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电气控制技术在工业生产中的应用 姓名：左改兵班级：机制093学号：3090101308指导老师：周力电气控制技术在工业生产中的应用 摘要电气控制技术是一门多学科交叉的技术,是实现工业生产自动化的重要技术手段。随着科学技术的不断发展,特别是计算机和网络技术的应用,以及新型控制策略的出现,使电气控制系统从控制结构到控制理念均发生了根本的变化。系统介绍先进科学技术的成果在工业生产中的应用以及电气控制系统的发展方向。关键词继电器 plc 可编程控制器引言电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的.从最早的手动控制发展到自动控制,从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有接触的硬接线继电器控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。第一章：继电器控制系统一：继电接触器控制电路组成的基本规律1：自锁与互锁2：点动及连续运转3：多地连锁控制4：顺序控制5：自动循环用开关直接启动电动机图三相异步电动机单向运转控制电路“启-保-停”工作过程左图为主电路。工作时，合上刀开关 qs ，三相交流电经过 qs ，熔断起 fu接触器 km 主触点，热继电器 fr 至三相交流电动机。图（ a ）为最简单的点动控制线路。起动按钮 sb 没有并联接触器 km 的自锁触点，按下 sb ， km线圈通电，松开按钮 sb 时，接触器 km 线圈又失电，其主触点断开，电动机停止运转。图（ b ）是带手动开关 sa 的点动控制线路。当需要点动控制时，只要把开关 sa 断开，由按钮 sb 2 来进行点动控制。当需要正常运行时，只要把开关 sa 合上，将 km 的自锁触点接入，即可实现连续控制。 图（ c ）中增加了一个复合按钮 sb 3来实现点动控制。需要点动运行时，按下 sb3 点动按钮，其常闭触点先断开自锁电路，常开触发后闭合接通起动控制电路，km 接触器线圈得电，主触点闭合，接通三相电源，电动机起动运转。当松开点动按钮 sb 3 时， km 线圈失电， km 主触点断开，电动机停止运转。 若需要电动机连续运转，由停止按钮 sb 1 及起动按钮 sb 2 控制，接触器 km 的辅助触点起自锁作用。 二：电气控制电路中常用的保护环节短路保护、过电流保护、热保护、零电压和欠电压保护、弱磁保护及超速保护等。 一、短路保护 (1)熔断器保护较适用于动作准确度不高和自动化程度较差的系统中，如小容量的笼型异步电动机及小容量的直流电机。(2)过电流保护或低压断路器保护 线圈的动作电流可按下式计算。 isk=1.2ist，式中isk为过电流继电器或低压断路器的动作电流；ist为电动机的启动电流。为了能切断短路电流，接触器触点的容量不得不加大。二、过电流保护 不正确启动和过大的负载转矩常常引起电动机产生很大的过电流，由此引起的过电流一般比短路电流小。过大的冲击负载，使电动机流过过大的冲击电流以致损坏电动机的换向器。 同时，过大的电动机转矩也会使机械传动部件受伤因此要瞬时切断电源。 在电动机运行中，产生过电流比发生短路的可能性更大，特别是在频繁启动和正反转的重复短时工作制的电动机。 过电流保护通常用在限流启动的直流电动机与绕线式异步电动机中。三、热保护：为了防止电动机因长期超载运行导致电机绕组的温升超过允许值而损坏，所以要采取热保护。 特点：负载电流越大，电器动作时间越快，但又不应受电机启动电流的影响而误动作，通常用得最多的为热继电器。 由于热惯性的关系，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作。当电路中有810倍额定电流通过时，热继电器需l一3s才动作，这样在热继电器未动作之前，能使热继电器的发热元件和电路中的其他设备已烧毁，所以在使用热继电器作热保护的同时，还必须装有熔断器或过电流继电器的短路保护装置。熔体额定电流不超过4倍热继电器热元件额定电流。而过电流继电器的动作电流不应超过67倍热继电器发热元件的额定电流。热继电器发热元件的额定电流等于电动机额定电流。 如果电动机的环境温度比继电器的环境温度高1525c，则选用额定电流小一号的发热元件；如电动机的环境温度比继电器的环境温度低1525，则要选用大一号的发热元件。 四、零电压和欠电压保护：在电动机正常工作时，如果因为电源电压的消失使电动机停转，那么在电源电压恢复时电动机就可能自动启动，电动机的自启动可能造成人身事故或设备事故。对电网来说，许多电动机自启动会引起不允许的过电流及电压降。防止电压恢复时电动机自启动的保护叫零压保护。 在电动机运转时，电源电压过分地降低会引起电动机转速下降，甚至停转。同时，在负载转矩一定时，电流就会增第二章plc在工业中的应用1、 plc简介 plc是可编程控制器( rogrammable logic controller) 的英文缩写。上世纪60年代末，美国通用汽车公司为了汽车工业发展的需要，提出需要这样一种控制设备，即（）它的继电控制系统设计周期短，更加容易，接线简单，成本低。（）它能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学，操作方便。（）系统通用性强。1969年美国dec公司研制出第一台可编程控制器，实现了上述的控制功能，但实际上只能进行逻辑运算，故称为“可编程逻辑控制器”，简称为plc。20世纪80年代，由于计算机和微电子技术的迅猛发展，使得plc功能日益增强，可进行模拟量控制、位置控制和pid控制等。 所以现在的plc 的功能已远远超出逻辑控制的功能，故称为“可编程控制器”，简称pc，但为了不和个人计算机混淆，故仍习惯用plc 作为可编程控制器的缩写。 目前plc已广泛应用于各工业领域，成为现代化控制的三大支柱（即plc、机器人和计算机辅助设计/制造）之一。2、的工作原理 plc采用的是循环扫描工作方式。在plc中，用户程序按照先后顺序存放在plc中，工作时cpu从第一条指令开始执行，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始，不断循环。 plc的工作过程可分为五个阶段：自诊断、与计算机或编程器等通信、读入现场信号、执行用户程序、输出结果。这五个阶段称为一个扫描周期。 采用循环扫描的工作方式，是plc 区别于微机和其他控制设备的最大特点。3、plc一般应用的举例(1) 电动机正反转控制5、plc在工业中的应用的举例(1)plc实现多台风机、水泵组成的自动恒压调节系统 根据控制对象的参数的变化自动调节电机的出力、电机投入/退出，达到自动恒压控制的目的，特别是plc与变频器的结合应用，可实现一台变频器拖动多台电动机变频运行，达到高 效节能、节约一次投入和自动控制的目的。 以下是一套锅炉风压自动调节系统，利用plc和变频器各一台，便可对3台风机进行自动调节，实现风压自动调整和节能运行。（） 系统工作原理 控制系统主要有plc、变频器、pid调节器、时间延时器、压力变送器等部份。控制系统无论风机打开多少，总保持供汽管道压力的基本恒定。控制的核心单元根据通风总管的实际压力由压力传感器检测，变成模拟输入反馈信号，经a/d转换后与plc给定压力比较，得到压力偏差和压力偏差的变化率，经过pid运算后，送到plc输入接口，plc输出一个05v的模拟信号到变频器，用以调节电机的转速以及进行电机的软起动。plc通过比较模拟量输出与压力偏差的值，通过i/o端口开关量的输出驱动切换继电器组，以此来协调投入工作的电机台数，并完成电机的起停、变频与工频的切换。通过调整电机组中投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使通风系统的工作压力稳定，进而达到恒压供汽的目的，从而提高风机的运行效率和能源利用率。（）plc控制原理 系统启动时,风机1启运进入变频状态运行,电机转速从0开始随频率的上升而不断上升,当变频率达到50hz时而这时压力变送器的检测的压力值还没有达到所给定的压力值,则时间继电器延时数秒后,plc发出指令，风机1通过接触器切换到工频运行,切换后的变频器从50hz降至0hz,风机2通过接触器进入变频运行状态.压力变送器不断进行采样,当风机2达到工频,风压还不能达到给定的压力值,则启动风机3进入变频运行状态。 当压力传感器所测的压力低于下限压力时,不断的切换电机进入运行中(切换电机顺序为1#2#，2#3#），直到系统平稳的运行。该过程可通过以下电机状态变化来表示。 3台电机运行状态变化：（1# 变频）-（1#工频、2#变频）-（1#工频、2#工频、 3#变频）。 当三台风机(1#工频，2#工频，3#变)都投入运行时,而实际的压力处于上限压力或之上,此时风机1变频运行频率低至0hz,在延时一段时间后,plc使风机1停止运行,变频器频率就从0迅速上升.如果此后的压力还是处于上限压力,则延时一段时间后plc使风机2停止,这样的调节,有效的减少风机的频繁的启停,使风机平稳的过渡。 当出现缺相、过流、过压等情况，plc将根据对输入信号的判断，在输出接口上输出报警信号，并根据需要去动作跳闸，如果发生变频器故障，则plc将把自动方式切换到手动操作方式。同样，也可利用plc 根据供水母管压力的变化对多台水泵的出力和投入台数进行自动调节，实现恒压自动供水系统。4、编程软件的应用 利用各种型号的plc所提供的专用微机编程软件，用户可以在微机上很方便地实现程序的输入、编辑、检查和plc 的运行监控等功能。在以前，是需要人工编程，即，把指令写为助记符，再转换机器码，通过plc 上的键盘输入plc内部存储器。现在利用编程软件，只需在微机的编程软件的界面上输入梯形图，而不需集中任何编程语言和任何指令，操作非常简单易学。 用微机进行plc 软件的编程后，可用数据线将程序送入plc 运行。5、编程规则一、编程基本规则1输入输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的触点可以多次重复使用。2避免在同一程序中出现编号相同的两个线圈。串联触点的使用不受次数限制。(4)并联触点的使用不受次数限制。(5)两个及两个以上线圈可并联输出。(6)输出线圈、定时器、计数器如果需要同左母线相联，应在前面串入程序中未被使用的内部继电器的动断触点。6、编程技巧（）在具有并联关系的梯形图中，串联触点多的电路应放在上边，如下图所示。（a） 电路安排不当 (b)电路安排得当（）在具有串联关系的梯形图中，并联触点多的电路应放在左边，如下图所示。 （a）电路安排不当b)电路安排得当(3）对于结构比较复杂的梯形图，可重复使用触点来简化电路，如下图所示（a） 复杂电路 （b）重新排列电路(4)对于桥式电路，不能直接进行变换，应对电路进行变换，如下图所示 第三章：钻孔专用机床的plc控制一.控制要求 1）左右动力头主轴电动机为m1，进给运动由液压驱动，液压泵电动机为m2，机床的工作循环为：首先启动液压泵，按启动按钮后夹紧工件左、右动力头同时快进并启动主轴转入工进加工停留分别快退松开工件，停主轴如此实现自动循环。 2)工作方式设置为自动循环，单周期（运行一个周期自动停止）；有必要的电气保护和联锁；自动循环应按上述顺序动作。电磁阀通断情况如下表左动力头动力头夹紧装置yv1yv2yv3yv4yv5yv6yv7上下料-+快进+-+-+工进+-+-+停留-+快退-+-+二控制系统设计分析（一）设计思路与步骤 采用组合逻辑语句，电机不在原位不予启动，先启动液压电机再夹紧工件启动主轴电机并快进。左右动力头运行可以有先后，但最终停留原位时需要等待以释放工件，快退过程中压到sq3，sq4不起作用，电磁阀每次的触发通过压向行程开关来实现。自动循环需保持液压电机一直工作，并且有停止循环的按钮。 （二）统计输入输出点数 序号元器件用途1sb1液压启动2sb2夹紧并启动主轴3sb3自动循环按钮（可停）4sb4停止循环5sq1sq7行程开关6km1液压电机7km2主轴电机8km3yv19km4yv210km5yv311km6yv412km7yv513km8yv614km9yv7三plc系统硬件配置槽号123456模块选择ps3075acpu314-2psm321dc24v16点sm322dc24v16点cp343-1i/o点范围i0.0i1.7q4.0q5.7四主电路设计及说明无五输入输出点分配与接线元器件i/o口用途sb1i1.0液压电机启动sb2i0.0夹紧并启动主轴sb3i1.2循环按钮（可停）sb4i1.3停止循环sq1sq7i0.1i0.7行程开关km1q5.0液压电机接触器km2q4.0主轴电机接触器km3q4.1左快进电磁阀km4q4.2左工进电磁阀km5q4.3左快退电磁阀km6q4.4右快进电磁阀km7q4.5右工进电磁阀km8q4.6右快退电磁阀km9q4.7夹紧装置电磁阀六plc控制程序设计七.调试过程 电机不在原位不能启动，只有当sq1，sq2，sq7被压下时按启动才可启动液压电机，q5.0亮，按i0.0后q4.7亮，2s延时夹紧后q4.0亮并快进。压向sq3，sq4后分别左右工进，即q4.1q4.2，q4.4q4.5分别亮。当工进结束压向sq5，sq6各自停留1s，q4.1q4.2灭后q4.3亮；q4.4q4.5灭后q4.6亮。返回压到sq3，sq4不起作用。先到起点先停快退，都到时主轴停止，q4.7灭，压向i0.7液压停。但是循环时启动液压却不能启动主轴，由于单周期最终停止是通过定时器延迟1s来切断，导致循环无法继