第03讲-基本与典型电气控制电路分析与设计1

电气控制及PLC技术电气学院自动化杨霞2010年1月PLC原理及应用西门子S7-2002电气控制及PLC技术第3讲•讲解内容：2基本与典型电气控制电路分析与设计电气控制线路的设计、绘制及分析基本电气控制线路•学习说明：本讲是学习电气控制设计基础。重点掌握：1.电气控制线路的设计、绘制及分析；2.电气控制线路基本环节：(1)掌握电气控制原则：时间原则、速度原则、电流原则、与行程原则。(2)掌握电动机保护环节。(3)掌握三相异步电动机基本控制环节：起动、正反转、调速、制动电气控制电路。(4)掌握电气控制电路的联锁环节。PLC原理及应用西门子S7-20032基本与典型电气控制电路分析与设计任何复杂的电器控制线路都是按照一定的控制原则，由基本的控制线路组成的。基本控制线路是学习电器控制的基础。电器控制线路的表示方法有：电气原理图、电气安装接线图、电器布置图。电气原理图是根据工作原理而绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。电器控制线路常用的图形、文字符号必须符合最新的国家标准。PLC原理及应用西门子S7-2004•电器控制线路：根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。主电路：包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，用粗线条画在原理图的左边。控制电路：是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的触点等组成，用细线条画在原理图的右边。•采用电器元件展开图的画法：同一电器元件的各部件可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同类电器，可在文字符号后加上数字序号，如KM1、KM2等。•注意：所有按钮、触点均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。控制电路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出。PLC原理及应用西门子S7-2005电气控制线路的设计、绘制及分析一、电气控制线路的设计概述（一）设计的基本原则满足技术、经济指标要求，操作、维修方便的基本要求。通过优选器件，提高可靠性，延长寿命，提高产品的竞争力。（二）设计的基本内容1.拟订设计的任务书。2.选择拖动方案和控制方式。3.设计电气原理图及合理选择元件（原理设计）。4.绘制电气安装接线图（工艺设计）。5.汇总资料，编写说明书。PLC原理及应用西门子S7-2006•1.选用典型环节。•2.合理设计电路：必要时，可以使用逻辑代数化简电路，优化电路结构。•①设计电气原理图时，还要考虑工程施工的要求。图2-1控制电路例如（双控）图2-1b与图2-1a相比，具有节省连接导线，可靠性高。（三）设计的一般规律PLC原理及应用西门子S7-2007②减少控制触点，提高可靠性（a）（b）图2-2控制电路例如:图2-2a电路中，继电器线圈电流需要依次流过多个触点。图2-2b的控制电路每一个继电器线圈电流仅流过一个触点，可靠性得到提高。PLC原理及应用西门子S7-2008③防止竞争现象图2-3反身自停电路例如:图2-3a为反身自停电路，存在电气导通的竞争现象。图2-3b为无竞争的反身自停电路。结论：继电、接触器控制电路不得用自身触点切断线圈的导电电路。PLC原理及应用西门子S7-2009电气控制原理设计方法有两种，经验设计法和逻辑代数设计法。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。（1）经验设计方法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）电气控制设计步骤①主电路→②控制电路→③辅助电路→④反复审核。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。（四）设计的基本方法PLC原理及应用西门子S7-20010注意：理论部分同学们自学。实际绘制与分析，边设计分析边讲解！二、电气控制线路的绘制与分析三、电气控制原则注意：时间原则、速度原则、电流原则、与行程(位置)原则，在下节实例讲解！四、电动机保护环节注意：短路保护FU；过载保护FR；欠、失电压保护KM；接地保护等PE。五、电气控制电路的连锁环节注意：电气联锁、机械联锁。PLC原理及应用西门子S7-20011基本电气控制线路一、直接起动控制线路☞直接起动：在电源容量足够大时，小容量笼型电动机可直接起动。优点：电气设备少，线路简单。缺点：起动电流大，引起供电系统电压波动，干扰其它用电设备的正常工作。（一）点动控制注意：根据控制要求，分析需要的电气器件。主电路：由刀开关QS、熔断器FU、交流接触器的主触点KM、热继电器FR、笼型电动机M和接地保护PE组成；控制电路：由起动按钮SB和交流接触器线圈KM组成。PLC原理及应用西门子S7-20012图2-4实现点动的控制线路（一）点动控制最简单的点动控制：适合小功率电动机控制起动过程：先合上刀开关QS→按下起动按钮SB→接触器线圈KM通电→接触器主触点KM闭合→电动机M通电直接起动。停机过程：松开起动按钮SB→接触器线圈KM断电→接触器主触点KM断开→电动机M停电停转。点动控制：按下按钮，电动机转动，松开按钮，电动机停转，这种控制就叫点动控制，它能实现电动机短时转动，常用于机床的对刀调整和电动葫芦等。保护环节：短路保护FU；过载保护FR；欠、失电压保护KM；接地保护PE。PLC原理及应用西门子S7-20013•（二）长动（连续）控制•长动控制：在实际生产中往往要求电动机实现长时间连续转动，即所谓长动控制。•根据控制要求，分析需要的电气器件。•主电路：由刀开关QS、熔断器FU、接触器的主触点KM、热继电器发热元件FR、电动机M和接地保护PE组成；•控制电路：由停止按钮SB2、起动按钮SB1、接触器的常开辅助触点和线圈KM、热继电器的常闭触点FR组成。PLC原理及应用西门子S7-20014起动过程：合上刀开关QS→按下起动按钮SB2→接触器线圈KM通电→接触器主触点KM闭合和常开辅助触点闭合→电动机M接通电源运转；松开起动按钮SB2，利用接通的接触器常开辅助触点KM自锁、电动机M连续运转。自锁概念：这种依靠接触器自身辅助常开触点的闭合而使线圈保持通电的控制方式，称自锁或自保持。（二）长动（连续）控制长动控制：适合长时间连续转动电动机控制停机过程：按下停止按钮SB1→接触器线圈KM断电→接触器主触点KM和辅助常开触点KM断开→电动机M断电停转。保护环节：短路保护FU；过载保护FR；欠、失电压保护KM；接地保护PE。图2-5长动控制线路PLC原理及应用西门子S7-20015工作原理（演示）本控制线路具有如下三点优点：1）防止电源电压严重下降时电动机欠电压运行。2）防止电源电压恢复时，电动机自行起动而造成设备和人身事故。3）避免多台电动机同时起动造成电网电压的严重下降。PLC原理及应用西门子S7-20016开关切换点动控制：SA断开主电路控制电路（三）点动和长动混合控制1.采用钮子开关SA实现点动和长动控制连续控制：SA闭合PLC原理及应用西门子S7-20017采用钮子开关SA实现点动和长动控制演示PLC原理及应用西门子S7-20018按钮切换工作原理：连续控制：按下按钮SB1点动控制：按下按钮SB3FU2SB1KMKMFRSB2SB3控制电路（三）点动和长动混合控制2.采用复合按钮SB3实现控制。主电路PLC原理及应用西门子S7-20019采用复合按钮SB3实现控制演示PLC原理及应用西门子S7-20020中间继电器KA控制工作原理：连续控制：按下按钮SB3点动控制：按下按钮SB2（三）点动和长动混合控制3.采用中间继电器KA实现控制。主电路PLC原理及应用西门子S7-20021采用中间继电器KA实现控制演示PLC原理及应用西门子S7-20022以下控制电路能否实现即能点动、又能连续运行思考回答不能点动！KMSB1KMSB2FRSBPLC原理及应用西门子S7-20023•概述：在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向，如工作台前进、后退；电梯的上升、下降等，这就要求电动机能实现正、反转。•实现：对于三相异步电动机来说，可通过两个接触器来改变电动机定子绕组的电源相序来实现。二、可逆旋转（正反转）控制线路电路形式:电动机原理：改变电动机三相电源的相序，可改变电动机的旋转方向按钮、接触器控制位置控制根据控制要求，分析需要的电气器件PLC原理及应用西门子S7-20024按钮、接触器控制正反转控制电路主电路：KM2控制电路：控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2正转按钮反转按钮工作原理：基本控制电路缺点：？FU1KM1M3～FRQL1L3L2主电路PEPLC原理及应用西门子S7-20025控制电路：工作原理：接触器互锁控制联锁接触器互锁(电气联锁)按钮互锁(机械联锁)控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2KM2KM1接触器互锁新名词：接触器的自锁、互锁都是电气联锁按钮、接触器控制正反转控制电路优点：工作安全可靠缺点：操作不便PLC原理及应用西门子S7-20026正反转（电气联锁控制）演示PLC原理及应用西门子S7-20027按钮、接触器控制正反转控制电路控制电路：工作原理：优点：按钮互锁控制操作方便控制电路FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2缺点：易产生故障联锁接触器互锁(电气联锁)按钮互锁(机械联锁)新名词：机械联锁按钮互锁PLC原理及应用西门子S7-20028按钮、接触器控制正反转控制电路（续）控制电路：工作原理：优点：接触器、按钮双重联锁控制安全可靠，操作方便FU2FRSB3SB1KM1KM1KM2KM2SB2SB1SB2KM2KM1控制电路图PLC原理及应用西门子S7-20029正反转（电气、机械联锁控制)演示PLC原理及应用西门子S7-20030电动机可逆运行控制电路PLC原理及应用西门子S7-20031电动机可逆运行控制接线示意图PLC原理及应用西门子S7-20032例1：分析abcd四图结果如何？SB1SB2KMKM(a)SB1SB2KMKM(b)SB1SB2KM(c)SB1KM(d)SB2KMKM图（a）电路中，KM的辅助常开触头不仅锁住了SB2，而且也锁住了SB1。因此，在按下SB2使接触器KM线圈通电，其常开触头KM实现自锁作用后，再按下SB1时，线圈KM不会断电，即起动电动机后就无法用按钮SB1使它停转，停止按钮SB1失去了作用。（b）KM的辅助常开触头锁住了SB1。没锁SB2，只能点动图（c）电路中，接触器KM的常开触头与线圈并联，按下SB2时接触器线圈通电，其常开触头闭合，造成短路，会烧断熔断器中的熔体。图（d）电路中，用一个按钮SB1的常开和常闭两个触头替代原电路中的起动和停止两个按钮。当按下按钮SB1时，由于按钮的结构特点通常是常闭触头先断开，常开触头后闭合，因此无法使接触器线圈通电，电动机也就无法起动。PLC原理及应用西门子S7-20033例2：如图所示的电路中用了两个起动按钮SB2和SB3，二按钮有区别吗？试分析说明这个电路的工作原理。FRSB1KML1L2L3FUKMFRM3¡«KMSB3SB2QS解：电路中两个起动按钮是有区别的。SB3是常开常闭组合按钮，它的常闭触头串联在自锁电路中，因此在按下SB3时，先切断自锁电路，使接触器KM不能自锁，故SB3只能起点动控制作用。而SB2则是普通的起动按钮，在按下SB2时，自锁电路能起作用。由此可见，本电路是既可点动又可使电动机连续运行的控制电路。PLC原理及应用西门子S7-20034作业：分析下面abc控制电路完成什么工作?用什么器件完成的?答案：点动和长动结合的控制线路a）SA实现的b）按钮SB3实现的c）中间继电器KA实现的PLC原理及应用西门子S7-20035a）b）c）作业：分析下列a、b、c控制工作过程及不足？