[工学]第三章 电气控制系统分析.ppt
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1、第三章 电气控制系统分析,3.1 电气控制电路的分析基础 3.2 C650卧式车床电气控制线路分析 3.3 X62卧式万能铣床电气控制线路分析 *3.4 T68卧式镗床电气控制线路分析 *3.5 组合机床电气控制线路分析,电气控制系统是机械设备的重要组成部分,是保证机械设备各种运动的准确与协调,使生产工艺各项要求得以满足,工作安全可靠及操作自动化的主要技术手段。 了解电气控制系统对于机械设备的正确安装、调整、维护与使用都是必不可少的。,生产机械种类繁多,其拖动方式和电气控制线路各不相同。 通过一些典型生产机械设备电气控制线路的分析,掌握阅读电气原理图的方法,培养读图能力,分析各种典型生产机械设
2、备的工作原理,为电气控制线路的设计及调试、维护打下基础。 本章以几种典型机床的电气控制系统为例进行介绍。,在分析典型生产机械的电气控制系统时,首先应对其机械结构及各部分的运动特征有清楚的了解;其次,由于现代生产机械多采用机械、液压和电气相结合的控制技术,并以电气控制系统技术作为联接中枢,所以,应树立机、电、液相结合的整体概念,注意它们之间的协调关系。,31 电气控制电路的分析基础,一. 电气控制电路分析的内容 电气控制电路是电气控制系统的核心技术资料,通过对这些资料的分析,可以掌握机床控制电路的工作原理、技术指标、使用方法、维护要求等。 分析的内容为:,09.4.24.(机械06A),1设备说
3、明书 设备说明书由机械(包括液压部分)与电气两部分组成。在分析时要先阅读。 (1)设备的构造,主要技术指标,机械、液压和电气部分的工作原理。 (2)电气传动方式,电机和执行电器的数目、规格型号、安装位置、用途及控制要求。,(3)设备的使用方法,各操作手柄、开关、旋钮、指示装置的布置及在控制电路中的作用。 (4)清楚地了解与机械、液压部分直接关联的电器(如行程开关、电磁阀、电磁离合器、传感器等)的位置、工作状态及与机械、液压部分的关系,它们在控制中的作用。,2电气控制原理图 这是控制电路分析的核心内容。原理图主要由主电路、控制电路、辅助电路、保护及联锁环节、特殊控制电路等部分组成。 在分析电气原
4、理图时,必须阅读其他技术资料。如各种电动机及执行元件的控制方式、位置及作用,各种与机械有关的行程开关和主令电器的状态等,通过阅读说明书来了解。,09.4.24.(自动化06B),在分析中,还可以通过所选用的电器元件的技术参数,分析出控制电路的主要参数和技术指标,如可估计出各部分的电流、电压值,以便在调试及检修设备中合理地选用仪表。,3电气设备总装接线图 阅读分析总装接线图可以了解系统的组成分布状况,各部分的连接方式,主要电气部件的布置和安装要求及导线和穿线管的规格型号等。这些都是安装设备不可缺少的资料。 在阅读分析总装接线图时还要与阅读分析说明书、电气原理图结合起来。,4电器元件布置图与接线图
5、 这是制造、安装、调试和维护电气设备必须具备的技术资料,在调试和检修中可以通过布置图与接线图方便地找到各种电器元件和测试点,以便进行必要的调试、检测和维修。,二. 电气原理图阅读分析的方法和步骤 在详细阅读了设备说明书,了解了电气控制系统的总体结构、电机和电器元件的分布状况及控制要求后,可以阅读分析电气原理图。 电气原理图阅读分析的基本原则是:化整为零、顺藤摸瓜、先主后辅、集零为整、安全保护、全面检查。,分析控制电路的最基本方法是“查线读图法”。 即采用化整为零的原则以某一电动机或电器元件(如接触器或继电器线圈)为对象,从电源开始,自上而下,自左而右,逐一分析其接通断开关系(逻辑条件),并区分
6、出主令信号、联锁条件、保护要求。根据图区坐标标注的检索和控制流程的方法可以方便地分析出各控制条件与输出结果之间的因果关系。,1分析主电路 主电路的作用是保证整机拖动要求的实现。 从主电路的构成可分析出电动机或执行电器的类型、工作方式,起动、转向、调速、制动等控制要求与保护要求等。 从主电路入手,根据每台电动机和执行电器的控制要求分析它们的控制内容,包括:起动、转向控制、调速和制动等。,2分析控制电路 主电路的各控制要求是由控制电路来实现的。 根据主电路中的各电动机和执行电器的控制要求,逐一找出控制电路中的控制环节,利用前面学过的典型控制环节知识,按功能不同将控制电路“化整为零”来分析。 从电源
7、和主令信号开始,经过逻辑判断,写出控制流程,以表达出电路的自动工作过程。,3分析辅助电路 这部分电路具有相对独立性,起辅助作用但又不影响主要功能。辅助电路包括电源指示、各执行元件的工作状态显示、参数测定、照明和故障报警等。 它们大多是由控制电路中的元件来控制的,所以在分析辅助电路时,还要对照控制电路进行分析。,4分析联锁及保护环节 机床对安全性及可靠性有很高的要求,实现这些要求,除了合理地选择拖动和控制方案外,还要在控制电路中设置一些电气保护和电气联锁。,5. 分析特殊控制环节 在某些控制线路中,还设置了一些与主电路、控制电路关系不密切,相对独立的某些特殊环节。如产品计数装置、自动检测系统等。
8、 这些部分往往自成一个小系统,其读图分析的方法可参照上述分析过程,并灵活运用所学过的电子技术、变流技术、自控原理、检测与转换等知识逐一分析。,6总体检查 经过“化整为零”,逐步分析了每一个局部电路的工作原理及各部分之间的控制关系后,还必须用“ 集零为整”的方法,检查整个控制电路,看是否有遗漏,特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系,以达到清晰地理解原理图中每一个电器元件的作用、工作过程及主要参数的目的。,“查线读图法”是分析电气原理图的最基本的方法,其应用也最广泛。 还有“逻辑分析法”等,但它们一般用来进行局部电路原理的分析或配合“查线读图法”使用,应用较少。,机床的电气控制电
9、路是由各种主令电器、接触器、继电器、保护装置和电动机等,按照一定的控制要求用导线连接而成的。 机床的电气控制不仅要求能够实现起动、正反转、制动和调速等基本要求,还要满足生产工艺的各种要求,要保证机床各运动之间的相互协调和准确,并具有各种保护装置,工作可靠,能实现自动控制。,3.2 C650卧式车床电气控制线路分析,在金属切削机床中,车床所占比例最大,而且应用最广。 普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床,主要用于加工各种回转表面(内圆、外圆)、螺纹和端面,并可通过尾架进行钻孔、铰孔等切削加工。,09.4.17.(自动化06A),一. 车床的主要结构与运动分析 如图所示为C650卧式车床的结构
10、示意图。 它主要由床身、主轴变速箱、尾座、进给箱、丝杠、光杠、刀架和溜板箱等组成。 车床的切削加工包括:主运动、进给运动和辅助运动。,车削加工的主运动是主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动,它承受切削加工时的主要切削功率; 进给运动是溜板带动刀架的纵向(与主轴垂直方向)或横向(与主轴平行方向)直线运动。其运动方式有手动和机动。 辅助运动包括刀架的快速进给与快速退回,尾座的移动与工件的夹紧与松开等。,主轴箱:可以变换主轴速度; 卡盘:用来卡持工件,带动工件一起旋转; 挂轮箱:用来把主轴的旋转动力传给进给箱; 进给箱:用来把主轴传递的动力传给光杆和丝杆;可以变换进给速度; 丝杆:是车削螺纹时使用的
11、; 光杆:用来传递动力,带动床鞍和中滑板,使车刀作纵向和横向进给运动; 溜板箱:变换溜板箱外手柄位置,在丝杆和光杆的传动下,可使车刀按要求方向作进给运动;,刀架:用来装夹刀具; 尾架:用来安装顶尖,支顶较长的工件,还可以安装其他切削刀具; 床身:用来支持和安装各个部件,有导轨。 车床各部分的传动关系: 机床电动机输出的动力经皮带传给主轴箱带动主轴、卡盘和工件作旋转运动;主轴的旋转还通过挂轮箱、进给箱、丝杆或光杆带动床鞍和刀架沿导轨作直线运动。,车削加工时,应根据工件材料、刀具种类、工件尺寸、工艺要求等来选择不同的切削速度,即要求主轴能在相当大的范围内调速。 大多数中小型车床采用三相笼型异步电动
12、机拖动,主轴的变速是靠齿轮箱的机械有级调速来实现的,调速范围可达到40以上。,车削加工时,一般不要求反转,但在加工螺纹时,为了避免乱扣,要反转退刀,所以,C650车床通过主电动机的正、反转实现主轴的正、反转。 同时在加工螺纹时,为了保证螺纹的加工质量,要求工件的旋转速度与刀具的移动速度之间具有严格的比例关系。 所以,C650车床溜板箱与主轴变速箱之间通过齿轮传动来连接,并用同一台电动机拖动。通过各自的变速箱调节主轴转速或进给速度。,C650车床的床身较长,为了提高工作效率,车床刀架的快速移动由一台单独的电动机来拖动,并采用点动控制。 进行车削加工时,刀具的温度很高,需要用切削液来进行冷却。所以
13、车床备有一台冷却泵电动机,拖动冷却泵,实现刀具的冷却。,二. 车床的电力拖动形式及控制要求 1主轴的旋转运动 C650车床的主运动是工件的旋转运动,由主电动机拖动。主电动机由接触器控制实现正、反转,通过主轴变速机构的操作手柄,可以使主轴获得各种不同的速度。 由于加工的工件比较大,加工时其转动惯量也比较大,需停车时不容易立即停止转动,为了提高工作效率,必须有停车制动的功能,主电动机采用反接制动。 有正向点动功能以便调整。,2刀架的进给运动 刀架的进给运动由主轴电动机带动,并使用走刀箱调节加工时的纵向和横向走刀量。 3刀架的快速移动 为了提高工作效率,车床刀架的快速移动由一台单独的快速移动电动机拖
14、动,并采用点动控制。,4冷却系统 车床内装有一台不调速、单向旋转的三相异步电动机拖动冷却泵,供给刀具切削时使用的冷却液。 5. 要求有局部照明和必要的电气保护与联锁,三. 车床的电气控制电路分析 图3-1为C650普通车床的的电气控制原理图,表3-1为其电气元件符号与功能说明。 车床共有三台电动机:M1为主轴电动机,拖动主轴旋转,并通过进给机构实现进给运动。M2为冷却电动机,提供切削液。M3为快速移动电动机,拖动刀架的快速移动。,09.4.29.(机械06B),图3-1 C650普通车床的的电气控制原理图,1主电路 组合开关QS将380V三相电源引入。整机电源由组合开关QS控制。 图中组合开关
15、QS为电源开关,FU1为主电动机的短路保护用熔断器,FR1为其过载保护用热继电器,R为限流电阻,在主轴点动时限制起动电流,在反接制动时起限制过大的反向制动电流的作用。 电流表A用来监视主电动机的绕组电流,由于主电动机的功率很大,所以A接入电流互感器TA回路。,为了防止电流表被启动电流冲击而损坏,利用时间继电器KT的延时动断触点,在启动的短时间内将电流表暂时短接; 当主电动机起动时,电流表A被短接。只有当正常工作时,电流表A才指示绕组电流。 在进行点动调整时,为了防止连续的启动电流造成电动机过载,串入限流电阻R,以保证电路设备正常工作。,为了保证主电路的正常运行,主电路中还设置了熔断器的短路保护
16、环节和热继电器的过载保护环节。 机床工作时,可以调整切削用量,使电流表的电流接近主电动机的额定电流的对应值(经TA后减小了的电流值),以便提高工作效率和充分利用电动机的潜力。,KM1、KM2为正、反转接触器,KM3是用于短接电阻R的接触器。由它们的主触点控制主电动机。 KM4为控制冷却泵电动机M2的接触器,FR2为电动机M2的过载保护用热继电器; KM5为控制快速移动电动机M3的接触器,由于M3是点动短时运转,所以不设置热继电器。,2控制电路 控制电路可分为:主电动机M1的控制电路和电动机M2、M3的控制电路两部分。 由于主电动机控制电路比较复杂,所以,还可以进一步将主电动机控制电路分为:正转
17、、反转启动、正转点动和停车制动等局部控制电路。 控制电源:由控制变压器TC(380V/110V,36V)的接线和参数标注可知,各接触器、继电器线圈电压等级为110V;照明为36V安全电压,由主令开关SA控制。,(1)主轴电动机的点动控制(正向点动) 如图所示为车床主轴电动机的点动控制电路。 按下点动按钮SB2不松手接触器KM1线圈得电KM1主触点闭合主轴电动机M1把限流电阻R串入电路进行降压启动和低速运转。由于中间继电器KA未通电,所以虽然KM1的辅助常开触点已闭合,但不自锁。(KM3未动作) 松开SB2接触器KM1线圈断电主轴电动机M1停转。 要先按SB1停止后,才能按下SB2点动。,(2)
18、主轴电动机的正、反转控制 虽然主电动机的额定功率较大,但只是切削时消耗的功率较大,而起动时负载很小,所以起动电流并不是很大,所以在非频繁起动的工作时,采用了全压直接起动。 如图所示为主轴电动机的正、反转及反接制动控制电路。,按下正向起动按钮SB3KM3线圈通电其主触点闭合短接限流电阻R,同时另有一个常开辅助触点KM3闭合KA线圈通电KA常开触点闭合KM3线圈保持通电电阻R继续切除,同时KA线圈也保持通电。 另一方面,当SB3尚未松开时,由于KA的另一个常开触点已闭合KM1线圈通电KM1主触点闭合KM1常开辅助触点也闭合(自锁)主电动机M1全压起动运行。,这样,松开SB3后,由于KA的两个常开触
19、点闭合,其中KA的一对常开触点闭合使KM3线圈继续通电,KA的另一对常开触点闭合使KM1线圈继续通电,所以可以形成自锁通路。 当转速达到120r/min时,速度继电器的正转常开触点KS2动作闭合,为正转反接制动准备。而反向常开触点KS1仍然断开。由于KA、KM1的常闭触点早已断开,所以不影响正常运行。,在KM3线圈通电的同时,通电延时时间继电器KT通电,其作用是避免电流表受到起动电流的冲击。正常运行后,KT动作,使电流表接入电路中,正常工作。 SB3是两对常开触点的按钮。 SB4为反向起动按钮,反向起动过程与正向起动相似,自行分析。,(3)主电动机的反接制动控制 C650车床采用反接制动,用速
20、度继电器KS进行检测和控制。 设原来主电动机M1正转运行, KM1、KM3、KT和KA处于动作状态,速度继电器的正向常开触点KS2触点闭合,而反向常开触点KS1仍然断开。 当按下停止按钮SB1时,原来通电的KM1、KM3、KT和KA立即断电,它们的所有触点都释放复位。同时,KM4复位,冷却泵电动机M2停止。KT复位,电流表短接。,而当松开SB1时,反转接触器KM2立即通电,其电流通路是:(线号)SB1常闭触点FR1常闭触点KA常闭触点KS正向常开触点KS2KM1常闭触点KM2线圈(线号)。 这样,主电动机M1就串接电阻R进行反接制动(KM3已复位),使电动机正向速度快速下降,当速度降到很低时(
21、小于100r/min),KS的正向常开触点KS2断开,而切断了上述电流通路,制动结束。,注意在按下SB1后,KM1、KM3、KA复位后,应立即松开,否则,KM2无法得电。 反向反接制动过程与正向反接制动相似,自行分析。,(4)主轴电动机负载检测及保护环节 C650车床采用电流表检测主轴电动机的定子电流。为了防止起动电流的冲击,采用时间继电器KT的延时断开的动断触点连接在电流表的两端,所以KT延时应稍长于起动时间。 而制动停车时,当按下停止按钮SB1后,KM1、KM3、KA、KT线圈相继断电释放,KT触点瞬时闭合,将电流表短接,使其免受反接制动电流的冲击。,(5)刀架快速移动控制 转动刀架手柄,
22、限位开关SQ被压动而闭合,使快速移动接触器KM5线圈得电,快速移动电动机M3起动运转。 当刀架手柄复位时,KM5复位,电动机M3立即停转。 (6)冷却泵控制 按下按钮SB6KM4接触器线圈得电并自锁其主触点闭合冷却泵电动机M2起动运转; 按下按钮SB5KM4接触器线圈失电其主触点断开冷却泵电动机M2停转。,3辅助电路(照明电路和控制电源) TC为控制变压器,其二次侧有两路,一路为110V,提供给控制电路;另一路为36V,提供给照明电路。 灯开关SA合上时,SA闭合,照明灯EL点亮;SA打开时,EL熄灭。,整机线路联锁与保护: 由KM1和KM2各自的常闭触头串接于对方工作电路以实现正反转运行互锁
23、。 由FU及FU1FU6实现短路保护。由FR1与FR2实现M1和M2的过载保护。 KM1KM4等接触器采用按钮与自锁控制方式,使M1和M2具有欠电压和零电压保护。,四. 车床电气控制电路的特点 (1)主轴的正、反转是通过电气方式来实现的,简化了机械结构。 (2)主电动机的制动采用了电气反接制动形式,并用速度继电器进行控制。 (3)控制电路由于电器元件较多,通过控制变压器TC与三相电源进行电隔离,提高了操作和维修的安全性。,(4)采用时间继电器KT对电流表A进行保护。当主电动机正向或反向起动后,KT通电,延时时间未到时,A就被KT的延时断开的动断触点短路,从而避免了受到起动电流的冲击,延时时间到
24、之后,才有电流指示。 (5)中间继电器KA起着扩展接触器KM3触点的作用。 图中KM3常开触点直接控制KA,所以KM3和KA的触点的闭合和断开情况相同。,可见,KA的常开触点用了3个,常闭触点用了1个,而KM3的辅助常开触点只有2个,所以只能增设中间继电器KA进行扩展。 因为KA没有主触点,而KM3辅助触点又不够,所以用KM3来代一个KA,就解决了在主电路中使用主触点,而控制电路中辅助触点不够的问题。,3.3 X62卧式万能铣床电气控制线路分析,在金属切削机床中,铣床数量上位于第二位。 铣床是用铣刀进行铣削的机床。由于铣床的主运动是铣刀的旋转运动,切削速度高,且又是多刃连续切削,所以它的生产效
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