机床电气控制与PLC.ppt

机床电气控制与PLC,第4讲高安邦教授主讲,主要授课内容,任务3掌握机床电气控制常用低压电器和图形符号说明。2.3自动切换信号及控制电器2.4执行电器2.5保护电器,2.3自动切换信号及控制电器,自动切换信号及控制电器是指主要借助电磁力或某个物理量的电磁继电器。继电器主要用于传递控制信号，其触点通常接在控制电路中。继电器种类很多，机床电气控制系统中常用的主要有电磁式中间继电器、速度继电器、时间继电器等。继电器的工作特点是阶跃式的输入输出特性，见下图（继电器特性）。当继电器输入量由零增加到x2以前，继电器输出为零；当输入量x增加到x2时，继电器吸合，通过其触点的输出量突变为y1并保持不变。若x再增加，输出y1不变。当x减少到x1时，继电器释放。输出y从y1降到零。x再小，输出仍为零。,1.中间继电器（K）,中间继电器也是电压继电器，其用途是进行电流的放大或实现触点的扩展增加触点的容量，故触点的数目多可多达六对或更多，触点通断电流大5A～10A，动作灵敏功作时间小于0.5s。,2.速度继电器（KS）,,是测量设备转速的元件。它能反映设备转动的方向及停转，因此广泛用于异步电动机的反接制动中。其结构与笼型电动机类似，主要有转子、定子和触点三部分。其转子是圆柱形永磁铁，与被控旋转机构的轴连接，同步旋转;定子是笼形空心圆环，内装有笼形绕组、它套在转子上，可以转动一定的角度。转子转动时，在绕组内感应电动势和电流，此电流和磁场作用产生扭矩使定子柄向旋转方向转动、拨动簧片使触点闭合或断开。当转子转速接近零100r/min，扭矩不足于克服定子柄重力，触点系统恢复原态。,图2-19速度继电器的外形和结构图a外形b）结构图,速度继电器的图形符号a转子；b常开触头；c常闭触头,3.时间继电器（KT）,,图2-21时间继电器的外形图和结构图a）外形图b）结构图1线圈2反力弹簧3衔铁4静铁心5弹簧片6、8微动开关7杠杆9调节螺钉10推杆11活塞杆12宝塔弹簧,时间继电器是用来定时的电器,是按照时间原则进行控制的电器。时间继电器按工作方式可分为通电延时动作型和断电延时动作型两类；按动作原理分为空气阻尼型、电磁式、电动机式、半导体式。其图形符号如下图所示,JS7-A型空气阻尼型时间继电器,通电延时型时间继电器电磁铁线圈通电后，将衔铁4吸下，于是顶杆6与衔铁4间出现一个空隙，当与顶杆6相连的活塞12在弹簧7作用下由上向下移动时，在橡皮膜9上面形成空气稀薄的空间气室，空气由进气孔11逐渐进入气室，活塞12因受到空气的阻力，不能迅速下降，在降到一定位置时，杠杆15使触头14动作常开触点闭合，常闭触点断开。线圈断电时，弹簧使衔铁和活塞等复位，空气经橡皮膜9与顶杆6之间推开的气隙迅速排出，触点瞬时复位。[图a所示],晶体管式时间继电器半导体式时间继电器,接通电源后，变压器二次侧18V负电源通过继电器K的线圈、R5使V3获得偏流而导通，从而V6截止。此时K的线圈中只有较小的电流，不足以使K吸合，所以继电器K不动作。同时，变压器二次侧12V的正电源经V2半波整流后，经过可调电阻R1、R、继电器常闭触头K向电容C充电，使a点电位逐渐升高。当a点电位高于b点电位并使V3导通时，在12V正电源作用下V5截止，V6通过R3获得偏流而导通。V6导通后继电器线圈K中的电流大幅度上升，达到继电器的动作值时使K动作，其常闭打开，断开的充电回路，常开闭合，使C通过R4放电，为下次充电作准备。继电器K的其他触头则分别接通或分断其他电路。当电源断电后，继电器K释放。所以，这种时间继电器是通电延时型的，断电延时只有几秒钟。电位器R1用来调节延时范围。,,2.4执行电器,执行电器以电磁式为主，常用的有接触器、电磁阀、电磁铁、电磁离合器等,1接触器,接触器是一种接通或切断电动机或其他负载主电路的自动切换电器。它是利用电磁力来使开关打开或断开的电器，适用于频繁操作、远距离控制强电电路，并具有低压释放的零压保护性能。接触器通常分为交流接触器和直流接触器。其主要结构包括触点系统、电磁机构、灭弧机构以及反作用弹簧等。其工作原理是当线圈得电后，衔铁被吸合，带动三对主触点闭合，接通电路，辅助触点也闭合或断开；当线圈失电后，衔铁被释放，三对主触点复位，电路断开，辅助触点也断开或闭合。,图2-25接触器的外形和结构a）外形b）结构图,交流接触器铁心短路环和灭弧措施,接触器工作原理图1-熔断器；2-静触点；3-动触点；4-电动机；5-动铁心；6-线圈；7-静铁心；8-按钮,交流接触器的图形符号,选择接触器主要考虑以下参数（1）触点通断电源种类交流或直流；（2）主触点额定电压和电流；（3）辅助触点种类、数量及触点额定电流；（4）电磁线圈的电源、种类及频率。,1-触点压力弹簧；2-动触点；3-静触点；4-反作用弹簧；5-线圈；6-短路环；7-铁心；8-缓冲弹簧；9-衔铁心；10-辅助动合触点；11-辅助动断触点；l2-灭弧罩,,交流固态继电器SSR,,当无输入信号时，发光二极管v1不发光，光敏晶体管v3截止，此时晶体管v4导通,晶闸管VTI关断。当有输入信号时,V1导通发光，V3导通，V4截止，若电源电压大于过零电压约25v，A点电压VA大于晶体管v5的Vbe5，V5导通，VT1仍关断截止，固态继电器输出端因双向晶间管vT2控制极无触发信号而关断。若电源电压小于过零电压，VA小于Vbe5，V5截止，VTI控制极经R5、R6分压获触发信号，VT1导通,VT2控制极获得以R8→V6→VTl→V9→R9和R9→V8→VTl→V7→R8正反两个方向的触发脉冲，使VT2导通，则输出端B、C两点导通，接通负载电路。若输入信号消失，V4导通，VTl关断，但VT2仍保持导通状态，直到负载电流随电源电压的减小下降至双向晶闸管维持电流以下而关断，从而切断负载电路。四端接口器件两个输入端、-；两个输出端B、C）固体继电器无触点，可直接与弱电控制电路如计算机接口电路连接而控制强电电路。,,2.电磁阀,电磁阀由阀体和电磁铁组成，在气动或液动的系统中用来控制流向、流速与通断。阀门的开闭由电磁铁推动滑阀移动操纵的，即控制电磁铁就是控制电磁阀。电磁阀一般无辅助触点，需借助中间继电器传递逻辑关系。,电磁阀的结构性能可用其位置数和通路数来表示，“位”是指滑阀位置，“通”是指流体的通道数，常用的有两位三通、两位四通、三位四通、三位五通等。其电液中图形符号a液压泵b溢流阀c节流阀d调速阀e换向阀,2.5．保护电器,1熔断器是一种在短路或严重过载时利用熔化作用而切断电路的保护电器，熔断器主要由熔体（俗称保险丝）和安装熔体的熔管两部分组成。熔体由易熔金属材料铅、锡、锌、银、铜及其合金制成，通常做成丝状或片状，熔体既是敏感元件又是执行元件。熔断器的熔体与被保护的电路串联，当电路正常工作时，熔体允许通过一定大小的电流而不熔断。当电路发生短路或严重过载时，熔体中流过很大的故障电流，当电流产生的热量达到熔体的熔点时，熔体熔断切断电路，从而实现保护目的。熔管是装熔体的外壳，由陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维制成，在熔体熔断时兼有灭弧作用。熔断器种类很多，常见有螺旋式、插入式、封闭管式和自复式。,,,选择熔断器，主要选择熔断器的额定电压、熔断器额定电流等级和熔体的额定电流。对没有冲击电流的电路，熔体的额定电流应稍大于线路工作电流，对有冲击电流的电路，熔体的额定电流应取为最大电流的0.4倍。,,2热继电器为防止电动机长期过载运行，可在线路中中人按照预定发热程度进行动作的热继电器，以有效监视电动机是否长期过载或短时严重过载，并在超额过载预定值时有效切断控制系统电源，确保电动机安全。下图中1-接线柱；2-复位按钮；3-指定元件调节旋钮；4-动断触点；5-动作机构；6-热元件；7-热元件符号；8动断触点符号,a结构原理示意图b差动式断相保护示意图1-电流条件凸轮；2a/2b-簧片；3-手动复位机构；4-弓簧；5-主双金属片；6-外导板；7-内导板；8-常闭触头；9.静触头；10.杠杆；11.复位条件螺钉；12-补偿双金属片；13-推杆；14-连杆；15-压簧；16-热元件,带有缺相保护热继电器,如果是Y接法，当线路发生一相断路例如熔丝熔断时，那么另外两相发生过载，而这两相的线电流仍与相电流相等，此时两相或三相热继电器仍能起保护作用。当电动机是Δ接法时，线电流是相电流的1．73倍，在电源一相断路时，流过三相绕组的电流是不平衡的。其中两相作串联接法绕组的电流是另一相的1／2，这时线电流仅是较大一相绕组电流的1．5倍，当电流处于较小过载时1．73倍以下，热继电器发热元件产生的热量不足以使触点动作，时间一长，电动机必然烧毁。可见，电动机Δ接法时，一般的热继电器无法实现断相后电动机较小过载的保护，而必须采用带有断相保护的热继电器。,差动式断相保护装置动作原理,图a为未通电前的位置；图b是三相均通有额定电流时的情况，此时三相双金属片均匀受热，同时向左弯曲，所以内、外导板一齐平行左移一段距离到达图示位置；图c是三相均衡过载时，三相双金属片都受热向左弯曲，推动外导板和内导板左移，通过补偿双金屑片和推杆，并借助于片簧和弓簧，使常闭动触点瞬时脱离静触点，从而切断控制回路，达到保护电动机的目的；图d是如果电动机发生一相如c相断线故障，则该相双金属片逐渐冷却，向右移动，使外导板也仍旧向左移动。这样，内、外两导板一左一右地移动，就产生了差动作用，并通过杠杆的放大作用使继电器迅速动作，切断控制回路，保护电动机。,热继电器的选用,热继电器主要用于保护电动机的过载，选用时应首先了解所保护的电动机的特性、工作条件、起动情况和负载性质。应使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之下，并尽可能地接近，甚至重合，以充分发挥电动机的能力，特别使电动机在短时过载和起动瞬间5～6IN不受影响。1长期或间断长期工作电动机热继电器的选用，可根据电动机的起动时间，选取6IN下相应可返回时间的热继电器；（2）对反复短时工作电动机，可根据电动机的起动参数和通电持续率选择热继电器；（3）正、反转及频繁通断工作的电动机，不宜采用热继电器保护。如有需要，可选用特殊结构的埋入式半导体热敏电阻埋人电动机绕组等温态继电器进行保护。,3电流和电压继电器,l-底座；2-反力弹簧；3、4-调节螺钉；5-非磁性垫片；6-衔铁；7-铁心；8-极靴；9-电磁线圈；10-触头系统,电流继电器的作用是反映电路中电流的变化，需将其线圈串在被测电路中，为不影响电路正常工作，要求线圈的匝数少、导线粗、阻抗小。电压继电器的作用是反映电路中电压的变化，和电流继电器相比其线圈要并联在被测电路，故要求线圈的匝数多、导线细。电磁式电流和电压继电器结构图如左图所示。,根据输入线圈电流大小而动作的继电器称为电流继电器。按用途还可分为过电流继电器和欠电流继电器。过电流继电器的任务是当电路发生短路及过流时立即将电路切断，因此过流继电器线圈流过小于整定电流时继电器不动作，只有超过整定电流时，继电器才动作。过电流继电器的动作电流整定范围，交流过流继电器为（110％～350％）IN；直流过流继电器为70％～300％）IN。欠电流继电器的任务是当电路电流过低时立即将电路切断，因此欠电流继电器线圈通过的电流大于或等于整定电流时，继电器吸合，只有电流低于整定电流时，继电器才释放。欠电流继电器动作电流整定范围，吸合电流为（30％～50％）IN，释放电流为（10％～20％）IN，欠电流继电器一般是自动复位的。与此类似，电压继电器是根据输入电压大小而动作的继电器，过电压继电器动作电压整定范围为（105％～120）UN，欠电压继电器吸合电压调整范围为（30％～50％）UN，释放电压调整范围为（7％～20％）UN。,电流（压）继电器的图形符号和选用,电流（压）继电器选用时主要依据继电器所保护或所控制对象对继电器提出的要求，如触头的数量、种类，返回系数，控制电路的电压、电流、负载性质等。由于继电器触头容量小，所以经常将触头并联使用。有时增加触头的分断能力，也可以把触头串联起来使用。,（4）漏电断路器,主要用途是（1）防止由于电气设备和电气线路漏电引起的触电事故;（2）防止用电过程中的单相触电事故；（3）及时切断电气设备运行中的单相接地故障，防止因漏电引起的电气火灾事故；（4）随着工农业生产的发展和人们生活水平的日益提高，工业用电和家用电器不断增加，在用电过程中，由于电气设备本身的缺陷、使用不当和安全技术措施不利而造成的人身触电和火灾事故，给人民的生命和国家财产带来了不应有的损失，而漏电保护器的出现，对预防各类事故的发生，及时切断电源，保护设备和人身安全，提供了可靠而有效的技术手段。,什么是触电,触电指的是电流通过人体而引起的伤害。当人手触摸电线并形成一个电流回路的时候，人身上就有电流通过；当流过人体的电流足够大时，就能够被人感觉到以至于形成危害。当触电已经发生的时候，就要求在最短的时间内切除电流，比如说，如果通过人的电流是50毫安的时候，就要求在1秒内切断电流；如果是500毫安的电流通过人体，那么时间限制是0.1秒；否则危及人的生命。即危及人体生命的主要是电流。,电磁式电流型漏电开关工作原理,它由主开关、试验电路、电磁式漏电脱扣器和零序电流互感器组成。,漏电保护装置的工作原理,,把所有的用电电器用一个电阻RL替代，用RN替代接触者的人体电阻。如果没有触电的话，电源来的两根线里的电流肯定在任何时刻都是一样大的，方向相反。因此CT的原边线圈里的磁通完全地消失，副边线圈没有输出。如果有人触电，相当于火线上有经过电阻，这样就能够连锁导致副边上有电流输出，这个输出就能够使得SH的触电吸合，从而使脱扣线圈得点，把钩子吸开，开关DZ断开，从而起到了保护的作用。,漏电保护器的外型图,漏电保护器一旦脱了扣，即使脱扣线圈TQ里的电流消失也不会自行把DZ重新接通。因为没人帮它合上是无法恢复供电的。触电者离开，经检查无隐患后想再用电，需把DZ合上使其重新扣住，便恢复了供电。电器市场上漏电保护器的种类品牌繁多，其外型图如图示，使用中一定要注意选择。,6-12;6-13;6-15;,本讲作业,