电气控制与plc应用第二章

各种各样生产机械大都以电动机作为动力拖到源。电器（逻辑）控制线路：将按钮、继电器、接触器等低压控制电器用导线按一定的次序和组合方式连接起来组成的控制线路。作用：实现电力拖动系统的启动、调速、正反转和制动等运动控制；实现拖动系统的保护，满足生产工艺的要求；实现生产过程自动化。优点：线路简单，电路图直观形象，装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强、运行可靠。缺点：固定接线方式，通用性和灵活性差；有触头电器触头易发生故障，维修量较大。电气系统线路图有三种：电器原理图电器元件布置图安装接线图一、电器原理图电器原理图是根据工作原理而绘制的，采用电器元件展开的方式绘制。具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。（一）电器原理图的绘制原则第一节电器控制线路的绘制原则（1）原理图分为主电路和控制以及辅助电路。主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，一般画在原理图的左边。控制电路是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触头、继电器的触点等组成，一般画在原理图的右边。辅助电路是指设备中的信号和照明部分。一般画在原理图的右边（2）各电器元件不画实际的外形，采用国家统一规定的标准图形、文字符号。（3）各电器元件不必按照实际位置画，同一元件的各个部分可以不画在一处。（4）所有电器触点，都按没有通电和没有外力作用是的状态画出。继电器和接触器的线圈在没通电状态；断路器和隔离开关在断开位置；零位操作的手动控制开关在零位状态；按钮和机械操作开关（如行程开关）在非工作状态或不受力状态。（5）各元器件一般按照动作先后顺序排列，从上到下，从左到右依次排列，可水平布置或垂直布置（6）有直接电联系的两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出。（二）图面区域的划分（三）符号位置的索引某机床电器原理图二、电器元件布置图电器元件布置图是电器设备上或电器原理图中所有电器元件的实际安装位置图，它是机械电气控制设备生产、维护时必不可少的技术文件。电器元件布置图三、电器安装接线图电器安装接线图表示电气设备或装置连接关系的简图，用于电气设备安装接线、线路检查、线路维修和故障处理。通常与电气原理图、电器元件布置图一起使用。EL0HL23142423103×2.5mm22M1M2413×2.5mm23×1mm25×0.75mm23×0.75mm23×2.5mm2QSQ1电器安装接线图一、启动、点动和停止控制环节1.单向全压启动控制线路自锁：由接触器（继电器）自身的常开触点来使其线圈长期保持通电的环节叫“自锁”环节。第二节电器控制线路中的基本环节单向全压启动（长动）控制线路2.点动控制线路几种点动控制线路二、可逆控制和互锁环节(a)无互锁的正反转控制线路控制电路(a)：相互独立的正转和反转起动控制电路；按下SB2，正转接触器KM1得电工作；按下SB3，反转接触器KM2得电工作；按下SB2、SB3，KM1与KM2同时工作，两相电源短路，控制电路(b)：接触器的动断(常闭)辅助触点相互串联在对方的控制回路，这种环节称为“互锁”环节；一方工作时切断另一方的控制回路，使另一方的起动按钮失去作用；正、反转接触器互锁，避免了同时接通造成主电路短路。正、反转切换的过程中间要经过“停”，操作不方便。(b)“正—停—反”控制线路控制电路(c)：复合按钮SB2、SB3直接实现由正转变成反转；复合按钮互锁。接触器辅助动断触点互锁必不可少：主触点被强烈的电弧“烧焊”在一起，或者接触器的动作机构失灵，使衔铁卡住总是处在吸合状态，都可能使主触点不能断开，如果另一接触器线圈通电动作，主触点正常闭合就会造成电源短路事故。(c)“正—反—停”控制线路行程开关控制的电动机正反转（自动循环）控制电路工作台行程示意图自动循环控制线路图三、顺序控制环节 具有多台电动机拖动的机械设备，在操作时为了保证设备的运行和工艺过程的顺利进行，对电动机的起动、停止，必须按一定顺序来控制，这就称为电动机的顺序控制。两台电机顺序启动控制电路M1M2【例】如图所示是3条皮带运输机的示意图。对于这3条皮带运输机的电气要求是：三条皮带运输机工作示意图(1)起动顺序为1号、2号、3号，即顺序起动，以防止货物在皮带上堆积；(2)停车顺序为3号、2号、1号，即逆序停止，以保证停车后皮带上不残存货物；(3)当1号或2号出故障停车时，3号能随即停车，以免继续进料。试画出3条皮带运输机的电气控制线路图，并叙述其工作原理。3条皮带运输机顺序起动、逆序停止控制线路解：第三节三相交流电动机启动控制线路一、直接启动(全压启动)控制线路 前面已经分析过。二、降压启动控制线路定子串电阻降压启动星形—三角形降压启动自耦变压器（补偿器）降压启动定子串电阻降压起动控制线路：起动时，定子电路串接电阻降低绕组电压，限制起动电流；起动后电阻短路，电动机全压下运行。控制电路(a)：●KM2得电，电动机正常运行。●起动后，KM1与KT一直得电，浪费电能。定子串电阻降压起动控制线路（a）控制电路(b)：KM2得电，KM1和KT失电，KM2自锁，节能实现控制要求。定子串电阻降压起动控制线路（b）星--三角减压起动控制电路：全压工作时为三角形接法的电动机，起动时将其定子绕组接成星形，降低电动机的绕组相电压，进而限制起动电流。当反映起动过程结束的定时器发出指令时再将电动机的定子绕组改接成三角形接法实现全压工作。Y-△降压启动线路自耦变压器（补偿器）降压起动控制电路：依靠自耦变压器降低起动时的电压，达到限制起动电流的目的。电动机起动的时候，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压。一旦起动结束，自耦变压器便被切除，额定电压通过接触器直接加于定子绕组，电动机进入全压运行的正常工作。自耦变压器降压起动控制线路KM2KM2KM1第四节三相交流电动机制动控制线路迅速停车或准确定位，即要求对电动机进行制动，强迫立即停车。机械制动：机械抱闸、液压或气压制动电气制动：实质是产生反向制动转矩，有反接制动、能耗制动等。一、反接制动控制反接制动控制：停车时，首先切换电动机定子绕组三相电源相序，产生与转子转动方向相反的转矩，因而起制动作用。电动机的转速下降接近零时，及时断开电动机的反接电源。电动机反接制动电流很大，故在主回路中串入电阻R，可防止制动时电动机绕组过热。反接制动控制电路(a)反接制动控制电路(a):起动时，合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，电动机起动运转。当电动机转速升高到一定数值时，速度继电器KS的常开触点闭合，为反接制动作准备。停车时，按下停止按钮SB1，串入电阻R进行反接制动，迫使电动机转速下降，当转速降至100r/min以下时，KS的常开触点复位断开,及时切断电动机的电源。反接制动控制电路(b):停止按钮使用了复合按钮SB1，并在其常开触点上并联了KM2的常开触点，使KM2能自锁。这样在用手转动电动机时，虽然KS的常开触点闭合，但只要不按复合按钮SB1，KM2就不会通电，电动机也就不会反接于电源，只有按下SB1，KM2才能通电，制动电路才能接通。反接制动控制电路(b)能耗制动控制：三相笼型异步电动机切断三相电源的同时，定子绕组接通直流电源，转子原来储存的机械能转变为电能，消耗在转子制动上。主电路：变压器TC和整流器VC提供制动直流电源，KM2为制动接触器。简单能耗制动线路（a）

控制电路(a)：手动控制，停车时按下SB1按钮，制动结束时放开。电路简单，操作不便。二、能耗制动控制控制电路(b)：根据电动机带负载制动过程时间长短设定时间继电器KT的定时值，实现制动过程的自动控制。按时间原则控制的单向能耗制动线路（b）控制电路(c)：手动操作，按下按钮SB1后两相定子绕组获得直流电源，电动机进入能耗制动。当电动机转子的惯性速度接近零时，KS常开触点复位，KM2线圈断电而释放，能耗制动结束。按速度原则控制的单向能耗制动控制线路（c）能耗制动控制电路特点：制动作用强弱与通入直流电流的大小和电动机的转速有关，在同样的转速下电流越大制动作用越强，电流一定时转速越高制动力矩越大。一般取直流电流为电动机空载电流的3～5倍，过大会使定子过热。可调节整流器输出端的可变电阻RP，得到合适的制动电流。能耗制动与反接制动比较：能耗制动：制动准确、平稳、能量消耗小。制动力较弱，需要直流电源反接制动：制动显著，有冲击，能量消耗较大。在实际使用时，应根据设备的工作要求选用合适的制动方法。多地点与多条件控制线路：多地点控制是指在两地或两个以上地点进行的控制操作；在某些机械设备上，为保证操作安全，需要多个条件满足，设备才能工作，称为多条件控制。两地控制线路两个条件控制线路一、短路保护第五节电气控制线路中的保护环节熔断器短路保护二、过载保护过载保护电路三、过电流保护过电流保护I>U<N四、失压（零压）和欠压保护失压保护欠压保护I>U<N第六节异步电动机的其他基本控制电路点动与长动控制：机械设备长时间运转，即电动机持续工作，称为长动；机械设备手动控制间断工作，即按下启动按钮，电动机转动，松开按钮，电动机停转，这样的控制，称为点动。（a）（b）（c）（d）点动与长动控制电路联锁控制：也称为互锁控制，是设备运行的重要环节，常用于不能同时出现的电路接通状态。两电动机联锁控制电路两电动机联锁控制电路：KM1动作后，它的动断辅助触点就将KM2接触器的线圈通电回路断开，抑制了KM2再动作，反之也一样，KM1和KM2的两对动断触点，称做“互锁”触点。工作台进给联锁控制电路工作台进给联锁控制电路：扳动任一方向手柄，KM1或KM2都能得电。当两方向手柄同时扳动时，KM1或KM2失电，进给运动自动停止。自动循环控制：按一定的动作顺序自动的逐步完成，以及不断的重复进行，实现这种工作过程的控制即为自动循环控制。分类：电动机驱动设备实现的自动循环控制液压系统驱动设备实现的自动循环控制电动机工作的自动循环控制电路：通过控制电路按照工作循环图确定的工作顺序要求对电动机进行启动和停止的控制。工作循环图：标明动作的顺序和每个工步的内容，确定各工步应接通的电器，同时还注明控制工步转换的转换主令。单电机自动循环控制电路工作台行程示意图自动循环控制线路图自动间歇供油润滑控制电路自动间歇供油润滑控制电路：KT1控制油泵电机供油时间KT2控制油泵电机间歇时间。多电机自动循环控制电路双动力头自动循环工作流程双动力头自动循环控制电路工作过程：按起动按钮SB2，接触器KM1得电自锁，使电动机M1正转，动力头由原位b点向a点前进。动力头到a点位置时，SQ2行程开关被压下，KM1失电，动力头１停止；同时KM2得电动作，电动机M2正转，动力头２由原位c点向d点前进。动力头２到达d点时，SQ4被压下，KM2失电，KM3和KM4得电动作自锁，电动机M1和M2反转，动力头１与２向原位退回。退回到原位时，行程开关ST1、ST3被压下，KM3和KM4失电，两个动力头都停在原位。液压系统工作的自动循环控制：电液控制系统：液压系统和电气控制系统组合电液控制系统通过电气控制系统控制液压传动系统按给定的工作运动要求完成动作。液压系统组成：动力装置（液压泵及驱动电动机）执行机构（液压缸或液压马达）控制调节装置（压力阀、调速阀、换向阀等）辅助装置（油箱、油管等）电磁换向阀：由电磁铁推动改变工作状态的阀。分为交流和直流两种。液压系统工作的自动循环控制电路：