电气控制线路设计及实例分析

1、第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院1 4.1 4.1 电气控制电路设计方法电气控制电路设计方法 4.2 4.2 电气控制电路设计实例分析电气控制电路设计实例分析 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院2 4.1 4.1 电气控制电路设计方法电气控制电路设计方法 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院3 u 电气控制电路设计方法：电气控制电路设

2、计方法： 先设计主电路，再设计控制电路、信号电路及局部照先设计主电路，再设计控制电路、信号电路及局部照 明电路等明电路等 控制电路设计要求：控制电路设计要求： 满足生产机械的工艺要求，满足生产机械的工艺要求，能按照工艺的顺序准确而可能按照工艺的顺序准确而可 靠地工作。靠地工作。 电路结构力求简单，电路结构力求简单，尽量选用常用的且经过实际考验过尽量选用常用的且经过实际考验过 的电路。的电路。 操作、调整和检修方便。操作、调整和检修方便。 具有各种必要的保护装置和联锁环节。具有各种必要的保护装置和联锁环节。 控制电路设计方法：控制电路设计方法： 经验设计法：经验设计法：根据生产工艺的要求，按照电

3、动机的控制根据生产工艺的要求，按照电动机的控制 方法，采用典型环节电路直接进行设计方法，采用典型环节电路直接进行设计。 逻辑设计法：逻辑设计法：采用逻辑代数进行设计。采用逻辑代数进行设计。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院4 u控制电路设计时应注意的问题控制电路设计时应注意的问题 ： 尽量减少连接导线尽量减少连接导线 。设计控制电路时，应考虑设计控制电路时，应考虑 电器元件的实际位电器元件的实际位 置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图a是不是不 合理的。合理的。 第

4、四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院5 按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电 器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线 到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直 接连接，就可以减少一次引出线，如图接连接，就可以减少一次引出线，如图b所示。所示。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院6

5、正确连接电器的线圈正确连接电器的线圈 。 a)电压线圈通常不能串联使用，电压线圈通常不能串联使用，如图如图a所示。由于它所示。由于它 们的阻抗不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配们的阻抗不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配 不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压 之和，也不允许。因为电器动作总有先后，当有一之和，也不允许。因为电器动作总有先后，当有一 个接触器先动作时，则其线圈阻抗增大个接触器先动作时，则其线圈阻抗增大, ,该线圈上该线圈上 的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时 将使电路烧毁。

6、将使电路烧毁。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院7 电磁线圈的串并联电磁线圈的串并联 b)电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。图图b中中 直流电磁铁直流电磁铁YA与继电器与继电器KA并联，在接通电源时可正常工作，并联，在接通电源时可正常工作， 但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电 感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产

7、 生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继 电器的误动作。解决方法可备用一个接触器的触点来控制。电器的误动作。解决方法可备用一个接触器的触点来控制。 如图如图c所示。所示。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院8 控制电路中应避免出现寄生电路控制电路中应避免出现寄生电路: 寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。如图所寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。如图所 示具有指示灯示具有指示灯HL和热保护的正反向电路和热保护的正反向电路. 正常工作时

8、，正常工作时，能能 完成正反向起动、完成正反向起动、 停止和信号指示。停止和信号指示。 当热继电器当热继电器FR动作时，电动作时，电 路就出现了寄生电路路就出现了寄生电路，如，如 图中虚线所示，使正向接图中虚线所示，使正向接 触器触器KM1不能有效释放，不能有效释放， 起不了保护作用。起不了保护作用。 寄生电路寄生电路 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院9 尽可能减少电器数量，采用标准件和相同型号的电器尽可能减少电器数量，采用标准件和相同型号的电器: :如图所示。如图所示。 当控制的支路数较多，当控制的支路

9、数较多， 而触点数目不够时，而触点数目不够时， 可采用中间继电器增可采用中间继电器增 加控制支路的数量。加控制支路的数量。 简化电路简化电路 去掉不必要的去掉不必要的 KM1，简化电路，简化电路， 提高电路可靠性提高电路可靠性 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院10 多个电器的依次动作问题多个电器的依次动作问题 在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另 一个电器的控制电路。一个电器的控制电路。 可逆电路的联锁可逆电路的联锁 在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器

10、之间不仅在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅 要有电气联锁，而且要有电气联锁，而且 还有机械联锁。还有机械联锁。 要有完善的保护措施要有完善的保护措施 常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、 过电压、失电压等保过电压、失电压等保 护护 环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等 必须的指示信号。必须的指示信号。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院11 4.2 4.2 电气控制电路设计实例分析电气控制电路设计实

11、例分析 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 电路设计电路设计条件分析法条件分析法 例：设计一个组合机床动力头的控制电路，要求在按下起动按钮后动力头例：设计一个组合机床动力头的控制电路，要求在按下起动按钮后动力头 完成以下工作循环：快进完成以下工作循环：快进工进工进工退工退快退至原点停止。快退至原点停止。 （一）分析设计要求（一）分析设计要求 此例中动力头工作台有此例中动力头工作台有4 4种工作状态：快进、工进、工退、快退。种工作状态：快进、工进、工退、快退。 可用可用M1M1、M2M2两台电机分别驱动不同的传动链来实现，其中两台电机

12、分别驱动不同的传动链来实现，其中M1M1为快速移为快速移 动电动机其正转时为快进，反转时为快退。其中动电动机其正转时为快进，反转时为快退。其中M2M2为进给电动机其正转时为进给电动机其正转时 为工进，反转时为工退。其中工作状态的转换由位置开关来实现。为工进，反转时为工退。其中工作状态的转换由位置开关来实现。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 （二）主电路设计（二）主电路设计 此例中有此例中有M1M1、M2M2两台电机，分别有正反转控制，均为全两台电机，分别有正反转控制，均为全 压起动、连续工作，无制动要求。因此设计主电路如下：压起

13、动、连续工作，无制动要求。因此设计主电路如下： SQ3 原 位 终 点 转 换 SQ1SQ2 快进KM1 快退KM2 工进KM3 工退KM4 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 （三）控制电路设计（三）控制电路设计 条件分析法的原则：条件分析法的原则： 1、以接触器、继电器、电磁铁等的线圈为分析对象，分析其通电（起始）、以接触器、继电器、电磁铁等的线圈为分析对象，分析其通电（起始） 和断电（终止）条件，从而得出每个线圈的控制电路后经过组合和优化得出和断电（终止）条件，从而得出每个线圈的控制电路后经过组合和优化得出 整个控制电路。整个

14、控制电路。 2、线圈的分析顺序应尽量与控制过程的动作顺序一致。、线圈的分析顺序应尽量与控制过程的动作顺序一致。 SQ3 以此例学习条件分析法的应用：以此例学习条件分析法的应用： 1、分析动作过程：、分析动作过程： 原位原位起动按钮起动按钮快进（快进（KM1+KM1+）SSQ Q2 2工进（工进（KM3+KM3+） S SQ Q3 3工工 退（退（KM4+KM4+）SSQ Q2 2快退（快退（KM2+KM2+）原位原位S SQ Q1 1停止停止 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 2 2、分析接触器线圈的起始和终止条件：、分析接触器线

15、圈的起始和终止条件： 1 1）KM1KM1：起始条件：起始条件起动按钮起动按钮SB2 SB2 终止条件终止条件SSQ Q22 2 2）KM3KM3：起始条件：起始条件SQSQ22 终止条件终止条件SSQ Q33 3 3）KM4KM4：起始条件：起始条件SSQ Q33 终止条件终止条件SSQ Q22 4 4）KM2KM2：起始条件：起始条件SSQ Q22 终止条件终止条件SSQ Q11 KM2KM2会在电路开始通电时就通电，这种情况应会在电路开始通电时就通电，这种情况应 增加起始条件：当增加起始条件：当KM4KM4+ +时松开时松开S SQ Q2 2，即，即 （KM4+）+（SQ2）；因而）；因

16、而KM4KM4终止条终止条 件调整为件调整为KM2+KM2+。 快进快进 工进工进 工退工退 快退快退 当当S SQ Q11，S SQ Q22，但，但KM4-KM4-，即工退，即工退 未开始时，不能快退；工退时，未开始时，不能快退；工退时，SQ2SQ2 未未，不能快退，工退结束，不能快退，工退结束S SQ Q22， 才能使才能使KM2+KM2+，开始快退；当，开始快退；当S SQ Q22， KM2+KM2+，切断，切断KM4-KM4-，停止工退。，停止工退。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 3 3、组合与优化：增加连锁与保护环节

17、，急停按钮等、组合与优化：增加连锁与保护环节，急停按钮等 原 位 终 点 转 换 SQ1SQ2 快进KM1 快退KM2 工进KM3 工退KM4 SQ3 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院17 一、机床电气控制电路设计举例一、机床电气控制电路设计举例 设计设计CW6163型卧式车床的电气控制电路。型卧式车床的电气控制电路。 u 机床电气传动的特点及控制要求机床电气传动的特点及控制要求 机床主运动和进给运动由电动机机床主运动和进给运动由电动机M1集中传动，主轴运动的正反向集中传动，主轴运动的正反向 （满足螺纹加

18、工要求）是靠两组摩擦片离合器完成。（满足螺纹加工要求）是靠两组摩擦片离合器完成。 主轴制动采用液压制动器。主轴制动采用液压制动器。 冷却泵由电动机冷却泵由电动机M2拖动。拖动。 刀架快速移动由单独的快速电动机刀架快速移动由单独的快速电动机M3拖动。拖动。 进给运动的纵向（左右）运动，横向（前后）运动，以及快速移动，进给运动的纵向（左右）运动，横向（前后）运动，以及快速移动， 都集中由一个手柄操纵。都集中由一个手柄操纵。 电动机型号：电动机型号： 主电动机主电动机M1：Y160M-4，1l kW，380V，23.0A，1460 r/min； 冷却泵电动机冷却泵电动机M2：JCB-22，0.15k

19、W，380V，0.43A，2790 r/min； 快速移动电动机快速移动电动机M3：Y90S-4，1.1kW，380V，2.8 A，1400 r/min。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院18 u 电气控制电路设计电气控制电路设计 主回路设计主回路设计 根据电气传动的要求，由接触器根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机分别控制电动机M1、 M2及及M3，如图所示。，如图所示。 三相电源由开关三相电源由开关QS引入。引入。 主电动机主电动机M1的过载保护由的过载保护由 热继电器热继

20、电器FR1实现。实现。 主电动机的短路保护可由主电动机的短路保护可由 机床的前一级配电箱中的机床的前一级配电箱中的 熔断器充任。熔断器充任。 冷却泵电动机冷却泵电动机M2的过载保的过载保 护由热继电器护由热继电器FR2实现。实现。 快速移动电动机快速移动电动机M3由于是由于是 短时工作，不设过载保护。短时工作，不设过载保护。 电动机电动机M2、 M3共同设短共同设短 路保护熔断器路保护熔断器FU1。 主电路和控制电路设计主电路和控制电路设计 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院19 控制电路设计控制电路设计

21、考虑到操作方便，主电动机考虑到操作方便，主电动机M1可在床头操作板上可在床头操作板上 和刀架拖板上分别设起动和停止按钮和刀架拖板上分别设起动和停止按钮 SB1、SB2、 SB3、SB4进行操纵。接触器进行操纵。接触器KM1与控制按钮与控制按钮 组成带组成带 自锁的起停控制电路。自锁的起停控制电路。 冷却泵电动机冷却泵电动机M2由由SB5、SB6进行起停操作，装在进行起停操作，装在 机床头部。快速移动电动机机床头部。快速移动电动机M3工作时间短，为了操工作时间短，为了操 作灵活由按钮作灵活由按钮SB7与接触器与接触器KM3组成点动控制电路。组成点动控制电路。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例

22、分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院20 信号指示与照明电路信号指示与照明电路 可设电源指示灯可设电源指示灯HL2（绿色），在电源开关（绿色），在电源开关QS接接 通后，立即发光显示，表示机床电气电路已处于供电状通后，立即发光显示，表示机床电气电路已处于供电状 态。设指示灯态。设指示灯HL1（红色）显示主电动机是否运行。这（红色）显示主电动机是否运行。这 两个指示灯可由接触器两个指示灯可由接触器KM1的动合和动断两对辅助触的动合和动断两对辅助触 点进行切换显示，如图右上方所示。点进行切换显示，如图右上方所示。 在操作板上设有交流电流表在操作板上

23、设有交流电流表A，它串联在电动机主，它串联在电动机主 回路中，用以指示机床的工作电流。这样可根据电动机回路中，用以指示机床的工作电流。这样可根据电动机 工作情况调整切削用量使电动机尽量满载运行，以提高工作情况调整切削用量使电动机尽量满载运行，以提高 生产率，并能提高电动机功率因数。生产率，并能提高电动机功率因数。EL照明灯为照明灯为36V安安 全电压。全电压。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院21 控制电路电源控制电路电源 考虑安全可靠及考虑安全可靠及 满足照明指示灯满足照明指示灯 的要求，采用变的要求，

24、采用变 压器供电，控制压器供电，控制 电路电路127V，照明，照明 36V，指示灯，指示灯 6.3V。 绘制电气原理图绘制电气原理图 根据各局部电路根据各局部电路 之间互相关系和之间互相关系和 电气保护电路，电气保护电路， 画成电气原理图，画成电气原理图， 如图所示。如图所示。 CW6163型卧式车床电气原理图型卧式车床电气原理图 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院22 u 选择电气元件选择电气元件 电源引入开关电源引入开关QS QS主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接起停电动机，可按电主要作为电源隔离开

25、关用，并不用它来直接起停电动机，可按电 动机额定电流来选。在这里应该根据三台电动机来选。在中小型机床常动机额定电流来选。在这里应该根据三台电动机来选。在中小型机床常 用组合开关中，可选用用组合开关中，可选用HZl0-25/3型，额定电流为型，额定电流为25A，三极组合开关。，三极组合开关。 热继电器热继电器FR1、FR2 主电动机主电动机M1额定电流额定电流23.0A，FR1可选用可选用JR0-40型热继电器，热元件型热继电器，热元件 电流为电流为25A，电流整定范围为，电流整定范围为1625A，工作时将额定电流调整为，工作时将额定电流调整为23.0A。 同理，同理，FR2可选用可选用JRl0

26、-10型热继电器，选用型热继电器，选用1号元件，电流整定范围号元件，电流整定范围 是是0.400.64A，整定在，整定在0.43A。 熔断器熔断器FU1、FU2、FU3 FU1是对是对M2、M3两台电动机进行保护的熔断器。熔体电流为两台电动机进行保护的熔断器。熔体电流为 可选用可选用RLl-15型熔断器，配用型熔断器，配用10 A的熔体。的熔体。 FU2、FU3选用选用RLl-15型熔断器，配用最小等级的熔断体型熔断器，配用最小等级的熔断体2A。 AAIR6 . 7 5 . 2 43. 0767. 2 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控

27、制器 武汉工程大学电气信息学院23 接触器接触器KM1、KM2及及KM3 接触器接触器KM1，根据主电动机，根据主电动机M1的额定电流的额定电流IN=23.0A，控制回路电源，控制回路电源 127V，需主触点三对，动合辅助触点两对，动断辅助触点一对，根据上述，需主触点三对，动合辅助触点两对，动断辅助触点一对，根据上述 情况，选用情况，选用CT0-40型接触器，电磁线圈电压为型接触器，电磁线圈电压为127V。 由于由于M2、M3电动机额定电流很小，电动机额定电流很小，KM2、KM3可选用可选用JZ7-44交流中交流中 间继电器，线圈电压为间继电器，线圈电压为127V，触点电流，触点电流5A，可完

28、全满足要求。对小容量，可完全满足要求。对小容量 的电动机常用中间继电器充任接触器。的电动机常用中间继电器充任接触器。 控制变压器控制变压器TC 变压器最大负载时是变压器最大负载时是KM1、KM2及及KM3同时工作，可以计算出变压同时工作，可以计算出变压 器容量应大于器容量应大于68.4VA。考虑到照明灯等其他电路附加容量，可选用。考虑到照明灯等其他电路附加容量，可选用BK-100 型变压器或型变压器或BK-150型变压器，电压等级：型变压器，电压等级：380V/127-36-6.3V，可满足辅助，可满足辅助 回路的各种电压需要。回路的各种电压需要。 u 制定电气元件明细表制定电气元件明细表 电

29、气元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等，见表。电气元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等，见表。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院24 符符 号号名名 称称型型 号号 规规 格格数量数量 M1 M2 M3 QS KM1 KM2、KM3 KR1 KR2 FU1 FU2、FU3 TC SB3、SB4、SB6 SB1、SB2、SB5 SB7 HL1、HL2 A 主电动机主电动机 冷却泵电动机冷却泵电动机 快速移动电动机快速移动电动机 组合开关组合开关 交流接触器交流接触器 交流中间继电器交流中间继

30、电器 热继电器热继电器 热继电器热继电器 熔断器熔断器 熔断器熔断器 控制变压器控制变压器 控制按钮控制按钮 控制按钮控制按钮 控制按钮控制按钮 指示信号灯指示信号灯 交流电流表交流电流表 Y 160 M-4 JCB-22 J02-21-4 HZl0-25/13 CJO-40 JZ7-44 JR0-40 JRl0-10 RLl-15 RLl-15 BK-100 LA10 LA10 LA9 ZSD-0 62T 2 11kW 380V 1460r/min 0.125kW 380V 2790r/min 1.1kW 380V 1410r/min 3极极500V 25A 40A 线圈电压线圈电压127V

31、 5 A 线圈电压线圈电压127V 额定电流额定电流25A 整定电流整定电流19.9A 热元件热元件l号号 整定电流整定电流0.43A 500V 熔体熔体10A 500V 熔体熔体2A 100VA 380V/127-36-6.3 V 黑黑 色色 红红 色色 6.3 V 绿色绿色1 红色红色1 050A 直接接入直接接入 1 1 l l 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 l l 3 3 2 2 1 1 3 3 3 3 1 1 2 2 l l 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制线路设计及实例分析 可编程序控制器可编程序控制器 武汉工程大学电气信息学院25 u绘制电气安装接线图绘

32、制电气安装接线图 机床的电气接线图是根据电气原理图及各电气设备安装的布机床的电气接线图是根据电气原理图及各电气设备安装的布 置图来绘制的。安装电气设备或检查电路故障都要依据电气置图来绘制的。安装电气设备或检查电路故障都要依据电气 接线图。接线图要表示出各电气元件的相对位置及各元件的接线图。接线图要表示出各电气元件的相对位置及各元件的 相互接线关系，因此要求接线图中各电气元件的相对位置与相互接线关系，因此要求接线图中各电气元件的相对位置与 实际安装的位置一致，并且同一个电器的各组成部分画在一实际安装的位置一致，并且同一个电器的各组成部分画在一 起。还要求各电气元件的文字符号与原理图一致。对各部分

33、起。还要求各电气元件的文字符号与原理图一致。对各部分 电路之间接线和对外部接线一般应通过端子板进行，而且应电路之间接线和对外部接线一般应通过端子板进行，而且应 该注明外部接线的去向。该注明外部接线的去向。 为了看图方便，对导线走向一致的多根导线合并画成单线，为了看图方便，对导线走向一致的多根导线合并画成单线， 可在元件的接线端标明接线的编号和去向。接线图还应标明可在元件的接线端标明接线的编号和去向。接线图还应标明 接线用导线的种类和规格，以及穿管的管子型号、规格尺寸。接线用导线的种类和规格，以及穿管的管子型号、规格尺寸。 成束的接线应说明接线根数及其接线号。成束的接线应说明接线根数及其接线号。 第四章第四章 电气控制线路设计及实例分析电气控制