電氣控制與PLC技術課件第2章匯編

1、Ch2 電氣控制線路基本環(huán)節(jié) 2.1 電氣系統(tǒng)圖概述 2.2 電動機起動控制線路2.3 電動機正反轉控制線路2.4 電動機制動控制線路2.5 多速電動機速度控制線路2.6 電液控制系統(tǒng)2.7 控制線路的其它基本環(huán)節(jié)本章要求1.能讀懂簡單的控制電路原理圖、能設計簡單的控制電路。2.掌握自鎖、聯(lián)鎖的作用和方法。3.掌握常用基本控制環(huán)節(jié)的組成、作用和工作過程（如電動機起動、停止、正反轉等控制） 。4.掌握過載、短路和失壓保護的作用和方法。2.1 電氣系統(tǒng)圖概述電氣控制線路：將各種有觸點的繼電器、接觸器、按鈕、行程開關等電器元件，按一定方式連接起來組成的控制線路。作用：實現(xiàn)對電力拖動系統(tǒng)的起動、反向、

2、制動和調速控制及相應的保護功能，滿足生產工藝要求，實現(xiàn)生產加工自動化。 為了表達電氣控制系統(tǒng)的設計意圖，便于分析系統(tǒng)工作原理以及安裝、調試和檢修控制系統(tǒng)，必須采用統(tǒng)一的圖形符號和文字符號來表達。電氣原理圖電氣設備安裝圖電氣設備接線圖 電氣系統(tǒng)圖一、電氣原理圖 電氣原理圖表示電氣控制線路的工作原理以及各電器元件的作用和相互關系，而不考慮各電路元件的實際安裝位置和實際連線情況。電氣原理圖一般由主電路、控制電路、照明電路、信號指示電路和保護電路等幾部分組成。 1電氣原理圖繪制規(guī)則 （1）電氣控制線路分為主電路和控制電路。主電路用粗實線繪出，而控制電路用細實線畫出。一般主電路畫在左側，控制電路畫在右側

3、。 （2）電氣控制線路內的所有電機、電器和其它元件的通電部分均應在原理圖中畫出； （3）電器元件的各部件不按實際位置畫出，而是以閱讀和分析線路工作原理的需求為主畫出； （4）同一電器的不同部件可畫在線路的不同地方，但為了表示是同一元件，電器的不同部件要用同一文字符號來表示； （5）圖中電器的各個部件，均以“常態(tài)”畫出，即以電器未受激時的狀態(tài)畫出； （6）在原理圖中，若有幾個同一種類的電器，在表示名稱的文字符號后加上一個數(shù)字序號，以示區(qū)別； （7）控制線路的各分支線路，基本上按動作順序由上而下平行排列，兩根以上的導線聯(lián)接處要用黑點標明。 2電氣原理圖的閱讀方法 （1）了解電路中所用到的各個電器元

4、件及電器元件的各導電部件在電路中的位置。對于復雜的控制線路，應首先閱讀電氣元件目錄表。 （2）先看主電路，再看控制電路，最后再看照明、信號指示及保護電路。 （3）總體檢查：化整為零，集零為整。 二、電氣設備安裝圖 表示各種電氣設備在機床機械設備和電氣控制柜的實際安裝位置。各電氣元件的安裝位置是由機床的結構和工作要求決定的，如電動機要和被拖動的機械部件在一起，行程開關應放在要取得信號的地方，操作元件要放在操作方便的地方，一般電氣元件應放在控制柜內。 三、電氣設備接線圖 表示各電氣設備之間實際接線情況。繪制接線圖時應把各電器元件的各個部分（如觸點與線圈）應畫在一起；文字符號、元件連接順序、線路號碼

5、編制都必須與電氣原理圖一致。電氣設備安裝圖和接線圖是用于安裝接線、檢查維修和施工的。 2.2 電動機起動控制線路直接起動降壓起動起動方式一、直接起動控制線路 直接起動也稱全壓起動或滿壓起動。直接給電動機加上它所需要的額定電壓的起動方式就是直接起動。直接起動條件：對于中小型籠型異步電動機，在電源容量足夠大時，可以采用直接起動方式。具體條件：是否可采用直接起動，要看電動機與變壓器容量之間的比例而定。對于不經常起動的異步電動機，其容量應小于變壓器容量的30%；對于頻繁起動的異步電動機，其容量應小于變壓器容量的20%。1.刀開關直接起動FUQS3M適用于冷卻泵、小型臺鉆、砂輪機刀開關直接起動線路該電路

6、有何問題？（1）無過載保護；（2）無失壓（零壓）保護：若突然停電，來電后會自起動動，可能造成危險。（a）結構圖3熔斷器FU交流接觸器KM刀開關QS按扭SBSB1SB235熱繼電器FRM4212.接觸器直接起動主電路控制電路SB1KMSB2FRKM FRKMFUQS3M.熔斷器熱繼電器的熱元件開關接觸器主觸頭起動按鈕停止按鈕接觸器線圈接觸器輔助觸頭熱繼電器常閉觸頭(b)原理圖(1) 電路合上開關QS起動KM輔助觸頭閉合，自鎖。按下起動按鈕SB2 , KM線圈通電，KM主觸頭閉合， 電動機運轉。KMFRKM.KMSB1SB2.控制電路通電轉動主電路 FR3MFUQS（2） 控制原理自鎖利用自身常開

7、輔助觸頭，維持線圈通電的控制作用稱為自鎖。停車轉動 停轉FRKM.SB1SB2KM.控制電路通電主電路 FRFUQS3M斷電KMKM線圈斷電電動機停轉。KM輔助觸頭斷開，取消自鎖。按下停止按鈕SB1主觸頭（KM）斷開失壓或欠壓保護控制電路SB1KMSB2FRKM FRKMFUQS3M.熱繼電器過載保護熔斷器短路保護接觸器熱繼電器常閉觸頭主電路控制電路三保護電路：短路保護、過載保護、失壓或欠壓保護。 該電路具備三種完善的保護環(huán)節(jié): 1) 短路保護 通過FU實現(xiàn)。 2) 過載保護 通過FR實現(xiàn)。 3) 失壓與欠壓保護 通過自鎖觸點KM實現(xiàn)。 FUQ3M 從保護環(huán)節(jié)的設置來看, 可以與右側刀開關控制

8、的電機直接起停的控制線路進行比較。 在刀開關控制的電機直接起停的控制線路當中, 保護環(huán)節(jié)設置的不完善, 但該電路簡單、經濟、起動快。 試分析下列電路能否正常工作？FRKMKMSB1SB2.(a)FRKMKMSB1SB2.KM.(b)FRKMSB1SB2.(c)KMFRKMKMSB1SB2.(d)對自鎖環(huán)節(jié)的兩點注意:1) 自鎖用的是常開輔助觸點。2) 自鎖只能鎖住起動按鈕。二、降壓起動控制線路直接起動: 控制線路簡單、經濟、操作方便。但對容量較大的電動機，起動電流大（電動機的起動電流為額定電流的47倍），電網電壓波動大。降壓起動: 起動時將電源電壓適當降低，起動完畢后再將電壓恢復到額定值運行，

9、以減小起動電流對電網和電動機本身的沖擊。起動電流大的危害：（1）供電線路本身損耗增大；（2）引起供電電壓瞬時突然下降，從而影響接在同一電源上其它電氣設備的正常工作。1.Y-降壓起動控制線路 只適用于正常工作時定子繞組為三角形聯(lián)接的電動機。方法: 起動時，先將定子繞組接成星形，使每相繞組電壓為額定電壓的 ，起動完成后再恢復成三角形接法，使電動機在額定電壓下正常運行。特點: 起動設備成本低，方法簡單，容易操作，但起動轉矩只有額定轉矩的13.降壓起動方法: Y-降壓起動；定子串電阻降壓起動；自耦變壓器降壓起動等。SB1KM2-1SB2FRKM1-1FUQS3M.3FRKM3-1KM1-2KM1KTK

10、T-1KT-2KM3KM3-2KM2-2KM2KM2-3Y-降壓起動線路1如何解決？ 要求控制電路中兩個接觸器KMY與KM 不能同時得電，否則主電路中出現(xiàn)三相電源短路事故。 在同一時間內，兩個接觸器只允許其中一個通電工作的控制作用，稱為“聯(lián)鎖”。利用接觸器的觸點實現(xiàn)聯(lián)鎖控制稱電氣聯(lián)鎖。主電路對控制電路的要求：加“聯(lián)鎖（互鎖）”環(huán)節(jié)。對聯(lián)鎖環(huán)節(jié)的兩點注意:1) 聯(lián)鎖用的是常閉輔助觸點；2) 聯(lián)鎖觸點的聯(lián)接。SB1KM2SB2FRKM1FUQS3M.3FRKM2KM1KM1KTKTKTKM2KM2Y-降壓起動線路2KM1.KM22.定子串電阻降壓起動控制線路SB1KM2SB2FRKM1FUQS3M

11、3FRKM1KM1KTKTKM2R電動機起動后KM1和KT一直得電，是不必要的！該電路問題？FRKTKM2KM2SB1SB2KM1KM1KTKM2Y-和定子串電阻降壓起動控制線路都采用了時間繼電器的延時動作實現(xiàn)從降壓起動到全壓運行的自動切換，這種控制方式稱為按時間原則的自動控制。延時時間長短可根據(jù)起動過程所需時間整定。KM22.3 電動機正反轉控制線路 將電動機接到電源的任意兩根線對調一下，即可使電動機反轉。需要用兩個接觸器來實現(xiàn)這一要求。用途：用于生產機械改變運動方向，如工作臺的前進、后退，電梯的上升、下降等。方法：利用兩個接觸器改變電動機定子繞組的電源相序。 當正轉接觸器工作時，電動機正轉

12、； 當反轉接觸器工作時，將電動機接到電源的任意兩根聯(lián)線對調一下，電動機反轉。一、電動機正反轉線路相序的概念: 1)正相序: AB C AB 2)負相序: AC B AC SB2和SB3決不允許同時按下，否則造成電源短路事故。3MFRFUKM1.KM2FRQSKM1SB1SB2KM1正轉觸頭正轉接觸器正轉按鈕SB3KM2KM2.反轉接觸器反轉按鈕反轉觸頭KM2KM1按下SB2SB1KM1“聯(lián)鎖”觸頭 缺點： 改變轉向時必須先按停止按鈕。解決措施：在控制電路中加入機械聯(lián)鎖。KM2SB2KM1KM1SB3KM2KM2.通電斷開斷電電機正轉閉合正轉反轉停止機械聯(lián)鎖電氣聯(lián)鎖利用復合按鈕的觸頭實現(xiàn)聯(lián)鎖控制

13、稱為：機械聯(lián)鎖KM1KM1SB3SB1KM2SB2KM1KM2KM2KM1KM1SB3SB1KM2SB2KM1KM2KM2當電機正轉時，按下反轉按鈕SB3先斷開斷電復位通電停止正轉閉合后閉合電機反轉工作原理:二、正反轉自動循環(huán)線路3MFRFUKM1KM2QS.3工作臺MSQ1SQ3SQ2SQ4前進，M正轉后退，M反轉行程控制：控制某些機械的行程，當運動部件到達一定行程位置時利用行程開關進行控制。行程控制實質為電機的正反轉控制，只是在行程的終端要加行程開關。原位終點極限位置保護正傳反轉KM2KM1KM1SB1SB2KM1SB3KM2KM2FRSQ2SQ4SQ1SQ3 控制電路龍門刨床工作臺自動正

14、反向控制線路即為這樣，用行程開關SQ1、SQ3作主令信號進行自動轉換，SQ2、SQ4用于限位保護。正傳反轉三、動力頭自動循環(huán)控制線路動力頭IM1SQ2SQ1動力頭M2SQ3SQ4工作循環(huán)：動力頭I由位置b移動到a停下；動力頭II由位置c移動到d停下；動力頭I和II同時退回原位停止。c d a b3M1FR1FUKM1KM3QS.3動力頭行程控制線路主電路33M2KM4KM2FR2動力頭行程控制線路控制電路KM3KM4KM1SBKM1KM3KM2FRSQ2KM4SQ4KM3KM1SQ1KM2SQ3KM4去掉KM3或KM4，可以嗎？I:ba;II:cd;I和II同時退回原位。小結：自動往復循環(huán)控制

15、線路，對于有觸點的電器，要采用行程控制原則，用行程開關進行切換，以控制運動方向。行程開關的常開觸點與相應的起動按鈕并聯(lián)，常閉觸點作為互鎖觸點。既能準確變換運動方向又使運行安全可靠。電氣控制的基本方法：通過按鈕發(fā)布命令；由接觸器執(zhí)行對電路的控制；繼電器用以測量和反映控制過程中各個量的變化（如，熱繼電器反映被控對象溫度的變化，在達到設定溫度時發(fā)出控制信號使KM斷電，實現(xiàn)對電動機的保護）。2.4 電動機制動控制線路許多生產機械，要求能迅速停車和準確定位，即能夠對電動機進行制動。制動機械制動：電氣制動：電氣制動實質上是使電動機產生一個與原來轉子的轉動方向相反的制動轉矩。電氣制動能耗制動：切除三相電源的

16、同時將定子繞組接通直流電源，轉速為0時切除直流電源。反接制動：改變定子繞組外接三相電源的相序，產生與轉子轉動方向相反的轉矩。采用機械抱閘或液壓裝置制動能耗制動和反接制動一、能耗制動控制線路整流電路.3MFRKM1QSFU1SB1KM1SB2FRKM1KM1KM2.KM2FU2TKM2RPKM2缺點：無自鎖，手動。圖（a）能耗制動結束后，應及時切除直流電源，否則會燒損定子繞組。.3MFRKM1QSFU1SB1KM1FRKM1KTKM2KM2.KM2FU2TKM2RPKM1KTSB2KM2圖（b）正常運行：按SB2KM1通電KM1接通電機電源KM2接通直流電源制動開始KT控制切斷直流電源時間斷電延

17、時斷開通電通電斷電斷電延時繼電器SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2KM1主觸頭閉合電機運轉常開閉合常閉斷開KM2 斷電自鎖圖（c）KM1接通電機電源KM2接通直流電源制動開始KT控制切斷直流電源時間斷電延時斷開通電通電斷電SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2斷電通電斷電制動時：按SB1KM2通電制動開始KM1斷電、KT斷電KM1主觸頭斷開電機脫離三相電源KM1常閉閉合KM1常開斷開圖（c）二、反接制動控制線路3MFRFUKM1KM2QS.RKSSB1KM1SB2KM1KM1KM2KM2FRKS對稱電阻制動接法可同時限制制動電流和轉矩，而非對稱制動電阻接法只能限制制動轉

18、矩，未加制動電阻的相仍有較大電流。停車時為調整工件，手動轉動主軸時BV常開閉合，KM2得電制動，不利于調整。限流電阻防止繞組過熱！nSB1KM1SB2KM1KM1KM2KM2FRKSKM2能耗制動：制動準確、平穩(wěn)、能量消耗小，但制動力較弱，且需要直流電源。適用于要求制動準確平穩(wěn)的場合。反接制動：定子電流大，制動效果顯著，但制動過程有沖擊，對傳動部件有害，能量消耗較大，適用于不太經常制動的設備。n2.5 多速電動機速度控制線路轉速：調速方法：1）變 調速； 2）變 調速； 3）變 調速。 多速電動機可以提供多個轉速，目前在機械設備中應用較多，本節(jié)討論雙速電動機的高低速控制線路。 雙速電動機是由改

19、變定子繞組的磁極對數(shù)來改變其轉速的（屬于變極調速）。 雙速電動機定子繞組常見接法有 /YY和Y/YY兩種。雙速電動機定子繞組接線圖如下：P=2P=1P=2P=1KMlKMHKMHKMH.D1D5D2D4D3D6適用于功率較小的電動機。主電路SB1KMlSB2KMlKMlKMHS低速KMH控制電路KMH高速圖（a）KMHKMlKMlSB1SB2KMlSB3KMHKMH圖（b）低速高速KMlKMH.D1D5D2D4D3D6KM適用于較大容量的電動機。主電路KMHKMlKMlKMKT低速高速控制電路KTKMKMHFRKTKTS低速高速2.6 電液控制系統(tǒng) 液壓傳動系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)組合在一起就構成了

20、電液控制系統(tǒng)，目前在組合機床、自動化機床、生產自動線、數(shù)控機床等都有非常廣泛的應用。 液壓傳動系統(tǒng)容易獲得很大的力矩，運動傳遞平穩(wěn)、均勻、準確可靠，控制方便，易于實現(xiàn)自動化。一、電磁換向閥液壓傳動系統(tǒng)由四部分組成：（1）動力裝置（液壓泵）；（2）執(zhí)行機構（液壓缸或液壓馬達）；（3）控制調節(jié)裝置（溢流閥、節(jié)流閥、換向閥等）；（4）輔助裝置（油箱、油管、濾油器、壓力計等）； 在液壓傳動系統(tǒng)中，電磁換向閥用來改變液路的通斷，實現(xiàn)由液動執(zhí)行機構帶動的運動部件的起、停、換向、變速等工藝要求。 電磁換向閥利用電磁鐵推動滑閥移動來控制液流流動方向。其結構圖和符號圖為：1-閥體 2-閥芯 3-彈簧 4-電磁鐵

21、 5-推桿ABPO(a)斷電ABPO(b)得電ABOP(a)-二位二通 (b)-二位三通 (c)-二位四通 (d)-三位四通 (e)-三位五通 靠近彈簧符號的方框是它的常態(tài)，即線圈斷電時的狀態(tài)；靠近線圈符號的方格是線圈得電時的狀態(tài)。電磁換向閥圖形符號的規(guī)定和含義：方框內的箭頭“”表示該位置上油路處于接通 狀態(tài)。用方框“”表示閥芯可變的位數(shù)，有幾個方框就 表示幾位。方框內的符號“”或“”表示該通路被閥芯封 住，即該油路不通。一個方框上邊、下邊與外部連接的接口，稱為油路的 通路數(shù)，即幾通。一般，閥與系統(tǒng)供油路連接的進油口用字母P表示； 閥與系統(tǒng)回油路連接的回油口用字母O表示；而閥與 執(zhí)行元件連接的

22、工作油口則用字母A、B表示。二、液壓動力頭控制線路 動力頭是既能完成進給運動，又能同時完成刀具切削運動的動力部件。 液壓動力頭的自動循環(huán)由控制線路控制液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)。 自動工作循環(huán)：動力頭快進、工作進給、快速退回原位。 SQ1SB1SQ3SQ4快進工進快退工作流程圖如下：動力頭電磁鐵快進工進快退停止YA1YA2YA3轉換主令SB1SQ3SQ4SQ1原位終點+：得電 ：斷電YA1YGYA2YBM31UYV1YV2YA32ULSQ3SQ4SQ1液壓缸液壓泵動力頭油箱油管節(jié)流閥溢流閥油箱YA2SB2SQlK3K3K2S向前前進SB1YAlSQ1YA3K1K3K1K1SQ3K2K2SQ4K3K3快進工

23、進快退12一次工作進給液壓控制線路YA2SB2SQlK3KTK2S動力頭向前SB1YAlSQ1YA3K1KTK1K1SQ3K2K2SQ4K3K3動力頭快進延時停留動力頭快退12具有“延時”停留的控制線路KTKT三、半自動車床刀架縱進、橫進、快退控制線路 機械聯(lián)鎖電氣聯(lián)鎖利用復合按鈕的觸頭實現(xiàn)聯(lián)鎖控制稱為：機械聯(lián)鎖KM1KM1SB3SB1KM2SB2KM1KM2KM22.7 控制線路的其它基本環(huán)節(jié)點動：按下按鈕時，電動機起動工作；松開按鈕，電動機停止工作。長動：電動機連續(xù)不斷的工作。“長動”，非“常動”！觸頭（KM）打開松開按鈕線圈（KM）斷電 電機停轉。觸頭（KM）閉合按下按鈕（SB） 線圈（

24、KM）通電電機轉動；SBFRKM FRKMFUQS3M一、點動與長動 按下起動按鈕SB2，電動機運轉，松開起動按鈕 SB2，電動機繼續(xù)連續(xù)運行。點動按鈕SB3的作用：(1) 使接觸器線圈KM通電；(2) 使線圈KM不能自鎖。KMSB2FRKMSB1SB3SB2：長動SB3：點動方法一：加復合按鈕后閉合先斷開按下SB3閉合電機運轉點動時：自鎖觸頭不起作用通電KMFRSB2SB1KMSB3松開SB3電機停轉實現(xiàn)點動用途: 試車、檢修以及車床主軸的調整等。KMSB2FRKMSB1SB3先斷開后復位斷開斷電方法二：加開關M3ABCKMFU按下SB2SB1KMSB2FRKM線圈KM通電電動機連續(xù)運轉按下

25、SB2電機運轉松開SB2電機停轉SB2：點動(開關S打開)SB2：長動（開關S閉合）FRS點動與長動的區(qū)別是控制電路能否自鎖。方法三：加中間繼電器M3ABCKMFU按下SB2SB3KSB1KSB2FRKMK線圈K通電電動機連續(xù)運轉SB2：連續(xù)運行（長動）FR按下SB3松開SB3電機停轉SB3：點動電機運轉以下控制電路能否實現(xiàn)即能點動、又能連續(xù)運行 思考不能點動！KMSB1KMSB2FRSBKM1FUQSKM2M1M233.SBSB1KM1KM1SB2KM2KM2按SB1通電閉合再按SB2閉合通電閉合閉合1. 順序起，同時停M1轉動M2轉動.二、順序控制起動順序: M1M2轉動轉動M13這樣的順

26、序控制是否合理？ 兩電機應要有獨立的電源；這樣接，主觸頭(KM1)的負荷過重。KM1KM2思考M23QS1FU1QS2FU2FR1FR2KM1FUQSKM2M1M233.SB1SB2KM1KM1SB4KM2KM22. 順序起，逆序停.KM2SB3KM1起動順序為: M1M2停止順序為: M2M1閉合閉合起動起動?閉合3. 順序起，順序停KM1FUQSKM2M1M233.SB1SB2KM1KM1SB4KM2KM2.KM1SB3KM1起動與停止順序均為: M1M2如何實現(xiàn)？順序控制的控制原則：后通電的電器電路里要串聯(lián)先通電電器的常開觸點。后斷電的電器電路里的斷電觸點要并聯(lián)先斷電電器的常開觸點。同時

27、通（斷）電的電器，要在這些電器的公共通路中串接接通（切斷）它們的觸點?；ユi（聯(lián)鎖） 在同一時間內，兩個接觸器只允許一個通電工作的控制作用，稱為“互鎖”，也稱“聯(lián)鎖”。聯(lián)鎖有電氣聯(lián)鎖和機械聯(lián)鎖。聯(lián)鎖的控制規(guī)律：當要求甲接觸器工作而乙接觸器不能工作時，應在乙接觸器的線圈電路中串入甲接觸器的常閉觸頭。當要求甲接觸器工作時乙接觸器不能工作，而乙接觸器工作時甲接觸器不能工作，此時應在兩個接觸器的線圈電路中互串入對方的常閉觸頭。順序控制線路的幾種情況: 1) 按某一順序起動； 2) 按某一順序停止； 3) 按同一順序起動和停止； 4) 按某一順序起動, 按另一順序停止； 5) 兩臺電機，同時工作，不允許單

28、獨工作； 6) 兩臺電機，單獨工作，不允許同時工作。SB1SB3SB5SB2SB4SB6KMKM三、多點控制（1）要求多處地點能夠分別起動和停止一臺電機。方法：起動按鈕并聯(lián)， 停止按鈕串聯(lián)。SB1SB3SB5SB4SB6KMKMSB2（2）要求多處地點同時具備起動信號后才能起動一臺電機。方法：起動按鈕串聯(lián)，停止按鈕串聯(lián)。四、工作循環(huán)自動控制電動機的保護一、短路保護（1）熔斷器保護；（2）自動開關保護。二、過載保護（1）熱繼電器保護；（2）自動開關保護。 電氣控制系統(tǒng)必須要有各種保護措施。保護環(huán)節(jié)是電氣控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，利用它來保護電動機、電網、電氣控制設備以及人身安全等。三、過電流保護 過電流保護廣泛應用于直流電動機或繞線轉子異步電動機。 過電流保護通過過電流繼電器實現(xiàn)。四、零電壓（失壓）與欠壓保護