第二三章PLC设计

1、2-12-1电气控制线路的绘图原则、图形电气控制线路的绘图原则、图形及文字符号及文字符号 电气控制线路是用导线将电机电器及仪表等联接起来，电气控制线路是用导线将电机电器及仪表等联接起来，实现某种控制要求的电气线路。实现某种控制要求的电气线路。 电气控制线路能实现对电动机的起动、调速、正反转、制动等运行方式的控制以及必要的保护，以满足生产工艺的要求，实现生产过程的自动化。电气原理图电气原理图 根据电气控制线路的工作原理而绘制。电气原理图中所有元件的排列位置是根据它们动作次序并方便阅读，而不考虑其实际位置。电气元件布置图电气元件布置图 主要用来表明电气设备在机械设备上和电气控制柜中的实际安装位置，

2、为机械电气控制设备的制造、安装、维护、维修提供必要的资料。电气安装接线图电气安装接线图 按照电气控制线路中电器元件的实际位置和实际连线用规定符号绘制，电气安装接线图中同一电器元件的各部分是画在一起的。 1、定义：按照简单易懂的原则，根据控制线路的工作原理绘制而成的图纸，包括主电路和辅助电路。2、电气控制线路的分类 主电路：主电路：从电源到电动机定子绕组的大电流通过的路径。 控制电路：控制电路：是通过弱电流的电路，如由按钮、电器元件的线圈、继电器的触头、接触器的辅助触头等组成信号电路、保护电路联锁电路等。 常态作图、主控分开、平面绘图 1、常态作图、常态作图 电气控制线路中所有电器元件均采用国家

3、标准gb4728-2000和gb7159-1987规定统一符号表示。所有电器的动作部分均以自然状态（常态）绘出。所谓常态是指各种电器没有通电或没有外力作用时的工作状态。全部电气触头以线圈失电时的状态绘出，所有开关、按钮等以不动作时的状态绘出。 2、主控分开、主控分开 位置： 主电路： 左 控制电路： 右 控制电路的绘制要求：u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。u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。 主电路绘制要求：主电路用粗实线绘制在图面的左侧或上方，辅助电路用细实线在图面的右侧或下方。电源线

4、绘成水平线，受电的动力装置及保护电路等应重直于电源线画出。3 3、平面绘图平面绘图 电路用平行线(水平线、垂直线)绘出，尽量减少交叉(两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出)，接触器等的励磁线圈尽可能按动作顺序排列。n1、属于同一电器的各元件都用同一文字符号和同一数字表示。n2、为了方便阅读，必要时应对图面加以标注。 注意注意sbfrfr热继电器热继电器sb按扭按扭接触器接触器kmkmkmkm中间继电器中间继电器kakaka刀开关刀开关fu熔断器熔断器qs 通电延时通电延时 断电延时断电延时行程开关行程开关速度继电器速度继电器 ktnnkssq 时间继电器时间继电器举例举例：电动机起停控制线路

5、n图面区域的划分： 电气原理图下方的数字1、2、3等是图区编号，为了便于检索电气线路，方便阅读分析、避免遗漏而设置的。n电气原理图中，接触器和继电器线圈与触点的从属关系应用附图表示。 如kmkm左栏左栏右栏右栏中栏中栏主触点主触点所在区号所在区号辅助常开触点辅助常开触点所在区号所在区号辅助常闭触点辅助常闭触点所在区号所在区号1、用途：、用途： 是为安装电气设备和电器元件进行配线或检修电器故障服务的。图中可显示电气设备中各元件的空间位置和接线情况。2、编制规则：、编制规则： 在接线图中一般应标出：项目的相对位置、项目代号、端子间的电连接关系、端子号、导线号、导线类型、截面积等。 同一控制盘上的电

6、器元件可直接连接，而盘内元器件与外部元器件连接时必须连接线端子进行。 接线图中各电器元件图形符号与文字符号均应以电路为准，并保持一致。 互连接线图的互连关系可用连接线、中断线或线束表示，连接导线应标明导线根数、导线截面积等。1、分析的内容：、分析的内容： 说明书：机械+电气两部分组成，阅读说明书，了解有关内容：如：设备的构造，电气传动方式，设备的使用方法，与机械液压部分直接关联的电器的位置，工作状态及与机械、液压部分的关系。 电气控制原理图：由主电路，控制电路，辅助电路，保护及联锁环节及特殊控制电路等部分组成，在阅读时必须与其它技术资料结合起来。 电气设备的总安装接线图：这是安装设备不可缺少的

7、资料。 电器元件布置图与接线图：这是制造，安装，调试和维护的必需的技术资料。2、电气原理图阅读分析方法：、电气原理图阅读分析方法：基本原则：化整为零、顺藤摸瓜、先主后辅、集零为整、安全保护、全面检查。查线读图法方法和步骤： a 、分析主电路图 - 主电路的作用是保证整机拖动要求的实现。 - 从主电路的构成分析电动机及执行电器的类型、工作方式、起动、转向、调速、制动等控制要求与保护要求等内容。 因此：线路设计、线路分析都先从主电路入手。因此：线路设计、线路分析都先从主电路入手。 b 、分析控制线路： 主电路各控制要求由控制电路来实现：运用“化整为零化整为零”“”“顺藤摸瓜顺藤摸瓜”的原则，将控制

8、电路按功能划分功能划分为若干局部控制线路，从电源和主令信号开始，经逻辑判断，写出控制流程，以简便明了的方式表达出电路的自动工作过程。 对安全性、可靠性要求高的生产机械，在控制线路中还设置一系列电气保护电气保护和必要的电气联锁电气联锁。电气原理图电气原理图1.电动机启动与停车控制电动机启动与停车控制自锁触点自锁触点热继电器热继电器热元件热元件热继电器热继电器常闭触点常闭触点kml1l3l2fu1kmqssb2fu2kmm3frfrsb12-2 电动机的基本控制环节电动机的基本控制环节合上合上qs，按下，按下sb2作用作用？km2fu1km1m3frqsl1l3l2主电路主电路正转按钮正转按钮反转

9、按钮反转按钮2、电动机的正反转控制、电动机的正反转控制fu2frsb3sb1km1km1km2km2sb2km2km1fu2frsb3sb1km1km1km2km2sb2sb1sb2km2km1正停反控制正停反控制正反停控制正反停控制电气互锁机械互锁2 2、电动机的正反转控制、电动机的正反转控制 联锁规律联锁规律( (一一) )： 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入串入乙接触器的线圈电路中；反之，要求乙接触器动作时，甲接触器不能动作，则需将乙接触器的常闭触点串入串入甲接触器的线圈电路中。 fu1km1m13fr1ql1l3l2km2m23fr2主电路主电路控制电

10、路控制电路km2fu2fr1sb3fr2km1sb1sb4sb2km1km2km1 3、电动机的顺序控制、电动机的顺序控制联锁规律联锁规律( (二二) )： 要求甲接触器动作后乙接触器才能动作，则需将甲接触器的常开触点串入串入乙接触器的线圈电路中。电动机电动机顺序启动顺序启动、逆序停止逆序停止控制控制fu1km1m3fr1ql1l3l2km2m3fr2km2fu2fr1sb3fr2km1sb1sb4sb2km1km2km1km2主电路主电路控制电路控制电路联锁规律(三) 要求甲接触器停止后乙接触器才能停止，则将甲接触器的常开触点并接在乙接触器的停止按钮。4、电动机点动与长动控制、电动机点动与长

11、动控制长动按钮长动按钮点动按钮点动按钮 点动时用点动时用sb3的常闭触点切断的常闭触点切断自锁回路。自锁回路。 sb3：sb3常闭触点先断开自常闭触点先断开自锁回路，其常开触点才闭合使接触锁回路，其常开触点才闭合使接触器得电，电机旋转。器得电，电机旋转。 sb3：sb3常开触点先断开，常开触点先断开，接触器失电，而后其常闭触点才恢接触器失电，而后其常闭触点才恢复闭合，但复闭合，但km的常开触点已断开的常开触点已断开。 （点动时，（点动时，km的常开辅助触点虽的常开辅助触点虽会闭合，但自锁回路已被会闭合，但自锁回路已被sb3切断切断）按钮实现点动：选择开关实现点动与长动切换按钮实现点动：选择开关

12、实现点动与长动切换长动按钮长动按钮点动按钮点动按钮中间继电器实现点动的控制电路中间继电器实现点动的控制电路5、多点控制、多点控制 起动按钮并联连接，停止按钮串联连接。起动按钮并联连接，停止按钮串联连接。上图设计分别安置在三个地方，就可实现三地操作。上图设计分别安置在三个地方，就可实现三地操作。1、行程控制、行程控制n用途：用途： 控制生产机械运动部件的行程。n控制元件：控制元件：行程开关检测位移信号，将机械信号转换为电信号的装置。 行程控制是借助于行程开关来实现的，这种控制是将行程开关安装在适当的地点，当装于生产机械运动部件上的撞块压合行程开关时，行程开关的触点动作，从而实现电路的切换，以达到

13、行程控制的目的。n典型线路分析：典型线路分析：小车往返运动控制。2-3 电动机的基本控制方法电动机的基本控制方法小车往返运动控制线路小车往返运动控制线路单次运行单次运行sqasqo往复运行往复运行原位启动往复一次原位启动往复一次往复多次往复多次sb2往复一次往复一次sb3往复多次往复多次2、时间控制、时间控制n用途：用途： 交流异步电动机的起制动控制。n控制元件：控制元件：时间继电器n典型线路分析：典型线路分析：1)三相异步电动机自耦变压器降压起动控制电路。2)三相异步电动机星三角降压起动控制线路。n三相异步电动机自耦变压器降压起动控制电路三相异步电动机自耦变压器降压起动控制电路fu1km2m

14、3frqsl1l3l2fu1m3frqsl1l3l2fu1m3frqsqsl1l3l2主电路主电路km1km1fu1fu2sb1frsb2km2fu1ktfu2sb1frktsb2km1km2ktkt自耦变压器降压起动的特点：自耦变压器降压起动的特点：u自耦变压器具有多个抽头，可获得不同的变比。u采用自耦变压器降压起动比采用串电阻降压起动效果好，在起动转矩相同的情况下，自耦变压器降压起动从电网吸取电流小。u自耦变压器价格较贵，而且其线圈是按短时通电设计的，因此只允许连续起动两次。 n三相异步电动机星三相异步电动机星三角降压起动控制线路三角降压起动控制线路星形三角形降压起动的特点星形三角形降压起

15、动的特点 u凡是正常运行时定子绕组接成三角形的三相异步电动机，都可采用星形三角形降压起动。 u起动时，定子绕组先接成星形，起动电压为三角形直接起动电压的u起动电流和起动转矩为三角形直接起动的1/3，适用于空载或轻载起动。31n例例： 设计一控制电路，要求第一台电动机起动10s后，第二台电动机自行起动，运行5s后第一台电动机停车同时使第三台电动机自行起动，再运行15s后，电动机全部停车。3 3、电流控制、电流控制n用途：用途： 1)直流电动机起动控制和交流电动机转子绕组串电阻起动。 2)电动机和其它负载的过电流保护和直流电动机的励磁保护。n控制元件：控制元件：电流继电器n典型线路分析：典型线路分

16、析： 1)直流电动机电枢绕组串电阻三级起动控制线路 2)绕线式异步电机转子绕组串电阻起动控制线路直流电动机电枢绕组串电阻三级起动主电路直流电动机电枢绕组串电阻三级起动主电路直流电动机电枢绕组串电阻三级起动控制电路直流电动机电枢绕组串电阻三级起动控制电路绕线式异步电机转子绕组串电阻起动控制线路绕线式异步电机转子绕组串电阻起动控制线路时间原则控制时间原则控制kt1：控制：控制km1kt2：控制：控制km2kt3：控制：控制km3主电路主电路l1qsl2km1l3frkmmfu1km3r2r3km2r13fu2sb1sb2kmkm1km1km2frkmkm2km3km3kt1kt2kt3km3kmk

17、m1km2km3kt1kt2kt3控制电路控制电路kt1、kt2、kt3分别分别控制控制三个接触器三个接触器km1、km2、km3按按顺序顺序依次吸合依次吸合，自动，自动切除切除转子绕组中的三级电阻转子绕组中的三级电阻 ?电流原则控制电流原则控制控制电路控制电路三个欠电流继电器的线圈串接在转子回路中，电流继电器的吸合电流三个欠电流继电器的线圈串接在转子回路中，电流继电器的吸合电流一样，但释放电流不同，一样，但释放电流不同，ki1ki1的释放电流最大，的释放电流最大，ki2ki2其次，其次，ki3ki3最小。最小。 主电路主电路l1qsl2l3frkmmfu1km3r3km23r2ki3r1ki

18、2ki1km1kmkm1 km2 km3ka绕线式异步电机转子绕组串电阻起动控制线路绕线式异步电机转子绕组串电阻起动控制线路 电动机启动时转子电流最大，电动机启动时转子电流最大，ki1ki1、ki2ki2、ki3ki3都吸合都吸合，其，其常闭触头都打开常闭触头都打开，km1km1、km2km2、km3km3主触头处于断开状态，全部启动电阻均串接在转主触头处于断开状态，全部启动电阻均串接在转子绕组中。子绕组中。 电动机转速逐渐升高，转子电流逐渐减小，电动机转速逐渐升高，转子电流逐渐减小，当电流减小至当电流减小至ki1ki1的释放电流时，的释放电流时，ki1ki1首先释放，首先释放，其常闭触头复位

19、，使接触器其常闭触头复位，使接触器km1km1得电主触头闭合，得电主触头闭合，切除第一级电阻切除第一级电阻r1r1。 r1r1被切除后，转子电流重新增大，电动机转被切除后，转子电流重新增大，电动机转速继续升高，转子电流又减小，当减小至速继续升高，转子电流又减小，当减小至ki2ki2的释的释放电流时，放电流时，ki2ki2释放，释放，ki2ki2的常闭触头复位，的常闭触头复位，km2km2线线圈得电主触头闭合，第二级电阻圈得电主触头闭合，第二级电阻r2r2被切除，同理被切除，同理，切除第三级电阻，全部电阻被切除，电动机启，切除第三级电阻，全部电阻被切除，电动机启动完毕，进入正常运行状态。动完毕，

20、进入正常运行状态。工作原理：工作原理：kmkm1km2km3ka4 4、速度控制、速度控制n用途：用途：电动机的能耗制动和反接制动控制。n控制元件：控制元件：速度继电器n典型线路分析：典型线路分析： 1)三相异步电动机反接制动控制电路 2)可逆运行的三相异步电动机反接制动控制电路 停机制动类型：停机制动类型： 常用的电气制动：常用的电气制动：反接制动反接制动能耗制动能耗制动电磁机械制动电磁机械制动-电磁铁操纵机械进电磁铁操纵机械进 行制动行制动电气制动电气制动-电动机产生一个与转子电动机产生一个与转子转动方向相反的力矩来进行制动转动方向相反的力矩来进行制动1.1.单向反接制动的控制单向反接制动

21、的控制关键是电动机电源相序的改变，且当转速下降接近于零时，能自动将电源切除。 三相异步电动机反接制动控制电路三相异步电动机反接制动控制电路制动制动:按下停止按钮sb1 km1线圈失电 m惯性运转 km2线圈得电 km2辅常闭触点断开 与km1互锁 km2辅常开触点闭合 自锁 km2主触点闭合 串电阻反接制动 n下降到100r/min ks常开触点断开 km2线圈断电 反接制动结束启动启动:合qs 按下启动按钮sb2 km1线圈得电 辅常闭触点断开 与km2互锁 辅常开触点闭合 自锁 主触点闭合 m启动 n上升到120r/min ks动作 常开触点闭合电动机自由停车至零短接电阻接触器启动与制动电

22、阻四、延边三角形降压启动控制四、延边三角形降压启动控制 延边三角形降压启动是指电动机起动时，把电动延边三角形降压启动是指电动机起动时，把电动机定子绕组的一部分接机定子绕组的一部分接“”形，而另一部分接成形，而另一部分接成“y”y”形，使整个定子绕组接成延边三角形，待电动机启动形，使整个定子绕组接成延边三角形，待电动机启动后，再把定子绕组切换成后，再把定子绕组切换成“”形全压运行。形全压运行。定子绕组的连接方式：定子绕组的连接方式：1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizea4date:21-may-2001sheet of file:f:x3drawn by

23、:l1qsl2km2l3frv1mu1w2u2km1km3w1fu1v2（ a）w3v3u3fu2frsb3sb1km1 km3km2km3kt（ b）u1u3u2v1w1v3v2w3w23u1u3u2v1v3v2w1w3w2（ c）km1 km2ktkm3kt延边延边形接法形接法1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizea4date:21-may-2001sheet of file:f:x3drawn by:l1qsl2km2l3frv1mu1w2u2km1km3w1fu1v2（ a）w3v3u3fu2frsb3sb1km1 km3km2km3kt（ b）

24、u1u3u2v1w1v3v2w3w23u1u3u2v1v3v2w1w3w2（ c）km1 km2ktkm3kt形接法形接法电气原理图电气原理图fu1km1qs主电路主电路m3frl1l3l2km3km2u1v1w1w2u2v2u3v3w3 3-13-1电气控制线路的组成电气控制线路的组成1) 1) 输入机构：输入机构：由主令元件和检测元件组成。 n主令元件：主令元件：主要用来实现开机和停机，如sb1、sb2等。n检测元件：检测元件：主要用来检测一些物理量的变化，以发出相应的控制信号，如行程开关、继电器等。2) 2) 中间记忆机构：中间记忆机构：由中间继电器组成。 中间继电器：中间继电器：主要用

25、来扩展触头（数量、容量）、记忆输入信号的变化，以满足区分不同工步的要求。3) 3) 执行机构执行机构 由执行元件组成。 执行元件：执行元件：主要用来直接控制生产机械的运动部件进行工作，以满足工艺要求。4) 4) 触头组合网络：触头组合网络： 由主令元件、检测元件、 中间记忆元件等的触头组成。 触头组合网络用来实现各执行元件按控制要求而动作。n在这四部分中，前三部分是基本环节，而触头组合网络则是电气控制线路的核心，它实际上是一个由主令元件、检测元件、中间记忆元件等的触头组成的电网络。控制要求不同，对应电网络的结构也不同，因此，我们设计电气控制线路的最主要的任务就是设计一个满足控制要求的电网络。

26、3-2 电气控制线路的经验设计法电气控制线路的经验设计法 电气控制线路的经验设计法是根据设计人员的经验设计，基础为第二章介绍的基本环节。n例例1 1： 设计两台交流异步电动机的控制线路，要求m1、m2既能同时起动和停车，也可以独立起动与停车。n例例2 2： 设计一控制电路，要求第一台电动机起动10s后，第二台电动机自行起动，运行5s后第一台电动机停车同时使第三台电动机自行起动，再运行15s后，电动机全部停车。n例例3 3： 设计一小车往返运动控制线路，小车由异步电动机拖动，其动作程序如下： 小车由原位开始前进，到终点自动停止。 在终点停留2min后自动返回原位停止 要求能在前进或后退途中任意位

27、置都能停止或起动。n例例4： 两台电机油泵与主轴设计主电路和控制电路，要求如下： 主轴必须在油泵起动后才能起动； 主轴为正向运转，为调试方便要求能正反向点动； 主轴停车后，油泵才能停。sb6反向点动反向点动sb5正向点动正向点动sb2正向运转正向运转3-3电气控制线路的设计内容和一般原则电气控制线路的设计内容和一般原则电气设计的主要内容和一般原则电气设计的主要内容和一般原则一、电气控制系统设计的基本内容一、电气控制系统设计的基本内容1 1、拟订电气设计任务书。、拟订电气设计任务书。确定电力拖动方案与控制方式。确定电力拖动方案与控制方式。选择电动机容量、结构形式。选择电动机容量、结构形式。设计电

28、气控制原理图，计算主要技术参数。设计电气控制原理图，计算主要技术参数。选择电器元件，制定电器元件一览表。选择电器元件，制定电器元件一览表。编写设计计算说明书。编写设计计算说明书。二、电气控制系统设计的一般原则二、电气控制系统设计的一般原则 :1 1、最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制的要求、最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制的要求电气控制线路的设计依据电气控制线路的设计依据：1）机械设计人员提供的生产工艺要求2）同类、相接近的生产机械的电器控制线路3）现场操作工人的意见设计电气控制线路步骤：设计电气控制线路步骤：1）按工艺要求提出的起动、反向、制动、调速等设计主电路。2）根据主电路设计

29、控制电路的基本环节（如起、制动及调速等环节）。3）根据各部分运动要求的配合关系及联锁关系，设计控制电路的联锁环节。4）分析工作中可能出现的故障，线路中要加必要的保护环节。5）综合审查，检查其动作是否无误，关键环节可做必要的试验，使控制线路进一步完善。2 2、确保控制线路工作的可靠性、安全性、确保控制线路工作的可靠性、安全性（1 1）正确连接电器元件的线圈）正确连接电器元件的线圈a)、交流线圈不能串联使用（外加的电压是两个线圈额定电压之和也是不允许） 两个电器需要同时动作时其线圈应该并联连接。 线圈不能串联连接线圈不能串联连接 （2 2）正确安排电器元件及触点位置）正确安排电器元件及触点位置图（

30、a）： a)触点断开产生电弧时就可能在两触点间形成飞弧而造成电源短路。b) 需要引出四根导线图(b)只需要引出三根导线。(a) 不合理接法（b）合理接法（3 3）控制线路中防止出现寄生电路）控制线路中防止出现寄生电路 寄生电路：指在电器控制线路动作过程中，意外接通的电路。图 (a)： fr动作后，出现了寄生电路，使km2不能可靠释放，不能起过载保护作用。（b）、(c)所示可以消除寄生电路。（a） 有寄生电路 （b） 无寄生电路 （c）无寄生电路（4）尽量避免许多电器依次动作才接通另一个电器。（5）尽量减少不必要的电器通电，以节约电能（6）控制线路中通、断大容量接触器线圈时，要分析触点容量的大小

31、。3 3、应具有必要的保护环节、应具有必要的保护环节故障的情况下，应能保证操作人员、电器设备、生产机械的安全，并能有效地抑制事故的扩大。保护措施：过载、短路、过流、过压、失压、联锁和行程等保护。设置合闸、断开、事故、安全等的指示信号。4 4、在满足生产要求的前提下，控制线路应力求简单、在满足生产要求的前提下，控制线路应力求简单、经济经济(1)、正确选择线路和环节尽量选用标准的、常用的，或经过实际考验过的线路和环节。(2)、尽量缩短连接导线的数量和长度注意电气柜、操作台和限位开关之间的连接线。图 (a)接线是不合理的，改为图 (b)所示。(3)、正确选用电器 尽量缩减电器的数量，采用标淮件，并尽可能选用相同型号。(4)应减少不必要的触点以简化线路 在控制线路图设计完成后，宜将线路化成逻辑代数式计算，以便得到最简化的线路。5 5、力求操作维护、检修方便、力求操作维护、检修方便 电气控制设备：操作简单，维护检修安全方便。 操作回路数较多，应采用主令控制器，而不能用许多个按钮。 检修方便，应设隔离电器，避