电气控制线路设计及实例分析
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主电路和控制电路设计
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
控制电路设计 考虑到操作方便，主电动机M1可在床头操作板上 和刀架拖板上分别设起动和停止按钮 SB1、SB2、 SB3、SB4进行操纵。接触器KM1与控制按钮 组成带 自锁的起停控制电路。 冷却泵电动机M2由SB5、SB6进行起停操作，装在 机床头部。快速移动电动机M3工作时间短，为了操 作灵活由按钮SB7与接触器KM3组成点动控制电路。
《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
4.1 电气控制电路Biblioteka Baidu计方法 4.2 电气控制电路设计实例分析
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
4.1 电气控制电路设计方法
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析 电气控制电路设计方法： 先设计主电路，再设计控制电路、信号电路及局部照 明电路等 控制电路设计要求： 满足生产机械的工艺要求，能按照工艺的顺序准确而可 靠地工作。 电路结构力求简单，尽量选用常用的且经过实际考验过 的电路。 操作、调整和检修方便。 具有各种必要的保护装置和联锁环节。 控制电路设计方法： 经验设计法：根据生产工艺的要求，按照电动机的控制 方法，采用典型环节电路直接进行设计。 逻辑设计法：采用逻辑代数进行设计。
快进KM1 工进KM3
快退KM2
SQ1
工退KM4 SQ3
SQ2
原 位
转 换
终 点
《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
快进 2、分析接触器线圈的起始和终止条件： 1）KM1：起始条件—起动按钮SB2 ↓ 终止条件—SQ2↓ 2）KM3：起始条件—SQ2↓ 终止条件—SQ3↓ 3）KM4：起始条件—SQ3↓ 终止条件—SQ2↑ 4）KM2：起始条件—SQ2↑ 终止条件—SQ1↓ KM2会在电路开始通电时就通电，这种情况应 增加起始条件：当KM4+时松开SQ2，即 （（KM4+）+（SQ2↑））；因而KM4终止条 件调整为KM2+。 快退 工退 工进
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
控制电路设计时应注意的问题 ：
尽量减少连接导线 。设计控制电路时，应考虑 电器元件的实际位 置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图a是不 合理的。
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电 器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线 到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直 接连接，就可以减少一次引出线，如图b所示。
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
正确连接电器的线圈 。 a)电压线圈通常不能串联使用，如图a所示。由于它 们的阻抗不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配 不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压 之和，也不允许。因为电器动作总有先后，当有一 个接触器先动作时，则其线圈阻抗增大,该线圈上 的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时 将使电路烧毁。
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
4.2 电气控制电路设计实例分析
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析 电路设计—条件分析法
例：设计一个组合机床动力头的控制电路，要求在按下起动按钮后动力 头完成以下工作循环：快进→工进→工退→快退至原点停止。
多个电器的依次动作问题 在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另 一个电器的控制电路。 可逆电路的联锁 在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅 要有电气联锁，而且 还有机械联锁。 要有完善的保护措施 常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、 过电压、失电压等保 护 环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等 必须的指示信号。
原 位
转 换
终 点
《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析 （二）主电路设计 此例中有M1、M2两台电机，分别有正反转控制，均为全 压起动、连续工作，无制动要求。因此设计主电路如下：
快进KM1
工进KM3
快退KM2
工退KM4
SQ1
SQ2
SQ3
原 位
转 换
终 点
《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
电气控制电路设计 主回路设计 根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机M1、 M2及M3，如图所示。
• 三相电源由开关QS引入。 • 主电动机M1的过载保护由
热继电器FR1实现。 • 主电动机的短路保护可由 机床的前一级配电箱中的 熔断器充任。 • 冷却泵电动机M2的过载保 护由热继电器FR2实现。 • 快速移动电动机M3由于是 短时工作，不设过载保护。 • 电动机M2、 M3共同设短 路保护熔断器FU1。
（一）分析设计要求
此例中动力头工作台有4种工作状态：快进、工进、工退、快退。 可用M1、M2两台电机分别驱动不同的传动链来实现，其中M1为快速移
动电动机其正转时为快进，反转时为快退。其中M2为进给电动机其正转
时为工进，反转时为工退。其中工作状态的转换由位置开关来实现。
快进 工进 工退 快退 SQ1 SQ2 SQ3
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
尽可能减少电器数量，采用标准件和相同型号的电器:如图所示。
简化电路
当控制的支路数较多， 而触点数目不够时， 可采用中间继电器增 加控制支路的数量。
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去掉不必要的 KM1，简化电路， 提高电路可靠性
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
当SQ1↓，SQ2↑，但KM4-，即工退 未开始时，不能快退；工退时，SQ2 未↑，不能快退，工退结束SQ2↑， 才能使KM2+，开始快退；当SQ2↑， KM2+，切断KM4-，停止工退。
《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
3、组合与优化：增加连锁与保护环节，急停按钮等
快进KM1
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
电磁线圈的串并联
b)电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。图b中 直流电磁铁YA与继电器KA并联，在接通电源时可正常工作， 但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电 感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产 生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继 电器的误动作。解决方法可备用一个接触器的触点来控制。 如图c所示。
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
控制电路中应避免出现寄生电路:
寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。如图所 示具有指示灯HL和热保护的正反向电路.
正常工作时，能 完成正反向起动、 停止和信号指示。
寄生电路
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当热继电器FR动作时，电 路就出现了寄生电路，如 图中虚线所示，使正向接 触器KM1不能有效释放， 起不了保护作用。
IR
2.67 7 0.43 A 7.6 A 2.5
可选用RLl-15型熔断器，配用10 A的熔体。 FU2、FU3选用RLl-15型熔断器，配用最小等级的熔断体2A。
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
接触器KM1、KM2及KM3 接触器KM1，根据主电动机M1的额定电流IN=23.0A，控制回路电源 127V，需主触点三对，动合辅助触点两对，动断辅助触点一对，根据上述 情况，选用CT0-40型接触器，电磁线圈电压为127V。 由于M2、M3电动机额定电流很小，KM2、KM3可选用JZ7-44交流中 间继电器，线圈电压为127V，触点电流5A，可完全满足要求。对小容量 的电动机常用中间继电器充任接触器。 控制变压器TC 变压器最大负载时是KM1、KM2及KM3同时工作，可以计算出变压 器容量应大于68.4VA。考虑到照明灯等其他电路附加容量，可选用BK-100 型变压器或BK-150型变压器，电压等级：380V/127-36-6.3V，可满足辅助 回路的各种电压需要。 制定电气元件明细表 电气元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等，见表。
（三）控制电路设计 条件分析法的原则： 1、以接触器、继电器、电磁铁等的线圈为分析对象，分析其通电（起始） 和断电（终止）条件，从而得出每个线圈的控制电路后经过组合和优化得出 整个控制电路。 2、线圈的分析顺序应尽量与控制过程的动作顺序一致。 以此例学习条件分析法的应用：
1、分析动作过程： 原位→起动按钮↓→快进（KM1+）→SQ2↓→工进（KM3+）→ SQ3↓→工 退（KM4+）→SQ2↑→快退（KM2+）→原位SQ1↓→停止
工进KM3
快退KM2 SQ1
工退KM4
SQ2
SQ3
原 位
转 换
终 点
《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
一、机床电气控制电路设计举例
设计CW6163型卧式车床的电气控制电路。 机床电气传动的特点及控制要求 机床主运动和进给运动由电动机M1集中传动，主轴运动的正反向 （满足螺纹加工要求）是靠两组摩擦片离合器完成。 主轴制动采用液压制动器。 冷却泵由电动机M2拖动。 刀架快速移动由单独的快速电动机M3拖动。 进给运动的纵向（左右）运动，横向（前后）运动，以及快速移动， 都集中由一个手柄操纵。 电动机型号： • 主电动机M1：Y160M-4，1l kW，380V，23.0A，1460 r/min； • 冷却泵电动机M2：JCB-22，0.15kW，380V，0.43A，2790 r/min； • 快速移动电动机M3：Y90S-4，1.1kW，380V，2.8 A，1400 r/min。
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
信号指示与照明电路 可设电源指示灯HL2（绿色），在电源开关QS接 通后，立即发光显示，表示机床电气电路已处于供电状 态。设指示灯HL1（红色）显示主电动机是否运行。这 两个指示灯可由接触器KM1的动合和动断两对辅助触 点进行切换显示，如图右上方所示。 在操作板上设有交流电流表A，它串联在电动机主 回路中，用以指示机床的工作电流。这样可根据电动机 工作情况调整切削用量使电动机尽量满载运行，以提高 生产率，并能提高电动机功率因数。EL照明灯为36V安 全电压。
CW6163型卧式车床电气原理图
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
选择电气元件
电源引入开关QS QS主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接起停电动机，可按电 动机额定电流来选。在这里应该根据三台电动机来选。在中小型机床常 用组合开关中，可选用HZl0-25/3型，额定电流为25A，三极组合开关。 热继电器FR1、FR2 主电动机M1额定电流23.0A，FR1可选用JR0-40型热继电器，热元件 电流为25A，电流整定范围为16~25A，工作时将额定电流调整为23.0A。 同理，FR2可选用JRl0-10型热继电器，选用1号元件，电流整定范围 是0.40～0.64A，整定在0.43A。 熔断器FU1、FU2、FU3 FU1是对M2、M3两台电动机进行保护的熔断器。熔体电流为
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
控制电路电源 考虑安全可靠及 满足照明指示灯 的要求，采用变 压器供电，控制 电路127V，照明 36V，指示灯 6.3V。 绘制电气原理图 根据各局部电路 之间互相关系和 电气保护电路， 画成电气原理图， 如图所示。
主电路和控制电路设计
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控制电路设计 考虑到操作方便，主电动机M1可在床头操作板上 和刀架拖板上分别设起动和停止按钮 SB1、SB2、 SB3、SB4进行操纵。接触器KM1与控制按钮 组成带 自锁的起停控制电路。 冷却泵电动机M2由SB5、SB6进行起停操作，装在 机床头部。快速移动电动机M3工作时间短，为了操 作灵活由按钮SB7与接触器KM3组成点动控制电路。
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4.1 电气控制电路Biblioteka Baidu计方法 4.2 电气控制电路设计实例分析
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4.1 电气控制电路设计方法
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析 电气控制电路设计方法： 先设计主电路，再设计控制电路、信号电路及局部照 明电路等 控制电路设计要求： 满足生产机械的工艺要求，能按照工艺的顺序准确而可 靠地工作。 电路结构力求简单，尽量选用常用的且经过实际考验过 的电路。 操作、调整和检修方便。 具有各种必要的保护装置和联锁环节。 控制电路设计方法： 经验设计法：根据生产工艺的要求，按照电动机的控制 方法，采用典型环节电路直接进行设计。 逻辑设计法：采用逻辑代数进行设计。
快进KM1 工进KM3
快退KM2
SQ1
工退KM4 SQ3
SQ2
原 位
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终 点
《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
快进 2、分析接触器线圈的起始和终止条件： 1）KM1：起始条件—起动按钮SB2 ↓ 终止条件—SQ2↓ 2）KM3：起始条件—SQ2↓ 终止条件—SQ3↓ 3）KM4：起始条件—SQ3↓ 终止条件—SQ2↑ 4）KM2：起始条件—SQ2↑ 终止条件—SQ1↓ KM2会在电路开始通电时就通电，这种情况应 增加起始条件：当KM4+时松开SQ2，即 （（KM4+）+（SQ2↑））；因而KM4终止条 件调整为KM2+。 快退 工退 工进
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控制电路设计时应注意的问题 ：
尽量减少连接导线 。设计控制电路时，应考虑 电器元件的实际位 置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图a是不 合理的。
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按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电 器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线 到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直 接连接，就可以减少一次引出线，如图b所示。
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正确连接电器的线圈 。 a)电压线圈通常不能串联使用，如图a所示。由于它 们的阻抗不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配 不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压 之和，也不允许。因为电器动作总有先后，当有一 个接触器先动作时，则其线圈阻抗增大,该线圈上 的电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时 将使电路烧毁。
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4.2 电气控制电路设计实例分析
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析 电路设计—条件分析法
例：设计一个组合机床动力头的控制电路，要求在按下起动按钮后动力 头完成以下工作循环：快进→工进→工退→快退至原点停止。
多个电器的依次动作问题 在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另 一个电器的控制电路。 可逆电路的联锁 在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅 要有电气联锁，而且 还有机械联锁。 要有完善的保护措施 常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、 过电压、失电压等保 护 环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等 必须的指示信号。
原 位
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析 （二）主电路设计 此例中有M1、M2两台电机，分别有正反转控制，均为全 压起动、连续工作，无制动要求。因此设计主电路如下：
快进KM1
工进KM3
快退KM2
工退KM4
SQ1
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
电气控制电路设计 主回路设计 根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机M1、 M2及M3，如图所示。
• 三相电源由开关QS引入。 • 主电动机M1的过载保护由
热继电器FR1实现。 • 主电动机的短路保护可由 机床的前一级配电箱中的 熔断器充任。 • 冷却泵电动机M2的过载保 护由热继电器FR2实现。 • 快速移动电动机M3由于是 短时工作，不设过载保护。 • 电动机M2、 M3共同设短 路保护熔断器FU1。
（一）分析设计要求
此例中动力头工作台有4种工作状态：快进、工进、工退、快退。 可用M1、M2两台电机分别驱动不同的传动链来实现，其中M1为快速移
动电动机其正转时为快进，反转时为快退。其中M2为进给电动机其正转
时为工进，反转时为工退。其中工作状态的转换由位置开关来实现。
快进 工进 工退 快退 SQ1 SQ2 SQ3
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
尽可能减少电器数量，采用标准件和相同型号的电器:如图所示。
简化电路
当控制的支路数较多， 而触点数目不够时， 可采用中间继电器增 加控制支路的数量。
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去掉不必要的 KM1，简化电路， 提高电路可靠性
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
当SQ1↓，SQ2↑，但KM4-，即工退 未开始时，不能快退；工退时，SQ2 未↑，不能快退，工退结束SQ2↑， 才能使KM2+，开始快退；当SQ2↑， KM2+，切断KM4-，停止工退。
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3、组合与优化：增加连锁与保护环节，急停按钮等
快进KM1
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电磁线圈的串并联
b)电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。图b中 直流电磁铁YA与继电器KA并联，在接通电源时可正常工作， 但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器线圈的电 感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁铁线圈产 生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从而造成继 电器的误动作。解决方法可备用一个接触器的触点来控制。 如图c所示。
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控制电路中应避免出现寄生电路:
寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。如图所 示具有指示灯HL和热保护的正反向电路.
正常工作时，能 完成正反向起动、 停止和信号指示。
寄生电路
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当热继电器FR动作时，电 路就出现了寄生电路，如 图中虚线所示，使正向接 触器KM1不能有效释放， 起不了保护作用。
IR
2.67 7 0.43 A 7.6 A 2.5
可选用RLl-15型熔断器，配用10 A的熔体。 FU2、FU3选用RLl-15型熔断器，配用最小等级的熔断体2A。
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接触器KM1、KM2及KM3 接触器KM1，根据主电动机M1的额定电流IN=23.0A，控制回路电源 127V，需主触点三对，动合辅助触点两对，动断辅助触点一对，根据上述 情况，选用CT0-40型接触器，电磁线圈电压为127V。 由于M2、M3电动机额定电流很小，KM2、KM3可选用JZ7-44交流中 间继电器，线圈电压为127V，触点电流5A，可完全满足要求。对小容量 的电动机常用中间继电器充任接触器。 控制变压器TC 变压器最大负载时是KM1、KM2及KM3同时工作，可以计算出变压 器容量应大于68.4VA。考虑到照明灯等其他电路附加容量，可选用BK-100 型变压器或BK-150型变压器，电压等级：380V/127-36-6.3V，可满足辅助 回路的各种电压需要。 制定电气元件明细表 电气元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等，见表。
（三）控制电路设计 条件分析法的原则： 1、以接触器、继电器、电磁铁等的线圈为分析对象，分析其通电（起始） 和断电（终止）条件，从而得出每个线圈的控制电路后经过组合和优化得出 整个控制电路。 2、线圈的分析顺序应尽量与控制过程的动作顺序一致。 以此例学习条件分析法的应用：
1、分析动作过程： 原位→起动按钮↓→快进（KM1+）→SQ2↓→工进（KM3+）→ SQ3↓→工 退（KM4+）→SQ2↑→快退（KM2+）→原位SQ1↓→停止
工进KM3
快退KM2 SQ1
工退KM4
SQ2
SQ3
原 位
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终 点
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一、机床电气控制电路设计举例
设计CW6163型卧式车床的电气控制电路。 机床电气传动的特点及控制要求 机床主运动和进给运动由电动机M1集中传动，主轴运动的正反向 （满足螺纹加工要求）是靠两组摩擦片离合器完成。 主轴制动采用液压制动器。 冷却泵由电动机M2拖动。 刀架快速移动由单独的快速电动机M3拖动。 进给运动的纵向（左右）运动，横向（前后）运动，以及快速移动， 都集中由一个手柄操纵。 电动机型号： • 主电动机M1：Y160M-4，1l kW，380V，23.0A，1460 r/min； • 冷却泵电动机M2：JCB-22，0.15kW，380V，0.43A，2790 r/min； • 快速移动电动机M3：Y90S-4，1.1kW，380V，2.8 A，1400 r/min。
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信号指示与照明电路 可设电源指示灯HL2（绿色），在电源开关QS接 通后，立即发光显示，表示机床电气电路已处于供电状 态。设指示灯HL1（红色）显示主电动机是否运行。这 两个指示灯可由接触器KM1的动合和动断两对辅助触 点进行切换显示，如图右上方所示。 在操作板上设有交流电流表A，它串联在电动机主 回路中，用以指示机床的工作电流。这样可根据电动机 工作情况调整切削用量使电动机尽量满载运行，以提高 生产率，并能提高电动机功率因数。EL照明灯为36V安 全电压。
CW6163型卧式车床电气原理图
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选择电气元件
电源引入开关QS QS主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接起停电动机，可按电 动机额定电流来选。在这里应该根据三台电动机来选。在中小型机床常 用组合开关中，可选用HZl0-25/3型，额定电流为25A，三极组合开关。 热继电器FR1、FR2 主电动机M1额定电流23.0A，FR1可选用JR0-40型热继电器，热元件 电流为25A，电流整定范围为16~25A，工作时将额定电流调整为23.0A。 同理，FR2可选用JRl0-10型热继电器，选用1号元件，电流整定范围 是0.40～0.64A，整定在0.43A。 熔断器FU1、FU2、FU3 FU1是对M2、M3两台电动机进行保护的熔断器。熔体电流为
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控制电路电源 考虑安全可靠及 满足照明指示灯 的要求，采用变 压器供电，控制 电路127V，照明 36V，指示灯 6.3V。 绘制电气原理图 根据各局部电路 之间互相关系和 电气保护电路， 画成电气原理图， 如图所示。