电气控制及PLC技术课件第2章

1、Ch2 Ch2 电气控制线路基本环节电气控制线路基本环节 2.1 2.1 电气系统图概述电气系统图概述 2.2 2.2 电动机起动控制线路电动机起动控制线路2.3 2.3 电动机正反转控制线路电动机正反转控制线路2.4 2.4 电动机制动控制线路电动机制动控制线路2.5 2.5 多多速电动机速度控制线路速电动机速度控制线路2.6 2.6 电液控制系统电液控制系统2.7 2.7 控制线路的其它基本环节控制线路的其它基本环节2本章要求本章要求1.能读懂简单的控制电路原理图、能设计简单的控能读懂简单的控制电路原理图、能设计简单的控制电路。制电路。2.掌握自锁、联锁的作用和方法。掌握自锁、联锁的作用和

2、方法。3.掌握常用基本控制环节的组成、作用和工作过程掌握常用基本控制环节的组成、作用和工作过程（如电动机起动、停止、正反转等控制）（如电动机起动、停止、正反转等控制） 。4.掌握过载、短路和失压保护的作用和方法。掌握过载、短路和失压保护的作用和方法。32.1 电气系统图概述电气系统图概述电气控制线路：电气控制线路：将各种有触点的继电器、接触器、按钮、将各种有触点的继电器、接触器、按钮、行程开关等电器元件，按一定方式连接起来组成的控制线路。行程开关等电器元件，按一定方式连接起来组成的控制线路。作用：作用：实现对电力拖动系统的起动、反向、制动和调速控制实现对电力拖动系统的起动、反向、制动和调速控制

3、及相应的保护功能，满足生产工艺要求，实现生产加工自动化。及相应的保护功能，满足生产工艺要求，实现生产加工自动化。 为了表达电气控制系统的设计意图，便于分析系统工作原为了表达电气控制系统的设计意图，便于分析系统工作原理以及安装、调试和检修控制系统，必须采用统一的图形符号理以及安装、调试和检修控制系统，必须采用统一的图形符号和文字符号来表达。和文字符号来表达。电气原理图电气原理图电气设备安装图电气设备安装图电气设备接线图电气设备接线图 电气系统图电气系统图4 电气原理图表示电气控制线路的工作原理以及各电器电气原理图表示电气控制线路的工作原理以及各电器元件的作用和相互关系，而不考虑各电路元件的实际安

4、装位元件的作用和相互关系，而不考虑各电路元件的实际安装位置和实际连线情况。电气原理图一般由置和实际连线情况。电气原理图一般由主电路主电路、控制电路控制电路、照明电路照明电路、信号指示电路信号指示电路和和保护电路保护电路等几部分组成。等几部分组成。 1电气原理图绘制规则电气原理图绘制规则 （1）电气控制线路分为主电路和控制电路。主电路用）电气控制线路分为主电路和控制电路。主电路用粗粗实线实线绘出，而控制电路用绘出，而控制电路用细实线细实线画出。一般主电路画在画出。一般主电路画在左侧左侧，控制电路画在，控制电路画在右侧右侧。 （2）电气控制线路内的所有电机、电器和其它元件的通）电气控制线路内的所有

5、电机、电器和其它元件的通电部分均应在原理图中画出；电部分均应在原理图中画出； （3）电器元件的各部件不按实际位置画出，而是以阅读）电器元件的各部件不按实际位置画出，而是以阅读和分析线路工作原理的需求为主画出；和分析线路工作原理的需求为主画出； 5（4）同一电器的不同部件可画在线路的不同地方，但为了）同一电器的不同部件可画在线路的不同地方，但为了表示是同一元件，电器的不同部件要用表示是同一元件，电器的不同部件要用同一文字符号同一文字符号来表来表示；示； （5）图中电器的各个部件，均以）图中电器的各个部件，均以“常态常态”画出，即以电画出，即以电器未受激时的状态画出；器未受激时的状态画出； （6）

6、在原理图中，若有几个同一种类的电器，在表示名称）在原理图中，若有几个同一种类的电器，在表示名称的文字符号后的文字符号后加加上一个上一个数字序号数字序号，以示区别；，以示区别； （7）控制线路的各分支线路，基本上按动作顺序由上而下）控制线路的各分支线路，基本上按动作顺序由上而下平行排列，两根以上的导线联接处要用黑点标明。平行排列，两根以上的导线联接处要用黑点标明。 62电气原理图的阅读方法电气原理图的阅读方法 （1）了解电路中所用到的各个电器元件及电器元件的各）了解电路中所用到的各个电器元件及电器元件的各导电部件在电路中的位置。对于复杂的控制线路，应首导电部件在电路中的位置。对于复杂的控制线路，

7、应首先阅读电气元件目录表。先阅读电气元件目录表。 （2）先看主电路，再看控制电路，最后再看照明、信号先看主电路，再看控制电路，最后再看照明、信号指示及保护电路指示及保护电路。 （3）总体检查：化整为零，集零为整。）总体检查：化整为零，集零为整。 7 表示各种电气设备在机床机械设备和电气控制柜的实表示各种电气设备在机床机械设备和电气控制柜的实际安装位置。各电气元件的安装位置是由机床的结构和工际安装位置。各电气元件的安装位置是由机床的结构和工作要求决定的，如电动机要和被拖动的机械部件在一起，作要求决定的，如电动机要和被拖动的机械部件在一起，行程开关应放在要取得信号的地方，操作元件要放在操作行程开关

8、应放在要取得信号的地方，操作元件要放在操作方便的地方，一般电气元件应放在控制柜内。方便的地方，一般电气元件应放在控制柜内。 表示各电气设备之间实际接线情况。绘制接线图时应表示各电气设备之间实际接线情况。绘制接线图时应把各电器元件的各个部分（如触点与线圈）应画在一起；把各电器元件的各个部分（如触点与线圈）应画在一起；文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与电气原文字符号、元件连接顺序、线路号码编制都必须与电气原理图一致。电气设备安装图和接线图是用于安装接线、检理图一致。电气设备安装图和接线图是用于安装接线、检查维修和施工的。查维修和施工的。 92.2 电动机起动控制线路电动机起动控制线路直接

9、起动直接起动降压起动降压起动起动方式直接起动条件直接起动条件：对于中小型笼型异步电动机，在电源容量：对于中小型笼型异步电动机，在电源容量足够大时，可以采用直接起动方式。足够大时，可以采用直接起动方式。具体条件：具体条件：是否可采用直接起动，要看电动机与变压器是否可采用直接起动，要看电动机与变压器容量之间的比例而定。对于不经常起动的异步电动机，容量之间的比例而定。对于不经常起动的异步电动机，其容量应小于变压器容量的其容量应小于变压器容量的30%30%；对于频繁起动的异步电；对于频繁起动的异步电动机，其容量应小于变压器容量的动机，其容量应小于变压器容量的20%20%。10FUQS3M适用于冷却泵、

10、小适用于冷却泵、小型台钻、砂轮机型台钻、砂轮机该电路有何问题？该电路有何问题？（1）无过载保护；）无过载保护；（2）无失压（零压）保护：）无失压（零压）保护：若突然停电，来电后会自起动若突然停电，来电后会自起动动，可能造成危险。动，可能造成危险。11SB1SB2 2542112主主电电路路控制电路控制电路SB1KMSB2FRKM FRKMFUQS3M.熔断器熔断器热继电器热继电器的热元件的热元件开关开关接触器接触器主触头主触头起动按钮起动按钮停止按钮停止按钮接触器接触器线圈线圈接触器接触器辅助触头辅助触头热继电器热继电器常闭触头常闭触头13.通电通电转动转动3M自锁自锁14转动转动 .通电通电

11、3MKM线圈断电线圈断电电动机停转。电动机停转。KM辅助触头断开，取消自锁。辅助触头断开，取消自锁。主触头（主触头（KM）断开）断开15SB1KMKM3M.16 该电路具备该电路具备三种三种完善的保护环节完善的保护环节: 1) 短路保护短路保护 通过通过FU实现实现。 2) 过载保护过载保护 通过通过FR实现实现。 3) 失压与欠压保护失压与欠压保护 通过自锁触点通过自锁触点KM实现实现。 FUQ3M 从保护环节的设置来看从保护环节的设置来看, 可以可以与右侧刀开关控制的电机直接起与右侧刀开关控制的电机直接起停的控制线路进行比较停的控制线路进行比较。 在刀开关控制的电机直接起在刀开关控制的电机

12、直接起停的控制线路当中停的控制线路当中, 保护环节设置保护环节设置的不完善的不完善, 但该电路简单、经济、但该电路简单、经济、起动快。起动快。 17试分析下列电路能否正常工作？试分析下列电路能否正常工作？.(a).(b).(c)KM.(d)18对自锁环节的对自锁环节的两点两点注意注意:1) 自锁用的是常开辅助触点。自锁用的是常开辅助触点。2) 自锁只能锁住起动按钮。自锁只能锁住起动按钮。19控制线路简单、经济、操作方便。但对容量较大控制线路简单、经济、操作方便。但对容量较大的电动机，起动电流大（的电动机，起动电流大（），电网电压波动大。），电网电压波动大。起动时将电源电压适当降低，起动完毕后再

13、将起动时将电源电压适当降低，起动完毕后再将电压恢复到额定值运行，以减小起动电流对电网和电动机电压恢复到额定值运行，以减小起动电流对电网和电动机本身的冲击。本身的冲击。起动电流大的危害：起动电流大的危害：（1）供电线路本身损耗增大；）供电线路本身损耗增大；（2）引起供电电压瞬时突然下降，从而影响接在同一）引起供电电压瞬时突然下降，从而影响接在同一电源上其它电气设备的正常工作。电源上其它电气设备的正常工作。20 只适用于只适用于正常工作时正常工作时定子绕组为定子绕组为三角形联接三角形联接的电动机。的电动机。方法方法: 起动时，先将定子绕组接成星形，使每相绕组电压为起动时，先将定子绕组接成星形，使每

14、相绕组电压为额定电压的额定电压的 ，起动完成后再恢复成三角形接法，使电动，起动完成后再恢复成三角形接法，使电动机在额定电压下正常运行。机在额定电压下正常运行。特点特点: 起动设备成本低，方法简单，容易操作，但起动转矩起动设备成本低，方法简单，容易操作，但起动转矩只有额定转矩的只有额定转矩的13.31Y-降压起动；定子串电阻降压起降压起动；定子串电阻降压起动；自耦变压器降压起动等。动；自耦变压器降压起动等。21SB1KM2-13M.3FRKM3-1KM1-2KM1KTKT-1KT-2KM3KM3-2KM2-2KM2KM2-322主电路对控制电路的要求：主电路对控制电路的要求：加加对联锁环节的对联

15、锁环节的两点两点注意注意:1) 联锁用的是常闭辅助触点；联锁用的是常闭辅助触点；2) 联锁触点的联接。联锁触点的联接。23SB1KM2 23M.3FRKM2KM1KM1KTKTKTKM2 2KM2 2KM1.KM2 224SB1KM2 23M3KM1KM1KTKT KM2 2该电路该电路问题？问题？25KTKM2 2KM2SB1KM1KM1KTKM2 2KM2262.3 电动机正反转控制线路电动机正反转控制线路用于生产机械改变运动方向，如工作台的前进、后用于生产机械改变运动方向，如工作台的前进、后退，电梯的上升、下降等。退，电梯的上升、下降等。利用两个接触器改变电动机定子绕组的电源相序。利用两

16、个接触器改变电动机定子绕组的电源相序。相序的概念相序的概念: 1)正相序正相序: AB C AB 2)负相序负相序: AC B AC 273MFRFU.FRQS.28.通电通电断开断开断电断电闭合闭合停止停止29KM1KM130KM1通电通电闭合闭合后闭合后闭合工作原理工作原理:313MFRFUKM1QS.3工作台工作台 MSQ1SQ3SQ2SQ4前进，前进，M正转正转后退，后退，M反转反转实质为电机的正反转控制，实质为电机的正反转控制，只是在行程的终端要加行程开关。只是在行程的终端要加行程开关。原位原位终点终点极限位置保护极限位置保护3233动力头动力头I M1SQ2SQ1动力头动力头M2S

17、Q3SQ4343M1FR1FUKM1QS.3动力头行程控制线路动力头行程控制线路主电路主电路33M2FR235动力头行程控制线路动力头行程控制线路控制电路控制电路去掉去掉KM3或或KM4，可以吗？可以吗？36小结：小结：自动往复循环控制线路，对于有触点的电器，自动往复循环控制线路，对于有触点的电器，要采用行程控制原则，用行程开关进行切换，以控制要采用行程控制原则，用行程开关进行切换，以控制运动方向。行程开关的常开触点与相应的起动按钮并运动方向。行程开关的常开触点与相应的起动按钮并联，常闭触点作为互锁触点。既能准确变换运动方向联，常闭触点作为互锁触点。既能准确变换运动方向又使运行安全可靠。又使运

18、行安全可靠。372.4 电动机制动控制线路电动机制动控制线路38整流电路整流电路.3MFRKM1QSFU1SB1KM1SB2FRKM1KM1KM2.KM2FU2TKM2RPKM2图（图（a）39.3MFRKM1QSFU1SB1KM1FRKM1KTKM2KM2.KM2FU2TKM2RPKM1KTSB2KM2图（图（b）40通通电电通通电电断断电电SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2图（图（c）41通通电电通通电电断断电电SB1KM1SB2FRKM1KTKTKM1KM2断断电电通通电电断断电电按按SB1KM1主触头断开主触头断开KM1常闭闭合常闭闭合KM1常开断开常开断开图（图（c）4

19、23MFRFUKM1QS.RKSSB1KM1SB2KM1KM1KM2KM2KS停车时为调停车时为调整工件，手整工件，手动转动主轴动转动主轴时时BV常开闭常开闭合，合，KM2得得电制动，不电制动，不利于调整。利于调整。限流电阻限流电阻防止绕组防止绕组过热！过热！直接起动制II2n43SB1KM1SB2KM1KM1KM2KM2KSKM2反接制动：反接制动：定子电流大，制动效果显著，但制动过程定子电流大，制动效果显著，但制动过程有冲击，对传动部件有害，能量消耗较大，适用于不有冲击，对传动部件有害，能量消耗较大，适用于不太经常制动的设备。太经常制动的设备。n442.5 多速电动机速度控制线路多速电动机

20、速度控制线路转速：转速：pfsnsn60)1 ()1 (0调速方法：调速方法：1）变）变 调速；调速； 2）变）变 调速；调速； 3）变）变 调速。调速。pfs 多速电动机可以提供多个转速，目前在机械设多速电动机可以提供多个转速，目前在机械设备中应用较多，本节讨论双速电动机的高低速控制备中应用较多，本节讨论双速电动机的高低速控制线路。线路。 45 双速电动机定子绕组常见接法有双速电动机定子绕组常见接法有 /YY和和Y/YY两两种。双速电动机定子绕组接线图如下：种。双速电动机定子绕组接线图如下：P=2P=1P=2P=146KMlKMHKMHKMH.D1D5D2D4D3D647SB1KMlSB2K

21、MlKMlKMHS低速低速KMHKMH高速高速图（图（a）图（图（b）低速低速高速高速48KMlKMH.D1D5D2D4D3D6KM49低速低速高速高速低速低速高速高速502.6 电液控制系统电液控制系统 液压传动系统与电气控制系统组合在一起就构成液压传动系统与电气控制系统组合在一起就构成了电液控制系统，目前在组合机床、自动化机床、了电液控制系统，目前在组合机床、自动化机床、生产自动线、数控机床等都有非常广泛的应用。生产自动线、数控机床等都有非常广泛的应用。 液压传动系统容易获得很大的力矩，运动传递平液压传动系统容易获得很大的力矩，运动传递平稳、均匀、准确可靠，控制方便，易于实现自动化。稳、均

22、匀、准确可靠，控制方便，易于实现自动化。液压传动系统由四部分组成：液压传动系统由四部分组成：（1）动力装置（液压泵）；）动力装置（液压泵）；（2）执行机构（液压缸或液压马达）；）执行机构（液压缸或液压马达）；（3）控制调节装置（溢流阀、节流阀、换向阀等）；）控制调节装置（溢流阀、节流阀、换向阀等）；（4）辅助装置（油箱、油管、滤油器、压力计等）；）辅助装置（油箱、油管、滤油器、压力计等）；51在液压传动系统中，电磁换向阀用来改变液路的在液压传动系统中，电磁换向阀用来改变液路的通断，实现由液动执行机构带动的运动部件的起、停、通断，实现由液动执行机构带动的运动部件的起、停、换向、变速等工艺要求。换

23、向、变速等工艺要求。 电磁换向阀利用电磁铁推动滑阀移动来控制液电磁换向阀利用电磁铁推动滑阀移动来控制液流流动方向。其结构图和符号图为：流流动方向。其结构图和符号图为：1-阀体阀体 2-阀芯阀芯 3-弹簧弹簧 4-电磁铁电磁铁 5-推杆推杆5253APAPBABPOAPBOA BPO1O2(a)(b)(c)(d)(e)(a)-二位二通二位二通 (b)-二位三通二位三通 (c)-二位四通二位四通 (d)-三位四通三位四通 (e)-三位五通三位五通 靠近弹簧符号的方框是它的常态，即线圈断电时的状靠近弹簧符号的方框是它的常态，即线圈断电时的状态；态；靠近线圈符号的方格是线圈得电时的状态。靠近线圈符号的

24、方格是线圈得电时的状态。5455SQ1SB1SQ3SQ4快进快进工进工进快退快退动力头动力头电磁铁电磁铁快进快进工进工进快退快退停止停止YA1YA2YA3转换转换主令主令SB1SQ3SQ4SQ1原位原位终点终点+：得电：得电 ：断电：断电56M3液压缸液压缸液压泵液压泵动力头动力头油箱油箱油管油管节流阀节流阀溢流阀溢流阀油箱油箱57向前向前前进前进SB1YAlSQ1YA3SQ3SQ4快进快进工进工进快退快退1258动力头向前动力头向前SB1YAlSQ1YA3SQ3SQ4动力头快进动力头快进延时停留延时停留动力头快退动力头快退1259 M后退纵进横进SQ2SQ1onYG2刀架SQ1SQ2YG1Y

25、A1YA2纵向电磁 换向阀横向电磁换向阀60u vwQSKM1FU1M13SB1SB3KM1FU2FR13M23FR23KM1KM2KA1SB2KA1KA3KA1SB4SQ1KA2KA3SQ2KTKTKA1KA2YA1KA3YA2FR1FR2液压泵起动主轴起动刀架纵向移动刀架横向移动延时进刀切削刀架退回纵向电磁阀横向电磁阀KM261KM1KM1622.7 控制线路的其它基本环节控制线路的其它基本环节点动：点动：按下按钮时，电动机起动工作；松开按钮，电动机停止按下按钮时，电动机起动工作；松开按钮，电动机停止工作。工作。长动：长动：电动机连续不断的工作。电动机连续不断的工作。“长动长动”，非，非“

26、常动常动”！触头（触头（KM）打开）打开松开按钮松开按钮线圈（线圈（KM）断电）断电 电机停转。电机停转。触头（触头（KM）闭合）闭合按下按钮按下按钮（SB） 线圈（线圈（KM）通电）通电电机转动电机转动；3M一、点动与长动一、点动与长动(1) 使接触器线圈使接触器线圈KM通电通电；(2) 使线圈使线圈KM不能自锁不能自锁。SB3SB2：长动：长动SB3：点动：点动方法一：方法一：加复合按钮加复合按钮64SB3实现点动实现点动SB3断开断开66方法二：加开关方法二：加开关M3AB CKMFUSB1KMSB2FRKMFRS方法三：加中间继电器方法三：加中间继电器M3AB CKMFUSB3KSB1

27、KSB2FRKMKFR68以下控制电路能否实现即能点以下控制电路能否实现即能点动、又能连续运行动、又能连续运行 思考思考不能点动！不能点动！KMSB1KMSB2FRSB69QS.1.起动顺序起动顺序: M1M270M13这样的顺序控这样的顺序控制是否合理？制是否合理？思考思考M23QS1QS2FR1FR271QS.1.1起动顺序为起动顺序为: M1M2停止顺序为停止顺序为: M2M1?72QS.1.1起动与停止顺序均为起动与停止顺序均为: M1M2如何实现？如何实现？7374n当要求甲接触器工作而乙接触器不能工作时，当要求甲接触器工作而乙接触器不能工作时，应在乙接触器的线圈电路中串入甲接触器的

28、应在乙接触器的线圈电路中串入甲接触器的常闭触头。常闭触头。n当要求甲接触器工作时乙接触器不能工作，当要求甲接触器工作时乙接触器不能工作，而乙接触器工作时甲接触器不能工作，此时而乙接触器工作时甲接触器不能工作，此时应在两个接触器的线圈电路中互串入对方的应在两个接触器的线圈电路中互串入对方的常闭触头。常闭触头。75顺序控制线路的几种情况顺序控制线路的几种情况: : 1) 1) 按某一顺序起动；按某一顺序起动； 2) 2) 按某一顺序停止；按某一顺序停止； 3) 3) 按同一顺序起动和停止；按同一顺序起动和停止； 4) 4) 按某一顺序起动按某一顺序起动, , 按另一顺序停止；按另一顺序停止； 5)

29、 5) 两台电机，同时工作，不允许单独工作；两台电机，同时工作，不允许单独工作； 6) 6) 两台电机，单独工作，不允许同时工作。两台电机，单独工作，不允许同时工作。76（1 1）要求多处地点能够分别起动和停止一台电机。）要求多处地点能够分别起动和停止一台电机。方法：起动按钮并联，方法：起动按钮并联， 停止按钮串联。停止按钮串联。77（2 2）要求多处地点同时具备起动信号后才能）要求多处地点同时具备起动信号后才能起动一台电机。起动一台电机。方法：起动按钮串联，停止按钮串联。方法：起动按钮串联，停止按钮串联。78电动机的保护电动机的保护（1 1）熔断器保护；（）熔断器保护；（2 2）自动开关保护

30、。）自动开关保护。（1 1）热继电器保护；（）热继电器保护；（2 2）自动开关保护。）自动开关保护。 电气控制系统必须要有各种保护措施。保护环节电气控制系统必须要有各种保护措施。保护环节是电气控制系统不可缺少的组成部分，利用它来保护是电气控制系统不可缺少的组成部分，利用它来保护电动机、电网、电气控制设备以及人身安全等。电动机、电网、电气控制设备以及人身安全等。 过电流保护广泛应用于直流电动机或绕线转子过电流保护广泛应用于直流电动机或绕线转子异步电动机。异步电动机。 过电流保护通过过电流保护通过过电流继电器过电流继电器实现。实现。79 当电动机正在运行时，如果电源电压因某种原因当电动机正在运行时

31、，如果电源电压因某种原因消失，那么在电源电压恢复时，电动机就将自行起动，消失，那么在电源电压恢复时，电动机就将自行起动，这就可能造成生产设备的损坏，甚至造成人身事故。这就可能造成生产设备的损坏，甚至造成人身事故。对电网来说，同时有许多电动机及其他用电设备自行对电网来说，同时有许多电动机及其他用电设备自行起动也会引起不允许的过电流及瞬间网络电压下降。起动也会引起不允许的过电流及瞬间网络电压下降。为了防止电压恢复时电动机自行起动的保护叫为了防止电压恢复时电动机自行起动的保护叫零压保零压保护护。 当电动机正常运转时，电源电压过分地降低将引当电动机正常运转时，电源电压过分地降低将引起一些电器释放，造成

32、控制线路不能正常工作，可能起一些电器释放，造成控制线路不能正常工作，可能产生事故；电源电压过分地降低也会引起电动机转速产生事故；电源电压过分地降低也会引起电动机转速下降甚至停转。因此需要在电源电压降到一定允许值下降甚至停转。因此需要在电源电压降到一定允许值以下时将电源切断，这就是以下时将电源切断，这就是欠电压保护欠电压保护。 80 直流电动机在磁场有一定强度下才能起动，如直流电动机在磁场有一定强度下才能起动，如果磁场太弱，电动机的起动电流就会很大；直流电果磁场太弱，电动机的起动电流就会很大；直流电动机正在运行时磁场突然减弱或消失，电动机转速动机正在运行时磁场突然减弱或消失，电动机转速就会迅速升高，甚至发生飞车现象，因此必须设置就会迅速升高，甚至发生飞车现象，因此必须设置弱磁保护环节。弱磁保护环节。 弱磁保护通过弱磁保护通过弱磁继电器弱磁继电器实现。实现。通常采用继电器、接触器进行保护。具体方法：通常采用继电器、接触器进行保护。具体方法：（1 1）利用自锁触点实现；）利用自锁触点实现；（2 2）利用电压继电器、欠电压继电