成電路的觸點按原規(guī)定，動斷觸點以邏輯非表示。電路中SB1為起動信號(開啟)，SB2為停

19、止信號(關(guān)斷)，K的動合觸點狀態(tài)K為保持信號。 圖13 起、保、停電路(dinl)共五十頁對圖13a可列出邏輯(lu j)函數(shù)為:其一般(ybn)形式為式中 X開 開啟信號 X關(guān)關(guān)斷信號 K自保信號 fk繼電器K的邏輯函數(shù)。對圖13b可列出邏輯函數(shù)為其一般形式為共五十頁 這兩個電路都是起、保、停電路，其邏輯功能相仿，但從邏輯函數(shù)表達(dá)式來看，式(2-1)中X開=1，則fk=1。在這種狀態(tài)下不起控制作用，稱此電路為開啟從優(yōu)形式。式(2-2)X關(guān)=0，則fk =0。X開在這種狀態(tài)下不起控制作用，稱此電路為關(guān)斷從優(yōu)形式。 實際的起、保、停電路往往都有許多聯(lián)鎖條件，例如銑床的自動循環(huán)工作(gngzu)必

20、須在主軸旋轉(zhuǎn)條件下進(jìn)行；而龍門刨返回行程油壓不足也不能停車，必須到原位停車。因此，對開啟信號及關(guān)斷信號都增加了約束條件，這時只要將式(2-1)、式(2-2)擴(kuò)展一下，就能全面的表示輸出邏輯函數(shù)。共五十頁1.主電路設(shè)計(1)主軸電動機(jī)M1 M1的功率(gngl)較大，超過10kW，但是由于車削在車床起動以后才進(jìn)行，并且主軸的正反轉(zhuǎn)通過機(jī)械方式進(jìn)行，所以M1采用單向直接起動控制方式，用接觸器KM進(jìn)行控制。 (2)冷卻泵電動機(jī)M2和快速移動電動機(jī)M3 由于電動機(jī)M2和M3的功率較小，額定電流分別為0.43A和2.7A，為了節(jié)省成本和縮小體積，可分別用交流中間繼電器KA1和KA2(額定電流都為5A，常

21、開、常閉觸點都為4對)替代接觸器進(jìn)行控制。二、CW6163型臥式車床(chchung)的設(shè)計共五十頁2.控制電源的設(shè)計(shj)3.控制電路的設(shè)計(1)主軸電動機(jī)M1的控制 由于機(jī)床比較大，考慮到操作方便，主電動機(jī)M1可在機(jī)床床頭操作板上和刀架拖板上設(shè)置起動和停止按鈕SB3、SB1、SB4及SB2進(jìn)行操縱，實現(xiàn)兩地控制，M1的控制電路如圖3-10所示。(2)冷卻泵電動機(jī)M2和快速電動機(jī)M3的控制 M2采用單向起停控制方式，而M3采用點動控制方式，具體電路如圖3-10所示。共五十頁4.局部照明與信號指示電路的5.電器元件的選擇(1)電源開關(guān)的選擇 電源開關(guān)QS主要用于給M1、M2、M3電動機(jī)提供電源，而在控制變壓器二次側(cè)的電器元件在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生的電流相對(xingdu)較小，因此，QS的選擇主要考慮M1、M2、M3電動機(jī)的額定電流和起動電流。(2)接觸器的選擇 根據(jù)接觸器所控制負(fù)載回路的電壓、電流及所需觸點的數(shù)量來選擇接觸器。共五十頁 (3)中間繼電器的選擇 本設(shè)計中，采用中間繼電器控制電動機(jī)M2和M3，其額定電流都較小，分別為0.43A和0.7A，所以KA1和KA2都可以選用普通型JZ744交流中間繼電器代替