機床電氣控制系統(tǒng)設計

1、1,機床電氣控制技術,鄭州大學機械工程學院,第五章 機床電氣控制系統(tǒng)設計,2,第五章 目 錄,5.1 機床電氣設計基本內(nèi)容 5.2 電氣控制線路原理圖設計 5.3 電氣控制工藝設計 5.4 組合電氣控制設計實例,3,1. 了解機床電氣控制系統(tǒng)設計過程 2. 掌握較簡單設備電氣控制系統(tǒng)設計方法。,主要要求,4,1. 機床電氣控制系統(tǒng)的原理圖設計 2. 機床電氣控制系統(tǒng)工藝圖設計,重點難點,5.1 機床電氣設計基本內(nèi)容,機床：機械系統(tǒng)、電氣控制。 機床工作的可靠性在很大程度上取決于電氣控制系統(tǒng)的可靠性。 電氣控制設計：電氣原理圖、工藝設計。,5,5.1.1 機床電氣設計基本要求,（1）熟悉電氣線路

2、的總體技術要求及工作過程，取得電氣設計的基本依據(jù)，最大限度地滿足機床和生產(chǎn)工藝對電氣控制的要求。 （2）設計方案簡單、經(jīng)濟、合理，不要盲目追求自動化和高指標。 （3）正確、合理地選用電器元件，確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。 （4）設備能力要留有適當裕量，以利改進。 （5）設計中要貫徹最新的國家標準。,6,5.1.2 機床電氣設計內(nèi)容和步驟,1、電氣原理設計 設計內(nèi)容： （1）擬定電氣設計任務書； （2）機床電氣傳動方案的確定； （3）電機的選擇； （4）電氣控制方案的確定及控制方式的選擇； （5）電氣系統(tǒng)元器件選擇； （6）編寫系統(tǒng)參數(shù)計算說明書； （7）繪制電氣原理圖(總圖及分圖)； （8）編

3、制電動機和電氣元件器件明細表。,7,2、電氣工藝設計,工藝設計主要內(nèi)容： （1）據(jù)電氣原理圖及選定電氣元件，設計并繪制總裝配圖及總接線圖。 （2）按照原理圖上劃分的組件，設計組件（如：電氣柜、操作臺或按鈕盒）裝配圖（電器元件布置圖與安裝圖）、電氣接線圖，圖中反映組件中各電氣元件的安裝方式與接線方式。 （3）根據(jù)組件裝配要求，繪制電器安裝板和非標準電器的安裝零件圖紙，標明技術要求。這些圖紙是組件加工和外協(xié)加工所必須的技術資料。,8,5.1 機床電氣設計基本內(nèi)容,（4）設計控制柜：根據(jù)組件尺寸及安裝要求確定控制柜結構與外形尺寸，設置安裝支架，標明安裝尺寸、面板安裝方式、各器件的連接方式、通風散熱及

4、開門方式。在控制柜設計中，應注意操作維護方便與造型美觀。 （5）根據(jù)原理圖、總裝配圖以及各組件相關圖紙等資料，對所有器件及耗材進行匯總。分別列出外購件清單、標準件清單及主要材料消耗定額。這些是電氣工藝生產(chǎn)管理（如采購、調(diào)度、配料等）和成本核算所必須具備的技術資料。 （6）編寫使用維護說明書。,9,5.1.3 機床電氣設計技術條件,技術條件設計任務書： （1）用戶供電電網(wǎng)的種類、電壓、頻率及容量； （2）控制精度，生產(chǎn)效率要求； （3）機械設備傳動的基本特性是采用電氣傳動、液壓傳動還是氣壓傳動，有哪些運動部件，其負載特性、調(diào)速指標如何，電動機的啟動、反向和制動有什么要求等； （4）機械設備電氣控

5、制的基本特性，即電氣控制系統(tǒng)的類型是采用繼電器-接觸器控制系統(tǒng)、可編程序控制器控制系統(tǒng)還是數(shù)字控制系統(tǒng)；,10,（5）有關控制系統(tǒng)操作的其他要求，如操作面板的布置，有否電壓和電流檢測、工況顯示、故障報警及照明等要求； （6）機床主要電氣設備(包括電動機、帶有電動機和電磁閥的液壓站、執(zhí)行電器和行程開關等)的參數(shù)及布置草圖。,11,5.1.4 機床電氣傳動方案確定,1、電氣傳動方式：單機驅動、多機驅動 2、調(diào)速方案： （1）重型或大型設備主運動及進給運動盡可能采用無級調(diào)速，以簡化機械結構，縮小齒輪箱體積，降低制造成本，提高機床利用率； （2）精密機械設備應采用電氣無級調(diào)速方案，且交流調(diào)速系統(tǒng)的應用

6、日益增多； （3）一般中小型設備如無特殊要求時，多采用三相鼠籠式異步電動機，配以適當級數(shù)的齒輪變速箱。,12,3、負載特性：恒轉矩傳動、恒功率傳動 恒功率傳動雙速鼠籠式異步電動機，當定子繞組由三角形連接改接成雙星形連接時，轉速增加一倍，功率卻增加很少；他激直流電動機的調(diào)磁調(diào)速； 恒轉矩傳動雙速鼠籠式異步電動機，對于低速為星形連接的雙速電機改接成雙星形后，轉速和功率都增加一倍，而電動機所輸出的轉矩卻保持不變；他激直流電動機調(diào)壓調(diào)速 恒轉矩調(diào)速屬于恒功率調(diào)速,13,5.1 機床電氣設計基本內(nèi)容,4、啟動、制動、正反轉，只要允許均應由電機完成 ： 主運動可用任何一種啟動方式； 輔助運動可用高啟動轉矩

7、的電動機，或提高啟動轉矩（如繞線式異步電動機轉子串接對稱電阻的啟動）；對于電網(wǎng)容量不大而啟動電流較大的電動機，一定要限制啟動電流（定子電路串入電阻或電抗，星三角啟動和延邊三角形啟動，使用自耦變壓器降壓啟動） 啟動頻繁須限制電動機啟動或制動電流，選擇電動機合適類型電機（反饋控制系統(tǒng)、步進電機系統(tǒng)、變頻調(diào)整系統(tǒng)） 5、結構要求：應與機械結構的要求相匹配。應用凸緣或內(nèi)連式電動機可以在一定程度上改善機械結構；特殊條件下可用防護式、封閉式、防腐式甚至是防爆式,14,5.1.5 機床執(zhí)行元件的選擇,執(zhí)行元件是機床系統(tǒng)的機械運行機構與控制電路的聯(lián)接部位的能量轉換元件，能將各種形式的能量轉換為機械能 執(zhí)行元件

8、：電動式、液動式和氣動式:電動式執(zhí)行元件因操作方便、無污染、易控制等優(yōu)點，應用最為廣泛；在大功率設備中，液動式元件才被采用，能彌補電動器件功率不足的缺點,15,圖5-1 執(zhí)行元件的種類,表5-1 執(zhí)行元件的特點和優(yōu)缺點,17,1、電動機選擇的基本原則,（1）機械特性應與負載特性相適應，以保證生產(chǎn)過程中運行的穩(wěn)定性并具有一定的調(diào)速范圍和良好的啟動、制動性能。 （2）結構形式應滿足安裝要求，并適應周圍環(huán)境的工作條件。 （3）容量應滿足負載和工作方式要求：恒定負載長期工作時，額定功率等于或大于負載所需要的功率；變動負載長期工作時，當負載變到最大時，電動機仍能給出所需要的功率，同時電動機的溫升不超過允

9、許值；短時工作時，應按照電動機的過載能力來選擇；重復短時工作制時，可按照電動機在一個工作循環(huán)內(nèi)平均功耗來選。,18,（4）電壓應據(jù)使用地點電源電壓確定：380V，220V。 （5）在沒有特殊要求場合，一般均采用交流電動機，僅在啟動、制動和調(diào)速不滿足要求時，才選擇直流電動機。 （6）根據(jù)生產(chǎn)機械的功率負載和轉矩負載選擇電動機的額定功率。 2、機床主傳動電動機容量選擇 （1）調(diào)查統(tǒng)計類比法：通過對機床主傳動電動機進行實測、分析，找出電動機容量與機床主要數(shù)據(jù)的關系，以這種關系作為選擇電動機容量的依據(jù)。 例：臥式車床主傳動電動機的功率： P-主傳動電動機功率(kW)，D-工件最大直徑(m)。,19,（

10、2）分析計算法 可據(jù)機械傳動的功率，可計算出所需電動機的功率： 式中P-電動機功率； P1-機械傳動軸上的功率； 1-生產(chǎn)機械效率； 2-電動機與生產(chǎn)機械之間的傳動效率。 3、機床進給電機容量： 車床和鉆床，當主運動和進給運動采用同一電動機時，只計算主運動電動機功率即可。,20,1、電氣控制方案的確定 需要綜合考慮各個控制方案的性能、設備投資、使用周期、維護檢修、發(fā)展趨勢等各方面因素。 選取原則： （1）自動化程度與國情相適應 （2）控制方案應與設備的通用化及專用化相適應 （3）控制方案隨控制過程的復雜和諧而變化 （4）控制系統(tǒng)的工作方式滿足工藝要求,21,5.1.6 機床電氣控制方案確定和控

11、制方式選擇,2、控制方式：時間控制、速度控制、電流控制和行程控制等。 一般對組合機床和自動線等的自動工作循環(huán)，為了保證加工精度而常用行程控制； 對反接制動和速度反饋環(huán)節(jié)用速度控制； 對星三角降壓啟動或多速電動機的變速控制采用時間控制； 對過載保護、電流保護等環(huán)節(jié)采用電流控制。,22,5.1.7 機床電氣元器件選擇,1、常用電氣元器件的選擇原則 （1）根據(jù)對控制元器件功能的要求，確定電氣元器件的類型。 （2）確定元器件承載能力的臨界值及使用壽命。 （3）確定元器件預期的工作環(huán)境及供應情況。 （4）確定元器件在供應時所需的可靠性等。,23,2、電氣元器件的選用 （1）各種按鈕、開關 按鈕通常是用來

12、短時接通或斷開小電流控制電路的一種主令電器； 刀開關又稱閘刀，主要用于接通和斷開長期工作設備的電源以及不經(jīng)常啟動、制動和容量小于75kW 的異步電動機。刀開關主要是根據(jù)電源種類、電壓等級、電動機容量、所需極數(shù)及使用場合來選用； 組合開關主要用于電源的引入與隔離，又叫電源隔離開關；,24, 行程開關主要用于控制運動機構行程、位置或聯(lián)鎖等； 自動開關，又稱斷路器，由于具有過載、欠壓、短路保護作用，故在電氣設計的應用中越來越多。 （2）接觸器的選擇 主要據(jù)主觸點的額定電壓、電流要求，輔助觸點的種類、數(shù)量及其額定電流，線圈電源種類，頻率與額定電壓，操作頻繁程度和負載類型等因素。 （3） 繼電器的選擇

13、電磁式繼電器的選用 1) 中間繼電器的選用：信號傳遞與轉換，擴大控制路數(shù)。主要據(jù)觸點的數(shù)量及種類確定型號，吸引線圈額定電壓,25,2) 電流、電壓繼電器：主要據(jù)是被控制或被保護對象的特性、觸點的種類、數(shù)量、控制電路的電壓、電流、負載性質(zhì)等因素，線圈電壓、電流應滿足控制線路的要求。 時間繼電器：延時方式(通電延時或斷電延時)、延時范圍、延時精度要求、外形尺寸、安裝方式、價格等因素。 熱繼電器：一般電動機都應考慮過載保護；除工作時間較短、停歇時間長的電動機，可以不設過載保護，如機床的刀架或工作臺的快速移動，橫梁升降、夾緊、放松等運動以及雖長期工作但過載可能性很小的電動機，如排風扇等。,26,如遇到

14、下列情況，選擇的熱繼電器元件的額定電流要比電動機額定電流高一些，以便保護設備： 1) 電動機負載慣性轉矩非常大，啟動時間長。 2) 電動機所帶的設備，不允許任意停電。 3) 電動機驅動的設備負載為沖擊性負載，如沖床、剪床等設備。 （4）熔斷器的選擇： 熔斷器類型的選擇； 熔體額定電流的選擇； 熔斷器額定電壓的選擇。,27,5.2 電氣控制線路原理圖設計,1、電氣控制系統(tǒng)原理圖 應包括主電路、控制電路(含全自動、半自動和手動控制電路、輔助電路，如保護電路、變壓整流電路、照明電路等)、電器元件明細表（若電器元件的種類較多，圖中列表位置不夠，也可以單獨列明細表)；如果機械設備為自動工作循環(huán)，還應該有

15、工作循環(huán)圖和工步狀態(tài)表。 2、電氣控制線路設計的基本步驟 （1）根據(jù)選定的驅動方案及控制方式設計系統(tǒng)的原理框圖，并擬定出各部分的主要技術要求和主要技術參數(shù)。,28,（2）根據(jù)各部的要求，設計出原理框圖中各個部分的具體電路。 （3）繪制總原理圖。按照系統(tǒng)框圖結構將各部分聯(lián)成一個整體。 （4）正確選用原理線路中的每一個電氣元件，并制定元器件目錄清單。,29,5.2.1 原理圖設計的一般原則,1、應最大限度地實現(xiàn)生產(chǎn)機械和工藝的要求 2、控制線路應簡單經(jīng)濟 （1）控制線路應標準。 （2）盡量減少電器的數(shù)量，采用標準件，并盡可能選用相同型號的電器元件。,30,（3）控制線路應簡短。,（4）減少不必要的

16、觸點以簡化線路,（4）減少不必要的觸點以簡化線路,（4）減少不必要的觸點以簡化線路,不合理 合理,35,KM1,減少觸點數(shù)量,（5）節(jié)約電能，盡量減少電器不必要的通電時間。,3、保證控制線路工作可靠和安全 （1）正確連接電器的線圈：交流電器線圈不能串聯(lián)； （2）正確聯(lián)結電器觸點：同一電器元件的常開和常閉觸點靠得很近，若分別接在電源的不同相線上，由于各相的電位不等，當觸點斷開時，會產(chǎn)生電弧形成短路。,37,觸頭合理連接,主輔觸頭的使用量不能超過限定的對數(shù)。 檢查觸頭容量是否滿足控制要求，避免使用不當而出現(xiàn)觸頭燒壞、粘滯或釋放不了的故障，要合理安排接觸器主輔觸頭的位置，避免用小容量繼電器觸點去切斷

17、大容量負載，要計算觸頭通斷電流的容量是否滿足被控負載的要求,39,（3）合理使用電器觸頭,（4）應盡量避免電器依次動作的現(xiàn)象,（5）防止出現(xiàn)寄生回路,（6）避免發(fā)生觸點“競爭”與“冒險”現(xiàn)象,43,（7）兩電感量相差懸殊的直流電壓線圈不能直接并聯(lián),（8）應考慮各種聯(lián)鎖關系：在頻繁操作的可逆運行線路中，正反向接觸器之間不僅要有電氣聯(lián)鎖，而且要有機械聯(lián)鎖。 （9）要考慮操作、使用、調(diào)試與維修的方便,44,5.2.2 控制電路電源選擇及主回路設計,1、控制電路電源選擇 應盡量減少控制線路中電壓的種類，線路中控制電源的用量、控制電壓等級應符合標準等級。 當控制電路采用控制變壓器時，變壓器的容量，可根據(jù)

18、以下兩個條件選擇。 （1）根據(jù)控制電路在最大工作負載時所需要的功率進行選擇，以保證變壓器在長期工作時不至于超過允許溫升。,45,46,（2）變壓器的容量應能保證部分已吸合的電器在啟動其他電器時，仍能可靠地保持吸合，同時又能保證將要啟動的電器也能啟動吸合。此時變壓器容量按下式計算： 上式中的PXC。應當按啟動時已經(jīng)吸合的電器進行計算。 變壓器所需容量，應由以上式Pb中所算出的最大容量決定。,47,2、主回路設計 （1）根據(jù)全壓啟動條件（見3.2.1節(jié)）確定電動機是全壓啟動還是降壓啟動。 （2）對于正反轉控制方式，應防止誤操作而引起的電源相間短路，必須在控制線路中采取互鎖保護的措施。 （3）必須注

19、意動力線路中的熔斷器保護、過載保護、過流保護及其他安全保護等元器件的選擇與設置。 （4）動力線路與控制線路應保持嚴格的對應關系。,48,5.2.3 控制電路經(jīng)驗設計法,特點：無固定程序，簡單靈活，初學者易理解掌握。對于有工作經(jīng)驗的電氣人員來說，也能較快的完成設計任務。 1、經(jīng)驗設計法的基本步驟 （1）主電路：電機啟動、點動、正反轉、制動和調(diào)速。 （2）控制電路：如何滿足電動機的各種運轉功能及生產(chǎn)工藝要求，包括基本控制線路和一些特殊控制線路的設計，以及選擇控制參量和確定控制原則。 （3）連接各單元環(huán)節(jié)：構成滿足生產(chǎn)工藝要求，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動或半自動及調(diào)整的控制電路。,49,（4）連鎖保護化設計：

20、主要考慮如何完善整個控制線路的設計，包括各種連鎖環(huán)節(jié)及短路、過載、過流、失壓等保護環(huán)節(jié) （5）線路的綜合審查：反復審查所設計的控制線路是否滿足設計原則和生產(chǎn)工藝要求。在條件允許的情況下，進行模擬實驗，直至動作準確無誤，并逐步完善整個電器控制線路的設計。,50,2、經(jīng)驗設計法的基本方法 （1）典型環(huán)節(jié)有機的組合，加以適當?shù)难a充和修改，綜合成所需要的電氣控制線路。 （2）無合適的典型環(huán)節(jié)，則可據(jù)工藝要求自行設計，邊分析邊畫圖，隨時增加所需的電器元件與觸頭，以滿足給定的工作要求。,51,3、經(jīng)驗設計法舉例龍門刨床橫梁升降控制線路,（1）橫梁升降機構的工藝要求 在龍門刨床上裝有橫梁機構，刀架裝在橫梁上

21、，由于加工工件大小不同，要求橫梁能沿立柱作上升、下降的調(diào)整移動。 在加工過程中，橫梁必須緊緊地夾在立柱上，不許松動。夾緊機構能實現(xiàn)橫梁的夾緊或放松。橫梁的上升與下降由橫梁升降電動機M1來驅動；橫梁的夾緊與放松由橫梁夾緊放松電動機M2來驅動。 在動作配合上，橫梁夾緊與橫梁移動間操作程序： 夾緊機構放松橫梁上下移動橫梁到位夾緊橫梁夾緊電機停止 橫梁的上下移動，必須設置極限位置限位保護。 正反向運動之間，以及橫梁夾緊與移動之間要有必要的聯(lián)鎖。,（2）設計步驟,主電路設計 橫梁上下移動電機M1； M1正反轉接觸器KM1、KM2； 夾緊放松M2 M2正反轉KM3、KM4據(jù)此可得主電路。,基本控制電路設計

22、,按鈕SB1和SB2橫梁升降和夾緊放松； 中間繼電器KA1和KA2升降時應夾緊；無升降時才可放松； 控制電路初步設計圖,放松,夾緊,上移,下移,上下移動,夾緊放松,放松,夾緊,上移,下移,線路存在問題分析：,按SB1KM1和KM4同時得電橫梁的上升與放松同時進行不滿足“夾緊機構先放松，橫梁后移動” ；SB2的操作也存在同樣問題； 上升或下降過程中KM4一直通電狀態(tài)使夾緊機構持續(xù)放松，這樣做是不合理的，應考慮設置檢測元件檢查橫梁放松程度，并采取相應的控制措施。 松開按鈕后，橫梁不再移動，夾緊先驅得電吸合，橫梁持續(xù)夾緊，不能自動停止。 根據(jù)這些問題，需要恰當?shù)剡x擇控制過程中的變化參量，實現(xiàn)上述自動

23、控制要求。,放松,夾緊,上移,下移,上下移動,夾緊放松,放松,夾緊,上移,下移,選擇控制參量，確定控制原則,橫梁放松時間參量或行程參量行程參量更直接，用行程開關SQ1進行檢測； 按SB1KA1通電KM4通電M2放松運動放松到一定程度壓塊壓動SQ1KM4失電(橫梁放松) ；上移動接觸器KM1得電自動上移； 既滿足“先放松，后移動”的要求，又控制了放松機構的工作狀態(tài)。橫梁向下移動的過程與此類似。,完成橫梁夾緊反映夾緊程度變換參量時間、行程和電流采用行程參量，磨損測量精度不夠時間參量不宜調(diào)整準確選擇電流參量進行控制。 夾緊力大，電流也大電流繼電器檢測橫梁的夾緊程度。 M2正轉（夾緊方向）主電路串電流

24、繼電器KI檢測電流值（KI的動作電流整定在電動機額定電流的2倍左右）其常閉觸點串接在KM3線圈回路； 夾緊橫梁過程中，夾緊電動機的電流逐漸增大，當超過電流繼電器整定值時，KI的常閉觸點斷開，KM3線圈失電，自動停止電動機工作。,連鎖保護環(huán)節(jié)設計,限位保護用高、低位行程開關SQ2和SQ3分別實現(xiàn)橫梁上、下行程的限位保護； 行程開關SQ1檢測橫梁放松情況，且還起到了橫梁移動和橫梁夾緊之間連鎖作用； KA1和KA2常閉觸點用于實現(xiàn)電動機M1和M2正反向運動的聯(lián)鎖。,圖5-13 完整的橫梁機構控制電路圖,線路的完善與校核,總體的校核:是否存在不合理、遺漏或進一步簡化，是否滿足工藝要求，觸頭是否超出了允

25、許范圍，是否會出現(xiàn)誤動作，是否保證了設備與人身安全，必要的聯(lián)鎖保護，電路工作的可靠性，照明顯示及其他輔助控制要求等。 橫梁工作過程審核（假設橫梁處于低位）： 按點動按鈕SB1升降電機M1不工作，夾緊放松電動機M2工作KM4線圈得電M2正轉橫梁放松； 橫梁放松到位SQ1被壓下發(fā)出放松到位信號M2停機（KM4線圈失電）同時M1啟動（KM1線圈得電）驅動橫梁在放松狀態(tài)上移。,橫梁移動到位松開點動按鈕SB1M1停轉（KM1線圈失電）； 橫梁放松SQ1常開觸點閉合M2反轉（KM3線圈得電）橫梁夾緊M2啟動啟動電流較大，過電流繼電器KI會動作SQ1的常開觸點閉合保證KM3線圈得電并自鎖； 橫梁繼續(xù)夾緊過程

26、中行程開關SQ1復原，為下一次放松作準備； 夾緊到一定程度過流繼電器KI常閉觸點斷開發(fā)出已夾緊信號切斷M2電源（KM3線圈失電）上升過程結束。 橫梁下降操作過程與上升操作過程類似,5.2.4 控制電路邏輯設計法,邏輯設計法就是從機床的生產(chǎn)工藝要求出發(fā)，將控制線路中的接觸器、繼電器等電器元件線圈的通電與斷電、觸頭的閉合與斷開，以及主令元件觸頭的接通與斷開等，看成是邏輯變量。 可簡化線路，充分運用電器元件得到較合理的線路。 邏輯電路：組合邏輯電路、時序邏輯電路兩種基本類型,64,組合邏輯電路的設計步驟： （1）據(jù)生產(chǎn)工藝要求，確定邏輯變量； （2）列出控制元件與執(zhí)行元件的動作狀態(tài)表，以滿足控制要求

27、； （3）寫出執(zhí)行元件的邏輯表達式； （4）簡化邏輯表達式； （5）繪制控制線路。,65,1、組合邏輯電路設計,例,設計要求： 某電機只有在繼電器KA1、KA2、KA3中任何一個或兩個動作時才能運轉，而在其他條件下都不運轉，試設計其控制線路。 設計過程： （1）確定邏輯變量 輸入邏輯變量：KA1、KA2、KA3； 輸出邏輯變量：KM。 （2）列出控制元件與執(zhí)行元件的動作狀態(tài)表,據(jù)表5-3寫出KM邏輯代數(shù)式,化簡：,控制電路圖,特點：輸出狀態(tài)不僅與同一時刻的輸入狀態(tài)有關，而且還與輸出量的原有狀態(tài)及組合順序有關，即輸出量通過反饋作用，對輸入狀態(tài)產(chǎn)生影響； 要設置中間記憶元件（如中間繼電器等），記憶

28、輸入信號的變化，以達到各程序兩兩區(qū)分的目的。其設計過程比較復雜；,70,2、時序邏輯電路設計,（1）先設計主回路，并選擇生產(chǎn)控制信號（包括主令信號與檢測信號）的主令元件（如按鈕、控制開關、主令控制器等）和檢測元件（如行程開關、壓力繼電器、速度繼電器、過電流繼電器等）； （2）據(jù)工藝要求作出工作循環(huán)圖，并列出主令元件、檢測元件以及執(zhí)行元件的狀態(tài)表，寫出各狀態(tài)的特征碼（以二進制數(shù)表示一組狀態(tài)的代碼）,71,時序邏輯電路設計基本步驟,（3）增設必要的中間記憶元件（中間繼電器）以區(qū)分所有狀態(tài)（重復特征碼）； （4）據(jù)已區(qū)分的各種狀態(tài)特征碼，寫出各執(zhí)行元件（輸出量）、中間繼電器、主令元件及檢測元件（羅輯

29、變量）間的邏輯關系式； （5）化簡邏輯式，據(jù)此繪出相應控制線路。 （6）檢查并完善設計電路。,72,例：大容量電機正反向驅動、反接制動的控制線路設計,工藝要求： 采用速度繼電器為檢測信號元件控制大容量電機正反向驅動、反接制動的控制線路； 正反轉接觸器不允許同時得電； 在任何情況下啟動電機或電機換向及反接制動都必須在串聯(lián)降壓電阻接入的條件下才允許接通。,設計過程,（1）按控制要求畫出主電路圖,主回路圖,（2）控制過程：,電機反轉,表示得電并自保；“+”表示線圈得電；“-”表示線圈失電；表示按下。,電機正轉,（3）據(jù)工藝要求及動作流程作出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表及檢測信號元件狀態(tài)表,（3）據(jù)工藝要求及動

30、作流程作出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表及檢測信號元件狀態(tài)表,動作節(jié)拍表,狀態(tài)表,（4）區(qū)分各機械程序的特征碼,程序特征碼是指在同一機械中，按照狀態(tài)表中各信號元件的狀態(tài)所構成的二進制數(shù)碼； 若同一程序中，某一信號元件有兩種狀態(tài)，則該程序特征碼就有兩個；若兩個信號元件都出現(xiàn)二種狀態(tài)，則其特征碼就有4個： 正轉降壓啟動中SBZ二種狀態(tài)，兩個程序特征碼：00010和00000；反接制動中SB二種狀態(tài)，SBZ為不定，也有兩種可能狀態(tài)出現(xiàn)，特征碼應為4個，即：11010、11000、01010、01000。 程序特征碼實際上并不是“數(shù)”，而是開關線路接點的一種組合狀態(tài)的反映，一個程序有幾個特征碼，就是反映該程序存在

31、幾個開關組合狀態(tài)。 區(qū)分程序:只要兩程序特征碼有一位不同，則該兩程序就已相區(qū)分了。,各程序特征碼進行兩兩區(qū)分避免引起邏輯混亂誤動作。 檢查方法：第一次用0程序的全部程序特征碼分別與第1、2、3、4程序的特征碼比較；第二次用第1程序的全部程序特征碼分別與第2、3、4程序的特征碼相比較；直到都兩兩比較完； 將相同程序特征碼歸為一組，稱為待相區(qū)分組，為表達清楚起見，可在檢測信號元件狀態(tài)表的右側按狀態(tài)表的格式延伸畫出待相區(qū)分組，待相區(qū)分組數(shù)目的多少取決于相同程序特征碼的多少。,填寫方法：每一待相區(qū)分組占一豎列，在這一豎列中的待相區(qū)分組必須是具有相同的特征碼。 如果同一程序有多個特征碼，它們分別和其它不

32、同程序的特征碼相同，則應分屬不同的待相區(qū)分組。 如果同一程序有多個特征碼，它們和某個(或某幾個)程序的特征碼完全相同，則可以用一個待相區(qū)分組。如表中的B組、C組。 在一個待相區(qū)分組中，將已區(qū)分的程序用粗直線劃去，相同特征碼的程序則留下空格，凡遇到相鄰兩程序或連續(xù)幾個程序為不可相區(qū)分，則在它們的程序分界線上用粗圓點“”繪上。,三組待相區(qū)分組A、B、C：,A組0程序與1，2，3各程序比較的結果0，1，4，5程序重復于特征碼00000； B組2程序與3，4，5各程序比較的結果2，3 程序重復于特征碼01000；01010； C組6程序與7程序比較的結果，沒有標出的說明已相區(qū)分，6，7 程序重復于特征

33、碼00100；00101；,找出待相區(qū)分組的目的顯示哪些程序有待記憶元件中間繼電器才能彼此相區(qū)分； 邏輯設計方法基本思想據(jù)需要區(qū)分的原則設置中間記憶元件-中間繼電器，以實現(xiàn)全部程序兩兩相區(qū)分，就好象在相同電話號碼的未位再分別加上一個不同的數(shù)字一樣。,（5）設置中間按記憶元件-中間繼電器,設置中間記憶元件之后，對應于具有相同特征碼的程序，中間繼電器的狀態(tài)組合碼應各不相同，而對應于不同特征碼的程序，中間繼電器的狀態(tài)組合碼可以隨意。 設置中間繼電器的方法是：所設置的繼電器的開關邊界線應能“割斷”待相區(qū)分組中的所有粗線及粗圓點。 盡可能使繼電器開關邊界線取在割斷粗線多的程序分界線上，這樣可節(jié)省中間繼電

34、器的數(shù)目，使線路筒潔、可靠。 粗圓點必定是繼電器的開關邊界線所在。 所設置繼電器的數(shù)目A視粗線及粗圓點N的數(shù)目及待相區(qū)分組M的多少而定，一般可按公式A=N2M計算，其中A為所設置的最少繼電器數(shù)目。,（5）設置中間按記憶元件-中間繼電器,本例待相區(qū)分組M=3，粗線、圓點N=9，則A=923=1.5，故最少設置2個中間繼電器。 共有4個圓點，故中間繼電器的開關邊界線一定設置在有圓點的邊界線上。 在滿足對各待相區(qū)分組中粗線及圓點都割斷的前提下，繼電器的開關邊界線的取法不是唯一的，本例中也可如表中虛線所示設置中間繼電器，但是，從執(zhí)行元件來看KMZ 的導通區(qū)間有一部分與K1重合，KMF的導通區(qū)間有一部分

35、與K2重合，這在列寫執(zhí)行元件的邏輯表達式時就容易得多。 在設置繼電器開關邊界線時，還應兼顧控制元件的通斷區(qū)域來選擇取法。,（6）列寫中間繼電器邏輯表達式,繼電器開起及關閉邊界線上找出相應的轉換信號，分別作為繼電器的開起信號和關閉信號，開起信號應由“0”“1”，關閉信號應由“l(fā)” “0”，如果狀態(tài)相反，則應取其反變量； 本例K1的開起信號為SBZ，它的狀態(tài)由“0”轉換到“l(fā)”，故取SBZ；K1的關閉信號為SB，它由“1”轉換到“0”狀態(tài)，故取其反變量。 為了防止繼電器在機械工作期間誤動作，還必須找出防止誤開的開起約束信號和防止誤關的關閉約束信號。,開起約束信號應比對應的繼電器提前接通，但提前接通

36、時間不得超過一個機械程序，而在其它區(qū)間應保持斷開（繼電器導通區(qū)間除外）。 關閉約束信號應比對應的繼電器提前關閉，但提前關閉時間不得超過一個機械程序，而在繼電器接通區(qū)間的其它區(qū)間內(nèi)應保持接通。 本例中采用聯(lián)鎖，故無需考慮約束信號，將開起信號、關閉信號及有關約束信號或聯(lián)鎖觸點代入繼電器的通用邏輯表達式：,可得： 執(zhí)行元件邏輯表達式為：,執(zhí)行元件邏輯表達式為：,SR速度繼電器不具備二組常開觸點，故用K3、K4 二個中間繼電器分別拓展SRZ、SRF的觸點，又為直接反映出KMZ與KMF間的聯(lián)鎖要求，取,，,，,（7）得到控制電路圖,5.2.5 機床電氣保護類型及實現(xiàn)方法,1、電流型保護 （1）短路保護

37、（2）過電流保護 （3）過載保護 （4）欠電流保護 （5）斷相保護,90,2、電壓型保護 （1）失壓保護 （2）欠電壓保護 （3）過電壓保護 3、位置保護 4、溫度、壓力、流量、轉速等保護,91,5.2.6 電氣控制圖繪圖規(guī)則,1、繪制原理圖的原則與要求 原理圖時應遵循以下原則： （1）各個電器元件和部件在控制電路中的位置，根據(jù)便于閱讀的原則來安排； （2）電器部件都用規(guī)定的圖形符號表示，并在圖形符號附近用文字符號標注它們屬于哪個電器。 （3）圖中電器元件觸點的開閉，均以沒有受到外力作用或線圈沒有通電時的開閉狀態(tài)畫出，多位置電器以手柄置于零位時觸點的開閉狀態(tài)畫出，此時觸點呈斷開狀態(tài)的稱“常開觸

38、點”，觸點呈閉合狀態(tài)的稱“常閉觸點”；二進制元件應是置零時的狀態(tài)。,92,（4）繪制電氣控制電路原理圖的圖幅可按機械制圖的圖號，根據(jù)需要選用。如果需要加長的圖紙，應采用加長圖紙，如A33(420891)、A45(2971051)。 （5）動力電路、控制和信號電路應分別繪出： （6）為了便于檢索分析、安裝、維修調(diào)整和尋找故障，電器元件接線端均用標記編號，主電路圖上用回路標號；輔助電路的電氣連接線用數(shù)字編號。 （7）線路平行排列，各分支電路基本上按動作順序由左向右排列，導線交叉的電氣連接處用圓黑點或圓圈標明。,93,（8）用導線直接連接的互連端子，因其電位相同、故應采用相同的線號，互連端子的符號應

39、與器件端子的符號有所區(qū)別。 （9）無論主電路還是輔助電路，各元件一般應按動作順序從上到下、自左至右依次排列。 （10）原理圖上各電路的安排應便于分析、維修和尋找故障。對功能相關的電氣元件應繪制在一起，使它們之間關系明確。,94,（11）原理圖應注出下列數(shù)據(jù)或說明。 各電源電路的電壓值、極性或頻率及相數(shù)； 某些元器件的特性(如電阻、電容器的數(shù)值等)； 不常用的電器(如位置傳感器、手動觸頭、電磁閥或氣動閥、定時器等)的操作方法和功能。 （12）原理圖中有直接電聯(lián)系交叉導線連接點，用實心圓點表示。無直接電聯(lián)系的交叉點則不畫圓點。,95,（13）對非電氣控制和人工操作的電器，必須在原理圖上用相應的圖形

40、符號表示其操作方式及工作狀態(tài)。由同一機構操作的觸頭，應用機械連桿符號表示其聯(lián)動關系。各個觸頭的運動方向和狀態(tài)，必須與操作件動作方向和位置協(xié)調(diào)一致。 （14）對與電氣控制有關的機、液、氣等裝置，應用符號繪出簡圖，以表示其關系。,96,2、圖面區(qū)域：以便于檢索電氣線路，方便讀圖； 3、符號位置索引 由于接觸器、繼電器的線圖和觸頭在電氣原理圖中不是畫在一起，而觸頭是分布在圖中所需的各個圖區(qū)。為了讀圖方便，在接觸器、繼電器線圈下方面畫出其觸頭索引表。 對于接觸器，索引表中各欄含義如下：,97,5.3 電氣控制工藝設計,5.3.1 電氣設備總體配置設計 劃分組件的原則是： 功能類似的元件組合在一起：如用

41、于操作的各類按鈕、開關、鍵盤以及指示、檢測、調(diào)節(jié)等元件集中為控制面板組件；各種繼電器、接觸器、熔斷器、照明變壓器等控制電器集中為電氣板組件；各類控制電源、整流、濾波元件集中為電源組件等等。 盡可能減少組件之間的連線數(shù)量，連接關系密切的控制電器置于同一組件中。 強弱電控制器分離，以減少干擾。 力求整齊美觀，外型尺寸、重量相近電器組合在一起。 便于檢查與調(diào)試，需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護和易損元件組合在一起。,98,5.3.1 電氣設備總體配置設計,電氣控制設備的各部分及組件之間的接線方式： 電器板、控制板、機床電器的進出線一般采用接線端子（按電流大小及進出線數(shù)選用不同規(guī)格的接線端子）。 控制柜與被控制設備或

42、控制柜之間采用多孔接插件，便于拆裝和搬運。 印制電路板及弱電控制組件之間宜采用各種類型標準接插件。,99,5.3.2 電器元件布置圖的設計與繪制,電器元件布置圖某些電器元件按一定原則組合后的布局表達，主要表明電氣設備上所有電器元件的的實際位置，為電氣設備的安裝及維修提供必要的資料： （1）體積大和較重的電器應安裝在電氣板的下面。 （2）發(fā)熱元件應安裝在電氣板的上面，且必須注意電柜內(nèi)所有元件的溫升應保持在它們的允許極限內(nèi)，對散熱量很大的元件，必須隔開安裝，必要時可采用風冷措施。 （3）為提高電子設備的抗干擾能力，除采取接參考電位電路或公共連接等措施外，還必須把靈敏的元件分開、屏蔽或分開屏蔽。,5

43、.3 電氣控制工藝設計,（4）元件的安排必須遵守規(guī)定的間隔（參見GB5226-1985）。為方便電器的維修，電器元件的布置和安裝不宜過密，要留有一定的操作空間。 （5）經(jīng)常需要維護檢修和操作調(diào)整的電器（如插件部分、可調(diào)電阻、熔斷器等），安裝位置要適中，不宜過高或過低。 （6）盡量把外形尺寸相同的電氣元件安裝在一起，以利于安裝和補充加工，布置要適當、勻稱、整齊、美觀。 （7）電器布置應適當考慮對稱，可從整個控制柜考慮，也可從某一部分布置考慮對稱，具體設計要按照實際情況進行。,101,5.3.3 電氣接線圖的繪制,1、繪制接線圖的一般要求 （1）接線圖的繪制應符合GB6988-1986電器制圖、接

44、線圖和接線表的規(guī)定。 （2）電器接線圖一律采用細實線繪制。 （3）各電器元件用規(guī)定的圖形符號繪制，同一電器元件的各部件必須畫在一起，各電器元件在圖中的位置應與實際安裝位置一致。 （4）各電器元件的文字符號及端子排編號應與原理圖一致，并按原理圖的接線進行連接。、 （5）走向相同的多根導線可用單線表示。,102,5.3.3 電氣接線圖的繪制,（6）畫連接導線時，應標明導線的規(guī)格、型號、根數(shù)和穿線管的尺寸。 （7）要清楚表示出接線關系和接線走向： 直接接線法 間接標注接線法 （8）不在同一控制柜或配電屏上的電器元件電氣連接，除大線外，必須經(jīng)過端子排 （9）應當標明接線的電線種類和標稱截面。 （10）

45、端子排的排列要清楚，便于查找。,103,2、控制電路常用配線方式 （1）板前敞開配線 （2）板后交叉配線 （3）板前行線槽走線,104,5.3.4 控制柜及非標準零件圖的設計,電氣控制柜設計注意問題： （1）據(jù)控制面板及柜內(nèi)各電器元部件的尺寸，確定電氣柜總體尺寸和結構方式。 （2）結構緊湊外形美觀，要與機床本體相匹配，設計時應提出一定的裝飾要求。 （3）根據(jù)控制面板及柜內(nèi)各電器元部件的安裝尺寸，設計柜內(nèi)安裝支架（采用角鋼、槽鋼、扁鋼或直接由外殼彎出筋條作固定架），并標出安裝孔或焊接安裝螺栓尺寸，或注明采用配作方式。,105,5.3.4 控制柜及非標準零件圖的設計,（4）從方便安裝、調(diào)整及維修的

46、角度，設計其開門方式。 （5）為利于柜內(nèi)電器的通風散熱，在柜體適當部位設計通風孔或通風槽，并可考慮加裝排風扇。 （6）為便于控制柜的搬運，應設計合適的起吊勾、起吊孔、副手架或柜體底部附帶活動輪。,106,5.3.5 各類元件及材料清單的匯總,各種元件及材料綜合統(tǒng)計：按類別列出外購件匯總清單表，標準件清單表，主要材料消耗定額表及輔助材料消耗定額表，以便采購人員，生產(chǎn)管理部門按制造需要備料，作好制造準備工作。,107,5.3.6 編寫設計說明書及使用說明書,（1）驅動方案選擇依據(jù)及設計主要特點。 （2）主要參數(shù)計算過程。 （3）設計任務書中要求各項技術指標的核算與評估。 （4）設備調(diào)試要求與調(diào)試方

47、法。 （5）使用、維護要求及注意事項。,108,5.3.7 檢查與試驗,1、初調(diào)檢查 經(jīng)過設計、加工環(huán)節(jié)之后，機床電氣控制系統(tǒng)需經(jīng)過系統(tǒng)的調(diào)試、檢查與試驗，才能投入生產(chǎn)運行。 2、故障的檢查與排除 機床電氣系統(tǒng)上電后，若不能正常運行，則說明系統(tǒng)中存在故障，需要查找與排除。常用的檢查和試驗方法有電壓法、電阻法、短接法、開路法和電流法等。,109,5.4 組合電氣控制設計實例,臥式單面組合機床的控制系統(tǒng)設計 1、機床工藝介紹 運動：主軸旋轉運動：異步電動機動力箱和主軸箱減速驅動；夾具的定位、拔銷、松開和滑臺的快進、工進、快退等動作液壓傳動實現(xiàn)。,圖5-27 組合機床液壓系統(tǒng)原理圖,表5-6 組合機

48、床工步狀態(tài)表,1. 液壓泵啟動按工作循環(huán)啟動按鈕SB4H的YV2和L的YV5得電（H換向后可立即失電，由閥內(nèi)機械定位機構保持其工作狀態(tài)）關閉卸荷回路升壓,工作原理1,壓力油經(jīng)過H的右位A的下腔活塞上移到終點壓SQ2夾具定位； 壓力達到單向順序閥D的開啟壓力B的上腔活塞下移將工件夾緊；,SP調(diào)定壓力微動開關閉合已夾緊信號；,SQ2+SPF、G的電磁鐵YV3、YV4得電,YV5仍繼續(xù)保持得電F左位C的左位與閥F進油路的壓力油匯合C的左腔差動快進； 接觸器KM2得電M2和滑臺快進；,2 快進,快進結束壓SQ5快進結束 第3工步YV4失電C切右位C右腔的回油流經(jīng)閥C右位和調(diào)速閥K流回油箱工進；,第3工

49、步YV4失電C切右位C右腔的回油流經(jīng)閥C右位和調(diào)速閥K流回油箱工進；,壓SQ6工進結束,第4工步快退YV3失電，YV4得電，油經(jīng)閥C右腔，C左腔油經(jīng)閥F的右位油箱快退； 壓SQ4快退結束,第5工步松開、拔銷和主電動機M2停止； YV4失電，閥C切換到右位，關閉快退回路； YV1此時得電，閥H切換到左位，壓力油流經(jīng)減壓閥J、單向閥I和閥H的左位，進入油缸A的上腔和油缸B的下腔，油缸A下腔的油液直接排回油箱，油缸B上腔的油液經(jīng)單向順序閥D的單向閥流回油箱，實現(xiàn)松開、拔銷。此時KM2也失電，于是M2停止。,該工步結束時，機床回到原位并壓合行程開關SQ1、SQ3，發(fā)出原位卸荷信號，令YV1和YV5失電(YV5原來從第1工步起一直通電)，閥L到右位，液壓泵P輸出的壓力油經(jīng)閥L的右位流回油箱，液壓系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。,2、電氣系統(tǒng)控制要求,執(zhí)行元件液壓泵電動機M1、主軸電動