机电传动及其控制系统的发展概况.doc

机电传动及其控制系统的发展概况电气控制技术是针对电动机的控制技术，伴随着电动机制造和应用发展起来一、电力拖动系统（一）、设备驱动方式电力拖动系统的发展：（1）集中拖动 单台电机通过天轴、齿轮和皮带系统拖动多台生产机械。特点：通过中间机构（天轴）将动力传送到多台机床；问题：传动机构复杂；传送路径长、功耗大；灵活性差；（2）单独拖动 一台电机拖动一台生产机械。特点：驱动对象减少，设备功能增加；问题：机床传动结构复杂；机床功能增加受到限制；不易实现机床工作自动化；（3）多电机拖动 一台生产机械的每一个运动分别由一台电机拖动特点：驱动对象单一；优点：传动链短、传动精度高；利用电气控制易于实现，方便实现设备的工作自动化；（二）、设备驱动方式（电力拖动系统）的特点：1、 电动机和发电机结构基本相同，即都有可旋转部分和静止部分。可旋转部分称为转子，静止部分称为定子。2、 定子主要由主磁极、机座、换向磁极、电刷装置和端盖组成。3、 换向极作用是改善直流电机的换向，一般电机容量超过1KW时均应安装换向极。4、 直流电机的转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、电机转轴和轴承等部分组成。5、 极距有符号表示计算公式=D/2p，其中D为电枢铁心外直径，p为直流电机磁极对数。6、 简答题：单叠绕组的特点：（1） 同一主磁极下的元件串联在一起组成一个支路，有几个主磁极就有几条支路。（2） 电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。（3） 电枢电流等于各并联支路电流之和。7、 并联支路对数a与主磁极对数相同即a=p.8、 同极性下各元件串联起来组成一个支路，支路对数a=1,与磁极对数p无关。10、名词解释：电枢反应：当励磁绕组中有励磁电流，电机带负载后，气隙中的磁场是励磁磁场和电枢磁场共同作用的结果。电枢磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。11、电动势常数：Ce=PN/60a 转矩常数CT=pN/2a。二者关系为CT=9.55 Ce。二、电气控制技术（一）、电气控制技术的发展：* 手动控制存在问题：简单操作，人为因素影响大；* 继电器接触器控制（断续控制）存在问题：系统为固定的硬件接线，无可变性；系统构成为分立元件， 结构庞大复杂，故障率高；* 连续控制存在问题：系统构成为分立元件，且多为大功率晶体管、晶闸管等 器件，故障率高* 可编程控制器(PLC)工业用计算机，解决了继电器系统硬接线、分立元件的问题；* 数字控制系统与计算机控制系统数控系统实现精确位置控制，计算机系统实现多功能及网络控制，与可编程序控制器一起实现生产系统的自动化。柔性制造系统（FMS)、计算机集成制造系统等(CIMS) 柔性制造系统（FMS）：由数控机床、工业机器人、自动搬运车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线，它是实现自动化车间和自动化工厂的重要组成部分。 机械制造自动化高级阶段是走向设计、制造一体化，即利用计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）形成产品设计和制造过程的完整系统，对产品构思和设计直到装配、试验和质量管理这一全过程实现自动化。 为了实现制造过程的高效率、高柔性、高质量，研制计算机集成制造系统（CIMS）是人们现在的任务。二、电气控制技术的简介1PLC的基本结构 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： （1）电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 （2）中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 （3）存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 （4）输入输出接口电路 1）.现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 2）.现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 （5）功能模块 如计数、定位等功能模块。 （6）通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。 2PLC的工作原理 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 （1）输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (2)用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄