plc技术第三章基本环节.ppt

电气控制电路的基本环节,机电控制与可编程控制器技术,主讲：陈曦,意义和目的,（1）结构简单、维护方便、价格低廉；（2）我国现有大量机电设备仍采用继电-接触器控制；（3）PLC是计算机技术和继电-接触器控制相结合的产物。,一、电气控制系统图的绘制 二、电气控制线路的常用基本回路 三、电气控制系统的常用保护环节 四、异步电动机的启动控制线路,本章内容提要,五、异步电动机的调速控制线路六、异步电动机的制动控制线路 七、典型机床电气控制线路分析,本章内容提要,（一）重点 掌握电气控制线路的常用基本回路、三相异步电动机的启动、调速以及制动方法。（二）难点 了解异步电动机的变极调速控制原理。,重点及难点,电气控制系统图,第一节 电气控制系统图的绘制,是由电气元件和电气设备按照一定的控制要求连接而成的；用统一的图形符号和文字符号绘制的；,便于系统安装、调试、使用和维护的；能够清晰表达生产机械电气控制系统结构、原理等设计意图的；,工程图,电气控制系统图,常用的电气控制系统图有:1、电气原理图 2、电气安装接线图 3、电气元件布置图,一、常用电气图形符号和文字符号,电气控制系统图是工程技术的通用语言，为了便于交流和流通，在绘制电气控制系统时，电气元件的图形、文字符号必须符合国家标准。,电气图形符号和文字符号的国家标准：1.旧国标：GB4728-1984电气简图用图形符号 较大修改GB7159-1987电气技术中的文字符号制定通则 已废止,2.新国标：GB/T 4728-2008电气简图用图形符号GB/T 6988-2008电气技术用文件的编制GB/T 5094-2003工业系统、装置与设备以及工业产品结构原则与参照代号GB/T 20939-2007技术产品及技术产品文件结构原则字母代码,二、电气原理图,电气原理图是根据工作原理而绘制的，不反映元器件的实际位置、大小和接线点的相互关系，只反映电气元件之间的连接关系。,某机床电气原理图,（1）电气原理图的绘制原则,原理图的绘制要层次分明，各电器元件及触头的安排要合理，既要做到所用元件、触头最少，耗能最少，又要保证电路运行可靠，节省连接导线以及安装、维修方便。,总则：,（1）电气原理图的绘制原则,原则1：电气原理图分为主电路和辅助电路两部分：,主电路从电源到电动机，是强电流通过的电路。一般绘制在原理图的左侧。,辅助电路包括接触器和继电器的线圈、触点以及其它控制电器的触点，还包括照明电路、信号电路及保护电路等，是小电流通过的电路。一般绘制在原理图的右侧。,原则1：电气原理图分为主电路和辅助电路两部分：,主电路,辅助电路,同一电气元件的不同部分（线圈、触点）分散绘制在各自完成作用的地方，需要用同一文字符号标出。若有多个同类元件，可在文字符号后面加上数字序号，以示区别。,原则2：电气原理图中电气元件的画法,按钮SF1SF3,QA1主触点、线圈和动合触点,所有电气触点均按无外力作用时或未通电时的自然状态画出。当电气触点的图形符号垂直放置时，以“左开右闭”原则绘制。当图形符号为水平放置时，以“下开上闭”原则绘制。,原则3：电气原理图中电气触点的画法,某机床电气原理图,下开上闭,左开右闭,电气原理图的控制电路，原则上按电路动作顺序从上而下或自左至右的原则绘制。尽量避免线条的交叉。两线交叉时连接点用黑点标出，非连接点不标黑点。,原则4：电气原理图的布局原则,对具有循环运动的机构，应给出工作循环图，如行程开关等应给出动作程序和动作位置。,原则5：,（2）图面区域的划分,图区下方（或上方）的数字代表图区的编号，便于检索电气线路、方便阅读分析；图区上方（或下方）的文字表明它所对应的下方元件或电路的功能，以便于理解全部电路的工作原理。,图区的编号,元件或电路的功能,在继电器、接触器线圈的下方注有该继电器、接触器相应触点所在图中位置的索引代号，索引代号用图面区域号表示。,（3）符号位置的索引,符号位置的索引,（3）符号位置的索引,1、接触器QA：,2、继电器KF：,接触器、继电器触点位置图,接触器QA的三个主触点在4区，一个动合触点在6区，动断触点未使用。继电器KF的两个动合触点分别在9区和13区，动断触点未使用。,学习活动3-1 电气原理图读图训练,活动目标 对照表3-1，结合“第二章机电控制中常用低压电器”内容识别图3-1各电气元件的符号和功能，理解电气原理图的绘制原则，了解图面区域的划分及符号位置的索引方法。,学习活动3-1 电气原理图读图训练,活动步骤1、区分主电路与辅助电路；2、自左至右，自上至下依次列出电气原理图中出现的图形符号对应的名称,了解各元件功能；,学习活动3-1 电气原理图读图训练,活动步骤3、对照图3-1，学习电气原理图绘制方法；4、对照接触器、继电器触点附图，了解图面区域的划分及符号位置的索引方法。,三、电气安装接线图,电气安装接线图是按照电气元件的实际位置和接线遵照电气原理图绘制的。,三相鼠笼电动机可逆电气安装接线图,（1）电气元件的布置位置按安装实际情况绘出，各元件均按实际尺寸的统一比例绘制；（2）同一电气元件的各个部件应画在一起；（3）图中文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与电气原理图一致；,电气安装接线图绘制原则：,（4）图中应标明配线的线型、规格、导线数量以及穿线管的尺寸，并表明电源引入点；（5）走向相同的多根导线可用单线或线束表示。,电气安装接线图绘制原则：,四、电气元件布置图,用来表明各种电气元件在生产设备中的实际位置。主要包括控制柜、控制板、操纵台等电气设备的布置图。根据电气元件的外型尺寸绘出，并标明各元件间距尺寸。,CW6132型车床电气元件布置图,PG1,PG2,QA1,QA2,SF1,SF2,SF3,FA1,FA2,CW6132型车床电气设备安装布置图,EA,SF2,SF1,QB,QA1,QA2,电气元件的布置原则：,（1）重量和体积大的元件安装在下方，发热元件装在上方；（2）强弱电分开，弱电应屏蔽；（3）需经常维护、检修、调整的元件安装位置不宜过高；（4）元件之间应留有一定间距。,第 二 节电气控制线路的常用基本回路,由按钮、继电器、接触器等低压控制电器组成的电气控制线路，简称继电-接触器控制系统。,优点 维修方便 线路简单 成本低廉 目前仍广泛应用在各种生产机械的控制领域中。,长动与点动控制回路 联锁控制回路 多点控制回路 顺序控制回路 自动往复循环控制回路 时间控制回路,常用基本回路,一、长动与点动控制回路,1、长动控制 生产设备在其加工时一般处于连续运转状态，这种工作状态称为“长动”。,持续运转,长动控制回路,启动按钮,停止按钮,接触器常开触点,过载保护,SF2,SF1,QA,M,2、点动控制 除长动控制外，还有一种要求电动机受控于外部按钮的控制，即触发一次按钮电动机运转一下，连续触发电动机连续运转，不触发电动机无运转，这种控制称为“点动控制”。,启动按钮,SF,QA,M,3、长动与点动混合控制 生产实践中通常要求电动机既能实现点动又能实现长动控制，例如机床设备在正常工作时，一般需要电动机处在连续运行状态，但在试车或调整刀具的相对位置时，又需要点动控制，因此就需要长动与点动的混合控制电路。,注意复合按钮常开触点和常闭触点的动作顺序,复合按钮动作顺序：触发时：常闭触点先断开，常开触点再闭合；释放时：常开触点先断开，常闭触点再闭合。,SF3,QA,M,二、联锁控制回路,生产机械往往是由许多零部件组成的，而零部件之间的运动是相互联系和相互制约的，这种相互联系和制约的控制称为联锁控制（或互锁）。,正转启动,停转,反转启动,提示为了避免对电动机产生过大的冲击，电动机的操作只能按正、停、反或反、停、正的方式进行。不允许正反、反正操作控制。,三、多点控制回路,对于一些大型的生产机械，为了操作方便，常要求在两个或者两个以上的地点对其进行操作，这种控制方式称为多点控制。,要点 甲地启动：按下SF3QA线圈得电主触点闭合、辅助触点闭合自锁电动机启动 甲地停止：按下SF2QA线圈失电主触点断开、解除自锁电动机停转,乙地启动：按下SF4QA线圈得电主触点闭合、辅助触点闭合自锁电动机启动 乙地停止：按下SF1QA线圈失电主触点断开、解除自锁电动机停转,三地控制,四、顺序控制回路,生产系统各部件的启动或停止的顺序各有不同，这就要求拖动这些运动部件的电动机按一定的加工顺序进行启动或停止，这种控制方式称为顺序控制。包括主电路顺序控制和控制电路顺序控制。,1、主电路的顺序控制,QA2主触点在QA1主触点的下方,2、控制电路的顺序控制,顺序控制回路的设计原则：（1）若希望甲接触器工作后方允许乙接触器工作，则在乙接触器线圈电路中串联甲接触器的动合触点。顺序启动（2）若希望乙接触器线圈断电后方允许甲接触器线圈断电，则将乙接触器的动合触点并联在甲接触器的停止按钮两端。逆序停止,五、自动往复循环控制回路,有些设备要求其工作台能在一段距离内自动往复循环运行，以实现工件的连续加工或操作，这种控制回路称为自动往复循环控制。利用行程开关、位置开关或接近开关来实现。,限位保护开关,挡铁,提示行程开关BG的动作顺序是动断触点先断开，随后动合触点闭合，因此符合电动机从正转-停止-反转的原则。,六、时间控制回路,某些生产机械上的电动机要求运行一段时间，停止一段时间再运行，即间歇运行，这时就需要时间继电器来实现控制。这种采用时间继电器进行的延时控制称为时间控制。,（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）,提示 各种时间继电器表示方法,通电延时线圈,断电延时线圈,瞬动触点,通电延时闭合常开触点,通电延时断开常闭触点,断电延时断开常开触点,断电延时闭合常闭触点,启 动,M1运转,KF延时,M2运转,学习活动3-3 基于时间继电器的顺序控制线路读图训练,活动步骤1、识别图3-18中的图形符号，文字符号；2、确定启动按钮和停止按钮；,QA3,图3-18 三台电动机控制线路图,启动按钮,停止按钮,学习活动3-3 基于时间继电器的顺序控制线路读图训练,活动步骤3、按下启动按钮，分析三台电动机的启动顺序，说明KF1、KF2线圈上方串联的QA2和QA3常闭触点的作用；,QA3,M1,M1运行,M3运行,SF1,M2,M3,学习活动3-3 基于时间继电器的顺序控制线路读图训练,活动步骤4、按下停止按钮，分析三台电动机的停止顺序，说明KF2、KF1线圈上方串联的KF3和KF4常闭触点的作用；,学习活动3-3 基于时间继电器的顺序控制线路读图训练,活动步骤5、说明BB1BB3在电路中的作用。,第 三 节电气控制系统的常用保护环节,在电气控制系统的设计中，必须考虑系统发生各种故障和不正常工作情况的可能性，必须在控制系统中设置各种保护环节和装置。,常用的保护环节有短路、过载、过电流、失电压、欠电压、过电压保护等。,一、短路保护,诱因：线路绝缘遭到破坏、负载短路、接线错误现象：瞬时电流可达到额定电流的十几倍到几十倍后果：设备或线路因过流而发生损坏，甚至引起火灾保护方法：熔断器保护或低压断路器保护保护元件：FA 或QA,二、过载保护,诱因：负载突然增加，缺相运行或电源电压降低现象：额定电流电动机运行电流额定电流的1.5倍后果：电动机绕组发热，绝缘材料老化，寿命缩短保护方法：熔断器+热继电器保护元件：FA+BB,三、过电流保护,诱因：频繁启动和正反转、重复短时使用电动机；现象：额定电流电动机运行电流额定电流的6倍；后果：过大的电动机冲击电流，损坏电动机和过大的 电磁转矩，损坏机械传动部件；保护方法：将过电流继电器串联在被保护电路中；保护元件：KF,四、失电压保护,诱因：电动机工作时，电源电压突然消失；现象：电源电压恢复，电动机自行启动；后果：无法预计的人身伤亡和机械故障；保护方法：采用接触器和按钮控制；保护元件：QA和SF,五、欠电压保护,诱因：负载突然增加，缺相运行或电源电压降低；现象：电源电压降到额定电压的60%80%；后果：引起控制电器释放，电路不正常工作；保护方法：将欠电压继电器线圈跨接在电源上；保护元件：KF,六、过电压保护,诱因：电磁铁等大电感负载及直流电磁机构、直流继 电器等在通断时会产生较高的感应电动势；现象：电源电压高于额定电压；后果：击穿电磁线圈的绝缘；保护方法：在线圈两端并联一个电阻，电阻串联电容 或二极管，以形成一个放电回路；,第 四 节异步电动机的启动控制线路,电动机的拖动过程，并不是接通电源后立即进入匀速运转状态，而是从接通电源开始，逐渐加速到稳定转速运行，这一过程称为电动机的启动。,鼠笼型电动机的启动分为直接启动和降压启动两类。,一、直接启动 直接启动又称全压启动，是通过闸刀开关或接触器直接将额定电压接入电动机定子绕组的启动方式。,电动机定子绕组的工作电压=启动电压,提示电动机的启动方式要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比。,用开关直接控制的直接启动电路,QA0,M3,FA1,直接启动条件：（1）有独立变压器供电 电动机频繁启动，电动机功率 变压器容量的20%电动机不常启动，电动机功率 变压器容量的30%（2）没有独立的变压器供电 启动时所产生的电压降=额定电压的5%,二、降压启动 降压启动是在启动时将电源电压适当降低后再加到定子绕组上，当电动机转速上升后，再将电压恢复至额定值的启动方式。,电动机定子绕组的工作电压 启动电压,三相鼠笼型异步电动机 常用的降压启动方法：Y-形降压启动 自耦变压器降压启动 延边三角形降压启动 定子绕组串接电阻降压启动 软启动控制,1、Y-形降压启动,等价,U1,U2,V1,W1,V2,W2,Y 型,M3,U1,V1,W1,U2,V2,W2,型,M3,U1,V1,W1,U2,V2,W2,W1,V1,U1,U2,V2,W2,（1）电路简单，成本低，启动电流约为电动机额定电流的2倍左右，启动电流特性好。（2）启动电流是直接启动的1/3，启动转矩也为直接启动的1/3，因此，这种方法仅适合于电动机轻载或空载场合。,采用Y-形降压启动的特点：,2、自耦变压器降压启动,电动机启动时，利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压的降压启动方法。,将自耦变压器原边接在电网上，启动时，定子绕组接在自耦变压器副边上。,XJ01系列自耦降压启动线路图,中间继电器,全压启动接触器,降压启动接触器,降压启动时间继电器,电源指示灯,降压指示灯,全压指示灯,由于变压器体积大，价格高，维修复杂，且启动时自耦变压器处于过电流状态，因此不适于应用于启动频繁的电动机，而广泛应用于启动不太频繁，要求启动转矩较大，电机功率较大的异步电动机启动电路中。,采用自耦变压器降压启动的特点：,3、定子绕组串接电阻降压启动,第 五 节异步电动机的调速控制线路,在实际生产中，机械设备常常有多种速度输出的要求，即要求电动机具有调速能力，电动机的调速是指在某一确定负载条件下，人为改变电动机转速的操作过程。,一、异步电动机的调速原理,转子转速,定子磁极对数,转差率,电网频率,旋转磁场转速,1、变极调速,通过改变异步电动机定子旋转磁场极对数来改变电动机转速n的有级调速方法。当极对数增加一倍时，电动机转子的转速降低一半。主要应用于鼠笼型异步电动机。,双速异步电动机定子绕组接线图,每相绕组4个极,每相绕组2个极,每相绕组4个极,每相绕组2个极,-YY方式双速异步电动机控制线路图,2、变转差率调速,主要应用于绕线式异步电动机，通过在电动机转子绕组中串联电阻，使改变转差率的方法。,3、变频调速*,变频调速是改变电动机定子电源频率从而改变其同步转速的调速方法，是一种连续平滑的调速法。变频调速系统的主要设备是提供变频电源的变频器。,第 六 节异步电动机的制动控制线路,在电动机脱离电网的情况下，给电动机一个与转动方向相反的阻力转矩，使电动机迅速停车的操作称为制动。,制动的一般分为两类：机械制动 电力制动,电动机在切断电源的同时给电动机一个与实际转向相反的电磁力矩。,利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转。,（1）电磁抱闸制动器（2）电磁离合器制动,（1）能耗制动（2）反接制动,一、能耗制动,电动机在切断交流电源后，立即在定子绕组的任意二相中加入直流电源，在电动机转子上产生制动力矩，从而使电动机快速停止的方法。分为按时间原则和按速度原则两类。,按时间原则,5,4,3,2,1,0,电力开关,启动按钮,制动按钮,按速度原则,速度继电器,与电动机同轴,制动电阻,能耗制动的特点及应用：能耗制动制动效果平稳、准确，能量损耗小，但需要附加直流电源，制动力较弱，在低速时制动力矩小。主要用于容量较大的电动机制动或制动频繁的场合，如磨床、立式铣床等，不适于紧急制动。,二、反接制动,反接制动是指在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之具有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。,单向反接制动控,按下制动按钮SF1,电动机结束正常运行,电动机转速=90,BS触点释放，切断QA2,结束反接制动,QA2闭合，反接制动,N,Y,反接制动的特点及应用：反接制动动力强、制动迅速、控制电路简单，但制动准确性差，制动过程中冲击力强、易损坏传动部件。适用于10kW以下的小容量电动机，且制动要求迅速、系统惯性大、不经常启动与制动的设备，如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动控制。,第 八 节典型机床电器控制线路分析,一、CA6140型卧式车床电气控制线路,信号灯6V,照明灯24V,控制电路110V,主轴电动机,冷却泵电动机,刀架电动机,主轴启动,主轴停止,刀架点动控制,冷却泵启动,总电源,电源灯,照明灯,灯开关,主轴（长动）,QA0,冷却泵,刀架（点动）,二、X62W型万能铣床电气控制线路,复杂电气控制线路图的分析方法：（1）根据图区编号和文字说明了解电路图中各部分的功能；（2）区分主电路与辅助电路；（3）自左至右，自上至下依次列出原理图中的图形符号对应元件的名称和功能；,主电路,辅助电路,（4）确定电动机数量：3个，M1、M2、M3；（5）确定接触器数量：4个，QA1(M1)、QA2(M3)、QA3和QA4(M2)（6）分析每种电动机的启动方式、调速方式、制动方式；（7）分析每种电动机控制电路中的典型环节和基本回路；,M1主轴电动机启动方式：直接启动调速方式：机械调速(改变齿轮传动比)制动方式：电磁离合器YC1控制方式：两地控制(SF1和SF2两组并联启动 按钮，SF5和SF6两组串联停止按钮)功能描述：通过转向开关SF9控制正反转，通过 转换开关SF7实现换刀控制,M2工作台进给电动机启动方式：直接启动调速方式：机械调速(通过电磁离合器YC2和 YC3控制电动机与丝杠的连接方 式，分为常速进给和快速进给)功能描述：工作台上下、前后、左右常速进给 BG3BG6、快速进给SF3/SF4(点动 两地控制)、圆台进给SF8,M3冷却泵电动机启动方式：直接启动制动方式：自然停车调速方式：无控制方式：与M1构成主电路顺序控制,本章小结,