電氣控制與PLC實訓教程章

1、第2章 基本的電氣控制系統(tǒng) 電氣工程圖及繪制 2.1電動機直接起動控制線路2.3電動機降壓起動控制線路2.4電氣控制線路的分析方法 2.2異步電動機的制動控制線路 2.5異步電動機的調(diào)速控制線路2.6直流電動機的控制線路 2.7典型機械控制線路2.82.1 電氣工程圖及繪制 常用的電氣工程圖有3種：電路圖（電氣系統(tǒng)圖、原理圖）、接線圖和元件布置圖。2.1.1圖形符號和文字符號1圖形符號 由符號要素、限定符號、一般符號以及常用的非電操作控制的動作符號（如機械控制符號等）根據(jù)不同的具體器件情況組合構(gòu)成。2文字符號 基本文字符號、單字母符號和雙字母符號表示電氣設備、裝置和元器件的大類。3輔助文字符號

2、 輔助文字符號用來進一步表示電氣設備、裝置和元器件功能、狀態(tài)和特征。2.1.2電路圖 電路圖用于表達電路、設備、電氣控制系統(tǒng)組成部分和連接關(guān)系。1電路繪制 電路的繪制一般包括主電路的繪制和控制電路的繪制。主電路是設備的驅(qū)動電路，在控制電路的控制下，根據(jù)控制要求由電源向用電設備供電。 控制電路由接觸器和繼電器線圈、各種電器的動合、動斷觸點組合構(gòu)成控制邏輯，實現(xiàn)所需要的控制功能。主電路、控制電路和其他的輔助電路、保護電路一起構(gòu)成電控系統(tǒng)。2元器件繪制 電路圖中所有電器元件一般不畫出實際的外形圖，而采用國家標準規(guī)定的圖形符號和文字符號表示，同一電器的各個部件可根據(jù)需要畫在不同的地方，但必須用相同的文

3、字符號標注。3圖區(qū)和觸點位置索引 電路圖常采用在圖的下方沿橫坐標方向劃分的方式，并用數(shù)字標明圖區(qū)。同時在圖的上方沿橫坐標方向劃區(qū)，分別標明該區(qū)電路的功能。4電路圖中技術(shù)數(shù)據(jù)的標注 電路圖中元器件的數(shù)據(jù)和型號（如熱繼電器動作電流和整定值的標注、導線截面積等）可用小號字體標注在電器代號的下面。2.1.3 電器元件布置圖 電器元件布置圖主要是表明機械設備上所有電氣設備和電器元件的實際位置，是電氣控制設備制造、安裝和維修必不可少的技術(shù)文件。2.1.4 接線圖 接線圖主要用于安裝接線、線路檢查、線路維修和故障處理。它表示了設備電控系統(tǒng)各單元和各元器件間的接線關(guān)系，并標注出所需數(shù)據(jù)，如接線端子號、連接導線

4、參數(shù)等。實際應用中通常與電路圖和位置圖一起使用。2.2 電氣控制線路的分析方法 分析的一般原則是：化整為零、順藤摸瓜、先主后輔、集零為整、安全保護和全面檢查。常用的分析電氣線路圖的方法有兩種：查線讀圖法和邏輯代數(shù)法。2.2.1查線讀圖法 查線讀圖法（又稱為直接讀圖法或跟蹤追擊法）是按照電氣控制線路圖，根據(jù)生產(chǎn)過程的工作步驟依次讀圖，一般按照以下步驟進行。1了解生產(chǎn)工藝與執(zhí)行電器的關(guān)系2分析主電路 3分析控制電路4分析輔助電路 5分析聯(lián)鎖和保護環(huán)節(jié) 6總體檢查 2.2.2 邏輯代數(shù)法 邏輯代數(shù)法（又稱為間接讀圖法）是通過對電路的邏輯表達式的運算來分析電路的，其關(guān)鍵是正確寫出電路的邏輯表達式。1電

5、器元件的邏輯表示2電路狀態(tài)的邏輯表示 邏輯代數(shù)法讀圖的優(yōu)點是各電氣元器件之間的聯(lián)系和制約關(guān)系在邏輯表達式中一目了然，通過對邏輯函數(shù)的運算，一般不會遺漏或看錯電路的控制功能，而且為電氣線路的計算機輔助分析提供方便。邏輯代數(shù)法讀圖的主要缺點是對于復雜的線路，其邏輯表達式很煩鎖。 2.3 電動機直接起動控制線路 電動機通電后由靜止狀態(tài)逐漸加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程稱為電動機的起動，三相籠型異步電動機的起動有降壓和全壓起動兩種方式。2.3.1 點動及單向連續(xù)運轉(zhuǎn)控制 點動控制線路是用按鈕開關(guān)、接觸器來控制電動機運轉(zhuǎn)的最簡單的控制線路。所謂點動控制是指按下按鈕時，電動機就得電運轉(zhuǎn)；松開按鈕時，電動機就失電

6、停轉(zhuǎn)。 這種控制方法常用于如電動葫蘆的起重電機控制和機床上的手動調(diào)校控制。 1主電路元器件2控制回路元器件3工作原理2.3.2正反轉(zhuǎn)控制 其控制線路及電路分析參見實訓4。2.3.3 順序控制 手動順序控制線路如圖2-5所示。（1）控制線路通電 合上空氣開關(guān)QF指示燈EL亮（2）電動機M1先起動（3）電動機M2后起動 在M1運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，圖2-5 手動順序控制線路圖（4）電動機逆序停轉(zhuǎn)（5）電動機M1、M2同時停轉(zhuǎn)（6）控制線路斷電 斷開空氣開關(guān)QF指示燈EL熄滅，線路斷電手動順序控制線路具有如下特點： 電動機M2的控制線路與KM1線圈順接，這樣就保證了M1起動后，M2才能起動的順序控制要求。 停

7、止按鈕SB2只控制電動機M2停轉(zhuǎn)，而總停止按鈕SB可控制電動機M1、M2同時停轉(zhuǎn)。 若想實現(xiàn)自動順序控制，可通過時間繼電器實現(xiàn)，其控制線路及電路分析參見實訓5。2.3.4 行程控制 控制線路的工作過程如下：（1）控制電路通電 合上空氣開關(guān)QF指示燈EL亮（2）工作臺右移（3）工作臺停止右移（左移開始）（4）工作臺停止左移（右移開始） （5）工作臺重復工作過程34的動作，在限定行程內(nèi)自動往返運動。（6）工作臺停止運動按下SBKM1（或KM2）線圈KM1（或KM2）主觸頭斷開電動機M停轉(zhuǎn)工作臺停止運動。（7）控制電路斷電斷開空氣開關(guān)QF指示燈EL滅。2.4 電動機降壓起動控制線路 降壓起動的方法有

8、定子電路串電阻（或電抗）、星形-三角形、自耦變壓器和使用軟起動器等。常用的方法是星形-三角形降壓起動和使用軟起動器。2.4.1 Y/D降壓起動 星形-三角形（Y/D）降壓起動是籠型三相異步電動機降壓起動方法之一。Y/D起動控制分為手動和自動兩種。 2.4.2定子串接電阻降壓起動 電動機起動時在三相定子繞組中串接電阻，使定子繞組上電壓降低，起動結(jié)束后再將電阻短接，使電動機在額定電壓下運行，這種起動方式不受電動機接線方式的限制。 合上電源開關(guān)QF2.4.3定子串接自耦變壓器降壓起動 自耦變壓器降壓起動的控制線路，電動機起動電流的限制是靠自耦變壓器的降壓作用來實現(xiàn)的。其線路的工作過程如下。 合上QF

9、，給電路送電2.4.4轉(zhuǎn)子繞組串接電阻起動 轉(zhuǎn)子回路串接起動電阻，一般接成星形且分成若干段，起動時電阻全部接入，起動過程中逐段切除起動電阻。切除電阻的方法有三相平衡切除法及三相不平衡切除法，常用的接觸器控制切除起動電阻多為三相平衡切除法，即每次每相切除的起動電阻相同。其工作過程如下。 合上開關(guān)QF，給電路送電2.4.5轉(zhuǎn)子繞組串接頻敏變阻器起動 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機除轉(zhuǎn)子串接電阻起動的控制方式外，還可轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器起動，其線路的工作過程如下： 該電路KM1線圈通電需在KT KM2觸點工作正常條件下進行，若發(fā)生KT KM2觸點粘連、KT線圈故障時，KM1線圈無法得電，從而避免了電動機直接起動和

10、轉(zhuǎn)子長期串接頻敏變阻器的不正?，F(xiàn)象發(fā)生。2.5異步電動機的制動控制線路 制動可分為機械制動和電氣制動，機械制動一般為電磁鐵操縱抱閘制動，電氣制動是電動機產(chǎn)生一個和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機的轉(zhuǎn)速迅速下降。三相交流異步電動機常用的制動方法有能耗制動、反接制動和發(fā)電反饋制動。2.5.1反接制動 異步電動機反接制動有兩種，一種是在負載轉(zhuǎn)矩作用下使電動機反轉(zhuǎn)的倒拉反轉(zhuǎn)反接制動，這種方法不能準確停車。另一種是改變?nèi)喈惒诫妱訖C定子繞組中三相電源的相序，實現(xiàn)反接制動。 反接制動控制線路工作過程如下： （1）起動 合上空氣開關(guān)QF，給電路送電。 （2）制動 當電動機的轉(zhuǎn)速接近零時，KS的動合觸點斷

11、開KM2線圈失電制動結(jié)束。2.5.2能耗制動 能耗制動是在定子繞組斷開三相交流電源的同時，在三相繞組中通入直流電，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。10kW以下小容量電動機，且對制動要求不高的場合，常采用半波整流能耗制動，其線路圖及線路分析參見實訓3。對于10kW以上容量較大的電動機，多采用有變壓器全波整流能耗制動的控制線路。2.6 異步電動機的調(diào)速控制線路 由電動機原理可知改變極對數(shù)可改變電動機的轉(zhuǎn)速（見公式：n=(1S) 60f/P），多速電動機就是通過改變電動機定子繞組的接線方式而得到不同的極對數(shù)，從而達到不同速度的目的。雙速、三速電動機是變極調(diào)速中最常用的兩種形式。2.6.1雙速電動機的控制 雙速電動機的

12、定子繞組的連接方式常用的有兩種：一種是繞組從單星形改成雙星形，如圖2-13（b）所示的連接方式轉(zhuǎn)換成如圖2-13（c）所示的連接方式； 另一種是從三角形改成雙星形，如圖2-13（a）所示的連接方式轉(zhuǎn)換成如圖2-13（c）所示的連接方式，這兩種接法都能使電動機產(chǎn)生的磁極對數(shù)減少一半即電機的轉(zhuǎn)速提高一倍。圖2-13 雙速電動機的定子繞組的接線圖 如圖2-14是雙速電動機三角形變雙星形的控制原理圖，當按下起動按鈕，主電路接觸器KM1的主觸頭閉合，電動機三角形連接，電動機以低速運轉(zhuǎn)；同時KA的常開觸頭閉合使時間繼電器線圈帶電，經(jīng)過一段時間（時間繼電器的整定時間），KM1的主觸頭釋放，KM2、KM3的主

13、觸頭閉合，電動機的定子繞組由三角形變雙星形，電動機以高速運轉(zhuǎn)。圖2-14 雙速電動機的控制原理圖 雙速電動機控制線路工作過程如下： 合上電源開關(guān)QF2.6.2 三速電動機的控制 三速電動機為一多速電動機，其調(diào)速為改變磁極對數(shù)的調(diào)速過程。三速電動機控制線路工作過程如下： 圖2-15 三速電動機的控制原理 合上電源開關(guān)QF（1）低速運行（2）中、高速運行（3）停止運行 2.7 直流電動機的控制線路 如圖2-16所示的直流電動機正反轉(zhuǎn)調(diào)速及制動控制線路，具體的控制過程如下。 直流電動機正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動控制主要由三部分組成：第一部分是直流電源部分，如圖2-16（a）所示， 第二部分是主電路部分，如圖

14、2-16（b）所示， 圖2-16 直流電動機正反轉(zhuǎn)調(diào)速及制動控制線路第三部分是控制電路部分，通過控制電路的動作來控制直流電動機的正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動，其動作過程如下。（1）正轉(zhuǎn)運行（2）調(diào)速 當需要加速時， 當需要再加速時， 制動 當需要制動時，電動機反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動，請參照以上分析。 2.8 典型機械控制線路1閱讀設備說明書2電氣控制線路的分析方法 分析電氣控制系統(tǒng)應掌握的正確方法如下。（1）結(jié)合典型線路分析電路（2）結(jié)合基礎理論分析電路（3）分析控制電路的步驟 第一，看電路圖中的說明和備注，有助于了解該電路的具體作用。第二，分清電氣控制線路中的主電路、控制電路、輔助電路、交流電路和直流電路。

15、第三，從主電路入手，根據(jù)每臺電動機和執(zhí)行器件的控制要求去分析控制功能。第四，將電氣原理圖、接線圖和布置安裝圖結(jié)合起來，進一步研究電路的整體控制功能。2.8.1 車床電氣控制線路 車床在機械加工中廣泛使用，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和用途不同，分成普通車床、立式車床、六角車床、仿形車床等。車床主要用于加工各種回轉(zhuǎn)表面（內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成形回轉(zhuǎn)面等）和回轉(zhuǎn)體的端面。下面以CA6140普通車床為例進行車床電氣控制線路的分析，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-17所示。1帶輪；2進給箱；3掛輪架；4帶輪；5主軸管；6床身；7刀架；8溜板；9尾座； 10絲杠；11光杠；12床腿圖2-17 普通車床結(jié)構(gòu)示意圖1車床的主要結(jié)構(gòu)及控制

16、要求 普通車床主要由床身、主軸箱、進給箱、溜板箱、刀架、光杠、絲杠和尾座等部件組成如圖2-17所示。 控制要求 主電動機M1完成主軸主運動和刀具的縱橫向進給運動的驅(qū)動，電動機為不調(diào)速的籠型異步電動機，采用直接起動方式，主軸采用機械變速，正反轉(zhuǎn)采用機械換向機構(gòu)。 冷卻泵電動機M2加工時提供冷卻液，防止刀具和工件的溫升過高。采用直接起動方式和連續(xù)工作狀態(tài)。 電動機M3為刀架快速移動電動機，可根據(jù)使用需要，隨時手動控制起停。2電氣控制線路分析 CA6140型普通車床的電氣控制線路原理圖如圖2-18所示，其工作原理分析如下。（1）主電路分析（2）控制電路分析 主軸電動機M1的控制 冷卻泵電動機M2的控

17、制 刀架快速移動電動機M3的控制 圖2-18 CA6140型車床電氣控制線路3保護環(huán)節(jié)分析4輔助電路分析2.8.2 鉆床電氣控制線路 下面以Z3040搖臂鉆床為例分析其控制線路。1鉆床主要結(jié)構(gòu)及控制要求 搖臂鉆床一般由底座、立柱、搖臂和主軸箱等部件組成。搖臂鉆床具有下列運動：主軸箱的旋轉(zhuǎn)主運動及軸向進給運動；主軸箱沿搖臂的水平移動；搖臂的升降運動和回轉(zhuǎn)運動。 Z3040鉆床中，主軸箱沿搖臂的水平移動和搖臂的回轉(zhuǎn)運動為手動調(diào)整。 控制要求： 整臺機床由4臺異步電動機驅(qū)動，分別是主軸電動機、搖臂升降電動機、液壓泵電動機及冷卻泵電動機。主軸箱的旋轉(zhuǎn)運動及軸向進給運動由主軸電機驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向

18、由機械傳動部分實現(xiàn)，電機不需變速。（1）4臺電動機的容量均較小，故采用直接起動方式。（2）搖臂升降電動機和液壓泵電動機均能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。當搖臂上升或下降到預定的位置時，搖臂能在電氣或機械夾緊裝置的控制下，自動夾緊在外立柱上。（3）電路中應具有必要的保護環(huán)節(jié)。2電氣控制線路分析 Z3040型搖臂鉆床的電氣控制工作原理分析如下。（1）主電路分析（2）控制電路分析 主軸電動機M1的控制 搖臂升降電動機M2的控制 圖2-20 Z3040搖臂轉(zhuǎn)床電氣原理圖 主軸箱與立柱的夾緊與放松立柱與主軸箱均采用液壓夾緊與松開，且兩者同時動作，當進行夾緊或松開時，要求電磁鐵YA處于釋放狀態(tài)。實訓課題1繼電控制實訓實訓1

19、 電動機的起保?？刂埔?、實訓目的二、實訓器材（1）電氣控制臺1個（交流接觸器、熱繼電器、按鈕、行程開關(guān)等電器元件）；（2）電工常用工具1套（包括萬用表1個、剝線鉗1把、斜口鉗1把、尖嘴鉗1把、螺絲刀2支）；（3）導線若干。三、實訓電路四、電路工作原理五、元件選擇和檢查從電氣控制臺上選出圖2-21中所需的電氣元件，并分別檢查其好壞。元件清單如下：空氣開關(guān)（1個），交流接觸器（1個），熱繼電器（1個），熔斷器（2個），停止按鈕（1個），起動按鈕（1個），電動機（1臺）。六、電路裝接裝接電路的原則：應遵循“先主后控，先串后并；從上到下，從左到右；上進下出，左進右出。”的原則進行接線。裝接電路的工藝要

20、求：“橫平豎直，彎成直角；少用導線少交叉，多線并攏一起走?！笨砂凑請D2-22逐根逐根的進行接線。圖2-22 接線圖七、電路檢查1主電路的檢查（1）將表筆放在1、2處，人為使KM吸合（有的只需按KM），此時萬用表的讀數(shù)應為電動機兩繞組的串聯(lián)電阻值（設電動機為Y接法）；（2）將表筆放在1、3處，按KM，萬用表的讀數(shù)應同上；（3）將表筆放在2、3處，按KM，萬用表的讀數(shù)應同上。2控制電路的檢查（表筆放在3、N處）（1）此時萬用表的讀數(shù)應為無窮大，按SB2，讀數(shù)應為KM線圈的電阻值；（2）按KM，萬用表讀數(shù)應為KM線圈的電阻值，若再同時按SB1，則讀數(shù)應變?yōu)闊o窮大。八、通電試車 通過上述檢查正確后，可

21、在教師的監(jiān)護下通電試車。（1）合上QF，即接通電路電源；（2）按一下起動按鈕SB2，接觸器KM得電吸合，電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)；（3）按一下停止按鈕SB1，接觸器KM失電斷開，電動機停轉(zhuǎn)；（4）斷開QF，即斷開電路電源。九、實訓思考（1）總結(jié)實訓過程中應注意的安全事項。（2）若SB1和SB2都接成常閉（或常開）按鈕，會有什么現(xiàn)象？（3）若將控制回路的220V電源誤接成380V，會有什么現(xiàn)象？（4）KM的自鎖觸頭不接，會有什么后果？實訓2 電動機的兩地控制一、實訓目的二、實訓電路三、電路工作原理四、元件選擇和檢查 從電氣控制臺上選出所需的電氣元件，并分別檢查其好壞。元件清單如下：低壓斷路器（1個），交流

22、接觸器（1個），熱繼電器（1個），熔斷器（2個），停止按鈕（2個），起動按鈕（2個），電動機（1臺）。五、電路裝接六、電路檢查1主電路的檢查 檢查方法與實訓1相同。2控制回路的檢查七、通電試車 經(jīng)上述檢查正確后，在老師的監(jiān)護下通電試車。八、實訓思考實訓3 電動機的能耗制動控制一、實訓目的二、實訓電路三、電路工作原理四、元件選擇和檢查 從電氣控制臺上選出電氣元件，并對電氣元件進行檢查，元件清單如下：低壓斷路器（1個），交流接觸器（2個），熱繼電器（1個），二極管（1個），熔斷器（2個），起動按鈕（1個），停止（復合）按鈕（1個），晶體管時間繼電器（1個），電動機（1臺）。五、電路裝接六、電路檢查

23、七、通電試車八、實訓思考實訓4 電動機的正反轉(zhuǎn)控制一、實訓目的二、實訓電路三、電路工作原理1電動機正轉(zhuǎn) 從電氣控制臺上選出電氣元件，并對電氣元件進行檢查，元件清單如下：低壓斷路器（1個），交流接觸器（2個），熱繼電器（1個），熔斷器（2個），起動按鈕 （2個），停止按鈕（1個），電動機（1臺）。五、電路裝接六、電路檢查七、通電試車八、實訓思考實訓5 電動機的自動順序控制一、實訓目的二、實訓電路三、電路工作原理四、元件選擇和檢查 從電氣控制臺上選出電氣元件，并對電氣元件進行檢查，元件清單如下：低壓斷路器（1個），交流接觸器（2個），熱繼電器（2個），熔斷器（2個），起動按鈕 （1個），停止按鈕（

24、1個），電動機（2臺）。五、電路裝接 注意主電路要接2臺電動機，如果條件有限，則第2臺電動機可以不接，即只需要接到FR2為止。另外控制電路要注意KT的引腳分配。六、電路檢查七、通電試車八、實訓思考實訓6 電動機的Y/D降壓起動控制一、實訓目的（1）學會分析電動機Y/D降壓起動控制電路的動作原理；（2）熟練掌握電動機Y/D降壓起動的接線；（3）能夠識讀較復雜的控制電路。二、實訓電路 電動機Y/D降壓起動控制的電路如圖2-29所示。圖2-29 電動機Y/D降壓起動控制電路三、電路工作原理 圖2-29的主電路由3個交流接觸器KM、KMY、KM和FR組成，當接觸器KM和KMY主觸頭閉合時，電動機M定子

25、3個繞組末端U2、V2、W2接在一起，即星形起動，以降低起動電壓限制起動電流。 電動機起動后，當轉(zhuǎn)速上升到接近額定值時，接觸器KMY斷開，KM主觸頭閉合，此時U1與W2相連，V1與U2相連，W1與V2相連，即把定子繞組改接為三角形，電動機在全電壓下運行。熱繼電器FR對電動機實現(xiàn)過載保護，其控制過程如下。四、元件選擇和檢查 從電氣控制臺上選出如圖2-29所示的電氣元件，并對電氣元件進行檢查，元件清單如下：低壓斷路器（1個），交流接觸器（3個），熱繼電器（1個），熔斷器（2個），起動按鈕（1個），停止按鈕（1個），電動機（1臺）。五、電路裝接 主回路的接線比較復雜，可按圖2-30進行接線，其接線步驟如下。（1）用萬用表判別出電動機每個繞組的2個端子，可設為：U1、U2，V1、V2和W1、W2。（2）按圖2-30將電動機的6條引線分別接到KMD的主觸頭上。（3）從W1、V1、U1分別引出一條線，再將這3條線不分相序地接到KMY主觸頭的3條進線處，KMY主觸頭的3條出線短接在一起。 （4）從V2、U2、W2分別引出一條線，再將這3條線不分相序地接到FR的3條出線處，再將主電路的其他線按圖2-30進行連接。圖2-