现代电气控制技术第五讲

Date:2019/8/5Page:1电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用第三章电器控制线路设计第一节电气控制设计的原则、内容和程序第二节电气控制原理图设计方法Date:2019/8/5Page:2电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用第一节电气控制设计的原则、内容和程序•电气控制设计包括：1）电气原理图设计：为满足生产机械及其工艺要求而进行的电气控制设计2）电气工艺设计：为电气控制装置本身的制造、使用、运行及维修需要而进行的生产工艺设计Date:2019/8/5Page:3电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用一、电气控制设计的一般原则•最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求•在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不盲目追求自动化和高指标•正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作；同时考虑技术进步、造型美观•为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力应留有适当裕量Date:2019/8/5Page:4电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用二、电气控制设计的基本任务和内容•基本内容：根据控制要求，设计和编制出电气设备制造和使用维修中必备的图样和资料等•图样包括：电气原理图、电气系统组件划分图、元器件布置图、安装接线图、电气简图、控制面板图、元器件安装底板图和非标准件加工图等•资料包括：外购件清单、材料消耗清单、设备说明书等Date:2019/8/5Page:5电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用（一）电气原理图的设计内容•1.拟定设计任务书•2.选择电气拖动方案和控制方式•3.确定电动机类型、型号、容量、转速等•4.设计电气控制原理框图，确定各部分之间的关系，拟定各部分技术指标与要求•5.设计并绘制电气控制原理图，计算主要技术参数•6.选择电器元件，制定元件清单•7.编写设计说明书Date:2019/8/5Page:6电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用（二）电气工艺设计的内容•绘制电气总图：总装配图及总接线图•绘制各组件原理电路图，列出各部件的元件目录表•设计组件电器装配图、接线图•绘制电器安装板和非标准的电器安装零件图•电气箱（柜）设计•资料汇总：列出外购件、标准件清单、材料消耗定额等•编写使用说明书Date:2019/8/5Page:7电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用三、电气控制设计的一般程序•1.拟定设计任务书，包括：所设计的设备型号、用途、工艺过程、动作要求、传动参数、工作条件、主要技术指标和要求•2.选择拖动方案•3.电动机的选择：类型、型式、容量、额定电压与转速等•4.控制方式的选择•5.控制原理图设计•6.施工图设计•7.编写说明书：设计说明书和使用说明书Date:2019/8/5Page:8电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用电气控制原理设计方法有两种，经验设计法和逻辑设计法。1、经验设计法电气控制设计的内容包括主电路、控制电路和辅助电路的设计。设计步骤①主电路：主要考虑电动机起动、点动、正反转、制动及多速控制的要求。②控制电路：满足设备和设计任务要求的各种自动、手动的电气控制电路。③辅助电路：完善控制电路要求的设计，包括短路、过流、过载、零压、联锁（互锁）、限位等电路保护措施，以及信号指示、照明等电路。④反复审核：根据设计原则审核电气设计原理图，有必要时可以进行模拟实验，修改和完善电路设计，直至符合设计要求。常用的经验设计方法①根据生产机械的要求，选用典型环节，将它们有机的组合起来，并加以补充修改，综合成所需的控制电路。②没有典型环节，可以根据工艺要求自行设计，采用边分析边画图的方法，不断增加电器元件和控制触点，以满足给定的工作条件和要求。第二节电气控制原理图设计方法Date:2019/8/5Page:9电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用经验设计的特点①设计方法简单易于掌握，使用广泛。②要求设计者有一定的设计经验，需要反复修改图纸，设计速度较慢。③设计程序不固定，一般需要进行模拟实验。④不宜获得最佳设计方案。2、逻辑设计法利用逻辑代数，从生产工艺出发，考虑控制电路中逻辑变量关系，在状态波形图的基础上，按照一定的设计方法和步骤，设计出符合要求的控制电路。该方法设计出的电路较为合理、精练可靠，特别在复杂电路设计时，可以显示出逻辑设计法的设计优点。Date:2019/8/5Page:10电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用一、控制电路设计时应注意的问题：1.尽量减少控制电源种类及用量。当控制线路比较简单的情况下，可直接采用电网电压；当控制系统所用电器数量比较多时，应采用控制变压器降低控制电压，或采用直流低电压控制。2.尽量减少电器元件的品种、规格与数量，同一用途的器件尽可能选用相同品牌、型号的产品。注意收集各种电器新产品资料，以便及时应用于设计中，使控制线路在技术指标、先进性、稳定性、可靠性等方面得到进一步提高。3.在控制线路正常工作时，除必要的必须通电的电器外，尽可能减少通电电器的数量，以利节能，延长电器元件寿命以及减少故障。Date:2019/8/5Page:11电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用尽可能减少触头使用数量，以简化线路。当控制的支路数较多，而触点数目不够时，可采用中间继电器增加控制支路的数量。简化电路去掉不必要的KM1，简化电路，提高电路可靠性4.合理使用电器触头。Date:2019/8/5Page:12电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用应合理安排电器元件及触点的位置图（a）的接法既不安全又使接线复杂。因为行程开关SQ的常开、常闭触头靠得很近，此种接法下，由于不是等电位，在触头断开时产生的电弧很可能在两触点间形成飞弧而造成电源短路，很不安全，而且这种接法控制柜到现场要引出五根线，很不合理；图（b）的接法只引出三根线，而且两触点电位相同，不会造成飞弧。合理安排触点位置(a)合理(b)不合理两种接法工作原理相同Date:2019/8/5Page:13电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用5.尽量减少连接导线.设计控制电路时，应考虑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a是不合理的。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b所示。电器连接图Date:2019/8/5Page:14电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用6.正确连接电器的线圈。a)电压线圈通常不能串联使用，如图a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不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压之和，也是不允许。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,该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将使电路烧毁。b)电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。图b中直流电磁铁YA与继电器KA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感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产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。如图c所示。电磁线圈的串并联Date:2019/8/5Page:15电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用7.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。如图所示具有指示灯HL和热保护的正反向电路.正常工作时，能完成正反向起动、停止和信号指示。当热继电器FR动作时，电路就出现了寄生电路，如图中虚线所示，使正向接触器KM1不能有效释放，起不了保护作用。寄生电路Date:2019/8/5Page:16电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用“竞争”触头争先吸合，发生振荡.“冒险”触头争先释放。“竞争”与“冒险”现象都将造成控制回路不能按要求动作，引起控制失灵。KM1KM2KM2KM1SB1KA触点间的“竞争”与“冒险”8.避免发生触头“竞争”与“冒险”现象图示电路，当KA闭合时，KM1、KM2争先吸合，而它们之间又互锁，只有经过多次振荡吸合竞争后，才能稳定在一个状态上。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。当电器元件按时间顺序动作时，可采用时间继电器配合控制，从而消除竞争和冒险。Date:2019/8/5Page:17电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用9.可逆电路的联锁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，而且还有机械联锁。10.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、过电压、失电压等保护环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等必须的指示信号。Date:2019/8/5Page:18电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用控制要求：启动后，刀架由位置1移动到位置2；然后再由位置2退回到位置1处，停车。【例3-1】刀架自动循环控制线路。刀架具有前进、后退两个运动方向，要求电动机要实现正反转控制；自动循环控制，启动后，经过一个工作周期，自动停止。在位置1和2处分别设置行程开关S1和S2，作为运动部件位置的检测元件，实现刀架的停止和换向运行。刀架自动循环工作过程示意图分析过程：二、设计举例Date:2019/8/5Page:19电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用刀架自动循环的控制线路控制线路：按下SB2+→KM1√→KM1+主触点吸合，M正向启动，由1向2运动→到位置2↘→KM1+辅助常开触点吸合，自锁。→S2-→KM1×→KM1-主触点释放脱开，M正转停止。↘S2+→KM2√→KM2+主触点吸合，M反向启动，由2向1运动→到位置1→S1-↘→KM2+辅助常开触点吸合，自锁→KM2×→KM2-主触点释放脱开，M反转停止。刀架运行过程中，如果发生意外，按下SB1，切断控制线路的各个支路，可随时中止刀架的运行。Date:2019/8/5Page:20电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用左右S2S1自动往复运行小车【例3-2】自动往复运行控制线路如图小车可做左、右自动往复运行。控制要求：（1）按下启动按钮SB2，小车首先向右运动；（2）小车的撞块碰到S1时，停车，并开始延时5s；（3）延时时间到，小车自动改变运行方向，改向左运行；（4）小车的撞块碰到S2时，停车，并开始延时5s；（5）延时时间到，小车再次自动改变运行方向，改向右运行；（6）依此自动往复运行，直至按下停止按钮SB1，小车停止。分析过程：（1）小车具有左、右两个运动方向，即要求其拖动电动机能实现正反转控制；（2）小车的停止，跟小车运动过程中的行程位置有关系，需分别设置行程开关S1和S2，引入行程作为控制参量。（3）小车换方向运行的启动，跟时间有关系，需要引入时间作为控制参量。选用时间继电器KT作为提供时间参量的器件。Date:2019/8/5Page:21电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用按下SB2+→KM1√→KM1+主触点吸合，M正向启动，向右运动→到S1处↘→KM1+辅助常开触点吸合，自锁。→S1-→KM1×→KM1-主触点释放脱开，M正转停止。↘S1+→KT1√→开始延时→时间到→KT1+→KM2√→KM2+主触点吸合，M反向启动，向左运动→到S2处↘KM2+辅助常开触点吸合，自锁→S2-→KM2×→KM2-主触点释放脱开，M反转停止。↘S2+→KT2√→开始延时→时间到→KT2+按下SB1→切断控制线路的各支路→小车停止运行。小车自动往复控制线路控制线路：Date:2019/8/5Page:22电器控制线路设计CH3电气控制与PLC应用【例3-3】加热炉自动上料机构控制线路加热炉自动上料机构示意图1-推料杆；2-工件；3-炉门；加热炉工作过程按下启动按钮SB2→M1正转，炉门开启→SQ4压下→M1停止→M2正转，推料杆前移→SQ2压下，上料结束→M2反转，推料杆后退→SQ1压下→