《电气控制电路》PPT课件.ppt

基本电气控制电路,2.1 电气图概述 2.2 基本控制规律2.3 降压起动控制电路2.4 制动控制电路2.5 调速控制电路,2.1 电气图概述,电气控制线路是由许多电器元件按照一定的要求和规律连接而成的。将电气控制系统中各电器元件及它们之间的连接线路用一定的图形表达出来，这种图形就是电气控制系统图，一般包括电气原理图、电器布置图和电气安装接线图 3 种。,一 常用电气图的图形符号与文字符号在国家标准中，电气技术中的文字符号分为基本文字符号(单字母或双字母)和辅助文字符号。基本文字符号中的单字母符号按英文字母将各种电气设备、装置和元器件划分为 23 个大类，每个大类用一个专用单字母符号表示。如“K”表示继电器、接触器类，“F”表示保护器件类等，单字母符号应优先采用。双字母符号是由一个表示种类的单字母符号与另一字母组成，其组合应以单字母符号在前，另一字母在后的次序列出。,二 电气原理图 电气原理图用图形和文字符号表示电路中各个电器元件的连接关系和电气工作原理，它并不反映电器元件的实际大小和安装位置。如右图所示。,CW6132 型普通车床的电气原理图,二 电气原理图,1.电气原理图一般分为主电路、控制电路和辅助电路 3 个部分。2.电气原理图中所有电器元件的图形和文字符号必须符合国家规定的统一标准。3.在电气原理图中，所有电器的可动部分均按原始状态画出。4.动力电路的电源线应水平画出；主电路应垂直于电源线画出；控制电路和辅助电路应垂直于两条或几条水平电源线之间；耗能元件（如线圈、电磁阀、照明灯和信号灯等）应接在下面一条电源线一侧，而各种控制触点应接在另一条电源线上。5.应尽量减少线条数量，避免线条交叉。,电气控制线路的绘制及国家标准,电气原理图中的所有电气元器件不画出实际外形图，而采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。同一电器的各个部件可根据需要画在不同的地方，但必须用相同的文字符号标注。电气原理图中所有元器件的可动部分通常表示在电器非激励或不工作的状态和位置，其中常见的元器件状态有：(1)继电器和接触器的线圈处在非激励状态。(2)断路器和隔离开关在断开位置。(3)零位操作的手动控制开关在零位状态。(4)机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态。(5)保护类元器件处在设备正常工作状态。,2.元器件绘制和器件状态,6.在电气原理图上应标出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数；对某些元器件还应标注其特性（如电阻、电容的数值等）；不常用的电器（如位置传感器、手动开关等）还要标注其操作方式和功能等。7.为方便阅图，在电气原理图中可将图幅分成若干个图区，图区行的代号用英文字母表示，一般可省略，列的代号用阿拉伯数字表示，其图区编号写在图的下面，并在图的顶部标明各图区电路的作用。8.在继电器、接触器线圈下方均列有触点表以说明线圈和触点的从属关系，即“符号位置索引”。也就是在相应线圈的下方，给出触点的图形符号（有时也可省去），对未使用的触点用“”表明（或不作表明）。,接触器各栏表示的含义如下：,继电器各栏表示的含义如下：,三、电气安装接线图,电气安装接线图反映的是电气设备各控制单元内部元件之间的接线关系。,四 电器元件布置图,电器元件布置图反映各电器元件的实际安装位置，在图中电器元件用实线框表示，而不必按其外形形状画出；在图中往往还留有 10%以上的备用面积及导线管（槽）的位置，以供走线和改进设计时用；在图中还需要标注出必要的尺寸。如下图所示。,CW6132 型普通车床的电器布置图,2.2 基本控制规律,2.2.1 自锁控制电路2.2.2 互锁控制电路2.2.3 行程控制电路2.2.4 多地控制电路2.2.5 顺序控制电路,2.2.1 自锁控制电路,一.点动控制电路 点动控制电路是用按钮和接触器控制电动机的最简单的控制线路，其原理图如下图所示，分为主电路和控制电路两部分。,电路工作原理如下：首先合上电源开关 QS。,这种当按钮按下时电动机就运转，按钮松开后电动机就停止的控制方式，称为点动控制。,起动：,停止：,2.2.1 自锁控制电路,二.自锁控制电路 接触器自锁控制电路的动画演示如右图所示，在点动控制电路的基础上它又在控制回路增加了一个停止按钮 SB1，还在起动按钮 SB2 的两端并接了接触器的一对辅助动合触点 KM。,起动：,停止：,三.点动和自锁混合控制电路 右图所示的电路既能进行点动控制，又能进行自锁控制的动画演示，所以称为点动和自锁混合控制电路。当 SA 闭合时为自锁控制，当 SA 断开时为点动控制。,四.电路保护环节（1）短路保护（2）过载保护（3）欠压和失压保护,2.2.2 互锁控制电路,互锁的实现：将接至电动机的三相电源线中的任意两相对调，就可以实现电动机的反转。,一.接触器互锁的正反转控制电路 右图为两个接触器的电动机正反转控制电路。图中，若同时按下 SB2 和 SB3，则接触器 KM1 和 KM2 线圈同时得电并自锁，它们的主触点都闭合，这时会造成电动机三相电源的相间短路事故，所以该电路不能使用。,为了避免两接触器同时得电而造成电源相间短路，在控制电路中，分别将两个接触器 KM1、KM2 的辅助动断触点串接在对方的线圈回路里，如右图所示。这种利用两个接触器（或继电器）的动断触点互相制约的控制方法叫做 互锁（也称联锁），而这两对起互锁作用的触点称为互锁触点。,一.接触器互锁的正反转控制电路,2.2.2 互锁控制电路,接触器互锁的电动机正反转控制的工作原理如下：,首先合上电源开关 QS。,正转起动：,停止：,反转起动：,一.接触器互锁的正反转控制电路,二.按钮、接触器双重互锁的正反转控制电路 下图所示的按钮、接触器双重互锁的正反转控制电路。所谓按钮互锁，就是将复合按钮动合触点作为起动按 钮，而将其动断触点作为互锁触点串接在另一个接触器线圈支路中。这样，要使电动机改变转向，只要直接按反转按钮就可以了，而不必先按停止按钮，简化了操作。,2.2.2 互锁控制电路,按钮、接触器双重互锁的正反转控制电路,2.2.3 行程控制电路,工作台自动往返运动的示意图,自动往返动画演示,2.2.4 多地控制电路,能在两地或多地控制同一台电动机的控制方式叫做电动机的多地控制。,右图所示为两地控制的电路。所谓两地控制是在两个地点各设一套电动机起动和停止用的控制按钮，图中 SB3、SB2 为甲地控制的起动和停止按钮，SB4、SB1 为乙地控制的起动和停止按钮。电路的特点是：两地的起动按钮 SB3、SB4（动合触点）要并联接在一起，停止按钮 SB1、SB2（动断触点）要串联接在一起。这样就可以分别在甲、乙两地起、停同一台电动机，达到操作方便之目的。,2.2.5 顺序控制电路,常用的顺序控制电路有两种，一种是主电路的顺序控制，一种是控制电路的顺序控制。,一.主电路的顺序控制 主电路顺序起动控制电路如图所示。,只有当 KM1 闭合，电动机 M1 起动运转后，KM2 才能使 M2 得电起动，满足电动机 M1、M2 顺序起动的要求。,二.控制电路的顺序控制 下图所示为用控制电路来实现电动机顺序控制的电路。,图中利用接触器 KM1 的动合触点实现顺序控制。,图2.9 3条皮带运输机顺序起动、逆序停止控制线路,异步电动机的基本电气控制线路,一、起动控制电路,1.笼型异步电动机直接起动控制线路 对容量较小，并且工作要求简单的电动机，如小型台钻、砂轮机、冷却泵的电动机，可用手动开关在动力电路中接通电源直接起动。如图2.10所示的控制电路。一般中小型机床的主电动机采用接触器直接起动，如图2.11所示控制电路。接触器直接起动电路分为两部分，主电路由接触器的主触点接通与断开，控制电路由按钮和辅助常开触点控制接触器线圈的通断电，实现对主电路的通断控制。,图2.11 用接触器直接起动控制线路图,图2.10 用开关直接起动线路图,2.3 降压起动控制电路,2.3.1 定子串电阻降压起动控制电路 2.3.2 自耦变压器降压起动控制电路 2.3.3 Y-降压起动控制电路 2.3.4 绕线式异步电动机转子串电阻降压起动控制电路,电动机直接起动时，定子起动电流 约为额定电流的 4 7 倍。过大的起动电流将将影响接在同一电网上的其他用电设备的正常工作，甚至使它们停转或无法起动。因此往往采用降压起动。鼠笼式异步电动机常用的降压起动方法主要有：定子串电阻（或电抗）降压起动、自耦变压器降压起动、Y-降压起动等。,2.3.1 定子串电阻降压起动控制电路,电路工作原理如下：首先合上电源开关 QS。,2.3.1 定子串电阻降压起动控制电路,这种起动方法是：起动时在电动机的定子绕组中串接电阻，通过电阻的分压作用，使电动机定子绕组上的电压减小；待起动完毕后，将电阻切除，使电动机在额定电压（全压）下正常运转。其控制电路如右图所示。,2.3.1 定子串电阻降压起动控制电路,电路工作原理如下：首先合上电源开关 QS。,2.3.2 自耦变压器降压起动控制电路,自耦变压器降压起动是指电动机起动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的起动电压。待起动一定时间，转速升高到预定值后，将自耦变压器切除，电动机定子绕组直接接上电源电压，进入全压运行。其控制电路如下：,2.3.3.2 自耦变压器降压起动控制电路,电路工作原理如下：首先合上电源开关 QS。,2.3.3 Y-降压起动控制电路,Y-降压起动是指电动机起动时，把定子绕组接成星形，以降低起动电压，限制起动电流，待电动机起动后，再把定子绕组改接为三角形，使其全压运行。右图为按照时间控制的Y-降压起动控制电路演示。,2.3.3 Y-降压起动控制电路,电路工作原理如下：首先合上电源开关 QS。,4、延边三角形减压起动的控制电路 这一电路的设计思想是兼取星形联结与三角形联结的优点以期完成更为理想的起动过程。其转换过程仍按照时间原则来控制。,图 延边三角形一 三角形电动机绕组联结,星一三角形起动有很多优点，但不足的是起动转矩太小，设想如果能兼取星形接法起动电流小，而三角形接法起动转矩大的优点，可在起动时将电动机定子绕组的一部分接成星形(如图a中17、24、39)，而另一部分接成三角形(如上图中47、58、69所示)。在起动结束以后，再换接成三角形接法(如图2b所示)。这就是所谓延边三角形起动方式。,欲起动电动机，合上开关S，按下起动按钮SB2，接触器KM、KM丫与时间继电器KT同时得电，绕组接点4与8、5与9、6与7通过KM丫主触点接通，并通过KM的主触点将绕组接点l、2、3分别接至三相电源，这时电动机被接成延边三角形减压起动。到达KT延时值，接触器线圈KM丫失电，KM得电，主电路通过KM丫与KM的主触点将绕组接点1与6、2与4、3与5相连而接成三角形并接至三相电源。,延边三角形起动的优点与星一 三角形接法相比，兼顾了二者优点，与自耦变压器接法相比，结构简单，因而这种减压起动的方式得到越来越广泛的应用。综合以上几种起动电路，可见一般均采用时间继电器，按照时间原则切换电压实现减压起动。由于这种电路工作可靠；受外界因素如负载、飞轮转动惯量以及电网电压变化时的影响较小；电路及时间继电器的结构都比较简单，因而在电动机起动控制电路中多采用时间控制其起动过程。此外，对于绕线式异步电动机可以在转子中串电阻起动；或在转子中串频敏电阻起动。,2.3.4 绕线式异步电动机转子串电阻降压起动控制电路,绕线式三相异步电动机降压起动方法：转子电路串入起动电阻或频敏变阻器。起动过程的控制原则有电流控制原则和时间控制原则两种。,1.电流控制原则 下图为电流控制原则的转子串三级电阻起动控制电路，转子电阻采用平衡短接法。三个过电流继电器 KA1、KA2、KA3 根据电动机转子电流的变化，控制接触器 KM1、KM2、KM3 依次得电动作，来逐级切除外加电阻 R1、R2、R3。,2.3.4 绕线式异步电动机转子串电阻降压起动控制电路,电路工作原理如下：首先合上电源开关 QS。,由于电动机刚起动时转子电流很大，三个电流继电器 KA1、KA2、KA3 都吸合，它们的动断触点全部断开，转子绕组串全电阻起动。随着电动机转速的升高，转子电流逐渐减小，逐次使 KA1、KA2、KA3释放，并逐次将电阻切除，直到全部电阻被切除，电动机起动完毕，进入正常运行状态。,2.3.4 绕线式异步电动机转子串电阻降压起动控制电路,2.时间控制原则 右图为按时间原则控制的转子串电阻起动电路。图中 KM 为电源接触器，KM1KM3 用来短接转子电阻，时间继电器 KT1KT3 控制起动过程。,2.4 制动控制电路,2.4.1 机械制动控制电路 2.4.2 反接制动控制电路 2.4.3 能耗制动控制电路,所谓制动，就是给正在运行的电动机加上一个与原转动方向相反的制动转矩迫使电动机迅速停转。电动机常用的制动方法有机械制动和电气制动两大类。,2.4.1 机械制动控制电路,利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的方法称为机械制动。机械制动分为通电制动型和断电制动型两种。,断电制动型电磁抱闸的结构示意图 如下：,电磁抱闸制动装置由电磁操作机构和弹簧力机械抱闸机构组成，下图所示为应用断电制动型电磁抱闸的控制电路。,2.4.1 机械制动控制电路,工作原理：上电源开关 QS，按下起动按钮 SB2 后，接触器 KM 线圈得电自锁，主触点闭合，电磁铁线圈 YB 通电，衔铁吸合，使制动器的闸瓦和闸轮分开，电动机 M 起动运转。停车时，按下停止按钮 SB1 后，接触器 KM 线圈断电，自锁触点和主触点分断，使电动机和电磁铁线圈 YB 同时断电，衔铁与铁心分开，在弹簧拉力的作用下闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机迅速停转。,2.4.2 反接制动控制电路,用于快速停车的电 气 制动方法有反接制动和能耗制动等。反接制动依靠改变电动机定子绕组中三相电源的相序，使电动机旋转磁场反转，从而产生一个与转子惯性转动方向相反的电磁转矩，使电动机转速迅速下降，电动机制动到接近零转速时，再将反接电源切除。通常采用速度继电器检测速度的过零点。右图所示为单向运行的反接制动控制电路的演示：,2.4.3 能耗制动控制电路,能耗制动是在切除三相交流电源之后，定子绕组通人直流电流，在定子、转子之间的气隙中产生静止磁场，惯性转动的转子导体切割该磁场，形成感应电流，产生与惯性转动方向相反的电磁力矩而使电动机迅速停转，并在制动结束后将直流电源切除。,1.能耗制动控制原理 下面以手动控制的能耗制动控制电路进行说明，按下SB2，KM1线圈得电并自锁，电动机起动；当进行能耗制动时，手一直按住SB1，KM2线圈得电，将直流电源接入电动机进行能耗制动，延时两秒左右，松开SB1，能耗制动结束。,2.4.3 能耗制动控制电路,能耗制动控制电路动画演示,2.4.3 能耗制动控制电路,2.可逆运行按时间原则控制的能耗制动,按时间原则控制的能耗制动电路如图所示：,工作原理:首先合上电源开关 QS。,2.4.3 能耗制动控制电路,2.按时间原则控制的能耗制动,3.按速度原则控制的单向能耗制动控制线路,4.单管能耗制动控制线路,2.3.5 调速控制电路,2.5.1 变级调速原理 2.5.2 变级调速控制电路,由上式可知，要改变异步电动机的转速，可采用改变电源频率 f 1、改变磁极对数 p 以及改变转差率 s 等 3 种基本方法。,三相交流异步电动机的转速公式：,2.5.1 变级调速原理,改变异步电动机定子绕组的连接方式，可以改变磁极对数，从而得到不同的转速。常见的交流变极调速电动机有双速电动机和多速电动机。双速电动机定子绕组常见的接法有 Y/YY 和/YY 两种。右图所示为 4/2 极/YY 的双速电动机定子绕组接线图。在制造时每相绕组就分为两个相同的绕组，中间抽头依次为 U2、V2、W2，这两个绕组可以串联或并联。,(a)低速形接法,(b)高速 YY 形接法,根据变极调速原理“定子一半绕组中电流方向变化，磁极对数成倍变化”，上图(a)将绕组的 U1、V1、W1 三个端子接三相电源，将 U2、V2、W2 三个端子悬空，三相定子绕组接成三角形（）。这时每相的两个绕组串联，电动机以 4 极运行，为低速。上图(b)将 U2、V2、W2 三个端子接三相电源，U1、V1、W1 连成星点，三相定子绕组连接成双星（YY）形。这时每相两个绕组并联，电动机以 2 极运行，为高速。根据变极调速理论，为保证变极前后电动机转动方向不变，要求变极的同时改变电源相序。,2.5.1 变级调速原理,2.5.2 变级调速控制电路,4/2 极的双速交流异步电动机控制电路如下图所示。,图中，SB2 为低速起动按钮，SB3为高速起动按钮，SB1为停止按钮。由低速变为高速时采用时间继电器进行控制。电动机低速运转时，M 的绕组连接成形；电动机高速运转时，M 的绕组连接成 YY 形。,2.5.2 变级调速控制电路,4/2 极的双速交流异步电动机控制电路如下图所示。,2.5.2 变级调速控制电路,4/2 极的双速交流异步电动机控制电路如下图所示。,2.6电气控制电路的一般设计方法,电器控制系统的设计，一般包括确定拖动方案、选择电动机容量和设计电器控制电路。电器控制电路的设计方法通常有两种：一般设计法，又叫经验设计法。它是根据生产工艺要求，利用各种典型的电路环节，直接设计控制电路。这种设计方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉大量的控制电路、掌握多种典型电路的设计资料、同时具有丰富的设计经验。,逻辑设计法 它是根据生产工艺的要求，利用逻辑代数来分析、设计电路的。用这种方法设计的电路比较合理，特别适合完成较复杂的生产工艺所要求的控制电路。但是相对而言逻辑设计法难度较大，不易掌握。,用一般方法设计控制电路时，应注意以下几个原则。1应最大限度地实现生产机械和工艺对电器控制电路的要求 2在满足生产要求的前提下，控制电路应力求简单、经济 3保证控制电路工作的可靠和安全 4应尽量使操作和维修方便,图2-11 电器连线图a)不合理 b)合理,图2-13 正确联结电器的触点,图2-14 线圈不能串联联结,图2-15 寄生电路,图2-16 短路保护 a)熔断器保护 b)自动空气断路保护,图2-17 过载保护电路 a)两相保护 b)三相保护,图2-18 过电流保护,图 2-19失电压保护,在龙门刨床(或立车)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，横梁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顶上，通过蜗轮传动，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。如图2-20所示。,图2-20横梁夹紧放松示意图,综上所述，横梁机构对电器控制系统提出如下要求：1）保证横梁能上下移动，夹紧机构能实现横梁的夹紧或放松。2）横梁夹紧与横梁移动之间必须有一定的操作程序：按向上向下移动按钮后，首先使夹紧机构自动放松；横梁放松后，自动转换到向上或向下移动；移动到需要位置后，松开按钮，横梁自动夹紧；夹紧后电动机自动停止运动。3）具有上下行程的限位保护。4）横梁夹紧与横梁移动之间及正反向运动之间具有必要的联锁。,在了解清楚生产要求之后则可进行控制电路的设计：（1）设计主电路 横梁移动和横梁夹紧需用两台异步电动机拖动。为了保证实现上下移动和夹紧放松的要求，电动机必须能实现正反转，因此采用KM1、KM2和KM4、KM34个接触器分别控制移动电动机M1和夹紧电动机M2的正反转，如图2-21a所示。（2）设计基本控制电路 四个接触器具有四个控制线圈，由于只能用两只点动按钮去控制移动和夹紧的二个运动，所以需要通过两个中间继电器K1和K2进行控制。根据生产对控制系统所要求的操作程序可以设计出图2-21b所示的草图，但它还不能实现在横梁放松后才能自动向上或向下，也不能在横梁夹紧后使夹紧电动机自动停止，这需要恰当地选择控制过程中的变化参量实现上述自动控制要求。,图2-21 横梁控制电路图 a)主电路 b)控制电路,（3）选择控制参量、确定控制原则 反映横梁放松的参量，可以有行程参量和时间参量。由于行程参量更加直接反映放松程度，所以采用ST1行程开关进行控制(见图2-22)。当压块压合ST1其常闭触点断开横梁已经放松，接触器线圈KM4失电；同时ST1常开触点接通向上或向下接触器KM1或KM2。,图2-22 完整的控制电路,反映夹紧程度的参量可以有行程、时间和反映夹紧力的电流。如采用行程参量，当夹紧机构磨损后，测量就不精确，如用时间参量，更不易调整准确，因此这里选用电流参量进行控制最为适宜。图2-22中，在夹紧电动机夹紧方向的主电路中串联接入一个电流继电器K3，其动作电流可整定在两倍额定电流左右。K3的常闭触点应该串接在KM3接触器电路中。由于横梁移动停止后，夹紧电动机立即起动，在起动电流作用下，K3将动作，使KM3又失电，故采用ST1常开触点短接K3触点。KM3接通动作后，则依靠其辅助触点自锁。一直到夹紧力增大到K3动作后，KM3才失电，自动停止夹紧电动机的工作。,(4)设计联锁保护环节 设计联锁保护环节，主要是将反映相互关联运动的电器触点串联或并联接入被联锁运动的相应电器电路中。这里采用K1和K2的常闭触点实现横梁移动电动机和夹紧电动机正反向工作的联锁保护。横梁上下需要有限位保护，采用行程开关ST2和ST3分别实现向上和向下限位保护。ST1除了反映放松信号外，它还起到了横梁移动和横梁夹紧间的联锁控制。(5)电路的完善和校核 控制电路初步设计完毕后，可能还有不合理的地方，应仔细校核。例如进一步简化以节省触点数，节省电器间联结线等等。特别应该对照生产要求再次分析所设计电路是否逐条予以实现，电路在误操作时是否会产生事故。完整的横梁移动和夹紧控制电路如图2-22所示。一般的电器控制电路均可按上述方法进行设计。,2.7 电器控制电路的逻辑设计方法,继电器接触器组成的控制电路，分析其工作状况常以线圈通电或断电来判定。构成线圈通断条件是供电电源及与线圈相联结的那些动合、动断触点所处的状态。若认为供电电源E不变，则触点的通断是决定因素。电器触点只存在接通或断开两种状态分别用“1”、“0表示。对于继电器、接触器、电磁铁、电磁阀、电磁离合器等元件，线圈通电状态规定为“1”状态，失电则规定为“0”状态。有时也以线圈通电或失电作为该元件是处于“1”状态或是“O”状态。继电器、接触器的触点闭合状态规定为“1”状态；触点断开状态规定为“0”状态。控制按钮、开关触点闭合状态规定为“1”状态；触点断开状态规定为“0”状态。,作以上规定后，继电器、接触器的触点与线圈在原理图上采用同一字符命名。为了清楚地反映元件状态，元件线圈、动合触点的状态用同一字符来表示，而动断触点的状态以表示(K上面的一杠，表示“非”，读K非)，若元件为“1”状态，则表示线圈“通电”，继电器吸合，其动合触点“接通”，动断触点“断开”。“通电”、“接通”都是“1”状态，而断开则为“0”状态。若元件为“0”状态，则与上述相反。以“0”、“1”表征两个对立的物理状态，反映了自然界存在的一种客观规律逻辑代数。它与数学中数值的四则运算相似，逻辑代数(也称开关代数或布尔代数)中存在着逻辑与(逻辑乘)、逻辑或(逻辑加)、逻辑非的三种基本运算，并由此而演变出一些运算规律。运用逻辑代数可以将继电器接触器系统设计得更为合理，设计出的电路能充分地发挥元件作用，使所应用的元件数量最少，但这种设计一般难度较大。在设计复杂的控制电路时，逻辑设计有明显的优点。,2.5.1 逻辑运算 用逻辑函数来表达控制元件的状态，实质是以触点的状态(以斜体的同一字符表示)作为逻辑变量，通过逻辑与、逻辑或、逻辑非的基本运算，得出的运算结果就表明了继电接触器控制电路的结构。逻辑函数的电路实现是十分方便的。2.5.1.1 逻辑与触点串联 图223所示的串联电路就实现了逻辑与的运算，逻辑与运算用符号“”表示(也可省略)。接触器的状态就是其线圈K的状态(以斜体的同一字符表示)，当电路接通，线圈K通电，则K=1；如电路断开，线圈K失电，则K=0。图2-23的电路就可用逻辑关系式表示为K=AB 若将输入逻辑变量A、B与输出逻辑变量K列成表格形式，则称此表为真值表。表2-9即为逻辑与的真值表。由真值表可总结逻辑与的运算规律：虽然“O”、“1”不是数值的量度，但其运算法则在形式上与普通数学的乘法运算相同。,图2-23“与”电路,表2-9 逻辑与的真值表,2.5.1.2 逻辑或触点并联 图2-24所示的并联电路就实现逻辑或运算，逻辑或运算用符号“+”表示。要表示接触器的状态就要确定线圈K的状态。按照图2-24的接线，可列出逻辑或的逻辑关系式表2-10 逻辑或真值表K=A+B 也可按图示接线列出逻辑或状态的真值表。见表2-10所示。按其真值表显示逻辑或的运算规律为O+O=0 O+1=1 1+O=1 l+1=1 它与数学的加法大部分相似，只是1+12。因为逻辑函数只存在“0”“1”两种状态。上面关系也可总结为“见1出1，全0为0”。,图2-24 或逻辑电路,表2-10 逻辑或真值表,2513逻辑非 图2-25表示元件状态A对接触器状态K的控制关系是逻辑非的关系。其逻辑关系表达式为 当开关SA合上，A=1，其常闭触点的状态为“O”则K=0，线圈不通电，为“O”状态；当SA打开，A=O，=1，则K=1，线圈通电，接触器吸合，为“1”状态。其真值表如表2-11所示。有时也称A对K是“非控制”。以上与、或、非逻辑运算其逻辑变量未超过二个，但对多个逻辑变量也同样适用。,图2-25 逻辑非电路,表2-11 逻辑非真值表,K=,下面介绍有关逻辑代数定理 1交换律ABBA A+B=B+A 2结合律A(BC)=(AB)C A+(B+C)=(A+B)+C 3分配律A(B+C)=AB+AC A+BC=(A+B)(A+C)4吸收律A+AB=A A(A+B)=AA+B=A+B+AB=+B 5重迭律AA=A A+A=A 6非非律=A 7反演律(摩根定理)以上基本定律都可用真值表或继电器电路证明，读者可自行证明。,2.5.2 逻辑函数的化简 逻辑函数化简可以使继电接触器电路简化，因此有重要的实际意义。这里介绍公式法化简，关键在于熟练掌握基本定律，可采用提出因子、并项、扩项、消去多余因子、多余项等方法综合运用，进行化简。化简时经常用到常量与变量关系：A+0A A1AA+11 A00A+=l A0 下面举几个例子说明如何化简。例1 例2 例3,采用逻辑代数式的化简，就是对继电接触器电路的化简，但是在实际组成电路时，有些具体因素必须考虑。1触点容量的限制 特别要检查担负关断任务的触点容量。触点的额定电流比触点电流分断能力约大十倍，所以在化简后要注意触点是否有此分断能力。2在有多余触点，并且多用些接点能使电路的逻辑功能更加明确的情况下，不必强求化简来节省触点。,2.5.3 继电器开关的逻辑函数 继电器电路是开关电路，符合逻辑规律。它以执行元件作为逻辑函数的输出变量，而以检测信号、中间单元及输出逻辑变量的反馈触点作为逻辑变量，按一定规律列出逻辑函数表达式。下面通过两个简单电路说明列逻辑函数表达式的规律。图2-26a、b为两个简单的起、保、停电路。组成电路的触点按原规定，动断触点以逻辑非表示。电路中SB1为起动信号(开启)，SB2为停止信号(关断)，K的动合触点状态K为保持信号。对图2-26a可列出逻辑函数为,其一般形式为,图2-26 起、保、停电路,式中 X开 开启信号 X关 关断信号 K 自保信号 fk继电器K的逻辑函数。,对图2-26b可列出逻辑函数为它的一般形式为（2-2）式(2-1)、式(2-2)所示的逻辑函数都有相同的特点，就是它具有三个逻辑变量X开、X关和K，其中：X开 继电器K的开启信号，应选取在继电器开启边界线上发生状态转变的逻辑变量。若这个逻辑变量是由“O”转换到“1”，就取其原变量形式；若是由“l”转换到“O”，则取其反变量形式。X关 继电器K的关断信号，应选取在继电器关闭边界线上发生状态转变的逻辑变量。若这个逻辑变量是由“1”转换到“O”，就取其原变量形式；若是由“O”转换到“1”，则取其反变量形式。,K 继电器K本身的动合触点，属于继电器的内部反馈逻辑变量，起自保作用，以维持K得电后的吸合状态。这两个电路都是起、保、停电路，其逻辑功能相仿，但从逻辑函数表达式来看，式(2-1)中X开=1，则fk=1。在这种状态下不起控制作用，称此电路为开启从优形式。式(2-2)X关=0，则fk=0。X开在这种状态下不起控制作用，称此电路为关断从优形式。实际的起、保、停电路往往都有许多联锁条件，例如铣床的自动循环工作必须在主轴旋转条件下进行；而龙门刨返回行程油压不足也不能停车，必须到原位停车。因此，对开启信号及关断信号都增加了约束条件，这时只要将式(2-1)、式(2-2)扩展一下，就能全面的表示输出逻辑函数。,对于开启信号来讲，当开启的转换主令信号不只一个，还需具备其他条件才能开启，则开启信号用X开主表示，其他条件称开启约束信号，用 X开约 表示。显然，条件都具备才能开启，说明 X开主 与X开约 是“与”的逻辑关系，用它去代替式(2-1)、(2-2)中X开。当关断信号不止一个，要求其他几个条件都具备才能关断时，则关断信号用X关主表示，其他条件称为关断的约束信号，以X关约表示。“0”状态是关断状态，显然X关主与X关约全为“0”时，则关断信号应为“O”；X关主为“O”而X关约=1时，则不具备关断条件，所以二者是“或”关系。以X关主+X关约代替式(2-1)、(2-2)中，则可得起、保、停电路的一般形式，式(2-1)扩展成式(2-3)；式(2-2)扩展成式(2-4)。,设计一动力头主轴电动机的起、保、停电路，要求滑台停在原位时，允许动力头主轴电动机起动，进给到需要位置时，才允许停止主轴电动机。若滑台在原位，压行程开关SA1。表示进给到需要位置时，压行程开关SA2。起动按钮为 SB1，停止按钮为SB2，则可用式(2-3)或式(2-4)设计继电器电路。其中：X开主=SB1 X开约=SAl X关主=X关约=按式(2-3)按式(2-4)上述二式对应的电路图如图2-27a、b所示。,继电接触器控制电路采用逻辑设计方法，可以使电路简单、充分运用电器元件、得到较合理的电路。对复杂电路的设计，特别是生产自动线、组合机床等的控制电路的设计，采用逻辑设计法比经验设计法更为方便、合理。逻辑设计法一般按以下步骤进行：步骤1 充分研究加工工艺过程，作出工作循环图或工作示意图。步骤2 按工作循环图作执行元件节拍表及检测元件状态表转换表。步骤3 根据转换表，确定中间记忆元件的开关边界线，设置中间记忆元件。步骤4 列写中间记忆元件逻辑函数式及执行元件逻辑函数式。步骤5 根据逻辑函数式建立电路结构图。步骤6 进一步完善电路，增加必要的联锁、保护等辅助环节，检查电路是否符合原控制要求，有无寄生回路，是否存在竞争现象等。,完成以上6步，则可得一张完整的继电器控制原理图。若需实际制作，还需要对原理图上所有元件选择具体型号。热继电器、过流继电器、时间继电器等需要按电力拖动的要求和具体的工艺循环去整定其动作值。将原理图编上线号，最后画出装配图，完成设计任务。逻辑设计法一般仅完成前面6个步骤内容，以下举出两个具体例子说明如何进行逻辑设计。,图2-27 动力头控制电路,例2-l 龙门刨床横梁升降自动控制电路设计(不考虑回升)龙门刨横梁移动是操作工人根据需要按上升或下降按钮SBH或SBL。首先横梁夹紧电动机M向放松方向运行，完全放松后碰SA开关，横梁转入上升或下降，即控制升降电动机的接触器KM-U或KM-D工作。到达需要位置时，松开SBH或SBL，横梁停止移动，自动夹紧(即夹紧电动机M向夹紧方向运行)，SA复位。当夹紧力达一定程度时，过电流继电器动作，夹紧电动机停止工作。按上述工艺过程可列出工艺循环图，以后按步骤设计。1）工作循环图如图2-28所示。,图2-28 工作循环图,2）根据工作循环图列出状态表 状态表是按顺序把各程序输入信号(检测元件)的状态，中间元件状态和输出的执行元件状态用“O”、“1”表示出来，列成表格形式。它实际是由输入元件状态表，中间元件状态表，执行元件状态表综合在一起所组成的。元件处于原始状态为“0”状态，受激状态(开关受压动作，电器吸合)为“1”状态。将各程序元件状态一一填入，若一个程序之内状态有一到二次变化，则用 表示。为了清楚起见，将使程序转换的那些转换主令信号单列一行，同时也在转换主令信号转换的程序分界线上以粗黑线表示。,根据上面规定列表2-12如下。,表2-12 龙门刨横梁升降状态表,表中原位时所有元件都不受激，当按SBHSBL(“”表示“或”)后直到横梁升降停止前都保持其受激状态(受压)。进入第一程序，KM-A吸合，夹紧电动机向放松方向运行。SA受激，转入第二程序，视SBH还是SBL受激，以决定横梁是上升还是下降。松开SBHSBL，升降停止，转入第三程序，KM-B吸合，夹紧电动机M向夹紧方向运动。此程序内，起动开始，起动电流使KS动作。完成起动后，KS又释放，所以状态KS为，状态SA也因电动机向夹紧方向运行而由受激转为常态，也为。当横梁夹紧后，KS动作，状态为“1”，转入第四程序，使全部元件处于常态，恢复初始状态。,4设置中间记忆元件中间继电器，使待相区分组增加特征数，成为相区分组 状态表中第三程序中有特征数000，第四程序也有特征数000，所以要增加中间单元K。若第三程序K=1，第四程序K=0，则可区分，待相区分组转化为相区分组。其实KM-B本身就具有记忆功能，可以用KM-B代替需要增加的中间单元K，省去另设一中间单元。也就是采用自锁功能，使第三程序由特征数110、010决定，则第三第四程序就属于可区分组了，因而第三程序本身是一定需要自锁的。5列中间单元及输出元件的逻辑函数式 上一节已经得出两种输出元件的一般逻辑函数表达式和,由状态表直接看出，输出元件在某程序开启通电，开启对应的上面横线称开启边界线；输出单元在某程序关断，关断所对应的下横线称关断线。开关边界线以内是该元件受激状态，状态表中填入“1”，开关边界线以外都是“0”状态。由逻辑变量的“与”“或”关系组成的逻辑输出函数就是要保证在开关边界线内取“1”，边界线外取“0”，这是选择逻辑变量组成逻辑函数的依据。开启边界线转换主令信号是X开主。若转换主令信号由常态变为受激，则X开主取其动合触点；若转换主令信号由受激变为常态，则X开主取其动断触点。关闭边界线转换主令信号是X关主。若转换主令信号由常态变为受激，则X关主取其动断触点；若转换主令信号由受激变为常态，则X关主取其动合触点。,X开约、X关约反映了电路的联锁以及可能产生的误动作的防止。X开约原则上应是取开启线近旁的“1”状态，开关边界线外尽量为“O”状态的逻辑变量。X关约应取在关断边界线近旁为“0”状态，在开关边界线外为“1”状态的逻辑变量。是否要加自锁环节应视X开主X开约为“1”状态的范围而定，若在开关边界线内X开主X开约不能保持“1”状态，则要加自锁环节。若在开关边界线内始终为“1”，则不需要自锁环节。根据以上原则，可以对4个输出元件(KM-U、KM-D、KM-B、KM-A)列出逻辑函数式。程序1 放松程序KM-A=(SBH+SBL)若SBH或SBL作为X开主，其状态由常态到受激，所以取其动合触点。其关断边界线上为SA受激，所以取其动断触点的状态作为X关主。,程序2 升降程序 横梁上升其转换主令信号为SA，处于受激状态，所以X开主取SA动合触点的状态，为了防止升、降按钮同时按压的误操作，将 的动断触点的状态作为X开约。在开关边界线内X开主X开约=SA=1，所以不需要自锁环节。KM-D的逻辑函数式原理上与此相同，只是选择SBL为下降按钮。横梁上升其转换主令信号为SA，处于受激状态，所以取SA动合触点的状态，为了防止升、降按钮同时按压的误操作，将SBL的动断触点的状态作为。在开关边界线内=SA=1，所以不需要自锁环节。KM-D的逻辑函数式原理上与此相同，只是选择SBL为下降按钮。,程序3 夹紧程序若横梁上升时转换主令信号为SBH，它由受激转为常态；若横梁下降时，转换主令信号是SBL，也是由受激转为