電氣控制與PLC教案 (一)

《電氣控制與PLC》教案

渤海石油職業(yè)學(xué)院

機(jī)電工程系

董瑞情

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機(jī)械1、208數(shù)控

章節(jié)課題：第一章常用低壓電器

學(xué)時(shí)：

教學(xué)目的：1.掌握電器相關(guān)的基本概念。

2.掌握幾種常用低壓電器

教學(xué)重點(diǎn)：接觸器、繼電器、低壓斷路器結(jié)構(gòu)和工作原理

教學(xué)難點(diǎn)：萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)

教學(xué)方法：課堂講授，輔以多媒體電子課件

教學(xué)效果:

教學(xué)過程

第一章常用低壓電器

第一節(jié)低壓電器基本知識

一低壓電器分類

I電器定義：電器對電能的生產(chǎn)、輸送、分配與應(yīng)用起著控制、調(diào)節(jié)、檢測利保護(hù)的作用，在電力輸配電

系統(tǒng)和電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛。低壓電器用于交流1200V、直流1500V級以下的電路中。

2、低壓電器分類

按用途分：低壓配電電器：輸送和分配電能，刀開關(guān)、低壓斷路器、熔斷器等。

低壓控制電路：用于控制線路和系統(tǒng)，接觸器、繼電器、控制器、按鈕等。

按動(dòng)作原理：手動(dòng)

自動(dòng)

按工作原理：電磁式接觸器、電磁式繼電器等。

非電磁式速度繼電器、行程7T關(guān)

二、低壓電器作用

1、控制作用

2、保護(hù)作用

3、測量作用

4、調(diào)節(jié)作用

5、指示作用

6、轉(zhuǎn)換作用

三、低壓電器基本結(jié)構(gòu)

電磁式低壓電器分感測部分（電磁機(jī)構(gòu)）和執(zhí)行部分（觸頭系統(tǒng)）。

1、電磁機(jī)構(gòu)組成：吸引線圈、鐵心、銜鐵

按通過線圈的電流種類分有交流電磁機(jī)構(gòu)和直流電磁機(jī)構(gòu)；按電磁機(jī)構(gòu)的形狀分有E形和U形兩

種；按銜鐵的運(yùn)動(dòng)形式分有拍合式和直動(dòng)式兩大類。如圖1/

2、交流電磁機(jī)構(gòu)和直流電磁機(jī)構(gòu)

1）直流電磁機(jī)構(gòu)的鐵芯不發(fā)熱，線圈發(fā)熱，線圈為無骨架、高而薄的瘦高型。

鐵芯為整體結(jié)構(gòu)的軟鋼和工程純鐵制成，以增加磁導(dǎo)率和增強(qiáng)散熱；

2）交流電磁機(jī)構(gòu)的鐵芯、線圈都發(fā)熱，線圈為有骨架、短而厚的矮胖型。

鐵芯采用硅鋼片疊制而成，目的是減少在鐵芯中產(chǎn)生的渦流，使鐵芯發(fā)熱。此外交流電磁機(jī)構(gòu)

的鐵芯有短路環(huán)，以防止電流過零時(shí)（滯后90°）電磁吸力不足使銜鐵振動(dòng)。

3、觸頭系統(tǒng)觸頭是用來接通或斷開電路的

1）按其接觸形式分為點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸3種（橋式和指型）。如圖1-4

2）按控制的電路分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流.

輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只允許通過較小的電流。

3）按原始狀態(tài)分為常開觸頭和常閉觸頭。當(dāng)線圈不帶電時(shí)，動(dòng)、靜觸頭是分開的稱為常開觸頭;

當(dāng)線圈不帶電時(shí)，動(dòng)、靜觸頭是閉合的稱為常閉觸頭。

4、滅弧裝置

1）電弧的產(chǎn)生：大氣中分?jǐn)嚯娐?，電場使觸頭表面大量電子溢出。

2）電弧的危害：電弧產(chǎn)生高溫并有強(qiáng)光，可將觸頭燒損，并使電路的切斷時(shí)間延長，嚴(yán)重時(shí)可引起

事故或火災(zāi)。

3）滅弧原則：拉長、冷卻、分段

4）滅弧的方法

（1）點(diǎn)動(dòng)力滅?。喝鐖D1-5

機(jī)械滅?。和ㄟ^機(jī)械將電弧迅速拉長，用于開關(guān)電路。

（2）磁吹滅?。涸谝粋€(gè)與觸頭串聯(lián)的磁吹線圈產(chǎn)生的磁力作用下，電弧被拉長且被吹入由固體介質(zhì)構(gòu)

成的滅弧罩內(nèi)，電弧被冷卻熄滅。如圖1-6

13）窄縫滅?。涸陔婐纬傻拇艌?、電場力的作用下，將電弧拉長進(jìn)入滅弧罩的窄縫中，使其分成數(shù)

段并迅速熄滅，如圖1-3所示，該方式主要用于交流接觸器中。

（4）柵片滅?。寒?dāng)觸頭分開時(shí)，產(chǎn)生的電弧在電場力的作用下被推入一組金屬柵片而被分成數(shù)段，彼

此絕緣的金屬片相當(dāng)電極，因而就有許多陰陽極壓降，對交流電弧來說，在電弧過零時(shí)使電弧無法維

好而熄滅，如圖1-7所示，交流電據(jù)常用棚片滅弧。

第二節(jié)主令電器

主令電器主要用來切換控制電路，即用它來控制接觸器、繼電器等電器的線圈得電與失電，

從而控制電力拖動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)與停止，以及改變系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)等。

一、控制按鈕

1、定義：通常用作短時(shí)接通或斷開小電流控制電路的開關(guān)。

2、控制按鈕結(jié)構(gòu)：由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸點(diǎn)和外殼等組成。通常制成具有常開觸點(diǎn)和常閉觸

點(diǎn)的復(fù)合式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-8所示。

3、控制按鈕分類：指示燈式按鈕內(nèi)可裝入信號燈顯示信號；緊急式按鈕裝有蘑菇形鈕帽，以便于緊

急操作。旋鈕式按鈕是用手扭動(dòng)旋鈕來進(jìn)行操作的。

按鈕帽有多種顏色，一般紅色用作停止按鈕，綠色用作啟動(dòng)按鈕。按鈕主要根據(jù)所許的觸點(diǎn)數(shù)、使用場

合及顏色來進(jìn)行選擇。

按鈕開關(guān)的圖形符號及文字符號如圖1-9所示。

二、行程開關(guān)

行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件位置而切換的自動(dòng)控制電器，用來控制運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向、

行程大小或位置保護(hù),行程開關(guān)有機(jī)械式和電子式兩種，機(jī)械式常見的有按鈕式和滑輪式兩種。圖1T0為

行程開關(guān)外形圖，圖1T1為行程開關(guān)圖形符號。

三、接近開關(guān)

行程開關(guān)是有觸點(diǎn)開關(guān)，工作時(shí)由擋塊與行程開關(guān)的滾輪或觸桿碰撞使觸點(diǎn)接通或斷開的。在操作頻

繁時(shí)，易產(chǎn)生故障，工作可靠性較低。接近開關(guān)是無觸點(diǎn)開關(guān)，具有工作穩(wěn)定可靠、使用壽命長、重復(fù)定

位精度高、動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。

接近汗關(guān)包括電感式和電容式。

四、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)

作用及原理：由多組相同結(jié)構(gòu)的觸點(diǎn)組件疊裝而成的多回路控制電器，借助于不同形狀的凸輪使其觸點(diǎn)按

一定的次序接通和分?jǐn)?，它能轉(zhuǎn)換多種和多數(shù)量的電氣控制電路。

第三節(jié)接觸器

一結(jié)構(gòu)和工作原理

I結(jié)構(gòu)：一般由電磁機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)、滅弧裝置、釋放彈簧機(jī)構(gòu)、支架與底座等幾部分組成。

2工作原理：根據(jù)電磁原理工作：當(dāng)電磁線圈通電后，線圈電流產(chǎn)生磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜

鐵，并帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，使常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁力消失，銜

鐵在釋放彈簧的作用下降放，使觸點(diǎn)復(fù)原，即常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合.

二分類及特點(diǎn)

1交流接觸器：交流接觸器線圈通以交流電，主觸點(diǎn)接通、切斷交流主電路.

2直流接觸器：直流接觸器線圈通以直流電流，主觸點(diǎn)接通、切斷直流主電路。

三主要技術(shù)參數(shù)：線圈電壓、主觸點(diǎn)額定電流、主觸點(diǎn)額定電壓、輔助觸點(diǎn)額定電流、輔助觸點(diǎn)對數(shù)、

接觸器極數(shù)以及接觸器的機(jī)械壽命和電壽命等。

四選擇原則：

1接觸器的使用類別應(yīng)與負(fù)載性質(zhì)相致，控制交流負(fù)載應(yīng)選用交流接觸器，控制直流負(fù)載則選用直流接

觸器C

2主觸點(diǎn)的額定工作電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載電路的電壓。

3主觸點(diǎn)的額定工作電流應(yīng)大于或等于負(fù)載電路的電流。

4接觸器主觸點(diǎn)的額完工作電流是在規(guī)定條件下（額定工作電壓、使用類別、操作頻率等）能夠正常工作

的電流值，當(dāng)實(shí)際使用條件不同時(shí)，這個(gè)電流值也將隨之改變。

5吸引線圈的額定電壓應(yīng)與控制回路電壓相一致，接觸器在線圈額定電壓85%及以上時(shí)應(yīng)能可靠地吸合。

6主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)能滿足控制系統(tǒng)的需要。

第四節(jié)繼電器

一維電器特性及其分類

1、原理：主要用于控制與保護(hù)電路中作信號轉(zhuǎn)換用。具有輸入電路（又稱感應(yīng)元件）和輸出電路（又稱

執(zhí)行元件），當(dāng)感應(yīng)元件中的輸入量（如電流、電壓、溫度、壓力等）變化到某一定值時(shí)繼電器動(dòng)作，執(zhí)

行元件便接通和斷開控制回路。

2、結(jié)構(gòu)；檢測機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3、分類：

1）按輸入信號有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時(shí)間繼電器、熱維電器以及溫度、壓力、計(jì)數(shù)、

頻率繼電器等等。

2）按工作原理：電磁式、感應(yīng)式、電動(dòng)式、電子式、熱繼電器等。

3）按用途：控制繼電器和保護(hù)繼電器

4）按輸出形式：有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)

4、特性：繼電特性曲線。

參數(shù)：返回系數(shù)、吸合時(shí)間、釋放時(shí)間。

二、電流繼電器

過電流繼電器

欠電流繼電器

三、電壓繼電器

過電壓繼電器

欠電壓繼電器。

中間繼電器：當(dāng)電壓或電流繼電器觸點(diǎn)容量不夠時(shí)，可借助中間繼電器來控制，用中間繼電器作為執(zhí)行元

件，這時(shí)中間繼電器被當(dāng)作一級放大器用；當(dāng)其他繼電器或接觸器觸點(diǎn)數(shù)量不夠時(shí)，可利用中間繼電器來

切換多條控制電路。

四、時(shí)間繼電器

1原理：感應(yīng)元件接受外界信號后，經(jīng)過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間才使執(zhí)行部分動(dòng)作的繼電器。

2按延時(shí)方式分類：通電延時(shí)型、斷電延時(shí)型和帶瞬動(dòng)觸點(diǎn)的通電（或斷電）延時(shí)型繼電器。

3按工作原理分類：空氣阻尼式、電動(dòng)式和電子式、單片機(jī)控制式等。

4觸點(diǎn)類型：常開延時(shí)閉合觸點(diǎn)、常閉延時(shí)斷開觸點(diǎn)、常開延時(shí)斷開觸點(diǎn)和常閉延時(shí)閉合觸點(diǎn)4類。圖1-19

五、熱繼電器

1定義：專門用來對連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載及斷相保護(hù)，以防止電動(dòng)機(jī)過熱而燒毀的保護(hù)電器。

2組成：雙金屬片、加熱元件、動(dòng)作機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、整定調(diào)整裝置及手動(dòng)復(fù)位裝置等組成。

3原理

4參數(shù)：熱繼電器額定電流、相數(shù)、熱元件額定電流、整定電流及調(diào)節(jié)范圍等。

六速度繼電器

1作用：用于轉(zhuǎn)速的檢測，常用在三相交流異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)轉(zhuǎn)速過零時(shí)，自動(dòng)切除反相序電源。

2組成：轉(zhuǎn)子、定子和觸點(diǎn)三部分組成。

3原理：如圖1-22

第五節(jié)其他常用低壓電器

一、刀開關(guān)

刀開關(guān)只用于手動(dòng)控制容量較小、起動(dòng)不頻繁的電動(dòng)機(jī)，可分為瓷底開啟式負(fù)荷開關(guān)和封閉式負(fù)

荷開關(guān)。

1、結(jié)構(gòu)和安裝

刀開關(guān)（俗稱閘刀開關(guān)）結(jié)構(gòu)簡單，在操作手柄、刀片、觸頭座和底板等組成。在機(jī)床上刀開關(guān)主要用

來接通和斷開長期工作設(shè)備的電源。

使用注意的問題：刀開關(guān)安裝時(shí)，手柄要向上，不得倒裝或平裝。如果倒裝，拉閘后手柄可能因自重

下落引起誤合閘而造成人身和設(shè)備安全事故。接線時(shí)，應(yīng)將電源線接在上端，負(fù)載線接在下端，這樣較為

安全C

2、常用刀開關(guān)

1）開啟式負(fù)荷開關(guān)：

2）封閉式負(fù)荷開關(guān)是快斷刀閘的刀開關(guān)與熔斷器組合在一起的鐵殼開關(guān)，常用來控制小容量異步電動(dòng)機(jī)

的不頻繁起動(dòng)和停止。

二、熔斷器

1、作用：供電電路和電氣設(shè)備的短路保護(hù)。

2、組成：由熔體和安裝熔體的外殼兩部分組成。

3、原理：通過熔斷器的電流超過一定數(shù)值并經(jīng)過一定的時(shí)間后，電流在熔體上產(chǎn)生的熱量使熔體某處熔

化而切斷電路，從而保護(hù)了電路和設(shè)備。

4、特性：保護(hù)特性曲線

5、常用熔斷器

名稱類別特點(diǎn)、用途主要技術(shù)數(shù)據(jù)

價(jià)格便宜，更換方便。廣泛用

瓷插式額定電流Zge從5A-200A

RC1A于照明和小容量電動(dòng)機(jī)短路

熔斷器分7種規(guī)格

保護(hù)

熔絲周圍石英砂可熄滅電弧，

RL1系列額定電流Ige有4

熔斷管上端紅點(diǎn)隨熔絲熔斷

旋式熔斷器RL種規(guī)格：15A、60A、100A、

而自動(dòng)脫落，體積小，多用于

200A

機(jī)床電氣設(shè)備中

名稱類別特點(diǎn)、用途主要技術(shù)數(shù)據(jù)

在熔體中人為引入窄截面熔片，提高

無填料封閉RM-10系列額定電流Zge從

RM斷流能力。用于低壓電力網(wǎng)絡(luò)和成套

管式熔斷器15A?1000A,分7種規(guī)格

配電裝置中的短路保護(hù)

分?jǐn)嗄芰?qiáng)，使用安全，特性穩(wěn)定，

有填料封閉RTO系列額定電流Zge從

RTO有明顯指示器。廣泛用于短路電流較

管式熔斷器50A?1000A分6種規(guī)格

大的電力網(wǎng)或配電裝置中

用于小容量硅整流元件的短路保護(hù)7=4/Te,0.2s內(nèi)熔斷；/=67Te,

RLS

和某些適當(dāng)過載保護(hù)0.02s熔斷

快速熔斷器RSO用于大容量硅整流元件的保護(hù)

1=(4?6)ITe,0.02s內(nèi)熔

用于晶閘管元件短路保護(hù)和某些適斷

RS3

當(dāng)過載保護(hù)

三、低壓斷路器

1、作用：用來分配電能，不頻繁地起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對電源電路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)。功能相當(dāng)于熔斷

器式斷路器與過電流、欠電壓、熱繼電器等的組合。

2、組成：主要由觸點(diǎn)和滅弧裝置、各種可供選擇的脫扣器與操作機(jī)構(gòu)、自由脫扣機(jī)構(gòu)三部分組成。

3、原埋：

4、參數(shù)：額定工作電壓、殼架額定電流等級、極數(shù)、脫扣器類型及額定電流、短路分?jǐn)嗄芰Φ取?/p>

布置作業(yè)：1.1>1.4、1.6>1.8

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機(jī)械1、208數(shù)控

章節(jié)課題：第二章基本電氣控制電路

學(xué)時(shí)：

教學(xué)目的：掌握電器圖形符號與文字符號，電氣圖的基本知識，三相異步電動(dòng)

機(jī)起動(dòng)、停止控制電路；正、反轉(zhuǎn)控制電路；制動(dòng)控制電路；點(diǎn)動(dòng)、聯(lián)鎖、多

點(diǎn)控制等基本控制電路環(huán)節(jié)。了解電氣圖紙相關(guān)規(guī)范。

教學(xué)重點(diǎn)：1.掌握電氣控制電路圖的相關(guān)知識

2.掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的基本控制電路環(huán)節(jié)

教學(xué)難點(diǎn)：

教學(xué)方法：課堂講授，輔以多媒體電子課件

教學(xué)效果:

教學(xué)過程

第二章基本電氣控制電路

第一節(jié)電氣控制系統(tǒng)圖的繪制規(guī)則和常用符合

一概述

1、電氣圖：用電氣圖形符號繪制的圖。是電工領(lǐng)域中最主要的提供信息方式，它提供的信息內(nèi)容可以是

功能、位置、設(shè)備制造及接線等。

2、種類：電路圖（電氣原理圖）、電氣接線圖、電器元件布置圖。

二電氣圖形符號與文字符號

1電氣圖形符號：由符號要素、限定符號、一般符號以及常用的非電操作控制的動(dòng)作符號（如機(jī)械控制符

號等），根據(jù)不同的具體器件情況組合而成。

2電氣文字符號：分為基本文字符號和輔助文字符號?；疚淖址栍袉巫帜阜柡碗p字母符號。單字母

符號表示電氣設(shè)備、裝置和元器件的大類；雙字母符號由一個(gè)表示大類的單字母與另一表示器件某些特性

的字母組成。輔助文字符號用來進(jìn)一步表示電氣設(shè)備、裝置和元器件的功能、狀態(tài)和特征。

3常用電氣圖形符號與文字符號示例。表2-1

三電氣原理圖

1形式與作用：根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的工作原理，采用電器元件展開的形式繪制的。不按電器元件實(shí)際布置

繪制，而是根據(jù)電器元件在電路中所起的作用畫在不同的部位上，用于分析研究系統(tǒng)的組成和工作原理，

并為尋找電氣故障提供幫助，同時(shí)也是編制電氣接線圖的依據(jù)。

2組成：

主電路：設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電路，包括從電源到用電設(shè)備的電路，是強(qiáng)電流通過的部分。

控制電路：由按鈕、接觸器和繼電器的線圈、各種電器的常開、常閉觸點(diǎn)等組合構(gòu)成的控制

輔助信號指示電路。

3繪制方法

水平布置時(shí)，電源線垂直畫，其他電路水平畫，控制電路中的耗能元件（如接觸器的線圈）畫在電路的最

右端C

垂直布置時(shí)，電源線水平畫，其他電路垂直畫，控制電路的耗能元件畫在電路的最下端。

主電路采用粗實(shí)線。

控制電路和其他輔助的信號指示及保護(hù)電路采用細(xì)實(shí)線。

所有電器元件不畫出實(shí)際的外形圖，采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號和文字符號表示。

同一電器的各個(gè)部件可根據(jù)需要畫在不同的地方，但必須用相同的文字符號標(biāo)注。

多個(gè)同一種類的電器元件，可在文字符號后加上數(shù)字序號加以區(qū)分。

4常用器件狀態(tài)表示

繼電器和接觸器的線圈在非激勵(lì)狀態(tài)。

斷路器和隔離開關(guān)在斷開位置。

零位操作的手動(dòng)控制開關(guān)在零位狀態(tài)，不帶零位的手動(dòng)控制開關(guān)在圖中規(guī)定的位置。

機(jī)械操作開關(guān)和按鈕在非工作狀態(tài)或不受力狀態(tài)。

保護(hù)類元器件處在設(shè)備正常工作狀態(tài)，特別情況在圖樣上加以說明。

5標(biāo)注：元器件的數(shù)據(jù)和型號，一般用小號字體標(biāo)注在電器元件符號的附近，需要標(biāo)注的元器件的數(shù)量比

較多時(shí)，可以采用設(shè)備表的形式統(tǒng)一給出。

四電器元件布置圖

1作用：用來表明電氣設(shè)備上所有電器和用電設(shè)備的實(shí)際位置，是電氣控制設(shè)備制造、裝配、調(diào)試和維護(hù)

必不可少的技術(shù)文件。

2內(nèi)容：控制柜與操作臺（箱）內(nèi)部布置圖以及控制柜與操作臺（箱）面板布置圖。

3繪制方法：

控制柜與操作臺（箱）等設(shè)備的外形輪廓用細(xì)實(shí)線繪出。

可見的和需要表達(dá)清楚的電器元件及設(shè)備，用粗實(shí)線繪出其簡單的外形輪廓，并標(biāo)明其實(shí)際的安裝位置。

電器元件及設(shè)備代號必須與有關(guān)電路圖和設(shè)備清單上所用的代號相一致。

五電氣接線圖

1作用：表示電氣設(shè)備或裝置連接關(guān)系的簡圖，主要用于電氣設(shè)備安裝接線、線路檢查、線路維修和故障

處理C

2內(nèi)容：電氣設(shè)備和電器元件的相對位置、項(xiàng)目代號、端子號、導(dǎo)線號、導(dǎo)線類型、導(dǎo)線截面積、屏蔽和

導(dǎo)線絞合等情況。

第二節(jié)電氣控制電路的基本控制規(guī)律

一、自鎖控制電路

1、手動(dòng)控制線路

2、點(diǎn)動(dòng)控制線路

所謂點(diǎn)動(dòng)，即按下按鈕時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)工作，手松開按鈕電機(jī)停止工作。點(diǎn)動(dòng)控制多用于機(jī)床刀架、橫梁、

立柱等快速移動(dòng)和機(jī)床對刀等場合。圖2-2列出了實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制的幾種電氣控制線路。

圖2-5是最基本的點(diǎn)動(dòng)控制線路。起動(dòng)按鈕SB沒有并聯(lián)接觸器KM的自鎖觸頭，按下SB,KM線圈通電，電機(jī)

起動(dòng)；手松開按鈕SB時(shí)，接觸器KM線圈又?jǐn)嚯?，其主觸點(diǎn)斷開，電機(jī)停止

運(yùn)轉(zhuǎn)c

3、自鎖控制電路

合上QS,按下SB2,KM線

圈吸合，KM主觸點(diǎn)閉合，

電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

KM輔助常開觸點(diǎn)閉合，自

鎖。

按下SB1,KM線圈斷電，主

觸點(diǎn)、輔助觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)

機(jī)停止。

自鎖另一作用：實(shí)現(xiàn)欠壓和

失壓保護(hù)

圖3.2.1三相籠型異步電動(dòng)機(jī)起、?？刂瞥锹?/p>

二、互鎖控制電路

1、正反轉(zhuǎn)控制

FRA

SB1E/

FU2KMIKM2

接觸器正反轉(zhuǎn)控制覲路

缺點(diǎn)：

2、接觸器互鎖的正反轉(zhuǎn)控制

圖3.2.3接觸用聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制政路

加互領(lǐng)?一在同一時(shí)間里兩個(gè)接觸器只允許一個(gè)工作的控制作用稱為互鎖（聯(lián)鎖）。

規(guī)律：當(dāng)要求甲接觸器工作時(shí)，乙接觸器就不能工作，此時(shí)應(yīng)在乙接觸器的線圈電路中串入甲接觸

器的動(dòng)斷觸點(diǎn)。

當(dāng)要求甲接觸器工作時(shí)乙接觸器不能工作，而乙接觸器工作時(shí)甲接觸器不能工作，此時(shí)應(yīng)在兩

個(gè)接觸器的線圈電路中互串入對方的動(dòng)斷觸點(diǎn)。

3、按鈕、接觸器雙重互鎖正反轉(zhuǎn)控制

三、行程控制電路

(1)工作臺的正反向自動(dòng)循環(huán)控制許多機(jī)床的自動(dòng)循環(huán)控制都是靠限位控制來完成的。某些機(jī)床的

工作臺要求正反向運(yùn)動(dòng)自動(dòng)循環(huán)。

(2)動(dòng)力頭的自動(dòng)循環(huán)控制它是由限位開關(guān)按行程來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的。

四、多地控制電路

在大型機(jī)床設(shè)備中，為了操作方便，常要求能在多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行控制。例如把運(yùn)動(dòng)按鈕并聯(lián)連接，停止按鈕

串聯(lián)連接，分別安置在三個(gè)地方，就可三地操作。

規(guī)律：啟動(dòng)按鈕并聯(lián)、停止按鈕串聯(lián)

五、順序控制電路

1、主電路實(shí)現(xiàn)

2、控制電路實(shí)現(xiàn)

?當(dāng)要求甲接觸器工作后方允許乙接觸器工作，則在乙接觸器線圈電路中串入甲接觸器的動(dòng)合觸點(diǎn)。

?當(dāng)要求乙接觸器線圈斷電后方允許甲接觸器線圈斷電，則將乙接觸器的動(dòng)合觸點(diǎn)并聯(lián)在甲接觸器

的停止按鈕兩端。

第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)控制電路

1.直接起動(dòng)控制電路

一些控制要求不高的簡單機(jī)械，如小型臺鉆、砂輪機(jī)、冷卻泵等常采用開關(guān)直接控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和停止。

它適用于不頻繁起動(dòng)的小容量電動(dòng)機(jī)，不能遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制。

2.降壓起動(dòng)控制電路

較大容量的籠型異步電動(dòng)機(jī)一般都采用降壓起動(dòng)的方式起動(dòng)，具體實(shí)現(xiàn)的方案有：定子串電阻或電抗

器降壓起動(dòng)、星一三角變換降壓起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)、延邊三角形降壓起動(dòng)等。

一、取籠式電動(dòng)機(jī)

1、定子串接電阻降壓起動(dòng)

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)在三相定子繞組中串接電阻，使定子繞組上電壓降低，起動(dòng)結(jié)束后再將電阻短接，使電

動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，這種起動(dòng)方式不受電動(dòng)機(jī)接線方式的限制。

2、定子串接自耦變壓器降壓起動(dòng)

自耦變壓器降壓起動(dòng)的控制線路，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的限制是靠自耦變壓器的降壓作用來實(shí)現(xiàn)的。

3、Y/D降壓起動(dòng)

星形-三角形(Y/D)降壓起動(dòng)是籠型三相異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)方法之一。Y/D起動(dòng)控制分為手動(dòng)

和自動(dòng)兩種。

二、繞線式電動(dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)子繞組串接電阻起動(dòng)

轉(zhuǎn)子回路串接起動(dòng)電阻，一般接成星形且分成若干段，起動(dòng)時(shí)電阻全部接入，起動(dòng)過程中逐段切除起動(dòng)電

阻。切除電阻的方法有三相平衡切除法及三相不平衡切除法，常用的接觸器控制切除起動(dòng)電阻多為三相平

衡切除法，即每次每相切除的起動(dòng)電阻相同。

第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制電路

制動(dòng)停車的方式有兩大類：即機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。機(jī)械制動(dòng)采用機(jī)械抱閘、液壓或氣壓制動(dòng)；電氣

制動(dòng)有反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)、電容制動(dòng)等，其實(shí)質(zhì)是使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子原來的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)

轉(zhuǎn)矩C

1、機(jī)械制動(dòng)控制電路

2、反接制動(dòng)控制電路反接制動(dòng)是利用改變電動(dòng)機(jī)電源的相序，使定子繞紐產(chǎn)生相反方向的旋轉(zhuǎn)磁場，

因而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)方法。反接制動(dòng)常采用轉(zhuǎn)速為變化參量進(jìn)行控制。由于反接制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)

磁場的相對速度接近于兩倍的同步轉(zhuǎn)速，所以定子繞組中流過的反接制動(dòng)電流相當(dāng)于全電壓直接起動(dòng)時(shí)電

流的兩倍，因此反接制動(dòng)特點(diǎn)之一是制動(dòng)迅速，效果好，沖擊大，通常僅適于10kW以下的小容量電動(dòng)機(jī)。

為了減小沖擊電流，通常要求在電動(dòng)機(jī)主電路中串接限流電阻。

3、能耗制動(dòng)控制電路能耗制動(dòng)就是在電動(dòng)機(jī)脫離三相交流電源之后，向定子繞組內(nèi)通入直流電流，利

用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用產(chǎn)生制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩，達(dá)到制動(dòng)的目的。

第五節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制電路

雙速電動(dòng)機(jī)的控制線路

三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法之一是依靠變更定子繞組的極對數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。圖2-22為4/2極的雙速異步

電動(dòng)機(jī)定子繞組接線示意圖，圖（a）將電動(dòng)機(jī)定子繞組的U1、VI、W1三個(gè)接線端接三相交流電源，而將

電動(dòng)機(jī)定子繞組的U2、V2、W2三個(gè)接線端懸空，三相定子繞組接成三角形。此時(shí)每相繞組中的①、②線圈

串聯(lián)，電流方向如圖（a）中箭頭所示，電動(dòng)機(jī)以四極運(yùn)行為低速。若將電動(dòng)機(jī)定子繞組的U2、V2、W2

三個(gè)接線端子接三相交流電源，而將另外三個(gè)接線端子U1、V1、W1連在一起如圖（b）所示，則原來三

相定子繞組的三角形接線變?yōu)殡p星形接線，此時(shí)每相繞組中的①、②線圈相互并聯(lián)，電流方向如圖（b）

中箭頭所示，于是電動(dòng)機(jī)便以兩極運(yùn)行為高速。

㈤

國2-9“2極雙逑電動(dòng)機(jī)三相定子經(jīng)免接線示意圖

圖2-23所示

的雙速電動(dòng)機(jī)控制線路采用兩個(gè)接觸器來換接電動(dòng)機(jī)的出線端以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

布置作業(yè)：2.12.32.42.8

作業(yè)

2-3

(1)、常閉接在了自己的回路。

(3)反轉(zhuǎn)自鎖觸點(diǎn)短接了停止按鈕

a

KM2

KM2

2-6

KM1KM3KM2KM4

1f23—42—>14―3

問題分析：

本線路在原位（Ml電機(jī)在1、M2電機(jī)在3）停車后，或Ml電機(jī)在1到2之間,M2電機(jī)在3

時(shí)停電（SQ3被壓常閉斷開，SQ1、SQ2、SQ4都釋放狀態(tài)，三個(gè)常開都斷開）要重新啟動(dòng)時(shí)需再按下啟

動(dòng)按鈕SB2方可。

但在其他地方停電后再來電時(shí)都會(huì)自行啟動(dòng)。

例如

1、M2電機(jī)在3到4之間Ml電機(jī)在2時(shí)停電（SQ2被壓常開閉合，SQ1>SQ3、SQ4都釋放狀態(tài)，三個(gè)

常閉都閉合，來電后KM3得電啟動(dòng)），

2、Ml電機(jī)在2到1之間、M2電機(jī)在4時(shí)停電（SQ4被壓常開閉合，SQLSQ2、SQ3都釋放狀態(tài)，三

個(gè)常閉都閉合，來電后KM2得電啟動(dòng)），

3、M2電機(jī)在4到3之間、Ml電機(jī)在1時(shí)停電（SQ1被壓常開閉合，SQ4、SQ2、SQ3都釋放狀態(tài)，三

個(gè)常閉都閉合，來電后KM4得電啟動(dòng)）。

4、Ml電機(jī)在2、M2電機(jī)在3（SQ2、SQ3被壓常開閉合，SQ1、SQ4都釋放狀態(tài)，三個(gè)常閉都閉合）

5、Ml電機(jī)在2、M2電機(jī)在4（SQ2、SQ4被壓常開閉合，SQ1>SQ3都釋放狀態(tài)，三個(gè)常閉都閉合）

6、Ml電機(jī)在1、M2電機(jī)在4（SQ1、SQ4被壓常開閉合，SQ2、SQ3都釋放狀態(tài)，三個(gè)常閉都閉合）

而且停止按鈕失去作用。

FU

KAKM1KM3KM2KM4

1—23—42-14.3

2-7

FU

2-8

問題分析：

KA的作用使得小車在任何地方（包括延時(shí)期間）都可停車。另外按鈕可選用一個(gè)有兩個(gè)常開的來節(jié)省一

個(gè)按鈕。

FU

KAKM1KTKM2

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機(jī)械1、208數(shù)控

章節(jié)課題：第三章典型機(jī)床電氣控制電路的分析

學(xué)時(shí)：

教學(xué)目的：掌握C650臥式車床、X62W萬能銃的電氣控制電路及工作原理

教學(xué)重點(diǎn)：C650臥式車床電氣控制電路

教學(xué)難點(diǎn)：X62W萬能銃的電氣控制電路

教學(xué)方法：課堂講授，輔以多媒體電子課件

教學(xué)效果:

教學(xué)過程

第三章典型機(jī)床電氣控制電路的分析

第一節(jié)電氣控制電路的分析基礎(chǔ)

一、電氣控制系統(tǒng)分析的內(nèi)容

1.設(shè)備說明書

2.電氣控制原理圖

3.電氣設(shè)備的總裝接線圖

4.電器元件布置圖與接線圖

二、電氣原理圖閱讀分析的方法與步驟

1.分析主電路

2.分析控制電路

3.分析輔助電路

4.分析聯(lián)鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)

5.總體檢查

第二節(jié)C650臥式車床的電氣控制電路

巨卜式車床是機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的一種，它可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面及螺紋。

一、C650臥式車床的主要結(jié)構(gòu)

C650臥式車床屬于中型車床，可加工的最大工件回轉(zhuǎn)直徑為1020mm,最大工件長度為3000mm,

機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式如圖3」所示，由主軸變速箱、掛輪箱、進(jìn)給箱、溜板箱、尾座、滑板與刀架、光杠

與絲杠等部件組成。

二、C650臥式車床的電力拖動(dòng)形式及控制要求

I、車削加工近似于恒功率負(fù)載，主軸電動(dòng)機(jī)Ml通常選用籠型異步電動(dòng)機(jī)，完成主軸主運(yùn)動(dòng)和刀具

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。

2、車削螺紋時(shí)，刀架移動(dòng)與主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間必須保持準(zhǔn)確的比例關(guān)系，因此，車床主軸運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給

運(yùn)動(dòng)只由一臺電動(dòng)機(jī)Ml拖動(dòng)，刀架移動(dòng)由主軸箱通過機(jī)械傳動(dòng)鏈來實(shí)現(xiàn)。車削螺紋時(shí)，要求反轉(zhuǎn)

退刀，所以主軸電動(dòng)機(jī)Ml應(yīng)正反轉(zhuǎn)。

3、為了提高生產(chǎn)效率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，拖板的快速移動(dòng)由電動(dòng)機(jī)M3單獨(dú)拖動(dòng)。根據(jù)使用需要，

可隨時(shí)手動(dòng)控制啟停（點(diǎn)動(dòng)）。

4、車削加工中，為防止刀具和工件的溫度過高、延長刀具使用壽命、提高加工質(zhì)量，車床附有一臺單

方向旋轉(zhuǎn)的冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2,與主軸電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)順序啟停，也可單獨(dú)操作。

5、必要的保護(hù)環(huán)節(jié)、連鎖環(huán)節(jié)、照明和信號電路。

■三種運(yùn)動(dòng)

■主運(yùn)動(dòng)主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

■進(jìn)給運(yùn)動(dòng)溜刀板帶著刀架的直線運(yùn)動(dòng)

■輔助運(yùn)動(dòng)刀架的快速直線移動(dòng)

三、C650臥式車床的電氣控制電路

1.主電路

■主軸電機(jī)Ml：

（1）電源開關(guān)采用旋轉(zhuǎn)開關(guān)、電機(jī)外殼應(yīng)有可靠的保護(hù)接地、主軸電機(jī)工作時(shí)冷卻泵才能工作、正反

轉(zhuǎn)控制KM1、KM2o

（2）電流互感器TA防止起動(dòng)時(shí)沖擊電流，起動(dòng)時(shí)將電流表暫時(shí)短接。

13）點(diǎn)動(dòng)時(shí)以KM3控制R接入和切除。

：4）速度繼電器與電動(dòng)機(jī)同軸連接，完成制動(dòng)。

■冷卻泵電機(jī)M2：KM4控制單向運(yùn)行，長動(dòng)。

■快速移動(dòng)電機(jī)M3：KM5控制單向運(yùn)行，手動(dòng)控制。

三、控制電路分析

1、Ml電動(dòng)機(jī)電路（KM1、KM2、KM3、TA）

；1）主軸電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)（圖3?3）

按下SB2-KMI通電一KM1主觸點(diǎn)閉合-*Ml串電阻降壓啟動(dòng)、低速運(yùn)轉(zhuǎn)

松開SB2-KM1失電一KM1主觸點(diǎn)斷開一Ml停止

：2）主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)控制線路（圖3-4）SB3為雙常開觸點(diǎn)按鈕

按下SB37KM3通電5KM3主觸點(diǎn)閉合一切除R

、KM3輔助點(diǎn)閉合一KA通叫二KA常開（5-10）閉合一KM3自鎖

fA常開（9-6）閉合一?

=>KM1通電!~~

SB3未松開一」一

IKT通電一KT觸點(diǎn)延時(shí)打開一電流表A接入

寸r-K…Mi主助觸點(diǎn)閉點(diǎn)合閉合?自鎖

——>Ml全壓正向啟動(dòng)運(yùn)行。

松開SB3,由于KA使得KM1、KM3可繼續(xù)通電。

提問：KT的作用（短接電流表，避免起動(dòng)沖擊）

：3）主軸電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制線路（圖3-4）與正轉(zhuǎn)工作相同，僅以SB4按狙起動(dòng)。

：4）主軸電動(dòng)機(jī)制動(dòng)電路

按下SBl-KMl、KM3、KA、KT失電一觸點(diǎn)恢復(fù)常態(tài)

松開SB1-KA（常閉）與KS2-1接通KM2一反接制動(dòng)一速度下降一KS2-1復(fù)位一KM2斷電一制動(dòng)結(jié)

束。

反向制動(dòng)與正向過程相同。

2、冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制線路

M2電動(dòng)機(jī)由SB5（停止）、SB6（啟動(dòng)）、KM4常開組成自鎖回路，控制KM4的通斷，實(shí)現(xiàn)M2的控

制。

3、刀架電動(dòng)機(jī)的快移控制線路

手動(dòng)手柄壓動(dòng)SQ,接通KM5實(shí)現(xiàn)M3驅(qū)動(dòng)溜板帶動(dòng)刀架快速移動(dòng)。

第三節(jié)X62W型萬能銃床的電氣控制

一、主要結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)形式

X62W臥式萬能銃床具有主軸轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍寬、操作方便、工作臺能自動(dòng)循環(huán)加工等特點(diǎn)，主要

由底座、床身、懸梁、刀桿支架、工作臺、溜板和升降臺等部分組成。

X62W萬能銃床的運(yùn)動(dòng)方式有：

主運(yùn)動(dòng)：銃刀的旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工作臺的上、下、左、右、前、后運(yùn)動(dòng)。

輔助運(yùn)動(dòng)：工作臺在六個(gè)方向上的快速運(yùn)動(dòng)。

二、電氣控制線路分析

1.主電路分析

主電路有三臺電動(dòng)機(jī)，其中Ml為主軸電動(dòng)機(jī)，M2為工作臺進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，M3為冷卻泵電動(dòng)機(jī)。QS

為電源開關(guān)，各電動(dòng)機(jī)的控制過程分別是：

主軸電動(dòng)機(jī)由接觸器KM3控制，Ml旋轉(zhuǎn)方向由組合開關(guān)SA5預(yù)先選擇。Ml的起動(dòng)、停止的控制

可在兩地操作，采用串電阻反接制動(dòng)。通過機(jī)械機(jī)構(gòu)和接觸器KM2進(jìn)行變速?zèng)_動(dòng)控制。

工作臺進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM4、KM5控制，并由接觸器KM6控制快速電磁鐵，決定工作臺

移動(dòng)速度，KM6接通為快速，斷開為慢速。正反轉(zhuǎn)接觸器KM4、KM5是由兩個(gè)機(jī)械操作手柄控制的。

一個(gè)是縱向操作手柄，另一個(gè)是垂直與橫向操作手柄。這兩個(gè)機(jī)械操作手柄各有兩套，分設(shè)在銃床工作臺

正面與側(cè)面，實(shí)現(xiàn)兩地操作。

冷卻泵電動(dòng)機(jī)由接觸器KM1控制，單方向運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.控制電路分析

控制電路電壓為127V,由控制變壓器TC供給。

(1)主電動(dòng)機(jī)的控制線路

①主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制

合上QS、

SA5預(yù)先選擇轉(zhuǎn)向=>KM3得電并自鎖一KM3主觸點(diǎn)閉合一小不帶電阻啟動(dòng)

主軸變速?zèng)_動(dòng)行程開關(guān)SQ7不受壓

按下SB1(SB2)J

②主電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

按下SB3(SB4)「一KM3失電一KM3主觸點(diǎn)、常開輔助觸點(diǎn)斷開

--KS其一觸點(diǎn)閉合一KM2得電并自鎖一Ml帶電阻反接制動(dòng)速度下g

(=>KS觸點(diǎn)斷開fMl斷電

③主軸變速控制

將主軸變速手柄壓下，使其從第一道槽拔出，拉向第二道槽—其間凸輪通過彈簧桿碰撞主軸變速?zèng)_動(dòng)行

程開關(guān)SQ7「一SQ7-2分?jǐn)嘁籏M3失電一KM3主觸點(diǎn)、常開輔助觸點(diǎn)斷開

一―SQ7-1閉合一KM2得電一Ml帶電阻反接制動(dòng)速度很快下降(若變速前電機(jī)停轉(zhuǎn)，則

此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)一下)一選好速度一將主軸變速手柄推回原位時(shí)凸輪通過彈簧桿又碰撞主軸變速?zèng)_動(dòng)行程開

關(guān)SQ7一下一SQ7T閉合一KM2又得電一Ml帶電阻低速反轉(zhuǎn)一下，利于變速后齒輪嚙合。

(2)工作臺進(jìn)給控制(圖3-8)

①工作臺的左右（縱向）運(yùn)動(dòng)

控制過程如下：

「合上縱向進(jìn)給機(jī)械離合器，

手柄扳向右，

I壓下SQ1（SQ1-2分?jǐn)唷Q1-1閉合）-KM4+—M2正轉(zhuǎn)一工作臺右移.

「臺上縱向進(jìn)給機(jī)械離合器/

手柄扳向左

〔壓下SQ2（SQ2-2分?jǐn)?、SQ2-1閉合）-KM5+

M2反轉(zhuǎn)f工作臺左移

②工作臺前后（橫向）和上下《升降）進(jìn)給控制。

「合上垂直進(jìn)給機(jī)械離合器/

手柄扳向上J

I壓下SQ4fKM5+fM2反轉(zhuǎn)f工作臺向上運(yùn)動(dòng)."

r合上橫向進(jìn)給機(jī)械離合器?

手柄扳向前J

I壓下SQ3-KM4+-M2正轉(zhuǎn)f工作臺向前運(yùn)動(dòng).

③工作臺的快速移動(dòng)

@進(jìn)給變速時(shí)“沖動(dòng)”控制

3.圓工作臺進(jìn)給控制

為加工螺旋槽、弧形槽等，X62W型萬能銃床附有圓形工作臺及其傳動(dòng)鞏構(gòu)。

(4)冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制

由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3控制接觸器KM1來控制冷泵電動(dòng)機(jī)M3的起動(dòng)與停止.

4.聯(lián)鎖與保護(hù)

(1)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)劭的順序聯(lián)鎖

(2)工作臺各運(yùn)動(dòng)方向的聯(lián)鎖

(3)長工作臺與圓工作臺間的聯(lián)鎖

(4)保護(hù)環(huán)節(jié)

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機(jī)械1、208數(shù)控

章節(jié)課題：第四章電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝

學(xué)時(shí)：

教學(xué)目的：掌握電氣控制電路設(shè)計(jì)步驟及方法。了解內(nèi)容電氣控制電路設(shè)計(jì)原

則、內(nèi)容。

教學(xué)重點(diǎn)：電氣控制電路設(shè)計(jì)步驟及方法

教學(xué)難點(diǎn)：電氣控制電路設(shè)計(jì)步驟及方法

教學(xué)方法：課堂講授，輔以多媒體電子課件

教學(xué)效果:

教學(xué)過程

第一節(jié)電氣控制電路設(shè)計(jì)的一般原則和程序

一、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和原則

（-）電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

（二）電力拖動(dòng)方案確定的原則

1.無電氣調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械

2.要求電氣調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械

3.電動(dòng)機(jī)調(diào)速性質(zhì)的確定

（三）控制方案確定的原則

二、電氣控制電路設(shè)計(jì)方法

（-）控制電路設(shè)計(jì)要求

（二）控制電路設(shè)計(jì)方法

1.主電路設(shè)計(jì)2.控制電路設(shè)計(jì)3.聯(lián)鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)4.電路的完善

（三）控制電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

三、電氣控制電路設(shè)計(jì)中元器件的選擇

（一）電動(dòng)機(jī)的選擇

1.電動(dòng)機(jī)功率的選擇

2.電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇

3.電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇

4.電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)型式的選擇

5.籠型異步電動(dòng)機(jī)有關(guān)電阻的計(jì)算

（二）常用低壓電器的選擇

1.接觸器的選用

2.繼電器的選擇

3.熔斷器的選擇

4.其他電器的選擇

四、電氣控制系統(tǒng)中的保護(hù)環(huán)節(jié)

（一）短路保護(hù)

（二）過電流保護(hù)

（三）過載保護(hù)

（四）失電壓保護(hù)

（五）欠電壓保護(hù)

第二節(jié)電力拖動(dòng)方案的確定和電動(dòng)機(jī)的選擇

第三節(jié)電氣控制電路原理圖設(shè)計(jì)的一般要求

4、電動(dòng)機(jī)控制的保護(hù)環(huán)節(jié)

電氣控制系統(tǒng)除了要能滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求外，還應(yīng)保證設(shè)備長期安全、可靠、無故障地運(yùn)行，

因此保護(hù)環(huán)節(jié)是所有電氣控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，用來保護(hù)電動(dòng)機(jī)、電網(wǎng)、電氣控制設(shè)備及人身安

全。

電氣控制系統(tǒng)中常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有短路保護(hù)、過載保護(hù)、零壓、欠壓保護(hù)及弱磁保護(hù)。

4.1短路保護(hù)

電機(jī)、電器以及導(dǎo)線的絕緣損壞或線路發(fā)生故障時(shí)，都可能造成短路事故。短路電流可能使電器設(shè)備損壞,

因此要求一旦發(fā)生短路故障時(shí)，控制線路能迅速切斷電源。常用的短路保護(hù)元件有熔斷器和自動(dòng)開關(guān)。

由于熔斷器價(jià)格便宜，斷弧能力強(qiáng)，所以一般電路幾乎無例外地用它作短路保護(hù)。但是熔體的品質(zhì)、老化

及環(huán)境溫度等因素對其動(dòng)作值影響很大。用其保護(hù)電動(dòng)機(jī)時(shí)，可能只有一相熔體燒斷而造成電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)

行，用自動(dòng)開關(guān)作短路保護(hù)則能克服這些缺陷。當(dāng)出現(xiàn)短路時(shí)，其電流線圈動(dòng)作，將整個(gè)開關(guān)跳開，三相

電源同時(shí)被切斷。自動(dòng)開關(guān)還兼有過載保護(hù)和欠壓保護(hù)，不過其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格貴，不宜頻繁操作，一般

用在要求高的場合。

電動(dòng)機(jī)不正確地起動(dòng)或負(fù)載轉(zhuǎn)矩劇烈增加會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過電流運(yùn)行。一般情況下這種過電流比短路電流

小，但比電動(dòng)機(jī)額定電流卻大得多。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生過電流比發(fā)生短路的可能性更大，尤其是在

頻繁正反轉(zhuǎn)起動(dòng)的重復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)中更是如此。過電流的危害雖沒有短路那么嚴(yán)重，但同樣會(huì)造

成電動(dòng)機(jī)的損壞。

原則上，短路保護(hù)所用元件可以用作過電流保護(hù)，不過斷弧能力可以要求低些，完全可以利用控制電動(dòng)機(jī)

的接觸器來斷開過電流，因此常用瞬時(shí)動(dòng)作的過電流繼電器與接觸器配合起來作過電流保護(hù)，過電流繼電

器作為測量元件，接觸器作為執(zhí)行元件斷開電路。

由于籠型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流很大，如果要使起動(dòng)時(shí)過電流保護(hù)元件不動(dòng)作，其整定值就要大于起動(dòng)電流，那

么一般的過電流就無法使之動(dòng)作了。所以過電流保護(hù)一般只用在直流電動(dòng)機(jī)和繞線式異步電動(dòng)機(jī)上。整定

過電流動(dòng)作值一般為起動(dòng)電流的1.2倍。

4.3過載保護(hù)

電動(dòng)機(jī)長期超載運(yùn)行，繞組溫升將超過其允許值，造成絕緣材料變脆，壽命減少，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電機(jī)損壞。

過載電流越大，達(dá)到允許溫升的時(shí)間就越短。常用的過載保護(hù)元件是熱繼電器。

由于熱慣性的原因，熱繼電器不會(huì)受電動(dòng)機(jī)短時(shí)過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時(shí)動(dòng)作，所以在使用

熱繼電器作過載保護(hù)的同時(shí)，還必須設(shè)有短路保護(hù)，選作短路保護(hù)的熔斷器熔體的額定電流不應(yīng)超過4倍

熱繼電器發(fā)熱元件的額定電流。

必須強(qiáng)調(diào)指出，短路、過電流、過載保護(hù)雖然都是電流保護(hù)，但由于故障電流的動(dòng)作值、保護(hù)特性和保護(hù)

要求以及使用元件的不同，它們之間是不能相互取代的。

4.4零電壓和欠電壓保護(hù)

在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，如果電源電壓因某種原因消失，那么在電源電壓恢復(fù)時(shí)，如果電動(dòng)機(jī)自行起動(dòng)，將可能

使生產(chǎn)設(shè)備損壞，也可能造成人身事故。對供電系統(tǒng)的電網(wǎng)來說，同時(shí)有許多電動(dòng)機(jī)及其它用電設(shè)備自行

起動(dòng)也會(huì)引起不允許的過電流及瞬間網(wǎng)絡(luò)電壓下降。為了防止電網(wǎng)失電后恢復(fù)供電時(shí)電動(dòng)機(jī)自行起動(dòng)的保

護(hù)叫做零電壓保護(hù)。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電源電壓過分地降低將引起一些電器釋放，造成控制線路工作不正常，甚至產(chǎn)生事故。

電網(wǎng)電壓過低，如果電動(dòng)機(jī)負(fù)載不變，由于三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的二次方成正比，則會(huì)因電

磁轉(zhuǎn)矩的降低而帶不動(dòng)負(fù)載，造成電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)停車，電動(dòng)機(jī)電流增大使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)燒壞電動(dòng)機(jī)。

因此，在電源電壓降到允許值以下時(shí)，需要采用保護(hù)措施，及時(shí)切斷電源，這就是欠電壓保護(hù)。通常是采

用欠電壓繼電器，或設(shè)置專門的零電壓繼電器來實(shí)現(xiàn)。

在控制線路的主電路和控制電路由同一個(gè)電源供電時(shí)，具有電氣自鎖的接觸器兼有欠電壓和零電壓保護(hù)作

用。若因故障電網(wǎng)電壓下降到允許值以下時(shí)，接觸器線圈也釋放，從而切斷電動(dòng)機(jī)電源：當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)

時(shí)，由于自鎖已解除，電動(dòng)機(jī)也不會(huì)再自行起動(dòng)。

欠壓繼電器的線圈直接跨接在定子的兩相電源線上，其常開觸頭串接在控制電動(dòng)機(jī)的接觸器線圈電路中。

自動(dòng)開關(guān)中的欠壓脫扣亦可作為欠壓保護(hù)。主令控制器的零位操作是零壓保手的典型環(huán)節(jié)。

圖275是電動(dòng)機(jī)常用保護(hù)線路。

*

V0IVoI

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UlJ

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圖中各電器元件所起的保護(hù)作用分別為：

短路保護(hù)熔斷器FU1；

過載保護(hù)一熱繼電器FR；

過流保護(hù)一過電流繼電器KI1，KI2；

零壓保護(hù)一中間繼電器KA；

欠壓保護(hù)一欠電壓繼電器KV；

聯(lián)鎖保護(hù)一接觸器KM1和KM2互鎖。

4.5弱磁保護(hù)

直流電動(dòng)機(jī)在磁場有一定強(qiáng)度情況下才能起動(dòng)，如果磁場太弱，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流就會(huì)很大；直流電動(dòng)機(jī)

正在運(yùn)行時(shí)磁場突然減弱或消失，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)迅速升高，甚至發(fā)生“飛車”，因此需要采取弱磁保護(hù)。

弱磁保護(hù)是通過在電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路串入欠電流繼電器來實(shí)現(xiàn)的。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，如果勵(lì)磁電流消失或降

低太多，欠電流繼電器就會(huì)釋放，其觸頭切斷主回路接觸器線圈電路，使電動(dòng)機(jī)斷電停車。

除上述幾種保護(hù)外，控制系統(tǒng)中還可能有其它各種保護(hù)，如聯(lián)鎖保護(hù)、行程俁護(hù)、油壓保護(hù)、溫度保護(hù)等。

只要在控制電路中串接上能反映這些參數(shù)的控制電器的常開觸頭或常閉觸頭，就可實(shí)現(xiàn)有關(guān)保護(hù)。

第四節(jié)電氣控制電路原理圖的設(shè)計(jì)方法和實(shí)例

第五節(jié)常用電器元件的選擇

第六節(jié)電氣控制系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)

第七節(jié)電氣控制系統(tǒng)的安裝于調(diào)試

第八節(jié)電氣控制電路設(shè)計(jì)舉例

設(shè)計(jì)CW6163型臥式車床的電氣控制電路。

一、機(jī)床電氣傳動(dòng)的特點(diǎn)及控制要求

二、電氣控制電路設(shè)計(jì)

1.主回路設(shè)計(jì)

2.控制電路設(shè)計(jì)

3.信號指示與照明電路

5.繪制電氣原理圖

4.控制電路電源

三、選擇電氣元件

四、制定電氣元件明細(xì)表

五、繪制電氣安裝接線圖

電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)容

一、設(shè)計(jì)說明書

設(shè)計(jì)說明書在三個(gè)階段各不相同。

（一）方案設(shè)計(jì)階段

（二）初步設(shè)計(jì)階段

（三）施工圖設(shè)計(jì)階段

二、設(shè)計(jì)計(jì)算書

三、設(shè)計(jì)圖樣

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機(jī)械1、208數(shù)控

章節(jié)課題：第五章可編程序控制器概論

學(xué)時(shí)：

教學(xué)目的：

【掌握內(nèi)容】

1.可編程序控制器的定義及其特點(diǎn)

2.可編程序控制器的工作原理及工作過程

3.可編程序控制器的硬件及分類、軟件及其工作原理

【了解內(nèi)容】

1.可編程序控制器的英文縮寫及發(fā)展過程。

2.可編程序控制器的分類。

教學(xué)重點(diǎn)：可編程序控制器的定義及其特點(diǎn)、工作原理及工作過程

教學(xué)難點(diǎn)：可編程序控制器的工作原理及工作過程

教學(xué)方法：課堂講授，輔以多媒體電子課件、實(shí)訓(xùn)臺

教學(xué)效果:

教學(xué)過程

第五章可編程序控制器概論

第一節(jié)可編程序控制器的產(chǎn)生、發(fā)展及特點(diǎn)

一、可編程序控制器的定義

可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程

序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過

數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按

易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。

二、可編程序控制器的產(chǎn)生、發(fā)展美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)GM公司招標(biāo)的技術(shù)要求，于1969

年研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得成功。其后，

日本、德國等相繼引入這項(xiàng)新技術(shù)，可編程序控制器由此而迅速發(fā)展起來。

2Q世紀(jì)80年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器為核

心的可編程序控制器得到迅速發(fā)展。這時(shí)的PLC具有了高速計(jì)數(shù)、中斷技術(shù)、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通

信等功能，從而使PLC的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱(PLC、

工業(yè)機(jī)器人和CAD/CAM)之一c

三、可編程序控制器的特點(diǎn)

1).可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

2).通用性強(qiáng)，使用方便

3).采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便

G.編程語言簡單、易學(xué)，便于掌握

5).系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短

6).對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)

7).安裝簡單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小

四、可編程序控制器的分類

(1)按應(yīng)用規(guī)模和功能分類：小型機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)256點(diǎn)以下，存儲容量2K步

中型機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)256—2048點(diǎn)，存儲容量2K—8K步

大型機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)2048點(diǎn)以上，存儲容量8K步以上

(2)按硬件結(jié)構(gòu)類型分類：

整體式結(jié)構(gòu)

模塊式結(jié)構(gòu)

五、可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域

可編程序控制器按應(yīng)用形式歸納為以下幾種類型：

(1)邏輯控制

(2)過程控制

(3)運(yùn)動(dòng)控制

(4)通信和聯(lián)網(wǎng)

第二節(jié)PLC的基本結(jié)構(gòu)

一、中央處理單元（CPU）

二、存儲器：包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。

1、系統(tǒng)存儲器存放系統(tǒng)管理程序。

2、用戶存儲器存放用戶編制的控制程序。

三、輸入輸出單元（I/O）：是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。輸入部件是開關(guān)、按鈕、

傳感器等。輸出部件是電磁閥、接觸器、繼電器。

1）輸入接口電路

分為直流輸入、交流輸入和交直流輸入型

2）輸出接口電路

?繼電器輸出**交直流

?晶體管輸出直流

?晶閘管輸出交流

四、電源

一般市電（220）

直流24V

PLC有24V（DC直流）輸出。

五、編程器

六、外部設(shè)備接口

七、I/O擴(kuò)展接口

第三節(jié)可編程序控制器工作原理

一、PLC的基本控制原理

PLC可以分為輸入部分、邏輯部分和輸出部分組成

輸入部分：它收集并保存被控對象實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)和信息。例如I,它收集來自被控制對象上的各種開

關(guān)信息或操作臺上的操作命令等。

邏輯部分：處理輸入部分所取得的信息，并按照被控對象實(shí)際的動(dòng)作要求作出反映。

輸出部分：提供正在被控制的許多裝置中，哪幾個(gè)設(shè)備需要實(shí)時(shí)操作處理。

PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，循環(huán)掃描的工作方式是PLC的一大特點(diǎn)，也可以說PLC是“串行”

工作的，這和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別，PLC的串行工作方式避免了繼電器控制系

統(tǒng)中觸點(diǎn)競爭和時(shí)序失配的問題。全過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。當(dāng)處于RUN狀態(tài)時(shí)，上

述掃描周期不斷循環(huán)掃描過程。

PLC掃描工作過程

（1）.輸入處理階段

（2）.程序執(zhí)行階段

（3）.輸出處理階段

二、輸入/輸出滯后時(shí)間

輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指PLC的外部輸入信號發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸

出信號發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式

產(chǎn)生的滯后時(shí)間這三部分組成。

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機(jī)械1、208數(shù)控

章節(jié)課題：第六章可編程序控制器的編程語言及指令系統(tǒng)

學(xué)時(shí)：

教學(xué)目的：1.掌握可編程序控制器的編程語言