PLC 第三章电器控制线路设计.ppt 51页

第三章电器控制线路设计第一节电气控制设计的原则、内容和程序第二节电气控制原理图设计方法 第一节电气控制设计的原则、内容和程序电气控制设计包括：1）电气原理图设计：为满足生产机械及其工艺要求而进行的电气控制设计2）电气工艺设计：为电气控制装置本身的制造、使用、运行及维修需要而进行的生产工艺设计 一、电气控制设计的一般原则最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不盲目追求自动化和高指标正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作；同时考虑技术进步、造型美观为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力应留有适当裕量 二、电气控制设计的基本任务和内容基本内容：根据控制要求，设计和编制出电气设备制造和使用维修中必备的图样和资料等图样包括：电气原理图、电气系统组件划分图、元器件布置图、安装接线图、电气简图、控制面板图、元器件安装底板图和非标准件加工图等资料包括：外购件清单、材料消耗清单、设备说明书等 （一）电气原理图的设计内容1.拟定设计任务书2.选择电气拖动方案和控制方式3.确定电动机类型、型号、容量、转速等4.设计电气控制原理框图，确定各部分之间的关系，拟定各部分技术指标与要求5.设计并绘制电气控制原理图，计算主要技术参数6.选择电器元件，制定元件清单7.编写设计说明书 （二）电气工艺设计的内容绘制电气总图：总装配图及总接线图绘制各组件原理电路图，列出各部件的元件目录表设计组件电器装配图、接线图绘制电器安装板和非标准的电器安装零件图电气箱（柜）设计资料汇总：列出外购件、标准件清单、材料消耗定额等编写使用说明书 三、电气控制设计的一般程序1.拟定设计任务书，包括：所设计的设备型号、用途、工艺过程、动作要求、传动参数、工作条件、主要技术指标和要求2.选择拖动方案3.电动机的选择：类型、型式、容量、额定电压与转速等4.控制方式的选择5.控制原理图设计6.施工图设计7.编写说明书：设计说明书和使用说明书 电气控制原理设计方法有两种，经验设计法和逻辑设计法。1、经验设计法电气控制设计的内容包括主电路、控制电路和辅助电路的设计。设计步骤①主电路：主要考虑电动机起动、点动、正反转、制动及多速控制的要求。②控制电路：满足设备和设计任务要求的各种自动、手动的电气控制电路。③辅助电路：完善控制电路要求的设计，包括短路、过流、过载、零压、联锁（互锁）、限位等电路保护措施，以及信号指示、照明等电路。④反复审核：根据设计原则审核电气设计原理图，有必要时可以进行模拟实验，修改和完善电路设计，直至符合设计要求。常用的经验设计方法①根据生产机械的要求，选用典型环节，将它们有机的组合起来，并加以补充修改，综合成所需的控制电路。②没有典型环节，可以根据工艺要求自行设计，采用边分析边画图的方法，不断增加电器元件和控制触点，以满足给定的工作条件和要求。第二节电气控制原理图设计方法 经验设计的特点①设计方法简单易于掌握，使用广泛。②要求设计者有一定的设计经验，需要反复修改图纸，设计速度较慢。③设计程序不固定，一般需要进行模拟实验。④不宜获得最佳设计方案。2、逻辑设计法利用逻辑代数，从生产工艺出发，考虑控制电路中逻辑变量关系，在状态波形图的基础上，按照一定的设计方法和步骤，设计出符合要求的控制电路。该方法设计出的电路较为合理、精练可靠，特别在复杂电路设计时，可以显示出逻辑设计法的设计优点。 一、控制电路设计时应注意的问题：1.尽量减少控制电源种类及用量。当控制线路比较简单的情况下，可直接采用电网电压；当控制系统所用电器数量比较多时，应采用控制变压器降低控制电压，或采用直流低电压控制。2.尽量减少电器元件的品种、规格与数量，同一用途的器件尽可能选用相同品牌、型号的产品。注意收集各种电器新产品资料，以便及时应用于设计中，使控制线路在技术指标、先进性、稳定性、可靠性等方面得到进一步提高。3.在控制线路正常工作时，除必要的必须通电的电器外，尽可能减少通电电器的数量，以利节能，延长电器元件寿命以及减少故障。 尽可能减少触头使用数量，以简化线路。当控制的支路数较多，而触点数目不够时，可采用中间继电器增加控制支路的数量。简化电路去掉不必要的KM1，简化电路，提高电路可靠性4.合理使用电器触头。 应合理安排电器元件及触点的位置图（a）的接法既不安全又使接线复杂。因为行程开关SQ的常开、常闭触头靠得很近，此种接法下，由于不是等电位，在触头断开时产生的电弧很可能在两触点间形成飞弧而造成电源短路，很不安全，而且这种接法控制柜到现场要引出五根线，很不合理；图（b）的接法只引出三根线，而且两触点电位相同，不会造成飞弧。合理安排触点位置(a)合理(b)不合理两种接法工作原理相同 5.尽量减少连接导线.设计控制电路时，应考虑电器元件的实际位置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图a是不合理的。按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直接连接，就可以减少一次引出线，如图b所示。电器连接图 6.正确连接电器的线圈。a)电压线圈通常不能串联使用，如图a所示。由于它们的阻抗不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压之和，也是不允许。因为电器动作总有先后，当有一个接触器先动作时，则其线圈阻抗增大,该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将使电路烧毁。b)电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。图b中直流电磁铁YA与继电器KA并联，在接通电源时可正常工作，但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继电器的误动作。解决方法可备用一个接触器的触点来控制。如图c所示。电磁线圈的串并联 7.控制电路中应避免出现寄生电路:寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。如图所示具有指示灯HL和热保护的正反向电路.正常工作时，能完成正反向起动、停止和信号指示。当热继电器FR动作时，电路就出现了寄生电路，如图中虚线所示，使正向接触器KM1不能有效释放，起不了保护作用。寄生电路 “竞争”触头争先吸合，发生振荡.“冒险”触头争先释放。“竞争”与“冒险”现象都将造成控制回路不能按要求动作，引起控制失灵。KM1KM2KM2KM1SB1KA触点间的“竞争”与“冒险”8.避免发生触头“竞争”与“冒险”现象图示电路，当KA闭合时，KM1、KM2争先吸合，而它们之间又互锁，只有经过多次振荡吸合竞争后，才能稳定在一个状态上。在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制电路。当电器元件按时间顺序动作时，可采用时间继电器配合控制，从而消除竞争和冒险。 9.可逆电路的联锁在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅要有电气联锁，而且还有机械联锁。10.要有完善的保护措施常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、过电压、失电压等保护环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等必须的指示信号。 控制要求：启动后，刀架由位置1移动到位置2；然后再由位置2退回到位置1处，停车。【例3-1】刀架自动循环控制线路。刀架具有前进、后退两个运动方向，要求电动机要实现正反转控制；自动循环控制，启动后，经过一个工作周期，自动停止。在位置1和2处分别设置行程开关S1和S2，作为运动部件位置的检测元件，实现刀架的停止和换向运行。刀架自动循环工作过程示意图分析过程：二、设计举例 刀架自动循环的控制线路控制线路：按下SB2+→KM1√→KM1+主触点吸合，M正向启动，由1向2运动→到位置2↘→KM1+辅助常开触点吸合，自锁。→S2-→KM1×→KM1-主触点释放脱开，M正转停止。↘S2+→KM2√→KM2+主触点吸合，M反向启动，由2向1运动→到位置1→S1-↘→KM2+辅助常开触点吸合，自锁→KM2×→KM2-主触点释放脱开，M反转停止。刀架运行过程中，如果发生意外，按下SB1，切断控制线路的各个支路，可随时中止刀架的运行。 左右S2S1自动往复运行小车【例3-2】自动往复运行控制线路如图小车可做左、右自动往复运行。控制要求：（1）按下启动按钮SB2，小车首先向右运动；（2）小车的撞块碰到S1时，停车，并开始延时5s；（3）延时时间到，小车自动改变运行方向，改向左运行；（4）小车的撞块碰到S2时，停车，并开始延时5s；（5）延时时间到，小车再次自动改变运行方向，改向右运行；（6）依此自动往复运行，直至按下停止按钮SB1，小车停止。分析过程：（1）小车具有左、右两个运动方向，即要求其拖动电动机能实现正反转控制；（2）小车的停止，跟小车运动过程中的行程位置有关系，需分别设置行程开关S1和S2，引入行程作为控制参量。（3）小车换方向运行的启动，跟时间有关系，需要引入时间作为控制参量。选用时间继电器KT作为提供时间参量的器件。 按下SB2+→KM1√→KM1+主触点吸合，M正向启动，向右运动→到S1处↘→KM1+辅助常开触点吸合，自锁。→S1-→KM1×→KM1-主触点释放脱开，M正转停止。↘S1+→KT1√→开始延时→时间到→KT1+→KM2√→KM2+主触点吸合，M反向启动，向左运动→到S2处↘KM2+辅助常开触点吸合，自锁→S2-→KM2×→KM2-主触点释放脱开，M反转停止。↘S2+→KT2√→开始延时→时间到→KT2+按下SB1→切断控制线路的各支路→小车停止运行。小车自动往复控制线路控制线路： 【例3-3】加热炉自动上料机构控制线路加热炉自动上料机构示意图1-推料杆；2-工件；3-炉门；加热炉工作过程按下启动按钮SB2→M1正转，炉门开启→SQ4压下→M1停止→M2正转，推料杆前移→SQ2压下，上料结束→M2反转，推料杆后退→SQ1压下→M2停止→M1反转，炉门关闭→压下SQ3→M1停止。（1）自动循环控制，按下启动按钮，自动完成一系列的运动部件的动作状态的切换，待循环结束后，自动停止运行。（2）启动按钮只启动M1电动机的正转，电动机M2的正、反转和M1的反转都是由行程开关自动启停。（3）启动之前，各运动部件处于原位，行程开关SQ1、SQ3都处于被压下的状态，启动的条件除启动按钮外，还有行程开关SQ1、SQ3的状态需为动作状态。分析过程： 加热炉自动上料机构电器控制线路图控制线路：SB1为停止按钮，SB2为启动按钮，SQ1～SQ4行程开关。KM1、KM2分别为控制电动机M1正、反转的接触器，KM3、KM4分别为控制电动机M2正、反转的接触器。（SB2+SQ1+SQ3+）→KM1√→KM1+主触点吸合，M1正转，炉门开启↘→KM1+辅助常开触点吸合，自锁。→SQ4-→KM1×→KM1-主触点脱开，M1停止，炉门开启完毕。→SQ4+→KM3√→KM3+主触点吸合，M2正转，推料杆前进，上料开始→SQ2-→KM3×→KM3-主触点脱开，M2停止，上料完毕。→SQ2+→KM4√→KM4+主触点吸合，M2反转，推料杆后退↘→KM4+辅助常开触点吸合，自锁。→SQ1-→KM4×→KM4-主触点脱开，M2停止。→SQ1+→推料杆回到原位。↘→KM2√→KM2+主触点吸合，M1反转，炉门关闭→SQ3-→KM2×→KM2-主触点脱开，M1停止，炉门关闭结束。→SQ3+→炉门回到原位。一个循环结束。 【例3-4】设计CW6163型卧式车床的电气控制电路。主要机构及运动形式1.普通车床的结构:主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠和丝杠等.2.运动形式:主运动—由主电机驱动;进给运动—由刀架快速移动(进给);辅助运动---尾架移动与卡盘卡紧/放松.普通车床结构示意图1--进给箱2挂轮箱3--主轴变速箱4--溜板与刀架5--溜板箱6--尾架7--丝杠8-光杠9--床身 机床电气传动的特点及控制要求机床主运动和进给运动由电动机M1集中传动，主轴运动的正反向（满足螺纹加工要求）是靠两组摩擦片离合器完成。主轴制动采用液压制动器。冷却泵由电动机M2拖动。刀架快速移动由单独的快速电动机M3拖动。进给运动的纵向（左右）运动，横向（前后）运动，以及快速移动，都集中由一个手柄操纵。电动机型号：主电动机M1：Y160M-4，1lkW，380V，23.0A，1460r/min；冷却泵电动机M2：JCB-22，0.15kW，380V，0.43A，2790r/min；快速移动电动机M3：Y90S-4，1.1kW，380V，2.8A，1400r/min。 电气控制电路设计主回路设计根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机M1、M2及M3，如图所示。三相电源由开关QS引入。主电动机M1的过载保护由热继电器FR1实现。主电动机的短路保护可由机床的前一级配电箱中的熔断器充任。冷却泵电动机M2的过载保护由热继电器FR2实现。快速移动电动机M3由于是短时工作，不设过载保护。电动机M2、M3共同设短路保护熔断器FU1。主电路和控制电路设计 控制电路设计考虑到操作方便，主电动机M1可在床头操作板上和刀架拖板上分别设起动和停止按钮SB1、SB2、SB3、SB4进行操纵。接触器KM1与控制按钮组成带自锁的起停控制电路。冷却泵电动机M2由SB5、SB6进行起停操作，装在机床头部。快速移动电动机M3工作时间短，为了操作灵活由按钮SB7与接触器KM3组成点动控制电路。信号指示与照明电路可设电源指示灯HL2（绿色），在电源开关QS接通后，立即发光显示，表示机床电气电路已处于供电状态。设指示灯HL1（红色）显示主电动机是否运行。这两个指示灯可由接触器KM1的动合和动断两对辅助触点进行切换显示，如图右上方所示。在操作板上设有交流电流表A，它串联在电动机主回路中，用以指示机床的工作电流。这样可根据电动机工作情况调整切削用量使电动机尽量满载运行，以提高生产率，并能提高电动机功率因数。EL照明灯为36V安全电压。 控制电路电源考虑安全可靠及满足照明指示灯的要求，采用变压器供电，控制电路127V，照明36V，指示灯6.3V。绘制电气原理图根据各局部电路之间互相关系和电气保护电路，画成电气原理图，如图所示。CW6163型卧式车床电气原理图 符号名称型号规格数量M1M2M3QSKM1KM2、KM3KR1KR2FU1FU2、FU3TCSB3、SB4、SB6SB1、SB2、SB5SB7HL1、HL2A主电动机冷却泵电动机快速移动电动机组合开关交流接触器交流中间继电器热继电器热继电器熔断器熔断器控制变压器控制按钮控制按钮控制按钮指示信号灯交流电流表Y160M-4JCB-22J02-21-4HZl0-25/13CJO-40JZ7-44JR0-40JRl0-10RLl-15RLl-15BK-100LA10LA10LA9ZSD-062T211kW380V1460r/min0.125kW380V2790r/min1.1kW380V1410r/min3极500V25A40A线圈电压127V5A线圈电压127V额定电流25A整定电流19.9A热元件l号整定电流0.43A500V熔体10A500V熔体2A100VA380V/127-36-6.3V黑色红色6.3V绿色1红色10～50A直接接入1l11121l3213312l元器件表 【例3-5】磨床电气控制线路设计用途：以高速砂轮对工件进行磨削加工（精密加工机床）特点：①可加工硬质材料②加工精度高，光洁度高分类：平面磨、外园磨、内园磨、无心磨等。本节讲述M7120平面磨床：结构特点，卧轴矩形工作台。 1-立柱2-滑座3-砂轮箱（磨头）4-电磁吸盘5-工作台6-床身。1主要结构2运动形式主运动：砂轮的旋转运动—由砂轮电机M2驱动;工作台往复运动—液压泵电机M1驱动，可平滑调速。进给运动：砂轮箱在立柱上垂直运动—砂轮升降电机M4驱动;3.冷却形式:冷却泵M3供给冷却液一、主要机构及运动形式 二、控制要求1）砂轮电机、液压泵电动机和冷却泵电动机均为单向运行。2）砂轮升降控制电动机要求有正、反转控制；3）冷却泵电动机要求在砂轮电动机启动之后才能运行；4）保护环节：短路、过载、零压和电磁吸盘欠压保护；5）电磁吸盘应有去磁控制；6）必要的指示信号及照明灯。 主电路三、电器控制线路设计1.主电路:主电路中共有4台电动机，M1是液压泵电动机，实现工作台的往复运动；M2是砂轮电动机，带动砂轮转动来完成磨削加工工件；M3是冷却泵电动机。它们只要求单向旋转，分别用接触器KMl、KM2控制。冷却泵电机M3只有在砂轮电机M2运转后才能运转。M4是砂轮升降电动机，用于磨削过程中调整砂轮与工件之间的位置。M1、M2、M3是长期工作的，所以都装有过载保护。M4为短期工作，不设过载保护。四台电动机共用一组熔断器FU1作短路保护。 M7120平面磨床电器控制线路2．控制电路(1)液压泵电动机M1的控制合上总开关QS1后→整流变压器TC→桥式整流器VC得到直流电压→使电压继电器KV得电动作→其动合触点(7区)闭合→为起动电机做准备。若KV不能可靠动作，各电机均无法运行。只有具备可靠的直流电压后(吸盘的吸力将工件吸牢)才允许起动砂轮和液压系统，以保证安全。当KV吸合后→起动:按下按钮SB3，接触器KM1通电吸合并自锁，液压泵电动机M1起动运转，H12灯亮。停止:按下按钮SB2，接触器KM1线圈断电释放，电动机M1断电停转。 M7120平面磨床电器控制线路(2)砂轮电动机M2及冷却泵电动机M3的控制(联动控制)起动:按下按钮SB5，接触器KM2线圈得电动作，砂轮电动机M2起动运转。由于冷却泵电动机M3通过接插器X1与M2联动控制，使M3与M2同时起动运转。当不需要冷却时，可将插头拉出。停止:按下按钮SB4时接触器KM2线圈断电释放，M2与M3同时断电停转。两台电动机的热继电器FR2和FR3的动断触点都串联在KM2电路中，只要有一台电动机过载，就使KM2失电。因冷却液循环使用，常混有污垢杂质，很容易引起电动机M3过载，故用热继电器FR3进行过载保护。 M7120平面磨床电器控制线路3)砂轮升降电动机M4的控制(点动控制)当按下点动按钮SB6(11区)时，接触器KM3线圈得电吸合，电动机M4起动正转，砂轮上升。达到所需位置时，松开SB6，KM3线圈断电释放，电动机M4停转,砂轮停止上升。当按下点动按钮SB7(12区)时，接触器KM4线圈得电吸合，电动机M4起动反转，砂轮下降，达到所需位置时，松开SB7，KM4线圈断电释放，电动机M4停转,砂轮停止下降。为了防止电动机M4的正、反转线路同时接通，在对方线路中串入接触器KM4和KM3的动断触点进行联锁控制. 电磁吸盘1-钢制吸盘体2-线圈3-钢制盖板4-隔磁层5-工件3.电磁吸盘控制电路钢制盖板用隔磁层隔离成若干小块。当线圈通入直流电流后,吸盘的芯体被磁化产生磁场，磁力线经由盖板、工件、盖板、吸盘体、芯体而闭合，将工件牢牢吸住。盖板中的隔磁层由铅、铜等非磁性材料制成，其作用是使磁力线都通过工件再回到吸盘体，不直接通过盖板闭合，以增强对工件的吸持力。(1)电磁吸盘结构电磁吸盘是利用通电导体在铁心中产生的磁场吸牢铁磁材料的工件，因而电磁吸盘在平面磨床上使用十分广泛。 M7120平面磨床电器控制线路(2)电磁吸盘的控制电路整流装置由变压器TC和单相桥式全波整流器VC组成，提供110V直流电压。控制装置由按钮SB8、SB9、SBl0和接触器KM5、KM6等组成。充磁过程如下：按下SB8→KM5线圈得电→其主触点(18、21区)闭合→电磁吸盘YH线圈得电→工作台充磁吸住工件。同时其自锁触点闭合，联锁触点断开。磨削加工完毕，在取下加工好的工件时，先按SB9切断电磁吸盘的直流电源，由于吸盘和工件都会有剩磁，所以需对吸盘和工件进行去磁 M7120平面磨床电器控制线路去磁过程如下：按下SBl0→KM6线圈得电吸合→KM6的两副主触点(18、21区)闭合，电磁吸盘通入反向直流电流，使工作台和工件去磁。为防止去磁时间过长而使工作台反向磁化，再次吸住工件，故接触器KM6采用点动控制。保护装置由放电电阻R和电容C以及零压继电器KA组成。R、C组成放电回路，吸收电磁吸盘YH线圈断电时产生的自感电动势。零压继电器KV保证了当电源电压不足而使磁吸盘吸不牢工件时，液压泵电动机M1和砂轮电动机M2停转，以免导致工件被砂轮打出的事故。 M7120平面磨床电器控制线路4.照明与信号灯电路(见图中的23-29区),照明--24V,信号灯--6VHL1亮，电源正常；不亮则表示电源有故障。HL2亮，液压泵电动机M1运转，工作台正在往复运动；不亮则M1停转。HL3亮，冷却泵电动机M3及砂轮电动机M2运转；不亮则表示M3停转。HL4亮，砂轮升降电动机M4工作；不亮则表示M4停转。HL5亮，电磁吸盘YH工作；不亮则表示电磁吸盘未工作。 车床1 车床2 磨床 控制面板图 简单电气控制系统 电气控制系统举例 电气箱及控制面板 本章小结电气控制线路设计的主要内容是选择电气传动方案，拟定自动控制原理，设计电气控制系统，绘制电气原理图和接线图。电气控制系统应充分满足生产工艺所提出的要求，这是电气控制线路设计的基本出发点，同时应力求可靠、安全、简单、经济。电气控制线路的设计方法有两种，即经验设计法和逻辑设计法。前者是根据经验，后者则依据于逻辑代数。目前常用的方法是根据经验设计，然后用逻辑代数进行控制线路的简化。经验设计法是将电气控制系统分为主电路和控制电路顺序设计。设计控制电路时，可根据控制对象和作用划分几个基本控制环节，并参照典型线路逐一进行设计，再根据联锁条件加以综合，最后考虑电源、信号指示等，以完善线路设计。 习题P109：3-13-23-3 上篇结束谢谢！