同济大学数字控制技术(电机控制技术)
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数字控制技术
第三章 电气控制技术
主要内容
• • • • • • 3.1电气控制基本概念 3.2常用电气控制元件 3.3电气控制系统图 3.4电气基本控制电路 3.5机床电气控制系统 3.6功能安全
3.1 电气控制技术的发展
• • • • • • 控制方法 —— 手动 自动 控制功能 —— 简单 复杂 操作方式 —— 笨重 轻巧 控制原理 —— 有触点硬接线继电器 微处理器的软件 控制方式 —— 集中拖动 顺序控制 DCS 网络 现场总线 以太网 • 新 技 术 —— 综合应用电子技术、检测技术、 计算机技术、自动控制理论
安装接线图
• 安装接线图是用来表明电气设备各单元之间的接线关系。 图中表明了电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电 气连接，是实际安装接线的依据。 • 例： CW6132型车床电气安装接线图
电源进线 1×1mm2（黄绿） 接地铜牌
SB1 2
HL1
SB2 3 6 HL2 16
L1
L2 L3 7
7×1mm2（红） 1×1mm2（白） 15 包塑金属软管 Φ15mm×1m
SQ1 SQ3
SQ2 SQ4 KM1 KM2
工作台前进
KM1断电
KM2得电
到达预定位置挡铁1撞击SQ1
停止正转 电机反转工作台后退 KM1
KM2
三相异步电动机的起动控制
停止 工作原理： 按下SB2
KM1得电 KM3得电 KT得电 计时 KM3断电 KM2通电 KM1仍得电 Y 起 动
△接
起动
△ 运 行
• 数字控制器
– 完成被控设备特征参数与过程参数的测量，并达到控制目标的控 制装置
3.2 常用低压电器
• 电器的定义
–凡是自动或手动接通和断开电路，以及能实现对电路 或非电对象切换、控制、保护、检测、变换和调节目 的的电气元件统称为电器。
• 低压电器
—— 交流AC < 1200V； 直流DC < 1500V。
Y 接
反接制动控制线路
按SB2 KM1 通电
电动机正 转运行
停止
KV动合触点闭合
按SB1
KM1断电 KM2通电
（开始制动）
起动
n≈0,KV复位
KM2断电（制动 结束）
速 度 继 电 器
3.5机床电气控制系统
C616型车床电气原理图
X62W 卧式万能铣床的主要结构 1—底座 2—主轴变速手柄 3—主轴变速数字盘 4—床身(立柱)5—悬梁 6—刀杆支 架 7—主轴 8—工作台 9—工作台纵向操作手柄10—回转台 11－床鞍 12—工作台 升降及横向操作手柄13—进给变速手轮及数字盘 14—升降台
8
4
7
PE
6
SA
EL
6 16 15
按扭板
12
13
照明灯
2
2 3
12
3×1mm2（红）
QS W1
1×1mm2（红）＋ 1×1mm2（白）
4
1
W1
1×1mm2（黄绿）
2
6
V1
U1 PE
包塑金属软管
Φ10mm×2m
包塑金属软管
Φ10mm×2m 3×1.5mm2（黑）＋1×1.5mm2（黄绿） 包塑金属软管 Φ20mm×1m
X62W卧式万能铣床的电气控制原理图
液压工作台电气控制
3.6 功能安全
16.10.2009 | 11. Beiratssitzung
48
16.10.2009 | 11. Beiratssitzung
49
谢谢大家
上午8时54分
M 3~
V1 U1
机床电气接线图
3.4电气基本控制电路
• 由继电器接触器所组成的电气控制电路，基本控制规律有自锁与互锁 的控制、点动与连续运转的控制、多地联锁控制、顺序控制与自动循 环的控制等。
自锁与互锁的控制
• 自锁与互锁的控制统称为电气的联锁控制，在电气控制电 路中应用十分广泛，是最基本的控制。
• 自锁电路：
• 互锁控制
点动与连续运转的控制
多地联锁控制
顺序联锁控制
• 两台电动机顺序控制
按顺序起动与停止的控制电路
时间继电器控制的顺序起动电路
自动循环控制
自动往返运动：
挡块
前进(正转）
SB1 SB2
KM1
SB3
KM2
1
后退
2
SQ4 SQ2 行程开关 按下SB2 KM1通电
SQ1 SQ3 电机正转
辅助文字符号
辅助文字符号用于表示 电气设备、装置和元器件以 及线路的功能、状态和特征， 通常也是由英文单词的前一 两个字母构成。
限定符号
限定符号是用于提 供附加信息的一种加在 其它符号上的符号。
3.2.1主令电器
• 主令电器是用来发布命令、改变控制 系统工作状态的电器。
• 主要有控制按钮、行程开关、接近开 关开关等。
– 中间继电器 – 时间继电器
KA
KA
KA
线圈
常开触头 常闭触头
KT a)
KT c)
KT d) KT KT
b)
KT
KT
KT
e)
f)
g)
h)
i)
a) 一般线圈符号 b) 通电延时线圈 c) 断电延时线圈 d) 延时闭 合的动断触点 e) 延时断开的动断触点 f) 延时断开的动合触点 g) 延时闭合的动断触点 h) 瞬时动合触点 i) 瞬时动断触点
基本文字符号
分为单字母 符号和双字母符 号。例如，“R” 代表电阻器； “MC”代表鼠笼 型异步电动机。
符号要素
符号要素是一种具 有确定的意义的简单图 形，必须同其它图形组 合才能构成一个设备或 概念的完整符号。
文字 符号
电气 符号
图形 符号
一般符号
表示同一类产品和 此类产品特性的一种简 单的符号，它们是各类 元器件的基本符号。
布置图
• 电器元件布置图详细绘制出电气设备、零件的安装位置。 图中各电器代号应与有关电路和电器清单上所有元器件代 号相同。
例：CW6132型车床电气设备安装布置图
安装布置图
含义——表明电气设备上所有电机电器的实际 位置； 作用——为生产机械电气控制设备的制造、安 装、维修提供必要的资料。 组成——电气设备布置图、控制柜、控制板电 气设备布置图、操丛台、悬挂操丛箱 电气设备图。
wk.baidu.com • 接触器和继电器的触点位置可采用附图的 方式表示
接触器各栏的含义： 左栏 中栏 右栏 继电器各栏的含义： 左栏 右栏
主 触 辅 助 点 的 动 合 图 区 触 点 号 的 图 区 号
辅 动 触 的 区
助 断 点 图 号
动 合 触 点 的 图 区号
动 触 的 区
断 点 图 号
主电路各接点标记
• 三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标记。电源开关之 后的分别按U、V、W顺序标记。分级三相交流电源主电 路可采用1U、1V、1W；2U、2V、2W等。各电动机分支 电路各接点可采用三相文字代号后面加数字来表示如： U11、 U21等，数字中的十位数字表示电动机代号，个位 数字表示该支路的接点代号。 • 控制电路采用阿拉伯数字编号，一般由三位或三位以下 的数字组成
低压电器的分类
控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器，如 接触器、继电器等。 主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电器， 如按钮、行程开关等。 保护电器：用于保护电路及用电设备的电器，如熔断 器、热继电器等。 配电电器：用于电能的输送和分配的电器。如低压断 路器、隔离器、 执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器，如 电磁铁、电磁离合器等。
•
图区的划分
• 在图样的下方沿横坐标方向划分图区，并用数字编号。同 时在图样的上方沿横坐标方向划区，分别标明该区电路的 功能。
• 符号位置的索引
– 元件的相关触点位置的索引用图号、页次和区号组合表示。
图 0 8 / 26 / B 2 图区行号，列号（无行号时只写列号） 页次（仅一页时可省略） 图号（只有一个多页图样时，可省略）
稳压电源
• 将非稳定交流电源变成稳定直流电源。在数控机床电气控制系统中， 为驱动器控制单元，直流继电器，信号指示灯等提供直流电源
VC
图形符号及文字符号：
~
-
3.3电气控制系统图
• 电气控制系统图
• 指根据国家电气制图标准，用规定的电气符号、图线来表示系统 中各电气设备、装置、元器件的连接关系的电气工程图。 • 常用的电气控制系统图有电气原理图、电器布置图与电气安装接 线图。
控制按钮
常闭触点
常开触点
SB
动合（常开）触头
SB
动断（常闭）触头
SB
复合触头
一般用： 红色表示停止和急停； 绿色表示起动； 黑色表示点动； 蓝色表示复位； 另外还有黄、白等颜色， 供不同场合使用。
开关
• 行程作用
– 用来控制某些机械部件的运动行程和位置或限位保护。
• 接近开关
– 接近开关又称无触点行程开关，它是一种非接触型的检测装置。
保护电器
• 保护继电器
– – – – 熔断器 热继电器 速度继电器 电流电压继电器等
FU
FR
KI
I＞
I＜
KI
a) 热元件
b) 动断触点 a)过电流继电器线圈 b)欠电流继电器线圈 c)动合触点 d)动断触点
变压器
• 将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压。
T
T
单相变压器
三相变压器
• 电气原理图
• 电气原理图是用来表示电路各电气元件中导电部件的联接关系和 工作原理的图。
例：CW6132型普通车床电气原理图
电气原理图绘制原则
• • • • • • • 主电路用粗线条画在左边；控制电路用细线条画在右边 。 电器元件，采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。 需要测试和拆、接外部引线的端子，应用图形符号“空心圆”表示。电路的连接 点用“实心圆”表示。 同一电器元件的各部件可不画在一起，但文字符号要相同。若有多个同一种类的 电器元件，可在文字符号后加上数字符号的下标，如KM1、KM2等。 所有按钮、触点均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。 控制电路的分支电路，原则上按动作顺序和信号流自上而下或自左至右的原则绘 制。 电路图应按主电路、控制电路、照明电路、信号电路分开绘制。直流和单相电源 电路用水平线画出，一般画在图样上方，相序自上而下排列。中性线（N）和保 护接地线（PE）放在相线之下。主电路与电源电路垂直画出。控制电路与信号电 路垂直画在两条水平电源线之间。耗电元件（如电器的线圈，电磁铁，信号灯等 ）直接与下方水平线连接。控制触点连接在上方水平线与耗电元件之间。 当图形垂直放置时，各元器件触点图形符号以“左开右闭”绘制。当图形为水平 放置时以“上闭下开” 绘制。
QF
锁钩
释放弹簧 过流 脱扣器
过载脱 扣器 欠压 脱扣器
主触点 手动闭合
连杆装置 衔铁
接触器
• 用来频繁接通和断开电动机或其他负载主电路。 是机床电动机主电路中最重要的控制电器。
继电器
• 继电器是一种利用电流、电压、时间、温度等信号的变化 来接通或断开所控制的电路，以实现自动控制或完成保护 任务的自动电器。
• 继电器控制系统
– 以各种有触点的继电器、接触器、行程开关等自动控制电器组成 的控制电路
• 可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)
– 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环 境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储 执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令 ，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生 产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制 系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。
• 组合开关
– 常用在机床的控制电路中，作为电源的引入开关或是自我控制小 容量电动机的直接起动、反转、调速和停止的控制开关等。
SQ
SQ
SQ
SQ
Q
Q
常开(动合)触点
常闭(动断)触点
a)动合触点
b)动断触点
（a）单极
（b）三极
低压断路器(自动开关)
• 用于电动机和其他用电设备的电路中，在正常情况下，它可以分断和 接通工作电流；当电路发生过载、短路、失压等故障时，它能自动切 断故障电路，有效地保护串接于它后面的电器设备；还可用于不频繁 地接通、分断负荷的电路，控制电动机的运行和停止。
第三章 电气控制技术
主要内容
• • • • • • 3.1电气控制基本概念 3.2常用电气控制元件 3.3电气控制系统图 3.4电气基本控制电路 3.5机床电气控制系统 3.6功能安全
3.1 电气控制技术的发展
• • • • • • 控制方法 —— 手动 自动 控制功能 —— 简单 复杂 操作方式 —— 笨重 轻巧 控制原理 —— 有触点硬接线继电器 微处理器的软件 控制方式 —— 集中拖动 顺序控制 DCS 网络 现场总线 以太网 • 新 技 术 —— 综合应用电子技术、检测技术、 计算机技术、自动控制理论
安装接线图
• 安装接线图是用来表明电气设备各单元之间的接线关系。 图中表明了电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电 气连接，是实际安装接线的依据。 • 例： CW6132型车床电气安装接线图
电源进线 1×1mm2（黄绿） 接地铜牌
SB1 2
HL1
SB2 3 6 HL2 16
L1
L2 L3 7
7×1mm2（红） 1×1mm2（白） 15 包塑金属软管 Φ15mm×1m
SQ1 SQ3
SQ2 SQ4 KM1 KM2
工作台前进
KM1断电
KM2得电
到达预定位置挡铁1撞击SQ1
停止正转 电机反转工作台后退 KM1
KM2
三相异步电动机的起动控制
停止 工作原理： 按下SB2
KM1得电 KM3得电 KT得电 计时 KM3断电 KM2通电 KM1仍得电 Y 起 动
△接
起动
△ 运 行
• 数字控制器
– 完成被控设备特征参数与过程参数的测量，并达到控制目标的控 制装置
3.2 常用低压电器
• 电器的定义
–凡是自动或手动接通和断开电路，以及能实现对电路 或非电对象切换、控制、保护、检测、变换和调节目 的的电气元件统称为电器。
• 低压电器
—— 交流AC < 1200V； 直流DC < 1500V。
Y 接
反接制动控制线路
按SB2 KM1 通电
电动机正 转运行
停止
KV动合触点闭合
按SB1
KM1断电 KM2通电
（开始制动）
起动
n≈0,KV复位
KM2断电（制动 结束）
速 度 继 电 器
3.5机床电气控制系统
C616型车床电气原理图
X62W 卧式万能铣床的主要结构 1—底座 2—主轴变速手柄 3—主轴变速数字盘 4—床身(立柱)5—悬梁 6—刀杆支 架 7—主轴 8—工作台 9—工作台纵向操作手柄10—回转台 11－床鞍 12—工作台 升降及横向操作手柄13—进给变速手轮及数字盘 14—升降台
8
4
7
PE
6
SA
EL
6 16 15
按扭板
12
13
照明灯
2
2 3
12
3×1mm2（红）
QS W1
1×1mm2（红）＋ 1×1mm2（白）
4
1
W1
1×1mm2（黄绿）
2
6
V1
U1 PE
包塑金属软管
Φ10mm×2m
包塑金属软管
Φ10mm×2m 3×1.5mm2（黑）＋1×1.5mm2（黄绿） 包塑金属软管 Φ20mm×1m
X62W卧式万能铣床的电气控制原理图
液压工作台电气控制
3.6 功能安全
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上午8时54分
M 3~
V1 U1
机床电气接线图
3.4电气基本控制电路
• 由继电器接触器所组成的电气控制电路，基本控制规律有自锁与互锁 的控制、点动与连续运转的控制、多地联锁控制、顺序控制与自动循 环的控制等。
自锁与互锁的控制
• 自锁与互锁的控制统称为电气的联锁控制，在电气控制电 路中应用十分广泛，是最基本的控制。
• 自锁电路：
• 互锁控制
点动与连续运转的控制
多地联锁控制
顺序联锁控制
• 两台电动机顺序控制
按顺序起动与停止的控制电路
时间继电器控制的顺序起动电路
自动循环控制
自动往返运动：
挡块
前进(正转）
SB1 SB2
KM1
SB3
KM2
1
后退
2
SQ4 SQ2 行程开关 按下SB2 KM1通电
SQ1 SQ3 电机正转
辅助文字符号
辅助文字符号用于表示 电气设备、装置和元器件以 及线路的功能、状态和特征， 通常也是由英文单词的前一 两个字母构成。
限定符号
限定符号是用于提 供附加信息的一种加在 其它符号上的符号。
3.2.1主令电器
• 主令电器是用来发布命令、改变控制 系统工作状态的电器。
• 主要有控制按钮、行程开关、接近开 关开关等。
– 中间继电器 – 时间继电器
KA
KA
KA
线圈
常开触头 常闭触头
KT a)
KT c)
KT d) KT KT
b)
KT
KT
KT
e)
f)
g)
h)
i)
a) 一般线圈符号 b) 通电延时线圈 c) 断电延时线圈 d) 延时闭 合的动断触点 e) 延时断开的动断触点 f) 延时断开的动合触点 g) 延时闭合的动断触点 h) 瞬时动合触点 i) 瞬时动断触点
基本文字符号
分为单字母 符号和双字母符 号。例如，“R” 代表电阻器； “MC”代表鼠笼 型异步电动机。
符号要素
符号要素是一种具 有确定的意义的简单图 形，必须同其它图形组 合才能构成一个设备或 概念的完整符号。
文字 符号
电气 符号
图形 符号
一般符号
表示同一类产品和 此类产品特性的一种简 单的符号，它们是各类 元器件的基本符号。
布置图
• 电器元件布置图详细绘制出电气设备、零件的安装位置。 图中各电器代号应与有关电路和电器清单上所有元器件代 号相同。
例：CW6132型车床电气设备安装布置图
安装布置图
含义——表明电气设备上所有电机电器的实际 位置； 作用——为生产机械电气控制设备的制造、安 装、维修提供必要的资料。 组成——电气设备布置图、控制柜、控制板电 气设备布置图、操丛台、悬挂操丛箱 电气设备图。
wk.baidu.com • 接触器和继电器的触点位置可采用附图的 方式表示
接触器各栏的含义： 左栏 中栏 右栏 继电器各栏的含义： 左栏 右栏
主 触 辅 助 点 的 动 合 图 区 触 点 号 的 图 区 号
辅 动 触 的 区
助 断 点 图 号
动 合 触 点 的 图 区号
动 触 的 区
断 点 图 号
主电路各接点标记
• 三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标记。电源开关之 后的分别按U、V、W顺序标记。分级三相交流电源主电 路可采用1U、1V、1W；2U、2V、2W等。各电动机分支 电路各接点可采用三相文字代号后面加数字来表示如： U11、 U21等，数字中的十位数字表示电动机代号，个位 数字表示该支路的接点代号。 • 控制电路采用阿拉伯数字编号，一般由三位或三位以下 的数字组成
低压电器的分类
控制电器：用于各种控制电路和控制系统的电器，如 接触器、继电器等。 主令电器：用于自动控制系统中发送控制指令的电器， 如按钮、行程开关等。 保护电器：用于保护电路及用电设备的电器，如熔断 器、热继电器等。 配电电器：用于电能的输送和分配的电器。如低压断 路器、隔离器、 执行电器：用于完成某种动作或传动功能的电器，如 电磁铁、电磁离合器等。
•
图区的划分
• 在图样的下方沿横坐标方向划分图区，并用数字编号。同 时在图样的上方沿横坐标方向划区，分别标明该区电路的 功能。
• 符号位置的索引
– 元件的相关触点位置的索引用图号、页次和区号组合表示。
图 0 8 / 26 / B 2 图区行号，列号（无行号时只写列号） 页次（仅一页时可省略） 图号（只有一个多页图样时，可省略）
稳压电源
• 将非稳定交流电源变成稳定直流电源。在数控机床电气控制系统中， 为驱动器控制单元，直流继电器，信号指示灯等提供直流电源
VC
图形符号及文字符号：
~
-
3.3电气控制系统图
• 电气控制系统图
• 指根据国家电气制图标准，用规定的电气符号、图线来表示系统 中各电气设备、装置、元器件的连接关系的电气工程图。 • 常用的电气控制系统图有电气原理图、电器布置图与电气安装接 线图。
控制按钮
常闭触点
常开触点
SB
动合（常开）触头
SB
动断（常闭）触头
SB
复合触头
一般用： 红色表示停止和急停； 绿色表示起动； 黑色表示点动； 蓝色表示复位； 另外还有黄、白等颜色， 供不同场合使用。
开关
• 行程作用
– 用来控制某些机械部件的运动行程和位置或限位保护。
• 接近开关
– 接近开关又称无触点行程开关，它是一种非接触型的检测装置。
保护电器
• 保护继电器
– – – – 熔断器 热继电器 速度继电器 电流电压继电器等
FU
FR
KI
I＞
I＜
KI
a) 热元件
b) 动断触点 a)过电流继电器线圈 b)欠电流继电器线圈 c)动合触点 d)动断触点
变压器
• 将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压。
T
T
单相变压器
三相变压器
• 电气原理图
• 电气原理图是用来表示电路各电气元件中导电部件的联接关系和 工作原理的图。
例：CW6132型普通车床电气原理图
电气原理图绘制原则
• • • • • • • 主电路用粗线条画在左边；控制电路用细线条画在右边 。 电器元件，采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。 需要测试和拆、接外部引线的端子，应用图形符号“空心圆”表示。电路的连接 点用“实心圆”表示。 同一电器元件的各部件可不画在一起，但文字符号要相同。若有多个同一种类的 电器元件，可在文字符号后加上数字符号的下标，如KM1、KM2等。 所有按钮、触点均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。 控制电路的分支电路，原则上按动作顺序和信号流自上而下或自左至右的原则绘 制。 电路图应按主电路、控制电路、照明电路、信号电路分开绘制。直流和单相电源 电路用水平线画出，一般画在图样上方，相序自上而下排列。中性线（N）和保 护接地线（PE）放在相线之下。主电路与电源电路垂直画出。控制电路与信号电 路垂直画在两条水平电源线之间。耗电元件（如电器的线圈，电磁铁，信号灯等 ）直接与下方水平线连接。控制触点连接在上方水平线与耗电元件之间。 当图形垂直放置时，各元器件触点图形符号以“左开右闭”绘制。当图形为水平 放置时以“上闭下开” 绘制。
QF
锁钩
释放弹簧 过流 脱扣器
过载脱 扣器 欠压 脱扣器
主触点 手动闭合
连杆装置 衔铁
接触器
• 用来频繁接通和断开电动机或其他负载主电路。 是机床电动机主电路中最重要的控制电器。
继电器
• 继电器是一种利用电流、电压、时间、温度等信号的变化 来接通或断开所控制的电路，以实现自动控制或完成保护 任务的自动电器。
• 继电器控制系统
– 以各种有触点的继电器、接触器、行程开关等自动控制电器组成 的控制电路
• 可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)
– 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环 境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储 执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令 ，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生 产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制 系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。
• 组合开关
– 常用在机床的控制电路中，作为电源的引入开关或是自我控制小 容量电动机的直接起动、反转、调速和停止的控制开关等。
SQ
SQ
SQ
SQ
Q
Q
常开(动合)触点
常闭(动断)触点
a)动合触点
b)动断触点
（a）单极
（b）三极
低压断路器(自动开关)
• 用于电动机和其他用电设备的电路中，在正常情况下，它可以分断和 接通工作电流；当电路发生过载、短路、失压等故障时，它能自动切 断故障电路，有效地保护串接于它后面的电器设备；还可用于不频繁 地接通、分断负荷的电路，控制电动机的运行和停止。