机械设备电气控制系统的设计实例.ppt

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1、机械设备电气控制系统的设计实例机械设备电气控制系统的设计实例1.横梁升降机构的工艺要求横梁升降机构的工艺要求(1)由于刨床工件加工位置高低不同，要求横梁沿立柱能作上升、由于刨床工件加工位置高低不同，要求横梁沿立柱能作上升、下降的调整运动。下降的调整运动。(2)为确保切削加工的进行，正常情况下横梁应夹紧在立柱上，夹为确保切削加工的进行，正常情况下横梁应夹紧在立柱上，夹 紧装置由夹紧电动机拖动，而横梁的上、下移动由另一台横梁紧装置由夹紧电动机拖动，而横梁的上、下移动由另一台横梁 升降电动机拖动。升降电动机拖动。(3)在动作配合上，当横梁升降时应该按照下列顺序进行：在动作配合上，当横梁升降时应该按照

2、下列顺序进行：横梁上升：横梁松开横梁上升：横梁松开上升移动上升移动横梁夹紧横梁夹紧 横梁下降：横梁松开横梁下降：横梁松开下降移动下降移动横梁夹紧并回升横梁夹紧并回升 设计龙门刨床横梁升降的电气控制线路设计龙门刨床横梁升降的电气控制线路设计龙门刨床横梁升降的电气控制线路设计龙门刨床横梁升降的电气控制线路由此可知横梁下降时，多了一个短时回升动作，其目的在于消除由此可知横梁下降时，多了一个短时回升动作，其目的在于消除多动螺母上端面与丝杠下端面的间隙，防止加工过程中将横梁上多动螺母上端面与丝杠下端面的间隙，防止加工过程中将横梁上抬，造成横梁歪斜，影响加工精度。抬，造成横梁歪斜，影响加工精度。(4)横梁

3、升降应设有限位保护，而夹紧电动机应设有夹紧力保护。横梁升降应设有限位保护，而夹紧电动机应设有夹紧力保护。2.2.电气控制线路的设计过程电气控制线路的设计过程(1)(1)初步设计初步设计主电路的设计主电路的设计:、从横梁运动要求出发、从横梁运动要求出发,横梁移动由横梁升降电动机横梁移动由横梁升降电动机M1M1和横梁和横梁 夹紧放松电动机夹紧放松电动机M2M2拖动，且都有正反转。拖动，且都有正反转。、夹紧电动机需要的夹紧力保护，用过电流继电器、夹紧电动机需要的夹紧力保护，用过电流继电器KIKI来实现。来实现。控制电路的设计控制电路的设计:、由于横梁升降运动为调整运动，所以对、由于横梁升降运动为调整

4、运动，所以对M1M1采用点动控制。采用点动控制。M2M2则则 按一定的顺序自动控制。按一定的顺序自动控制。、根据横梁移动时的控制程序要求，、根据横梁移动时的控制程序要求，M2M2与与M1M1之间有一定的顺序关之间有一定的顺序关 系：当发出系：当发出“上升上升”指令后，指令后，M2M2电动机起动工作，将横梁松电动机起动工作，将横梁松 开，待横梁完全松开后，发出信号，使开，待横梁完全松开后，发出信号，使M2M2电动机停止工作，并电动机停止工作，并 使使M M电动机起动，拖动横梁上升。电动机起动，拖动横梁上升。横梁松开信号的发出由复合行程开关横梁松开信号的发出由复合行程开关SQ1SQ1完成，当横梁处

5、于夹紧完成，当横梁处于夹紧状态时，状态时，SQ1SQ1不受压，当横梁完全松开时，夹紧机构经杠杆将不受压，当横梁完全松开时，夹紧机构经杠杆将SQ1SQ1压压下，于是发出下，于是发出“松开松开”信号。信号。、当横梁上升到位时，撤除、当横梁上升到位时，撤除“上升上升”指令，指令，M电动机立即停止电动机立即停止工工 作，同时接通作，同时接通M2电动机，使电动机，使M2反向运转，拖动夹紧机构使横反向运转，拖动夹紧机构使横 梁夹紧。梁夹紧。在夹紧过程中，开关行程开关在夹紧过程中，开关行程开关SQ1复原，为下次发出放松信号复原，为下次发出放松信号作准备。当横梁夹紧到一定程度时，夹紧电动机作准备。当横梁夹紧到

6、一定程度时，夹紧电动机M2主电路的电流主电路的电流升高，借助于升高，借助于M2定子电路中的过电流继电器发出定子电路中的过电流继电器发出“夹紧夹紧”信号，切信号，切断断M2电动机的电路，使夹紧过程结束。电动机的电路，使夹紧过程结束。、横梁下降在不考虑短时回升时，其动作过程与上升时相同。、横梁下降在不考虑短时回升时，其动作过程与上升时相同。综上所述，设计出草图之一，如图综上所述，设计出草图之一，如图8-2-1所示：所示：图图8-2-1(2)(2)横梁升降电气控制线路中的控制电路部分的修改横梁升降电气控制线路中的控制电路部分的修改图所示的设计草图之一中，控制电路需要具有两组常开触点的图所示的设计草图

7、之一中，控制电路需要具有两组常开触点的 按钮，而常用按钮为一组常开触点、一组常闭触点，为此可引入按钮，而常用按钮为一组常开触点、一组常闭触点，为此可引入 一个中间继电器一个中间继电器KAKA，用按钮，用按钮SB1SB1、SB2SB2去控制去控制KAKA，再由，再由KAKA来控制横来控制横 梁的升、降和放松。梁的升、降和放松。用用SB1SB1、SB2SB2按钮的常闭触点完成横梁上升与下降的按钮的常闭触点完成横梁上升与下降的 机械互锁。机械互锁。综上所述，修改后的设计草图之二，如图综上所述，修改后的设计草图之二，如图8-2-2所示：所示：图图8-2-2(3)横梁升降电气控制线路中的控制电路部分的优

8、化横梁升降电气控制线路中的控制电路部分的优化 进一步考虑横梁下降时的回升控制。由于回升时间短，所以可进一步考虑横梁下降时的回升控制。由于回升时间短，所以可采用时间继电器来控制，选择断电延时时间继电器采用时间继电器来控制，选择断电延时时间继电器KT，将其通电瞬，将其通电瞬时闭合、断电延时断开的触点与夹紧接触器时闭合、断电延时断开的触点与夹紧接触器KM4的常开触点串联后，的常开触点串联后，再与再与KA常开触点并联，去控制上升接触器常开触点并联，去控制上升接触器KM1。而。而KT则由下降接则由下降接触器触器KM2触点控制，构成设计草图之三，如图触点控制，构成设计草图之三，如图8-2-3所示：所示：图

9、图8-2-3（4)横梁升降电气控制线路中的控制电路部分的进一步完善考虑电路横梁升降电气控制线路中的控制电路部分的进一步完善考虑电路 各种保护与联锁，有必要设置如下环节：各种保护与联锁，有必要设置如下环节：SQ2横梁与侧刀架运动的极限保护；横梁与侧刀架运动的极限保护；SQ3横梁上升极限保护；横梁上升极限保护；SQ4横梁下降极限保护；横梁下降极限保护；KM1 和和KM2的常闭触点的常闭触点横梁上升与下降的电气互锁；横梁上升与下降的电气互锁；KM3 和和KM4的常闭触点的常闭触点横梁放松与夹紧的电气互锁；横梁放松与夹紧的电气互锁；至此，龙门刨床横梁升降的电气控制线路设计完成，至此，龙门刨床横梁升降的

10、电气控制线路设计完成，电气原理图如图电气原理图如图8-2-4所示。所示。图图8-2-4(4)对电气原理图进行校核对电气原理图进行校核 设计完成后，必须认真进行校核，看其是否满足生产工艺设计完成后，必须认真进行校核，看其是否满足生产工艺要求，电路是否合理，有无需要进一步简化之处，是否存在寄要求，电路是否合理，有无需要进一步简化之处，是否存在寄生电路，电路工作是否安全可靠等。生电路，电路工作是否安全可靠等。原理图设计中应注意的问题原理图设计中应注意的问题 电气控制设计中应重视设计、使用和维护人员在长期实电气控制设计中应重视设计、使用和维护人员在长期实践中总结出来的许多经验，使设计线路简单、正确、安

11、全、践中总结出来的许多经验，使设计线路简单、正确、安全、可靠、结构合理、使用维护方便。通常应注意以下问题。可靠、结构合理、使用维护方便。通常应注意以下问题。1、选择控制电源、选择控制电源 尽量减少控制线路中电源的种类，控制电源用量，控制电尽量减少控制线路中电源的种类，控制电源用量，控制电压等级应符合标准等级。在控制线路比较简单的情况下，可直接压等级应符合标准等级。在控制线路比较简单的情况下，可直接采用电网电压，以省去控制变压器。当控制系统使用电器数量比采用电网电压，以省去控制变压器。当控制系统使用电器数量比较多时，应采用控制变压器降低控制电压，或用直流低电压控制，较多时，应采用控制变压器降低控

12、制电压，或用直流低电压控制，既节省安装空间，又便于采用晶体管无触点器件，具有动作平稳既节省安装空间，又便于采用晶体管无触点器件，具有动作平稳可靠、检修操作安全等优点。对于微机控制系统应注意弱电控制可靠、检修操作安全等优点。对于微机控制系统应注意弱电控制与强电电源之间的隔离，不能共用零线，避免引起电源干扰。照与强电电源之间的隔离，不能共用零线，避免引起电源干扰。照明、显示及报警等电路应采用安全电压。明、显示及报警等电路应采用安全电压。电气控制线路常用的电压等级如表电气控制线路常用的电压等级如表8-2-1所示。所示。表表8-2-1常用控制电压等级常用控制电压等级 尽量减少电器元件的品种、规格与数量

13、。在电器元件选用中，尽量减少电器元件的品种、规格与数量。在电器元件选用中，尽可能选用性能优良、价格便宜的新型器件，同一用途尽可能尽可能选用性能优良、价格便宜的新型器件，同一用途尽可能选用相同型号。电气控制系统的先进性总是与电器元件的不断选用相同型号。电气控制系统的先进性总是与电器元件的不断发展、更新紧密联系在一起的，因此，设计人员必须密切关注发展、更新紧密联系在一起的，因此，设计人员必须密切关注电机、电器技术、电子技术的新发展，不断收集新产品资料，电机、电器技术、电子技术的新发展，不断收集新产品资料，以便及时应用于控制系统设计中，使控制线路在技术指标、稳以便及时应用于控制系统设计中，使控制线路

14、在技术指标、稳定性、可靠性等方面得到进一步的提高。定性、可靠性等方面得到进一步的提高。2、减少通电电器的数量、减少通电电器的数量 正常工作过程中，尽可能减少通电电器的数量，以利正常工作过程中，尽可能减少通电电器的数量，以利节能，延长电器元件寿命以及减少故障。节能，延长电器元件寿命以及减少故障。3、合理使用电器触点、合理使用电器触点 在复杂的继电接触控制线路中，各类接触器、继电器数量较在复杂的继电接触控制线路中，各类接触器、继电器数量较多，使用的触点也多，线路设计应注意以下问题。多，使用的触点也多，线路设计应注意以下问题。(1)主副触点的使用量不能超过限定对数，因为各类接触器、主副触点的使用量不

15、能超过限定对数，因为各类接触器、继电器的主副触点数量是一定的。设计时应注意尽可能减少触点使继电器的主副触点数量是一定的。设计时应注意尽可能减少触点使用数量，如图用数量，如图8-2-6（b）比（）比（a）就节省了一对触点。因控制需要触）就节省了一对触点。因控制需要触点数量不够时，可以采用逻辑设计化简方法，改变触点的组合方式，点数量不够时，可以采用逻辑设计化简方法，改变触点的组合方式，以减少触点使用数量，或增加中间继电器来解决。以减少触点使用数量，或增加中间继电器来解决。图图8-2-6（2）检查触点容量是否满足控制要求，避免因使用不当而出现）检查触点容量是否满足控制要求，避免因使用不当而出现触点烧

16、坏、熔焊的故障，要合理安排接触器主副触点的位置，触点烧坏、熔焊的故障，要合理安排接触器主副触点的位置，避免用小容量继电器去切断大容量负载。总之，要计算触点断避免用小容量继电器去切断大容量负载。总之，要计算触点断流容量是否满足被控制负载的要求，还要考虑负载性质（阻性、流容量是否满足被控制负载的要求，还要考虑负载性质（阻性、容性、感性等），以保证触点工作寿命和可靠性。容性、感性等），以保证触点工作寿命和可靠性。5、正确连线、正确连线 具体应注意以下几个方面。具体应注意以下几个方面。（1）正确连接电器线圈电压线圈通常不能串联使用，即使）正确连接电器线圈电压线圈通常不能串联使用，即使用两个同型号电压线

17、圈也不能采用串联施加额定电压之和的电用两个同型号电压线圈也不能采用串联施加额定电压之和的电压值，因为电器动作总有先后之差，如图压值，因为电器动作总有先后之差，如图8-2-7（a）所示。若）所示。若KM1先动作，先动作，KM2后动作，就可能由于动作过程中阻抗变化后动作，就可能由于动作过程中阻抗变化造成电压分配不均匀。当需要两个电器同时工作时，其线圈应造成电压分配不均匀。当需要两个电器同时工作时，其线圈应采用如图采用如图8-2-7（b）所示的并联接法。）所示的并联接法。对于电感较大的电器线圈，例如电磁阀、电磁铁或直流电对于电感较大的电器线圈，例如电磁阀、电磁铁或直流电机励磁线圈等则不宜与相同电压等

18、级的接触器或中间继电器机励磁线圈等则不宜与相同电压等级的接触器或中间继电器直接并联工作，否则在接通或断开电源时会造成后者的误动作。直接并联工作，否则在接通或断开电源时会造成后者的误动作。图图8-2-7（2 2）合理安排电器元件及触点位置对一个串联回路，各电器元）合理安排电器元件及触点位置对一个串联回路，各电器元件或触点位置互换，并不影响其工作原理，但从实际连线上却件或触点位置互换，并不影响其工作原理，但从实际连线上却影响到安全、节省导线等各方面的问题。如图所示两种接法，影响到安全、节省导线等各方面的问题。如图所示两种接法，两者工作原理相同，但是采用图两者工作原理相同，但是采用图8 8-2-8-

19、2-8（a a）接法既不安全而且）接法既不安全而且浪费导线。因为限位开关浪费导线。因为限位开关SQSQ的常开、常闭触点断开时，由于电的常开、常闭触点断开时，由于电弧可能造成电源短路，很不安全，而且采用这种接法电气箱到弧可能造成电源短路，很不安全，而且采用这种接法电气箱到现场要引出四种线，很不合理，图现场要引出四种线，很不合理，图8 8-2-8-2-8（b b）所示的接法较合）所示的接法较合理。理。图图8 8-2-8-2-8（3 3）注意避免出现寄生回路在控制电路的动作过程中，如果出现）注意避免出现寄生回路在控制电路的动作过程中，如果出现不是由于误操作而产生的意外接通的电路，称为寄生回路。图不是

20、由于误操作而产生的意外接通的电路，称为寄生回路。图8 8-2-2-9 9所示为电动机可逆运行控制线路，为了节省触点，指示灯所示为电动机可逆运行控制线路，为了节省触点，指示灯RHLRHL和和LHLLHL采用图中所示的接法。此线路在电动机正常工作情况下能完成采用图中所示的接法。此线路在电动机正常工作情况下能完成启动、正反转及停止操作。如果电动机在正转中（启动、正反转及停止操作。如果电动机在正转中（KMR KMR 吸合）发生吸合）发生过载，过载，FRFR触点断开时会出现图中虚线所示的寄生回路。由于触点断开时会出现图中虚线所示的寄生回路。由于RHLRHL电电阻较小，接触器在吸合状态下的释放电压较低，因

21、而寄生回路的电阻较小，接触器在吸合状态下的释放电压较低，因而寄生回路的电流有可能使流有可能使KMRKMR无法释放，电动机在过载时得不到保护而烧毁。无法释放，电动机在过载时得不到保护而烧毁。图图8 8-2-9-2-9 1.1.作一个双重联锁正反转点动控制线路图。作一个双重联锁正反转点动控制线路图。2.2.作两台三相交流异步电动机的顺序控制线路，要求其中一台电动机作两台三相交流异步电动机的顺序控制线路，要求其中一台电动机M1M1起起 动后另一台电动机动后另一台电动机M2M2才能起动，才能起动，M1M1如果停止，则如果停止，则M2M2一定停止。一定停止。3.3.作两台三相交流异步电动机的顺序控制线路

22、，要求电动机作两台三相交流异步电动机的顺序控制线路，要求电动机M1M1和和M2M2可以可以分分 别起动，但别起动，但M2M2停止后停止后M1M1才能停止。才能停止。4.4.某机床的主轴和润滑油泵分别由两台三相笼型异步电动机拖动，要求：某机床的主轴和润滑油泵分别由两台三相笼型异步电动机拖动，要求：（1 1）油泵电动机起动后主轴电动机才能起动；）油泵电动机起动后主轴电动机才能起动；（2 2）主轴电动机能正反转，并能单独停车；）主轴电动机能正反转，并能单独停车；（3 3）具有短路、过载、欠压及失压保护。）具有短路、过载、欠压及失压保护。试画出其控制线路。试画出其控制线路。【作业作业】5.5.作出一台

23、小车运行的控制线路，其动作要求各为：作出一台小车运行的控制线路，其动作要求各为：（1 1）小车由一端开始前进，到终端后自动停止；）小车由一端开始前进，到终端后自动停止；（2 2）在终端停留）在终端停留2 2分钟后自动返回原位停止；分钟后自动返回原位停止；要求在任意位置都可起动或停止。要求在任意位置都可起动或停止。6.6.画出三台电动机的自动控制电路，要求电动机画出三台电动机的自动控制电路，要求电动机M1M1起动后经起动后经 10 10秒电动机秒电动机M2M2自动起动，再经自动起动，再经5 5秒后电动机秒后电动机M3M3自动起动，自动起动，又经又经100100秒后三台电动机同时自动停止。秒后三台电动机同时自动停止。7.试按下述各种要求画出三相笼型异步电动机的控制线路；试按下述各种要求画出三相笼型异步电动机的控制线路；（1）既能点动又能连续运转；）既能点动又能连续运转；（2）能正反转控制；）能正反转控制；（3）有过载保护；）有过载保护；（4）能在两处起停。）能在两处起停。8.按下按钮按下按钮SB，电动机，电动机M正转，松开该按钮，电动机正转，松开该按钮，电动机M反转，反转，过过1分钟后电动机分钟后电动机M自动停止。试画出其控制电路。自动停止。试画出其控制电路。