继电接触器自动控制系统.ppt

一 常用电气图形符号和文字符号 电气控制线路设计基础 电气控制系统图是工程技术通用语言 为了便于交流与沟通 在电器控制线路中 各种电器元件的图形 文字符号必须符合国家的标准 为了便于掌握引进技术和先进设备 便于国际交流和满足国际市场的需要 国家标准局参照国际电工委员会 IEC 公布的有关文件 制定了我国电气设备有关国家标准 采用新的图形和文字符号及回路标号 颁布了GB T4728 2000电气图用图形符号 GB6988 87电气制图和GB7159 87电气技术中的文字符号制定通则 表1 20列出了常用电气图形 文字符号表 以供参考 由按钮 开关 接触器 继电器等有触点的低压控制电器所组成的控制线路叫做电气控制线路 将电气控制系统中电器元件及其连接的电气控制线路用一定的图形表示出来 称之为电气控制系统图 由于低压电器是电力拖动自动控制系统的基本组成元件 因此 这里主要研究电力拖动自动控制系统的电气控制系统图 电气原理图采用电器元件的图形和文字符号表示电路中各个电器元件的连接关系而绘制的图样 它并不反映电器元件的实际大小和安装位置 其作用是便于详细了解工作原理 指导系统或设备的安装 调试与维修 在电力拖动自动控制系统中 电气原理图依据电气控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路 控制电路和辅助电路 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 线圈 触点等组成 一般画在原理图的右边 辅助电路指照明 信号指示 检测等电路 电气控制系统图一般有电气原理图 电器布置图 电气安装接线图三种 二 电气控制系统图的绘制原则和基本方法 主电路 控制电路 辅助电路 2 控制系统内的全部电机 电器和其他器械的带电部件 均应在原理图中表示出来 QS 3 电气原理图中所有电器元件也均应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示 为便于分析和阅读 一般采用电器元件展开图的画法 即 同一电器元件的各个部件可以不画在一起 但需用同一文字符号标出 若有多个同一类型的电器元件 可在文字符号后加上数字序号的下标 如SB1 SB2 KA1 KA2等 4 所有按钮 触头均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出 对于继电器 接触器的触点 按其线圈不通电时的状态画出 对于按钮 行程开关等触点 按未受外力作用时的状态画出 5 导线应避免交叉 折弯最少 导线可以水平布置 也可以垂直布置 6 无论主电路还是控制电路 辅助电路 均按功能布置 尽可能按动作顺序从上到下 从左到右排列 控制电路两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出 7 为方便阅图 在电气原理图中可将图分成若干个图区 并标明个图区电路的作用 图区标示 QS 电器元件布置图电器元件布置图反映各电器元件的实际安装位置 在图中电器元件用实线框表示 而不必按其外形形状画出 在图中往往还留有10 以上的备用面积及导线管 槽 的位置 以供走线和改进设计用 在图中还需要标注出必要的尺寸 CW6132型普通车床的电器布置图 CW6132型普通车床的电气原理图 电气安装接线图电气安装接线图反映的是电气设备各控制单元内部元件之间的接线关系 电气安装接线图是按照电器元件的实际位置和实际接线绘制的 根据电器元件布置最合理 连接导线最经济等原则来安排 它为安装电气设备 电器元件之间进行配线及检修电气故障等提供了必要的依据 在绘制安装接线图时一般应遵循以下原则 1 各电器元件用规定的图形 文字符号绘制 同一电器元件各部件必须画在一起 各电器元件的位置应与实际安装位置一致 2 不在同一控制柜或操作台上的电器元件的电气连接必须通过端子排进行 各电器元件的文字符号及端子编号应与原理图一致 并按原理图的接线进行连接 3 走向相同的多根导线可用线束表示 但线径不同的导线例外 4 画连接导线时 应标明导线的规格 型号 根数等规格要求 以便施工人员顺利施工 CW6132车床电气安装接线图 按钮及指示灯 低压隔离器及电机 三 继电接触控制系统的基本控制电路 任何简单或复杂的电气控制回路均由一系列基本环节所组成 包括 启停控制 点动控制 连续控制 自锁控制 互锁控制 多地点控制 顺序控制和自动循环控制等诸多环节 下面就上述环节的结构及规律作详细介绍 所谓点动 即手动按下按钮时 电动机运转工作 手动松开按钮时 电动机停止工作 特点是 能实现电动机短时转动 整个运行过程完全由操作人员决定 主电路由空气开关QS 交流接触器KM的主触头和笼型电动机M组成 控制电路由启动按钮SB和交流接触器线圈KM组成 电动机点动控制线路图 1 点动控制环节 启动过程如下 先合上空气开关QS 按下启动按钮SB 接触器KM线圈通电 KM主触头闭合 电动机M通电直接启动 停机过程如下 松开SB KM线圈断电 KM主触头断开 M断电停转 L1 连续运转即要求电动机长时间连续运行 从电机控制角度说即为长动控制 2 连续运转控制环节 主电路由空气开关QS 接触器KM的主触头 热继电器FR的发热元件和电动机M组成 控制电路由停止按钮SB1 启动按钮SB2 接触器KM的常开辅助触头和线圈 热继电器FR常闭触头组成 工作过程 启动 合上空气开关QS 按下启动按钮SB2 接触器KM线圈通电 KM主触头闭合 KM常开辅助触头闭合 电动机M接通电源运转 松开SB2 停机 按下停止按钮SB1 KM线圈断电 KM主触头和辅助常开触头断开 电动机M断电停转 自锁即要求电动机控制回路启动按钮按下松开后 电动机仍能保持运转工作状态 3 自锁控制与互锁控制 a 图为典型具有自锁功能的控制线路 当按钮SB1按下后 接触器KM线圈得电 同时其常开辅助触点吸合 当按钮被松开后仍能保持接触器KM线圈得电 自锁功能得以实现 b 图为两路自锁电路 SB2起停止作用 按下SB1 KM1线圈自锁运行 按下SB3 KM2自锁运行 互锁即在一个接触器得电动作时 通过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作的现象叫互锁 或联锁 实现互锁作用的常闭触头称为联锁触头 或互锁触头 3 自锁控制与互锁控制 电器联锁 互锁 作用 正转时 SBR不起作用 反转时 SBF不起作用 从而避免两触发器同时工作造成主回路短路 有些电气设备 为了操作方便 常要求能在多个地点对同一台电动机实现控制 如要求即可在现场控制运转状态 又可在控制室或其他远程场合控制运转状态 这种控制方法叫做多地控制 下图所示为3地联锁控制线路 把一个启动按钮和一个停止按钮组成一组 并把3组启动 停止按钮分别放置3地 即能实现3地点控制 图中SB11 SB12 SB21 SB22 SB31 SB32构成3组 分别放在控制室 操作间及现场 左图实现3地点动控制 右图实现3地连续运转控制 4 多地联锁控制 多地联锁控制的接线原则是启动按钮应并联连接 停止按钮应串联连接 要求 电启机M2启动后 电动机M1才能启动 5 多台电动机先后顺序工作的控制 电动机顺序控制的接线规律如下 1 要求KM2动作后KM1才能动作 故将KM2的常开触头串接于KM1线路中 2 要求KM2动作后KM1不能动作 故将KM2的常闭触点串接于KM1的线圈电路中 工作过程如下 合上空气开关QS 按下启动按钮SB2 接触器KM2通电 电动机M2启动 常开辅助触头闭合 按下启动按钮SB1 接触器KM1通电 电动机M1启动 按下停止按钮SB 两台电动机同时停止 在生产中 有时要求一个拖动系统中多台电动机实现先后顺序工作 在某些电气设备中 有些是通过设备自动往复循环工作的 例如造纸自动喷水管左右摆动喷水就是通过电动机的正 反转实现自动往复循环的 6 自动循环控制 工作过程如下 合上电源开关QS 按下SB1 KM1通电 电动机M正转 喷水管左移 喷水管左移到一定位置 螺杆撞动限位开关SQ2 SQ2常闭触头断开 KM1停止吸合 此时SQ2常开触头接通KM2通电 电动机M反转喷水管右移 喷水管右移到一定位置 螺杆撞动限位开关SQ1 SQ1常闭触头断开 KM2停 KM1再次得电 依次往复运行 控制线路按照行程控制原则 利用生产机械运动的行程位置实现控制 通常采用限位开关 电气控制的保护环节非常多 在电气控制线路中 最为常用的是熔断器及断路器 应用方法是串联在回路中 其分断作用是当线路电流超过其允许最大电流时熔断或跳保护 自动空气开关 断路器作用 可实现短路 过载 失压保护 熔断器作用 用于短路保护 第二类较常用的保护环节是电动机保护 如热保护继电器 当电动机过载 缺相及三相电流不平衡时跳保护 电气控制线路常设有以下保护环节 1 短路保护当电路发生短路时 短路电流会引起电器设备绝缘损坏和产生强大的电动力 使电机和电路中的各种电器设备产生机械性损坏 因此当电路出现短路电流时 必须迅速而可靠的断开电源 7电气控制常用的保护环节 图 a 为采用熔断器作短路保护的电路 当主电机容量较小 其控制电路不需另设熔断器 主电路中熔断器也作为控制电路的短路保护 当主电机容量较大 则控制电路一定要单独设置短路保护熔断器 图 b 为采用自动开关作短路保护的电路 既作为短路保护 又作为过载保护 其过流线圈用做短路保护 线路出故障时 自动开关动作 事故处理完重新合上开关 线路则重新运行工作 低压断路器 自动空气断路器 自动空气开关 自动开关 QS QF 2 过电流保护不正确的启动和过大负载 常常引起电动机产生很大的过电流 特别是对频繁启动和正反转重复短时工作的电动机 在其运行过程中产生过电流的可能性更大 尽管由此引起的过电流一般比短路电流要小 但对电机的影响比较大 常常会引起电机的内部部件损坏 因此 要进行过电流保护 过电流保护一般采用过电流继电器 过流保护分为定时限过流保护和反时限过流保护 1 继电保护的动作时间固定不变 与短路电流的大小无关 成为定时限过流继电保护 定时限过流继电保护的时间是由时间继电器设定的 时间继电器在一定的范围内连续可调 使用时可根据给定时间进行整定 2 继电保护的动作时间与短路电流的大小成反比 称为反时限过流继电保护 短路电流越大 这种保护动作的时间越短 短路电流越小 保护动作的时间越长 定时限过电流保护的动作原理 当流过系统的电流值超过过电流保护装置整定的动作值 且经过一定的时间延时后使保护装置动作 切断故障电路 保护过程 当电动机启动时 延时继电器KT的常闭触点闭合着 过电流继电器的过电流线圈不接入电路 这时 虽然启动电流很大 但过电流保护不动作 启动结束后 KT的常闭触点经过延时已经断开 过电流继电器开始起保护作用 3 过载保护电动机长期超载运行 其绕组的温升将超过允许值而损坏 所以应设过载保护环节 过载保护一般采用热继电器作为保护元件 热继电器具有反时限特性 由于热惯性的关系 热继电器不会受短路电流的冲击而瞬时动作 当有8 10倍额定电流通过热继电器时 需经1s 3s动作 这样 在热继电器动作前 热继电器的发热元件可能已烧坏 所以 在使用热继电器做过载保护时 还必须装有熔断器或过流继电器配合使用 图 a 所示为两相保护 适用于保护电动机任一相断线或三相均衡过载时 但当三相电源发生严重不平衡或电动机内部短路 绝缘不良等 有可能使某一相电流比其他两相高 则上述两电路就不能可靠进行保护 图 b 为三相保护 可以可靠的保护电动机的各种过载情况 QS QS 4 失压保护在电动机正常工作时 如果因为电源的关闭而使电动机停转 那么 在电源电压恢复时 电动机就会自行启动 电动机的自启动可能造成人身事故或设备事故 防止电压恢复时电动机自启动的保护称失压保护 它是通过并联在启动按钮上的接触器的常开触头来实现失压保护的 即自锁控制 如图2 11所示 采用继电器 接触器控制后 电源电压 85 时 接触器触头自动断开 可避免烧坏电机 另外 在电源停电后突然再来电时 可避免电机自动起动而伤人 5 弱磁保护直流并励电动机 复励电动机在磁场减弱或磁场消失时 会引起电动机 飞车 因此 要加强弱磁保护环节 弱磁继电器的吸合值 一般整定为额定励磁电流的0 8倍 对于调磁调速的电机 弱磁继电器的释放值为最小励磁电流的0 8倍 6 极限保护某些直线运动的生产机械常设极限保护 该保护是由行程开关来实现的 如龙门刨床的刨台 设有前后极限保护 矿井提升机 设上 下极限保护 温度 压力 液位等在生产过程中可根据生产机械和控制系统的不同要求 设置相应的极限保护环节 电动机的保护 短路保护是因短路电流会引起电器设备绝缘损坏产生强大的电动力 使电动机和电器设备产生机械性损坏 故要求迅速 可靠切断电源 通常采用熔断器和过流继电器等 欠压是指电动机工作时 由于电压低于正常工作电压而使电动机停转 失压 零压 是指电源电压消失而使电动机停转 在电源电压恢复时 电动机可能自动重新起动 亦称自起动 易造成人身或设备故障 常用的失压和欠压保护有 用接触器的自锁及欠压继电器组成失压 欠压保护 过载保护是为防止三相电动机在运行中电流超过额定值而设置的保护 常采用热继电器FR保护 也可采用自动开关和电流继电器保护 8行程控制 行程控制电路 1 至右极端位置撞开SQ1 动作过程 SB2正向起动按钮 正向运行 电机停车 反向运行同样分析 反向运行 正向运行 行程控制 2 自动往复运动 正程 逆程 电机 工作要求 1 能正向运行也能反向运行2 到位后能自动返回 行程控制电路 2 动作过程 工作要求 1 能正向运行也能反向运行2 到位后能自动返回 控制要求 1 M1起动后 M2才能起动 2 M1 M2可单独停车 9顺序控制 顺序控制电路 1 两电机只保证起动的先后顺序 没有延时要求 控制电路 FR1 FR2 控制要求 1 M1起动后 M2才能起动 2 M1 M2可单独停车 不可以 两电机各自要有独立的电源 这样接 主触头 KM1 的负荷过重 KM1 SB2 KM2 KM1 SB3 SB1 主电路 控制电路 FR 顺序控制电路 2 M1起动后 M2延时起动 SB2 主电路同前 控制电路 顺序控制电路 2 M1起动后 M2延时起动 实现M1起动后M2延时起动的顺序控制 用以下电路可不可以 不可以 继电器 接触器的线圈有各自的额定值 线圈不能串联 例1 运料小车的控制 设计一个运料小车控制电路 控制要求如下 1 小车起动后 前进到A地 然后做以下往复运动 到A地后停2分钟等待装料 然后自动走向B 到B地后停2分钟等待卸料 然后自动走向A 2 有过载和短路保护 3 小车可停在任意位置 控制电路综合举例 运料小车控制电路 STa STb为A B两端的限位开关 KTa KTb为两个时间继电器 SQb FR KTb KMF KMR SB1 KMF SQa SQa KTa KMR KMR KMF SQb KTa KTb 该电路的问题 小车在两极端位置时 不能停车 动作过程 SBF KMF 小车正向运行 至A端 撞STa KTa 延时2分钟 KMR 小车反向运行 至B端 撞STb KTb 延时2分钟 KMF 小车正向运行 如此往复运行 SQb FR KTb KMF KMR SB1 KMF SQa SQa KTa KMR KMR KMF SQb KTa KTb FR 加中间继电器 KA 实现任意位置停车的要求 KMF KMF KMR SQa SQb KTb KMR KTa KMR KMF SQb SB1 SB2 KA KA SBR 工作台位置控制 例2 起动后工作台控制要求 工作台位置控制电路 FR 工作台位置控制电路 该电路有何问题 FR 电路的改进方法同前 加中间继电器 KA 经验设计法经验设计法 又称为一般设计法 分析设计法 根据生产机械的工艺要求和生产过程 选择适当的基本环节和典型电路综合而成的电气控制线路 继电接触器自动控制系统设计 经验设计法的基本步骤1 主电路设计 主要考虑电动机的启动 点动 正反转 制动及多速电动机的调速 2 控制电路设计 主要考虑如何满足电动机的各种运转功能及生产工艺要求 包括实现加工过程自动或半自动的控制等 3 辅助电路设计 主要考虑如何完善整个电路的设计院 包括短路 过载 零压 联锁 照明 信号 充电测试等各种保护环节 4 反复审核电路是否满足设计原则 在条件允许的情况下 进行模拟试验 直至电路动作准确无误 并逐步完善整个电气控制电路的设计 经验设计法的基本设计方法1 根据生产机械的工艺要求选用现有的典型环节 将它们有机组合并加以补充修改 综合成所需要的控制线路 2 若找不到现成的典型环节 可根据工艺要求自行设计 边分析边画图 随时增加所需的电器元件和触头 以满足给定的设计要求 经验设计的基本特点1 易于掌握 使用很广 但一般不易获得最佳设计方案 2 要求设计者具有一定的实际经验 否则在设计过程中往往会因考虑不周发生差错 影响电路的可靠性 3 当线路达不到要求时 多用增加触点或电器数量的方法来加以解决 所以设计出的线路常常不是最简单经济的 4 需要反复修改草图 设计速度慢 5 一般需要进行模拟试验 6 设计程序不固定 SBF和SBR决不允许同时按下 否则造成电源两相短路 正反转的控制线路 3 M FR FU 正转触点 KMR KMF KMF KMR FR QS KMF 正转接触器 正转按钮 正反转控制电路必须保证正转 反转接触器不能同时动作 反转接触器 反转按钮 反转触点 电气控制线路的逻辑设计法所谓逻辑设计法就是根据生产工艺要求 利用逻辑代数来分析 设计线路的一种方法 用这种方法可以使继电器 接触器系统设计得更为合理 设计出的电路能充分发挥元件的作用 所使用的元件的数量最少 这种方法特别适合完成较复杂的生产工艺所要求的控制线路 我们知道 作为电气控制的继电器 接触器等电器元件只有两种工作状态 即线圈得电和失电 触头闭合和断开 它们都是两个对立的稳定的物理状态 在逻辑代数中 把这种具有两个对立的稳定的量称为逻辑变量 可采用 逻辑0 和 逻辑1 来表示 任何一个逻辑问题中 0 状态和 1 状态所代表的意义必须做出明确的规定 在继电接触式控制线路逻辑设计中规定如下 1 对于继电器 接触器 电磁铁 电磁阀 电磁离合器等元件的线圈 通常规定通电为 1 状态 失电则规定为 0 状态 1 逻辑设计法的基本原理 2 对于按钮 行程开关元件 规定压下时为 1 状态 复位时为 0 状态 3 对于元件的触头 规定触头闭合状态为 1 状态 触头断开状态为 0 状态 分析继电器 接触器控制电路时 元件状态常以线圈通电或断电来判定 因此 为了清楚地反映元件状态 元件的线圈和其常开触头的状态用同一字符来表示 而其常闭触头的状态用该字符的 非 来表示 例如对于接触器KM1来说 其常开触头的状态用KM1表示 其常闭触头的状态用则用表示 常开触点 1原变量表示常闭触点 0反变量表示 2 继电接触式控制线路中的基本逻辑运算继电接触式控制线路中的基本逻辑运算可以概括为3种 与 或 非 下面对这3种基本逻辑运算做详细分析 1 继电接触式控制线路中的逻辑 与 如图所示 用逻辑 与 来解释 只有当K1和K2两个触头全部闭合即都为 1 态时 接触器线圈KM才能通电为 1 态 如果K1和K2两个触头中有其中任一个触头断开 则线圈KM就断电 所以电路中触头串联形式是逻辑 与 的关系 逻辑 与 的逻辑函数式为式 2 逻辑 或 如图所示 用逻辑 或 来解释 当触头K1和K2任意一个闭合时 则线圈KM通电即为 1 态 只有当触头K1和K2都断开时 线圈KM断电即为 0 态 逻辑 或 的逻辑函数式为式 3 逻辑 非 逻辑 非 也称逻辑 求反 图表示元件状态KA的常闭触头与触发器KM线圈状态的控制是逻辑非关系 其逻辑函数式为式 当K合上 则KM 0 线圈不通电 KM为 0 状态 当K打开 则KM 1 线圈通电 KM为 1 状态 3 逻辑设计法的一般步骤 1 按工艺要求作出工作循环图 2 按工作循环图画出主令元件 检测元件和执行元件等的状态波形图 真值表 3 根据状态波形图 真值表 列写执行元件 输出元件 的逻辑函数式 4 根据逻辑函数式画出电路结构图 5 进一步检查 化简和完善电路 增加必要的联锁 保护等辅助环节 4 逻辑电路的设计方法逻辑电路的设计有组合逻辑电路设计和时序逻辑电路设计两种方法 下面将分别介绍这两种设计方法 1 组合逻辑电路的设计所谓组合逻辑电路是指执行元件的输出状态只与同一时刻控制元件的状态有关 输入 输出呈单方向关系 即只能由输入量影响输出量 而输出量对输入量无影响 1 冲床的控制要求 为了保护冲床操作者的人身安全 采用在两地有两个人同时控制才能启动冲床的方案 线路中使用3个按钮 分别为SB1 SB2 SB3 控制冲床电机的接触器线圈为KM 同时按下SB2 S