电气控制设计基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电气控制技术,电气控制设计基础,迟正刚,第三章 电气控制设计基础,电气控制技术及,PLC,主要内容,电气控制设计包括：原理设计和工艺设计。,原理设计,满足控制要求。,工艺设计,满足设备制造要求。,3-1,电气控制原理线路的分析设计法,3-2,电气控制原理线路的逻辑设计法,第七章作业,2,一、简单系统,1,、根据设计要求选择一个与控制要求相似的基准电路，该基准电路应该是成熟可靠的。,2,、对所选基准电路做必要的修改、补充以满足控制要求。,例：习题,2-18,，小车控制,。,基准电路：选择,P47,，,图,2-7,自动往复循环控制线路。,修改：第一步，改为单周期控制；第二步，末端加延时控制,。,二、复杂系统设计,1,、分解系统，选择单元电路,2,、补充各单元之间的联锁电路,3,、复核、简化电路,总结：分析设计法，是一种经验设计法，设计者需要掌握大量的成熟可靠的电路才能设计出较为合理的控制线路,3-1,电气控制原理线路的分析设计法,3,3-2,电气控制原理线路的逻辑设计法,利用逻辑代数这一工具进行电路设计。,一、基本思路,1,、首先将控制系统的输入、输出电器元件的状态用状态变量进行表示。,2,、然后根据控制要求列出状态变量的逻辑表达式。,3,、简化逻辑表达式。,4,、最后根据逻辑表达式绘制控制线路。,4,二、预备知识,（一）状态变量的假定,输入量：,触点,A=1,，,表示触点动作（常开触点闭合、常闭触点断开）。,触点,A=0,，,表示触点复位（常开触点断开、常闭触点闭合）。,输出量：,线圈,K=1,，,表示线圈上电。,线圈,K=0,，,表示线圈失电。,5,（二）基本逻辑表达式与控制电路,1,、“与”电路,1,）电路图,A B K,A,B,K,0,0,1,1,0,1,0,1,0,0,0,1,2,）,真值表,A,B,K,1,1,1,3,）,状态表,4,）逻辑表达式,K=AB,注：只把,K=1,的状态列出,6,2,、“或”电路,1,）电路图,A,B,K,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,1,2,）,真值表,A,B,K,0,1,1,1,0,1,1,1,1,3,）,状态表,4,）逻辑表达式,K=A,B,A K,B,7,3,、“非”电路,1,）电路图,A,K,0,1,1,0,2,）,真值表,3,）,状态表,4,）逻辑表达式,K=A,A K,A,K,0,1,8,4,、时序电路,1,）电路图,SB,1,SB,2,KA,0,0,1*,1*,0,1*,0,1*,0,1,0,2,）,真值表,SB,1,SB,2,KA,初态,运行,停止,3,）,状态表,KA,KA,SB2,SB1,4,）逻辑表达式,KA=,（,SB,2,KA,）,SB,1,注：,1*,表示短信号，,1,表示长信号。,9,1,、交换率,AB=BA,2,、,结合率,A,（,BC,）,=,（,AB,）,C,A+,（,B+C,）,=,（,A+B,）,+C,3,、,分配率,A,（,B+C,）,=AB+AC,A+,（,BC,）,=,（,A+B,）,（,B+C,）,4,、,重迭率,AA=A,，,A+A=A,（三）逻辑代数定理,5,、,吸收率,A+AB=A,，,A(A+B)=A,A+AB=A+B,，,A+AB=A+B,6,、非非率,A=A,7,、,反演率,A+B=AB,，,AB=A+B,10,三、组合逻辑电路设计,组合逻辑电路：执行元件的输出状态只与同一时刻控制元件的状态有关。即输出对输入无影响。,电路设计方法：,1,、确定状态变量,2,、列出状态表,满足控制要求,3,、写出执行元件的逻辑表达式,4,、简化逻辑表达式,5,、绘制控制线路,11,设计举例,某,电路只有在继电器,KA1,，,KA2,，,KA3,中任何一个或两个动作时，才能运转，而在其他条件下都不运转，试设计其控制线路。,解：,1,、确定状态变量,2,、,列状态表,输入：,KA1,、,KA2,、,KA3,；,输出：,KM,KA,1,KA,2,KA,3,KM,0,0,0,1,1,1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,12,2,、状态表,3,、逻辑表达式,KM=KA,1,KA,2,KA,3,+,KA,1,KA,2,KA,3,+,KA,1,KA,2,KA,3,+,KA,1,KA,2,KA,3,+,KA,1,KA,2,KA,3,+,KA,1,KA,2,KA,3,+,=KA,1,（,KA,2,+KA,3,）,+,KA,1,（,KA,2,+KA,3,）,KA,1,KA,2,KA,3,KM,0,0,0,1,1,1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,KA1,KA1,KA2,KA3,KA2,KA3,KM,4,、绘制控制线路,13,四、时序逻辑电路设计,时序逻辑电路的输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，而且,还与输出量的原有状态及其组合顺序有关，,即输出量通过反馈作用，对输入状态产生影响。,这种逻辑电路的设计要设置中间记忆元件（如中间继电器等），记忆输入信号的变化，以达到各程序两两区分的目的。,设计方法,1,、根据工艺要求确定逻辑变量、列出状态变量表（主令元件、检测元件、执行元件）。,2,、,为区分所有状态，而增设必要的中间记忆元件（中间继电器）,。,3,、根据状态表，列出执行元件的逻辑表达式。,4,、简化逻辑表达式，据此绘出控制线路。,5,、检查、完善所设计的电路,。,14,设计举例,机械动力滑台控制线路,（一）具有一次工作进给的控制线路,1,、设计要求：,双电机驱动：,M1,工进、,M2,快进、快退。,三接触器控制：,KM1,快进、,KM3,快退、,KM2,工进。,SB1,快进,SQ2,SQ1,快退,SQ3,工进,15,2,、确定状态变量,主令元件：,SB1,起动；,SQ1,原位；,SQ2,工进位；,SQ3,末位。,执行元件：,KM1,快进；,KM3,快退；,KM2,工进。,1/15/2026,16,3,、列出状态表，并确定状态转换的激励信号,序号,程序名,激励信号,主令元件,执行元件,SB,1,SQ,1,SQ,2,SQ,3,KM,1,KM,2,KM,3,0,原位,0,1,快进,SB1,2,工进,SQ2,3,快退,SQ3,4,原位,SQ1,17,4,、列出执行元件的逻辑表达式,方法,a,：,写出执行元件的所有逻辑组合，然后再化简。例如对,KM1,有：,KM1=,（,SB1+KM1,）,SQ1SQ2SQ3KM2KM3,=,（,SB1+KM1,）,SQ2,方法,b,：,根据激励信号直接写出最简式，如：,KM1=,（,SB1+KM1,）,SQ2,其中：,SB1,为起动激励信号，,SQ2,为停止激励信号，,KM1,的自锁触点实现记忆功能。,同理可得：,KM2=,（,SQ2+KM2,）,SQ3,KM3=,（,SQ3+KM3,）,SQ1,18,5,、绘制基本电路控制线路,6,、检查、完善电路,KM1,SB1,KM1,SQ2,SQ3,KM2,SQ2,KM3,SQ3,SQ1,SB1,KM1,SQ2,SQ3,KM2,SQ2,KM3,SQ3,SQ1,KM3,FR2,FR1,例如：接触器互锁，过载保护，以及其他保护措施。,KM1 KM2 KM3,KM1 KM2 KM3,19,20,（二）具有正反向工作进给的控制线路,1,、设计要求：,双电机驱动：,M1,工进、,M2,快进。,三接触器控制：,KM1,正向、,KM3,反向,、,KM2,快速开关。,取消长挡铁,SB1,快进,SQ2,SQ1,快退,SQ2,SQ3,正向工进,反向工进,21,2,、确定状态变量,主令元件：,SB1,起动；,SQ1,原位；,SQ2,工进位；,SQ3,末位。,执行元件：,KM1,进；,KM3,退；,KM2,加速。,中间记忆单元：,KA1,、,KA2,、,KA3,、,KA4,分别对应,4,个工作状态，快进、工进、反向工进、快退。,3,、列出状态表，并确定状态转换的激励信号。,22,动作状态表,序号,程序名,激励信号,主令元件,执行元件,中间记忆单元,SB,1,SQ,1,SQ,2,SQ,3,KM,1,KM,2,KM,3,KA,1,KA,2,KA,3,KA,4,0,原位,0,1,快进,SB1,2,正,向,工进,SQ2,3,反向,工进,SQ3,4,快退,SQ2,5,原位,SQ1,23,4,、列出执行元件的 逻辑表达式并化简,对本例直接借助于激励信号写出的逻辑表达式无法达到两两区分的目的，例如：,KM1=,（,SB1+KM1,）,SQ3,KM3=,（,SQ3+KM3,）,SQ1,KM2=,（,SB1+KM2,）,SQ2+,（,SQ2+KM2,）,SQ1,显然，,KM2,的表达式不成立。因此要借助于中间记忆单元。,KM1=KA1+KA2,KM2=KA1+KA4,KM3=KA3+KA4,24,对于中间记忆单元有多种设计方法，在此，是采用步进控制的方法。即,KA,i,=,（,KA,i-1,C,i,+KA,i,）,KA,i+1,上式中：,KA,i-1,C,i,为,起动条件，其中,KA,i-1,确保步进继电器依次动作，,C,i,为步进转换条件。,KA,i+1,为,停止条件，确保任一时刻只有一个步进继电器在工作。,由于步进控制有严格的顺序限制，因此允许,C,i,重复使用。,对于本例，当采用自动循环方式时有：,25,KA1=,（,SB1+KA4SQ1+KA1,）,KA2,KA2=,（,KA1SQ2+KA2,）,KA3,KA3=,（,KA2SQ3+KA3,）,KA4,KA4=,（,KA3SQ2+KA4,）,KA1,改为单周期运行方式，有：,KA1=,（,SB1+KA1,）,KA2,KA2=,（,KA1SQ2+KA2,）,KA3,KA3=,（,KA2SQ3+KA3,）,KA4,KA4=,（,KA3SQ2+KA4,）,SQ1,根据,3,个,KM,和,4,个,KA,的逻辑表达式，可以绘制控制线路如下：,26,5,、绘制基本电路控制线路,6,、检查、完善电路,略,SB1,SQ3,SQ2,KA,1,KA,2,KA3,KA2,KA3,KA4,KA1 KA2 KA3 KA4 KM1 KM2 KM3,SQ1,KA4,SQ1,KA2,KA1,KA4,KA1,KA4,KA3,KA1,KA2,KA3,27,7-8,采用逻辑设计法，设计一个以行程原则控制的机床控制线路要求工作台每往复一次,(,自动循环,),，即发出一个控制信号，以改变主轴电动机的转向一次。,工作台进,工作台退,主轴正转,主轴反转,SQ1 SQ2 SQ1 SQ2 SQ1 SQ2 SQ1 SQ2 SQ1,28,解,：,1,、设计要求：,双电机驱动：,M1,工作台往复、,M2,主轴正反向旋转。,四接触器控制：,KM1,工作台前进、,KM2,工作台后退，,KM3,主轴正转、,KM4,主轴反转。,2,、确定状态变量,主令元件：,SB1,起动；,SQ1,原位；,SQ2,末位。,执行元件：,KM1,进；,KM2,退；,KM3,正转；,KM4,反转,中间记忆单元：,KA1,、,KA2,、,KA3,、,KA4,分别对应,4,个工作状态：进正转、退正转、进反转、退反转。,3,、列出状态表，并确定状态转换的激励信号。,29,动作状态表,序号,程序名,激励信号,主令元件,执行元件,中间记忆单元,SB,1,SQ,1,SQ,2,KM,1,KM,2,KM,3,KM,4,KA,1,KA,2,KA,3,KA,4,0,原位,0,1,进正,SB1,SQ1,2,退正,SQ2,3,进反,SQ1,4,退反,SQ2,30,4,、列出执行元件的 逻辑表达式并化简,执行元件,KM1=KA1+KA3,KM2=KA2+KA4,KM3=KA1+KA2,KM4=KA3+KA4,中间记忆元件,KA1=,（,SB1+KA4SQ1+KA1,）,KA2,KA2=,（,KA1SQ2+KA2,）,KA3,KA3=,（,KA2SQ1+KA3,）,KA4,KA4=,（,KA3SQ2+KA4,）,KA1,31,5,、绘制基本电路控制线路,SB1,SQ1,SQ2,KA,1,KA,2,KA3,KA2,KA3,KA4,KA1 KA2 KA3 KA4,SQ2,KA4,KA1,KA2,KA3,SQ1,KA4,KA1,32,KM1 KM2 KM3 KM4,KA4,KA2,KA2,KA1,KA3,KA4,KA3,KA1,33,KM3,KM4,FR2,M2,L1,L2,L3,工作台电机 主轴电机,KM1,KM2,FR1,M1,38,题主电路,34,3-7,、设计一台组合机床的机械动力滑台的电气控制线路，其加工工艺是：快进,工进,停留光刀,(3S),快退,停车。由两台电动机进行拖动，其中,，,M2,为工进电动机，,M1,为快速移动电动机，,设计要求：,工作台工进至终点或返回原位，均有限位开关使其自动停止。为保证工进定位准确，要求采用制动措施。,设置紧急停止按钮、,应有短路、过载保护。,35,1,、设计要求,双电机驱动：,M1,工进、,M2,快进、快退。,三接触器控制：,KM1,快进、,KM3,快退、,KM2,工进。,SB1,快进,SQ2,SQ1,快退,SQ3,工进,停3秒,36,2,、确定状态变量,主令元件：,SB1,起动；,SQ1,原位；,SQ2,工进位；,SQ3,末位。,检测元件：,KT,执行元件：,KM1,快进,；,KM3,快退；,KM2,工进。,3,、列出状态表，并确定状态转换的激励信号。,37,动作状态表,(,按元件分类）,序号,程序名,激励信号,主令元件,检测元件,执行元件,接点,线圈,SB,1,SQ,1,SQ,2,SQ,3,KT,KT,KM,1,KM,2,KM,3,0,原位,0,1,快进,SB1,2,工进,SQ2,3,光刀,(3,秒,),SQ3,4,快退,KT,4,原位,SQ1,38,动作状态表（按动作逻辑次序分）,序号,程序名,激励信号,输入元件,输出元件,SB,1,SQ,2,SQ,3,KT,接点,SQ,1,KM,1,KM,2,KT,线圈,KM,3,0,原位,0,1,快进,SB1,2,工进,SQ2,3,光刀,(3,秒,),SQ3,4,快退,KT,4,原位,SQ1,39,4,、列出执行元件的逻辑表达式（根据激励信号直接写出最简式）,KM1=,（,SB1+KM1,）,SQ2,KM2=,（,SQ2+KM2,）,SQ3,KT,=SQ3,KM3=,（,KT,+KM3,）,SQ1,线圈,=,（启动接点,+,自锁接点）*停止接点,KT,线圈,KT,延时闭和常开触头,40,5,、绘制基本电路控制线路,SB1,KM1,SQ2,KM2,SQ2,KM3,SQ3,SQ1,KM1 KM2 KT KM3,SQ3,KT,41,