電氣控制與PLC應(yīng)用2017年9月第三章基本控制線路3.1引例

3.2知識點鏈接

3.2.1典型基本控制線路3.2.2位置控制3.2.3時間控制3.2.4速度控制3.2.5控制電路的保護(hù)環(huán)節(jié)3.3引例解答3.4知識點擴(kuò)展繼電器-接觸器控制線路由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)和保護(hù)元件等器件，用導(dǎo)線按一定的次序和組合方式連接組成，可實現(xiàn)對電動機(jī)的啟動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)和制動等運(yùn)行性能的控制及對電力拖動系統(tǒng)的保護(hù)，實現(xiàn)生產(chǎn)加工自動化。各種生產(chǎn)機(jī)械的加工對象和工藝過程要求不同，控制線路就不同。

3.1引例：CA6140電氣原理圖

圖3-1普通車床CA6140電氣原理圖3.2知識點鏈接

1．連鎖控制電路凡是生產(chǎn)線上某些環(huán)節(jié)或一臺設(shè)備的某些部件之間具有互相制約或互相配合的控制，均稱為連鎖控制。2．變化參量控制電路生產(chǎn)過程的進(jìn)行，總伴隨著一系列的參數(shù)變化，如機(jī)械位移、溫度、速度、電流等。只要選定某些能反映生產(chǎn)過程中的參數(shù)變化的電氣元件，如各種繼電器和行程開關(guān)等，有他們來控制接觸器或其他執(zhí)行元件，實現(xiàn)電路的轉(zhuǎn)換或機(jī)械動作，就能對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，此即按控制過程中變化參量進(jìn)行控制。3.2.1典型基本控制線路一、點動與長動所謂點動，即按下起動按鈕時，電動機(jī)轉(zhuǎn)動，松開按鈕時，電動機(jī)立即停止工作。

按下起動按鈕，電動機(jī)起動，松開按鈕，電動機(jī)能保持原有的工作狀態(tài)持續(xù)工作，則稱為長動。圖3-2具有點動與長動控制功能電路圖3-3接觸器控制連續(xù)與點動混合正轉(zhuǎn)控制線路二、自鎖與互鎖在控制電氣線路中若要保證電氣長久工作，則需要加入自鎖電路。依靠自身輔助常開觸點的閉合使其線圈保持連續(xù)得電。

在電氣控制線路中若要可靠保證兩個或兩個以上的接觸器不能同時工作時，則需要在控制電路中加入互鎖電路。將其中一個接觸器的常閉觸點串入到另一個接觸器線圈得電支路中，若任何一個接觸器線圈先得電后，另一接觸器也無法得電。1．正反轉(zhuǎn)控制電路圖3-4正反向工作的控制線路a無互鎖；b正—?！纯刂?．優(yōu)先控制電路

優(yōu)先控制電路也是一種互鎖控制電路，通常分為先動作優(yōu)先和后動作優(yōu)先。先動作優(yōu)先控制電路，其工作狀態(tài)是:無論哪一臺設(shè)備先動作，其它設(shè)備則不能動作，即先動作優(yōu)先。后動作優(yōu)先控制電路，其工作狀態(tài)是：多臺設(shè)備，任一臺工作，前面所有已動作的設(shè)備自動停止工作，即后動作優(yōu)先。

圖3-5優(yōu)先控制電路a先動作優(yōu)先控制電路；b后動作優(yōu)先控制電路實例1：電動機(jī)雙重聯(lián)鎖控制電路

圖3-6電動機(jī)雙重聯(lián)鎖控制電路三、順序控制

為滿足工藝流程的要求，保證設(shè)備運(yùn)行的可靠與安全，在一個控制系統(tǒng)中多臺設(shè)備要按一定的順序工作，這種控制電路稱順序控制電路。圖3-7順序控制電路a輔助觸點控制；b電源控制

3.2.2位置控制在生產(chǎn)實踐中，有些生產(chǎn)機(jī)械的工作臺需要自動往復(fù)運(yùn)動，如龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等。圖3-8為最基本的自動往復(fù)循環(huán)控制線路，它是利用行程開關(guān)實現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動控制的，通常稱為位置控制或行程控制。

圖3-8自動循環(huán)往返控制線路a工作自動循環(huán)示意圖；b控制線路3.2.3時間控制1、降壓啟動控制電路在電氣控制電路中有時需要通過時間繼電器來進(jìn)行對電路的切換，如降壓啟動控制電路、能耗制動控制電路。

較大容量的籠型異步電動機(jī)（大于10kW）直接啟動時，電流為其標(biāo)稱額定電流的4～8倍，啟動電流較大，會對電網(wǎng)產(chǎn)生巨大沖擊，所以一般都采用降壓方式來啟動。即啟動時降低加在電動機(jī)定子繞組上的電壓，啟動后再將電壓恢復(fù)到額定值，使之在正常電壓下運(yùn)行。實例2：星形-三角形降壓啟動控制線路圖3-9星形—三角形啟動控制線路

a星形—三角形轉(zhuǎn)換繞組連接圖；b控制線路實例3：自耦變壓器降壓啟動控制線路圖3-10定子串自耦變壓器降壓啟動控制線路2、能耗制動控制線路

所謂能耗制動，就是在電動機(jī)脫離三相交流電源之后，定子繞組上加一個直流電壓，即通入直流電流，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場的作用以達(dá)到制動的目的。根據(jù)能耗制動的時間控制原則，可用時間繼電器進(jìn)行控制。

電動機(jī)單向能耗制動控制電路圖3-11電動機(jī)單向能耗制動電路實例4：電動機(jī)可逆運(yùn)行能耗制動控制線路圖3-12電動機(jī)可逆運(yùn)行的能耗制動控制線路3.2.4速度控制

速度控制是利用速度繼電器的觸點來接通或斷開控制線路的一種方法。

反接制動是利用改變電動機(jī)電源的相序，使定子繞組產(chǎn)生相反方向的旋轉(zhuǎn)磁場，因而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩的一種制動方法。反接制動的另一要求是在電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近于零時，要及時切斷反相序的電源，以防止電動機(jī)反向再啟動。

電動機(jī)單向運(yùn)行反接制動控制線路

圖3-13單相反接制動控制線路實例5：具有反接制動電阻的可逆運(yùn)行反接制動控制線路圖3-14具有反接制動電阻的可逆運(yùn)行反接制動的控制線路3.2.5控制電路的保護(hù)環(huán)節(jié)

1．短路保護(hù)當(dāng)控制線路發(fā)生短路故障時，控制線路應(yīng)能迅速切除電源，熔斷器FU1是作為主電路短路保護(hù)用的2．過載保護(hù)過載保護(hù)由熱繼電器FR完成。3．欠壓和失壓保護(hù)在電動機(jī)正常運(yùn)行時，如果因為電源電壓的消失而使電動機(jī)停轉(zhuǎn)，那么在電源電壓恢復(fù)時電動機(jī)就可能自行啟動，電動機(jī)的自啟動可能會造成人身事故或設(shè)備事故。防止電源電壓恢復(fù)時電動機(jī)自啟動的保護(hù)也叫零電壓保護(hù)。3.3引例解答

圖中M1為主軸及進(jìn)給電動機(jī)，拖動主軸和工件旋轉(zhuǎn)，并通過進(jìn)給機(jī)構(gòu)實現(xiàn)車床的進(jìn)給運(yùn)動；M2為冷卻泵電動機(jī)，拖動冷卻泵輸出冷卻液；M3為溜板快速移動電動機(jī)，拖動溜板實現(xiàn)快速移動。1.主軸及進(jìn)給電動機(jī)M1的控制

2.冷卻泵電動機(jī)M2的控制3.快速移動電動機(jī)M3的控制

4.保護(hù)環(huán)節(jié)3.4知識點擴(kuò)展3.4.1M7130型平面磨床電氣控制線路一、M7130型平面磨床主電路（1）砂輪電動機(jī)M1主電路（2）冷卻泵電動機(jī)M2主電路（3）液壓泵電動機(jī)M3的控制主電路二、M7130型平面磨床控制電路分析1．砂輪電動機(jī)M1的控制電路2．液壓泵電動機(jī)M3控制電路三、M7130型平面磨床其他電路分析1．電磁吸盤充、退磁電路2．機(jī)床工作照明電路3.4.2X62W型臥式萬能銑床電氣控制線路一、電力拖動和控制要求

（1）主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動之間沒有一定的速度比例要求，分別由單獨的電動機(jī)拖動。（2）主軸電動機(jī)空載時可直接啟動。要求有正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)順銑和逆銑。根據(jù)銑刀的種類提前預(yù)選方向，加工中不變換旋轉(zhuǎn)方向。因此，可用電源相序轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)主軸電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。由于主軸變速機(jī)構(gòu)慣性大，主軸電動機(jī)應(yīng)有制動裝置。（3）根據(jù)工藝要求，主軸旋轉(zhuǎn)與工作臺進(jìn)給應(yīng)有先后順序控制。加工開始前，先開動主軸，才能進(jìn)行工作臺的進(jìn)給運(yùn)動。加工結(jié)束時，必須在銑刀停止轉(zhuǎn)動前，停止進(jìn)給運(yùn)動。（4）進(jìn)給電動機(jī)拖動工作臺完成縱向、橫向和垂直方向的進(jìn)給運(yùn)動。方向選擇通過操作手柄，改變傳動鏈實現(xiàn)，每種方向要求電動機(jī)有正反轉(zhuǎn)運(yùn)動。任—時刻，工作臺只能向—個方向移動，故各方向間要有必要的聯(lián)鎖控制。（5）為提高生產(chǎn)率，縮短調(diào)整運(yùn)動的時間，工作臺有快速移動。二、X62W型萬能銑床電氣控制線路分析

銑床共有3臺電動機(jī)拖動。M1為主軸電動機(jī)，用接觸器KM1直接啟動，用倒順開關(guān)SA5實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，用制動接觸器KM2串聯(lián)不對稱電阻R實現(xiàn)反接制動。M2為進(jìn)給電動機(jī)，其正、反轉(zhuǎn)由接觸器KM3、KM4實現(xiàn)?？焖僖苿佑山佑|器KM5控制電磁鐵YA實現(xiàn)。冷卻泵電動機(jī)M3由接觸器KM6控制。3臺電動機(jī)都用熱繼電器實現(xiàn)過載保護(hù)，熔斷器FU2實現(xiàn)M2和M3的短路保護(hù)，F(xiàn)U1實現(xiàn)M1的短路保護(hù)。1.主電路分析2.控制電路

①主軸電動機(jī)的啟動。先將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA5扳到預(yù)選方向位置，閉合QS，按下啟動按鈕SBI(或SB2)，KM1得電并自鎖，M1直接啟動(M1升速后，速度繼電器的觸點動作，為反接制動做準(zhǔn)備)。②主軸電動機(jī)的制動。按下停止按鈕SB3(或SB4)，KM1失電，KM2得電，進(jìn)行反接制動。當(dāng)M1的轉(zhuǎn)速下降至一定值時，KS-1、KS-2的觸點自動斷開，M1失電，制動過程結(jié)束。（1）主軸電動機(jī)的控制（2）進(jìn)給電動機(jī)的控制

工作臺進(jìn)給方向有左右(縱向)、前后(橫向)、上下(垂直)運(yùn)動。這6個方向的運(yùn)動是通過兩個手柄(十字形手柄和縱向手柄)操縱4個限位開關(guān)(SQ1～SQ4)來完成機(jī)械掛擋，接通KM3或KM4，實現(xiàn)M2的正反轉(zhuǎn)而拖動工作臺按預(yù)選方向進(jìn)給。十字形手柄和縱向手柄各有兩套，分別設(shè)在銑床工作臺的正面和側(cè)面。SA1是圓工作臺選擇開關(guān)，設(shè)有接通和斷開兩個位置，三對觸點的通斷情況如表3-1所示。當(dāng)不需要圓工作臺工作時，將SA1置于斷開位置；否則，置于接通位置。①工作臺左右進(jìn)給運(yùn)動的控制

左右進(jìn)給運(yùn)動由縱向操縱手柄控制，該手柄有左、中、右三個位置，各位置對應(yīng)的限位開關(guān)SQ1、SQ2的工作狀態(tài)如表3-2所示。向右運(yùn)動：主軸啟動后，將縱向操作手柄扳向右，掛上縱向離合器，同時壓行程開關(guān)SQ1，SQ1-1閉合，接觸器KM3得電，進(jìn)給電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，拖動工作臺向右運(yùn)動。停止時，將手柄扳回中間位置，縱向進(jìn)給離合器脫開，SQ1復(fù)位，KM3斷電，M2停轉(zhuǎn)，工作臺停止運(yùn)動。②工作臺前后和上下運(yùn)動的控制

向前運(yùn)動：將十字形手柄扳向前，掛上橫向離合器，同時壓行程開關(guān)SQ3，SQ3-1閉合，接觸器KM3得電，進(jìn)給電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，拖動工作臺向前運(yùn)動。工作臺前后和上下運(yùn)動由十字形手柄控制，該手柄有上、下、中、前、后5個位置，各位置對應(yīng)的行程開關(guān)SQ3、SQ4的工作狀態(tài)如表3-3所示。向下運(yùn)動：將十字形手柄扳向下，掛上垂直離合器，同時壓行程開關(guān)SQ3，SQ3-1閉合，接觸器KM3得電，進(jìn)給電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，拖動工作臺向下運(yùn)動。向后運(yùn)動：將十字形手柄扳向后，掛上橫向離合器，同時壓行程開關(guān)SQ4，SQ4-1閉合，接觸器KM4得電，進(jìn)給電動機(jī)M2反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向后運(yùn)動。向上運(yùn)動：將十字形手柄扳向上，掛上垂直離合器，同時壓行程開關(guān)SQ4，SQ4-1閉合，接觸器KM4得電，進(jìn)給電動機(jī)M2反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向上運(yùn)動。

停止時，將十字形手柄扳向中間位置，離合器脫開，行程開關(guān)SQ3(或SQ4)復(fù)位，接觸器KM3(或KM4)斷電，進(jìn)給電動機(jī)M2停轉(zhuǎn)，工作臺停止運(yùn)動。③工作臺的快速移動

工作臺的縱向、橫向和垂直方向的快速移動由進(jìn)給電動機(jī)M2拖動。工作臺工作時，按下啟動按鈕SB5(或SB6)，接觸器KM5得電，快速移動電磁鐵YA通電，工作臺快速移動。松開SB5(或SB6)時，快速移動停止，工作臺仍按原方向繼續(xù)運(yùn)動。④進(jìn)給變速時的運(yùn)動控制

為使變速時齒輪易于嚙合，進(jìn)給速度的變換與主軸變速一樣，有瞬時運(yùn)動環(huán)節(jié)。進(jìn)給變速運(yùn)動由進(jìn)給變速手柄，配合行程開關(guān)SQ6實現(xiàn)。先將變速手柄向外拉，選擇相應(yīng)轉(zhuǎn)速；再把手柄用力向外拉至極限位置，并立即推回原位。在手柄拉到極限位置的瞬間，瞬時壓合行程開關(guān)SQ6，使SQ6-2斷開，SQ6-1閉合，接觸器KM3瞬時得電，電動機(jī)M2短時運(yùn)轉(zhuǎn)。瞬時接通的電路經(jīng)SQ2-2、SQl-2、SQ3-2、SQ4-2四個常閉觸點，因此只有當(dāng)縱向進(jìn)給以及垂直和橫向操縱手柄都置于中間位置時，才能實現(xiàn)變速時的瞬時點動，防止了變速時工作臺沿進(jìn)給方向運(yùn)動的可能。當(dāng)齒輪嚙合后，手柄推回原位時，SQ6復(fù)位，切斷瞬時點動電路，進(jìn)給變速完成。⑤圓工作臺控制

為了擴(kuò)大機(jī)床加工能力，可在工作臺上安裝圓工作臺。在使用圓工作臺時，應(yīng)將工作臺縱向和十字形手柄都置于中間位置，并將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1扳到“接通”位置。SAl-2接通，SAl-1、SAI-3斷開。按下按鈕SB1(SB2)，主軸電動機(jī)啟動，同時KM3得電，使M2啟動，帶動圓工作臺單方向回轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速度也可通過蘑菇形變速手柄進(jìn)行調(diào)節(jié)。KM3的通電路徑為點21→KM4常閉觸點→KM3線圈→SAl-2→SQ2-2→SQ1-2→SQ3-2→SQ4-2→SQ6-2→點12。（3）冷卻泵電動機(jī)的控制和照明電路