第二章 电气控制系统(电气控制技术-7)-1

1、电气控制技术(jsh)共五十页1. 三地控制工作(gngzu)过程？复习(fx)提问共五十页2.接触器互锁的正反转控制电路的工作(gngzu)过程？复习(fx)提问工作原理：互 锁接触器互锁按钮互锁控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1接触器互锁合上电源开关按下按钮SB1KM1线圈通电M正转启动按下停止按钮B3KM1线圈断电电动机M停止按下按钮SB2反向启动共五十页3.自动往返控制电路的工作(gngzu)过程？复习(fx)提问共五十页 一、电气控制电路(dinl)的设计方法 1、电气控制电路的一般设计方法 2、电气控制电路的逻辑设计方法 二、举例说明本 节 课

2、 内 容共五十页 1、机床电气控制系统设计的基本内容 机床电气控制系统设计包含原理设计与工艺设计两个部分。 （1）原理设计内容 拟定电气控制系统设计任务书。 选择拖动方案、控制方式(fngsh)和电动机。 设计并绘制电气原理图和选择电器元件，制订元器件明细表。 对原理图各连接点进行编号。 编写设计说明书。 一、电气控制电路的设计(shj)方法共五十页 （2）工艺设计内容 根据电气原理图及选定的电器元件，绘制电气设备总装接线图。 设计并绘制电器元件布置图。 设计并绘制电器元件的接线图。 设计并绘制电气箱及非标准零件图。 列出所用各类元器件及材料清单(qngdn)。 编写设计说明书和使用维护说明书

3、。共五十页2、机床电气控制系统(kn zh x tn)设计的一般步骤 设计程序一般是先进行原理设计再进行工艺设计，通常电气控制系统的设计程序按以下步骤进行。 （1）拟定设计任务书 给出机械及传动结构简图、工艺过程、负载特性、动作要求、控制方式、调速要求及工作条件。 给出电气保护、控制精度、生产效率、自动化程度、稳定性及抗干扰要求。 给出设备布局、安装、照明、显示和报警(bo jng)方式等要求。 目标成本、经费限额、验收标准及方式等。共五十页 （2）选择电力拖动方案与控制方式 （3）选择电动机。（4）设计电气原理图并合理选用元器件，编制(binzh)元器件目录清单。（5）设计电气设备制造、安装

4、和调试所必需的各种施工图样。（6）编写说明书。共五十页3、电力拖动方案的确定(qudng)和电动机的选择（1）电力拖动方案的确定 电力拖动方案选择是电气设计主要内容之一，也是以后各部分设计内容的基础和先决条件。1)拖动方式的选择。 2)调速方案的选择。 重型(zhngxng)或大型设备的主运动及进给运动，应尽可能采用无级调速。这有利于简化机械结构，缩小齿轮箱体积，降低制造成本，提高机床利用率。共五十页 精密机械设备，如坐标镗床、精密磨床、数控机床等，为了保证加工(ji gng)精度，便于自动控制，也应采用电气无级调速方案。 一般中小型设备，如普通机床，没有特殊要求时，可选用经济、简单、可靠的三

5、相笼型异步电动机，配以适当级数的齿轮变速箱。为简化结构，扩大调速范围，也可采用多速异步电动机。3)电动机调速性质应与负载特性相适应。共五十页 （2）拖动电动机的选择(xunz) 电动机的选择包括电动机种类、结构形式、电动机额定转速和额定功率的选择。1)电动机选择的基本原则。 电动机的机械特性应满足生产机械的要求，要与负载特性相适应，以保证加工过程中运行稳定并具有一定的调速范围与良好的起动、制动性能。 电动机的结构形式应满足机械设计提出的安装要求，并适应周围环境的工作条件。 工作过程中电动机容量应能得到充分利用，即温升尽可能达到或接近额定温升。共五十页 2）根据生产机械调速要求(yoqi)选择电

6、动机种类。 对于一般无特殊调速指标要求的机床，应优先采用笼型异步电动机。 对于要求电气调速的机床，应根据调速技术要求，如调速范围、调速平滑性、调速级数和机械特性来选择电动机的种类。共五十页 3）根据工作环境选择电动机的结构形式。 在正常环境条件下，一般采用防护式电动机；在人员及设备安全有保证的前提下，也可采用开启式电动机。 在空气中存在较多粉尘的场所，宜用封闭式电动机。 在较潮湿的场所，应尽量选用带防潮措施(cush)的电动机。 在高温场所，应尽量选用相应绝缘等级的电动机，并加强通风，改善电动机的工作条件。 在易燃、易腐蚀的场所，应相应地选用防爆型及防腐型电动机。共五十页 4）根据生产设备的速

7、度选择电动机的额定转速。 5）根据工作方式选择电动机的容量。 电动机容量选择的原则 电动机容量选择的依据是机床的负载功率。若机床总体设计中确定(qudng)的机械传动功率为P1，则所需电动机的功率为P=P1/ 。共五十页 4、 电气(dinq)原理图设计的方法 （1）一般设计法 一般设计法又叫经验设计法，它是根据生产机械的工艺要求和生产过程，选择适当的基本环节或典型电路(dinl)综合而成的电气控制电路(dinl)。 1）主电路设计。 2）控制电路设计。 3）联锁保护环节设计。 4）电路的综合审查。 （2）逻辑设计法 逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来进行电路设计。设计合理，但是难度大，不

8、易掌握。共五十页5、一般设计(shj)法设计(shj)原则 （1）最大限度满足机床和工艺对电气控制的要求。 （2）在满足控制要求的前提(qint)下，设计方案应力求简单、经济和实用，不宜盲目追求自动化和高指标。共五十页 1)合理选择控制电路电流种类与控制电压(diny)数值 在控制电路比较简单的情况下，可直接采用电网电压，即交流220V、380V供电，以省去控制变压器。 2)正确选择电器元件 在电器元件选用中，尽可能选用标准电器元件，同一用途尽可能选用相同型号。 共五十页3)合理布线，力求使控制电路简单(jindn)、经济 在满足生产工艺要求的前提下，使用的电器元件越少，电气控制电路中所涉及的

9、触点的数量也越少，因而控制电路就越简单。 合并同类触点。 利用转换触点的方式。图1同类触点合并(hbng)a)不合理b)合理共五十页图2中间继电器的应用(yngyng)a)不合理b)合理共五十页尽量缩短(sudun)连接导线的数量和长度。图3电器元件触点的安排(npi)a)不合理b)合理 正常工作中，尽可能减少通电电器的数量，以利节能，延长电器元件寿命及减少故障。共五十页（3）保证控制电路工作的可靠与安全。 1)正确连接电器(dinq)的触点图4触点(ch din)的画法a)不正确b)正确共五十页 2)正确连接电器的线圈 在交流控制电路中不允许(ynx)把两个电器元件的线圈串联在一起使用，即使

10、是两个同型号电压线圈也不能串联后接在两倍线圈额定电压的交流电源上。 在直流控制电路中，对于电感较大的电磁线圈，如电磁阀、电磁铁或直流电动机励磁线圈等不宜与相同电压等级的继电器直接并联工作。 图5大电感线圈与直流继电器a)不正确(zhngqu)b)正确(zhngqu)共五十页 3)避免出现寄生电路寄生电路：意外接通(ji tn)的电路，假回路。 图6寄生(jshng)电路共五十页 4)具有完善(wnshn)的保护环节图7 短路保护 a)熔断器保护 b)自动(zdng)空气断路保护短路保护共五十页过载(guzi)保护 图8 过载(guzi)保护电路 a)两相保护 b)三相保护共五十页过流保护(bo

11、h)图9 过电流(dinli)保护失压保护 可以用接触器实现失压保护。共五十页（4）应尽量使操作和维修方便。 电气控制电路应具有完善的保护环节，保证整个生产(shngchn)机械的安全运行，消除在其工作不正常或误操作时所带来的不利影响，避免事故发生。 共五十页6、电气控制电路(dinl)的逻辑设计方法 继电器接触器组成的控制电路，分析其工作状况常以线圈通电或断电来判定。构成线圈通断条件是供电电源及与线圈相联结的那些动合、动断触点所处的状态。若认为供电电源E不变，则触点的通断是决定因素(yn s)。电器触点只存在接通或断开两种状态分别用“1”、“0表示。 对于继电器、接触器、电磁铁、电磁阀、电磁

12、离合器等元件，线圈通电状态规定为“1”状态，失电则规定为“0”状态。有时也以线圈通电或失电作为该元件是处于“1”状态或是“0”状态。 继电器、接触器的触点闭合状态规定为“1”状态；触点断开状态规定为“0”状态。 控制按钮、开关触点闭合状态规定为“1”状态；触点断开状态规定为“0”状态。共五十页 作以上规定后，继电器、接触器的触点与线圈在原理图上采用同一字符命名。为了清楚地反映元件状态，元件线圈、动合触点的状态用同一字符来表示，而动断触点的状态以表示(K上面的一杠，表示“非”，读K非)，若元件为“1”状态，则表示线圈“通电”，继电器吸合，其动合触点“接通”，动断触点“断开”。“通电”、“接通”都

13、是“1”状态，而断开则为“0”状态。若元件为“0”状态，则与上述相反。 以“0”、“1”表征两个对立的物理状态，反映了自然界存在(cnzi)的一种客观规律逻辑代数。它与数学中数值的四则运算相似，逻辑代数(也称开关代数或布尔代数)中存在着逻辑与(逻辑乘)、逻辑或(逻辑加)、逻辑非的三种基本运算，并由此而演变出一些运算规律。运用逻辑代数可以将继电器接触器系统设计得更为合理，设计出的电路能充分地发挥元件作用，使所应用的元件数量最少，但这种设计一般难度较大。在设计复杂的控制电路时，逻辑设计有明显的优点。 共五十页2.5.1 逻辑运算 用逻辑函数来表达控制元件的状态，实质是以触点的状态(以斜体的同一字符

14、表示)作为逻辑变量，通过逻辑与、逻辑或、逻辑非的基本运算，得出的运算结果就表明了继电接触器控制电路的结构。逻辑函数的电路实现是十分方便的。2.5.1.1 逻辑与触点串联 图10所示的串联电路就实现了逻辑与的运算，逻辑与运算用符号“”表示(也可省略)。接触器的状态就是其线圈K的状态(以斜体的同一字符表示)，当电路接通，线圈K通电，则K=1；如电路断开，线圈K失电，则K=0。图2-23的电路就可用逻辑关系式表示为K = AB 若将输入(shr)逻辑变量A、B与输出逻辑变量K列成表格形式，则称此表为真值表。表1即为逻辑与的真值表。共五十页图10 “与”电路(dinl)表1 逻辑(lu j)与的真值表

15、ABK=ABO101O011OO01共五十页2.5.1.2 逻辑或触点并联 图11所示的并联电路就实现逻辑或运算，逻辑或运算用符号“+”表示。要表示接触器的状态(zhungti)就要确定线圈K的状态。 按照图11的接线，可列出逻辑或的逻辑关系式表2 逻辑或真值表K = A + B 也可按图示接线列出逻辑或状态的真值表。见表2所示。按其真值表显示逻辑或的运算规律为0+ 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0= 1 l + 1 = 1 它与数学的加法大部分相似，只是1+12。因为逻辑函数只存在“0”“1”两种状态。上面关系也可总结为“见1出1，全0为0”。共五十页图11 或逻辑电路(lu j

16、din l)表2 逻辑(lu j)或真值表ABK =A +BO101O011O111共五十页2.5.1.3 逻辑非 图12表示元件状态A对接触器状态K的控制关系是逻辑非的关系。其逻辑关系表达式为 K= 当开关SA合上，A =1，其常闭触点的状态为“0”则K=0，线圈不通电，为“0”状态；当SA打开，A=0，=1，则K=1，线圈通电，接触器吸合，为“1”状态。其真值表如表3所示。 有时也称A对K是“非控制”。 以上与、或、非逻辑运算其逻辑变量未超过(chogu)二个，但对多个逻辑变量也同样适用。图12 逻辑(lu j)非电路表3 逻辑非真值表K=AK= 1OO1共五十页 1交换律有关逻辑(lu

17、j)代数定理 2结合律 3分配律 4吸收(xshu)律 5重迭律 6非非律7反演律(摩根定理)共五十页2.5.2 逻辑函数的化简 逻辑函数化简可以使继电接触器电路简化，因此有重要的实际意义。这里介绍公式法化简，关键在于熟练掌握基本定律，可采用提出因子、并项、扩项、消去多余因子、多余项等方法综合运用，进行化简。 化简时经常(jngchng)用到常量与变量关系：A+0A A1AA +11 A00A+=l A0 下面举几个例子说明如何化简。 例1 例2共五十页 采用逻辑代数式的化简，就是对继电接触器电路的化简，但是在实际组成电路时，有些具体(jt)因素必须考虑。 1触点容量的限制 特别要检查担负关断

18、任务的触点容量。触点的额定电流比触点电流分断能力约大十倍，所以在化简后要注意触点是否有此分断能力。 2在有多余触点，并且多用些接点能使电路的逻辑功能更加明确的情况下，不必强求化简来节省触点。 共五十页2.5.3 继电器开关的逻辑函数 前面已经阐明，继电器电路是开关电路，符合逻辑规律。它以执行元件作为逻辑函数的输出变量，而以检测信号、中间单元及输出逻辑变量的反馈触点作为逻辑变量，按一定规律列出逻辑函数表达式。下面通过两个简单(jindn)电路说明列逻辑函数表达式的规律。图13a、b为两个简单的起、保、停电路。组成电路的触点按原规定，动断触点以逻辑非表示。电路中SB1为起动信号(开启)，SB2为停

19、止信号(关断)，K的动合触点状态K为保持信号。 图13 起、保、停电路(dinl)共五十页对图13a可列出逻辑(lu j)函数为:其一般(ybn)形式为式中 X开 开启信号 X关关断信号 K自保信号 fk继电器K的逻辑函数。对图13b可列出逻辑函数为其一般形式为共五十页 这两个电路都是起、保、停电路，其逻辑功能相仿，但从逻辑函数表达式来看，式(2-1)中X开=1，则fk=1。在这种状态下不起控制作用，称此电路为开启从优形式。式(2-2)X关=0，则fk =0。X开在这种状态下不起控制作用，称此电路为关断从优形式。 实际的起、保、停电路往往都有许多联锁条件，例如铣床的自动循环工作(gngzu)必

20、须在主轴旋转条件下进行；而龙门刨返回行程油压不足也不能停车，必须到原位停车。因此，对开启信号及关断信号都增加了约束条件，这时只要将式(2-1)、式(2-2)扩展一下，就能全面的表示输出逻辑函数。共五十页1.主电路设计(1)主轴电动机M1 M1的功率(gngl)较大，超过10kW，但是由于车削在车床起动以后才进行，并且主轴的正反转通过机械方式进行，所以M1采用单向直接起动控制方式，用接触器KM进行控制。 (2)冷却泵电动机M2和快速移动电动机M3 由于电动机M2和M3的功率较小，额定电流分别为0.43A和2.7A，为了节省成本和缩小体积，可分别用交流中间继电器KA1和KA2(额定电流都为5A，常

21、开、常闭触点都为4对)替代接触器进行控制。二、CW6163型卧式车床(chchung)的设计共五十页2.控制电源的设计(shj)3.控制电路的设计(1)主轴电动机M1的控制 由于机床比较大，考虑到操作方便，主电动机M1可在机床床头操作板上和刀架拖板上设置起动和停止按钮SB3、SB1、SB4及SB2进行操纵，实现两地控制，M1的控制电路如图3-10所示。(2)冷却泵电动机M2和快速电动机M3的控制 M2采用单向起停控制方式，而M3采用点动控制方式，具体电路如图3-10所示。共五十页4.局部照明与信号指示电路的5.电器元件的选择(1)电源开关的选择 电源开关QS主要用于给M1、M2、M3电动机提供电源，而在控制变压器二次侧的电器元件在变压器一次侧产生的电流相对(xingdu)较小，因此，QS的选择主要考虑M1、M2、M3电动机的额定电流和起动电流。(2)接触器的选择 根据接触器所控制负载回路的电压、电流及所需触点的数量来选择接触器。共五十页 (3)中间继电器的选择 本设计中，采用中间继电器控制电动机M2和M3，其额定电流都较小，分别为0.43A和0.7A，所以KA1和KA2都可以选用普通型JZ744交流中间继电器代替