《压铸机电器原理》PPT课件.ppt

压铸机电气控制原理,主讲:力劲集团工程部 高级工程师 欧阳陆广,压铸机强电控制电路,教学目的： 掌握液压泵电机的直接起动和星三角形降压起动和熔炉加热自动控制系统的工作原理及交流和直流电源供应。,教学重点： 1、掌握液压泵电机的直接起动的工作原理。 2、掌握液压泵电机的星三角形降压起动的工作原理。 3、掌握液压泵电机的保护。 4、掌握熔炉加热自动控制原理。,教学难点： 1、星三角形降压起动的工作原理。 2、熔炉加热自动控制原理。,一、液压泵电机主回路及控制电路,1、液压泵电机类型： 液压泵电机一般用三相鼠笼式异步电动机。,2、液压泵电机的起动方式： 2-1：直接起动（也称全压起动）。当电机绕组直接加上额定电压即全部电源电压而起动称为直接起动（或全压起动）。 2-2：降压起动。降压起动有：定子串电阻降压起动、定子串电抗降压起动、星-三角形降压起动、自耦变压器降压起动。 在压铸成型机中液压泵电机起动都是空载起动，负载轻，所以一般都采用星-三角形降压起动。,3、液压泵电机直接起动,3-1：液压泵电机直接起动的电气图。如图 1-1所 示。,图1-1 液压泵电机直接起动,3-2：液压泵电机直接起动工作原理,分析过程说明： 起动电机前先将总电源开关QF0和控制电源QF13合上。,电路图,3-3：液压泵电机的停止 按下ST6-1急停开关或按下2B15-2电机停止按钮均能使KM1线圈断电，从而使液压泵电机停止运转。,4、液压泵电机星-三角形降压起动 考滤到大功率的电机以及用户电网变压器的容量的原因，电机起动时的起动电流很大（起动电流约为额定电流的4至7倍），所以对功率较大的液压泵电机采取星-三角形降压起动。,4-1：采用降压起动的条件：,式中：,Ist- 电动机起动电流（A）；,IN-电动机的额定电流（A）； Ps-电源容量（kVA）； PN-电动机的额定功率（kW）。,4-2：采用星-三角形降压起动的特点,4-2-1：电动机起动电压= （UN-电动机额定电压） 4-2-2：电动机起动电流= （IS-电动机直接起动电流） 4-2-3：电动机起动转矩= （TS-电动机直接起动转矩）,4-2-4：星-三角形降压起动一般适用于低压电动机，起动电流、起动转矩小，设备简单，价廉。但电动机有6个接线头。,4-3、液压泵电机星-三角形降压起动,电气原理图。如图1-2所示。,图1-2 液压泵电机星-三角形起动,返回,4-4：液压泵电机星-三角形降压起动的工作原理 分析过程说明： 起动电机前先将总电源开关QF0和控制电源QF13合上,电路图,4-5：液压泵电机起动完成的作用 液压泵电机起动完成后通过KM3辅助触点将信号输入至PLC输入端，PLC输出端才能控制相应动作的油阀线圈工作。,4-6：液压泵电机星-三角形降压起动转换过程中主要参数的变化 当KM1、KM2线圈得电时，液压泵电机的定子线圈绕组接成星形。如图1-3所示。,使电机每一相定子线圈绕组承受的电压为电源额定电压的 倍。待电机起动一定时间后再转换成三角形运行。如图1-4所示。使电机在电源额定电压下运行。这样在起动过程中就会减少电流对电网电压的冲击。,4-6-1：星形连接时电机的电压： 4-6-2：星形连接时电机的电流： 4-6-3：星形连接时电机的转矩： 4-6-4：三角形连接时电机的电压 ：,4-6-5：三角形连接时电机的电流： 4-6-6：三角形连接时电机的转矩：,从以上公式可以得出：当电机定子线圈绕组接成星形时，起动电压减少为三角形的 倍；起动电流减少为三角形的1/3倍；起动转矩减少为三角形的1/3倍。,4-6-7：液压泵电机的保护。 液压泵电机的保护主要采用了熔断器（FU1-FU3）作为短路保护和热继电器（LR1）作为电机的过载保护。,二、熔炉加热自动控制系统 1、熔炉温度控制框图。如图2-1所示。,1-1：由温度设定器设定金属熔融的温度。 1-2：由D/A（数字量转换成模拟量）转换器将数字信号转换成模拟量电压信号（如：010V，4mA20mA）加在比例-积分-微分调节器（PID）的给定电压输入端。,1-3：由K型热电偶（检测温度范围在-200C-1300C）检测熔炉金属液的温度（熔炉实际温度）以电压的形式加在PID的反馈输入端上。,1-4：PID根据给定电压与实际反馈电压的差值，按照PID的规律调节并控制熔炉加热器给熔炉加热，从而实现温度的自动控制和调节。 1-5：当熔炉的温度大于设定值时，加热器停止加热。加热器的起动和停止是由温控器内的继电器控制。,1-6：温度控制的精度与D/A转换器的位数有关。8位D/A转换器的控制精度大约为0.5C左右；10位和12位D/A转换器的控制精度大约为0.1C左右。,2、熔炉温度控制的电气原理图实例。如图2-2所示。,图2-2 熔炉温度控制电气原理图,2-1：QF0是熔炉加热电源开关。即具有电源开关的作用，又具有短路保护的作用。,2-2：B10是熔炉加热转换开关。具有“手动”、“关”和“自动”三档功能。KT0是24小时时间控制器，与B10的“自动”档配合使用。当B10旋至“手动”档时，熔炉开始进行加热；当B10旋至“关”档时，熔炉加热停止；当B10旋至“自动”档时，熔炉的加热控制就由24小时时间控制器进行控制。例如：设定24小时时间控制器的时间为7时，那么在早上7时，熔炉自动起动加热控制装置，这样可以提高工作效率。,2-3：TK是K型热电偶。用来检测熔炉金属液的温度是否达到温度的设定值。 2-4：M0是熔炉加热装置。有喷油加热装置和电阻加热装置。 2-5：U0是OMRON公司E5EN温度控制器。还具有温度报警输出功能。,三、交直流电源部分,1、交流电源部分 交流电源主要是按照国标（GB 5226.1-2002）要求采用三相五线制动力电源，电压AC380V、频率是50Hz的交流电源。用“L1、L2、L3”表示三相相线；用“N”表示零线；用“PE”表示保护接地线。,2、控制电路电源部分 压铸成型机的控制电路电源主要采用单相AC220V和DC24V。,2-1：单相AC220V控制电路电源。单相AC220V控制电路电源的获得有两种方法： 方法一是由隔离变压器提供。将AC380V的电压降为AC220V的电压或AC220V通过隔离变压器仍输出AC220V电压，增加隔离变压器的作用是提高控制电路的抗干扰能力。,方法二是取任一条相线的相电压（相线与零线之间的电压）作为控制电路的电压。采用此方法在设计、装配和维护都比较简便，但抗干扰能力较差。,2-2：直流电源系统。直流电源一般采用开关电源提供，主要是将单相交流220V输入电压变为直流24V恒定电压，提供给PLC的各工作模块以及液压各油阀工作。,2-3：接地保护。接地保护是整机安全保障的重要措施之一，压铸成型机对电压大于50的人体易接触到的金属部件均有接地保护装置，以保证整机任何部位的操作都绝对的安全。,课题：可编程序控制器,教学目的： 了解可编程序控制器的概况、发展、结构、工作原理、工作方式以及编程语言。,教学重点：1、掌握可编程序控制器的结构及工作原理； 2、掌握可编程序控制器的工作方式； 3、掌握可编程序控制器的编程语言。 教学难点：可编程序控制器的编程。,一、可编程序控制器的概述,可编程序控制器全英文称为(Programmable Logic Controller)，简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等一系列的优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，更是得到用户的好评。成为现代工业控制的三大支柱之一（PLC、机器人、和CAD/CAM）。PLC在压铸成型机上的应用也日益广泛，使压铸成型机电气控制系统线路简便，工作可靠，维修方便，使压铸成型机自动化控制程度达到更高的阶段。,二、可编程序控制器的特点和应用,1、PLC的主要特点 1-1：可靠性高，抗干扰能力强。 可靠性和抗干扰能力是用户关心的首要问题。为了满足PLC专为工业环境下应用设计的要求，PLC采用了硬件和软件的措施。 1-1-1：光电耦合隔离和R-C滤波器，有效的防止了干扰信号的进入。,1-1-2：内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。 1-1-3：采用良好的开关电源，防止电源线引入的干扰。 1-1-4：具有良好的自诊断功能。可以对CPU等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警。 1-1-5：采用后备电池对RAM区的程序和有关数据进行保护，一旦断电或运行停止，有关状态及信息不会丢失。,1-2：通用性强，使用方便。 现在的PLC产品都已系列化和模块化，PLC配备了各种各样的I/O模块、特殊功能模块和配套部件供用户使用，可以很方便配置且能满足不同控制要求的控制系统。用户不再需要自已设计和制作硬件装置。在确定了PLC的硬件配置和I/O外部接线后，用户所做的工作只是程序设计。,1-3：程序设计简单，易学易懂。 PLC是一种新型的工业自动化控制装置，其主要的使用的对象是广大的电气技术人员。PLC生产厂家一般不采用微机所用的编程语言，而是用与继电器控制原理图非常相似的梯形图语言，编程时十分简便。这是PLC能迅速普及和推广的原因之一。,1-4：采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便。 PLC采用模块化设计，如：电源模块、CPU模块、I/O模块、模拟量模块、高速计数模块、通讯模块等，通过机架和电缆将各模块连接起来。用户根据设计功能的需要进行组合。,1-5：系统设计周期短。 由于系统硬件的设计任务仅仅是依据对象的要求配置适当的模块，如同点菜一样方便，大大缩短了整个设计所花费的时间，加快了整个工程的进度。,1-5：系统设计周期短。 由于系统硬件的设计任务仅仅是依据对象的要求配置适当的模块，如同点菜一样方便，大大缩短了整个设计所花费的时间，加快了整个工程的进度。,1-6：安装简便，调试方便，维护工作量小。 PLC安装在普遍的机柜内就可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连，系统便可以投入运行，安装接线工作量比继电器控制系统少得多。PLC软件的设计和调试工作可以在实验室进行，用模拟实验开关代替输入信号，其输出状态可以观察PLC上相应的发光二极管，也可以接输出模拟实验板。调试好后，再到控制现场进行连机调试，既节省时间又方便。,由于PLC可靠性高，又有完善的自诊断能力和显示功能，一旦发生故障时，可以通过PLC上的发光二极管或编程器提供的报警信息，很快就能查故障原因。,1-7：对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产。 PLC是一种工业控制计算机，其控制操作的功能是通过软件编程来确定的。当生产工艺发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序。,2：PLC的应用 根据PLC的特点，可以将其应用形式归纳为如下几种类型。 2-1：开关逻辑控制。 开关逻辑控制是PLC的最基本最广泛的应用领域。PLC具有强大的逻辑运算功能，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制。,2-2：模拟量控制。 在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如：温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。而PLC中所处理的是数字量，所以PLC中专门配置有A/D（模拟量转数字量）和D/A（数字量转模拟量）转换模块，将现场的温度、压力等这些模拟量经过A/D转换变为数字量，经微处理器进行处理，微处理器进行处理的数字量又经D/A转换后变成模拟量去控制被控对象，实现PLC对模拟量的控制。,2-3：闭环过程控制。 PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，而且还可以进行闭环控制，大中型的PLC一般都配有专门的PID（比例、积分、微分调节器节）控制模块。当控制过程中某一个变量出现偏差时，PLC按PID算法计算出正确的输出去控制生产过程，把变量保持在整定值上。PLC的PID控制现已广泛应用于压铸成型机的射料控制系统上。,2-4：定时控制。 PLC具有定时控制的功能，可以为用户提出来供计时器，其计时的时间可以由用户在编写用户程序时设定，也可以由操作者在工业现场通过编程器进行设定，实现定时或延时的控制。,2-5：计数控制。 计数控制也是控制系统不可缺少的，设定的方式与定时控制一样。如果用户需要对较高频率的信号进行计数，则可以选择高速计数模块。,2-6：顺序（步进）控制。 在工业控制中，采用PLC实现顺序控制。可以用位移寄存器和步进指令编者按写程序，使得PLC实现按照事件或输入状态的顺序，控制相应的输出。,2-7：数据处理。 PLC都具有数据处理的能力。能进行算术运算、数据传送、数据比较、数据转换、数据显示、数据打印和数据通信等。还可以进行浮点运算、函数运算等。,2-8：通讯和联。 PLC的控制已从单机控制发展到多机控制，实现了工厂自动化。这就需要PLC有强大的通讯功能，它既可以对远程I/O进行控制，又可以实现PLC与PLC、PLC与计算机之间进行通信。可以方便可靠的集中管理，分散控制的分布式控制系统。,三、可编程控制器的发展趋势,1、向高速、大存储容量方向发展。 为了提高数据处理的能力，要求PLC具有更高的响应速度和更大的存储容量。 例如：OMRON公司CQM1H-CPU21的响应速度为0.4ms/k步，存储容量4KB。 扫描速度、存储容量是衡量PLC的重要指标。,2、向多品种方向发展,为了满足不同工业上的需要，PLC生产商不断推出功能强大，结构更完善的新产品。 2-1：在结构上 由整体结构向小型模块化方向发展，使配置更加方便灵活。 2-2：开发更丰富的I/O模块 在增强PLC的CPU功能的同时，不断推出新的I/O模块。,2-3：PLC的规模向两头发展 近年来，中小型的PLC应用十分普遍，超小型的PLC需求日趋增多。在发展小型和超小型的同时，为适应大规模控制系统的需求，对大型的PLC则在向高速，大容量、高性能，增加输入输出点数的方向发展。大规模PLC可实现与主计算机联机，实现对工厂全过程的集中管理。,2-4：发展容错技术 为了更进一步提高系统的可靠性，今后必须要发展容错技术。 2-5：增强通信网络功能 2-6：实现软、硬件标准化。,四、可编程序控制器的基本组成和工作原理,目前，可编程序控制器的产品很多，不同厂家、不同型号的PLC结构各不相同，但PLC的基本组成和工作原理却是相同的。,1：可编程序控制器的基本组成 PLC控制是按照一定的运算法时行输入/输出变换，其结构主要由中央处理器单元（CPU）、存储器（RAM和ROM）、输入/输出接口电路、总线单元和电源单元等组成。如图4-1所示。,图4-1 PLC基本组成图,OMRON公司CQM1H系列PLC外观组图。如图4-2,1-1、中央处理器单元（CPU） 中央处理器单元是PLC的控制中枢。如图4-3所示。它是由控制器和运算器组成。不同的PLC有不同的CPU芯片。CPU采用循环扫描的方式工作，从第一条用户程序开始，到用户程序结束，每扫描1次，用户程序就执行1次。,图4-3 PLC逻辑结构图,1-2、存储器 存储器是具有记忆功能的器件，主要用来存放系统程序、用户程序和工作状态数据。分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。 只读存储器（ROM）：ROM用来存放固定的程序，它只能读出，不能随意写入，在PLC内部备份电池失效后，ROM内的程序也不会丢失。,随机存储器（RAM）：RAM用来存放数据，各种用户程序，可根据需要自由地进行读写，始终存放最新写入的信息。如果PLC后备电池失效后，在规定的时间内没有及时更换电池，RAM内的程序就会自动丢失。,1-3、输入/输出接口电路 输入/输出接口电路是用于PLC与被控制设备的联接而采用的。有开关量输入/输出接口电路、模拟量输入/输出接口电路、高速计数输入接口电路等。开关量的输入/输出接口电路采用光电耦合器，其作用是提高PLC的抗干扰能力。模拟量输入/输出接口电路有电压型和电流型两种。,1-4、电源单元 电源单元是将交流电源转换成PLC工作所需要的直流电源，使PLC正常工作。,2、可编程序控制器的工作原理,2-1、循环扫描工作方式 PLC的工作方式是采用循环扫描的工作方式，即PLC对用户程序进行反复的循环扫描，逐步地解释用户程序并加以执行。例如：一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点不会象电气继电器控制中的那样立即动作，而是必须等扫描到该触点时，才会动作。由于PLC扫描用户程序的时间一般只有几十毫秒，因此可以满足工业控制的需要，且响应速度远远高于继电器控制（动作时间100ms以上）。如图4-4所示。,图4-4 PLC循环扫描工作方式,2-2、可编程序控制器的工作原理 2-2-1、PLC的等效电路图 PLC等效电路图可分为三个部分：输入部分、可编程控制部分和输出部分。如图4-5所示。,图4-5 PLC等效电路图,2-2-2、输入部分收集被控制设备的信号、映象至CPU数据库。 2-2-3、可编程控制部分是PLC在扫描用户程序时对输入映象按照用户要求进行处理和判断，将共运算的结果映象至CPU输出数据映象区。 2-2-4、输出部分是CPU将用户程序的结果至输出接口电路驱动负载。,五、PLC在接入编程器时的工作方式,PLC在接入编程器时有三种工作方式：编程方式、监视方式和运行方式，可由编程器选择。 1、编程方式 编程方式用于对执行程序或设定作基本改变。例如：传递、写入、编辑或检查程序或改变设备。在编程方式下，不可执行程序。输出单元的输出点保持OFF状态，甚至在相应的输出位为ON时，也为OFF状态。,2、监视方式 监视方式用于对程序的执行进行监视，诊断程序的正确性。程序执行时与运行方式下一样，但是位的状态、定时器和计数器的设定值或实际值和大多数字的数据内容可在线改变。当满足条件时，相应的输出位是ON时，输出单元的输出点是ON。,3、运行方式 运行方式用在正常控制条件下，操作执行程序，使状态不能强行设置和复位，而且设定值和数据的改变不可在线改变。,六、PLC编程语言,PLC的编程语言有梯形图、助记符、逻辑功能图等。最常用的语言是梯形图和助记符。梯形图直观易懂，便于初学者编程。后面的实例主要用梯形图来编程。,1、梯形图简介 1-1、梯形图最左边是起始母线，最右边是终止母线和分支线组合。 1-2、梯形图的最右侧必须设置执行指令。,1-3、梯形图中的条件指令可以任意串联、并联，而执行指令只可并联，不可串联。条件指令有常开条件指令和常闭条件指令。 1-4、PLC工作时，对梯形图按先后顺序从左至右，从上至下逐一扫描。 1-5、梯形图如图6-1所示。,图6-1 梯形图,2、助记符 助记符能提供与梯形图完全一样的信息，是PLC的命令语句表达式。助记符语言与梯形图语言是可以相互转换的。如下表1所示。 表1：助记符语言,七、PLC在压铸成型机上应用实例,以OMRON公司的CQM1H系列的PLC在力劲DCC280的应用为例。,1、CQM1H系列的硬件 1-1、电源单元（CQM1-PA206）,1-1-1、电源单元的组成 如图7-1所示,电源指示灯。当供电时灯亮,外设端子,1-1-2、外设端子的接线。 AC电源电坟应在100至240VAC之间。务必保证AC电源电压维持在85-264VAC的允许波动范围之内。（标准波动范围10%） 端子的连接。如图7-2所示。,图7-2 电源单元的接线,1-2、CPU单元（CQM1H-CPU21） 1-2-1、CPU组成。如图7-3所示。,后备电池,DIP开关,外设端口,存储器盒,RS-232C端口,指示灯,1-2-2、DIP开关。DIP开关设定功能。如表7-1所示。 表7-1 DIP开关功能表,注：除开关3以外，所有的DIP开关出厂时处于OFF。根据功能的需要用户可以自行设定。,1-2-3、指示灯。 CPU指示灯提供关于PLC一般操作的直观信息。虽然不能替代利用内存提供的标志和其他错误指示的错误处理程序，但是这些指示灯却提供了对正常操作的即时确认。如图7-4所示。,图7-4 CPU指示灯,RUN-运行指示灯。当CPU正常运行时灯亮。 ERR/ALM-错误/警报指示灯。当有非致命错误时，灯闪亮，CPU将继续操作。当有致命错误时，灯亮。