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1、第 3 章,电气控制与PLC,电气控制线路的 基本环节和典型线路,本章提要,3.1 电气控制线路的绘制原则、图形及 文字符号 3.2 电气控制线路的基本规律 3.3 常用典型控制线路 3.4 电气控制线路的设计方法,3.1 电气控制线路的绘制原则、 图形及文字符号,电气控制线路是用导线将电机、电器、仪表等电气元件按一定的要求和方法联系起来，并能实现某种功能的电气线路。 为了表达生产设备电气控制系统的结构、原理等设计意图，也为了便于进行电器元件的安装、调试、使用和维修，将电气控制线路中各电器元件的联接用一定的图表达出来。,3.1.1 常用电气图形符号和文字符号 3.1.2 电气电路图及其绘制原则
2、 3.1.3 电气控制电路图的阅读和分析方法,3.1.1 常用电器图形符号和文字符号,我国电气设备国家标准,GB4728-2000 电气图用图形符号 GB6988-1997 电气制图 GB7159-1987 电气技术中的符号制定通则,规定从1990.1.1起，电气控制线路中的图形和文字符号必须符合最新的国家标准。,电气控制线路图表示方法,电气原理图：表示电路各个电气元件导电部件的连接关系和工作原理的图。,电器布置图：表明电气原理图中各元器件的实际安装位置，可按实际情况分别绘制，如电气控制箱中的电器元件布置图、控制面板图等。,安装接线图：用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理，通常接线
3、图与电气原理图和元件布置图一起使用。这里重点介绍电气原理图。,3.1.2 电气线路图及其绘制原则,电气控制线路根据通过电流的大小可分为主电路和控制电路 。属于前者的是流过大电流的电路，如发电机的定子和转子等；属于后者的是流过较小电流的电路如接触器、继电器的吸引线圈以及消耗能量较少的信号电路、保护电路、联锁电路等。,主电路,主电路标号由文字符号和数字组成。文字符号用以标明主电路中的元件或线路的主要特征；数字标号用以区别电路的不同线段。三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标号，电源开关之后的三相交流电源主电路分别标U、V、W。如U11表示电动机的第一相的第一个接点代号，U21为第一相的第二个接点
4、代号，依次类推。,控制电路,控制电路由三位或三位以下的数字组成，交流控制电路的标号一般以主要压降元件（如电器元件线圈）为分界，左侧用奇数标号，右侧用偶数标号。直流控制电路中正极按奇数标号，负极按偶数标号。,绘制电气控制原理图一般应遵循的原则,1）电气原理图中，所有电器元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统一标准。 2）原理图一般分主电路和控制电路两部分：主电路是从电源到电动机大电流通过的路径，应画在图面的左侧或上方。控制电路由继电器和接触器的线圈、继电器的触头、接触器的辅助触头、按钮、照明灯、信号灯、控制变压器等电器元件组成，画在图面的右侧或下方。 3）控制系统内的全部电机、电器和其它器械的
5、带电部件，都应在原理图中表示出来。而与电路无关的部件(如铁心、支架、弹簧等)无需画出。,4）属同一电器元件的不同部分(如接触器的线圈和触头)按其功能和所接电路的不同分别画在不同的电路中，但必须标注相同的文字符号。若有多个同一种类的电器元件，可在表示名称的文字符号后加上数字序号的下标以示区别，如KM1、KM2等。 5）所有电器的图形符号，都按没有通电、无外力作用下的开闭状态绘制。对接触器、电磁式继电器等是指其线圈未加电压，而对按钮、行程开关等，则是指其尚未被压合。 6）电气原理图应按功能布置，控制电路水平布置或垂直布置时，尽可能按动作顺序从上到下或从左到右的原则绘制。,7）电气原理图中，有直接联
6、系的交叉连接点，需用黑圆点表示；无直接联系的交叉连接点则不画。,3.1.3 电气控制线路图的阅读和分析方法,阅读电气线路图的方法主要有两种：查线读图法（直接读图法）和逻辑代数法（间接读图法）。这里只介绍查线读图法，通过对某个电气控制线路的具体剖析，学习阅读和分析电气线路的方法。,1.了解生产工艺与执行电器的关系,在分析电气线路之前，应该充分了解生产机械要完成哪些动作，这些动作之间又有什么联系，即熟悉生产机械的工艺情况。必要时可以画出简单的工艺流程图，明确各个动作的关系。此外，还应进一步明确生产机械的动作与执行电器的关系，给分析电气线路提供线索和方便。 例如，某机床主轴转动时，要求油泵先给齿轮箱
7、供油润滑，即应保证在润滑泵电动机起动后才允许主拖动电机起动，也就是控制对象对控制线路提出了按顺序工作的要求。图3-1所示为主拖动电机与润滑电机的顺序起动控制线路图。其中M2是拖动油泵电动机，M1是拖动机床主轴电动机。,图3-1 拖动电动机与润滑泵电机的顺序起动控制线路图,2.分析主电路,在分析电气线路时，一般应先从电动机着手，即从主电路看有哪些控制元件的主触点、电阻等，根据其组合规律可大致判断电动机是否有正反转控制、制动控制和调速要求等。这样，在分析控制电路的工作原理时，就能做到心中有数，有的放矢。 在图3-1中，主拖动电动机M1电路主要由接触器KM1的主触点和热继电器FR1线圈组成。从图中可
8、以断定，主拖动电动机M1采用全压直接起动。热继电器FR1作M1的过载保护，熔断器FU作短路保护。油泵电动机M2电路与主拖动电机M1的电路相似。,3.读图和分析控制电路,根据主电路的控制元件主触点文字符号，在控制电路中找到相应的控制环节以及环节间的相互联系，按照由上往下或由左往右的顺序阅读控制电路图。电气控制线路都是由一些基本的控制环节构成的，在分析线路时，可以按主电路的构成情况，把控制电路分解成与主电路相对应的几个基本环节，分别进行分析。注意那些满足特殊要求的控制环节，把各个环节串起来，就不难读懂全图了。,图3-1的主电路可以按电动机M1和M2分成两个部分，相应控制电路也可相应地分解成两个基本
9、环节。其控制过程分析如下： 合上刀开关QK，按下起动按钮SB4，接触器KM2线圈通电，其主触点闭合，油泵电动机M2直接起动，常开辅助触点KM2（9,11）闭合，保持按钮SB4松开后接触器KM2继续通电，该辅助触点称为自锁触点。,另一对常开辅助触点KM2（5,7）闭合后，主拖动电机才能起动。此时，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，其主触点闭合，主拖动电机M1直接起动，KM1的常开辅助触点闭合，实现自锁功能。按下停止按钮SB3，润滑泵电机停止的同时主拖动电机也停止；按下停止按钮SB1，主拖动电机停止但润滑泵电机继续运转。若电机M2过载，则FR2的常闭触点打开，接触器KM2线圈断电，电机M1
10、、M2停车；若电机M1过载，则FR1的常闭触点打开，接触器KM1线圈断电，电机M1停车，但电机M2继续运行。,3.2 电气控制线路的基本规律,3.2.1 自锁控制 3.2.2 互锁控制 3.2.3 多地点控制 3.2.4 顺序工作的联锁控制 3.2.5 自动循环控制,3.2.1 自锁控制,图3-2 自锁控制电路,图3-2为三相笼型异步电动机全压起动单向运行控制电路。,3.2.2 互锁控制,图3-3 具有互锁功能的正反转控制电路,图3-3为三相笼型异步电动机正反转控制电路。,电机正转（或反转）时，按下停止按钮SB1，控制回路断电，接触器KM1（或KM2）线圈断电释放，主触点打开后电动机停止运行。
11、电动机正反转控制必须确保两个接触器在同一时刻只能有一个工作，以免主电路发生短路故障。 上述电动机正反转控制电路中，当电动机正转时，KM1的常闭辅助触头打开，断开反向运行接触器KM2线圈的通电回路；而当电动机反转时，KM2的常闭辅助触头打开，断开正向运行接触器KM1线圈的通电回路，这种利用两个接触器的常闭辅助触头互相控制的方式，叫电气互锁控制，或叫电气联锁控制。起互锁作用的常闭触头叫互锁触头。,3.2.3 多地点控制,有些电气设备，如大型机床、起重运输机等，为了操作方便，常要求能在多个地点对同一台电动机实现控制。这种控制方法叫做多地点控制。 多地点控制的接线原则是：起动按钮应并联连接，停止按钮应
12、串联连接。,图3-4 三地点控制电路,3.2.4 顺序工作的联锁控制,在生产实际中，有时要求一个系统中多台电动机按一定顺序实现起动和停止，如磨床上的电动机就要求先起动液压泵电动机，再起动主轴电动机。 顺序起停控制电路有顺序起动、同时停止控制电路和顺序起动、顺序停止的控制电路。,图3-5 两台电动机顺序控制电路图,图3-5为两台电动机顺序控制电路图，其中图3-5a)为按顺序起动电路图，合上电源开关QK，按下起动按钮SB2，KM1线圈通电并自锁，电动机M1起动旋转，同时串在KM2控制电路中的KM1常开辅助触头也闭合，此时再按下按钮SB4，KM2线圈通电并自锁，电动机M2起动旋转，如果先按下SB4按
13、钮，因KM1常开辅助触头断开，电动机M2不可能先起动，达到按顺序起动M1、M2的目的。,生产机械除要求按顺序起动外，有时还要求按一定顺序停止，如传送带运输机，前面的第一台运输机先起动，再起动后面的第二台；停车时应先停第二台，再停第一台，这样才不会造成物料在皮带上的堆积和滞留。 图3-5b)所示为按顺序起动与停止的控制电路，为此将接触器KM2的常开辅助触头并接在停止按钮SB1的两端，这样即使先按下SB1，由于KM2线圈仍通电，电动机M1不会停转，只有按下SB3，电动机M2先停后，再按下SB1才能使M1停转，满足了先停M2后停M1的要求。,3.2.5 自动循环控制,在机床电气设备中，有些是通过工作
14、台自动往复循环工作的，例如龙门刨床的工作台前进、后退。电动机的正、反转是实现工作台自动往复循环的基本环节。,图3-6 自动循环控制电路,合上电源开关QK，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，电动机M正转，工作台前进到一定位置，撞块压动限位开关SQ2，SQ2的常闭触点断开，接触器KM1线圈断电，电动机M停转，工作台停止向前。 SQ2的常开触点闭合，接触器KM2线圈通电，改变电源相序电动机M反转，工作向后运动，工作台后退到一定位置，撞块压动限位开关SQ1，SQ1的常闭触点断开，接触器KM2线圈断电，电动机M停转，工作台停止后退；SQ1的常开触点闭合，接触器KM1线圈再次通电，电动机M又正转，
15、工作又前进。,3.3 常用典型控制线路,在电力拖动自动控制系统中，各种生产机械均由电动机来拖动。不同生产机械，对电动机的控制要求也不尽相同。本节主要介绍异步电动机的起动、正反转、调速、制动等典型控制线路，以及必要的保护，以满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。,3.3.1 三相异步电动机的起动控制 3.3.2 三相异步电动机的正、反转控制 3.3.3 三相异步电动机的调速控制 3.3.4 三相异步电动机的制动控制,3.3.1 三相异步电动机的起动控制,不同型号、不同功率和不同负载的电动机，往往采用不同的起动方法，因而控制电路也不同。三相异步电动机一般有直接起动和减压起动两种方法。,1三相笼型电
16、动机直接起动控制,在供电变压器容量足够大时，小容量笼型电动机可直接起动。直接起动的优点是电气设备少，电路简单。缺点是起动电流大，引起供电线路电压波动，干扰其他用电设备的正常工作。,图3-7 刀开关控制电路,图3-8 点动控制电路,图3-9 连续运行控制电路,采用刀开关直接起动控制,图3-7为采用刀开关直接起动控制电路。 工作过程如下：合上刀开关QK，电动机M接通电源全压直接起动。打开刀开关QK，电动机M断电停转。这种电路适用于小容量、起动不频繁的笼型电动机，例如小型台钻、冷却泵等。熔断器其短路保护作用。,采用接触器直接起动控制,1)点动控制 如图3-8所示。由电路工作过程可见，按下按钮，电动机转动，松开按钮，电动机停转，这种控制称为点动控制，它能实现电动机短时转动，常用于机床的对刀调整等。 2)连续控制 在实际生产中往往要求电动机长时间连续转动，能实现此控制的电路称为连续控制（或长动控制）电路，如图3-9所示。,短路保护。短路时熔断器FU的熔体熔断而切断电源起保护作用。 电动机长期过载保护。采用热继电器FR作电动机长期过载保护。由于热继
