正文 第四章 電氣控製線路的設計(3 / 3)

6.控製線路中應避免出現寄生電路

在電氣控製線路工作過程中意外接通的電路稱為寄生電路。具有指示燈顯示和過載保護的電動機正反轉控製電路,在正常工作時能夠完成正反向啟動、停止和運行狀態指示;如果電動機在正轉運行時發生過載,熱繼電器FR動斷觸頭斷開,所以KM1可能繼續保持吸合而不釋放,熱繼電器起不到過載保護作用。

7.應設置必要的保護環節

電氣控製線路應具有完善的保護環節,以確保係統安全運行。常用的保護環節包括過載、短路、過流、過壓、零(欠)壓、欠流、斷相及限位保護等,必要時還應設有工作狀態指示和事故報警信號,提供儀表檢測及照明裝置。保護環節應工作可靠、滿足負載需要,做到正常運行時不發生誤動作;事故發生時能夠準確動作,及時切斷故障電路。

8.保證操作、安裝、調整、維修方便和安全

為避免帶電維修,每台設備均應裝有隔離開關。根據需要可設置手動控製及點動控製,以便於調整設備。必要時可設置多點控製開關,使操作者可在幾個位置均能控製設備。

(四)電氣控製線路設計實例

某箱體需加工兩側平麵。加工的方法是將箱體夾緊在滑台上,兩側平麵用左右動力頭銑削加工。加工前滑台應快速移動到加工位置,然後改為慢速進給。快進速度為慢進速度的20倍,滑台速度的改變是由齒輪變速機構和電磁鐵來實現的。即電磁鐵吸合時為快進,放鬆時為慢進。

本專用機床共有三台異步電動機。其中兩台為左右動力頭電動機,功率均為4.5kW,隻需單方向運轉;另一台為滑台電動機,功率均為1.1kW,需要正反轉。滑台從快速移動到慢速進給應自動變換,切削完畢後要自動停車,由人工操作滑台快速退回。

1.主回路設計

滑台電動機的正反轉通過KM1和KM2接觸器改變電源相序來實現。由於左右動力銑頭的工作情況是完全一樣的,故使用一個接觸器KM3來控製,隻是在接線時注意轉動方向。

2.控製電路的設計

(1)滑台電動機的正反轉控製滑台電動機應能正反轉,分別由按鈕控製啟動和停止。滑台電動機啟動正轉後,動力頭電動機即可啟動;而滑台電動機啟動正轉停車後,動力頭電動機也應停止。因此,選擇兩個啟停單元電路組合滑台電動機的正反轉控製電路。

(2)動力頭電動機的控製銑削加工時,滑台由正轉快進而後轉動轉入工進,所以動力頭在滑台電機啟動快進時即可啟動,即當接觸器KM1有電時,電磁鐵YA應吸合。滑台電機由正轉快進變為慢速可用行程開關SQ3發出信號,使電磁鐵YA釋放。滑台返回時應快速移動,即當接觸器KM2有電時,電磁鐵YA又應吸合。由於電磁鐵電感大,電流衝擊大,因此選擇中間繼電器KA組成電磁鐵的控製回路。

(3)聯鎖保護環節滑台慢速進給終止應能自動停車,滑台快速返回到原位也應自動停車,它們可分別用終點行程開關SQ1和SQ2進行控製。

接觸器KM1和KM2之間應能互鎖。三台電動機分別采用熱繼電器FR1、FR2和FR3作過載保護。

3.控製電路的完善

控製電路初步設計完畢後,可能還有不合理的地方,應當仔細檢查,加以完善。因此,必須對此電路進行修改。

一種方法是從線路的工作條件中可以看出,接觸器KM1和KM3是可以同時工作和釋放的,這兩個接觸器可采用同一型號的交流接觸器,它們的線圈可以並聯,從而減少了一對KM1的動合輔助觸頭。

另一種方法是由於接觸器KM1和KM3是可以同時工作和釋放的,所以可用KM3的一對動合輔助觸頭代替串接在快速電磁鐵YA線圈中的KM1的動合輔助觸頭,這樣也可以減少一對KM1的動合輔助觸頭。讀者請自行修改。

由上例可知,要正確地應用經驗設計法進行設計,除了應牢固掌握各種基本環節的原理和功能,深入了解機械設備的控製要求外,應十分重視設計、使用和維修人員在長期實踐中總結出的經驗。這對於安全、可靠、經濟、合理地設計控製線路是十分重要的。

三、控製電路的邏輯設計法

邏輯設計法設計控製線路是根據控製任務確定動作程序和動作關係,畫出元件狀態表,列出邏輯表達式,然後運用邏輯代數運算法則予以化簡,根據最簡邏輯表達式畫出控製電路,最後修改完善,以獲得既滿足工藝要求又經濟合理的最佳設計方案。

邏輯設計法有兩種基本類型,對應其設計方法也各不相同。一類是執行元件的輸出狀態,隻與同一時刻控製元件的狀態有關,輸入、輸出呈單方向關係,即輸出量對輸入量無影響,這類電路稱為組合邏輯電路;另一類邏輯電路被稱為時序邏輯電路,其特點是:輸出狀態不僅與同一時刻的輸入狀態有關,而且還與輸出量的原有狀態及其組合順序有關,即輸出量通過反饋作用,對輸入狀態產生影響。下麵分別介紹這兩種電路的設計方法。

(一)組合邏輯電路的設計

組合邏輯電路的設計方法比較簡單,可作為經驗設計法的輔助和補充,用於簡單控製電路的設計,或對某些局部電路進行簡化,進一步節省並合理使用電器元件與觸頭。下麵僅討論簡單的組合邏輯線路的設計步驟。

1.控製要求

為了保護衝床操作者的人身安全,采用在兩地由兩個人同時控製才能啟動衝床的方案。線路中使用三隻按鈕,控製衝床電機的接觸器線圈KM;A、B、C三地三隻按鈕分別為SB1、SB2、SB3,同時按下SB1、SB2或同時按下SB2、SB3時,KM接通,其餘情況下KM均不通電。

2.設計步驟

(1) 根據控製功能與要求列元件狀態表。

(2)列出邏輯變量和輸出變量的邏輯代數式並化簡。

f(KM)=SB1SB2SB3+SB1SB2SB3=SB2(SB1SB3+SB1SB3)

(3)根據邏輯代數式繪製控製電路。

(4)檢查、完善所設計的電路。主要檢查是否存在寄生電路及觸頭競爭,然後繪製主電路並加入必要的保護環節。

(二)時序邏輯電路的設計

時序邏輯電路的設計要設置中間記憶元件(如中間繼電器等),記憶輸入信號的變化,以達到各程序兩兩區分的目的。其設計過程比較複雜,基本步驟如下:

(1)根據拖動要求,先設計主電路,明確各電動機及執行元件的控製要求,並選擇產生控製信號(包括主令信號與檢測信號)的主令元件(如按鈕、控製開關、主令控製器等)和檢測元件(如行程開關、壓力繼電器、速度繼電器、過電流繼電器等)。

(2)根據工藝要求作出工作循環圖,並列出主令元件、檢測元件以及執行元件的狀態表,寫出各狀態的特征碼(一個以二進製數表示一組狀態的代碼)。

(3)為區分所有狀態(重複特征碼)而增設必要的中間記憶元件(中間繼電器)。

(4)根據已區分的各種狀態的特征碼,寫出各執行元件(輸出)與中間繼電器、主令元件及檢測元件(邏輯變量)間的邏輯關係。

(5)化簡邏輯式,據此繪出相應控製線路。

(6)檢查並完善設計線路。

邏輯設計法是從滿足生產工藝要求的角度出發,利用邏輯代數來設計電氣控製線路,同時也可用於線路的分析和簡化。這種設計方法較為科學,設計出來的線路比較合理,使用的電器元件和觸點可達到最少。但是和經驗設計法相比,邏輯設計法設計難度較大,整個設計過程較複雜,還要涉及一些新概念,不易掌握,且容易出錯,故在一般的常規設計中很少單獨采用。

由上所述,在進行電氣線路設計時,首先應熟悉和掌握生產工藝要求,並以此為根據進行電路設計:一般先設計主電路,然後設計控製電路,並設置必要的聯鎖和保護環節。初步設計完成後,應仔細檢查,反複驗證,以確定線路是否符合設計的要求,並作進一步的修改和簡化,使之完善。當然,也可用邏輯設計方法進行邏輯分析和線路簡化,以優化設計。

思考題與習題

1.是否可以將兩個110V的交流接觸器線圈串接於220V的交流電源上?為什麼?

2.是否可以將兩個110V的直流接觸器線圈串接於220V的直流電源上?為什麼?

3.電動機有哪幾種工作製?如果電動機的實際工作製與銘牌上的標注不符怎麼辦?

4.欲用Th=90min的連續工作製電動機代替額定功率為35kW、工作時間30min的短時工作電機。若不考慮過載能力等其它問題,試選擇合適的電動機。

5.一生產機械的轉矩變化負載圖,生產機械的轉速為1450r/min,試選擇一台用於拖動該生產機械的交流電動機。

6.兩台重複短時工作製電動機,其額定功率分別為30kW和20kW,負載持續率分別為15%和40%,問哪一台電動機的容量更大?

7.控製線路是否合理?如不合理,改正之。

8.試設計一個控製線路,要求第一台電動機啟動5s後,第二台電動機自動啟動,運行10s後,第一台電動機停止運行同時使第三台電動機自行啟動,再運行15s後,電動機全部停止。

9.試設計一小車運行的控製線路,小車由異步電動機拖動,其動作程序如下:

① 小車由原位開始前進,到終端後自動停止;

② 在終端停留2min後自動返回原位停止;

③ 在前進或後退途中任意位置都能停止或啟動。

10.擬設計一控製線路,控製要求是繼電器KA2吸合時指示燈亮;KA2吸合而繼電器KA3未吸合時電鈴發出聲響報警。線路是否可實現這一要求?如不能實現,應如何改正?

11.試設計一專用機床的電氣自動控製線路,畫出電氣原理圖。本機床是用鑽孔-倒角組合刀具加工零件的孔和倒角,其程序如下:快進—工進—停留光刀(3s)—快退—停止。該機床共有三台電動機:

M1:主電機JO2-41-44kW

M2:工進電機JO2-22-41.5kW

M3:快速電機JO2-11-20.8kW

要求:

① 工作台工進至終點或返回原位後,均由行程開關使其自動停止。設限位保護。為保證工進準確定位,需采取製動措施。

② 快速電動機可進行點動調整,但在工作進給時無效。

③ 設緊急停止按鈕。

④ 應有短路和過載保護。

⑤ 應附有行程開關位置簡圖。

其它要求可根據加工工藝由讀者自己考慮。