PLC电气控制系统电气设计讲解

PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD电气控制系统分析注意的几个问题：了解系统的主要技术性能及机械传动、液压和气动的工作原理。弄清各电动机的安装部位、作用、规格和型号。掌握各种电器的安装部位、作用以及各操纵手柄、开关、控制按钮的功能和操纵方法。注意了解与机械、液压发生直接联系的各种电器的安装部位及作用。如：行程开关、撞块、压力继电器、电磁离合器、电磁铁等。分析电气控制系统时，要结合说明书或有关的技术资料将整个电气线路划分成几个部分逐一进行分析。例如：各电动机的起动、停止、变速、制动、保护及相互间的联锁等。内容与目的：分析几种典型电气控制电路，进一步掌握控制电路的组成，典型环节的应用及分析控制电路的方法。找出规律，逐步提高阅读电气原理图的能力，为独立设计打下基础。PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD第一节卧式车床的电气控制电路PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD多采用不变速的异步电动机拖动，变速靠齿轮箱的有级调速来实现，控制电路比较简单。主轴正转或反转的旋转运动：通过改变主轴电动机的转向或采用离合器实现。进给运动：多半是把主轴运动分出一部分动力，通过挂轮箱传给进给箱来实现刀具的进给。为了提高效率，刀架的快速运动由一台快速电动机单独拖动。车床设有交流电动机拖动的冷却泵，实现刀具切削时冷却。有的还专设一台润滑泵对系统进行润滑。主电动机直接起动和降压起动的选取：考虑电动机的容量；考虑电网的容量。不经常起动的电动机可直接起动的容量为变压器容量的30％，经常起动的电动机可直接起动的容量一般要小于变压器容量的20％。主电动机的制动方式：电气方法实现的能耗制动和反接制动；机械的摩擦离合器制动。PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD主电路：主电动机M1冷却泵电动机M2快速移动电动机M3断路器QF交流接触器KM3、KM4热继电器FR1熔断器FU1交流接触器KM限流电阻R交流接触器KM1热继电器FR2交流接触器KM2熔断器FU2互感器TA电流表AC650卧式车床的电气控制电路PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD主电动机点动调整控制：PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD主电动机正反转控制：PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD主轴电动机反接制动控制：电动机正转时，速度继电器的正转常开触点KS1(17-23)闭合；电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2(17-7)闭合。当电动机正向旋转时，接触器KM3和KM，继电器KA都处于得电动作状态，速度继电器的正转动合触点KS1(17-23)也是闭合的，这样就为电动机正转时的反接制动做好了准备。需要停车时，按下停止按钮SB4，接触器KM失电，其主触点断开，电阻R串入主回路。与此同时KM3也失电，断开了电动机的电源，同时KA失电，KA的动断触点闭合。在松开SB4后就使反转接触器KM4的线圈通过1-3-5-17-23-25电路得电，电动机的电源反接，电动机处于反接制动状态。当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器KS的正转动合触点KS1(17-23)断开，切断了接触器KM4的通电回路，电动机脱离电源停止。当电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2是闭合的，这时按一下停止按钮SB4，在SB4松开后正转接触器线圈通过1-3-5-17-7-11电路得电，正转接触器KM3吸合将电源反接使电动机制动后停止。PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD刀架的快速移动和冷却泵控制：PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD第一节电气控制电路设计基础电气控制系统设计的基本内容：拟定电气设计任务书确定电气传动控制方案，选择电动机设计电气控制原理图选择电气元件，制定明细表设计操作台、电气柜及非标准电气元件设计电气设备布置总图、电气安装图以及电气接线图编写电气说明书和使用操作说明书PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD1.拟定电气设计任务书•机械设备的型号，用途•工艺过程•技术性能•传动参数•现场工作条件•用户供电电网类型（电压、频率及容量）PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD2.电力拖动方案确定的原则：（1）传动方式：单独拖动，分立拖动（2）调速性能：齿轮变速箱，液压调速，多速电机，无机调速无电气调速要求电力拖动方案确定:笼型异步电动机：起动不频繁的场合绕线转子异步电动机：负载静转矩大的拖动装置要求电气调速电力拖动方案确定:调速范围D＝2～3、调速级数≤2～4：改变极对数的双速或多速笼型异步电动机调速范围D3，且不要求平滑调速：绕线转子异步电动机，短时或重复短时负载调运范围D＝3～10，且要求平滑调速：容量不大时可采用带滑差离合器的异步电动机。长期运转在低速时，也可考虑采用晶闸管直流拖动系统。调速范围D＝10～100：直流拖动系统或交流调速系统三相异步电动机：变更定子绕组的极数和改变转子电路的电阻PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD（3）电动机调速性质的确定:与生产机械的负载特性相适应双速笼型异步电动机，当定子绕组由三角形联结改为双星形联结时，转速由低速升为高速，功率却变化不大，适用于恒功率传动。由星形联结改为双星形联结时，电动机输出转矩不变，适用于恒转矩传动。直流他励电动机，改变电枢电压调速为恒转矩调速；而改变励磁调速为恒功率调速。（4）起动，制动和反向要求PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD3.电动机的选择：选择电动机时，要考虑电动机的功率、转速、结构型式、额定电压等a)电动机功率的选择:依据的是负载功率。选择电动机功率的一种实用方法是调查统计类比法。目前采用的拖动电动机功率的统计分析公式如下：(1)卧式车床主电动机的功率式中，P为主拖动电动机功率（kW）；D为工件最大直径（m）。54.1D5.36PPLC电气控制技术第三章电气设计与CAD•(2)立式车床主电动机的功率••式中，P为主拖动电动机功率（kW）；D为工件最大直径（m）。•(3)摇臂钻床主电动机的功率••式中，P为主拖动电动机功率（kW）；D为最大钻孔直径（mm）。•(4)卧式镗床主电动机的功率••式中，P为主拖动电动机功率（kW）；D为镗杆直径（mm）。•(5)龙门铣床主电动机的功率••式中，P为主拖动电动机功率（kW）；B为工作台宽度（mm）。•88.020DP19.10646.0DP7.1004.0DP15.11661BPPLC电气控制技术第三章电气设计与CADb)电动机额定电压的选择交流电动机额定电压应与供电电网电压一致。中小型异步电动机额定电压为220V/380V（三角形/Y联结）及380V/660V（三角形/Y联结）两种，后者可用Y/三角形起动；当电动机功率较大时，可选用相应电压的高压电动机。直流电动机的额定电压也要与电源电压相一致。c)电动机额定转速的选择从电动机制造角度来讲，对于额定功率相同的电动机，额定转速愈高，电动机尺寸、质量愈小，成本愈低，选用高速电动机较为经济。由于生产机械所需转速一定，电动机转速愈高，传动机构转速比愈大，传动机构愈复杂。因此应通过综合分析来确定电动机的额定转速。d)电动机结构型式的选择电动机的结构型式按其安装位置的不同可分为卧式（轴是水平的）和立式（轴是垂直的）两种，应以电动机与工作机构的连接方便、紧凑为原则来选择。电动机具有不同的防护型式，如防护式、封闭式、防爆式等，具体要根据电动机的工作条件来选择。PLC电气控制技术第三章电气设计与CADe)笼型异步电动机有关电阻的计算(1)笼型异步电动机起动电阻的计算：在电动机减压起动方式中，定子回路串联的限流电阻可按下式近似计算：式中，Rst为每相启动限流电阻值（Ω）；IN为电动机额定电流（A）；Kst为不加电阻时，电动机的起动电流与额定电流之比，可由手册查出；Ksrt为加入起动限流电阻后，电动机的起动电流与额定电流之比、可根据需要选取。(2)笼型异步电动机反接制动电阻的计算：电动机在反接制动瞬间，定子的旋转磁场已经反向旋转，而转子的转向尚未来得及改变，转差率s接近2，因此反接制动时的电流比起动电流大。为了限制制动电流，在电动机定子回路中也应串入限流电阻。反接制动的限流电阻可按下式近似计算：式中，Rrb为每相反接制动限流电阻阻值（Ω）；Krbr为接入限流电阻后，反接制动电流与额定电流之比。如果只在电动机的两相中串入制动限流电阻，Rrb值可取计算值的1.5倍。stsrtstNstKKKIR134110strbrstNrbKKKIR5.034110PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD4.控制回路的方案确定:控制方式与拖动需要相适应：以经济效益为标准。控制逻辑简单、加工程序基本固定，采用继电器接点控制方式较为合理；经常改变加工程序或控制逻辑复杂，采用可编程序控制器较为合理；数字程序控制；计算机群控系统等。控制方式与通用化程度相适应：加工一种或几种零件的专用设备，通用化程度低，可以有较高的自动化程度，宜采用固定的控制电路；单件、小批量且可加工形状复杂零件的通用设备，采用数字程序控制或可编程序控制器控制，可以根据不同加工对象设定不同的加工程序，有较好的通用性和灵活性。控制方式应最大限度满足工艺要求：自动循环、半自动循环、手动调整、紧急快退、保护性联锁、信号指示和故障诊断等功能。控制电路的电源应可靠：简单控制电路可直接用电网电源；电路较复杂的控制装置，可将电网电压隔离降压，以降低故障率；自动化程度较高的生产设备，可采用直流电源，有助于节省安装空间，便于同无触点元件连接，元件动作平稳，操作维修也较安全。PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD5.设计电气控制原理图6.选择电气元件，制定明细表7.设计操作台、电气柜及非标准电气元件8.设计电气设备布置总图、电气安装图以及电气接线图9.编写电气说明书和使用操作说明书PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD电气控制电路设计方法：设先设计主电路，再设计控制电路、信号电路及局部照明电路等控制电路设计要求：满足生产机械的工艺要求，能按照工艺的顺序准确而可靠地工作。电路结构力求简单，尽量选用常用的且经过实际考验过的电路。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。控制电路设计方法：经验设计法：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。逻辑设计法：采用逻辑代数进行设计。通过下面的例子来说明如何用经验设计法来设计控制电路：例题：某机床有左、右两个动力头，用以铣削加工，它们各由一台交流电动机拖动；另外有一个安装工件的滑台，由另一台交流电动机拖动。加工工艺是在开始工作时，要求滑台先快速移动到加工位置，然后自动变为慢速进给，进给到指定位置自动停止，再由操作者发出指令使滑台快速返回，回到原位后自动停车。要求两动力头电动机在滑台电动机正向起动后起动，而在滑台电动机正向停车时也停车。PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD主电路主电路设计：动力头拖动电动机只要求单方向旋转，为使两台电动机同步起动，可用一只接触器KM3控制。滑台拖功电动机需要正转、反转，可用两只接触器KM1、KM2接制。滑台的快速移动由电磁铁YA改变机械传动链来实现，由接触器KM4来控制。PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD控制电路设计滑台电动机的正转、反转分别用两个按钮SBl与SB2控制，停车则分别用SB3与SB4控制。由于动力头电动机在滑台电动机正转后起动，停车时也停车，故可用接触器KM1的常开辅助触点控制KM3的线圈，如图a所示。滑台的快速移动可采用电磁铁YA通电时，改变凸轮的变速比来实现。滑台的快速前进与返回分别用KM1与KM2的辅助触点控制KM4，再由KM4触点去通断电磁铁YA。滑台快速前进到加工位置时，要求慢速进给，因而在KM1触点控制KM4的支路上串联限位开关SQ3的常闭触点。此部分的辅助电路如图b所示。控制电路草图PLC电气控制技术第三章电气设计与CAD联锁与保护环节设计：用限位开关SQ1的常闭触点控制滑台慢速进给到位时