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PLC 原理与应用. 电气学院 自动化 杨霞 2007 年 2 月. PLC 原理与应用 第 3 讲. 讲解内容 ： 2 常用典型电器控制线路分析与设计 学习说明 ： 本讲是学习电气控制线路的分析与设计（典型）。重点掌握： 1 点动、直接启停、正反转（连锁、顺序）、多地点、行程、时间、横梁夹紧、制动控制等。 2 典型控制线路：三相异步电动机正反向工作的控制线路、三相异步电动机按顺序工作的连锁控制线路、工作台往复运动控制线路、星形 — 三角形降压启动线路、三相笼型异步电动机反接制动控制电路 3 安全保护：触电方式、保护接地、保护接零.
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PLC原理与应用 电气学院 自动化 杨霞 2007年2月
PLC原理与应用 第3讲 • 讲解内容： • 2 常用典型电器控制线路分析与设计 • 学习说明 ： • 本讲是学习电气控制线路的分析与设计（典型）。重点掌握： • 1 点动、直接启停、正反转（连锁、顺序）、多地点、行程、时间、横梁夹紧、制动控制等。 • 2 典型控制线路：三相异步电动机正反向工作的控制线路、三相异步电动机按顺序工作的连锁控制线路、工作台往复运动控制线路、星形—三角形降压启动线路、三相笼型异步电动机反接制动控制电路 • 3 安全保护：触电方式、保护接地、保护接零
2 常用典型电器控制线路分析与设计2.1 继电接触器控制线路举例（三相异步电动机的控制电路） • 继电-接触器控制：通过开关、按钮、继电器、接触器等电器触点的接通或断开来实现的各种控制叫做继电-接触器控制，这种方式构成的自动控制系统称为继电-接触器控制系统。 • 典型的控制环节：有点动控制、单向自锁运行控制、正反转控制、行程控制、时间控制、速度控制等。 • 常用的保护环节：有短路保护、过载保护、零压保护和欠压保护、接地保护等。
2.1.1 点动控制一、最简单的点动控制 • 合上开关S，三相电源被引入控制电路，按下按钮SB，接触器KM线圈通电，衔铁吸合，常开主触点接通，电动机定子接入三相电源起动运转。松开按钮SB，接触器KM线圈断电，衔铁松开，常开主触点断开，电动机因断电而停转。（过载与接地没画）
2.1.1 点动控制二、功率较大的电动机的点动 • 利用点动按钮SB2控制中间继电器KA，KA的常开触点串联KM的常闭触点后再并联在SB3两端，控制接融器KM，再控制电动机实现点动。当需要连续运转时，按下SB3按钮即可。当需要停转时按下SBl按钮。这种方案的特点是在线路中单独设置一个点动回路，适用于电动机功率较大并需经常点动控制操作的场合。 SB2点动 SB3连动
2.1.2 直接起停控制一、正反转控制，不带电气互锁 注意：KM1和KM2线圈不能同时通电，因此不能同时按下SBl和SB2，也不能在电动机正转时按下反转起动按钮，或在电动机反转时按下正转起动按钮（没加互锁） 。如果操作错误，将引起主回路电源短路。
存在问题：电路在具体操作时，若电动机处于正转状态要反转时必须先按停止按钮SB3，使联锁触点KMl闭合后按下反转起动按钮SB2才能使电动机反转；存在问题：电路在具体操作时，若电动机处于正转状态要反转时必须先按停止按钮SB3，使联锁触点KMl闭合后按下反转起动按钮SB2才能使电动机反转； 2.1.2 直接起停控制二、正反转控制，带电气互锁 将其中一个接触器的常闭触点串入另一个接触器线圈电路中，则任一接触器线圈先带电后，即使按下相反方向按钮，另一接触器也无法得电，这种联锁通常称为“互锁”，即二者存在相互制约的关系。
2.1.2 直接起停控制三、正反转控制，带电气互锁，正转不按停车直接按反向起动 不按停止按钮，直接按反向按钮就能使电动机反向工作。正反向接触器之间是互锁控制
2.1.2 直接起停控制四、正反转控制，带正反电气互锁控制和机械连锁 同时具有电气连锁和机械连锁的控制电路，采用复式按钮，将SB1按钮的常闭触点串接在KM2的线圈电路中；将SB2的常闭触点串接在KMl的线圈电路中；从而保证KM1和KM2不同时通电；这种由机械按钮实现的联锁也叫机械联锁或按钮联锁。
2.1.2 直接起停控制五、正反转控制，带正反互锁控制，并用转换开关实现正反向工作的控制线路 控制开关SA有“0”、“1”、“2”三个位置，手柄在“0”位时，电路不通；扳到“2”位时，接触器KM1接通，电动机正转；手柄在“1”位，则接触器KM2接通，电动机反转
2.1.3 按顺序工作的控制线路例如车床主袖转动(KM2)时要求油泵(KM1)先给齿轮箱供油润滑 分析： （一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB2，接触器线圈KM1上电，其常开KM1触点闭合，常闭KM2触点打开，自锁并互锁，油泵电动机M1运行；3.按下启动按钮SB3，接触器线圈KM2上电，其常开KM1触点闭合，常闭KM2触点打开，自锁，电动机M2运行。 （二）保护：1.短路保护FU；2.过载保护FR；3.自锁、互锁保护；4.PE接地保护；5.欠压保护（接触器）。 一、启动按顺序约束
2.1.3 按顺序工作的控制线路例如车床主袖转动(KM2)时要求油泵(KM1)先给齿轮箱供油润滑 二、两电动机的关断也按顺序约束 分析： （一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB2，接触器线圈KM1上电，其常开KM1触点闭合，常闭KM2触点打开，自锁并互锁，油泵电动机M1运行；3.按下启动按钮SB3，接触器线圈KM2上电，其常开KM1触点闭合，常闭KM2触点打开，自锁，电动机M2运行。 （二）保护：1.短路保护FU；2.过载保护FR；3.自锁、互锁保护；4.PE接地保护；5.欠压保护（接触器）。
2.1.3 按顺序工作的控制线路例如车床主袖转动(KM2)时要求油泵(KM1)先给齿轮箱供油润滑 三、采用时间继电器、按时间顺序启动的控制线路。线路要求电动机KM1启动n秒后，电动机KM2自动启动。可利用时间继电器的延时闭合常开触点来实现。
2.1.4 多地点控制 • 实际生活和生产现场中，通常需要在两地或两地以上的地点进行控制操作，如自动电梯就需要多地点控制，人在任意层的楼道上都能够得到控制。多组按钮的连接原则必须是：各起动按钮的常开接点要并联，各停车按钮的常闭接点需串联。图是实现三地控制的线路。
2.1.5行程控制（工作台住复运动控制线路） • 行程控制：是指被控制对象的有关运动部件到达某一位置时，能自动改变运动状态的控制方式。行程控制需要通过行程开关来实现。 • 一.限位控制 • 当生产机械的运动部件到达预定的位置时压下行程开关的触杆，将常闭触点断开，接触器线圈断电，使电动机断电而停止运行。
2.1.5行程控制（工作台住复运动控制线路） 二.自动往返控制 工作分析： 按下正向起动按钮SB1，电动机正向起动运行，带动工作台向前运动。当运行到SQ2位置时，挡块压下SQ2，接触器KMl断电释放，KM2通电吸合，电动机反向起动运行，使工作台后退。工作台退到SQl位置时，挡块压下SQl，KM2断电释放，KM1通电吸合，电动机又正向起动运行，工作台又向前进，如此一直循环下去，直到需要停止时按下SB3，KMl和KM2线圈同时断电释放，电动机脱离电源停止转动。
2.1.6 时间控制（星形—三角形降压启动线路） • 原理：丫一∆形的降压启动方法是，起动时将电动机定子绕组结成丫形，这时加在电动机每相绕组上的电压为电源电压额定值的1/3，从而其起动转矩为∆形连接直接起动转矩的1/3。起动电流降为∆形连接直接起动电流的1／3，作用:减小了起动电流对电网的影响。 • 优缺点：星形—三角形启动的优点在于星形启动电流只是原来三角形接法的1/3，启动电流特性好、结构简单、价格低。缺点是启动转矩也相应下降为原来三角形接法的1/3，转矩特性差，因而本线路适用于电网电压380V，额定电压660V/380V，Y／∆接法的电动机轻载启动的场合。
按时间控制实现三相笼型异步电动机星-三角减压起动控制电路（主及控制电路）按时间控制实现三相笼型异步电动机星-三角减压起动控制电路（主及控制电路） 分析： （一）工作：1.合刀开关QS；2.按下启动按钮SB2；3.接触器线圈KM3上电，其常开KM3触点闭合，常闭KM3触点打开；4.同时时间继电器KT及KM1线圈上电，KM1常开触点闭合，定子绕组接成Y型，电动机进行Y起动（降压）；经过一定时间延时，时间继电器KT触点切换，延时闭合常开触点闭合（延时断开常闭触点断开）；5.KM3线圈掉电，其对应触电恢复原位Y打开；同时KM2线圈上电，其常开触点闭合，常闭触点打开，并自锁，定子绕组接成△型起动（全电压），则其Y-△减压起动完成。 （二）保护：1.短路保护FU；2.过载保护FR；3.自锁、互锁保护；4.PE接地保护；5.欠压保护（接触器）。
2.1.7 横梁自动夹紧的线路 • 在龙门刨床上装有横梁机构，刀架装在横梁上，随加工件大小不同横梁需要沿立柱上下移动，在加工过程中，横粱又需要保证夹紧在立柱上不允许松动。 • 横梁升降电动机安装在龙门项上，通过涡轮传动，使立柱上的丝杠转动，通过螺母使横梁上下移动。横梁的夹紧与放松由夹紧电动机完成。横粱夹紧电动机通过减速机构传动夹紧螺杆，通过杠杆作用使压块将横梁夹紧或放松。
横梁在静止时，是被机械杠杆机构央紧在龙门刨床的立柱上的，要求横梁运动时必须首先放松横梁。而在横梁运动结束后，自动夹紧在立柱上。反映横梁放松的参量，可以用行程来表示，采用行程开关SQ来检测和控制。反映横梁夹紧程度的参量可以用行程开关和时间继电器共同反映，行程开关可以检测压块开始接触到横梁的位置，此时夹紧电动机继续给电，电动机堵转，横梁与压块之间产生夹紧力。怎样判断夹紧到位，可以用时间继电器定时一段时间来确定。定时时间到，标志夹紧到位，时间继电器发出控制信号，夹紧停止。这种方法容易失误。横梁在静止时，是被机械杠杆机构央紧在龙门刨床的立柱上的，要求横梁运动时必须首先放松横梁。而在横梁运动结束后，自动夹紧在立柱上。反映横梁放松的参量，可以用行程来表示，采用行程开关SQ来检测和控制。反映横梁夹紧程度的参量可以用行程开关和时间继电器共同反映，行程开关可以检测压块开始接触到横梁的位置，此时夹紧电动机继续给电，电动机堵转，横梁与压块之间产生夹紧力。怎样判断夹紧到位，可以用时间继电器定时一段时间来确定。定时时间到，标志夹紧到位，时间继电器发出控制信号，夹紧停止。这种方法容易失误。 • 经常用的方法是用夹紧电动机的电流来反映夹紧力的大小，因为产生夹紧力后，夹紧力要增大，电流也增大，电流参量反映横梁夹紧程度，我们使用电流继电器来检测夹紧电动机的电流值，当电流到达预定值时，标志夹紧到位，电流继电器的触点动作，切换电路，夹紧停止，达到控制目的。
横粱自动夹紧控制工作分析： • 按横梁运动按钮SBl后（横梁运行电动机和控制线路末画出），中间继电器K通电，其常闭触点打开，常开触点闭合，KM2吸合，电动机反转，带动机械杠杆机构使横梁放松，放松一定程度后行程开关SQ按压合，其常闭触点打开，KM2释放，横梁放松完毕。SQ常开触点闭合，为横粱夹紧作准备。当不用要横梁运动时，可松开按钮SBl，中间继电器K释放，其常闭触点闭合，接触器KM1动作，电动机正转，开始夹紧。此时行程开关SQ释放，但KM1通过中间继电器K及自锁触点仍然通电，继续夹紧。随着夹紧电动机电流越来越大，大到一定值时，电流继电器KA动作，其常闭触点打开，KM1失电，夹紧停止。
三相笼型异步电动机反接制动控制电路 工作分析： • 合刀开关QS，按下启动按钮SB2，接触器线圈KM1上电并自锁，KM1常开触点闭合，常闭触点打开，电动机M正向起动并运行，速度大于120r/min时速度继电器KS动作常开触点闭合。按下停车按钮SB1，线圈KM1上失电，其触点复位，电动机M断电，做惯性运转；同时，SB1的动合触点合上（此时KS触点应闭合），线圈KM2上电并自锁，电动机M反接电源，开始制动，当速度小于100r/min时，KS触点复位，KM2断电，制动结束。 • 该电路保护有：熔断器FU短路保护；热继电器FR过载保护；自锁、互锁保护、失压保护；PE接地保护。
2.1.9 电动机常用保护的线路 电动机常用保护的接线，熔断器FU用作短路保护；热继电器FR用作过载热保护；过流继电器KA1，KA2用作过电流保护；欠压继电器KA3用作主电路欠电压保护；零压继电器KA0通过它的常开触点与主令开关触点SA0并联构成零位自锁环节；正转接触器和反转接触器的常闭触点KM1和KM2构成了互锁环节；接地保护。这里SA0 、SA1、SA2是主令控制器开关，分别是总开关和正转和反转开关，控制相应线路的接通与关断。
2.2 安全用电 • 2.2.1 触电方式 • 安全电压：36V和12V两种。一般情况下可采用36V的安全电压，在非常潮湿的场所或容易大面积触电的场所，如坑道内、锅炉内作业，应采用12V的安全电压。 • 直接触电又可分为单相触电和两相触电。两相触电非常危险，单相触电在电源中性点接地的情况下也是很危险的。其防护方法主要是对带电导体加绝缘、变电所的带电设备加隔离栅栏或防护罩等设施。 • 间接触电主要有跨步电压触电和接触电压触电。虽然危险程度不如直接触电的情况，但也应尽量避免。防护的方法是将设备正常时不带电的外露可导电部分接地，并装设接地保护等。
触电方式 直接触电 间接触电
2.2.2 接地和接零 • 电气设备的保护接地和保护接零是为了防止人体接触绝缘损坏的电气设备所引起的触电事故而采取的有效措施。 • 一.保护接地 • 电气设备的金属外壳或构架与土壤之间作良好电气连接称为接地。可分为工作接地和保护接地两种。 • 工作接地是为了保证电器设备在正常及事故情况下可靠工作而进行的接地，如三相四线制电源中性点的接地。 • 保护接地是为了防止电器设备正常运行时，不带电的金属外壳或框架因漏电使人体接触时发生触电事故而进行的接地。适用于中性点不接地的低压电网。 • 二.保护接零 • 在中性点接地的电网中，由于单相对地电流较大，保护接地就不能完全避免人体触电的危险，而要采用保护接零。将电气设备的金属外壳或构架与电网的零线相连接的保护方式叫保护接零。
