电气控制设计基础

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1、第三章 电气控制设计基础电气控制技术及PLC1电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚主要内容 电气控制设计包括：原理设计和工艺设计。 w 原理设计满足控制要求。 w 工艺设计满足设备制造要求。 3-1 电气控制原理线路的分析设计法 3-2电气控制原理线路的逻辑设计法 第七章作业2电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚一、简单系统w 1、根据设计要求选择一个与控制要求相似的基准电路，该基准 电路应该是成熟可靠的。 w 2、对所选基准电路做必要的修改、补充以满足控制要求。例：习题2-18，小车控制。w 基准电路：选择P47，图2-7自动往复循环控制线

2、路。w 修改：第一步，改为单周期控制；第二步，末端加延时控制。二、复杂系统设计w 1、分解系统，选择单元电路w 2、补充各单元之间的联锁电路w 3、复核、简化电路总结：分析设计法，是一种经验设计法，设计者需要掌握大量的成 熟可靠的电路才能设计出较为合理的控制线路3-1 电气控制原理线路的分析设计法3电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚3-2电气控制原理线路的逻辑设计法w 利用逻辑代数这一工具进行电路设计。一、基本思路 w 1、首先将控制系统的输入、输出电器元件 的状态用状态变量进行表示。 w 2、然后根据控制要求列出状态变量的逻辑 表达式。 w 3、简化逻辑表达式。

3、w 4、最后根据逻辑表达式绘制控制线路。4电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚二、预备知识（一）状态变量的假定 输入量：w 触点A=1，表示触点动作（常开触点闭合、常闭触 点断开）。 触点A=0，表示触点复位（常开触点断开、常闭触 点闭合）。 输出量：w 线圈K=1，表示线圈上电。w 线圈K=0，表示线圈失电。5电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚（二）基本逻辑表达式与控制电路1、“与”电路 1）电路图A B KABK0 0 1 10 1 0 10 0 0 12）真值表ABK 1113）状态表4）逻辑表达式K=AB 注：只把K=1 的状态列出

4、6电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚2、“或”电路1）电路图ABK0 0 1 10 1 0 10 1 1 12）真值表ABK 0 1 11 0 11 1 13）状态表4）逻辑表达式K=AB A KB7电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚3、“非”电路1）电路图AK0 11 02）真值表3）状态表4）逻辑表达式K=AA KAK018电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚4、时序电路1）电路图SB1SB2KA 0 0 1* 1*0 1* 0 1*0 1 0 2）真值表SB1SB2KA 初态运行停止3）状态表KAKASB2

5、SB14）逻辑表达式KA=（SB2KA）SB1 注：1*表示 短信号 ，1表示 长信号 。9电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚1、交换率 AB=BA 2、结合率 A（BC）=（AB）CA+（B+C）=（A+B）+C 3、分配率 A（B+C）=AB+ACA+（BC）=（A+B）（B+C） 4、重迭率 AA=A，A+A=A（三）逻辑代数定理5、吸收率 A+AB=A， A(A+B)=AA+AB=A+B， A+AB=A+B6、非非率 A=A 7、反演率 A+B=AB， AB=A+B10电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚三、组合逻辑电路设计 组合逻

6、辑电路：执行元件的输出状态只 与同一时刻控制元件的状态有关。即输 出对输入无影响。 电路设计方法： w 1、确定状态变量 w 2、列出状态表满足控制要求 w 3、写出执行元件的逻辑表达式 w 4、简化逻辑表达式 w 5、绘制控制线路11电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚设计举例 某电路只有在继电器KA1，KA2，KA3中任何一个或 两个动作时，才能运转，而在其他条件下都不运转， 试设计其控制线路。 解： 1、确定状态变量 2、列状态表输入：KA1、KA2、KA3；输出：KMKA1KA2KA3KM 0 0 0 1 1 10 1 1 0 0 11 0 1 0 1 01

7、1 1 1 1 1122、状态表3、逻辑表达式KM= KA1KA2KA3+KA1KA2KA3+KA1KA2KA3+KA1KA2KA3+KA1KA2KA3+KA1KA2KA3+= KA1（KA2+KA3）+KA1（KA2+KA3）KA1KA2KA3KM 0 0 0 1 1 10 1 1 0 0 11 0 1 0 1 01 1 1 1 1 1KA1KA1KA2KA3KA2KA3KM4、绘制控制线路13电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚四、时序逻辑电路设计时序逻辑电路的输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，而且 还与输出量的原有状态及其组合顺序有关，即输出量通过反馈作 用

8、，对输入状态产生影响。这种逻辑电路的设计要设置中间记忆元件（如中间继电器等）， 记忆输入信号的变化，以达到各程序两两区分的目的。设计方法1、根据工艺要求确定逻辑变量、列出状态变量表（主令元件、检测元件、执行元件）。2、为区分所有状态，而增设必要的中间记忆元件（中间继电器）。3、根据状态表，列出执行元件的逻辑表达式。4、简化逻辑表达式，据此绘出控制线路。5、检查、完善所设计的电路。14电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚设计举例机械动力滑台控制线路（一）具有一次工作进给的控制线路1、设计要求： 双电机驱动：M1工进、M2快进、快退。 三接触器控制：KM1快进、KM3快退

9、、KM2工进。SB1 快进 SQ2SQ1 快退SQ3工进15电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚2、确定状态变量 主令元件：w SB1起动；w SQ1原位；w SQ2工进位；w SQ3末位。 执行元件：w KM1快进；w KM3快退；w KM2工进。162018/6/16电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚3、列出状态表，并确定状态转换的激励信号序 号程序 名激励 信号主令元件执行元件SB1SQ1SQ2SQ3KM1KM2KM30原位01快进SB12工进SQ23快退SQ34原位SQ117电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正

10、 刚4、列出执行元件的逻辑表达式 方法a：写出执行元件的所有逻辑组合，然后 再化简。例如对KM1有： KM1=（SB1+KM1）SQ1SQ2SQ3KM2KM3 = （SB1+KM1）SQ2 方法b：根据激励信号直接写出最简式，如： KM1=（SB1+KM1）SQ2 其中：SB1为起动激励信号，SQ2为停止激励 信号，KM1的自锁触点实现记忆功能。 同理可得：KM2=（SQ2+KM2）SQ3 KM3=（SQ3+KM3）SQ118 5、绘制基本电路 控制线路 6、检查、完善电 路KM1SB1KM1SQ2SQ3KM2SQ2KM3SQ3SQ1SB1KM1SQ2SQ3KM2SQ2KM3SQ3SQ1KM3

11、FR2FR1例如：接 触器互锁 ，过载保 护，以及 其他保护 措施。KM1 KM2 KM3KM1 KM2 KM319电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚20电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚（二）具有正反向工作 进给的控制线路 1、设计要求：w 双电机驱动： M1工进、M2快 进。 w 三接触器控制： KM1正向、 KM3反向、 KM2快速开关。w 取消长挡铁SB1 快进 SQ2SQ1 快退SQ2SQ3正向工进反向工进21电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚 2、确定状态变量 主令元件：SB1起动；SQ1原位；SQ

12、2 工进位；SQ3末位。 执行元件：KM1进；KM3退；KM2加速。 中间记忆单元：KA1、KA2、KA3、KA4分别 对应4个工作状态，快进、工进、反向工进、快退。 3、列出状态表，并确定状态转换的激励 信号。22动作状态表序 号程序 名激励 信号主令元件执执行元件中间记忆单间记忆单 元SB1SQ1SQ2SQ3KM1KM2KM3KA1KA2KA3KA40原位01快进进SB12正向 工进进SQ23反向 工进进SQ34快退SQ25原位SQ123电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚 4、列出执行元件的 逻辑表达式并化简 对本例直接借助于激励信号写出的逻辑表达式 无法达到两

13、两区分的目的，例如： KM1=（SB1+KM1）SQ3 KM3=（SQ3+KM3）SQ1 KM2=（SB1+KM2）SQ2+（SQ2+KM2）SQ1 显然，KM2的表达式不成立。因此要借助于中 间记忆单元。 KM1=KA1+KA2 KM2=KA1+KA4 KM3=KA3+KA424电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚 对于中间记忆单元有多种设计方法，在此，是 采用步进控制的方法。即 KAi=（KAi-1Ci+KAi）KAi+1 上式中： KAi-1Ci为起动条件， 其中KAi-1确保步进继电 器依次动作， Ci为步进转换条件。 KAi+1为停止条件，确保任一时刻只有一

14、个步进 继电器在工作。 由于步进控制有严格的顺序限制，因此允许Ci 重复使用。 对于本例，当采用自动循环方式时有：25电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚 KA1=（SB1+KA4SQ1+KA1）KA2 KA2=（KA1SQ2+KA2）KA3 KA3=（KA2SQ3+KA3）KA4 KA4=（KA3SQ2+KA4）KA1 改为单周期运行方式，有： KA1=（SB1+KA1）KA2 KA2=（KA1SQ2+KA2）KA3 KA3=（KA2SQ3+KA3）KA4 KA4=（KA3SQ2+KA4）SQ1 根据3个KM和4个KA的逻辑表达式，可以绘制 控制线路如下：26 5、

15、绘制基本电路控制线路6、检查、完善电路略SB1SQ3SQ2KA1KA2KA3KA2KA3KA4KA1 KA2 KA3 KA4 KM1 KM2 KM3 SQ1KA4SQ1KA2KA1KA4KA1KA4KA3KA1KA2KA327电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正 刚 7-8采用逻辑设计法，设计一个以行程原则 控制的机床控制线路要求工作台每往复一次( 自动循环)，即发出一个控制信号，以改变主轴 电动机的转向一次。工作台进工作台退主轴正转主轴反转SQ1 SQ2 SQ1 SQ2 SQ1 SQ2 SQ1 SQ2 SQ128电 气 控 制 技 术电 气 控 制 设 计 基 础迟 正