S7200系列PLC教案1章工厂电气控制初步.docx

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S7200系列PLC教案1章工厂电气控制初步

第1章工厂电气控制初步

课题

1．1工厂常用电器

授课教师

授课日期

授课班级

课时

4

课程类型

新课

教学方法

理论与实训

教学设备

教学

目标

1．熟悉工厂常用电器作用

2．了解电气图形有关概念

教学

重点

难点

1．工厂常用电器作用

2．了解电气图形有关概念

教学过程

教师活动

时间分配

教

学

过

程

1．1工厂常用电器

一、工厂电器基本知识

1.分类

（1）按适用的电压范围分类

分为低压电器和高压电器。

（2）低压电器按所控制的对象分类

根据其控制的对象分为低压配电电器和低压控制电器。

（3）按所起作用分类

依据电器所起的作用可分为控制电器和保护电器。

（4）按动作性质分类

依据电器的动作性质可分为自动控制电器和非自动控制电器。

二、工厂常用电器

下面分别以控制按钮和接触器为例介绍手动电器和自动电器的结构和工作原理。

（1）按钮

按钮是手动控制电器的一种，用来发出信号和接通或断开控制电路。

图1.1是按钮的结构示意图和图文符号，图（a）中1、2是动断（常闭）触点，3，4是动合（常开）触点，5是复位弹簧，6是按钮帽。

图（b）为图文符号。

图1-1按钮结构及符号

（2）万能转换开关

图1-2是LW6型万能转换开关的图形符号和触点合断表。

图形符号中有6个回路，3个挡位连线下有圆圈“o”的，表示这条电路是接通的。

在触点合断表中用“×”表示被接通的电路，空格表示转换开关在该位置时此路是断开的。

图1-2　万能转换开关

2.自动控制电器

（1）接触器

接触器作用：

接触器可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制（达800A）电路的装置，所以经常运用于电动机、工厂设备等电力负载，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。

是自动控制系统中的重要元件之一。

图1-3接触器

接触器结构：

它由线圈、主触点、灭弧装置、辅助触点组成。

如图1-3（a）所示，1、2，3、4是静触点，5、6是动触点，7、8是吸引线圈，9、10分别是动、静铁心，11是弹簧。

（b）图中，1、2之间是常闭触点，3、4之间是常开触点，7、8之间是线圈。

工作原理：

按下启动按纽，线圈得电，触点动作，主电路接通。

按下停止按纽，线圈失电，触点复位，主电路断开。

图1-4接触器工作原理

（2）继电器

继电器由电磁机构、线圈、触点。

电磁式继电器的结构和工作原理与电磁式接触器相类似，用于控制电路的通断控制。

由于继电器用于控制电路，流过触头的电流比较小（一般5A以下），因此不需要灭弧装置。

常用的电磁式继电器有电压继电器、中间继电器和电流继电器。

电压继电器和电流继电器通过监测所接电路的电压和电流完成对电路电压和电流的保护与控制。

其中过压（流）继电器用于电路过电压（流）保护；欠压（流）继电器用于电路欠电压（流）保护，零压继电器则用于电路的失压保护。

中间继电器是是一种电压继电器。

它的特点是触头数量较多（可达8对），触头容量较大（5A～10A），动作灵敏。

（3）时间继电器

时间继电器时间继电器是一种从得到输入信号（线圈的通电或断电）开始，经过一个预先设定的延时后才输出信号（触点的闭合或断开）的继电器。

根据延时方式的不同，可分为通电延时继电器和断电延时继电器。

通电延时继电器接受输入信号后，延迟一定的时间输出信号才发生变化。

而当输入信号消失后，输出信号瞬时复位。

断电延时继电器接受输入信号后，瞬时产生输出信号。

而当输入信号消失后，延迟一定的时间输出信号才复位。

图1-4时间继电器

（4）热继电器

热继电器的测量元件通常采用双金属片，由两种具有不同线膨胀系数的金属碾压而成。

主动层采用膨胀系数较高的铁镍铬合金，被动层采用膨胀系数很小的铁镍合金。

当双金属片受热后将向被动层方向弯曲，当弯曲到一定程度时，通过动作机构使触点动作。

如图1-5所示，（a）图是热继电器的结构中感受部分的示意图，（b）图为图文符号。

在图1-5（a）中发热元件2通电发热后，主双金属片1受热向左弯曲，推动导板3向左推动执行机构发生一定的运动。

电流越大，执行机构的运动幅度也越大。

当电流大到一定程度时，执行机构发生跃变，即触点发生动作从而切断主电路。

图1-5热继电器

（5）速度继电器

速度继电器用来感受转速。

它的感受部分主要包括转子和定子两大部分，执行机构是触头系统。

当被控电机转动时，带动继电器转子以同样速度旋转而产生电磁转矩，使定子克服外界反作用力转动一定角度，转速越高角度越大。

当转速高于设定值时，速度继电器的触点发生动作，当速度小于这一设定值时，触点又复原。

速度继电器常用于电机的降压起动和反接制动，其图文符号如图1-6所示。

图1-6　速度继电器图文符号

（7）位置开关

位置开关又称行程开关或限位开关，它的作用是将机械位移转变为电信号，使电动机运行状态发生改变，从而控制机械运动或实现安全保护。

位置开关包括：

行程开关、限位开关、微动开关和接近开关等。

根据生产机械的行程发出命令以控制其运行方向或行程长短的电器称为行程开关。

图1-7直动式行程开关

三、电气图形

1.文字符号

在电气控制原理图上，有各种电气元件，用文字符号对电气元件进行说明

文字符号规定见P10表1.1

2.端子标记

电气图中各电器的接线端子用规定的字母数字符号标记。

按国家标准GB4026—83《电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的通则》规定：

三相交流电源的引入线用L1、L2、L3、N、PE标记。

直流系统电源正、负极、中间线分别用L+、L－与M标记。

三相动力电器的引出线分别按U、V、W顺序标记。

3.电气图形

常用的电气图有系统图、框图、电路图、位置图和接线图等。

通常，系统图用于描述系统或成套装置，如图1.9所示。

框图用于描述分系统或设备。

国家标准GB6988.3—86《电气制图系统图和框图》中，具体规定了绘制系统图和框图的方法，并阐述了它的用途。

（1）位置图用来表示成套装置、设备中各个项目位置的

图1-8电气控制布置图

（2）接线图是电气装备进行施工配线、敷线和校线工作时所应依据的图样之一。

图1-9电气控制接线图

总

结

作

业

教

学

反

思

课题

1．2基本控制电路

授课教师

授课日期

授课班级

课时

4

课程类型

新课

教学方法

理论与实训

教学设备

教学

目标

熟悉几种常见控制电路

教学

重点

难点

几种常见控制电路控制原理

教学过程

教师活动

时间分配

教

学

过

程

1．2基本控制电路

一、直接起动控制电路

1.　单向旋转

三相笼型电动机单向旋转可用开关或接触器控制，图1-10为接触器控制电路。

接触器控制电路图中，Q为开关，FU1、FU2为主电路与控制电路的熔断器，KM为接触器，KR为热继电器，SB1、SB2分别为起动按钮与停止按钮，M为笼型感应电动机。

图1-10　单向旋转

其中的保护环节为：

（1）短路保护

（2）过载保护

（3）欠压保护

2.可逆转动

在实际生产中常需要运动部件实现正反两个方向的运动，这就要求拖动电动机能做正反两方向的运转。

从电机原理可知，改变电动机三相电源相序即可改变电动机旋转方向。

电动机的常用可逆旋转控制电路如图1-11所示。

图1-11　可逆旋转

3.点动控制

生产过程中，不仅要求生产机械运动部件连续运动，还需要点动控制。

图1-12为电动机点动控制电路。

图中的控制电路既可实现点动控制，又可实现连续运转。

SB3为连续运转的停止按钮，SB1为连续运转起动按钮，SB2为点动起动按钮。

图1-12　点动控制电路

4.自动往返运动

在实际生产中，常常要求生产机械的运动部件能实现自动往返。

因为有行程限制，所以常用行程开关做控制元件来控制电动机的正反转。

图1-13为电动机往返运行的可逆旋转控制电路。

图中KM1、KM2分别为电动机正、反转接触器，SQ1为反向转正向行程开关，SQ2为正向转反向行程开关，SQ3、SQ4分别为正向、反向极限保护用限位开关。

图1-13　往返运行

二、降压起动

1.自耦变压器起动法

图1-14是采用自动控制自耦变压器降压起动的控制电路。

是由交流接触器、热继电器、时间继电器、按钮和自耦变压器等元件组成。

图中KM1为正常运转接触器，KM2为降压起动接触器，KA为起动中间继电器，KT为降压起动时间继电器。

图1-14　自耦变压器降压起动

2.Y-∆起动法

凡是正常运行时三相定子绕组接成三角形运转的三相笼型感应电动机，都可采用Y-∆降压起动。

起动时，定子绕组先接成Y联结，接入三相交流电源，起动电流下降到全压起动时的1/3，对于Y系列电动机直接起动时起动电流为额定电流IN的5.5～7倍。

当转速接近额定转速时，将电动机定子绕组改成D联结，电动机进入正常运行。

这种方法简便、经济，可用在操作较频繁的场合，但其起动转矩只有全压起动时的1/3，Y系列电动机起动转矩为额定转矩的1.4～2.2倍。

图1-15为用于13kW以上电动机的起动电路，由三个接触器和一个时间继电器构成。

图1-15　Y-∆起动

三、电机的制动

图1-16为电动机单向旋转电机反接制动控制电路。

当电动机转速接近零时应迅速切断三相电源，否则电动机将反向起动。

为此采用速度继电器来检测电动机的转速变化，并将速度继电器调整在n>130r/min时触点动作，而当n<100r/min时，触点复原。

图1-16中，KM1为反接制动接触器，KM2为电动机单向旋转接触器，KV为速度继电器，R为反接制动电阻。

图1-16反接制动

四、电机的调速

图1-17是∆-YY反转向方案变极调速电动机接线方法及控制电路。

它是通过改变定子绕组的半相绕组电流方向来实现变极的。

将三相绕组的首尾端依次相接，构成一个封闭三角形，从首端引出线接电源，中间抽头悬空着，构成∆联结。

若将三个首尾端相接构成一个中性点N，而将各绕组中间抽头接电源，构成YY联结。

使每相的两个半相绕组并联，从而使其中一个半相绕组电流方向反了，于是电动机极对数减小一半，即p∆=2pYY。

图1-17电机变极调速

总

结

作

业

教

学

反

思

课题

1．3控制系统实例

授课教师

授课日期

授课班级

课时

4

课程类型

新课

教学方法

理论与实训

教学设备

教学

目标

熟悉镗床电气控制原理

教学

重点

难点

镗床主电路工作原理

镗床控制电路原理

教学过程

教师活动

时间分配

教

学

过

程

1．3控制系统实例

镗床主要用于加工精确的孔和各孔间相互位置精度要求较高的零件。

镗床控制电路如图1-18所示。

T68卧式镗床的主运动和进给运动用同一台双速电动机M1（5.5/7.5kW，1440/2900r/min）来拖动。

进给是从拖动传动链中通过进给箱传动而实现的。

另外设有一台电动机M2专用进给快速移动。

图1-18T68镗床电气控制电路图，

T68卧式镗床主要电气元件：

M1：

主电动机（拖动主运动和进给运动）

M2：

快速移动电机

Q：

电源开关

KM1、KM2：

主电动机正反转接触器

KM3：

主电动机低速接触器

KM4、KM5：

主电动机高速接触器

KM6、KM7：

快速移动电动机正反转接触器

YB：

主轴制动电磁铁

KT：

主电动机高速延时启动时间继电器

SB1：

主电动机停止按钮

SA：

照明灯开关

SB3、SB2：

主电动机正反转启动控制按钮

SB4、SB5：

主电动机正反转点动控制按钮

SQ1、SQ2：

主轴变速限位开关

SQ3：

主轴平旋盘操作联动行程开关

SQ4：

工作台主轴箱手柄联动行程开关

SQ7、SQ8：

快速电动机正反转限位开关

T：

控制和照明变压器

FU1~FU4：

熔断器

EL：

照明灯

FR：

主电动机过载保护热继电器

HL：

信号灯

一、主电路分析

T68型卧式镗床的主电路由两台电动机组成，其中M1是主轴驱动电动机，主电动机M1具有点动正反转控制、长期运转正反转控制、反接制动、变极调速等功能，YB为主轴制动电磁铁，FR为M1长期过载热继电器。

M2是快速移动电动机，M2具有正反转、直接起动等功能。

控制电路原理分析

由控制变压器T供给127V控制电源。

1．主电动机点动控制

M1电动机点动由SB4、SB5复合按钮操作，以正反转接触器KM1、KM2控制来实现。

点动时，主电动机三相绕组接成三角形进行低速点动，由SB4或SB5复合按钮的常闭触点切断KM1或KM2自锁电路而实现正反转点动运行。

正转时，按下按钮SB4，KM1、KM3、YB线圈相继得电，M1定子绕组连成三角形接入三相电源，电磁抱闸松开，Ml1低速起动运转。

当松开SB4时，KM1、KM3、YB线圈相继断电，电磁抱闸制动，M1立即停转。

反转点动过程相同，不再叙述。

2．主电动机起动控制

（1）低速启动控制：

低速起动控制由正、反转起动按钮SB3、SB2和正、反接触器KM1、KM2组成电动机M1正、反转起动电路。

当选择主电动机低速运转时，应将主轴速度选择手柄置于“低速”挡位，此时经速度选择手柄联动机构使高低速行程开关SQ1处于释放状态，其触点SQ1-1（17-20）闭合，SQ1-2（17-18）断开。

当主轴变速和进给变速手柄置于推合位置时，变速行程开关SQ2不受压，其触点SQ2（5-17）处于闭合状态，此时若按下SB3或SB2,接触器KM1或KM2线圈得电并自锁，KM3、YB线圈相继得电吸合，主电动机定子绕组连成三角形，电磁抱闸松开，在全压下起动获得低速运转。

（2）高速启动控制：

高速起动控制将主轴速度选择手柄置于“高速”位置，此时高低速行程开关SQ1压合，其触点SQ1-1（17-20）断开，SQ1-2（17-18）闭合。

变速手柄处于推合位置，变速行程开关不受压，触点SQ2（5-17）仍处于闭合状态。

此时若按下正转起动按钮SB3,KM1线圈得电并自锁，时间继电器KT线圈得电，触点KT（19-20）立即吸合，KM3、YB相继得电，主电动机定子绕组连成三角形，电磁抱闸松开，M1低速起动，当KT延时时间到，其延时触点KT（18-19）延时打开，KT（18-21）延时闭合，前者使KM3线圈断电，后者使KM4、KM5线圈得电吸合，主电动机定子绕组改接成双星形，YB电磁铁仍保持通电，主电动机完成两级起动进人高速运转。

二、主轴电动机停车与制动控制

T68卧式镗床主电动机采用电磁抱闸机械制动装置，在主电动机正转或反转时，制动电磁铁线圈YB均得电吸合，松开电动机轴上的制动轮，电动机即自由起动旋转。

当YB线圈断电时，在强力弹簧作用下，杠杆将制动带紧箍在制动轮上，使电动机迅速制动停转。

停车制动时，按下停止按钮SB1，KM1、KM4、KM5与YB线圈断电，电动机M1三相电源切断，在电磁抱闸作用下，电动机迅速制动停车。

三、主轴变速与进给变速控制

主轴变速和进给变速在主电动机运转时进行。

变速操作过程。

变速时将变速操纵盘上的手柄拉出，然后转动变速盘，选好速度后，再将变速手柄推回，在拉出与推回变速手柄时，变速开关SQ2相应动作，在手柄拉出时SQ2压下，手柄推回时SQ2不受压。

主电动机在运行中进行变速时的自动控制，主轴变速时，将主轴变速手柄拉出，变速开关SQ2压下，其触点SQ2（16-17）断开，接触器KM3或KM4、KM5与YB线圈都断电，使主电动机M1迅速制动停车，转动变速盘，当主轴转速选择好以后，将变速手柄推回，则变速开关不再受压，其触点SQ2（16-17）恢复闭合状态，主电动机又自动起动工作而主轴在新的转速下旋转。

当需进给变速时，拉出进给变速手柄，变速开关SQ2压下，触点SQ2（16-17）断开，主电动机制动停车，选好合适进给量后，将进给变速手柄推回，SQ2不再受压，触点SQ2（16-17）恢复闭合状态，电动机M1又自动起动工作。

当变速手柄推合不上时，可来回推动几次，使手柄通过弹簧装置作用于变速开关SQ2,SQ2便反复断开接通几次，使主电动机M1产生低速冲动，带动齿轮组冲动，以便于齿轮啮合，直到变速手柄推上为止，变速完成。

四、快速移动控制

为缩短辅助时间，加快调整进度，机床各移动部件都可快速移动。

快速移动是由快速移动操作手柄控制，由快速移动电动机M2拖动。

运动部件及其运动方向的选择由装设在工作台前方的手柄操纵，快速移动操作手柄有“正向”、“反向”、“停止”3个位置，在“正向”或“反向”位置时，将压下行程开关SQ5或SQ6，使其常开触点闭合，使快速移动接触器KM6或KM7线圈得电吸合，快速移动电动机M2正转或反转起动并通过相应的传动机构，使预选的运行部件按选定方向快速移动。

当快速移动到位，将快速移动操作手柄扳回“停止”位置，快速移动开关SQ5或SQ6不受压，其触点SQ5（5-25）或SQ6（5-23）断开，KM7或KM6线圈断电释放，M2断电，快速移动结束。

五、联锁保护环节

主轴进给与工作台进给的联锁为防止机床或刀具损坏，电路应保证主轴进给与工作台进给不能同时进行，为此设置了两个联锁行程开关SQ3与SQ4。

其中SQ3是与主轴及平旋盘进给操作手柄联动的行程开关，当操作手柄处于“进给”位置时，压下SQ3,其常闭触点SQ3（4-5）断开。

SQ4是与工作台及主轴箱进给手柄联动的行程开关，当操作手柄处于“进给”位置时，压下SQ4，其常闭触点SQ4（4-5）断开。

将这两个行程开关常闭触点并联后串接在控制电路中。

当这两个进给操作手柄中的任何一个在“进给”位置时，M1和M2都可以起动，但若两个进给操作手柄同时在“进给”位置，则联锁行程开关SQ3、SQ4的常闭触点都断开，控制电路断电，M1、M2无法起动，避免了误操作而造成事故。

其他联锁环节，主电动机M1正、反转控制电路，调整与低速控制电路，快速移动电动机M2正、反转控制电路均设有互锁控制环节，防止误操作造成事故。

保护环节，熔断器FU1对主电路进行短路保护，FU2对M2及控制变压器进行短路保护，FU3对控制电路进行短路保护，FU4对局部照明电路进行短路保护。

热继电器FR对主电动机Ml进行长期过载保护。

控制电路采用按钮与接触器控制，具有失压一欠电压保护功能。

六、辅助电路

因控制电路使用电器较多，所以采用一台控制变压器T供电，控制电路电压为127V，并有36V安全电压给局部照明灯EL供电，由SA照明开关控制，电路还有电源指示灯HL，接在T输出的127V电压上。

总

结

作

业

教

学

反

思