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第 4 章 电气控制与PLC 电气控制系统实例 1 本章提要 卧式车床电气控制 摇臂钻床电气控制 平面磨床电气控制 铣床电气控制 电源切换控制 异步电动机软启动控制 异步电动机变频调速控制 2 卧式车床电气控制 车床是机械制造和修配工厂中使用最广的一 类金属切削机床，可车削外圆、内园、端面、螺 纹和成型表面，也可用钻头、铰刀、镗刀等进行 加工。车床按结构型式和用途可分为立式车床、 卧式钻床、半自动车床、仿形车床、数控车床等。 在各类车床中，卧式车床操作方便，灵活，适用 范围广，是机械加工中常用的机床设备。本节以 C650卧式车床为例，介绍其电气控制原理。 3 C650卧式车床的主要工作情况 C650卧式车床属中型车床，加工工件旋转半 径最大可达1020mm，长度可达3000mm。其结构 主要由床身、主轴变速箱、卡盘、尾座、进给箱、 刀架和溜板箱等组成，外形如图4-1所示。 C650卧式车床由主轴电动机M1、冷却泵电动 机M2和刀架快速移动电动机M3拖动。 4 1-主轴变速箱 2-卡盘 3-刀架 4-尾座 5-床身 6-溜板箱 7-进给箱 图4-1 C650卧式车床结构示意图 5 各电动机的控制要求： 1）主轴电动机M1采用空载直接起动，能实现正、反向 旋转的连续运行。为便于对工件作调整，主轴电动 机能实现单方向的点动控制。停车采用反接制动。 2）冷却泵电动机M2采用直接起动，单向连续工作。 3）快速运动电动机M3为单向点动、短时运转。 4）控制电路应有必要的保护环节和照明装置。 6 C650卧式车床的电气控制 （1）主轴电动机M1的控制 ①M1的点动控制； ② M1正、反转控制； ③ M1的反接制动控制； 图4-2 7 （2）冷却泵电动机M2的控制 （3）刀架快速移动电动机M3的控制 （4）照明电路与保护环节 车床局部照明由变压器TC输出36V安全电压， 通过开关SA控制照明灯EL。 熔断器FU1～FU5分别作主电路和控制电路的短 路保护，FR1与FR2分别为M1和M2的过载保护，电阻 R作为M1的反接制动限流保护。此外，接触器KM1 与KM2的线圈之间利用各自的辅助触点实现互锁保 护。 图4-2 8 图4-2 C650 卧式车床的电气控制原理图 M1 M2 M3 速度继电器什么时候动作？ 接触器线圈的额定电压？ 9 制动 摇臂钻床电气控制 钻床是一种用途广泛的万能机床，可进行钻 孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮端面等多种形 式的加工。钻床按结构型式可分为立式钻床、 卧式钻床、摇臂钻床、深孔钻床、台式钻床等。 在各种钻床中，摇臂钻床操作方便，灵活，适 用范围广，特别适用于带有多孔大型工件的孔 加工，是机械加工中常用的机床设备，具有典 型性。下面以Z3040摇臂钻床为例，分析其电 气控制工作原理。 10 Z3040摇臂钻床的主要工作情况 Z3040摇臂钻床主要由底座、内外立柱、摇 臂、主轴箱和工作台等组成，如图4-3所示。内立 柱固定在底座的一端，在它外面套有外立柱，由 于升降螺母固定在摇臂上，所以摇臂只能与外立 柱一起绕内立柱回转。摇臂的一端为套筒，套装 在外立柱上，并借助丝杠的正、反转可沿外立柱 作上下移动。 11 图4-3 Z3040摇臂钻床结构示意图 Z3040摇臂钻 床由主轴电动机 M1、升降电动机 M2、液压泵电动机 M3和冷却泵电动 机M4拖动。 1-主轴箱 2-摇臂 3-工作台 4-底座 5-立柱 12 各电动机的控制要求 1）主轴电动机M1采用直接起动方式，单向旋转， 主轴的正反转采用机械方法实现。主轴变速 机构和进给变速机构均装在主轴箱内。 2）摇臂升降电动机M2要求正反转。 3）液压泵电动机M3用来驱动液压泵送出不同流 向的压力油，推动活塞、带动菱形块动作来 实现内外立柱的夹紧与放松以及主轴箱和摇 臂的夹紧与放松，故液压泵电动机M3要求正 反转。 摇臂的移动严格按照摇臂松开→摇臂移动→ 移动到位摇臂夹紧的程序进行。因此，摇臂 的夹紧放松与摇臂升降应按上述程序自动进 行。 4）冷却泵电动机M4拖动冷却泵以提供冷却液， M4采用直接起动，单向连续工作。 控制电路应有必要的联锁与保护环节和照明装 置。 13 Z3040摇臂钻床的电气控制 1.主电路分析 电源由总开关QK引入，主轴电动机M1单向旋转， 由接触器KM1控制。主轴的正、反转由机床液压系统 操作结构配合摩擦离合器实现。摇臂升降电动机M2 由正、反转接触器KM2 、KM3控制，液压泵电动机 M3拖动液压泵送出压力夜，由接触器KM4 、KM5控 制其正、反转。冷却泵电动机M4用转换开关SA2控制。 图4-4 14 2. 控制电路分析 图4-4 （1）主轴电动机M1的控制 按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，电 动机M1转动。按停止按钮SB1，接触器KM1断 电，M1停止。 简单 15 （2）摇臂升降电动机M2的控制 摇臂上升控制：按上升起动按钮SB3。 时间继电器KT通电，使电磁阀YV通电，推动松 开机构使摇臂松开； 同时接触器KM4通电，液压泵电动机M3正转， 松开机构压下限位开关SQ2，使接触器KM4断电， M3停转，停止松开； 与此同时，上升接触器KM2通电，升降电动机 M2正转，摇臂上升； 到预定位置时松开SB3，上升接触器KM2断电， M2停转，摇臂停止上升； 时间继电器KT断电，延时t（s）后，其延时闭 合常闭触点闭合，接触器KM5通电，M3反转， 电磁阀推动夹紧机构使摇臂夹紧，夹紧机构压 动限位开关SQ3后，电磁阀YV断电，接触器 KM5断电，液压泵电动机M3停转，夹紧停止。 摇臂下降过程和上升情况 相同，不同的是由下降起 动按钮SB4和下降接触器 KM3实现控制 KM4 M3 液体通过YV驱动松开锁紧机构 KM2 M2 驱动摇臂升 连 锁 KM2驱动M2电机正转—摇臂升 16 主轴箱和立柱的夹紧与松开是同时进行的，均采用液压机 构控制。工作过程如下： 1) 松开。按下松开按钮SB5，接触器KM4通电，液压泵电动机 M3正转，推动松紧机构使主轴箱和立柱分别松开，松开后限 位开关SQ4复位，使指示灯HL1亮，表示已松开。 2) 夹紧。按下松开按钮SB6，接触器KM5通电，液压泵电动机 M3反转，推动松紧机构使主轴箱和立柱分别夹紧，压下限位 开关SQ4，使指示灯HL2亮，表示已夹紧。 图4-4 （3）主轴箱与立柱的夹紧与放松控制 (4) 冷却泵电动机M4的控制 电动机M4由转换开关SA2直接控制起停。 KM4 使M3电机正转，放松 KM5 使M3电机反转，夹紧 17 图4-4 Z3040摇臂钻床电气控制原理图 M1 M2 M3 18 3. 保护环节和照明线路 熔断器FU1～FU4分别实现电路的短路保护。热继电器FR1 和FR2分别作为M1与M3的过载保护，M2电动机正反转具有双重 互锁，M3电动机正反转具有电气互锁。立柱与主轴箱松开、夹 紧按钮SB5、SB6的常闭触点串接在电磁阀YV线圈电路中，实现 立柱与主轴箱松开、夹紧操作时，压力油只进入立柱与主轴箱 夹紧油腔而不进入摇臂夹紧油腔的联锁。此外，摇臂升降有限 位保护，当摇臂上升到极限位置时压动限位开关SQ1-1，或下降 到极限位置时压动限位开关SQ1-2，使摇臂停止升或降。 照明线路由变压器T提供36V交流照明电源电压，通过转换开 关SA1控制照明灯EL。 19 平面磨床电气控制 磨床是以砂轮周边或端面对工件进行磨削加工 的精密机床，不仅能加工一般金属材料，而且能加 工一般刀具不能加工的硬质合金和淬火钢等硬材料。 利用磨削加工能够获得较高的加工精度和光洁度， 广泛应用于零件的精加工。 磨床的种类很多，有平面磨床、外圆磨床、内圆 磨床、无心磨床以及专用磨床（如螺纹磨床、球面 磨床、齿轮磨床、导轨磨床）等。其中以平面磨床 应用最为广泛。下面以M7130型平面磨床为例分析磨 床的基本结构和电气控制原理。 20 M7130平面磨床的主要工作情况 M7130型平面磨床是 利用砂轮周边进行磨削 加工的平面磨床，主要 由床身、工作台、电磁 吸盘、砂轮箱（磨头）、 滑座、立柱等部分组成。 主运动：砂轮的旋转运动 进给运动：工作台和砂轮 的往复运动 辅助运动：砂轮架的快速 移动和工作台的移动 图4-5 M7130平面磨床结构示意图 1-砂轮箱 2-滑座 3-立柱 4-工作台 5-床身 6-横向进给手轮 7-工作台手轮 8-电磁吸盘21 电气控制的要求 1）砂轮电动机M1、冷却泵电动机M2和液压泵电动机 M3在电气上均要求单向转动。 2）使用电磁吸盘的正常工作和不用电磁吸盘的机床 调整时，各运动部件均能动作。 3）具有完善的电路保护环节。 4）电磁吸盘具有吸持、松开工件，并使工件去磁的 控制环节。 22 M7130平面磨床的电气控制 1.主电路分析 砂轮电动机M1由接触器KM1控制。冷却泵电 动机M2经KM1和插头XP1控制。液压泵电动机M3 由接触器KM2控制。三台电动机均直接起动，单 向旋转。共用熔断器FU1作短路保护。M1和M2分 别由热继电器FR1与FR2作长期过载保护。 图4-6 23 2.控制电路 砂轮电动机M1和冷却泵电动机M2的工作过程：合上刀 开关QK并插上插头XP1，按下起动按钮SB2，接触器KM1 通电，电动机M1 、M2同时起动。按下停止按钮SB1，接 触器KM1断电，电动机M1 、M2同时停止。 液压泵电动机M3的工作过程：按下起动按钮SB4，接触 器KM2通电，液压泵电动机M3起动。按下停止按钮SB3， 接触器KM2断电，M3停止。 特别注意：电动机的起动必须在电磁吸盘YH工作、且欠电 流继电器KA通电吸合，其常开触点KA（6-8）闭合，或 YH不工作，但转换开关SA1置于“去磁”位置，其触点 SA1-5（6-8）闭合的情况下方可进行。 图4-6 24 3.电磁吸盘控制 充磁 SA1扳向“充磁”位置，SA1的触头SA1-3、SA1-4 闭合，电流继电器触点KA（6-8）闭合，按下按钮SB2 ，接触器KM1通电，M1转动；按下按钮SB4，接触器 KM2通电，M3转动，此时可进行磨削加工。表4-1开关 SA1的触点通断情况 去磁 SA1扳向“去磁”位置，SA1的触头SA1-1、SA1-2 闭合，电磁吸盘通以反向电流实现去磁。去磁结束， SA1扳向“断电”位置，电磁吸盘断电，取下工件。 图4-6 25 4.必要的保护环节和照明线路 1）电磁吸盘的欠电流保护。 2）电磁吸盘的过电压保护。 3）整流装置的过电压保护。 4）短路保护。 5）过载保护。 6）变压器TC提供36V交流照明电源电压，由转 换开关SA2控制照明灯EL。 图4-6 26 图4-6 M7130平面磨床电气控制原理图 主电路 控制电路 电磁吸盘控制 27 铣床电气控制 铣床可以用来加工平面、斜面和各种 形式的沟槽等，装上分度头后可以铣切直齿 轮和螺旋面，装上圆工作台还可以铣切凸轮 和弧形槽，是一种常用的机床设备。铣床的 种类很多，有立铣、卧铣、龙门铣、仿形铣 及各种专用铣床。本节以X62W卧式万能铣 床为例，分析中小型铣床控制线路的工作原 理。 28 X62W铣床的主要工作情况 X62W卧式万能铣床由主轴、刀杆、横梁、工作台、 回转盘、横溜板、升降台、床身等部分组成。 铣床的主要运动形式有： 1.主轴（带刀具）旋转运动和工作台（固定工件） 的进给运动，两种运动分别用两台电动机拖动。 2.主轴所带铣刀的旋转运动有顺铣和逆铣两种工作 方式，升降台分为矩形和圆形两层结构，矩形工作台 可实现工作台纵向、横向和垂直三种直线进给运动， 对应左右、前后、上下六个移动方向。 3.装有圆工作台的万能铣床还有圆形工作台的回转 运动，万能铣床的矩形、圆形工作台共有4种运动形式。 29 1-主轴 2-刀杆 3-横梁 4-工作台 5-回转盘 6-横溜板 7-升降台 8-床身 图4-7 X62W卧式万能铣床结构示意图 30 铣床对电气控制的要求 1）主轴电动机M1空载时直接起动，要求实现两地控制的正 反转（顺逆铣）运动及反接制动停车。 2）工作台驱动电动机M2要求能够实现正、反转，并要求两个 工作台（矩形、圆形）各个方向的运动互锁，矩形工作台的六 个运动方向和圆形工作台的旋转运动要求互锁，任何时刻，只 允许存在一种运动形式的一个方向运动 3）主轴旋转与工作台进给运动均采用机械齿轮变速箱调速， 要求主轴电动机和工作台电动机在主轴和进给变速时能够瞬时 冲动，保证变速时齿轮的正确啮合和设备的安全。 4）为避免打刀，要求主轴驱动电动机起动后，工作台驱动电 动机方能起动。 5）电气控制系统有完善的保护环节和照明装置。 31 X62W铣床的电气控制 1.主轴电动机M1的电气控制 M1的起动、停止可在两地操作。一处在升降台上；另一处 在床身上。M1的停止采用速度继电器实现反接制动。 主轴的变速冲动控制。主轴变速可在主轴不动时进行；也可 在主轴旋转时进行，利用变速手柄与限位开关SQ6的联动机构 进行控制。 变速时，先把变速手柄下压，使它从第一道槽内拔出，（再 转动变速盘，选择所需速度），然后慢慢拉向第二道槽，通过 手柄压下限位开关SQ6，其常闭触点先断开，使接触器KM1断 电，电动机M1失电；SQ6常开触点后闭合，使接触器KM2通电， M1反向冲动一下，变速手柄迅速推回原位，使限位开关SQ6复 位，接触器KM2断电，电动机M1停转，变速冲动过程结束。 图4-8 32 2.进给电动机M2的电气控制 工作台进给方向有左右（纵向）、前后、上下（垂直）运动。 利用正向接触器KM3和反向接触器KM4控制M2的正、反转。 接触器KM3、KM4由两个机械操作手柄控制，其中一个是纵 向手柄，另一个是垂直手柄。操作手柄同时完成机械挂档和压 动相应的限位开关，从而接通正反转接触器，起动M2，拖动 工作台按预定方向进给，这两个手柄各有两套，分别设在铣床 工作台正面与侧面。 限位开关SQ1、SQ2与纵向手柄有机械联锁，限位开关SQ3、 SQ4与垂直和横向手柄有机械联锁。当扳动手柄时，将压动相 应限位开关。 SA1为圆工作台选择开关，设有接通与断开两个位置，三对 触点通断情况如表4-3（p101）所示。 图4-8 33 进给运动电气控制电路分析 1、工作台左、进给运动的控制 把纵向操作手柄扳向“右”，挂上纵向离合器， 压动限位开关SQ1，正向接触器KM3通电，进给电动 机M2正转，拖动工作台向右运动。把正向操作手柄 扳向“左”，挂上纵向离合器，压动限位开关SQ2， 反向接触器KM4通电，进给电动机M2反转，拖动工 作台向左运动。停止时，把操作手柄扳向“中间” 位置，脱开纵向离合器，限位开关SQ1（或SQ2）复 位，接触器KM3（或KM4）断电，电动机M2停转， 停止右（或左）进给运动。 34 图4-8 2、工作台前后和上下进给运动的控制 由十字开关操作，共有5个位置：上、下、前、后及中间位置。 “向前”进给。十字开关手柄扳向“前”，挂上横向离合器， 压动限位开关SQ3，正向接触器KM3通电，进给电动机M2正转， 拖动工作台向前进给。 “向下”进给。十字开关手柄扳向“下”，挂上垂直离合器， 压动限位开关SQ3，正向接触器KM3通电，进给电动机M2正转， 拖动工作台向下进给。 “向后”进给。十字开关手柄扳向“后”，挂上横向离合器， 压动限位开关SQ4，反向接触器KM4通电，进给电动机M2反转， 拖动工作台向后进给。 “向上”进给。十字开关手柄扳向“上”，挂上横向离合器， 压动限位开关SQ4，反向接触器KM4通电，进给电动机M2反转， 拖动工作台向上进给。 35 图4-8 3、工作台的快速移动 主轴转动时的快速移动。当工作台已经进行工作 时，按下按钮SB5（或SB6），接触器KM5通电，快速 移动电磁铁YA通电，工作台快速移动，松开SB5（或 SB6），接触器KM5断电，快速移动电磁铁YA断电， 快速移动停止。工作台仍按原来进给速度原方向继续 进给。快速移动是点动控制方式。 主轴不转动时的快速移动。将开关SA4扳向“停止 ”位置，按动SB1（或SB2），接触器KM1通电并自锁， 提供进给运动的电源，操作工作台手柄，进给电动机 M2转动，按下按钮SB5（或SB6），接触器KM5通电， 快速移动电磁铁YA通电，工作台快速移动。 36 图4-8 4、进给变速时的冲动控制。 进给变速冲动是由进给变速手柄配合进给变速 冲动位置开关SQ5实现的。将进给变速手柄向外拉， 对准所需速度，把手柄拉出到极限位置，压动限 位开关SQ5，接触器KM3通电，进给电动机M2正 转，再把手柄推回原位，进给变速完成。 37 图4-8 3. 圆工作台进给的电气控制 圆工作台只作单向转动。工作过程如下：转 换开关SA1扳向“接通”位置，其触点SA1-2(31- 33)闭合，将工作台两个进给手柄扳向“中间”位 置，按下按钮SB1（或SB2），接触器KM1通电， 主轴电动机M1转动，接触器KM3通电，进给电动 机M2起动，圆工作台回转。 图4-8 38 4.冷却泵电动机M3的控制和照明电路 冷却泵电动机的控制 把开关SA2扳向“ 接通”位置，接触器KM6通电，电动机M3起 动，拖动冷却泵送出切削液。 铣床局部照明由变压器TC输出36V安全 电压，通过开关SA3控制照明灯EL。 图4-8 39 5.控制电路的联锁和其他保护环节 1）主运动与进给运动的顺序联锁。保证主轴电动机M1起动 后（若不需要M1转动，可将开关SA4扳至中间位置）才可 起动进给电动机M2。而主轴停止时，进给立即停止。 2）工作台6个进给方向的联锁。铣床工作时，只允许一个进 给方向运动，为此工作台6个进给方向运动都有联锁。 3）其他保护环节。熔断器FU1～FU4分别实现电路的短路保 护。热继电器FR1～FR3分别作为M1～M3的过载保护，M2 电动机正反转具有电气互锁。电阻R用于反接制动时限流 电流。 图4-8 40 图4-8 X62W卧式万能铣床电气控制原理图 M1 M2 M3 圆工作台 工作台的快速运动 41 进给变速时的冲动控制 返回 电源切换控制 随着社会的发展，人们对供电可靠性 要求也越来越高。很多场合用两路电源来 保证供电的可靠性，这就需要在两路电源 之间进行自动或手动切换控制。本节将介 绍主辅电源切换和双电源切换控制。 42 主辅电源切换控制 1.接触器控制的主辅电源切换 对于那些只有单路市电供电且又比较重要的 单位和部门，往往采用自备发电机来保障停电时 的正常供电。在这种情况下，市电供电电源称为 主电源，而自备发电机供电电源称为辅助电源。 43 图4-9 低压主辅电源自投手复控制原理电路 a)主电路 b)主电源控制电路 c)辅助电源控制电路 44 当主辅电源切换控制工作在辅助电源自投方式下时， 先后合上隔离开关QS1、QS2和断路器QF1、QF2。主电源 正常工作时，时间继电器KT通电，其断电延时常开触点 瞬时闭合，接触器KM1线圈通电，KM1的主触点闭合实现 主电源供电。KM1的常闭辅助触点打开，切断辅助电源 控制电路。当主电源出现故障停电或缺相时，时间继电 器KT断电，其断电延时常开触点延时打开，断开主电源 的控制电路，KM1的主触点打开，切断主电源供电回路； KT的断电延时常闭触点延时闭合，辅助电源控制接触器 线圈KM2通过SA1-2，KT、KM1的常闭触点构成通电回路， 其主触点闭合，此时由辅助电源供电，实现了主电源到 辅助电源的自动切换控制。 45 在辅助电源供电时，若主电源恢复供电，则时 间继电器KT通电，其断电延时常开、常闭触点瞬时 闭合和打开。由于KM2常开辅助触点的自锁，使得 KM2保持通电，因此接触器KM1不可能通电，继续由 辅助电源供电。此时若要恢复主电源供电，必须通过 手动复位，将选择开关SA1置于主电源运行位置，使 KM2线圈断电和KM1线圈通电，恢复主电源供电。 说明：主辅电源除自投手复控制外，还有自投 自复控制方式。 46 智能主辅电源切换控制器是一种新型的产品， 它采用单片机控制电路取代传统的继电器控制线路， 驱动两只接触器实现两路电源的自动转换。 功能:主辅电源切换控制器能对主电源、辅助电源的六 路电压信号进行实时检测，具有过载、欠压、短路、 断相保护和故障报警等，可以实现手动和自动控制 方式。 应用:消防、机场、电视台、医院、商场、银行、化工、 冶金、高层建筑和军事设施等不允许断电的重要场 所。 2.智能主辅电源切换控制器 47 图4-10 自投自复式主辅电源切换动作原理框图 48 双电源自动切换控制 图4-11所示为采用接触器控制的低压双电源自 投自复控制原理图。两路低压电源分别用电源1和电 源2表示（如图4-11b）所示），如果两路电源正常时 均工作，则母线分段运行，当一路电源发生故障或需 要检修时，通过母线联络接触器KM3自动切换，两路 母线由完好的一路电源供电，故障消除后可自动恢复 至两路电源供电。 49 图4-11 低压双电源自投自复控制原理电路 a)双电源切换控制电路 50 图4-11 低压双电源自投自复控制原理电路 b)双电源主电路 c) 双电源失压母联自投控制电路 51 SA1和SA2为双电源工作方式选择开关，当双电 源切换工作在自投自复方式下时，先后合上隔离开 关QS1、QS2、QS3、QS4和断路器QF1、QF2，时间继 电器KT1和KT2分别通电，其断电延时常开触点瞬时 闭合，接触器KM1和KM2线圈通电，KM1和KM2的主 触点闭合，KT1和KT2的常闭触点及KM1和KM2的常 闭辅助触点打开，切断接触器KM3线圈的供电回路， 此时电源1和电源2分别向两路母线供电。 52 异步电动机软起动控制 异步电动机起动器传统控制电路简单，起动 转矩基本固定且不可调，起动过程切换又会带来 二次冲击电流和冲击转矩，并且受电网电压波动 的影响较大。如果电网电压下降大，甚至会造成 电机停转和起动困难。为了克服上述缺点，可采 用软起动器控制异步电动机的起动。软起动器具 有体积小、节能、多种起动和停车方式、远程通 讯接口、动态故障记忆和多种保护功能等特点， 越来越被广大用户所接受，正得到广泛的应用， 是传统起动器理想的更新换代产品。本节将介绍 异步电动机软起动控制电路及相关问题。 53 单台电动机软起动控制 目前，国内外软起动器生产厂家众多，产 品系列规格繁杂。按电压高低等级不同，软起 动器分为低压软起动器、中压软起动器和高压 软起动器三类；按运行模式不同，软起动器分 为在线型和旁路型两类；按拖动电动机的数量 不同，软起动器分为一拖一型和一拖多型。本 节将以国产某KRQS型软起动器为例，介绍单台 电动机软起动控制。 54 图4-12 三线控制接线图 1）三线控制。三线控制输 入端子的接线如图4-12所 示。在此控制方式下，起 动、停车、外部停车等触 点皆为瞬动式。点动按钮 按下时，输出点动电压 （可调）。若不使用“外 部停车”按钮时，应将 “SHUT”与“COM”短接。 1. 输入端子的使用 55 图4-13 两线控制接线图 2）两线控制。两线控制输入 端子的接线如图4-13所示。 在此控制方式下，K闭合 时，软起动器起动；K断 开时，软起动器按设定方 式停车（立刻停车或软停 车）。外部停车为立刻停 车方式，若不使用该按钮， 应将“SHUT”与“COM” 短接。 56 2. 在线型软起动控制 拖动单台电动机软起动在线型控制电路如图4 -14所示。在线型软起动器又叫L型软起动器，主 回路输入端子R、S、T接三相电源；主回路输出 端子U、V、W接电动机。 57 图4-14 L型软起动器两线控制方式接线图 a)主电路 b)控制电路 58 3. 旁路型软起动控制 图4-15所示为单台电动机软起动旁路型控制电 路，输入采用三线控制。旁路型软起动器又叫P型 软起动器。在有软停车要求的场合，起动完毕后不 能切掉软起动器工作电源；在不要求软停车的场合， 为节约能源和延长软起动器的使用寿命，起动完毕 后应切掉软起动器的工作电源。若不使用外部关闭 按钮，应将端子“SHUT”与“COM”短接。 ※注意：图4-15所示电路用于不需要软停车的场合。 若有软停车要求，D1、D2接线端子应直接与电源连 接。 59 图4-15 P型软起动器三线控制方式接线图 a)主电路 b)控制电路 60 多台电动机软起动控制 为节约设备投资、降低生产成本，有 效的利用软起动器的控制功能，可采用一 拖多控制。KRQS型软起动器最多可拖动5 台电动机。图4-16所示为一拖三控制接线 电路图。 61 图4-16 多台电动机软起动器控制接线图 a)主电路 62 图4-16 多台电动机软起动器控制接线图 b)控制电路 63 按下起动按钮SB1，1#电动机起动输出触点 “011”、“CM1”闭合，接触器KM11线圈通电，其 主触点闭合，1#电动机开始软起动。起动完毕后， 1#电动机旁路输出触点“012”、“CM1”闭合，旁 路接触器KM12线圈通电，其主触点闭合实现1#电动 机旁路控制；KM12常开辅助触点闭合，输入控制 端子“X1”、“COM”短接，将旁路信号反馈给软 起动器，保证在1#电动机运行后，再次按起动无效； 否则，可能进行再一次起动。1#电动机运行时，按 下停止按钮SB4，接触器KM12线圈断电，KM12主触 点断开，1#电动机停止运行。 64 ※注意： ①多台电动机共用一台软起动器时，应将软起动器“ 控制方式”设为“一拖多”，此时点动功能无效。 ②在起动过程中按下SB7，软起动器立即停止输出， 起动完毕后，SB7按钮无效。 ③在外部停车按钮SB8断开时，软起动器不起动，在 起动过程中断开时，立即停止输出。若不使用外部停 车，应将“SHUT”与“COM”短接 。 65 异步电动机变频调速控制 变频器的问世为交流电机的调速提供了契机，采 用变频器的交流电机调速取代结构复杂、价格昂贵 的直流电机调速，不仅能获得与直流电机调速相媲 美的调速性能指标，而且能节省大量的能源，异步 电动机的变频调速控制已成为当前电力拖动控制的 主要发展方向。 本节将介绍在工业生产领域中典型的异步电动机变 频调速控制系统。变频器调速控制线路形式有：低 压电器控制；可编程序控制（PLC控制）；PLC与低 压电器控制。本节介绍低压电器控制的变频调速系 统，变频器采用2线控制方式。 66 风机变频调速控制系统 风机被广泛地应用在各行各业。通常的风机只 是由工频电源恒速运转，通过调节风门或挡板开度 的大小来调整送风量，在这过程中，由于风门、挡 板的节流使得能量被部分消耗损失掉，所以很不经 济。采用变频调速对送风机进行风量控制，可以节 能30﹪～40﹪。 风机变频调速控制系统电路如图4-17所示。依 据风机在低速运行时，阻转矩很小，不存在低频时 带不动负载的问题，变频器的运行采用U/f 控制方 式即可。考虑到变频器一旦发生故障，不能让风机 停止工作，应具有将风机由变频运行切换为工频运 行的控制。 67 图4-17 风机变频调速控制电路原理图 a)主电路 b)控制电路 68 图4-17中变频器采用森兰BT12S系列风机水泵专用型变频器，变频 器的功能预置为： F01=5 频率由X4、X5设定； F02=1 使变频器处于外部FWD控制模式； F28=0 使变频器的FMA输出功能为频率； F40=4 设置电机极数为4极； FMA为模拟信号输出端，可在FMA和GND两端之间跨接频率表； F69=0 选择X4、X5端子功能。即用控制端子的通断实现变频器的 升降速。 采用按钮SB5和SB6分别与X4和X5相接，当按下按钮SB6使X5与公共 端CM接通时，控制频率上升；松开按钮SB6时，X5与公共端CM断开， 频率保持。同样，按下按钮SB5使X4与公共端CM接通，控制频率下降； 松开按钮SB5，X4与公共端CM断开，频率保持。 69 1. 主电路 三相工频电源通过断路器QF1接入，接触器KM1用 于将电源接至变频器的输入端R、S、T，接触器 KM2用于将变频器的输出端U、V、W接至电动机， KM3用于将工频电源直接接至电动机。注意接触器 KM2和KM3绝对不允许同时接通，否则会造成损坏 变频器的严重后果，因此，KM2和KM3之间必须有 可靠的互锁。热继电器FR用于工频运行时的过载保 护。 70 2. 控制电路 设置有“变频运行”和“工频运行”的切换，控制电路采用三位 开关SA进行选择。当SA合至“工频运行”方式时，按下起动按钮 SB2，中间继电器KA1动作并自锁，进而使接触器KM3动作，电动 机进入工频运行状态。接下停止接钮SB1，中间继电器KA1和接触 器KM3均断电，电动机停止运行。当SA合至“变频运行”方式时， 按下起动按钮SB2，中间继电器KA1动作并自锁，使接触器KM2主 触点闭合，将电动机接至变频器的输出端。KM2动作后使KM1也 动作，将工频电源接至变频器的输入端，并允许电动机起动。同 时使连接到接触器KM3线圈控制电路中的KM2的常闭触点断开， 确保KM3不能接通。接下按钮SB4，中间继电器KA2动作，电动机 开始加速，进入“变频运行”状态。KA2动作后，停止按钮SB1失 去作用，以防止直接通过切断变频器电源使电动机停机。 71 恒压供水系统变频调速控制 1. 恒压供水的目的和意义 流量是供水系统的基本控制对象。流量的大小取决于扬程，但扬程 难以进行具体测量和控制。在动态情况下，管道中水压的大小与供水能 力（由流量Qg表示）和用水需求（用水量Qu表示）之间的平衡情况有关。 当供水能力Qg＞用水需求Qu，则压力上升（p↑）； 当供水能力Qg ＜用水需求Qu ，则压力下降（p↓）； 当供水能力Qg = 用水需求Qu ，则压力不变（p = 常数）。 可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体反映在流体压力 的变化上。因此，压力就成为控制流量大小的参变量。就是说， 保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了使该处的供水能力 和用水流量处于平衡状态，恰到好处的满足了用户所需的用水流 量，这就是恒压供水所要达到的目的。 72 恒压供水主要意义是：提高供水的质量；节 约能源；起动平稳；可以消除起动和停机时的水 锤效应。 73 2. 恒压供水的主电路 通常在同一路供 水系统中，设置两 台常用泵，供水量 大时开2台，供水量 少时开1台。在采用 变频调速进行恒压 供水时，为节省设 备投资，一般采用1 台变频器控制2台电 机，主电路如图4- 18所示。 图4-18 恒压供水系统主电路图 74 3. 采用PID调节的控制方案 图4-19所示为PID调节的恒压供水系统控制线 路示意图，它采用闭环控制方式。供水压力由压力 变送器转换成电流量或电压量，反馈到PID调节器， PID调节器将压力反馈信号与压力给定信号相比较， 并经比例（P）、积分（I）、微分（D）诸环节调 节后得到频率给定信号，控制变频器的工作频率， 从而控制了水泵的转速和泵水量。 75 图4-19 恒压供水系统控制线路示意图 76 印染机械多电机同步变频调速控制 在造纸、印染及其它控制系统中，经常需 要多电机同步调速，以前多电机同步调速大多 采用直流调速。随着变频技术的发展，直流调 速用得越来越少，逐渐被交流调速所取代。同 步调速必须采用闭环控制，要有同步信号（也 可以叫反馈信号），同时，各变频器必须有统 一的给定信号，同时升降速，并且同时开停。 77 1. 印染机械简介 印染机械有烧毛机、退浆机、退煮漂联合机、 打底机、显色皂洗机、水洗机、印花机、布 铗丝光机、烘干机等多种，品种千差万别， 功能各不相同，电机数量及功率差别较大 （电机功率一般在～40kW范围内）， 但就其电气传动原理而言，却是大同小异。 现以比较简单的LMH101烘干机为例来说明， 如图4-20所示。 78 图4-20 烘干机示意图 工作过程： 布料经上浆槽由轧 车电机拖进1#烘干机， 在进行烘干之前，先 经过张力架（也叫松 紧架），布料从1#烘 干机出来之后再经张 力架进入2#烘干机， 从2#烘干机出来之后 经张力架和落布架落 入出布车，整个工作 过程结束。 79 在烘干机中通常将轧车电机作为主令单元，而其 它电机全部作为从动单元，主令单元没有张力架，是 全机速度的基准，各从动单元都有各自的张力架，要 根据布张力的大小调整相应电机变频器的给定频率， 使之与主令机同步运行。张力架可以上下活动，布料 太紧时，张力加大，张力架向下移动，需要使张力架 后面的电机变慢或张力架前面的电机变快；布料松时 张力减小，张力架向上移动，需要使后面的电机变快 或使前面的电机变慢。 80 1. 主电路 烘干机四台电机功率为：轧车电动机 ，1#烘燥、2#烘燥电动机，落 布电动机，主电路如图4-21所示。轧 车电机为主令电机，在同步控制系统中， 必须要求各电机同时开/停，但考虑到设备 调试或设备出现故障时，不一定所有电机 都开，要求控制电路必须有一个预选电机 的过程。 81 图4-21 LMH101烘干机同步调速系统主电路图 82 2. 同步控制电路 印染机械的同步控制并非纯理论上的使各电 机的线速度完全一致。布料在加工过程中，要进行 蒸、煮、酸洗、碱洗、上浆、水洗、上色等多种工 艺。由于布料的品种不同，加工工艺不同，存在着 布料缩水及伸长现象。有些工艺要缩水，有些工艺 要伸长，实际上各电机的线速度并不完全相同，要 根据布的张力来调节各电机的速度。反馈信号是不 断变化的。因此，在稳定时除了UG1保持不变外， 其它各变频器的频率给定信号（UG2、UG3、UG4） 也是不断变化的。 83 布料的张力可以从张力架的位置反映出来， 通过传感器得到偏差信号UF，反馈到控制中心，控 制中心将反馈信号UF与标准给定信号UG比较后给 出各变频器的频率给定信号，控制各变频器运行。 同步控制示意图如图4-22所示。 反馈信号UF可以是电阻、电流或电压信号，不 同的反馈信号最终都被处理成变频器能接受的直流 电压信号（例如0～10V）或直流电流信号（例如4 ～20mA）。 84 图4-22 同步控制示意图 85 3. 控制电路 LMH101轧水烘干机电控柜控制电路如 图4-23所示。图中R11（31，33）、R12（33 ，35）、R13（35，37）和R14（37，39）为 4个变频器内部继电器R1的常闭触点，设置 为电机的过载保护，任何一台电机过载时， 4台电动机全部停车。 86 图4-23 LMH101轧水烘干机同步调速系统控制电路图 87 4-8-1主电机工作回路 88 4-8-2进给电机工作回路 89 4-8-3工作台左右工作回路 90 4-8-4工作台前后上下工作回路 91 4-8-5圆台工作回路 92 主电机工作回路 93