电气控制实践训练 (15)

设备的配电需求分析
三相五线交 流进电
交流控制用电 控制器电源模块的供电、 交流控制回路的用电
直流控制用电 CPU等控制器
交流设备用电
传送带电机，外部 DC24V电源模块
直流设备用电
光电传感器、电容 传感器、电磁阀
急停持续 交流设备用电
急停间断 交流设备用电
急停持续 直流设备用电
急停间断 直流设备用电
启动按钮
XB2BA31C
Schneider
1
常开，绿色
SB4
停止按钮
XB2BA42C
Schneider
1Βιβλιοθήκη Baidu
常闭，红色
SB5
传送带正点动按钮
XB2BA31C
Schneider
1
常开，绿色
SB6
传送带反点动按钮
XB2BA31C
Schneider
1
常开，绿色
SB7
复位按钮
XB2BA51C
Schneider
1
亮，可以起到系统进电指示作用；
交流控制回路
我们可以看到从U2、N2取电， 由急停开关ES1常闭触点控制KM2、 KM3的通断，正常情况下KM2、 KM3在设备上电后立即接通，一
旦发生故障，按下急停开关，二
者将同时断开，能够使急停操作 时，需要间断供电电源立即切断。
从U3、N2取电，通过继电器 KA1和KA2控制KM4、KM5的线圈， KA1、KA2控制信号来源于PLC， KA1、KA2选取欧姆龙直流继电器 MY2N-D2-J型号，有2组常开/常 闭触点，自带有续流二极管。
SQP1、SQP2、 SQP3
0.075A
SB3、SB4、SB5
PS2、 FU1
、SB6、SB7、 SA1、SA2、SQP1
0.09A
、SQP2、SQP3
KA1、KA2、KA3 、KA4
0.148A
HL1、HL2、HL3 0.06A
KM2
YV1、YV2
0.04A
用电核算：继电器
欧姆龙MY2N-D2-J，端子原理图 直流继电器
触 点
触点
内部续流二极管 线圈
用电核算：指示灯
电流能够满足数字量输出模块需求，可直接连接
用电核算：按钮
SB1
系统上电按钮
XB2BW33M1C Schneider
1
AC220V/50Hz， 绿色带灯
SB2
系统断电按钮
XB2BW34M1C Schneider
1
AC220V/50Hz， 红色带灯
SB3
合时，触碰门碰开关，触点动作，灯 灭，一旦门打开，SQ1归位，灯点亮， 作为电控柜的维修照明；
交流主回路设计
在断路器QF1后紧跟着一个4 极交流接触器KM1，用于控制整
套系统的上电和断电，由一个
设备上电按钮和一个设备断电 按钮控制；
交 流控制用电可以从 U2、 V2、W2、N2部分引出，典型的 即CPU电源模块PS1，为CPU1提 供 电 源 ； PS1 电 源 前 端 配 置 有 QF2断路器，起到分级保护作用；
原理图设计标准
1.线标，一般线标前端字母标示可以体现其信号类型和来源，后端采用数字 索引能够代表电位的区分； 2.关联信号标识，图纸设计过程中，一个器件会存在主器件与辅器件的关联 参考，这种关联参考可能存在于一张图纸中，也可能存在于多张图纸中。关 联参考标识源于图纸的行列号，例如KM1线圈，用到了4个主触点、2个辅助 触点，其中4个主触点分布于第1张图纸中的第3列第A行。 3.中断点，当导线电位需要延伸至另一页图纸中时，可采用中断点，中断点 必须存在一个源信号和一个目标信号，例如交流主回路图纸中源信号U1，从 关联参考中可以知道，其目标信号在第2张图纸的第1列A行。
传感器、部分 安全考虑执行 器
执行器、电磁 阀
交流主回路设计
在进电部分，我们选用4极断路器 QF1作为系统进电安全保护，能够实现
有效过流和短路保护，同时也作为总 进电的操作开关，进电U1、N1处，我 们增设了风扇F1、F2：用于整个电控
柜的散热，一个风扇进风，一个风扇 出风；还有我们增设了日光灯照明HL4， HL4由一个门碰开关SQ1控制，当门闭
12.3 电气图纸设计
设备用电情况
1．交流用电部分：三相异步电动机采用Y型接法，需要用到三 相380V交流电；PLC系统CPU电源模块需要用到单相220V交流 电；同时需要为传感器、执行器单独配置一个外部直流DC24V 电源模块，也需要用到单相220V交流电。因此整个系统将需要 用到三相五线进电，包括三相电U、V、W、中性线N以及地线 PE。 2．直流用电部分：CPU电源模块拥有一路独立直流24V系统电 源，采用的是S7-300设备模块中PS307 2A；此外为传感器、执 行器配置了一路直流24V外部电源，本例中选取西门子SITOP电 源，SITOP Smart 24V/2.5A的模块。
此处特别注意，在急停开关ES1选型时，额外配置了一个辅助常闭触点， 作为PLC信号输入，使得控制系统将能够判别急停操作，并作出相应的响应， 例如急停操作后，可以及时关闭执行器输出、提示报警等；
分度盘气缸前后行到位磁性感应开关SQP4、SQP5分别接入I1.0、I1.1通道；
三个传感器信号，由于为PNP类型，并且与DI输入模块采用同一套供电P1、 M0，能够形成有效电流回路，因此直接将信号接入PLC输入通道即可，此处 依次分配进料传感器SQP1至I1.2通道，灌装传感器SQP2至I1.3通道、出料传感 器SQP3至I1.4。
将KA1-KA4这四个继电器线圈分别接Q0.0-Q0.3通道，输 出端口为高电平，因此线圈另一端需要接低电平，此外输出部 分还分配有系统运行指示灯HL1、系统模式指示灯HL2、系统报 警指示灯HL3，分别分配至Q0.4-Q0.6通道。
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常开，黄色
ES1
急停按钮
XB2BT42C
Schneider
1
红，常闭，转动复 位
急停辅助常闭触点
ZB2BE102C
Schneider
1
常闭
SA1
模式切换开关
ZB5AD2
Schneider
1
常开
SA2
灌装容量选择开关
ZB5AD2
Schneider
1
常开
HL1
系统运行指示灯
.XB5EVB3
Schneider
传送带电机正反转控制，通过KM4和KM5实现；
交流控制回路
从U1、N1中取电，设计上电按钮SB1、 断电按钮SB2及KM1线圈的自锁回路，实 现总电源接触器KM1的通电、断电控制； 此处SB1、SB2选择带灯按钮，SB1指示灯 直接连接至U2处，KM1闭合设备上电， 立即点亮，SB2指示灯由KM1常闭触点控 制，当QF1断路器闭合，设备未上电时点
KM1 QF3 X4. -2 -1 9
678
QF2 X4. KM3 -2 3 -1
用电核算
KM1线圈、SB2灯 0.6A
KM2、KM3线圈， SB1灯
0.1A
QF1
KM1
QF2
PS1
0.5A
QF3
PS2
0.65A
KM3
KM4、KM5线圈
QF4、KM4、KM5
M1
0.04A 1.52A
PS1
314C-2PN/DP 1A
用电核算：蜂鸣器
用电核算：直流电源
用电核算：PS307
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布局图：柜内
布局图：柜外
输入信号接线图
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输入信号接线图
根据314C-2PN/DP集成接口的原理，我们可以画出CPU1的输入端子部分， 包含1-20号端口，在这里我们可以为数字量输入模块端口1L+、1M提供DC24V 电源P1、M0；
将系统启动按钮SB3、系统停止按钮SB4、传送带前行点动按钮SB5、传送 带后行点动按钮SB6、复位按钮SB7，急停常闭触点ES1、手动/自动模式切换 开关SA1，以及满瓶/半瓶灌装选择开关SA2依次分配给I0.0-I0.7通道，触点一 端连接高电平P1，另一端接入对应PLC信号通道；
输出信号接线图
有同学会有疑问，输出通道配置直流电源是否需要配置为P2、M1，此 处做几点说明：首先我们希望急停按下时，指示灯仍然可以点亮，而指示灯 与继电器配置在同一个通道21-30，用电不能分开，因此必须选取P1、M0； 而在交流控制电路中KM4、KM5的线圈所使用的交流电是能够被急停切断的， 在直流配电图中，YV1、YV2线圈用的直流电P2、M1也能被急停切断；所以 即使输出通道电源配置P1、M0也是没有问题的，我们仅需在程序中实现， 急停按下时，确保输出通道Q0.0-Q0.3全部不输出即可。
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直流配电
直流配电
1.我们将进瓶检测光电传感器SQP1、灌装电容传感器SQP2、 出瓶检测光电传感器SQP3的电源连接至设备用电P1、M0之间， 在急停操作时保持不间断电； 2.我们将分别由KA3和KA4控制的分度盘气缸电磁阀YV1、灌装 气缸电磁阀YV2的电源，连接至设备电源P2、M1间，当急停操 作时，确保其断电，从硬件电路上停止执行机构的运行。
1
绿，DC24V
HL2
灌装量指示灯
XB5EVB6
Schneider
1
蓝，DC24V
HL3
报警指示灯
XB5EVB4
Schneider
1
红，DC24V
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用电核算：按钮
用电核算：CPU
CPU 能耗
用电核算：接触器
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输出信号接线图
输出信号接线图
对于PLC的输出部分314C-2PN/DP，其输出通道与输入通 道同为一个接口模块，占有21-40端口，其中21-30端口为一组， 31-40端口为第二组，我们仅需要用到7个输出通道，因此选取 21-30这一组输出即可，输出通道也需要提供DC24V电源，此处 选择P1、M0；
交流主回路设计
交流设备用电包括外部电源模块PS2，以及传送带电机M1， 两者分别配置QF3、QF4断路器做分级保护，同时对PS2直流电 源输出部分增加熔断器进行过流、短路保护，保护传感器、执 行器的安全；这里增加两个交流接触器KM2及KM3，用于实现 交、直流设备用电的二级细分，即区分急停按下后间断供电及 急停按下后保持供电的功能；其中KM2用于实现急停操作后， P2、M1直流支路断电，切断分度盘电磁阀、灌装气缸电磁阀的 运行，同时P1、M0支路保持对传感器的供电，同理KM3用于实 现急停操作后传送带电机的断电功能；
接线端子分配 1. 实现控制柜柜内设备与柜外设备分离
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接线端子分配
来自同一个外部设备的 接线分配连续的端子排
外部 外部 器件A 器件B
避免接入端子排时分叉、 交错
外部 外部 器件A 器件B
接线端子分配 2. 设计母线排
U2母线排接线