《電氣控制與PLC》教案

渤海石油職業學院

機電工程系

董瑞情

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機械1、208數控

章節課題：第一章常用低壓電器

學時：

教學目的：1.掌握電器相關的基本概念。

2.掌握幾種常用低壓電器

教學重點：接觸器、繼電器、低壓斷路器結構和工作原理

教學難點：萬能轉換開關

教學方法：課堂講授，輔以多媒體電子課件

教學效果:

教學過程

第一章常用低壓電器

第一節低壓電器基本知識

一低壓電器分類

I電器定義：電器對電能的生產、輸送、分配與應用起著控制、調節、檢測利保護的作用，在電力輸配電

系統和電力拖動自動控制系統中應用極為廣泛。低壓電器用于交流1200V、直流1500V級以下的電路中。

2、低壓電器分類

按用途分：低壓配電電器：輸送和分配電能，刀開關、低壓斷路器、熔斷器等。

低壓控制電路：用于控制線路和系統，接觸器、繼電器、控制器、按鈕等。

按動作原理：手動

自動

按工作原理：電磁式接觸器、電磁式繼電器等。

非電磁式速度繼電器、行程7T關

二、低壓電器作用

1、控制作用

2、保護作用

3、測量作用

4、調節作用

5、指示作用

6、轉換作用

三、低壓電器基本結構

電磁式低壓電器分感測部分（電磁機構）和執行部分（觸頭系統）。

1、電磁機構組成：吸引線圈、鐵心、銜鐵

按通過線圈的電流種類分有交流電磁機構和直流電磁機構；按電磁機構的形狀分有E形和U形兩

種；按銜鐵的運動形式分有拍合式和直動式兩大類。如圖1/

2、交流電磁機構和直流電磁機構

1）直流電磁機構的鐵芯不發熱，線圈發熱，線圈為無骨架、高而薄的瘦高型。

鐵芯為整體結構的軟鋼和工程純鐵制成，以增加磁導率和增強散熱；

2）交流電磁機構的鐵芯、線圈都發熱，線圈為有骨架、短而厚的矮胖型。

鐵芯采用硅鋼片疊制而成，目的是減少在鐵芯中產生的渦流，使鐵芯發熱。此外交流電磁機構

的鐵芯有短路環，以防止電流過零時（滯后90°）電磁吸力不足使銜鐵振動。

3、觸頭系統觸頭是用來接通或斷開電路的

1）按其接觸形式分為點接觸、線接觸和面接觸3種（橋式和指型）。如圖1-4

2）按控制的電路分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭用于接通或斷開主電路，允許通過較大的電流.

輔助觸頭用于接通或斷開控制電路，只允許通過較小的電流。

3）按原始狀態分為常開觸頭和常閉觸頭。當線圈不帶電時，動、靜觸頭是分開的稱為常開觸頭;

當線圈不帶電時，動、靜觸頭是閉合的稱為常閉觸頭。

4、滅弧裝置

1）電弧的產生：大氣中分斷電路，電場使觸頭表面大量電子溢出。

2）電弧的危害：電弧產生高溫并有強光，可將觸頭燒損，并使電路的切斷時間延長，嚴重時可引起

事故或火災。

3）滅弧原則：拉長、冷卻、分段

4）滅弧的方法

（1）點動力滅弧：如圖1-5

機械滅弧：通過機械將電弧迅速拉長，用于開關電路。

（2）磁吹滅弧：在一個與觸頭串聯的磁吹線圈產生的磁力作用下，電弧被拉長且被吹入由固體介質構

成的滅弧罩內，電弧被冷卻熄滅。如圖1-6

13）窄縫滅弧：在電瓠形成的磁場、電場力的作用下，將電弧拉長進入滅弧罩的窄縫中，使其分成數

段并迅速熄滅，如圖1-3所示，該方式主要用于交流接觸器中。

（4）柵片滅弧：當觸頭分開時，產生的電弧在電場力的作用下被推入一組金屬柵片而被分成數段，彼

此絕緣的金屬片相當電極，因而就有許多陰陽極壓降，對交流電弧來說，在電弧過零時使電弧無法維

好而熄滅，如圖1-7所示，交流電據常用棚片滅弧。

第二節主令電器

主令電器主要用來切換控制電路，即用它來控制接觸器、繼電器等電器的線圈得電與失電，

從而控制電力拖動系統的起動與停止，以及改變系統的工作狀態，如正轉與反轉等。

一、控制按鈕

1、定義：通常用作短時接通或斷開小電流控制電路的開關。

2、控制按鈕結構：由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸點和外殼等組成。通常制成具有常開觸點和常閉觸

點的復合式結構，其結構示意圖如圖1-8所示。

3、控制按鈕分類：指示燈式按鈕內可裝入信號燈顯示信號；緊急式按鈕裝有蘑菇形鈕帽，以便于緊

急操作。旋鈕式按鈕是用手扭動旋鈕來進行操作的。

按鈕帽有多種顏色，一般紅色用作停止按鈕，綠色用作啟動按鈕。按鈕主要根據所許的觸點數、使用場

合及顏色來進行選擇。

按鈕開關的圖形符號及文字符號如圖1-9所示。

二、行程開關

行程開關又稱限位開關，是根據運動部件位置而切換的自動控制電器，用來控制運動部件的運動方向、

行程大小或位置保護,行程開關有機械式和電子式兩種，機械式常見的有按鈕式和滑輪式兩種。圖1T0為

行程開關外形圖，圖1T1為行程開關圖形符號。

三、接近開關

行程開關是有觸點開關，工作時由擋塊與行程開關的滾輪或觸桿碰撞使觸點接通或斷開的。在操作頻

繁時，易產生故障，工作可靠性較低。接近開關是無觸點開關，具有工作穩定可靠、使用壽命長、重復定

位精度高、動作迅速等優點，因此在工業控制系統中應用越來越廣泛。

接近汗關包括電感式和電容式。

四、萬能轉換開關

作用及原理：由多組相同結構的觸點組件疊裝而成的多回路控制電器，借助于不同形狀的凸輪使其觸點按

一定的次序接通和分斷，它能轉換多種和多數量的電氣控制電路。

第三節接觸器

一結構和工作原理

I結構：一般由電磁機構、觸點、滅弧裝置、釋放彈簧機構、支架與底座等幾部分組成。

2工作原理：根據電磁原理工作：當電磁線圈通電后，線圈電流產生磁場，使靜鐵心產生電磁吸力吸引銜

鐵，并帶動觸點動作，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯動的。當線圈斷電時，電磁力消失，銜

鐵在釋放彈簧的作用下降放，使觸點復原，即常開觸點斷開，常閉觸點閉合.

二分類及特點

1交流接觸器：交流接觸器線圈通以交流電，主觸點接通、切斷交流主電路.

2直流接觸器：直流接觸器線圈通以直流電流，主觸點接通、切斷直流主電路。

三主要技術參數：線圈電壓、主觸點額定電流、主觸點額定電壓、輔助觸點額定電流、輔助觸點對數、

接觸器極數以及接觸器的機械壽命和電壽命等。

四選擇原則：

1接觸器的使用類別應與負載性質相致，控制交流負載應選用交流接觸器，控制直流負載則選用直流接

觸器C

2主觸點的額定工作電壓應大于或等于負載電路的電壓。

3主觸點的額定工作電流應大于或等于負載電路的電流。

4接觸器主觸點的額完工作電流是在規定條件下（額定工作電壓、使用類別、操作頻率等）能夠正常工作

的電流值，當實際使用條件不同時，這個電流值也將隨之改變。

5吸引線圈的額定電壓應與控制回路電壓相一致，接觸器在線圈額定電壓85%及以上時應能可靠地吸合。

6主觸點和輔助觸點的數量應能滿足控制系統的需要。

第四節繼電器

一維電器特性及其分類

1、原理：主要用于控制與保護電路中作信號轉換用。具有輸入電路（又稱感應元件）和輸出電路（又稱

執行元件），當感應元件中的輸入量（如電流、電壓、溫度、壓力等）變化到某一定值時繼電器動作，執

行元件便接通和斷開控制回路。

2、結構；檢測機構、中間機構和執行機構。

3、分類：

1）按輸入信號有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、時間繼電器、熱維電器以及溫度、壓力、計數、

頻率繼電器等等。

2）按工作原理：電磁式、感應式、電動式、電子式、熱繼電器等。

3）按用途：控制繼電器和保護繼電器

4）按輸出形式：有觸點和無觸點

4、特性：繼電特性曲線。

參數：返回系數、吸合時間、釋放時間。

二、電流繼電器

過電流繼電器

欠電流繼電器

三、電壓繼電器

過電壓繼電器

欠電壓繼電器。

中間繼電器：當電壓或電流繼電器觸點容量不夠時，可借助中間繼電器來控制，用中間繼電器作為執行元

件，這時中間繼電器被當作一級放大器用；當其他繼電器或接觸器觸點數量不夠時，可利用中間繼電器來

切換多條控制電路。

四、時間繼電器

1原理：感應元件接受外界信號后，經過設定的延時時間才使執行部分動作的繼電器。

2按延時方式分類：通電延時型、斷電延時型和帶瞬動觸點的通電（或斷電）延時型繼電器。

3按工作原理分類：空氣阻尼式、電動式和電子式、單片機控制式等。

4觸點類型：常開延時閉合觸點、常閉延時斷開觸點、常開延時斷開觸點和常閉延時閉合觸點4類。圖1-19

五、熱繼電器

1定義：專門用來對連續運行的電動機進行過載及斷相保護，以防止電動機過熱而燒毀的保護電器。

2組成：雙金屬片、加熱元件、動作機構、觸點系統、整定調整裝置及手動復位裝置等組成。

3原理

4參數：熱繼電器額定電流、相數、熱元件額定電流、整定電流及調節范圍等。

六速度繼電器

1作用：用于轉速的檢測，常用在三相交流異步電動機反接制動轉速過零時，自動切除反相序電源。

2組成：轉子、定子和觸點三部分組成。

3原理：如圖1-22

第五節其他常用低壓電器

一、刀開關

刀開關只用于手動控制容量較小、起動不頻繁的電動機，可分為瓷底開啟式負荷開關和封閉式負

荷開關。

1、結構和安裝

刀開關（俗稱閘刀開關）結構簡單，在操作手柄、刀片、觸頭座和底板等組成。在機床上刀開關主要用

來接通和斷開長期工作設備的電源。

使用注意的問題：刀開關安裝時，手柄要向上，不得倒裝或平裝。如果倒裝，拉閘后手柄可能因自重

下落引起誤合閘而造成人身和設備安全事故。接線時，應將電源線接在上端，負載線接在下端，這樣較為

安全C

2、常用刀開關

1）開啟式負荷開關：

2）封閉式負荷開關是快斷刀閘的刀開關與熔斷器組合在一起的鐵殼開關，常用來控制小容量異步電動機

的不頻繁起動和停止。

二、熔斷器

1、作用：供電電路和電氣設備的短路保護。

2、組成：由熔體和安裝熔體的外殼兩部分組成。

3、原理：通過熔斷器的電流超過一定數值并經過一定的時間后，電流在熔體上產生的熱量使熔體某處熔

化而切斷電路，從而保護了電路和設備。

4、特性：保護特性曲線

5、常用熔斷器

名稱類別特點、用途主要技術數據

價格便宜，更換方便。廣泛用

瓷插式額定電流Zge從5A-200A

RC1A于照明和小容量電動機短路

熔斷器分7種規格

保護

熔絲周圍石英砂可熄滅電弧，

RL1系列額定電流Ige有4

熔斷管上端紅點隨熔絲熔斷

旋式熔斷器RL種規格：15A、60A、100A、

而自動脫落，體積小，多用于

200A

機床電氣設備中

名稱類別特點、用途主要技術數據

在熔體中人為引入窄截面熔片，提高

無填料封閉RM-10系列額定電流Zge從

RM斷流能力。用于低壓電力網絡和成套

管式熔斷器15A?1000A,分7種規格

配電裝置中的短路保護

分斷能力強，使用安全，特性穩定，

有填料封閉RTO系列額定電流Zge從

RTO有明顯指示器。廣泛用于短路電流較

管式熔斷器50A?1000A分6種規格

大的電力網或配電裝置中

用于小容量硅整流元件的短路保護7=4/Te,0.2s內熔斷；/=67Te,

RLS

和某些適當過載保護0.02s熔斷

快速熔斷器RSO用于大容量硅整流元件的保護

1=(4?6)ITe,0.02s內熔

用于晶閘管元件短路保護和某些適斷

RS3

當過載保護

三、低壓斷路器

1、作用：用來分配電能，不頻繁地起動異步電動機，對電源電路及電動機等實行保護。功能相當于熔斷

器式斷路器與過電流、欠電壓、熱繼電器等的組合。

2、組成：主要由觸點和滅弧裝置、各種可供選擇的脫扣器與操作機構、自由脫扣機構三部分組成。

3、原埋：

4、參數：額定工作電壓、殼架額定電流等級、極數、脫扣器類型及額定電流、短路分斷能力等。

布置作業：1.1>1.4、1.6>1.8

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機械1、208數控

章節課題：第二章基本電氣控制電路

學時：

教學目的：掌握電器圖形符號與文字符號，電氣圖的基本知識，三相異步電動

機起動、停止控制電路；正、反轉控制電路；制動控制電路；點動、聯鎖、多

點控制等基本控制電路環節。了解電氣圖紙相關規范。

教學重點：1.掌握電氣控制電路圖的相關知識

2.掌握三相異步電動機的基本控制電路環節

教學難點：

教學方法：課堂講授，輔以多媒體電子課件

教學效果:

教學過程

第二章基本電氣控制電路

第一節電氣控制系統圖的繪制規則和常用符合

一概述

1、電氣圖：用電氣圖形符號繪制的圖。是電工領域中最主要的提供信息方式，它提供的信息內容可以是

功能、位置、設備制造及接線等。

2、種類：電路圖（電氣原理圖）、電氣接線圖、電器元件布置圖。

二電氣圖形符號與文字符號

1電氣圖形符號：由符號要素、限定符號、一般符號以及常用的非電操作控制的動作符號（如機械控制符

號等），根據不同的具體器件情況組合而成。

2電氣文字符號：分為基本文字符號和輔助文字符號。基本文字符號有單字母符號和雙字母符號。單字母

符號表示電氣設備、裝置和元器件的大類；雙字母符號由一個表示大類的單字母與另一表示器件某些特性

的字母組成。輔助文字符號用來進一步表示電氣設備、裝置和元器件的功能、狀態和特征。

3常用電氣圖形符號與文字符號示例。表2-1

三電氣原理圖

1形式與作用：根據電氣控制系統的工作原理，采用電器元件展開的形式繪制的。不按電器元件實際布置

繪制，而是根據電器元件在電路中所起的作用畫在不同的部位上，用于分析研究系統的組成和工作原理，

并為尋找電氣故障提供幫助，同時也是編制電氣接線圖的依據。

2組成：

主電路：設備的驅動電路，包括從電源到用電設備的電路，是強電流通過的部分。

控制電路：由按鈕、接觸器和繼電器的線圈、各種電器的常開、常閉觸點等組合構成的控制

輔助信號指示電路。

3繪制方法

水平布置時，電源線垂直畫，其他電路水平畫，控制電路中的耗能元件（如接觸器的線圈）畫在電路的最

右端C

垂直布置時，電源線水平畫，其他電路垂直畫，控制電路的耗能元件畫在電路的最下端。

主電路采用粗實線。

控制電路和其他輔助的信號指示及保護電路采用細實線。

所有電器元件不畫出實際的外形圖，采用國家標準規定的圖形符號和文字符號表示。

同一電器的各個部件可根據需要畫在不同的地方，但必須用相同的文字符號標注。

多個同一種類的電器元件，可在文字符號后加上數字序號加以區分。

4常用器件狀態表示

繼電器和接觸器的線圈在非激勵狀態。

斷路器和隔離開關在斷開位置。

零位操作的手動控制開關在零位狀態，不帶零位的手動控制開關在圖中規定的位置。

機械操作開關和按鈕在非工作狀態或不受力狀態。

保護類元器件處在設備正常工作狀態，特別情況在圖樣上加以說明。

5標注：元器件的數據和型號，一般用小號字體標注在電器元件符號的附近，需要標注的元器件的數量比

較多時，可以采用設備表的形式統一給出。

四電器元件布置圖

1作用：用來表明電氣設備上所有電器和用電設備的實際位置，是電氣控制設備制造、裝配、調試和維護

必不可少的技術文件。

2內容：控制柜與操作臺（箱）內部布置圖以及控制柜與操作臺（箱）面板布置圖。

3繪制方法：

控制柜與操作臺（箱）等設備的外形輪廓用細實線繪出。

可見的和需要表達清楚的電器元件及設備，用粗實線繪出其簡單的外形輪廓，并標明其實際的安裝位置。

電器元件及設備代號必須與有關電路圖和設備清單上所用的代號相一致。

五電氣接線圖

1作用：表示電氣設備或裝置連接關系的簡圖，主要用于電氣設備安裝接線、線路檢查、線路維修和故障

處理C

2內容：電氣設備和電器元件的相對位置、項目代號、端子號、導線號、導線類型、導線截面積、屏蔽和

導線絞合等情況。

第二節電氣控制電路的基本控制規律

一、自鎖控制電路

1、手動控制線路

2、點動控制線路

所謂點動，即按下按鈕時電機轉動工作，手松開按鈕電機停止工作。點動控制多用于機床刀架、橫梁、

立柱等快速移動和機床對刀等場合。圖2-2列出了實現點動控制的幾種電氣控制線路。

圖2-5是最基本的點動控制線路。起動按鈕SB沒有并聯接觸器KM的自鎖觸頭，按下SB,KM線圈通電，電機

起動；手松開按鈕SB時，接觸器KM線圈又斷電，其主觸點斷開，電機停止

運轉c

3、自鎖控制電路

合上QS,按下SB2,KM線

圈吸合，KM主觸點閉合，

電動機運轉。

KM輔助常開觸點閉合，自

鎖。

按下SB1,KM線圈斷電，主

觸點、輔助觸點斷開，電動

機停止。

自鎖另一作用：實現欠壓和

失壓保護

圖3.2.1三相籠型異步電動機起、停控制城路

二、互鎖控制電路

1、正反轉控制

FRA

SB1E/

FU2KMIKM2

接觸器正反轉控制覲路

缺點：

2、接觸器互鎖的正反轉控制

圖3.2.3接觸用聯鎖正反轉控制政路

加互領?一在同一時間里兩個接觸器只允許一個工作的控制作用稱為互鎖（聯鎖）。

規律：當要求甲接觸器工作時，乙接觸器就不能工作，此時應在乙接觸器的線圈電路中串入甲接觸

器的動斷觸點。

當要求甲接觸器工作時乙接觸器不能工作，而乙接觸器工作時甲接觸器不能工作，此時應在兩

個接觸器的線圈電路中互串入對方的動斷觸點。

3、按鈕、接觸器雙重互鎖正反轉控制

三、行程控制電路

(1)工作臺的正反向自動循環控制許多機床的自動循環控制都是靠限位控制來完成的。某些機床的

工作臺要求正反向運動自動循環。

(2)動力頭的自動循環控制它是由限位開關按行程來實現動力頭的往復運動的。

四、多地控制電路

在大型機床設備中，為了操作方便，常要求能在多個地點進行控制。例如把運動按鈕并聯連接，停止按鈕

串聯連接，分別安置在三個地方，就可三地操作。

規律：啟動按鈕并聯、停止按鈕串聯

五、順序控制電路

1、主電路實現

2、控制電路實現

?當要求甲接觸器工作后方允許乙接觸器工作，則在乙接觸器線圈電路中串入甲接觸器的動合觸點。

?當要求乙接觸器線圈斷電后方允許甲接觸器線圈斷電，則將乙接觸器的動合觸點并聯在甲接觸器

的停止按鈕兩端。

第三節三相異步電動機降壓起動控制電路

1.直接起動控制電路

一些控制要求不高的簡單機械，如小型臺鉆、砂輪機、冷卻泵等常采用開關直接控制電動機起動和停止。

它適用于不頻繁起動的小容量電動機，不能遠距離控制和自動控制。

2.降壓起動控制電路

較大容量的籠型異步電動機一般都采用降壓起動的方式起動，具體實現的方案有：定子串電阻或電抗

器降壓起動、星一三角變換降壓起動、自耦變壓器降壓起動、延邊三角形降壓起動等。

一、取籠式電動機

1、定子串接電阻降壓起動

電動機起動時在三相定子繞組中串接電阻，使定子繞組上電壓降低，起動結束后再將電阻短接，使電

動機在額定電壓下運行，這種起動方式不受電動機接線方式的限制。

2、定子串接自耦變壓器降壓起動

自耦變壓器降壓起動的控制線路，電動機起動電流的限制是靠自耦變壓器的降壓作用來實現的。

3、Y/D降壓起動

星形-三角形(Y/D)降壓起動是籠型三相異步電動機降壓起動方法之一。Y/D起動控制分為手動

和自動兩種。

二、繞線式電動機

轉子繞組串接電阻起動

轉子回路串接起動電阻，一般接成星形且分成若干段，起動時電阻全部接入，起動過程中逐段切除起動電

阻。切除電阻的方法有三相平衡切除法及三相不平衡切除法，常用的接觸器控制切除起動電阻多為三相平

衡切除法，即每次每相切除的起動電阻相同。

第四節三相異步電動機制動控制電路

制動停車的方式有兩大類：即機械制動和電氣制動。機械制動采用機械抱閘、液壓或氣壓制動；電氣

制動有反接制動、能耗制動、電容制動等，其實質是使電動機產生一個與轉子原來的轉動方向相反的制動

轉矩C

1、機械制動控制電路

2、反接制動控制電路反接制動是利用改變電動機電源的相序，使定子繞紐產生相反方向的旋轉磁場，

因而產生制動轉矩的制動方法。反接制動常采用轉速為變化參量進行控制。由于反接制動時，轉子與旋轉

磁場的相對速度接近于兩倍的同步轉速，所以定子繞組中流過的反接制動電流相當于全電壓直接起動時電

流的兩倍，因此反接制動特點之一是制動迅速，效果好，沖擊大，通常僅適于10kW以下的小容量電動機。

為了減小沖擊電流，通常要求在電動機主電路中串接限流電阻。

3、能耗制動控制電路能耗制動就是在電動機脫離三相交流電源之后，向定子繞組內通入直流電流，利

用轉子感應電流與靜止磁場的作用產生制動的電磁轉矩，達到制動的目的。

第五節三相異步電動機調速控制電路

雙速電動機的控制線路

三相籠型異步電動機的調速方法之一是依靠變更定子繞組的極對數來實現的。圖2-22為4/2極的雙速異步

電動機定子繞組接線示意圖，圖（a）將電動機定子繞組的U1、VI、W1三個接線端接三相交流電源，而將

電動機定子繞組的U2、V2、W2三個接線端懸空，三相定子繞組接成三角形。此時每相繞組中的①、②線圈

串聯，電流方向如圖（a）中箭頭所示，電動機以四極運行為低速。若將電動機定子繞組的U2、V2、W2

三個接線端子接三相交流電源，而將另外三個接線端子U1、V1、W1連在一起如圖（b）所示，則原來三

相定子繞組的三角形接線變為雙星形接線，此時每相繞組中的①、②線圈相互并聯，電流方向如圖（b）

中箭頭所示，于是電動機便以兩極運行為高速。

㈤

國2-9“2極雙逑電動機三相定子經免接線示意圖

圖2-23所示

的雙速電動機控制線路采用兩個接觸器來換接電動機的出線端以改變電動機的轉速。

布置作業：2.12.32.42.8

作業

2-3

(1)、常閉接在了自己的回路。

(3)反轉自鎖觸點短接了停止按鈕

a

KM2

KM2

2-6

KM1KM3KM2KM4

1f23—42—>14―3

問題分析：

本線路在原位（Ml電機在1、M2電機在3）停車后，或Ml電機在1到2之間,M2電機在3

時停電（SQ3被壓常閉斷開，SQ1、SQ2、SQ4都釋放狀態，三個常開都斷開）要重新啟動時需再按下啟

動按鈕SB2方可。

但在其他地方停電后再來電時都會自行啟動。

例如

1、M2電機在3到4之間Ml電機在2時停電（SQ2被壓常開閉合，SQ1>SQ3、SQ4都釋放狀態，三個

常閉都閉合，來電后KM3得電啟動），

2、Ml電機在2到1之間、M2電機在4時停電（SQ4被壓常開閉合，SQLSQ2、SQ3都釋放狀態，三

個常閉都閉合，來電后KM2得電啟動），

3、M2電機在4到3之間、Ml電機在1時停電（SQ1被壓常開閉合，SQ4、SQ2、SQ3都釋放狀態，三

個常閉都閉合，來電后KM4得電啟動）。

4、Ml電機在2、M2電機在3（SQ2、SQ3被壓常開閉合，SQ1、SQ4都釋放狀態，三個常閉都閉合）

5、Ml電機在2、M2電機在4（SQ2、SQ4被壓常開閉合，SQ1>SQ3都釋放狀態，三個常閉都閉合）

6、Ml電機在1、M2電機在4（SQ1、SQ4被壓常開閉合，SQ2、SQ3都釋放狀態，三個常閉都閉合）

而且停止按鈕失去作用。

FU

KAKM1KM3KM2KM4

1—23—42-14.3

2-7

FU

2-8

問題分析：

KA的作用使得小車在任何地方（包括延時期間）都可停車。另外按鈕可選用一個有兩個常開的來節省一

個按鈕。

FU

KAKM1KTKM2

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機械1、208數控

章節課題：第三章典型機床電氣控制電路的分析

學時：

教學目的：掌握C650臥式車床、X62W萬能銃的電氣控制電路及工作原理

教學重點：C650臥式車床電氣控制電路

教學難點：X62W萬能銃的電氣控制電路

教學方法：課堂講授，輔以多媒體電子課件

教學效果:

教學過程

第三章典型機床電氣控制電路的分析

第一節電氣控制電路的分析基礎

一、電氣控制系統分析的內容

1.設備說明書

2.電氣控制原理圖

3.電氣設備的總裝接線圖

4.電器元件布置圖與接線圖

二、電氣原理圖閱讀分析的方法與步驟

1.分析主電路

2.分析控制電路

3.分析輔助電路

4.分析聯鎖與保護環節

5.總體檢查

第二節C650臥式車床的電氣控制電路

巨卜式車床是機床中應用最廣泛的一種，它可以用于切削各種工件的外圓、內孔、端面及螺紋。

一、C650臥式車床的主要結構

C650臥式車床屬于中型車床，可加工的最大工件回轉直徑為1020mm,最大工件長度為3000mm,

機床的結構形式如圖3」所示，由主軸變速箱、掛輪箱、進給箱、溜板箱、尾座、滑板與刀架、光杠

與絲杠等部件組成。

二、C650臥式車床的電力拖動形式及控制要求

I、車削加工近似于恒功率負載，主軸電動機Ml通常選用籠型異步電動機，完成主軸主運動和刀具

進給運動的驅動。

2、車削螺紋時，刀架移動與主軸旋轉運動之間必須保持準確的比例關系，因此，車床主軸運動和進給

運動只由一臺電動機Ml拖動，刀架移動由主軸箱通過機械傳動鏈來實現。車削螺紋時，要求反轉

退刀，所以主軸電動機Ml應正反轉。

3、為了提高生產效率、減輕工人勞動強度，拖板的快速移動由電動機M3單獨拖動。根據使用需要，

可隨時手動控制啟停（點動）。

4、車削加工中，為防止刀具和工件的溫度過高、延長刀具使用壽命、提高加工質量，車床附有一臺單

方向旋轉的冷卻泵電動機M2,與主軸電動機實現順序啟停，也可單獨操作。

5、必要的保護環節、連鎖環節、照明和信號電路。

■三種運動

■主運動主軸的旋轉運動

■進給運動溜刀板帶著刀架的直線運動

■輔助運動刀架的快速直線移動

三、C650臥式車床的電氣控制電路

1.主電路

■主軸電機Ml：

（1）電源開關采用旋轉開關、電機外殼應有可靠的保護接地、主軸電機工作時冷卻泵才能工作、正反

轉控制KM1、KM2o

（2）電流互感器TA防止起動時沖擊電流，起動時將電流表暫時短接。

13）點動時以KM3控制R接入和切除。

：4）速度繼電器與電動機同軸連接，完成制動。

■冷卻泵電機M2：KM4控制單向運行，長動。

■快速移動電機M3：KM5控制單向運行，手動控制。

三、控制電路分析

1、Ml電動機電路（KM1、KM2、KM3、TA）

；1）主軸電動機點動（圖3?3）

按下SB2-KMI通電一KM1主觸點閉合-*Ml串電阻降壓啟動、低速運轉

松開SB2-KM1失電一KM1主觸點斷開一Ml停止

：2）主軸電動機正轉控制線路（圖3-4）SB3為雙常開觸點按鈕

按下SB37KM3通電5KM3主觸點閉合一切除R

、KM3輔助點閉合一KA通叫二KA常開（5-10）閉合一KM3自鎖

fA常開（9-6）閉合一?

=>KM1通電!~~

SB3未松開一」一

IKT通電一KT觸點延時打開一電流表A接入

寸r-K…Mi主助觸點閉點合閉合?自鎖

——>Ml全壓正向啟動運行。

松開SB3,由于KA使得KM1、KM3可繼續通電。

提問：KT的作用（短接電流表，避免起動沖擊）

：3）主軸電動機反轉控制線路（圖3-4）與正轉工作相同，僅以SB4按狙起動。

：4）主軸電動機制動電路

按下SBl-KMl、KM3、KA、KT失電一觸點恢復常態

松開SB1-KA（常閉）與KS2-1接通KM2一反接制動一速度下降一KS2-1復位一KM2斷電一制動結

束。

反向制動與正向過程相同。

2、冷卻泵電動機的控制線路

M2電動機由SB5（停止）、SB6（啟動）、KM4常開組成自鎖回路，控制KM4的通斷，實現M2的控

制。

3、刀架電動機的快移控制線路

手動手柄壓動SQ,接通KM5實現M3驅動溜板帶動刀架快速移動。

第三節X62W型萬能銃床的電氣控制

一、主要結構與運動形式

X62W臥式萬能銃床具有主軸轉速高、調速范圍寬、操作方便、工作臺能自動循環加工等特點，主要

由底座、床身、懸梁、刀桿支架、工作臺、溜板和升降臺等部分組成。

X62W萬能銃床的運動方式有：

主運動：銃刀的旋轉。

進給運動：工作臺的上、下、左、右、前、后運動。

輔助運動：工作臺在六個方向上的快速運動。

二、電氣控制線路分析

1.主電路分析

主電路有三臺電動機，其中Ml為主軸電動機，M2為工作臺進給電動機，M3為冷卻泵電動機。QS

為電源開關，各電動機的控制過程分別是：

主軸電動機由接觸器KM3控制，Ml旋轉方向由組合開關SA5預先選擇。Ml的起動、停止的控制

可在兩地操作，采用串電阻反接制動。通過機械機構和接觸器KM2進行變速沖動控制。

工作臺進給電動機M2由接觸器KM4、KM5控制，并由接觸器KM6控制快速電磁鐵，決定工作臺

移動速度，KM6接通為快速，斷開為慢速。正反轉接觸器KM4、KM5是由兩個機械操作手柄控制的。

一個是縱向操作手柄，另一個是垂直與橫向操作手柄。這兩個機械操作手柄各有兩套，分設在銃床工作臺

正面與側面，實現兩地操作。

冷卻泵電動機由接觸器KM1控制，單方向運轉。

2.控制電路分析

控制電路電壓為127V,由控制變壓器TC供給。

(1)主電動機的控制線路

①主電動機的起動控制

合上QS、

SA5預先選擇轉向=>KM3得電并自鎖一KM3主觸點閉合一小不帶電阻啟動

主軸變速沖動行程開關SQ7不受壓

按下SB1(SB2)J

②主電動機的制動

按下SB3(SB4)「一KM3失電一KM3主觸點、常開輔助觸點斷開

--KS其一觸點閉合一KM2得電并自鎖一Ml帶電阻反接制動速度下g

(=>KS觸點斷開fMl斷電

③主軸變速控制

將主軸變速手柄壓下，使其從第一道槽拔出，拉向第二道槽—其間凸輪通過彈簧桿碰撞主軸變速沖動行

程開關SQ7「一SQ7-2分斷一KM3失電一KM3主觸點、常開輔助觸點斷開

一―SQ7-1閉合一KM2得電一Ml帶電阻反接制動速度很快下降(若變速前電機停轉，則

此時電機反轉一下)一選好速度一將主軸變速手柄推回原位時凸輪通過彈簧桿又碰撞主軸變速沖動行程開

關SQ7一下一SQ7T閉合一KM2又得電一Ml帶電阻低速反轉一下，利于變速后齒輪嚙合。

(2)工作臺進給控制(圖3-8)

①工作臺的左右（縱向）運動

控制過程如下：

「合上縱向進給機械離合器，

手柄扳向右，

I壓下SQ1（SQ1-2分斷、SQ1-1閉合）-KM4+—M2正轉一工作臺右移.

「臺上縱向進給機械離合器/

手柄扳向左

〔壓下SQ2（SQ2-2分斷、SQ2-1閉合）-KM5+

M2反轉f工作臺左移

②工作臺前后（橫向）和上下《升降）進給控制。

「合上垂直進給機械離合器/

手柄扳向上J

I壓下SQ4fKM5+fM2反轉f工作臺向上運動."

r合上橫向進給機械離合器?

手柄扳向前J

I壓下SQ3-KM4+-M2正轉f工作臺向前運動.

③工作臺的快速移動

@進給變速時“沖動”控制

3.圓工作臺進給控制

為加工螺旋槽、弧形槽等，X62W型萬能銃床附有圓形工作臺及其傳動鞏構。

(4)冷卻泵電動機的控制

由轉換開關SA3控制接觸器KM1來控制冷泵電動機M3的起動與停止.

4.聯鎖與保護

(1)進給運動與主運劭的順序聯鎖

(2)工作臺各運動方向的聯鎖

(3)長工作臺與圓工作臺間的聯鎖

(4)保護環節

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機械1、208數控

章節課題：第四章電氣控制系統的設計與安裝

學時：

教學目的：掌握電氣控制電路設計步驟及方法。了解內容電氣控制電路設計原

則、內容。

教學重點：電氣控制電路設計步驟及方法

教學難點：電氣控制電路設計步驟及方法

教學方法：課堂講授，輔以多媒體電子課件

教學效果:

教學過程

第一節電氣控制電路設計的一般原則和程序

一、電氣控制系統設計的基本內容和原則

（-）電氣控制系統設計的基本內容

（二）電力拖動方案確定的原則

1.無電氣調速要求的生產機械

2.要求電氣調速的生產機械

3.電動機調速性質的確定

（三）控制方案確定的原則

二、電氣控制電路設計方法

（-）控制電路設計要求

（二）控制電路設計方法

1.主電路設計2.控制電路設計3.聯鎖與保護環節設計4.電路的完善

（三）控制電路設計時應注意的問題

三、電氣控制電路設計中元器件的選擇

（一）電動機的選擇

1.電動機功率的選擇

2.電動機額定電壓的選擇

3.電動機額定轉速的選擇

4.電動機結構型式的選擇

5.籠型異步電動機有關電阻的計算

（二）常用低壓電器的選擇

1.接觸器的選用

2.繼電器的選擇

3.熔斷器的選擇

4.其他電器的選擇

四、電氣控制系統中的保護環節

（一）短路保護

（二）過電流保護

（三）過載保護

（四）失電壓保護

（五）欠電壓保護

第二節電力拖動方案的確定和電動機的選擇

第三節電氣控制電路原理圖設計的一般要求

4、電動機控制的保護環節

電氣控制系統除了要能滿足生產機械加工工藝的要求外，還應保證設備長期安全、可靠、無故障地運行，

因此保護環節是所有電氣控制系統不可缺少的組成部分，用來保護電動機、電網、電氣控制設備及人身安

全。

電氣控制系統中常用的保護環節有短路保護、過載保護、零壓、欠壓保護及弱磁保護。

4.1短路保護

電機、電器以及導線的絕緣損壞或線路發生故障時，都可能造成短路事故。短路電流可能使電器設備損壞,

因此要求一旦發生短路故障時，控制線路能迅速切斷電源。常用的短路保護元件有熔斷器和自動開關。

由于熔斷器價格便宜，斷弧能力強，所以一般電路幾乎無例外地用它作短路保護。但是熔體的品質、老化

及環境溫度等因素對其動作值影響很大。用其保護電動機時，可能只有一相熔體燒斷而造成電動機單相運

行，用自動開關作短路保護則能克服這些缺陷。當出現短路時，其電流線圈動作，將整個開關跳開，三相

電源同時被切斷。自動開關還兼有過載保護和欠壓保護，不過其結構復雜，價格貴，不宜頻繁操作，一般

用在要求高的場合。

電動機不正確地起動或負載轉矩劇烈增加會引起電動機過電流運行。一般情況下這種過電流比短路電流

小，但比電動機額定電流卻大得多。在電動機運行過程中產生過電流比發生短路的可能性更大，尤其是在

頻繁正反轉起動的重復短時工作制的電動機中更是如此。過電流的危害雖沒有短路那么嚴重，但同樣會造

成電動機的損壞。

原則上，短路保護所用元件可以用作過電流保護，不過斷弧能力可以要求低些，完全可以利用控制電動機

的接觸器來斷開過電流，因此常用瞬時動作的過電流繼電器與接觸器配合起來作過電流保護，過電流繼電

器作為測量元件，接觸器作為執行元件斷開電路。

由于籠型電動機起動電流很大，如果要使起動時過電流保護元件不動作，其整定值就要大于起動電流，那

么一般的過電流就無法使之動作了。所以過電流保護一般只用在直流電動機和繞線式異步電動機上。整定

過電流動作值一般為起動電流的1.2倍。

4.3過載保護

電動機長期超載運行，繞組溫升將超過其允許值，造成絕緣材料變脆，壽命減少，嚴重時會使電機損壞。

過載電流越大，達到允許溫升的時間就越短。常用的過載保護元件是熱繼電器。

由于熱慣性的原因，熱繼電器不會受電動機短時過載沖擊電流或短路電流的影響而瞬時動作，所以在使用

熱繼電器作過載保護的同時，還必須設有短路保護，選作短路保護的熔斷器熔體的額定電流不應超過4倍

熱繼電器發熱元件的額定電流。

必須強調指出，短路、過電流、過載保護雖然都是電流保護，但由于故障電流的動作值、保護特性和保護

要求以及使用元件的不同，它們之間是不能相互取代的。

4.4零電壓和欠電壓保護

在電動機運行中，如果電源電壓因某種原因消失，那么在電源電壓恢復時，如果電動機自行起動，將可能

使生產設備損壞，也可能造成人身事故。對供電系統的電網來說，同時有許多電動機及其它用電設備自行

起動也會引起不允許的過電流及瞬間網絡電壓下降。為了防止電網失電后恢復供電時電動機自行起動的保

護叫做零電壓保護。

當電動機運行時，電源電壓過分地降低將引起一些電器釋放，造成控制線路工作不正常，甚至產生事故。

電網電壓過低，如果電動機負載不變，由于三相異步電動機的電磁轉矩與電壓的二次方成正比，則會因電

磁轉矩的降低而帶不動負載，造成電動機堵轉停車，電動機電流增大使電動機發熱，嚴重時燒壞電動機。

因此，在電源電壓降到允許值以下時，需要采用保護措施，及時切斷電源，這就是欠電壓保護。通常是采

用欠電壓繼電器，或設置專門的零電壓繼電器來實現。

在控制線路的主電路和控制電路由同一個電源供電時，具有電氣自鎖的接觸器兼有欠電壓和零電壓保護作

用。若因故障電網電壓下降到允許值以下時，接觸器線圈也釋放，從而切斷電動機電源：當電網電壓恢復

時，由于自鎖已解除，電動機也不會再自行起動。

欠壓繼電器的線圈直接跨接在定子的兩相電源線上，其常開觸頭串接在控制電動機的接觸器線圈電路中。

自動開關中的欠壓脫扣亦可作為欠壓保護。主令控制器的零位操作是零壓保手的典型環節。

圖275是電動機常用保護線路。

*

V0IVoI

Jo

UlJ

.dU

圖中各電器元件所起的保護作用分別為：

短路保護熔斷器FU1；

過載保護一熱繼電器FR；

過流保護一過電流繼電器KI1，KI2；

零壓保護一中間繼電器KA；

欠壓保護一欠電壓繼電器KV；

聯鎖保護一接觸器KM1和KM2互鎖。

4.5弱磁保護

直流電動機在磁場有一定強度情況下才能起動，如果磁場太弱，電動機的起動電流就會很大；直流電動機

正在運行時磁場突然減弱或消失，電動機轉速就會迅速升高，甚至發生“飛車”，因此需要采取弱磁保護。

弱磁保護是通過在電動機勵磁回路串入欠電流繼電器來實現的。在電動機運行中，如果勵磁電流消失或降

低太多，欠電流繼電器就會釋放，其觸頭切斷主回路接觸器線圈電路，使電動機斷電停車。

除上述幾種保護外，控制系統中還可能有其它各種保護，如聯鎖保護、行程俁護、油壓保護、溫度保護等。

只要在控制電路中串接上能反映這些參數的控制電器的常開觸頭或常閉觸頭，就可實現有關保護。

第四節電氣控制電路原理圖的設計方法和實例

第五節常用電器元件的選擇

第六節電氣控制系統的工藝設計

第七節電氣控制系統的安裝于調試

第八節電氣控制電路設計舉例

設計CW6163型臥式車床的電氣控制電路。

一、機床電氣傳動的特點及控制要求

二、電氣控制電路設計

1.主回路設計

2.控制電路設計

3.信號指示與照明電路

5.繪制電氣原理圖

4.控制電路電源

三、選擇電氣元件

四、制定電氣元件明細表

五、繪制電氣安裝接線圖

電氣設計的內容

一、設計說明書

設計說明書在三個階段各不相同。

（一）方案設計階段

（二）初步設計階段

（三）施工圖設計階段

二、設計計算書

三、設計圖樣

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機械1、208數控

章節課題：第五章可編程序控制器概論

學時：

教學目的：

【掌握內容】

1.可編程序控制器的定義及其特點

2.可編程序控制器的工作原理及工作過程

3.可編程序控制器的硬件及分類、軟件及其工作原理

【了解內容】

1.可編程序控制器的英文縮寫及發展過程。

2.可編程序控制器的分類。

教學重點：可編程序控制器的定義及其特點、工作原理及工作過程

教學難點：可編程序控制器的工作原理及工作過程

教學方法：課堂講授，輔以多媒體電子課件、實訓臺

教學效果:

教學過程

第五章可編程序控制器概論

第一節可編程序控制器的產生、發展及特點

一、可編程序控制器的定義

可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用了可編程

序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時，計數和算術運算等操作的指令，并通過

數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程。可編程序控制器及其有關外圍設備，都按

易于與工業系統連成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。

二、可編程序控制器的產生、發展美國數字設備公司(DEC)根據GM公司招標的技術要求，于1969

年研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車自動裝配線上試用，獲得成功。其后，

日本、德國等相繼引入這項新技術，可編程序控制器由此而迅速發展起來。

2Q世紀80年代以來，隨著大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展，以16位和32位微處理器為核

心的可編程序控制器得到迅速發展。這時的PLC具有了高速計數、中斷技術、PID調節和數據通

信等功能，從而使PLC的應用范圍和應用領域不斷擴大，成為現代工業控制的三大支柱(PLC、

工業機器人和CAD/CAM)之一c

三、可編程序控制器的特點

1).可靠性高，抗干擾能力強

2).通用性強，使用方便

3).采用模塊化結構，使系統組合靈活方便

G.編程語言簡單、易學，便于掌握

5).系統設計周期短

6).對生產工藝改變適應性強

7).安裝簡單、調試方便、維護工作量小

四、可編程序控制器的分類

(1)按應用規模和功能分類：小型機I/O點數256點以下，存儲容量2K步

中型機I/O點數256—2048點，存儲容量2K—8K步

大型機I/O點數2048點以上，存儲容量8K步以上

(2)按硬件結構類型分類：

整體式結構

模塊式結構

五、可編程序控制器的應用領域

可編程序控制器按應用形式歸納為以下幾種類型：

(1)邏輯控制

(2)過程控制

(3)運動控制

(4)通信和聯網

第二節PLC的基本結構

一、中央處理單元（CPU）

二、存儲器：包括系統存儲器和用戶存儲器。

1、系統存儲器存放系統管理程序。

2、用戶存儲器存放用戶編制的控制程序。

三、輸入輸出單元（I/O）：是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。輸入部件是開關、按鈕、

傳感器等。輸出部件是電磁閥、接觸器、繼電器。

1）輸入接口電路

分為直流輸入、交流輸入和交直流輸入型

2）輸出接口電路

?繼電器輸出**交直流

?晶體管輸出直流

?晶閘管輸出交流

四、電源

一般市電（220）

直流24V

PLC有24V（DC直流）輸出。

五、編程器

六、外部設備接口

七、I/O擴展接口

第三節可編程序控制器工作原理

一、PLC的基本控制原理

PLC可以分為輸入部分、邏輯部分和輸出部分組成

輸入部分：它收集并保存被控對象實際運行的數據和信息。例如I,它收集來自被控制對象上的各種開

關信息或操作臺上的操作命令等。

邏輯部分：處理輸入部分所取得的信息，并按照被控對象實際的動作要求作出反映。

輸出部分：提供正在被控制的許多裝置中，哪幾個設備需要實時操作處理。

PLC采用循環掃描的工作方式，循環掃描的工作方式是PLC的一大特點，也可以說PLC是“串行”

工作的，這和傳統的繼電器控制系統“并行”工作有質的區別，PLC的串行工作方式避免了繼電器控制系

統中觸點競爭和時序失配的問題。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當處于RUN狀態時，上

述掃描周期不斷循環掃描過程。

PLC掃描工作過程

（1）.輸入處理階段

（2）.程序執行階段

（3）.輸出處理階段

二、輸入/輸出滯后時間

輸入/輸出滯后時間又稱系統響應時間，是指PLC的外部輸入信號發生變化的時刻至它控制的有關外部輸

出信號發生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式

產生的滯后時間這三部分組成。

教案

任課教師：董瑞情

課程名稱：電氣控制與PLC

授課班級：08機械1、208數控

章節課題：第六章可編程序控制器的編程語言及指令系統

學時：

教學目的：1.掌握可編程序控制器的編程語言