電氣控制系統(tǒng)

1、第一節(jié)第一節(jié) 電氣的圖形符號(hào)和文字符號(hào)電氣的圖形符號(hào)和文字符號(hào)第二節(jié)第二節(jié) 繪圖原則繪圖原則第三節(jié)第三節(jié) 典型電氣系統(tǒng)線路分析典型電氣系統(tǒng)線路分析本章小結(jié)本章小結(jié)第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)床系統(tǒng)控制電氣原理圖分析機(jī)床系統(tǒng)控制電氣原理圖分析 電氣控制系統(tǒng)由電氣設(shè)備和各種電氣元件按照一定的控制要求聯(lián)接而成。為了表達(dá)電氣系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)意圖，方便分析系統(tǒng)工作原理及安裝、調(diào)試和檢修等技術(shù)要求，需要采用統(tǒng)一的工程語言（圖形符號(hào)和文字符號(hào)）即工程圖的形式來表達(dá)，這種工程圖是一種電氣圖，叫做電氣控制系統(tǒng)圖。 一般有三種：電氣原理圖、電器元件布置圖與電氣安裝接線圖。是根據(jù)國家電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)，用規(guī)定的圖形文字符號(hào)以及規(guī)

2、定的畫法繪制的。第一節(jié) 電氣的圖形符號(hào)和文字符號(hào) 1電氣中的圖形符號(hào) （1）符號(hào)要素。 具有確定意義的簡(jiǎn)單圖形，必須與其他圖形組合才能構(gòu)成一個(gè)設(shè)備或概念的完整符號(hào)。 （2）一般符號(hào)。 表示一類產(chǎn)品和此類產(chǎn)品特征的一種簡(jiǎn)單符號(hào)。 （3）限定符號(hào)。 用于提供附加信息的一種加在其他符號(hào)上的符號(hào)。圖形符號(hào)的幾點(diǎn)問題如下所述。(1)所有符號(hào)均應(yīng)按無電壓、無外力作用的正常狀態(tài)。如按鈕未按下。(2)在圖形符號(hào)中，某些設(shè)備元件有多個(gè)圖形符號(hào)，在選用時(shí)，應(yīng)該盡可能選用優(yōu)選形。在能夠表達(dá)其含義的情況下，盡可能采用簡(jiǎn)單形式，在同一圖中使用時(shí)，應(yīng)采用同一形式。圖形符號(hào)的大小和線條的粗細(xì)應(yīng)基本一致。(3)為適應(yīng)不同需求

3、，可將圖形符號(hào)根據(jù)需要放大和縮小，但各符號(hào)相互間的比例應(yīng)該保持不變。圖形符號(hào)繪制時(shí)方位不是強(qiáng)制的，在不改變符號(hào)本身含義的前提下，可將圖形符號(hào)根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)或成鏡像放置。(4)圖形符號(hào)中導(dǎo)線符號(hào)可以用不同寬度的線條表示，以突出和區(qū)分某些電路或連接線。一般常將電源或主信號(hào)線用加粗的實(shí)線表示。2電氣圖中的文字符號(hào) （1）基本文字符號(hào)。 由拉丁字母將各種電器設(shè)備、裝置和元件分成23大類。雙字母表示小類細(xì)分名。 （2）輔助文字符號(hào)。 輔助文字符號(hào)用來表示電氣設(shè)備、裝置和元器件以及電路的功能、狀態(tài)和特征。3基本電氣元件及其符號(hào)中間繼電器繼電器熱繼電器溶絲交流接觸器按鈕開關(guān)行程開關(guān)壓力繼電器接近開關(guān)空氣開關(guān)1

4、23456123465主控器件保護(hù)器件控制器件發(fā)信器件信號(hào)器件輔助器件變壓器指示燈1）按鈕 圖3所示為按鈕結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)。 圖3 按鈕結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)2）刀開關(guān)刀開關(guān)結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如圖4所示。圖4 刀開關(guān)結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)3）組合開關(guān) 組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如圖5所示。圖5 組合開關(guān)結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào) 自動(dòng)開關(guān)又稱自動(dòng)空氣斷路器。當(dāng)電路發(fā)生嚴(yán)重過載、短路以及失壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，有效地保護(hù)串接在其后的電氣設(shè)備在正常條件下，也可用于不頻繁地接通和斷開電路及控制電動(dòng)機(jī)，因此自動(dòng)開關(guān)是低壓線路中常用的具有齊備保護(hù)功能的控制電器。由于自動(dòng)開關(guān)具有可以操作、動(dòng)作值可調(diào)、分?jǐn)嗄芰^高，以及動(dòng)作后一般不需

5、要更換牢部件等優(yōu)點(diǎn)因此得到了廣泛應(yīng)用 4）自動(dòng)開關(guān)圖6 自動(dòng)開關(guān)外形結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)5）行程開關(guān)超程柱塞 滾子柱塞 滾子杠桿 帶角度滾子杠桿 滾子曲柄 超程柱塞M181 滾子柱塞M181 v行程開關(guān)的功能是相應(yīng)于移動(dòng)機(jī)械的位置產(chǎn)生電信行程開關(guān)的功能是相應(yīng)于移動(dòng)機(jī)械的位置產(chǎn)生電信號(hào)。號(hào)。行程開關(guān)的外形及圖形符號(hào)如圖1-7所示。圖7 行程開關(guān)的外形及圖形符號(hào)6）熔斷器v熔斷器擔(dān)負(fù)的主要任務(wù)是為電線電纜作過載與短路保護(hù)，不論短路熔斷器擔(dān)負(fù)的主要任務(wù)是為電線電纜作過載與短路保護(hù)，不論短路電流值有多高，它都能切斷。其次，也適宜用作設(shè)備和電器的保護(hù)電流值有多高，它都能切斷。其次，也適宜用作設(shè)備和電器的保護(hù)

6、熔斷器外形及圖形符號(hào)如圖8所示。圖8 熔斷器的外形及圖形符號(hào)7）接觸器、繼電器v 電磁式的接觸器是利用電磁吸力的作用使主觸點(diǎn)閉合或斷開電動(dòng)機(jī)電路或負(fù)載電路的控制電器。用它可以實(shí)現(xiàn)頻繁的遠(yuǎn)距離操作，它具有比工作電流大數(shù)倍的接通相分?jǐn)嗄芰Α＝佑|器最主要的用途還是控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速等。因此，它是電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中最重要的也是最常用的控制電器。v接觸器按其主觸點(diǎn)控制的電路中的電流分為直流接觸器和交流接觸器。 圖9 接觸器結(jié)構(gòu)示意及圖形符號(hào)v 繼電器是一種根據(jù)某種物理量的變化，使其自身的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的電器。它既可以用來改變控制線路的工作狀態(tài)，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的控制程序完成預(yù)定的控制任務(wù)；也

7、可以根據(jù)電路狀態(tài)、參數(shù)的改變對(duì)電路實(shí)現(xiàn)某種保護(hù)。v 繼電器一般由3個(gè)基本部分組成：檢測(cè)機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。v 檢測(cè)機(jī)構(gòu)的作用是接受外界輸入信號(hào)并將信號(hào)傳遞給中間機(jī)構(gòu)；中間機(jī)構(gòu)對(duì)信號(hào)的變化進(jìn)行判斷、物理量轉(zhuǎn)換、放大等；當(dāng)輸入信號(hào)變化到一定值時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(一般是觸頭)動(dòng)作，從而使其所控制的電路狀態(tài)發(fā)生變化，接通或斷開某部分電路，達(dá)到控制或保護(hù)的目的。v 繼電器種類很多，按輸入信號(hào)可分為：電壓繼電器、電流繼電器、功率繼電器、速度繼電器，壓力繼電器速度繼電器，壓力繼電器、溫度繼電器等；按工作原理可分為：電磁式繼電器電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動(dòng)式繼電器、電子式繼電器、熱熱繼電器繼電器等；按用途

8、可分為控制與保護(hù)繼電器；按輸出形式可分為有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)繼電器。 繼電器（1）電磁式繼電器 中間繼電器的外形及圖形符號(hào)如圖10所示。圖10 中間繼電器的外形及圖形符號(hào) （2）時(shí)間繼電器 v 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，需要有瞬時(shí)動(dòng)作的繼電器。也需要延時(shí)動(dòng)作的繼電器。時(shí)間繼電器就是利用某種原理實(shí)現(xiàn)觸頭延時(shí)動(dòng)作的自動(dòng)電器，經(jīng)常用于按時(shí)間原則進(jìn)行控制的場(chǎng)合。其種類主要有電磁阻尼式、空氣阻尼式、晶體管式和電動(dòng)機(jī)式。 時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)如圖11所示。 KT KT KT KT KT 線圈 常開延時(shí) 常閉延時(shí) 常開延時(shí) 常閉延時(shí) 閉合觸點(diǎn) 斷開觸點(diǎn) 斷開觸點(diǎn) 閉合觸點(diǎn) 圖11 時(shí)間繼電器圖形符號(hào) （3）熱繼電圖12

9、熱繼電器結(jié)構(gòu)示意圖 v 電磁式低壓電器中感測(cè)元件接受的是電壓或電流信號(hào)，但許多低壓電器其感測(cè)元件的信號(hào)是發(fā)熱、溫度、轉(zhuǎn)速、壓力等各種形式的非電量信號(hào)。這些不同形式的信號(hào)和感測(cè)元件就組成了不同于電磁式的電器元件；如熱繼電器、溫度繼電器、速度繼電器、按鈕、行程開關(guān)。 圖13 熱繼電器的圖形符號(hào) 熱繼電器一般有兩個(gè)或3個(gè)發(fā)熱元件。其圖形符號(hào)如 圖1-13所示。 （4）速度繼電器 一般速度繼電器的動(dòng)作轉(zhuǎn)速為120r/min，觸點(diǎn)復(fù)位轉(zhuǎn)速在100r/min以下。其圖形符號(hào)如圖14所示。 圖14 速度繼電器圖形符號(hào)8）接近開關(guān)及微動(dòng)開關(guān)v接近開關(guān)及微動(dòng)開關(guān)的功能是通過接近和觸碰來產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。接近開關(guān)及微

10、動(dòng)開關(guān)的功能是通過接近和觸碰來產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。接近開關(guān)微動(dòng)開關(guān)9）指示燈和變壓器 電氣圖包括電氣原理圖、電氣安裝和接線圖。1電氣原理圖 圖15所示為三相交流電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行電氣原理圖。 2電氣安裝圖 一般電氣元件應(yīng)放在電氣控制柜中，圖16所示為三相 交流電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行控制線路安裝圖。第二節(jié) 繪圖原則圖15 三相鼠籠交流電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行電氣原理圖PE11.5m m2TSRQF電 源 開 關(guān)7652M 23N342AFU12KM567HL HLEL2AFU2KMVUW3SB2KMSB11主 電 動(dòng) 機(jī)起 停 控 制 線 路SA1m m2照 明 和 信 號(hào)電氣控制設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括主電路、控制電路和輔助電路的

11、設(shè)計(jì)。v設(shè)計(jì)步驟v主電路：主要考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)及多速控制的要求。v控制電路：滿足設(shè)備和設(shè)計(jì)任務(wù)要求的各種自動(dòng)、手動(dòng)的電氣控制電路。v輔助電路：完善控制電路要求的設(shè)計(jì)，包括短路、過流、過載、零壓、連鎖（互鎖）、限位等電路保護(hù)措施，以及信號(hào)指示、照明等電路。v反復(fù)審核：根據(jù)設(shè)計(jì)原則審核電氣設(shè)計(jì)原理圖，有必要時(shí)可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，修改和完善電路設(shè)計(jì)，直至符合設(shè)計(jì)要求。v常用的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法v根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求，選用典型環(huán)節(jié)，將它們有機(jī)的組合起來，并加以補(bǔ)充修改，綜合成所需的控制電路。v沒有典型環(huán)節(jié)，可以根據(jù)工藝要求自行設(shè)計(jì)，采用邊分析邊畫圖的方法，不斷增加電器元件和控制觸點(diǎn)，以滿足給定

12、的工作條件和要求。圖16三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行控制線路安裝圖 電氣安裝圖用來表示元器件清單中所有電器元件的相對(duì)安裝位置。通常，電器元件布置在主配電盤和操作面板上。 電氣安裝位置圖應(yīng)考慮電器元件的實(shí)際安裝方法和結(jié)構(gòu)尺寸，最終確定主配電盤和操作面板、以及控制柜結(jié)構(gòu)和外形尺寸。繪制電氣安裝圖時(shí)注意以下幾點(diǎn):（1）按電氣原理圖的要求，應(yīng)將動(dòng)力、控制和信號(hào)電路分開布置，并各自安裝在相應(yīng)的位置，以便于操作和維護(hù)。（2）電氣控制柜中各元件之間，上、下、左、右之間的連線應(yīng)保持一定的間距，并且應(yīng)考慮器件的發(fā)熱和散熱因素，應(yīng)便于布線、接線和檢修。（3）給出部分元器件型號(hào)和參數(shù)。（4）圖中的文字符號(hào)應(yīng)與電氣原理

13、圖和電氣設(shè)備清單一致。 3電氣接線圖 電氣接線圖用來表示電氣配電盤內(nèi)部器件之間導(dǎo)線的連接關(guān)系。 標(biāo)線號(hào)： 在電氣原理圖上用數(shù)字標(biāo)注線號(hào)，每經(jīng)過一個(gè)器件改變一次線號(hào)（接線端子除外）。 布置器件： 根據(jù)電氣原理圖，將電氣元件在配電盤或控制盤上按先上后下，先左后右的規(guī)則排列，并以接線圖的表示方法畫出電器元件（方框+電氣符號(hào)）。標(biāo)器件號(hào)： 給安放位置固定的器件標(biāo)注編號(hào)（包括接線端子）。二維標(biāo)注： 在導(dǎo)線上標(biāo)注導(dǎo)線線號(hào)和指示導(dǎo)線去向的器件號(hào)。注意：配電盤的引出、引入導(dǎo)線均須采用接線端子連接。 按照電氣安裝位置圖的設(shè)計(jì)思想，電氣接線圖也分為主配電盤接線圖和操作面板接線圖兩部分。 圖中線側(cè)數(shù)字表示線號(hào)（17

14、），線端數(shù)字表示器件編號(hào)（1025）。2320DZ2L1 L2 L322242424RR122117642 3524ST242124QF232517317521761771724925212323321電 源S T4NPE22125U24 2424M75 6U V8W2W25V255252010EL7206DZ32023L1N2052523 23L3L2320224FU12122KM12420241L32322FU2DZ11256372020120520 20324206171511171410114SB11313 11314131715141131011HL1101711HL2SB21751

15、31711726SA12157 1 單向運(yùn)動(dòng)控制線路 自動(dòng)控制系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件沿著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，稱為單向運(yùn)動(dòng)，這是基本控制線路中最簡(jiǎn)單的一種。根據(jù)控制要求不同，單向運(yùn)動(dòng)分為點(diǎn)動(dòng)和長(zhǎng)動(dòng)單向運(yùn)動(dòng)，如圖17，18所示。第三節(jié) 典型電氣控制系統(tǒng)線路分析圖17 單向運(yùn)動(dòng)控制線路合上合上QS，按下，按下SB2，KM線線圈吸合，圈吸合，KM 主觸點(diǎn)閉合，主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。KM輔助常開觸點(diǎn)閉合，自輔助常開觸點(diǎn)閉合，自鎖。鎖。按下按下SB1，KM線圈斷電，主線圈斷電，主觸點(diǎn)、輔助觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)觸點(diǎn)、輔助觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)停止。機(jī)停止。自鎖另一作用：實(shí)現(xiàn)欠壓和自鎖另一作用：實(shí)現(xiàn)欠壓和失壓

16、保護(hù)失壓保護(hù)圖17 單向運(yùn)動(dòng)控制線路交流電機(jī)熔絲交流接觸器熱繼電器空氣開關(guān)圖18 點(diǎn)動(dòng)控制線路2 多地控制線路 在大型生產(chǎn)設(shè)備上，為使操作人員在不同的方位均能進(jìn)行控制操作，常常要求組成多地聯(lián)鎖控制電路。多地控制線路如圖19所示。 圖19 多地控制線路 3 雙向（可逆）運(yùn)動(dòng)控制線路1按鈕互鎖正、反轉(zhuǎn)控制線路如圖20（a）所示。2. 接觸器互鎖正、反轉(zhuǎn)控制線路如圖20（b）所示。3. 采用雙重互鎖正、反轉(zhuǎn)控制線路，如圖20（c）所示。圖20 電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制線路 4 順序控制線路 1.同時(shí)啟動(dòng)、同時(shí)停止控制線路如圖21所示。 2.順序啟動(dòng)、同時(shí)停止的控制線路如圖22所示。 3.同時(shí)啟動(dòng)、順序停止

17、的控制線路如圖23所示。 圖21 同時(shí)啟動(dòng)、同時(shí)停止控制線路圖22 順序啟動(dòng)、同時(shí)停止的控制線路圖23 同時(shí)啟動(dòng)、順序停止的控制線路5通電延時(shí)型時(shí)間繼電器控制線路 (1)通電延時(shí)型時(shí)間繼電器控制線路如圖24所示。 (2)斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器控制線路如圖25所示。圖24 通電延時(shí)型時(shí)間繼電器控制線路 圖25 斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器控制線路6 行程開關(guān)控制線路 1.限位斷電控制線路如圖26所示。 2.限位通電控制線路如圖27所示。 圖26 限位斷電控制線路 圖27 限位通電控制線路7自動(dòng)往返循環(huán)控制線路圖28 行程開關(guān)自動(dòng)往返循環(huán)控制線路L1L2L3QMFU1KM1PEU1V1W1KM2KRKM1FU2SB1KM1W2U2V2KM3KM3KM2KTKRKM2KM3KM1KTKTSB2123456789FU2.8 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)的Y啟動(dòng)控制線路自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)控制線路L1L2L3QMFU1KM1PEKM2KRFU2SB1KRTKM1KM2FU2KM2KAKM2SB2KTKTKAKAKAKM11234567899 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制電路 反接制動(dòng)控制線路 三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制電路如圖31所示。圖31 反接制動(dòng)控制線路10 三相交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制線路 1變極調(diào)速的工作原理 變極調(diào)速是通過