电气控制与PLC-电气控制系统的分析、设计与检修

3．电气控制线路分析
Z3040型摇臂钻床的电气控制线路如 图3-5所示，其工作原理分析如下。
图3-5 Z3040摇臂钻床电气控制线路
（1）主电路分析 （2）控制电路分析
① 主轴电动机M1的控制。 ② 摇臂升降电动机M2的控制。 摇臂升降的启动原理 摇臂升降的停止原理 ③ 主轴箱与立柱的夹紧与放松。
⑦ 为缩短辅助时间和各进给方向均能 快速移动，应配一台快速拖动电机。
⑧ 由于运动部件多，各种运动之间应 有联锁与保护环节。
4．电气控制线路分析 （1）主电路分析
① 主轴电动机M1的主电路。 ② 快速移动电动机M2的主电路。 ③ 其他主电路。
（2）控制电路分析
控制电路包括了M1的点动控制、M1 的低速正反转控制、M1的高速正反转控制、 M1的反接制动控制、M1的速度变换控制 及M2的正反转控制。
（1）主电路分析 （2）控制电路分析
① 主轴电动机M1的控制。 ② 冷却泵电动机M2的控制。 ③ 刀架快速移动电动机M3的控制。
3．保护环节分析 4．辅助电路分析
3.2.2 钻床电气控制系统
钻床是一种用途广泛的机床，可进行 钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮端面等 多种形式的加工。
按钻床的结构形式可分为：立式钻床、 卧式钻床、台式钻床和摇臂钻床等。下面 以Z3040摇臂钻床为例分析其控制系统。
② 进给运动、主轴及花盘的旋转采用 同一台主电动机拖动，要求主电动机能正、 反转。
③ 为适应调整的需要，要求主拖动电 动机能正、反向点动。
④ 为适应准确、迅速停车的需要，主 拖动电动机应采用反向制动。
⑤ 主轴变速和进给变速可在主电动机 停车或运行时进行，应有变速时的低速冲 动过程。
⑥ 主拖动为双速电动机，有高、低两 种速度选择，高速运行应先经低速启动。
② 在操作师傅的指导下对机床进行操 作，掌握操作方法及操作手柄的作用。
③ 在教师的指导下掌握机床电器元件 的安装位置及走线情况。
④ 结合机械、电气、液压等几方面的 相关知识，掌握机床电气控制的特殊环节。
⑤ 总结操作要领，写出操作步骤及注 意事项。
（2）机床电路实训装置介绍，掌握 机床电路实训装置的使用
● 触头处于非激励或非工作的状态。 KM=0 接触器常开触头状态。
=1 接触器常闭触头状态。 SB=0 常开按钮触头状态。
=1 常闭按钮触头状态。
2．电路状态的逻辑表示
电路中触头的串联关系可用逻辑“与” 即逻辑乘（·）的关系表达；触头的并联关 系可用逻辑“或”即逻辑加（+）的关系表达。
图3-1所示为启保停控制电路，其接触 器KM线圈的逻辑函数式可写成：
③ 对自动化程度、稳定性及抗干扰的 要求。
④ 连锁条件及保护要求。
⑤ 设备布局、安装要求，操作台布 置、照明、信号指示、报警方式等。
⑥ 验收标准及验收方式。 ⑦ 其他要求。
（2）选择拖动方案 （3）选择电动机 （4）选择控制方式 （5）设计控制原理图 （6）设计施工图 （7）编写说明书
3．设计的基本内容
3.1.2 逻辑代数法
逻辑代数法（又称为间接读图法）是通 过对电路的逻辑表达式的运算来分析电路 的，其关键是正确写出电路的逻辑表达式。
1．电器元件的逻辑表示
电气控制系统由开关量构成控制时， 电路状态与逻辑函数式之间存在对应关系。 为将电路状态用逻辑函数式的方式描述出 来，通常对电器作出如下规定。
3.3.1 设计的原则、程序和内 容
1．设计的基本原则
在电气控制系统的设计中，一般应遵 循以下原则。
① 最大限度地满足生产机械和生产工 艺对电气控制的要求，这是电气控制设计 的依据。
② 在满足控制要求的前提下，设计方 案力求简单、经济、合理，控制系统力求 操作简易，使用与维护方便。
③ 正确、合理地选用电器元件，确保 控制系统安全可靠地工作。
① 机床电路实训装置如图3-8所示。 ② 机床电路实训装置设计了8个经典 机床电路的实训挂箱，
图3-8 机床电路实训装置
图3-9 T68 型卧式镗床实训挂箱
③ 8类经典机床均配有多媒体仿真软件。 ④ 同一实训挂箱均可以进行机床电路 排故实训和PLC变频器改造实训。
（3）T68型卧式镗床的操作，掌握机 床电路实训装置的使用及镗床的操作 和工作原理
⑨ 主轴变速控制。 主轴停车变速。 主轴低速正转运行中变速。
⑩ 进给变速控制。 快速移动电动机M2的控制电路。
实训6 车床、钻床、镗床的线路连接 与操作
1．实训目的 2．实训器材 3．实训步骤与要求
（1）工厂现场观摩，掌握车床、钻 床、镗床等机床的使用
① 观察操作师傅对机床的操作，了解 机床的各种工作状态。
3.2.3 镗床电气控制系统
镗床主要用于加工精确的孔和各孔间 相互位置要求较高的零件，它是冷加工中 使用较普遍的机械加工设备。
按用途不同，可分为卧式镗床、立式 镗床、坐标镗床和金钢镗床等。
它可以进行钻孔、镗孔、扩孔、铰孔、 加工端面等。
1．主要结构
T68卧式镗床主要由床身、前立柱、 镗头架（即主轴箱）、镗轴（即主轴）、 工作台、后立柱、尾架等部分组成，如图3 -6所示。
4．分析辅助电路 5．分析联锁和保护环节 6．总体检查
经过“化整为零”的局部分析，逐步分 析了每一个局部电路的工作原理以及各部 分之间的控制关系之后，还必须用“集零为 整”的方法，检查整个控制线路，看是否有 遗漏，特别要从整体角度去进一步分析和 理解各控制环节之间的联系，以理解电路 中每个电气元件的名称及其作用。
① 器件的分布及功能。 ② 主电动机M1的点动控制。
图3-7 T68卧式镗床电气控制线路
③ 主轴电动机M1的低速正转控制。 将机床高、低变速手柄扳至“低速”挡，此 时，13区
④ 主轴电动机M1的低速反转控制。 ⑤ 主轴电动机M1的高速正转控制。 ⑥ 主轴电动机M1的高速反转控制。
⑦ 主轴电动机M1的正转停车制动控制。 ⑧ 主电动机M1的反转停车制动控制。
电气控制系统的分析是在掌握了机械 设备及电气控制系统的构成、运行方式、 相互关系以及各电动机和执行电器的用途 和控制等基本条件之后，才可对电气控制 线路进行具体分析。
分析的一般原则是：化整为零、顺藤 摸瓜、先主后辅、集零为整、安全保护和 全面检查。
常用分析电气线路图的方法有两种： 查线读图法和逻辑代数法。
f（KM）=· （SB2+KM）。
图3-1 启保停控制电路
逻辑代数法读图的优点是：各电气元 器件之间的联系和制约关系在逻辑表达式 中一目了然，通过对逻辑函数的运算，一 般不会遗漏或看错电路的控制功能，而且 为电气线路的计算机辅助分析提供了方便。
逻辑代数法读图的主要缺点是：对于 复杂的线路，其逻辑表达式很烦琐。
① 4台异步电动机的容量均较小，故 采用直接启动方式。
② 主轴的正反转要求采用机械方法实 现，主轴电动机只作单向旋转。
③ 摇臂升降电动机和液压泵电动机均 要求实现正反转。
④ 摇臂的移动严格按照“摇臂松开→ 摇臂移动→移动到位摇臂夹紧”的程序动作。
⑤ 钻削加工时需提供冷却液进行钻头 冷却。
⑥ 电路中应具有必要的保护环节，并 提供必要的照明和信号指示。
1．主要结构与运动形式
摇臂钻床一般由底座、立柱、摇臂和 主轴箱等部件组成，如图3-4所示。
图3-4 Z3040摇臂钻床示意图
摇臂钻床具有下列运动：主轴旋转主 运动及轴向进给运动，即钻头一边旋转一 边作纵向进给；主轴箱沿摇臂的水平移动； 摇臂沿立柱的升降运动和回转运动。
2．钻床的控制要求
钻床的控制要求如下。
第三，从主电路入手，根据每台电动 机和执行器件的控制要求去分析控制功能。
第四，将电气原理图、接线图和布置 安装图结合起来，进一步研究电路的整体 控制功能。
3.2.1 车床电气控制系统
车床可分成普通车床、立式车床、六 角车床和仿形车床等。
车床主要用于加工各种回转表面（内 外圆柱面、圆锥面、成型回转面等）和回 转体的端面。
①用KM、KA、SQ…等分别表示动 合（常开）触头，用 、 、 … 等表示动断（常闭）触头。
② 触头闭合时，逻辑状态为“1”； 触头断开时，逻辑状态为“0”； 线圈通电时为“1”状态； 线圈断电时为“0”状态。 常用的表达方式如下。
● 线圈状态。 KM=1 接触器线圈处于通电状态。 KM=0接触器线圈处于断电状态。
3.2节电气控制系统分析
分析机械设备的电气控制系统，应掌 握以下几点。
① 能阅读设备说明书。 ② 能结合典型线路进行分析。 ③ 能结合基础理论进行分析。 ④ 掌握一般的分析步骤。
第一，看电路的说明和备注，有助于 了解该电路的具体作用。
第二，分清电气控制线路中的主电路、 控制电路、辅助电路、交流电路和直流电路。
第3章 电气控制系统的分析、
设计与检修
电气控制系统是机械设备的重要组成 部分，其正常工作是保证机械设备准确协 调运行、生产工艺得以满足、工作安全可 靠及操作自动化的主要前提。
3.1 电气控制系统的分析方法
3.2
电气控制系统分析
3.3
电气控制系统设计
3.4
电气控制系统检修
3.1 电气控制系统的分析方法
（4） 写出车床、钻床的操作步骤， 并在教师的监护下完成机床的相关操 作。
3.3 电气控制系统设计
电气控制系统设计包括电气原理图设 计和电气工艺设计两部分。
电气原理图设计是为满足生产机械及 其工艺要求而进行的电气控制设计；电气 工艺设计是为电气控制装置本身的制造、 使用、运行及维修的需要而进行的生产工 艺设计。
电气控制系统设计中的电气原理图设 计和电气工艺设计，其基本任务是根据控 制要求，设计和编制出设备制造和使用维 修过程中所必备的图样、资料等。
图样包括电气原理图、元器件布置图、 安装接线图、控制面板图、元器件安装底 板图和非标准件加工图等；资料有外购件 清单、材料消耗清单及设备说明书等。