陈嘉鹏课件——PLC第四章继电接触式控制系统.ppt

第四章 继电接触式控制系统,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,本章学习目标,掌握阅读电气原理图的方法，培养读图能力；掌握典型控制环节的原理图及其工作原理，为电气控制线路的设计、安装、调试、维护打下良好基础。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第一节 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号,平面磨床电气原理图,第一节 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,电气控制线路是用导线将电动机、电气元件（按钮、开关、接触器、继电器等有触头的低压控制电器）、仪表等元件按一定的要求和方法联系起来实现某种功能的电器线路。电气控制线路的表示方法有：电气原理图、电器元件布置图和电气安装接线图三种。电器控制线路图是工程技术的通用语言，为了便于交流与沟通，在电器控制线路中，各种电器元件的图形、文字符号必须符合国家的标准。国家标准局制定了我国电气设备有关国家标准，采用新的图形和文字符号及回路标号。参见书P8487 GB47281984电气图用图形符号 GB69881987电气制图 GB71591987电气技术中的文字符号制订通则,一、常用电器元件图形符号和文字符号电气原理图,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第一节 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号,电器控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和辅助电路。主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，用粗线条画在原理图的左边（或上面）；辅助电路（包括控制电路、照明电路、信号电路、保护电路等）是通过弱电流的电路，用细线是画在原理图的右边（或下面）。电气元件应按功能布置，尽可能按动作顺序排列。电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统一标准。同一电器元件的各部件分散在图中，为了表示是同一元件，要在电器元件的不同部分使用统一文字符号来标明。多个同类元件，用数字序号加以区分。所有按钮、触头均按自然状态画出。自然状态是指没有外力作用和没有通电时状态。尽量避免线条交叉，导线间有电连接时需在交点处画实心圆点。,二、电气原理图绘制原则:,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第一节 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号,电机正反转原理图,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第一节 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号,表明电气原理图中所有电器元件、电器设备的实际位置，为电气控制设备的制造、安装提供必要的资料。,三、电器安装位置图:,1、各电器代号应与有关电路图和电器元件清单上所用列的元器件代号相同。2、体积大的和较重的电器元件应该安装在电气安装板下面，发热元件应安装在电气安装板的上面。3、经常要维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低，图中不需要标注尺寸。,电机正反转控制电路电气元件布置图,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第一节 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号,四、电气安装接线图,表明所有电器元件、电器设备联接方式，为电气控制设备的安装和检修调试提供必要的资料。绘制原则：接线图中，各电器元件的相对位置与实际安装的相对位置一致，且所有部件都画在一个按实际尺寸以统一比例绘制的虚线框中。各电器元件的接线端子都有与电气原理图中的相一致编号。接线图中应详细地标明配线用的导线型号、规格、标称面积及连接导线的根数。标明所穿管子的型号、规格等，并标明电源的引入点。安装在电气板内外的电器元件之间需通过接线端子板连线。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第一节 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号,图中还标注出连接导线的型号、根数、截面积，如BVR51mm2为聚氯乙烯绝缘软电线、5根导线、导线截面积为平方毫米。,电机正反转控制电路接线图,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第一节 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号,五、读与分析电气控制线路的方法,理解控制功能：了解生产工艺与执行电器元件的关系，了解生产机械要完成哪些动作，各动作之间有什么联系，必要时绘出简单的工艺流程图，以便分析动作与执行电器元件的关系；分析主电路：从电动机入手，找出控制元件的各触点位置，根据控制功能，分析是否有正反转控制、制动控制、调速控制等；分析控制电路：从上到下、从左到右分析辅助电路，包括控制电路和照明电路等，找出各控制环节之间的联系，然后根据控制要求，设想主令器件得电后各元件的动作；将各环节电路联系起来对全图进行全面分析和理解；（分析书P89图41）,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第一节 电气控制线路的绘制原则、图形及文字符号,平面磨床电气原理图,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,一、联锁控制规律,1、电机的起动、停止控制,构成元件：,主电路：刀开关QS、熔断器FU1、接触器主触头、热继电器FR的热元件、电动机M控制电路：熔断器FU2、FR的常闭触头、停止按钮SB1、启动按钮SB2、接触器KM线圈和常开触头,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,启动过程：,合上刀开关QS,按下按钮SB2,KM线圈得电,电机旋转,3,1,2,3,接触器KM的常开触点起什么作用？,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,停止过程：,按下按钮SB1,KM线圈失电,电机停止,1,2,2,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,电路保护措施：,1、短路保护：FU1保护主电路，FU2保护控制电路。,2、过载保护：热继电器FR对电极进行过载保护。,3、欠电压与失压保护：依靠接触器本身。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,2、电机的正反转控制,主电路设计方法：用两个接触器KM1、KM2控制电机电路，交换其中两根线，可实现电机正反转。,控制电路设计方法：两接触器不能同时接通。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,在控制电路中引入电气互锁（通过电器触点实现互锁）,电路特点：两接触器常闭触点接入对方线圈支路，线圈不能同时接通，切换时不需先停车。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,在控制电路中引入电气互锁（通过电器触点实现互锁）和机械互锁（通过按钮触点实现互锁）,电路特点：两接触器以及控制按钮的常闭触点接入对方线圈支路，线圈不能同时接通，切换时不需先停车。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,3、电机的顺序控制,电机M1先启动，M2在M1启动后才允许启动。M2可以单独停车，M1停车时M2也必须停车。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,电机M1先启动，M2在M1启动后才允许启动。M2可以单独停车，M1在M2停车后才能停车。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,按时间原则进行顺序控制,电机M1先启动，M2在M1启动一段时间后自动启动。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,4、电机的连续运行与点动控制,点动控制在机床控制电路设计中很常见。,点动控制通过按钮动作实现，不需要自锁。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,既能点动又能连续运行，在自锁支路加转换开关SA。当SA接通，连续运行，当SA断开，实现电动控制。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,通过按钮互锁实现点动与连续运行，SB2为连续运行按钮，SB3为点动控制按钮。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,5、多点连锁控制,电梯控制是一个典型的多点控制系统。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,联锁控制技术要点,采用反映某一运动的联锁触头控制另一运动的相应电器元件，从而达到连锁工作的要求，关键是正确选择联锁触头。,要求甲接触器动作时，乙接触器不能动作，则需将甲接触器的常闭触头串联在乙接触器的线圈电路中；要求甲接触器动作后乙接触器方能动作，需将甲接触器的常开辅助触头串联在乙接触器的线圈电路中；要求甲接触器线圈先断电释放后方能使乙接触器线圈断电释放，需将甲接触器常开辅助触头并联在乙接触器的线圈电路中的停止按钮上；,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,二、按控制过程的变化参量进行控制的规律,生产过程的高度自动化要求能够根据过程中的变化参量进行相应的控制。,1、按位置行程控制的电路设计,应用场合：工作台往复运动、主轴上下往复运动等。检测元件：行程开关（作位置检测）。电机运动：正反转。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,单循环控制电路,位置检测元件电气互锁保护环节自动往复循环电路？,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,2、按时间控制的电路设计,应用场合：先后启动停止、间歇工作等有延时要求的控制。检测元件：延时继电器（通电延时、断电延时）。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第二节 组成电气控制线路的基本规律,3、按速度控制的电路设计,应用场合：需要反接制动等。检测元件：速度继电器。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第三节 电气控制线路的一般设计方法,根据设计要求完成控制线路设计需要确定拖动方案（电机的运行方式，点动连续运行，有无启动顺序，有无按参量控制要求等），选择电机容量，设计控制电路（互锁要求，电气元件类型及参数选择等）。控制线路设计方法有两种。,一般设计方法，又称经验设计法：根据生产工艺要求，利用各种典型控制环节叠加设计控制线路。必须掌握多种电信线路的设计方法，反复修改以达到控制要求。逻辑设计方法：根据生产工艺要求，利用逻辑代数分析、设计控制线路。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第三节 电气控制线路的一般设计方法,一般设计方法的原则,最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求；,在满足生产要求的前提下，控制电路力求简单、经济；,尽量选择标准的、常用的、经过实际考验过的线路和环节；尽量缩短连接导线的数量和长度；,电气元件连接线路（a）不合理（b）合理,减少通电电器元件,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第三节 电气控制线路的一般设计方法,尽量减少电器元件的数量，采用标准件，并尽量选用相同型号；减少不必要的触头以简化线路；可用逻辑代数法进行化简；考虑电器元件触头竞争问题；同一继电器的常开触头和常闭触头有“先断后合”型和“先合后断”型；控制线路工作时，尽量减少多个元件一次通电动作后才接通另一个电器元件；,触点竞争,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第三节 电气控制线路的一般设计方法,保证控制线路工作时的可靠性和安全性；,正确连接电气元件的触头，同一电器元件的常开、常闭辅助触头靠得很近，如果分别接在电源的不同相上，触头断开产生电弧很可能在两触头间产生飞弧而造成电源短路。,注意触点连接,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第三节 电气控制线路的一般设计方法,正确连接电气元件的线圈。在交流控制电路中不能串联接入两个电器元件的线圈，需要同时动作时，可并联连接。,避免出现寄生电路。在控制电路动作过程中，意外接通的电路叫寄生电路（假回路）。,线圈不能串联,寄生电路,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第三节 电气控制线路的一般设计方法,在频繁操作的可逆线路中，正方向接触器之间既要有电气联锁又要有机械联锁；设计合理的电机起动方式；通过继电器控制接触器线圈时，容量要匹配；具有完善的保护环节，如过载、短路、过电流、过电压、失压等保护环节，必要时增加信号指示环节；操作维修应尽量简单方便；,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第四节 电气控制线路中的保护措施,1、电气线路保护措施的重要性,避免故障造成电气和机械设备的损坏;保证人身安全;,常见保护措施：短路保护、过电流保护、热保护、零电压和欠电压保护、弱磁保护、超速保护等。,2、短路保护,短路电流会引起电气设备绝缘损坏和产生强大的电动应力使电机等电气设备产生机械损坏。,熔断器保护过电流继电器保护低压断路器保护,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第四节 电气控制线路中的保护措施,3、过电流保护,不正确的启动和过大的负载转矩常常引起电动机很大的过电流，该电流比短路电流要小。产生过电流的可能性比发生短路的可能性更大，尤其在频繁启动和正反转的重复短时工作制的电动机中更为常见。,过电流继电器保护：动作值为电动机起动电流的1.2倍；,4、热保护,防止电机长期过载运行，绕组温升超过允许值而损坏。,热继电器保护：额定电流等于电动机的额定电流，需要附加熔断器或过电流继电器。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第四节 电气控制线路中的保护措施,5、零电压和欠电压保护,防止电压恢复时电动机自动启动的保护叫零电压保护；当电压下降到最小允许电压值时将电动机的电源切断叫欠电压保护；,电压继电器保护：零压保护、欠电压保护；,6、弱磁场保护,电动机磁通的过渡减少会引起电动机的超速，因此需要保护。,电磁式电流继电器保护,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第四节 电气控制线路中的保护措施,7、超速保护,防止生产机械运行超过给定允许速度，需要进行超速保护。,离心开关或测速发电机；,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第六节 常用典型控制线路,1、定子线路串电阻降压起动控制,1）控制要求：电动机M起动时定子线路串联电阻R，以实现降压起动，电动机起动后，恢复额定电压进入稳定正常运转。,2）实现方法：（1）接触器KM1闭合，电动机M定子线路串电阻降压起动。（2）接触器KM2闭合，电动机正常运转。（3）时间继电器KT通电开始计时，当达到时间继电器的整定值时，KM2闭合。3）线路图（1）主电路（2）控制电路,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第六节 常用典型控制线路,图（a）起动完成后KM1不退出，不足之处：运行损耗大,图（b-1）KM1退出而KT 不退出问题：KT延时触点切换是否可行？切换要求：起动过程平稳，减少冲击。对于主触点要求：KM2 先闭合 KM1 后断开,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第六节 常用典型控制线路,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第六节 常用典型控制线路,4）电路改进 从前面分析可知，本线路在起动结束后，KM1、KT一直得电工作。为了减少能量损耗，延长接触器、继电器得使用寿命，要求M起动以后，KM1、KT断电。,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第六节 常用典型控制线路,2、Y 换接起动控制线路,深圳大学机电与控制工程学院,彭太江,第六节 常用典型控制线路,电动机星形联结时加在电动机每相绕组上的电压为额定电压的。当启动后按照预先整定的时间换接成三角形连接，使电动机在额定电压下正常运转，使电动机在额定电压下正常运转。星型三角形启动的优点在于星形联结的启动电流值是原来三角形连接的。启动电流特性好，结构简单，控制系统价格便宜。缺点是起动转矩会下降，转矩特性差。,