可编程逻辑控制器 PLC课件

第二节 电器控制方法 2.1 控制电路的基本逻辑概念 1 控制电路的基本组成 2 控制电器的状态和值 3 基本逻辑电路的类型 2.2 三相交流异步电动机基本控制电路 1 鼠笼型电动机直接起动控制电路 2 鼠笼型电动机降压起动控制电路 3 绕线型异步电动机起动控制电路 4 异步电动机的制动控制电路 2021/5/28 1 2.1 控制电路的基本逻辑概念控制电路的基本逻辑概念 电气控制电路根据逻辑关系可以分成三个组成部分： 输入元件 是控制电路的输入逻辑变量，用于对电路的控制，可分为主令元件和检测元件。 主令元件 是人向控制电路发布控制指令的元件、如按钮、开关等。 检测元件 是电路和电气控制设备本身向控制电路发布控制指令的元件，用于对电路和电气控制设备的某些物理量(如行程距离、温度、转速、压力、电流等)的检测。常用的检测元件有行程开关、接近开关、热继电器、电流继电器、速度继电器等。 中间逻辑元件 是控制电路的中间逻辑变量,用于对电路中变量的逻辑变换和记忆等作用，常用的中间逻辑元件有中间继电器、通用继电器、时间继电器及计数器等。 输出执行元件用于对电路控制结果的执行。是控制电路的输出逻辑变量。可分为有记忆功能和无记忆功能两种，有记忆功能的输出执行元件常用的有接触器、继电器等。无记忆功能的输出执行元件常用的有信号灯、报警器、电磁铁、电磁阀、电动机等。 控制电路的基本组成控制电路的基本组成 2021/5/28 2 控制电器的状态和值控制电器的状态和值 对于输入元件： （1）开关电器未受外力的原始状态为0状态， 开关电器受外力而动作的状态为1状态， 开关、接点在断开时的值为0，闭合时的值为1。 （2）在未受外力的原始状态下处于断开状态时的开关(接点)，称为常开开关(接点)， 处于接通状态时的开关(接点)，称为常闭开关(接点)。 常开开关(接点)在原始状态下时的值为0。 常闭开关(接点)在原始状态下时的值为1。 （3）对于中间逻辑元件和输出执行元件也有两种状态，一种是失电状态，一种是得电动作状态。 元件在失电状态下的值为0，对于有记忆元件常开接点的值为0，常闭接点的值为1。 元件在得电状态下的值为1，对于有记忆元件常开接点的值为1，常闭接点的值为0。 2021/5/28 3 基本逻辑电路的类型基本逻辑电路的类型 逻辑电路根据控制逻辑的特点可分为组合电路和时序电路。 1、组合电路 组合电路的控制结果只和输入变量的状态有关。 可以用布尔代数(也称开关代数或逻辑代数)通过计算而得出。 在组合电路中，也是由输入变量、中间逻辑变量和输出逻辑变量三者构成的，但不含有记忆元件。 中间逻辑变量也可以根椐逻辑关系将其消除。 C=AB H=CD H= ABD =(AB)D HDBBCCAHDA中间逻辑变量的消除 2021/5/28 4 2、时序电路 时序电路也称记忆电路，记忆电路中包含有记忆元件，时序电路的控制结果不仅和输入变量的状态有关，也和记忆元件的状态有关。 时序电路的控制结果是和输入变量、中间逻辑变量和输出逻辑变量三者都有关系。 继电器、接触器是最基本的记忆元件，在电气控制电路中，记忆电路主要用于对短时通断信号(如按钮、位置开关等)的记忆。 KMSB1SB2KMKMSB1SB2KM(b)起动优先电路(a)停止优先电路SB1SB2KMSB1SB2KM010101010101基本记忆电路及时序图 2021/5/28 5 2.2 笼型异步电动机基本控制电路 1、 笼型异步电动机的单方向全电压点动和起动笼型异步电动机的单方向全电压点动和起动 单向直接起动控制电路 (1) 电路的控制原理 (2) 电路的保护环节 短路保护： 过载保护： 失压与欠压保护 2021/5/28 6 L1L2L3QSUVWU11 V11 W11FU1KMFRU21V21 W21M3 U1 V1 W1FU212FR3SB14SB2KM545SB2KM1KMSB245SB3KM6SB2KA1SB3KA11KA1KM4561、点动2、长动3、点动长动2021/5/28 7 1点动控制点动控制 2全压起动全压起动(长动长动)控制控制 用电器自触点为自线圈供电的环节称作用电器自触点为自线圈供电的环节称作“自锁”环节。”环节。 自锁除能实现长动之外，还兼有欠压和自锁除能实现长动之外，还兼有欠压和失压保护的作用。失压保护的作用。 3点动加长动控制点动加长动控制 点动与长动控制的区别在于点动不要自点动与长动控制的区别在于点动不要自锁，而长动必须有自锁锁，而长动必须有自锁 2021/5/28 8 接点竞争 在开关电路中，一个开关原变量由0变为1或由1变为0时，其反变量则由1变为0或由0变为1有一个过渡过程。过渡过程的快慢将对时序电路的影响称为接点竞争。 1234512345SB3SB3SB3SB3KM1234 5SB3SB3KMt1t2t3t4t1t2t3t42021/5/28 9 2、异步电动机的可逆运行控制 QSL1L2L3UVWU11V11W11FU1KM1KM2U21V21W21FRU1V1W1M3 FU221异步电动机的正反转可逆控制线路1FR3SB14KM1KM2SB2SB356KM1KM22021/5/28 10 9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。21.9.121.9.1Wednesday, September 1, 2021 10、低头要有勇气，抬头要有低气。01:28:3801:28:3801:289/1/2021 1:28:38 AM 11、人总是珍惜为得到。21.9.101:28:3801:28Sep-211-Sep-21 12、人乱于心，不宽余请。01:28:3801:28:3801:28Wednesday, September 1, 2021 13、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。21.9.121.9.101:28:3801:28:38September 1, 2021 14、抱最大的希望，作最大的努力。2021年9月1日星期三上午1时28分38秒01:28:3821.9.1 15、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。2021年9月上午1时28分21.9.101:28September 1, 2021 16、业余生活要有意义，不要越轨。2021年9月1日星期三1时28分38秒01:28:381 September 2021 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。上午1时28分38秒上午1时28分01:28:3821.9.1 9、 人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。21.9.121.9.1Wednesday, September 1, 2021 10、低头要有勇气，抬头要有低气。01:28:3801:28:3801:289/1/2021 1:28:38 AM 11、人总是珍惜为得到。21.9.101:28:3801:28Sep-211-Sep-21 12、人乱于心，不宽余请。01:28:3801:28:3801:28Wednesday, September 1, 2021 13、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。21.9.121.9.101:28:3801:28:38September 1, 2021 14、抱最大的希望，作最大的努力。2021年9月1日星期三上午1时28分38秒01:28:3821.9.1 15、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。2021年9月上午1时28分21.9.101:28September 1, 2021 16、业余生活要有意义，不要越轨。2021年9月1日星期三1时28分38秒01:28:381 September 2021 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。上午1时28分38秒上午1时28分01:28:3821.9.1 KM1和和KM2同时通电吸合，造成电源进线同时通电吸合，造成电源进线直接经两接触器触点短路直接经两接触器触点短路 QSL1L2L3UVWU11V11 W11FU1KM1KM2U21V21 W21FRU1V1W1M FU221 异步电动机的可逆控制线路2FR3SB14KM1KM2SB2SB35768910KM2KM1KM1KM2互锁互锁2021/5/28 13 （1）互锁控制 常用的互锁有输入互锁和输出互锁。互锁主要用于控制电路中有二路或多路输出时保证只有其中一路输出。 KM2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM1SB1SB2SB1SB2KM2KM1(a)输入互锁(b)输出互锁(c)输入、输出互锁SB1SB22021/5/28 14 互锁接点的另外两种作用 一是减少或消除主触点在正反转互换时产生的电弧对触点的损坏。 二是可以防止主触点因电弧而熔焊在一起时再反向起动时正反转主触点同时闭合而造成短路。 2021/5/28 15 多路输出互锁控制 SB2KM1SB3KM3SB1KM2KM3KM1KM2SB4KM2KM3KM3KM1KM2KM1(a)三互锁电路SB2KM1SB3SB1KM2KM1KM2SB4KM2KM3KM3KM1KM2KM3(b)变形的三互锁电路三路输出互锁控制电路 2021/5/28 16 互锁控制举例：自动往返循环控制 QSL1L2L3UVWU11V11 W11FU1KM1KM2U21V21 W21FRU31V31 W31M3 FU221工作台自动往返SB1FR34KM1KM2SB25768910KM2KM1SB3SQ2SQ1SQ3SQ41112KM1KM2前进(正转)后退(反转)SQ3SQ1SQ2SQ4挡块电动机M拖动的工作台2021/5/28 17 （2）顺序联锁控制 控制要求：电动机控制要求：电动机M2必须在必须在M1起动之后才起动之后才能起动。能起动。 顺序联锁顺序联锁: 在后动电器线圈电路中串入前动在后动电器线圈电路中串入前动电器的常开触点电器的常开触点 2021/5/28 18 QSL1L2L3UVWU11V11W11FU1KM1KM2U21V21W21FR1U1V1W1M13 FU221M23 FR2U32V32W32U2V2W2两台电动机的顺序联锁控制SB2KM2FR13SB14KM156SB3FR2SB478KM1KM22021/5/28 19 2鼠笼型电动机降压起动控制电路鼠笼型电动机降压起动控制电路 三相鼠笼型异步电动机能否直接起动主要取决于电源变压器的容量和电动机的容量。 当鼠笼型电动机不满足直接起动条件时应采用降压起动控制。起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，减少对线路电压的影响，起动后再将电压恢复到额定电压。 常用的降压起动控制电路有： 定子串电阻(或电抗)、 星形三角形换接、 自耦变压器 延边三角形起动。 2021/5/28 20 改接线降压起动控制电路 常见的改接线降压起动控制电路有： 星形-三角形降压起动、沿边三角形-三角形降压起动、星形-沿边三角-三角形降压起动控制电路等。 改接线降压起动控制电路一般只能用于正常工作为三角形接线的电动机。一般功率在4千瓦以上的电动机均为三角形接线，由于这种降压起动方式只需改变电动机绕组的接线，无需专门的降压设备。 220V 380V3380V3380V3380V(a)星形接线(b)三角形接线(c)延边三角形接线图2-18 电动机三相绕组接线形式 2021/5/28 21 QSL1L2L3UVWU11V11 W11FU1U31V31 W31FRU1V1W1M3 异步电动机的Y- 降压起动U21V21 W21KM1KM2KM36FU221FR3SB14KM3SB257KM1KM2KTKT8KM2KM3KM1KM1692021/5/28 22 3 绕线型异步电动机起动控制电路绕线型异步电动机起动控制电路 三相绕线型异步电动机的转子回路可以通过滑环外串接可变电阻来减小起动电流，以达到提高转子电路功率因数和起动转矩的目的。在一般要求起动转矩较高的场合下 。 调节转子回路电阻的方法很多，有分段调节和连续调节两种。分段调节有时间原则调节，电流原则调节，速度原则调节以及综合原则调节等。连续调节有频敏变阻器、变阻器、水电阻器调节等多种方式。 2021/5/28 23 绕线转子异步电动机转子绕组串附加电阻起动控制 实现方案一实现方案一: 时间控制，利用时间继电器延时间控制，利用时间继电器延时，将附加电阻逐段切除时，将附加电阻逐段切除 二：利用起动过程中电流的变化，用电流二：利用起动过程中电流的变化，用电流继电器逐段将附加电阻切除。继电器逐段将附加电阻切除。 2021/5/28 24 时间原则转子回路串接电阻起动控制电路 ( b ) 控制电路UVR 1WR 2MR 3K M2K M3K M2L 1K M3L 2( a ) 主电路L 3K M4K M2K M3K M1Q SF UF RK M4K M4K M1K M1S B1S B2F RK T1K T2K T3K T1K T2K T3K M4K M2K M3K M4K M2K M3K M4K M2K M3K M4时间原则转子回路串接电阻起动控制电路 2021/5/28 25 电流原则转子回路串接电阻起动控制电路 电流原则转子回路串接电阻起动控制电路 QSL1L2L3UVWU11V11 W11FU1U31V31 W31FRU1V1W1M3 FU221 绕线转子异步电动机转子绕组中 串附加电阻起动控制线路U21V21 W21KM1II KA3KA2R1R2KM3KM2IR3KM4KA4FR3SB14SB25KM1KM1KM49KM36KA1KM2KA1KA278KA3KA410KM1时间继电器KA1作用相当于此处2021/5/28 26 4 异步电动机异步电动机的制动控制电路的制动控制电路 交流异步电动机的制动方法有机械制动和电气制动两种。 机械制动是利用机械装置使电动机迅速停转。常用的机械制动装置有电磁抱闸制动、电液闸制动、带式制动和盘式制动等。 电气制动是在电动机上产生一个与原转子转动方向相反的制动转距，迫使电动机迅速停转。电气制动方法有反接制动、能耗制动、阻容制动、发电制动等。 2021/5/28 27 电磁抱闸制动控制电路 U V WL1L2L3KM1FUQSFRMYBKMSB1SB2KMU V WL1L2L3KM1FUQSFRMYBSB1SB2KM1KM1KM2KM2KM1(a)电磁制动器断电制动控制(b)电磁制动器通电制动控制电磁抱闸制动控制电路 2021/5/28 28 反接制动是在电动机停止时向定子绕组中通入反向序的电压，给转子一个反向转矩，使电动机产生一个向反方向旋转的力，使电动机转速迅速下降到零，当转速下降至接近零时及时将电源切除，以防电动机反向起动。 单向反接制动控制电路 单向反接制动控制电路 2FR3SB14KA3SB2568KA4KM27KA3KA3KM11211KA1KM1KA11314nSR-1nSR-218KA319KA1正转及反接制动起制动时串电阻KA3KM1910KA4KM2KA1KA2KM31QSL1L2L3UVWU11 V11W11FU1U21V21W21U1V1W1M3 3 FU21SRKM1KM2FRKM3R22021/5/28 29 具有反接制动电阻的正反向反接制动控制电路 UVWML1L2L3KM1KM2QSFUFRKM1KM2KM1KM2KM1SB1SB2SB3FRKM2(a)主电 路nnSVKM1KM2KM1KM2KM1SB1SB2SB3FRKM2nnKM1KM2(b)控制电 路之一(C)控制电路 之二KM3RKM3KM3正转正转正转反转反转反转SV-正SV-正SV-反SV-反制动制动2021/5/28 30 能耗制动控制电路 能耗制动 是在电动机脱离三相交流电源之后在定子绕组上加一个直流电压，即通入的直流电流在定子绕组中产生一个静止磁场，由于转子的惯性而旋转切割磁力线，利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。 根据能耗制动时间控制原则，可用时间继电器进行控制，也可以根据能耗制动速度原则，用速度继电器进行控制。 2021/5/28 31 单向能耗制动控制电路 UVWML 1L 2L 3K M1Q SF UF RT CK M2K M1F RK M1K M2K M1S B1S B2K M2( c ) 时间原则能耗制动控制电路K TK TK M2K M2K M2UUVWML 1L 2L 3K M1Q SF UF RNRVK M2( b ) 无变压器单管能耗制动控制主电路( a ) 能耗制动控制主电路2021/5/28 32 主电路：粗线，绘在左或上部主电路：粗线，绘在左或上部 控制线路：细线，绘在右或下部控制线路：细线，绘在右或下部 控制线路的电源线分列两边，按电器元件的动作控制线路的电源线分列两边，按电器元件的动作顺序由上而下平行绘制顺序由上而下平行绘制 所有电器元件不画实际外形，而用标准图形和文所有电器元件不画实际外形，而用标准图形和文字符号表示。器件的各部分分别画在完成作用的字符号表示。器件的各部分分别画在完成作用的地方。各电器部件的状态处于未动作前的状态。地方。各电器部件的状态处于未动作前的状态。 两条以上导线连接处用小圆点表示电气连接，每两条以上导线连接处用小圆点表示电气连接，每一接点标一编号，左单右双，以线圈为界限一接点标一编号，左单右双，以线圈为界限 同类电器在文字符号前或后加序号区分同类电器在文字符号前或后加序号区分 第三节 电动机控制原理电路图的绘制 2021/5/28 33 L1U3 50Hz380V主电机起、停控制电路信号及照明变压器主电机电源开关保护保护L2L3VWFU125AQS1.5mm2U11FU22A9KA81024V13FR3U2V26VFU31A8SAFU42A1112T1mm2SB1321KM7SB2SQKA85HL1 HL2 ELXBU1V1W1M3 PE463kW 1420r/min1.5mm2设备界限动作电流范围整定值0熔体额定电流KM7FR7V11 W114.5-7.26.8A图区号KMKA333786主触点未用辅开辅闭常开常闭耗能元件123456782021/5/28 34 根据电气原理图分析电动机起动运行控制根据电气原理图分析电动机起动运行控制过程的叙述方法举例过程的叙述方法举例 电源开关QSL1L2L3UVWU11V11W11FU1U31V31W31FRU1V1W1M3 123U21V21W21起动Y起动KM1KM2KM37766保护FU2214Y起动延时起动FR3SB14KM3SB25722233356KM1KM2KTKT86677KM2KM3KM1KM1522256676692021/5/28 35 按SB2KM1线圈通电KM1(6，8)闭合KM3线圈通电KM3(4，8)闭合自锁KM3主触点闭合KM1主触点闭合(星形联接)电动机M星起动KM1(8，9)断开，对KM2互锁时间继电器KT线圈通电KT(6，7)延时断开 KM1线圈断电KM1(6，8)断开KM1主触点断开，星联接断开KM1(8，9)闭合，解除互锁KM2线圈通电KM2主触点闭合 电动机M三角起动运行KM2(5，6)断开，对KM1互锁KT线圈断电，KT(6，7)恢复闭合2021/5/28 36 多页电气原理图 P1P2M3 +MM1X1123U1V1W1KM50035150151150151003221主电路0010324007-51001=+87略电器识别代号KM5 线圈所在图号所在图区号设备位置代号电器识别代号(电动机M)(接触器KM)电器识别代号(接线端子排)端子代号 1号端子排上的150和151号线接往第三150和151号线接往第三张图的第二区张图的第二区第一张(页)图号可填入相应设备号位置代号(机床床身M)相同电器编号0012-F61112KA2002400340025002515015112A1A2第三张图上来自第一张图来自第一张图第二区,线号第二区,线号150,151150,151触点在第2 张图第4 区触点在第2 张图第4 区2第三页第二区设备界限线(放大器)0032021/5/28 37 分析电气原理图工作特性的关键点 了解各种低压配电电器的种类、结构、工作原理、电气参数，为正确使用、选择电器建立基础。 了解电气控制实现逻辑控制的基本型式以及应用特点，如点动、自锁、互锁、顺序连锁等，为分析电气控制功能的实现建立方法基础。 掌握电气原理图的设计和绘制原则，如电器元件的图形符号、标识方法、位置查找原则、连接方式。 掌握电气原理图控制回路的分析方法，如根据电器元件的开关状态分析各个控制支路电器元件线圈的通断状态及其所控制触点的变化对相应控制回路的影响，进而分析整个控制原理图的工作原理及控制特性。 特别注意电器元件接点竞争状态对回路状态的影响，以确保控制回路能够可靠地实现工艺要求的逻辑功能。 2021/5/28 38 自动控制线路设计的基本要求：自动控制线路设计的基本要求： v 满足生产工艺要求满足生产工艺要求 v 电路力求简单、布局合理、电器元件选择正确并得到充分利用电路力求简单、布局合理、电器元件选择正确并得到充分利用 v 安全可靠，能长稳定运行，设有各种保护和防止发生故障的环节安全可靠，能长稳定运行，设有各种保护和防止发生故障的环节 v 便于操作安装和维修便于操作安装和维修 设计方法：设计方法： v 经验法经验法 凭借实际经验，用基本线路和典型环节加以合理组合凭借实际经验，用基本线路和典型环节加以合理组合 v 逻辑分析法逻辑分析法 利用逻辑代数这一数学工具设计的方法利用逻辑代数这一数学工具设计的方法 设计步骤：设计步骤： v 了解生产工艺过程要求了解生产工艺过程要求 v 选择自动控制方法和原则选择自动控制方法和原则 v 设计原理图设计原理图 v 选器件和整定参数选器件和整定参数 v 绘出安装图绘出安装图 v 安装、调试、修改、完善安装、调试、修改、完善 2021/5/28 39 继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题：继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题： 1、首先了解工艺过程及控制要求；、首先了解工艺过程及控制要求； 2、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的控制关系；、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的控制关系； 3、主电路、控制电路分开阅读或设计；、主电路、控制电路分开阅读或设计； 4、控制电路中，根据控制要求按自上而下、自左而右的顺序进行读、控制电路中，根据控制要求按自上而下、自左而右的顺序进行读图或设计；图或设计； 5、同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都叫相同的名字；、同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都叫相同的名字； 6、原理图上所有电器，必须按国家统一符号标注，且均按未通电状、原理图上所有电器，必须按国家统一符号标注，且均按未通电状态表示；态表示； 7、继电器、接触器的线圈只能并联，不能串联；、继电器、接触器的线圈只能并联，不能串联； 8、控制顺序只能由控制电路实现，不能由主电路实现。、控制顺序只能由控制电路实现，不能由主电路实现。 9、避免线路的竞争冒险现象发生：由于触头动作时间的影响，使程、避免线路的竞争冒险现象发生：由于触头动作时间的影响，使程序不能完成转换，因而可能发生误动作序不能完成转换，因而可能发生误动作 10、尽量减少触点数量，简化线路，合理安排电器元件连接线路，减、尽量减少触点数量，简化线路，合理安排电器元件连接线路，减少连接导线，保障实用安全，同一电器的常开、常闭触点靠得很近，少连接导线，保障实用安全，同一电器的常开、常闭触点靠得很近，不要接在电源的不同相上，以免短路不要接在电源的不同相上，以免短路 2021/5/28 40 小结 1、电气控制线路：是用导线将电机、电器、仪表等电气元件联接起来，并实现某种要求的电气线路； 2、自锁：利用电器自己的触头使自己的线圈得电从而保持长期工作的线路环节称为自锁环节，自锁是实现长动的基本环节，也是区别点动的标志；互锁在可逆控制线路中，可防止主电源短路； 顺序联锁可实现电动机的依次动作（实现连锁控制的关键：将常开、常闭触头安排在适当的位置）。 3、为限制起动电流，常用时间、电流等继电器作切换电器，自动改变起动过程中的电路结构。 4、利用速度继电器作切换元件，可实现电动机的反接制动。 注意制动电流冲击可能带来的危害，必要时应增加限流环节。 5、保护: 笼型机常用短路和长期过载保护；常用的短路保护元件：熔断器、过电流继电器、自动开关、热继电器；对直流机常用零励磁和过电流保护；常用的零压（欠压）保护元件：欠电压继电器， 对绕线转子异步机常用过流保护。 6、在绘制各种控制系统电气原理图时，应严格依照国家颁布的标准。 电气控制线路图：电气控制线路图： 电气接线图：电气接线图： 电气元件布置图：电气元件布置图： 电气原理图：电气原理图： 电器元件的各部分分散画在原理需要的地方电器元件的各部分分散画在原理需要的地方。 实际电器元件的摆放位置图实际电器元件的摆放位置图 根据上述两图得到的接线端子连接图根据上述两图得到的接线端子连接图 设计阶段设计阶段 施工阶段施工阶段 2021/5/28 41 作业： 112，113，115，116 2021/5/28 42