第二章 電氣控制系統(tǒng)(電氣控制技術-7)-1

1、電氣控制技術(jsh)共五十頁1. 三地控制工作(gngzu)過程？復習(fx)提問共五十頁2.接觸器互鎖的正反轉控制電路的工作(gngzu)過程？復習(fx)提問工作原理：互 鎖接觸器互鎖按鈕互鎖控制電路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1接觸器互鎖合上電源開關按下按鈕SB1KM1線圈通電M正轉啟動按下停止按鈕B3KM1線圈斷電電動機M停止按下按鈕SB2反向啟動共五十頁3.自動往返控制電路的工作(gngzu)過程？復習(fx)提問共五十頁 一、電氣控制電路(dinl)的設計方法 1、電氣控制電路的一般設計方法 2、電氣控制電路的邏輯設計方法 二、舉例說明本 節(jié) 課

2、 內 容共五十頁 1、機床電氣控制系統(tǒng)設計的基本內容 機床電氣控制系統(tǒng)設計包含原理設計與工藝設計兩個部分。 （1）原理設計內容 擬定電氣控制系統(tǒng)設計任務書。 選擇拖動方案、控制方式(fngsh)和電動機。 設計并繪制電氣原理圖和選擇電器元件，制訂元器件明細表。 對原理圖各連接點進行編號。 編寫設計說明書。 一、電氣控制電路的設計(shj)方法共五十頁 （2）工藝設計內容 根據(jù)電氣原理圖及選定的電器元件，繪制電氣設備總裝接線圖。 設計并繪制電器元件布置圖。 設計并繪制電器元件的接線圖。 設計并繪制電氣箱及非標準零件圖。 列出所用各類元器件及材料清單(qngdn)。 編寫設計說明書和使用維護說明書

3、。共五十頁2、機床電氣控制系統(tǒng)(kn zh x tn)設計的一般步驟 設計程序一般是先進行原理設計再進行工藝設計，通常電氣控制系統(tǒng)的設計程序按以下步驟進行。 （1）擬定設計任務書 給出機械及傳動結構簡圖、工藝過程、負載特性、動作要求、控制方式、調速要求及工作條件。 給出電氣保護、控制精度、生產(chǎn)效率、自動化程度、穩(wěn)定性及抗干擾要求。 給出設備布局、安裝、照明、顯示和報警(bo jng)方式等要求。 目標成本、經(jīng)費限額、驗收標準及方式等。共五十頁 （2）選擇電力拖動方案與控制方式 （3）選擇電動機。（4）設計電氣原理圖并合理選用元器件，編制(binzh)元器件目錄清單。（5）設計電氣設備制造、安裝

4、和調試所必需的各種施工圖樣。（6）編寫說明書。共五十頁3、電力拖動方案的確定(qudng)和電動機的選擇（1）電力拖動方案的確定 電力拖動方案選擇是電氣設計主要內容之一，也是以后各部分設計內容的基礎和先決條件。1)拖動方式的選擇。 2)調速方案的選擇。 重型(zhngxng)或大型設備的主運動及進給運動，應盡可能采用無級調速。這有利于簡化機械結構，縮小齒輪箱體積，降低制造成本，提高機床利用率。共五十頁 精密機械設備，如坐標鏜床、精密磨床、數(shù)控機床等，為了保證加工(ji gng)精度，便于自動控制，也應采用電氣無級調速方案。 一般中小型設備，如普通機床，沒有特殊要求時，可選用經(jīng)濟、簡單、可靠的三

5、相籠型異步電動機，配以適當級數(shù)的齒輪變速箱。為簡化結構，擴大調速范圍，也可采用多速異步電動機。3)電動機調速性質應與負載特性相適應。共五十頁 （2）拖動電動機的選擇(xunz) 電動機的選擇包括電動機種類、結構形式、電動機額定轉速和額定功率的選擇。1)電動機選擇的基本原則。 電動機的機械特性應滿足生產(chǎn)機械的要求，要與負載特性相適應，以保證加工過程中運行穩(wěn)定并具有一定的調速范圍與良好的起動、制動性能。 電動機的結構形式應滿足機械設計提出的安裝要求，并適應周圍環(huán)境的工作條件。 工作過程中電動機容量應能得到充分利用，即溫升盡可能達到或接近額定溫升。共五十頁 2）根據(jù)生產(chǎn)機械調速要求(yoqi)選擇電

6、動機種類。 對于一般無特殊調速指標要求的機床，應優(yōu)先采用籠型異步電動機。 對于要求電氣調速的機床，應根據(jù)調速技術要求，如調速范圍、調速平滑性、調速級數(shù)和機械特性來選擇電動機的種類。共五十頁 3）根據(jù)工作環(huán)境選擇電動機的結構形式。 在正常環(huán)境條件下，一般采用防護式電動機；在人員及設備安全有保證的前提下，也可采用開啟式電動機。 在空氣中存在較多粉塵的場所，宜用封閉式電動機。 在較潮濕的場所，應盡量選用帶防潮措施(cush)的電動機。 在高溫場所，應盡量選用相應絕緣等級的電動機，并加強通風，改善電動機的工作條件。 在易燃、易腐蝕的場所，應相應地選用防爆型及防腐型電動機。共五十頁 4）根據(jù)生產(chǎn)設備的速

7、度選擇電動機的額定轉速。 5）根據(jù)工作方式選擇電動機的容量。 電動機容量選擇的原則 電動機容量選擇的依據(jù)是機床的負載功率。若機床總體設計中確定(qudng)的機械傳動功率為P1，則所需電動機的功率為P=P1/ 。共五十頁 4、 電氣(dinq)原理圖設計的方法 （1）一般設計法 一般設計法又叫經(jīng)驗設計法，它是根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求和生產(chǎn)過程，選擇適當?shù)幕经h(huán)節(jié)或典型電路(dinl)綜合而成的電氣控制電路(dinl)。 1）主電路設計。 2）控制電路設計。 3）聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)設計。 4）電路的綜合審查。 （2）邏輯設計法 邏輯設計法是利用邏輯代數(shù)這一數(shù)學工具來進行電路設計。設計合理，但是難度大，不

8、易掌握。共五十頁5、一般設計(shj)法設計(shj)原則 （1）最大限度滿足機床和工藝對電氣控制的要求。 （2）在滿足控制要求的前提(qint)下，設計方案應力求簡單、經(jīng)濟和實用，不宜盲目追求自動化和高指標。共五十頁 1)合理選擇控制電路電流種類與控制電壓(diny)數(shù)值 在控制電路比較簡單的情況下，可直接采用電網(wǎng)電壓，即交流220V、380V供電，以省去控制變壓器。 2)正確選擇電器元件 在電器元件選用中，盡可能選用標準電器元件，同一用途盡可能選用相同型號。 共五十頁3)合理布線，力求使控制電路簡單(jindn)、經(jīng)濟 在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，使用的電器元件越少，電氣控制電路中所涉及的

9、觸點的數(shù)量也越少，因而控制電路就越簡單。 合并同類觸點。 利用轉換觸點的方式。圖1同類觸點合并(hbng)a)不合理b)合理共五十頁圖2中間繼電器的應用(yngyng)a)不合理b)合理共五十頁盡量縮短(sudun)連接導線的數(shù)量和長度。圖3電器元件觸點的安排(npi)a)不合理b)合理 正常工作中，盡可能減少通電電器的數(shù)量，以利節(jié)能，延長電器元件壽命及減少故障。共五十頁（3）保證控制電路工作的可靠與安全。 1)正確連接電器(dinq)的觸點圖4觸點(ch din)的畫法a)不正確b)正確共五十頁 2)正確連接電器的線圈 在交流控制電路中不允許(ynx)把兩個電器元件的線圈串聯(lián)在一起使用，即使

10、是兩個同型號電壓線圈也不能串聯(lián)后接在兩倍線圈額定電壓的交流電源上。 在直流控制電路中，對于電感較大的電磁線圈，如電磁閥、電磁鐵或直流電動機勵磁線圈等不宜與相同電壓等級的繼電器直接并聯(lián)工作。 圖5大電感線圈與直流繼電器a)不正確(zhngqu)b)正確(zhngqu)共五十頁 3)避免出現(xiàn)寄生電路寄生電路：意外接通(ji tn)的電路，假回路。 圖6寄生(jshng)電路共五十頁 4)具有完善(wnshn)的保護環(huán)節(jié)圖7 短路保護 a)熔斷器保護 b)自動(zdng)空氣斷路保護短路保護共五十頁過載(guzi)保護 圖8 過載(guzi)保護電路 a)兩相保護 b)三相保護共五十頁過流保護(bo

11、h)圖9 過電流(dinli)保護失壓保護 可以用接觸器實現(xiàn)失壓保護。共五十頁（4）應盡量使操作和維修方便。 電氣控制電路應具有完善的保護環(huán)節(jié)，保證整個生產(chǎn)(shngchn)機械的安全運行，消除在其工作不正?；蛘`操作時所帶來的不利影響，避免事故發(fā)生。 共五十頁6、電氣控制電路(dinl)的邏輯設計方法 繼電器接觸器組成的控制電路，分析其工作狀況常以線圈通電或斷電來判定。構成線圈通斷條件是供電電源及與線圈相聯(lián)結的那些動合、動斷觸點所處的狀態(tài)。若認為供電電源E不變，則觸點的通斷是決定因素(yn s)。電器觸點只存在接通或斷開兩種狀態(tài)分別用“1”、“0表示。 對于繼電器、接觸器、電磁鐵、電磁閥、電磁

12、離合器等元件，線圈通電狀態(tài)規(guī)定為“1”狀態(tài)，失電則規(guī)定為“0”狀態(tài)。有時也以線圈通電或失電作為該元件是處于“1”狀態(tài)或是“0”狀態(tài)。 繼電器、接觸器的觸點閉合狀態(tài)規(guī)定為“1”狀態(tài)；觸點斷開狀態(tài)規(guī)定為“0”狀態(tài)。 控制按鈕、開關觸點閉合狀態(tài)規(guī)定為“1”狀態(tài)；觸點斷開狀態(tài)規(guī)定為“0”狀態(tài)。共五十頁 作以上規(guī)定后，繼電器、接觸器的觸點與線圈在原理圖上采用同一字符命名。為了清楚地反映元件狀態(tài)，元件線圈、動合觸點的狀態(tài)用同一字符來表示，而動斷觸點的狀態(tài)以表示(K上面的一杠，表示“非”，讀K非)，若元件為“1”狀態(tài)，則表示線圈“通電”，繼電器吸合，其動合觸點“接通”，動斷觸點“斷開”?！巴姟薄ⅰ敖油ā倍?/p>

13、是“1”狀態(tài)，而斷開則為“0”狀態(tài)。若元件為“0”狀態(tài)，則與上述相反。 以“0”、“1”表征兩個對立的物理狀態(tài)，反映了自然界存在(cnzi)的一種客觀規(guī)律邏輯代數(shù)。它與數(shù)學中數(shù)值的四則運算相似，邏輯代數(shù)(也稱開關代數(shù)或布爾代數(shù))中存在著邏輯與(邏輯乘)、邏輯或(邏輯加)、邏輯非的三種基本運算，并由此而演變出一些運算規(guī)律。運用邏輯代數(shù)可以將繼電器接觸器系統(tǒng)設計得更為合理，設計出的電路能充分地發(fā)揮元件作用，使所應用的元件數(shù)量最少，但這種設計一般難度較大。在設計復雜的控制電路時，邏輯設計有明顯的優(yōu)點。 共五十頁2.5.1 邏輯運算 用邏輯函數(shù)來表達控制元件的狀態(tài)，實質是以觸點的狀態(tài)(以斜體的同一字符

14、表示)作為邏輯變量，通過邏輯與、邏輯或、邏輯非的基本運算，得出的運算結果就表明了繼電接觸器控制電路的結構。邏輯函數(shù)的電路實現(xiàn)是十分方便的。2.5.1.1 邏輯與觸點串聯(lián) 圖10所示的串聯(lián)電路就實現(xiàn)了邏輯與的運算，邏輯與運算用符號“”表示(也可省略)。接觸器的狀態(tài)就是其線圈K的狀態(tài)(以斜體的同一字符表示)，當電路接通，線圈K通電，則K=1；如電路斷開，線圈K失電，則K=0。圖2-23的電路就可用邏輯關系式表示為K = AB 若將輸入(shr)邏輯變量A、B與輸出邏輯變量K列成表格形式，則稱此表為真值表。表1即為邏輯與的真值表。共五十頁圖10 “與”電路(dinl)表1 邏輯(lu j)與的真值表

15、ABK=ABO101O011OO01共五十頁2.5.1.2 邏輯或觸點并聯(lián) 圖11所示的并聯(lián)電路就實現(xiàn)邏輯或運算，邏輯或運算用符號“+”表示。要表示接觸器的狀態(tài)(zhungti)就要確定線圈K的狀態(tài)。 按照圖11的接線，可列出邏輯或的邏輯關系式表2 邏輯或真值表K = A + B 也可按圖示接線列出邏輯或狀態(tài)的真值表。見表2所示。按其真值表顯示邏輯或的運算規(guī)律為0+ 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0= 1 l + 1 = 1 它與數(shù)學的加法大部分相似，只是1+12。因為邏輯函數(shù)只存在“0”“1”兩種狀態(tài)。上面關系也可總結為“見1出1，全0為0”。共五十頁圖11 或邏輯電路(lu j

16、din l)表2 邏輯(lu j)或真值表ABK =A +BO101O011O111共五十頁2.5.1.3 邏輯非 圖12表示元件狀態(tài)A對接觸器狀態(tài)K的控制關系是邏輯非的關系。其邏輯關系表達式為 K= 當開關SA合上，A =1，其常閉觸點的狀態(tài)為“0”則K=0，線圈不通電，為“0”狀態(tài)；當SA打開，A=0，=1，則K=1，線圈通電，接觸器吸合，為“1”狀態(tài)。其真值表如表3所示。 有時也稱A對K是“非控制”。 以上與、或、非邏輯運算其邏輯變量未超過(chogu)二個，但對多個邏輯變量也同樣適用。圖12 邏輯(lu j)非電路表3 邏輯非真值表K=AK= 1OO1共五十頁 1交換律有關邏輯(lu

17、j)代數(shù)定理 2結合律 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)共五十頁2.5.2 邏輯函數(shù)的化簡 邏輯函數(shù)化簡可以使繼電接觸器電路簡化，因此有重要的實際意義。這里介紹公式法化簡，關鍵在于熟練掌握基本定律，可采用提出因子、并項、擴項、消去多余因子、多余項等方法綜合運用，進行化簡。 化簡時經(jīng)常(jngchng)用到常量與變量關系：A+0A A1AA +11 A00A+=l A0 下面舉幾個例子說明如何化簡。 例1 例2共五十頁 采用邏輯代數(shù)式的化簡，就是對繼電接觸器電路的化簡，但是在實際組成電路時，有些具體(jt)因素必須考慮。 1觸點容量的限制 特別要檢查擔負關斷

18、任務的觸點容量。觸點的額定電流比觸點電流分斷能力約大十倍，所以在化簡后要注意觸點是否有此分斷能力。 2在有多余觸點，并且多用些接點能使電路的邏輯功能更加明確的情況下，不必強求化簡來節(jié)省觸點。 共五十頁2.5.3 繼電器開關的邏輯函數(shù) 前面已經(jīng)闡明，繼電器電路是開關電路，符合邏輯規(guī)律。它以執(zhí)行元件作為邏輯函數(shù)的輸出變量，而以檢測信號、中間單元及輸出邏輯變量的反饋觸點作為邏輯變量，按一定規(guī)律列出邏輯函數(shù)表達式。下面通過兩個簡單(jindn)電路說明列邏輯函數(shù)表達式的規(guī)律。圖13a、b為兩個簡單的起、保、停電路。組成電路的觸點按原規(guī)定，動斷觸點以邏輯非表示。電路中SB1為起動信號(開啟)，SB2為停

19、止信號(關斷)，K的動合觸點狀態(tài)K為保持信號。 圖13 起、保、停電路(dinl)共五十頁對圖13a可列出邏輯(lu j)函數(shù)為:其一般(ybn)形式為式中 X開 開啟信號 X關關斷信號 K自保信號 fk繼電器K的邏輯函數(shù)。對圖13b可列出邏輯函數(shù)為其一般形式為共五十頁 這兩個電路都是起、保、停電路，其邏輯功能相仿，但從邏輯函數(shù)表達式來看，式(2-1)中X開=1，則fk=1。在這種狀態(tài)下不起控制作用，稱此電路為開啟從優(yōu)形式。式(2-2)X關=0，則fk =0。X開在這種狀態(tài)下不起控制作用，稱此電路為關斷從優(yōu)形式。 實際的起、保、停電路往往都有許多聯(lián)鎖條件，例如銑床的自動循環(huán)工作(gngzu)必

20、須在主軸旋轉條件下進行；而龍門刨返回行程油壓不足也不能停車，必須到原位停車。因此，對開啟信號及關斷信號都增加了約束條件，這時只要將式(2-1)、式(2-2)擴展一下，就能全面的表示輸出邏輯函數(shù)。共五十頁1.主電路設計(1)主軸電動機M1 M1的功率(gngl)較大，超過10kW，但是由于車削在車床起動以后才進行，并且主軸的正反轉通過機械方式進行，所以M1采用單向直接起動控制方式，用接觸器KM進行控制。 (2)冷卻泵電動機M2和快速移動電動機M3 由于電動機M2和M3的功率較小，額定電流分別為0.43A和2.7A，為了節(jié)省成本和縮小體積，可分別用交流中間繼電器KA1和KA2(額定電流都為5A，常

21、開、常閉觸點都為4對)替代接觸器進行控制。二、CW6163型臥式車床(chchung)的設計共五十頁2.控制電源的設計(shj)3.控制電路的設計(1)主軸電動機M1的控制 由于機床比較大，考慮到操作方便，主電動機M1可在機床床頭操作板上和刀架拖板上設置起動和停止按鈕SB3、SB1、SB4及SB2進行操縱，實現(xiàn)兩地控制，M1的控制電路如圖3-10所示。(2)冷卻泵電動機M2和快速電動機M3的控制 M2采用單向起停控制方式，而M3采用點動控制方式，具體電路如圖3-10所示。共五十頁4.局部照明與信號指示電路的5.電器元件的選擇(1)電源開關的選擇 電源開關QS主要用于給M1、M2、M3電動機提供電源，而在控制變壓器二次側的電器元件在變壓器一次側產(chǎn)生的電流相對(xingdu)較小，因此，QS的選擇主要考慮M1、M2、M3電動機的額定電流和起動電流。(2)接觸器的選擇 根據(jù)接觸器所控制負載回路的電壓、電流及所需觸點的數(shù)量來選擇接觸器。共五十頁 (3)中間繼電器的選擇 本設計中，采用中間繼電器控制電動機M2和M3，其額定電流都較小，分別為0.43A和0.7A，所以KA1和KA2都可以選用普通型JZ744交流中間繼電器代替