机电控制技术第3章继电器接触器控制系统设计

1、上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计 主讲人：刘利主讲人：刘海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计引言引言继电器接触器控制系统是应用最早的控制系统，它由各种有触点的接触器、继电器、控制器、行程开关等低压电器组成的控制系统。此系统具有结构

2、简单、容易掌握、维护检修简便、价格低廉等特点，多年来在工业生产中得到广泛应用。为此本章结合实际自动化项目和工程，详细介绍继电器接触器控制系统的工作原理、组成及设计方法。上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计本章主要介绍内容本章主要介绍内容3.1 3.1 常用低压电器常用低压电器3.2 3.2 电气原理图的画法规则电气原理图的画法规则3.3 3.3 基本控制电路基本控制电路3.4 3.4 三相异步电机控制系统设计三相异步电机控制系

3、统设计3.5 3.5 电气控制系统设计方法电气控制系统设计方法3.6 3.6 参考文献参考文献上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计3.1 3.1 常用低压电器常用低压电器( (见教材见教材P71P718686）低压电器定义电器定义电器定义 根据外界特定的信号和要求，自动或手动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象控制的电气设备称为电器。低压电器低压电器直流1500V以下的电器；交流1200V以下的电器

4、。上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计低压电器种类低压电器种类发展方向发展方向小体积、高可靠性、使用方便、功能可组合性方向发展。上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计低压电器分类低压电器分类 低压电器按其在系统的作用，一般分为两类：低压配电电器、低压控制电器。

5、低压配电电器低压配电电器: : 用于输配电系统，典型产品有：刀开关、自动开关、熔断器等； 低压控制电器低压控制电器: : 用于电力拖动控制系统，典型产品有：继电器、接触器、主令电器（按钮、限位开关）等。上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计Part1Part1开关电器开关电器断路器断路器(又称空气开关） u作用作用： 不频繁地接通或断开负载电路 具有过载、短路、失压保护功能u分类分类：按其用途自动开关可分为：保护线路、保护电动机

6、、保护照明电路；按其所含有的脱扣器自动开关可分为：失压脱扣器、过载脱扣器、过电流脱扣器等；按主电路极数自动开关可分为：单极、双极、三极。上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计u结构及工作原理结构：不论那种自动开关，从结构看都是有三部分组成： 主触点及灭弧系统（执行部分）接通/分断主电路； 各种脱扣器（感测元件）接收电路的故障信号； 操作机构（机械传递部件）由脱扣器接收信号后由它实现自动/手动跳闸的任务。上海交通大学网络学院上海交

7、通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计断路器结构图上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计（过电流脱扣器的自动开关原理结构图）（过电流脱扣器的自动开关原理结构图）锁钩主触点 过流 脱扣器连杆装置释放弹簧上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical &

8、; Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计u选型：断路器既能接通或分断正常工作电流，也能自动分断过载或短路电流，因此选择自动开关时，其额定电压和额定电流应不小于电路正常工作的电压和电流，脱扣器的整定电流与所控的电动机或负载额定电流一致。上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计u断路器外形图上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mecha

9、nical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计刀开关及组合开关刀开关及组合开关转换开关上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计Part2 控制电器 继电器u作用：作用：根据某种输入信号的变化，接通/断开控制电路，实现控制目的。u分类：分类：按输入信号的性质输入信号的性质可分为：电压继电器（过、欠） 、电流继电器（过、欠） 、时间继电器、温度继

10、电器、速度继电器及压力继电器等；按工作原理工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等。 上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计u结构及工作原理（以电磁式电流继电器为例） 组成： 铁芯、线圈、动/静触点等组成。分类： 按线圈接收的是直流还是交流，继电器可分为交流继电器或直流继电器；上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Eng

11、ineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计u选型电流继电器主要根据主电路的电流种类和额定电流来选择 u 分类 过流（压）：过流后（额定电流的110以上）时，触点动作。 欠流（压）：欠流后（额定电流的10以下）时，触点复位。 欠电流继电器IM2的顺序起动、M2M1的顺序停止控制。 Part5Part5 顺序控制顺序控制上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计结论结论基本电路的结构特

12、点：1.自锁： 接触器常开触点与启动按钮常开触点相并联。2.互锁： 两个接触器的常闭触点串联在对方线圈的电路中。3.点动： 无自锁环节。4.多地： 按钮的常开触点并联、常闭触点串联。5.顺序： 若启动顺序为:先甲后乙,则在乙线圈电路中串联甲的常开触点;若停止顺序为:先乙后甲,则在甲停止按钮并联乙的常开触点;上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计3.4 3.4 三相异步电机控制电路设计三相异步电机控制电路设计 降压启动控制电路降压

13、启动控制电路降压三方法： 定子绕组串接电阻 定子绕组串接自耦变压器 星形三角形 制动控制电路制动控制电路制动二类： 电磁机械制动 电气制动 速度控制电路速度控制电路上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计PartPart1 1异步电机星异步电机星- -三角形启动三角形启动上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三

14、章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计Part2 Part2 异步电机制动控制之一异步电机制动控制之一电磁机械制动电磁机械制动1、电磁机械制动原理：制动原理： 电磁抱闸的电磁线圈YB通电时，电磁力克服弹簧的作用，闸瓦松开，电动机可以运转。上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计Part2 Part2 异步电机制动控制之二异步电机制动控制之二能耗制动原理能耗制动原理（时间控制原则） 制动时，在切除交流电源的同时，给三相定子绕组

15、通入直流电流。直流电源的获取方法，交流电源（降压）经整流（半波、全波、桥式）。制动过程制动过程： 按动停车按钮SB1KM1线圈断电复位KM2线圈通电自锁电动机M定子绕组切除交流电源，通入直流电源能耗制动上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计Part2 Part2 异步电机制动控制之异步电机制动控制之三三反接制动反接制动（速度控制原则）（速度控制原则）工作原理：反相序电源制动，转速接近零时转速n接近零时，速度继电器KS常开触点打开

16、，切除反相序电源。 上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计3.4 3.4 电气控制线路的设计法电气控制线路的设计法( (见教材见教材P124130)P124130)Part1Part1 逻辑设计法逻辑设计法( (利用逻辑代数这一工具进行电路设计利用逻辑代数这一工具进行电路设计) )基本思路基本思路 首先将控制系统的输入、输出电器元件的状态用状首先将控制系统的输入、输出电器元件的状态用状态变量态变量(0,1)(0,1)进行表示。进

17、行表示。 然后根据控制要求列出状态变量的逻辑表达式。利然后根据控制要求列出状态变量的逻辑表达式。利用逻辑代数运算规则简化逻辑表达式。用逻辑代数运算规则简化逻辑表达式。 最后根据逻辑简化的逻辑表达式绘制控制线路。最后根据逻辑简化的逻辑表达式绘制控制线路。设计电气控制线路原理图方法设计电气控制线路原理图方法: :分析设计法分析设计法和和逻辑设计法逻辑设计法上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计预备知识预备知识（一）状态变量的假定（一

18、）状态变量的假定输入量输入量：触点触点A=1A=1，表示触点动作（常开触点闭合、常闭触，表示触点动作（常开触点闭合、常闭触点断开）点断开）; ;触点触点A=0A=0，表示触点复位（常开触点断开、常闭触，表示触点复位（常开触点断开、常闭触点闭合）。点闭合）。输出量：输出量： 线圈线圈K=1K=1，表示线圈上电。，表示线圈上电。 线圈线圈K=0K=0，表示线圈失电。，表示线圈失电。上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计( (二二)

19、)基本逻辑表达式与控制电路基本逻辑表达式与控制电路 “与与”电路电路1 1）电路图）电路图A B KABK0011010100012）真值表）真值表ABK1113 3）状态表）状态表 4 4）逻辑表达式）逻辑表达式 K=AB K=AB 注：只把注：只把K=1K=1的状态列出的状态列出上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计“或或”电路电路1）电路图）电路图ABK0011010101112 2）真值表）真值表ABK011101111

20、3 3）状态表）状态表 4 4）逻辑表达式）逻辑表达式 K=AK=AB B A KB上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计“非非”电路电路1 1）电路图）电路图AK01102 2）真值表）真值表3 3）状态表）状态表 4 4）逻辑表达式）逻辑表达式 K=AK=AA KAK01上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三

21、章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计时序电路时序电路1 1）电路图）电路图SB1SB2KA001*1*01*01*01002 2）真值表）真值表SB1SB2KA初态运行停止3 3）状态表）状态表KAKASB2SB1 4 4）逻辑表达式）逻辑表达式 KA=（SB2KA）SB1 注：注：1 1* *表示短信号表示短信号; ;1 1表示长信号。表示长信号。上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计1、交换率、交换率 AB=B

22、A2、结合率、结合率 A（BC）=（AB）C A+（B+C）=（A+B）+C3、分配率、分配率 A（B+C）=AB+AC A+（BC）=（A+B）（B+C）4、重迭率、重迭率 AA=A，A+A=A（三）逻辑代数定理（三）逻辑代数定理5、吸收率、吸收率 A+AB=A， A(A+B)=A A+AB=A+B， A+AB=A+B6、非非率、非非率 A=A7、反演率、反演率 A+B=AB， AB=A+B上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设

23、计组合逻辑电路设计组合逻辑电路设计组合逻辑电路：执行元件的输出状态只与同一时刻组合逻辑电路：执行元件的输出状态只与同一时刻控制元件的状态有关。即输出对输入无影响。控制元件的状态有关。即输出对输入无影响。电路设计方法：电路设计方法： 确定状态变量确定状态变量 列出状态表列出状态表满足控制要求满足控制要求 写出执行元件的逻辑表达式写出执行元件的逻辑表达式 简化逻辑表达式简化逻辑表达式 绘制控制线路绘制控制线路上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接

24、触控制系统设计设计举例设计举例3.4-1 某电机只有在继电器KA1，KA2，KA3中任何一个或两个动作时，才能运转，而在其他条件下都不运转，试设计其控制线路。解：1 1、确定状态变量、确定状态变量 输入：KA1、KA2、KA3；输出：KMKA1KA2KA3KM0001110110011010101111112.2.状态表状态表上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计2、状态表、状态表3、逻辑表达式、逻辑表达式KM= KA1KA2K

25、A3+ KA1KA2KA3+ KA1KA2KA3+ KA1KA2KA3+ KA1KA2KA3+ KA1KA2KA3+ = KA1（KA2+KA3）+ KA1（KA2+KA3）KA1KA2KA3KM000111011001101010111111KA1KA1KA2KA3KA2KA3KM4、绘制控制线路、绘制控制线路上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计四、时序逻辑电路设计四、时序逻辑电路设计 时序逻辑电路的输出状态不仅与同一时刻的

26、输入状态时序逻辑电路的输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，而且有关，而且还与输出量的原有状态及其组合顺序有关，还与输出量的原有状态及其组合顺序有关，即输出量通过反馈作用，对输入状态产生影响。即输出量通过反馈作用，对输入状态产生影响。设计方法设计方法1、根据工艺要求确定逻辑变量、列出状态变量表（主令元件、根据工艺要求确定逻辑变量、列出状态变量表（主令元件、检测元件、执行元件）。检测元件、执行元件）。2、为区分所有状态，增设必要的中间记忆元件（中间继电器）为区分所有状态，增设必要的中间记忆元件（中间继电器）。3、根据状态表，列出执行元件的逻辑表达式。、根据状态表，列出执行元件的逻辑表达式。4、简

27、化逻辑表达式，据此绘出控制线路。、简化逻辑表达式，据此绘出控制线路。上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计设计举例设计举例3.4-2机械动力滑台控制线路机械动力滑台控制线路（一）具有一次工进的控制线路（一）具有一次工进的控制线路1 1、设计要求、设计要求： 双电机驱动：双电机驱动：M1M1工进、工进、 M2M2快进、快退快进、快退 三个接触器控制：三个接触器控制：KM1KM1快进、快进、KM3KM3快退、快退、KM2KM2工进工

28、进SB1 快进 SQ2SQ1 快退SQ3工进上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计2 2、确定状态变量、确定状态变量主令元件：主令元件：SB1起动；SQ1原位；SQ2工进位；SQ3末位。执行元件：执行元件：KM1快进；KM3快退；KM2工进。上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电

29、接触控制系统设计3、列出状态表，并确定状态转换的激励信号、列出状态表，并确定状态转换的激励信号序号程序名激励信号主令元件执行元件SB1SQ1SQ2SQ3KM1KM2KM30原位01快进SB12工进SQ23快退SQ34原位SQ1上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计4 4、列出执行元件的逻辑表达、列出执行元件的逻辑表达根据激励信号直接写出最简式，如： KM1=（SB1+KM1）SQ2其中：SB1为起动激励信号，SQ2为停止激励信号

30、，KM1的自锁触点实现记忆功能。同理可得：KM2=（SQ2+KM2）SQ3 KM3=（SQ3+KM3）SQ1上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计5 5、绘制基本电路控制线路、绘制基本电路控制线路6 6、检查、完善电路、检查、完善电路SB1KM1SQ2SQ3KM2SQ2KM3SQ3SQ1KM1SB1KM1SQ2SQ3KM2SQ2KM3SQ3SQ1KM3FR2FR1例如：接触器互锁，过载保护，以及其他保护措施。 KM1 KM2 K

31、M3 KM1 KM2 KM3上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计Part2 分析设计法分析设计法 分析设计法是一种经验设计法，设计者需要掌握大量的成熟可靠的电路才能设计出较为合理的控制线路一、简单系统一、简单系统1、根据设计

32、要求选择一个与控制要求相似的基准电路，该基准电路应该是成熟可靠的。2、对所选基准电路做必要的修改、补充以满足控制要求。二、复杂系统设计二、复杂系统设计1、分解系统，选择单元电路2、补充各单元之间的联锁电路3、复核、简化电路上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计设计举例设计举例皮带运输机的电气控制线路设计皮带运输机的电气控制线路设计KT4停止1#2#3#KT2启动KT1启动KT3停止上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院Scho

33、ol of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计工艺要求1.停止时顺序为：1#-2#-3#，并具有一定时间间隔，以保证停机后不残余货物；2.不论2#或3#机出现故障，1#机必须停机，以免继续进料，造成货物堆积；3.启动时顺序为：3#-2#-1#，并具有一定时间间隔，以免货物在皮带上堆积，造成后面皮带重载启动4.必要的常规保护（如失压、过载、短路等）上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术

34、机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计主电路设计 电机：三相交流异步电机，因为皮带传输机属于长期工作，不需要调速、也不需要正/反转； 启动方式：直接启动。由于电网相对电机容量足够大，且三台电机又不同时启动，故不会对电网产生较大冲击； 停止方式：自由停机。皮带运输机不经常停机，且对停机时间、准确度无特殊要求； 常规保护；熔断器（短路）热继电器（过载）中间继电器（失压）；上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统

35、设计FUFUQSKMFR1PEM上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计KM1SB1SB2SB3SB6SB4SB5KM2KM31#2#3#KM3KM2KM1KM2KM3KM1KM2上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计SB1KASB2FR1FR2FR3KM1KM2KM3KAKAKT3KT4KT2KT1KT3KT4KT2KT1KM2KM3上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院School of Mechanical & Power Engineering机电控制技术机电控制技术第三章第三章 继电接触控制系统设计继电接触控制系统设计举例举例 送料小车控制系统设计工艺过程： 在限位开关SQ4处装料，装料时间为10秒； 在限位开关SQ3处卸料，卸料时间为15秒；卸料口装料口SQ4SQ3上海交通大学网络学院上海交通大学网络学院S