秋-电器与PLC-3第4章典型机械设备电气控制系统分析.ppt

电器与PLC控制技术 Low-voltage apparatus and Programmable Controller,三峡大学电气与新能源学院,第4章 继电器接触器控制系统分析,本章一方面进一步学习掌握电气控制电路的组成以及各种基本控制电路在具体的电气控制系统中的应用同时学习掌握分析电气控制电路的方法。提高阅读电路图的能力，为进行电气控制系统的设计打下基础；另一方面通过了解一些具有代表性的典型机械设备电气控制系统及其工作原理，从而为实际工作中机械设备电气控制电路的分析、调试及维修作参考。,电气图的基本知识,电气图：用电气图形符号绘制的工程图，是电气工程领域中提供信息的最主要方式，提供的信息内容可以是功能、位置、设备制造及接线等。 电气图的命名：根据其所表达信息的类型和表达方式确定，包括系统图与框图、电路图、接线图与接线表、功能表图、逻辑图、位置图等。,电气控制系统图：根据国家电气制图标准规定的图形符号、文字符号以及规定的画法，用工程图的形式，将电气设备及电气元件按照一定的控制要求连接，表达设备电气控制系统的组成结构、工作原理及安装、调试、维修等技术要求等。 电气控制系统图内容及类型： 电路图（电气原理图） 电气接线图 电器元件布置图,电气原理图：根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式 绘制的电气图。,方法：不按电器元件实际布置绘制，而是根据电器元件在电路中所起的作用画在不同的部位上。 作用：用于分析研究系统的组成和工作原理，为寻找电气故障提供帮助，同时也是编制电气接线图的依据。 特点：结构简单，层次分明。 主电路：设备的驱动电路，包括从电源到用电设备的电路， 是强电流通过的部分。 控制电路：由按钮、接触器和继电器的线圈、各种电器的 常开、常闭触点等组合构成的控制逻辑电路， 实现所需要的控制功能，是弱电流通过的部分。 信号指示电路 保护电路 主电路用粗实线，控制电路和辅助的信号指示及保护电路用细实线。,水平布置：电源线垂直画，其他电路水平画，控制电路中的耗能元件（如接触器的线圈）画在电路的最右端。 垂直布置：电源线水平画，其他电路垂直画，控制电路的耗能元件画在电路的最下端。,电器元件不画出实际的外形图，采用电气图形符号和文字符号表示。 同一电器的各个部件可画在不同的地方，用相同的文字符号标注。 多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字序号加以区分。 电器元件的可动部分以非激励或不工作的状态和位置的形式表示： 继电器和接触器的线圈在非激励状态； 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， 不带零位的手动控制开关在图中规定的位置； 机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态； 保护类元器件处在设备正常工作状态，特别情况加以说明。 元器件的数据和型号，用小号字体标注在电器元件符号的附近，需要标注的元器件的数量比较多时，可以采用设备表的形式统一给出。,电器元件布置图：表明电气设备上所有电器和用电设备的实际位置，是电气控制设备制造、装配、调试和维护必不可少的技术文件。,电气控制柜与操作台（箱）内部布置图 电气控制柜与操作台（箱）面板布置图 控制柜与操作台（箱）外形轮廓用细实线绘出 电器元件及设备，用粗实线绘出外形轮廓，标明实际的安装位置 电器元件及设备代号与有关电路图和设备清单上所用的代号一致 布置图根据设备的复杂程度或集中绘制在一张图上，或将控制柜与操作台的电器元件布置图分别绘制。,电气接线图：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、电路检查、电路维修和故障处理。,根据电气原理图和电器元件布置图编制 与电气原理图和电器元件布置图配合使用 表示出电气设备和电器元件的相对位置、项目代号、端子号、导线号、导线类型、导线截面积、屏蔽和导线绞合等情况 一个元件的所有部件绘在一起,并且用点画线框起来,即采用集中表示法 安装底板内外的电气元件之间的连线通过接线端子板进行连接,安装底板上有几根接至外电路的引线,端子板上就应绘出几个线的接点 绘制安装接线图时,走向相同的相邻导线可以绘成一股线,电气图纸规范,图 幅 尺 寸 (mm),图幅尺寸选择：电气图的规模与复杂程度；能够清晰地反映电气图的细节； 整套图纸的幅面尽量保持一致；便于装订和管理； CAD 绘制时，输出设备（打印机、绘图仪等）对于输出幅面的限制。,图框线：根据图纸是否需要装订以及图纸幅面的大小确定。,需要装订的图纸的图框线 A0、A1、A2：a25mm，c10mm 其它： a25mm，c5mm,不需要装订的图纸的图框线 A0、A1：e20mm 其它： e15mm,图幅分区：对各种幅面的图纸进行分区表示电气图中各个组成部分在图上的位置，便于直观反映绘图的范围及确定相互之间的关系。,分区数一般为偶数，每一分区的长度为2575mm，分区在水平和垂直两个方向的长度可以不同； 分区的编号，水平方向用阿拉伯数字，垂直方向用大写英文字母。编号从图纸的左上角开始，分区代号用行与列两个编号组合而成。,标题栏：画在图框的右下角，绘制方向应该与看图方向一致。,标准A3图纸，标题栏可以绘制成通长的格式。 内容：设计单位名称、用户单位名称、专业名、设计阶段、比例尺、设计人、审核人、图纸名称、图纸编号、日期、页次等。,标题栏格式式样,图线：,线型：粗实线、细实线、虚线、点划线、双点划线、加粗实线、较细实线、波浪线、双折线等。 线宽：0.25mm、0.35mm、0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.4mm。 常用图线上加限定符号或文字符号可表示用途，形成新的图线符号。 同一套图纸绘制时，应事先确定23种线宽及平行线距，平行线距不小于粗线宽的两倍，且不小于0.7mm。,字体：汉字、字母及数字，书写端正、清楚，排列整齐，间距均匀。,汉字推荐用长仿宋简化汉字字体、斜体（右倾与水平线成75角）等。 字母、数字用直体。 字体大小视幅面大小而定。 字高：20mm、14mm、10mm、7mm、5mm、3.5mm、2.5mm等。 字宽为字高的2/3。 汉字字粗为字高的1/5，数字及字母的字粗为字高的1/10。,尺寸标记：设备制造加工和工程施工的重要依据，包括尺寸线、尺寸界限、尺寸起止点（实心箭头或45斜短划线构成）及尺寸数字。,比例：所绘图形与实物大小的比值。,设备布置图、平面图、结构详图按比例绘制。 电气图多不按比例画出。 比例号：前面的数字通常为1，后面的数字为实物尺寸与图形尺寸的比例倍数。 平面图常用比例：1:10、1:20、1:50、1:100、1:200、1:500等,注释：图示不够清楚时的补充解释。,两种方式： 直接放在说明对象附近； 加标记，注释放在图面的适当位置。,详图：表示装置中的部分结构、做法、安装措施的单独局部放大图，被放大部分加以索引标志，置于被放大部分的原图上。,技术数据：元器件、设备等的技术参数。,三种形式： 标注在图形侧； 标注在图形内； 加序号以表格的形式列出。,电气图形符号：,符号要素 限定符号 一般符号 非电操作动作符号,电气文字符号：,基本文字符号 表示电气设备、装置和元器件的类型、特性等。 辅助文字符号 表示电气设备、装置和元器件的功能、状态和特征等。,图形符号组合示例,部分常用电器的电气图形符号和基本文字符号,一般三极电源开关,低压断路器,常开触点 常闭触点 复合触点 限位开关,QK,QF,SQ,熔断器,常开 常闭 复合 按钮,FU,SB,线圈 主触点 常开辅助触点 常闭辅助触点 接触器,KM,线圈 常开延时闭合触点 常闭延时打开触点 常闭延时闭合触点 常开延时打开触点 时间继电器,KT,部分常用电器的电气图形符号和基本文字符号,常开触点 常闭触点 速度继电器,热元件 常闭触点 热继电器,线圈 常开触点 常闭触点 中间继电器,KV,FR,KA,电磁铁,YA,线圈 常开触点 常闭触点 电压继电器,KU,线圈 常开触点 常闭触点 电流继电器,KI,信号灯,HL,直流电动机,M,变压器,三相 异步电动机,M,转换开关,SA,进行设备电气控制系统分析时，应注意如下几个相关方面的内容： (1)机械设备概况调查 应了解被控设备的结构组成及工作原理、设备的传动系统类型及驱动方式、主要技术性能及规格、运动要求。 (2)电气设备及电气元件选用 明确电动机作用、规格和型号以及工作控制要求，了解所用各种电器的工作原理、控制作用及功能，这里的电气元件包括各类主令信号发出元件和开关元件(如按钮、选择开关、各种位置和限位开关等)；各种继电器类的控制元件(如接触器、中间继电器时间继电器各种位置和限位开关等)；各种电气执行件(如电磁离合器、电磁换向阀等)；以及保证线路正常工作的其它电气元件(如变压器、熔断器、整流器等)。,(3)机械设备与电气设备和电气元件的连接关系 在了解被控设备和采用的电气设备、电气元件的基本状况的基础上还应确定两者之间的连接关系，即信息采集传递和运动输出的形式和方法。信息采集传递是通过设备上的各种操作手柄、撞块、挡铁、及各种现场信息检测机作用在主令信号发出元件上将信号采集传递到电气系统中，因此其对应关系必须明确。运动输出由电气控制系统中的执行件将驱动力迭到机械设备上的相应点，以实现设备要求的各种动作。,在掌握了设备及电气控制系统的基本条件之后即可对设备控制电路进行具体的分析。通常，分析电气控制系统时，要结合有关的技术资料将控制电路“化整为零”，划分成若干个电路部分、逐一进行分析。划分后的局部电路构成简单明了，控制功能单一或由少数简单控制功能组合，给分析电路带来极大的方便。进行电路划分时，可依据驱动形式，将电路初步划分为电动机控制电路部分和气动、液压驱动控制电路部分，以及根据被控电动机的台数，将电动机控制电路部分加以划分，使每台电动机的控制电路成为一个局部电路部分。在控制要求复杂的电路部分，还可以进一步细划分，使一个基本控制电路或若干个简单基本控制电路部分成为个局部分析电路单元。,机械设备电气控制系统的分析步骤可简述如下： 1)设备运动分析 对由液压系统驱动的设备还进行液压系统工作状态分析。 2)主电路分析 确定动力电路中用电设备的数目、接线状况及控制要求。控制执行件的设置及动作要求，如交流接触器主触头的位置，各组主触头分、合的动作要求限流电阻的接入和短接等。 3)控制电路分析 分析各种控制功能的实现。,三相异步电动机基本控制电路,(a)开关直接控制 熔断器FU：短路保护 开关Q：闸刀开关、铁壳开关等。 Q选电动机保护用断路器，可实现过载保护，可不用熔断器FU。 适用于不频繁起动的小容量电动机，不能远距离、自动控制。,(b)按钮、接触器控制 熔断器FU：短路保护 开关Q：分断电源（同上）。 热继电器FR：过载保护 合Q，按下SB2，KM线圈得电，主触点闭合，电动机通电起动；自锁触点KM闭合，松开SB2，KM线圈继续得电，保证电动机工作。 按SB1，KM线圈断电，主触点断开，电动机停止，辅助触点断开解除自锁。 失压、欠压保护：意外断电或电源电压跌落太大时，接触器释放，自锁解除。 电源电压恢复正常后，电动机不会自动投入工作。,直接起动控制电路,减压起动控制电路：,星-三角变换减压起动：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。 定子串电阻或电抗器减压起动：电动机起动时在三相定子电路中串接电阻可降低绕组电压，以限制起动电流；起动后再将电阻短路，电动机即可在全压下运行。这种起动方式由于不受电动机接线方式的限制，设备简单，因而得到广泛应用。在机械设备做点动调整时也常采用这种限流方法以减轻对电网的冲击。 自耦变压器减压起动 延边三角形减压起动,星-三角变换减压起动控制电路（1）：KM1、KM2、KM3、KT,主电路(a)：KM2与KM3的主触点同时闭合，会造成电源短路，控制电路 必须能够避免这种情况发生。 控制电路(b) ：时间继电器KT的延时动断触点和延时动合触点似乎不会使 KM3和KM2的线圈同时得电，但是，接触器的吸合时间和 释放时间的离散性使得电路的工作状态存在不确定性。,控制电路(b)不确定性 ： 存在电磁时间常数和机械时间常数，继电器和接触器从线圈得电或失电到触点完成动作需要时间，即吸合时间和释放时间（继电器：十几到几十ms，接触器：几十到数百ms）。 假设KM2吸合时间是15ms，KM3释放时间是25ms，时间继电器KT的延时动断触点和延时动合触点同时动作，星-三角变换时，KM3和KM2的主触点有约10ms的时间同时接通。,控制电路(c) ：改进控制电路(b)，避免短路，节约电能 将KM3的动断辅助触点串联在KM2的线圈控制电路中，只有当KM3的衔铁及触点释放完毕（动断辅助触点接通）后才允许KM2得电。 将KM2的动断辅助触点串联在KM3的线圈控制电路中，只有当KM2的衔铁及触点释放完毕（动断辅助触点接通）后才允许KM3得电，保证电路工作可靠。 起动完成后时间继电器KT已无得电的必要，将KM2的动断辅助触点串联在KT的线圈控制电路中， KT断电，节约能源。,控制电路(b),控制电路(c),星-三角变换减压起动控制电路（2）：KM1、KM2、KT,KM2断电时，电动机绕组由KM2的动断辅助触点连接成星形起动。 KM2通电后，电动机绕组由KM2动合主触点连接成三角形正常运行。 辅助触点容量较小，4 13kW的电动机可采用该控制电路。 考虑KM1的主触点承担分断时的大电流，KM2的辅助动断触点只在空载或小电流的情况下断开，避免电弧的烧蚀缩短辅助触点寿命。,星-三角变换减压起动控制电路（2）工作流程：,按下按钮SB2后电动机先进行星形起动。 起动完成时，时间继电器动作，电动机进行星-三角变换、运行： 第一阶段：KT延时动断触点首先使KM1线圈失电，KM1的主触点断开， KM1的主触点分断电流，KM2动断辅助触点无电弧。 第二阶段：KM2线圈得电，主电路进行星-三角变换，当KM2两个动断辅助触点断开，主触点及辅助动合触点吸合，变换完成。 第三阶段：KM2自锁闭合使KM1线圈再次得电。 第四阶段：KM1主触点再次接通三相电源时，电动机在三角形接法下全压运行。,定子串电阻减压起动控制电路：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。不受接线方式限制，设备简单。机械设备点动调整时也常采用，减轻对电网的冲击。,主电路(a) 控制电路(b)： KM2得电，电动机正常运行。 起动后，KM1与KT一直得电，浪费电能。,控制电路(c)：KM2得电，KM1和KT失电，KM2自锁，节能实现控制要求。,三相异步电动机正反转控制电路,定子三相绕组电源任意两相对调，改变定子电源相序，可改变电动机转动方向。,主电路 KM1和KM2分别闭合，定子绕组两相电源对调，电动机转向不同。,(a),(b),(c),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)： 接触器的动断辅助触点相互串联在对方的控制回路； 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。,控制电路(c)： 复合按钮SB2、SB3直接实现由正转变成反转；复合按钮联锁。 接触器辅助动断触点互锁必不可少：负载短路或大电流的长期作用接触器的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，这都可能使主触点不能断开，这时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。主触点与辅助触点在机械上动作一致，互锁动断触点将另一接触器线圈电路切断，避免短路。,正反转自动循环控制电路：,行程开关 （ST1、ST3） （ST2、ST4） 自动控制 电机正反转,正反转自动循环控制电路工作过程：,按下正向起动按钮SB2，接触器KM1得电动作并自锁，电动机正转使工作台前进。 运行到ST2位置，撞块压下ST2，ST2动断触点使KM1断电，ST2的动合触点使KM2得电动作并自锁，电动机反转使工作台后退。 工作台运动到右端点撞块压下ST1时，KM2断电，KM1又得电动作，电动机又正转使工作台前进，这样一直循环。 SB1为停止按钮。SB2与SB3为不同方向的复合起动按钮，改变工作台方向时，不按停止按钮可直接操作。 限位开关ST3、ST4限位保护作用：ST3与ST4安装在极限位置，由于某种故障，工作台到达ST1（或ST2）位置，未能切断KM1（或KM2），工作台将继续移动到极限位置，压下ST3（或ST4），此时最终把控制回路断开，使电动机停止，避免工作台由于越出允许位置所导致的事故。,行程控制：用行程开关按照机械运动部件的位置或位置的变化所进行的 控制，称作按行程原则的自动控制。,电动机制动控制电路,电动机制动，迅速停车或准确定位。 机械制动：机械抱闸、液压或气压制动 电气制动：反接制动、能耗制动、电容制动等，实质是产生反向制动转矩。,能耗制动控制电路,主电路,(a),(b),能耗制动控制电路：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，消耗在转子回路的电阻上，转速为零时再将其切除。 主电路：变压器TC和整流器VR提供制动直流电源，KM2为制动接触器。 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。 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。 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34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。,反接制动控制电路：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。,反接制动控制电路,主电路,(a),(b),控制电路(a)：电动机运行后速度继电器BV的动合触点已闭合，为制动 做好准备，串联KM1的动断触点限制BV对系统的干扰。 存在问题：停车期间，用手转动机床主轴调整工件，速度继电器的转子 随着转动，一旦达到速度继电器动作值，接触器KM2得电， 电动机接通电源发生制动作用，不利于调整。 控制电路(b)：复合停止按钮SB1动合触点上并联KM2的自锁触点。用手 转动电动机轴时，不按停止按钮SB1，KM2就不会得电， 电动机也就不会反接于电源。 反接制动电流约为起动电流的两倍，主电路制动回路中串入限流电阻R，防止制动时对电网的冲击和电动机绕组过热。电动机容量较小且制动不是很频繁的正反转控制电路中，为简化电路，可以不加限流电阻。,反接制动,能耗制动,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。,双速电动机高低速控制电路,不连续变速，改变变速电动机的多组定子绕组接法，可改变电动机的磁极对数，从而改变其转速。 双速电动机主电路： 定子绕组的出线端D1、D2、D3接电源，D4、D5、D6悬空，绕组为三角形接法，每相绕组中两个线圈串连，成四个极，电动机为低速； 出线端D1、D2、D3短接，D4、D5、D6接电源，绕组为双星形，每相绕组中两个线圈并联，成两个极，电动机为高速。,控制电路(a)：对应主电路(1)。KMl控制低速，KMh控制高速。开关SA实现高、低速选择，转换过程中需重新按起动按钮SB2。 控制电路(b)：对应主电路(1)。复合按钮SB2和SB3实现高、低速控制，两者间可直接转换，操作方便。 控制电路(c)：对应主电路(2)。开关SA选择 “低速”时，接触器KMl动作，电动机为低速运行状态；开关SA选择“高速”时，时间继电器KT的线圈立即得电，瞬动动合触点使KMl动作，电动机低速起动，限制起动电流经过设定的延时时间，KT的延时动断触点断开使KMl释放，同时KT的延时动合触点使KM得电，继而使KMh得电，电动机进入了高速运行状态。,双速电动机控制电路,(1),(2),(a),(b),(c),液压系统的电气控制,液压传动系统力矩较大，运动平稳、均匀，准确可靠，控制方便，易自动化。,一次工作进给液压动力头系统及其电气控制电路,液压动力头控制电路：中间继电器实现电磁铁对短信号自锁。,手动工作方式：开关SA选择“手动”。 按动按钮SB1，接通K1，电磁阀线圈YA1、YA3通电，动力头快进。K1不能自锁，因此放松SB1后，动力头立即停止。 动力头不在原位需要后退时，按下SB2，K3得电动作，YA2得电，动力头做快退运动，直到退回原位，ST1被压下，K3断电，动力头停止。,自动工作方式：开关SA选择“自动”。 动力头原位停止：动力头由液压缸YG带动做前后运动。电磁阀线圈YA1、YA2、YA3都断电时，电磁阀YV1处于中间位置，动力头停止不动。动力头只有在原位时，行程开关ST1被挡铁压动，动合触点闭合，才可用起动按钮SB1进行起动。动力头不在原位需要后退时，按下SB2，K3得电动作，YA2得电，动力头做快退运动，直到退回原位，ST1被压下，K3断电，动力头停止。 动力头快进：按起动按钮SB1，K1得电自锁，其动合触点闭合使电磁阀线圈YA1、YA3通电。YA1通电后液压油把液压缸的活塞推向右端，动力头向前运动。此时由于YA3也通电，除了工进油路外，还经阀YV2将液压缸小腔内的回油排入大腔，加大了油的流量，所以动力头快速向前运动。,动力头工进：在动力头快进过程中，挡铁压动行程开关ST2时，其动合触点闭合，K2得电动作，K2的动断触点使YA3断电，使动力头自动转为工作进给状态。K2的动合触点接通自锁电路。 动力头快退：动力头工作进给到期望点时，行程开关ST3检测并发出信号，其动合触点闭合使K3得电自锁。K3的动断触点断开，使YA1、YA3断电， K3的动合触点闭合使YA2得电，油路换向，液压缸活塞左移，因油缸腔油的作用面小，所以动力头快速退回。动力头退回原位后，ST1被压动，其动断触点断开使K3断电，因此YA2也断电，动力头停止。,一次工作进给液压动力头系统自动循环工作流程图,半自动车床刀架纵进、横进、快退控制电路：,半自动车床刀架液压驱动原理图,YG1及YG2分别是纵向液压缸和横向液压缸，由电磁阀线圈YA1、YA2分别进行控制，实现刀架纵向移动和横向移动及后退。 M2为液压泵电动机，M1为主电动机，分别由接触器KM1和KM2控制。 时间继电器KT 控制无进刀切削。,工作过程： 按SB3，液压泵起动工作。 然后按SB4，中间继电器K1得电，接通KM2主轴转动，接通电磁阀线圈YA1，刀架纵向移动。,按SB3，液压泵起动工作。 然后按SB4，中间继电器KA1得电，接通KM2主轴转动，接通电磁阀线圈YA1，刀架纵向移动。 刀架移动到预定位置时被机械限位，压下行程开关SQ1，使KA2得电，其动合触点接通YA2，刀架横向移动进行切削。 刀架横向移到预定位置时被机械限位，压下行程开关SQ2，时间继电器KT通电，进行无进刀切削，经过预定延时时间后，KT的延时动合触点接通KA3，使KA1、KA2断电，其动合触点使 YA1、YA2断电，刀架纵、横均后退，直至被原位限位。 KA1断电后，动合触点使KM2断电，主轴电动机停转。按下SB1，液压泵停止工作；在此之前若按下SB4，则开始又一次循环。,工 作 流 程,控制电路的其他基本环节,(a),(b),(c),点动控制：按住按钮时电动机转动工作，手放开按钮时，电动机即停止工作，常用于生产设备的调整。与长动的主要区别是控制电器能否自锁。,控制电路(a)：按钮实现点动； 控制电路(b)：选择开关实现点动与长动切换； 控制电路(c) ：中间继电器实现点动的控制电路。,联锁：电动机有顺序的起动。,接触器KM2必须在接触器KM1工作后才能工作，保证了液压泵电动机工作后主电动机才能工作的要求。,互锁：一种联锁关系，强调触点之间的互相作用。将其中一个接触器的常闭触点串入另一个接触器线圈电路中，则任一接触器线圈先带电后，即使按下相反方向按钮，另一接触器也无法得电，这种联锁通常称为“互锁”，即二者存在相互制约的关系。,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。,通过上例可得出顺序控制普通规律： 1要求甲接触器动作时，乙接触器不能动作，则需将甲接触器的常闭触点串在乙接触器的线圈电路中； 2要求甲接触器动作后乙接触器方能动作，则需将甲接触器的常开触点串在乙接触器的线圈电路中。,多点控制：多个地点进行控制。,控制电路(a)：起动按钮并联连接，停止按钮串联连接，分别安置在三个地方，就可实现三地操作。 控制电路(b) ：几个操作者都按起动按钮发出主令信号，设备才能起动，停止时则任一点都可以操作，,卧式车床的电气控制电路,卧式车床在机械加工中广泛用来加工各种回转表面、螺纹和端面。卧式车床通常由一台主电动机拖动，经由机械传动链，实现切削主运动和刀具进给运动的输出，其运动速度由变速齿轮箱通过手柄操作进行切换。刀具的快速移动、冷却泵和液压泵等，常采用单独电动机驱动。不同型号的卧式车床，其主电动机的工作要求不同，因而由不同的控制电路构成，但是由于卧式车床运动变速是由机械系统完成的，且机床运动形式比较简单，本节以c650卧式车床电气控制系统为例，进行控制电路分析。,一、机床结构和工作要求 c650卧式车床属于中型车床，可加工的最大工件回转直径为1020mm，最大工件长度为3000mm，机床的结构形式如图31所示。,安装在床身上的主轴箱中的主轴转动，带动装夹在其端头的工件转动，刀具安装在刀架上，与滑板一起随溜板箱沿主轴线方向实现进给移动，主轴的转动和溜板箱的移动均由主电机驱动。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动的功能较好的停车制动是采用电气制动。在加工的过程中，还需提供切削液，并为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间要求带动刀架移动的溜板箱能够快速移动。,二、电力拖动及控制要求 1)主电动机M1(功率为30kw)，完成主轴主运动的驱动电动机采用直接起动的方式起动，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气停车制动。为加工调整方便、还具有点动功能。 2)电动机M2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接起动停止方式。并且为连续工作状态。 3)快速移动电动机M3，电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。 三、机床电气控制系统分析 c650EL式车床的电气控制系统电路如图32所示，使用的电气元件符号与功能说明如表31所示。,1主电路分析 图32所示的主电路中为三台电动机的驱动电路，隔离开关QS将三相电源引入，电动机M1，电路接线分为三部分，第一部分有正转控制交流接触器KMl和反转控制交流接触器KM2的两组主触点构成电动机的正反转接线；第二部分为电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上，监视电动机绕组工作时的电流变化，为防止电流表被起动电流冲击损坏，利用时间继电器的动断触,头，在起动的短时间内将电流表暂时短接掉；第三部分为串联电阻限流控制部分，交流接触器KM3的主触点控制限流电阻R的接入和切除，在进行点动调整时，为防止连续的起动电流造成电动机过载，串入限流电阻，保证电路设备正常工作。 速度继电器KS的速度检测部分与电动机的主轴同轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速为零时，其常开触点可将控制电路中反接制动的相应电路切断，完成停车制动。 电动机M2由交流接触器KM4的主触点控制其动力电路的接通和断开，电动机M3由交流接触器KM5控制。 为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了采用熔断器的短路保护环节和采用热继电器的电动机过载保护环节。 2控制电路分析 控制电路可划分为主电动机Ml的控制电路和电动机M 2与M 3的控制电路部分。由于主电动机控制电路比较复杂，因而还可以进一步将主电动机控制电路划分为正反转起动、点动和停车制动等局部控制电路，它们的控制电路见图33。下而对各局部控制电路远一进行分析。,(1)主电动机正反转起动与点动控制 由图33a可知，当正转起动按钮SB3压下时，其两常开触点同时动作闭合，一常开触点接通交流接触器KM3的线圈电路和时间继电器KT的线圈电路、时间继电器的常闭触点在主电路中短接电流表A，经延时断开后，电流表接入电路正常工作；KM3的主触点将主电路中限流电阻短接，其辅助动合触点同时将中间继电器KA的线圈电路接通，KA的常闭触点将停车制动的基本电路切除，其动合触点与SB3的动合触点均在闭合状态。控制主电动机的交流接触器KM1的线圈电路得电工作，其主触点闭合电动机正向直接起动。反向直接起动控制过程与其相同，只是起动按钮为SB4。,SB2为主电动机点动控制按钮，按下SB2点动按钮，直接接通KM1的线圈电路，电动机Ml正向直接起动，这时KM3线圈电路并没有接通，因此其主触点不闭合，限流电阻R接入主电路限流，其辅助动合触点不闭合，KA线圈不能得电工作从而使KMl线圈电路不能持续通电，松开按钮，Ml停转，实现了主电动机串联电阻限流的点动控制。,(3)刀架的快速移动和冷却泵电动机的控制 刀架快速移动是由转动刀架手柄压动位置开关SQ，接通快速移动电动机M3的控制接触器KM5的线圈电路，KM5的主触点闭合，M3电动机起动经传动系统，驱动溜板箱带动刀架快速移动。 冷却泵电动机M2由起动按钮SB5，停止按钮SB5控制接触器线圈电路的通断，以实现电动机M2的长动工作控制。,Z3040型摇臂钻床的电气控制电路,钻床可以进行多种形式的加工，如；钻孔、镗孔、铰孔及攻螺纹。因此要求钻床的主轴运动和进给运动有较宽的调速范围。 钻床的种类很多，有台钻、立钻、卧钻、专门化钻床和摇臂钻床。台钻和立钻的电气电路比较简单，其他型式的钻床在控制系统上也大同小异。 摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下还可以进行镗孔。 主轴的调速范围为50:1，正转最低转速为40 r/min，最高为2000 r/min，进给范围为0.051.60 r/min。 主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的，故主电动机只有一个旋转方向。 摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机拖动。 主轴箱、立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。 冷却泵电动机对加工的刀具进行冷却。,主电路,控制电源由控制变压器TC二次侧输出110V供电，中间抽头603对地为信号灯电源6.3V，215号线对地为照明输出36V。,主电动机的旋转控制 首先将断路器QF2QF5扳到接通状态，同时将配电盘的门关好并锁上。然后再将断路器QF1扳到接通位置，电源指示灯亮。 按下起动按钮SB1，中间继电器KA通电并自锁，为主电动机与其他电动机的起动做好了准备。 按下按钮SB2时，交流接触器KM1线圈通电并自锁使主电动机旋转，同时主电动机旋转的指示灯HL4亮。主轴的正转与反转用手柄通过机械变换的方法来实现。,摇臂上升 按下按钮SB3，时间继电器KT1得电，瞬动动合触点(33-35)闭合，KM4得电，M3起动供给压力油，经分配阀体进入松开油腔，推动活塞使摇臂松开。活塞杆通过弹簧片使限位开关SQ2的动断触点断开，KM4线圈断电，SQ2的动合触点(17-21)闭合，KM2线圈通电，主触点闭合，M2旋转使摇臂上升。,摇臂夹紧 摇臂升到所需位置时，松开按钮SB3，KM2和KT1断电，M2断电，摇臂停止上升。当持续13s后，KT1的断电延时闭合的动断触点(47-49)闭合，KM5线圈经7-47-49-51号线得电，M3反转，压力油经分配阀进入的夹紧液压腔，摇臂夹紧。活塞杆通过弹簧片使SQ3的动断触点(7-47)断开，KM5线圈断电，M3停止，完成摇臂的松开上升夹紧动作。,摇臂升降相关 摇臂升降电动机正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。摇臂上升和下降的电路中加入了触点互锁和按钮互锁。摇臂的上升或下降是短时的调整工作，采用点动方式。 限位开关SQ1实现摇臂的上升或下降极限位置保护。SQ1实际上是两个行程开关，动断触点(15-17)是摇臂上升时的极限位置保护，另一动断触点(27-17)是摇臂下降时的极限位置保护。限位开关SQ3的动断触点(7-47)在摇臂可靠夹紧后断开。如果液压夹紧机构出现故障或SQ3调整不当，将造成液压泵电动机M3过载，过载保护热继电器动断触点将断开，KM5释放，M3断电停止。,立柱和主轴箱的松开与夹紧控制 可以单独进行，也可以同时进行。由开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。SA2有三个位置：在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制同时进行，扳到左边位置时为立柱的夹紧或放松，扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的松开按钮，SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。,主轴箱松开 SA2扳向右侧时，触点(57-59)接通，触点(57-63)断开。主轴箱要松开时，按下按钮SB5，时间继电器KT2和KT3线圈同时通电，KT2为断电延时型时间继电器，KT2通电瞬时闭合，断电延时打开动断触点(7-57)闭合使YA1通电，经13s后，KT3通电延时闭合动合触点(7-41)闭合，通过3-5-7-41-43-37-39使KM4通电，M3正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。活塞杆使SQ4复位，主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮。,主轴箱夹紧 SA2扳向右侧时，触点(57-59)接通，触点(57-63)断开。主轴箱要夹紧时，按下按钮SB6，仍首先为YA1通电，经13s后，KM5线圈通电， M3反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时活塞杆使SQ4受压，动合触点(607-613)闭合，指示灯HL3亮，触点(607-609)断开，指示灯HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。,立柱松开/夹紧 SA2扳到左侧时，触点(57-63)接通，(57-59)触点断开。按下按钮SB5或SB6时使YA2通电，立柱松开或夹紧。 主轴箱与立柱松开/夹紧 SA2在中间位置时，触点(57-59、57-63)均接通。按下SB5或SB6时，YA1、YA2均通电，主轴箱和主柱同时进行夹紧或放松,第三节 组合机床电气控制电路,组合机床是对某特定工件，进行特定加工的一种高效自动化专用加工设备，能同时用十几把、几十把刀具进行加工。 组合机床都由通用部件和一些专用部件组成，其基本电路，可根据通用部件的控制电路综合组成。控制系统大多采用机械、液压、电气相结合的控制方式。,DU型组合机床是由液压动力头和液压回转工作台组成，用来加工某轮毂工件上12个孔。 立式动力头上装有36把刀具，共有4个工位。第一、二、三工位分别是钻孔、扩孔和铰孔的工序，第四工位装卸工件用。 自动工作循环为：回转台抬起回转台回转回转台反靠回转台夹紧动力头快进动力头工进延时停留动力头快退。,主回路： 主电动机M1，液压泵电动机M2，冷却泵电动机M3 M1和M2是由接触器KM1和KM2控制的。由按钮SB1及SB2控制起、停。开关SA3和SA4可用于单独起动主电动机M1和液压泵电动机M2。 旋钮开关S打开时，冷却泵电动机M3由继电器K2控制起停，动力头工进时，冷却泵才接通，S闭合时，冷却泵还可由按钮SB3进行起动。,除接触器KM1、KM2和KM3为交流电器外，其他均为直流电器，由VC整流后得到24 V电压供电。采用低压直流电器工作平稳安全、便于操作。电源接通后，指示灯HL接通，直到液压泵电动机M2起动后，由于接触器KM2通电动作，指示灯才熄灭。,自锁销脱开及回转台抬起：按回转按钮SB4，电磁铁YA5通电（动力头在原位时，限位开关SQ1被压动，回转台才能转位）。将电磁阀YV1的阀杆推向右端，将液压泵的压力油送到夹紧液压缸1G，使其活塞上移抬起回转台。同时经阀YV1的压力油也送到自锁液压缸2G，活塞下移使自锁销脱开。,1定位块 2滑块 3固定挡铁 4自锁销 5底座 6回转工作台 7离合器,回转台回转及缓冲：回转台抬起后，压动开关SQ5（表3-3所示），YA7通电，电磁阀YV3的阀杆被推向右端，压力油送到回转液压缸3G的左腔，而右腔排出的油经阀YV2和YV3流回油箱，活塞右移，经活塞中部的齿条带动齿轮，使回转台回转。当转到接近定位点时，转台定位块1将滑块2压下，从而压动了SQ6，其动合触点闭合，由于SQ5动合触点已闭合，所以继电器K4得电动作并自锁，其一动合触点使YA9通电，使液压缸3G的回油只能经节流阀L流回油箱，回转台低速回转。,1定位块 2滑块 3固定挡铁 4自锁销 5底座 6回转工作台 7离合器,1定位块 2滑块 3固定挡铁 4自锁销 5底座 6回转工作台 7离合器,回转台反靠：回转台的继续回转，使定位块1离开滑块2，因此限位开关SQ6恢复原位，其动断触点恢复闭合，使K5得电动作。K5动断触点打开使YA7断电；同时由K5动合触点使YA8通电，YA8通电使YV3的阀杆左移。压力油经YV3和节流阀L送至回转液压缸3G的右腔，使回转台低速（因YA9已通电）反靠。这时定位块的右端面将通过滑块靠紧在挡铁的左端面上，达到准确定位。,回转台夹紧：反向靠紧后，通过杠杆作用，压动限位开关SQ7，使K6通电动作，YA6通电，使YV1阀杆向左移，于是夹紧液压缸1G将回转台向下压紧在底座上。同时锁紧液压缸2G因已接至回油路，所以自锁销4被弹簧顶起，使定位块1锁紧。当转台夹紧后，夹紧力达到一定数值，夹紧液压缸的进油压力使压力继电器KP动作，K7通电动作，使YA8、YA9断电，阀YV3回到中间位置，这时3G的左、右油腔都接至回油路，使回转液压缸卸压。K7的动合触点使YA10通电，使YV4阀杆右移，通过液压缸4G使离合器7脱开。,1定位块 2滑块 3固定挡铁 4自锁销 5底座 6回转工作台 7离合器,离合器脱开后的状态：液压缸4G的活塞杆压动限位开关SQ8，使YA9断电，YA8通电，使阀YV3阀杆左移，将使回转液压缸活塞退回原位。活塞退回原位后，由于杠杆作用压动限位开关SQ9，其动断触点断开。即动作的电器均被断电。这样YA10断电使离合器重新接合，以备下次转位循环。这样液压系统和控制电路都恢复到原始状态。 回转台夹紧后，压力继电器KP动作，使K7得电动作，K7还有一动合触点闭合，可接通动力的工作循环。,1定位块 2滑块 3固定挡铁 4自锁销 5底座 6回转工作台 7离合器,液压动力头控制电路：图3-13控制电路中右侧下半部（开关S1、S2下侧），为液压动力头的自动工作循环控制电路，可以完成快进工进延时停留快退的工作循环。,C1是用来保护SQ9的触点。电器上的电磁铁要有足够的吸力，工作才安全可靠。这就需要有足够的磁势，既要有足够大的电流，匝数也要多。因此电磁铁的线圈具有较大的电感。当触点由闭合转为断开时，电磁铁线圈的电流迅速变化，因而将产生很大的感应电动势，触点在分断时将产生很强的电弧，使触点易被电弧烧蚀，缩短使用寿命。因此为了保护触点不被烧蚀，需在被保护的触点两端并联电容。当触点两端电动势增加时，由于电容的充电作用，可使触点两端电压大大减少，电容的这种吸收作用，能使电弧很快熄灭，从而防止了触点的烧蚀。,根据刀架的自动循环、无进给切削、快速移动三个工艺过程的运动规律，找出反映每个过程实质的三个不同参量行程、时间、速度，并准确地测量出来作为控制信号，组成预期要求的各种自动控制线路。 因此说，按控制过程变化参量进行控制的规律是组成电路控制线路的一种基本方法。,直流电动机的控制电路,直流电动机的起动 对直流电动机启动的要求是：要在保证起动转矩足够大的前提下，尽量减小起动电流。 直流电动机的起动方法有： 全压启动 电枢回路串电阻起动 降压启动,直流电动机的控制电路,直流电动机由于励磁绕组与电枢绕组联接方式不同，其励磁方式可分为他励、并励、串励和复励四种。,直流电动机的控制电路,直流电动机因起动冲击电流大，一般不允许直接起动。 他励和并励电动机在弱磁和零磁时要产生飞车，故励磁电流应先于电枢电压（至少是同时）加入。 电路中必须有弱磁检测及欠磁保护。,直流电动机的控制电路,电路采用串二级电阻按时间原则控制直流电动机起动,直流电动机的控制电路,并励直流电动机可逆运转控制电路 直流电动机的转向取决于电磁转矩TCTI的方向。故转向的控制方法有两种： 一种为改变电枢电压极性。 另一种为改变励磁电流的方向。此法应其电磁惯性大，而且在起动过程中会产生“飞车”现象。故对于频繁正、反向起动运行的电动机采用改变电枢电压极性的方法。但主回路电流较大，应采用灭弧力强的直流接触器。,直流电动机的控制电路,直流电动机的控制电路,直流电动机的电气制动方法有能耗制动、反接 制动和再生发电制动。常用的为前两种。 能耗制动： 直流电动机制动时在电枢回路并一电阻，使之成为闭合回路，在此回路中将机械能变成的电能在转子回路电阻中消耗掉。,直流电动机的控制电路,并励直流电动机的能耗制动控制电路,电气控制线路中常用的保护环节,电气保护与机械保护 机械保护：极限位置保护 电