工控理论知识的介绍

1、2020/6/29,工控部,工控知识介绍,工控部：林启光 E-mail：qg.lin,2020/6/29,工控部,工控产品有哪些,？,2020/6/29,工控部,按钮,指示灯,报警灯,2020/6/29,工控部,ZB2BZ,2位 3位 锁定、复位,转换开关,2020/6/29,工控部,接触器,热继电器,电机启动器,检测元件,软起动器,变频器,2020/6/29,工控部,Osiswitch 限位开关,Osiprox 接近开关,Osiris 光电开关,Nautilus 压力开关,Safety 安全开关,2020/6/29,工控部,S7-200,微 型 PLC S7- 200,PLC产品,2020/

2、6/29,工控部,XBTL1000 V4.3,Factorycast modules,XBTH,P,E,F,XBTG,SCADA,Magelis IPC,重点,重点,HMI 软件产品:,2020/6/29,工控部,工业自动化网,2020/6/29,工控部,我们将主要介绍哪方面的工控产品呢,？,第一部分、软起动器产品 第二部分、变频器产品 第三部分、PLC产品,2020/6/29,工控部,第一部分 软起动器产品,2020/6/29,工控部,什么是软起动器？,软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。,什么是电动机的软起动

3、？ 使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。,2020/6/29,工控部,软起动器的原理,它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。,2020/6/29,工控部,对电动机起动的要求？,1、保证电动机起动转矩大于生产机械的负载转矩，必须保证起动转矩需要的端电压，才能使电动机带动生产机械很快转动起来。 2、起动电流不要太大，才能避免在电网上不超过允许的电压降落，而影响其

4、它电气设备正常运行。 说明： 1、电动机起动力矩应高于负载力矩 能否起动 2、电动机的起动电流应在允许的范围内 变压器容量 3、尽量减少电机起动对负载的冲击 起动是否平稳,2020/6/29,工控部,传统对于电动机起动的方式有哪些？,直接起动； 减压起动； 定子回路串电阻（或电抗器）起动； 星三角起动； 自耦变压器起动； 延边三角形起动； 在转子回路中串入附加电阻起动。,2020/6/29,工控部,这是一般六线电机內部接线图,马达接线图,2020/6/29,工控部,1,2,3,T2,T1,T3,4,5,6,这是一般三线星型电机內部接线图,马达接线图,2020/6/29,工控部,马达接线图,1,

5、2,3,T2,T1,T3,5,6,這是一般三線三角型电机內部線圖,4,2020/6/29,工控部,星三角起动器 (开放式),2020/6/29,工控部,星三角起动器 (闭合式),2020/6/29,工控部,自耦变压器起动器,2020/6/29,工控部,软起动有哪几种起动方式？,（1）斜坡升压软起动。 （2）斜坡恒流软起动。 （3）阶跃起动。 （4）脉冲冲击起动。,2020/6/29,工控部,软起动器适用于哪些场合？,原则上，笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可适用。低压软起动器应用范围是交流380V（也可以是660V），电机功率从几千瓦到几百千瓦。 软起动器特别适用于各种泵类负载或风机

6、类负载，需要软起动与软停车的场合。同样对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于重载场合，应用软起动器（不带旁路接触器）则具有轻载节能的效果。,2020/6/29,工控部,常用起动方式的起动转矩和起动电流值,2020/6/29,工控部,软起动与传统减压起动方式的不同之处在哪里？,（1）无冲击电流。软起动器在起动电机时，使电机起动电流从零线性上升至设定值。对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳起动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。 （2）有软停车功能，即平滑减速，逐渐停机，它可以克服瞬间断电停机的弊病，减轻对重载机械的冲击，避免高程供水系统的水锤效应，减少设备损坏。 （

7、3）起动参数可调，根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。,2020/6/29,工控部,传统起动方法存在的缺陷：,降压比不可调; 接触器切换; 可靠性差; 存在二次冲击; 只能控制起动。,2020/6/29,工控部,软起动器与传统起动方式的区别,高度智能化； 起动曲线可调满足不同负载的要求； 非接触式,类似固态继电器,可靠性高； 起动曲线连续,无二次冲击； 可控制软起,也可控制软停； 转矩提升/突跳。,2020/6/29,工控部,软起动器起动电机对电网的好处：,减小对电网的冲击，避免产生较大的电压降； 有效控制起动电流； 消除尖峰电流； 接线方便。,2020/6/

8、29,工控部,软起动器起动电机 对机械性能方面的好处：,最大程度减小齿轮箱，传送带，轴承等传动装置上的应力； 减少水冲击（水锤）效应； 降低维护成本和减小停工时间。,2020/6/29,工控部,软起动器的概念,主电源,控制电源,旁路,2020/6/29,工控部,软起动器为什么装有旁路接触器？,大多数软起动器在晶闸管两侧有旁路接触器触头，其优点是： 控制柜具有了两种起动方式（直接起动、软起动）。软起动结束，旁路接触器闭合，使软起动器退出运行，直至停车时，再次投入，这样即延长了软起动器的寿命，又使电网避免了谐波污染，还可减少软起动器中的晶闸管发热损耗。,M,1 KM,QF,F,PST,2020/6

9、/29,工控部,软起动器的接线方法,外接法,内接法,2020/6/29,工控部,第二部分 变频器产品,2020/6/29,工控部,变频器的发展,在20世纪60年代以前的电气传动中有80%属于交流不调速传动、18%属于直流可调速传动、2%属于交流可调速传动；从70年代开始，由于电力电子技术的应用，开创了交流可调速传动的新纪元，变频调速器自1964年问世以来，已经历30年的发展过程，80年代在主要工业国家已广泛的应用，90年代进入中国，在空调、电梯、冶金、机械、电子、石化、造纸、纺织等行业有十分广阔的应用空间。尤其是在节能方面，效果显著。 据统计，变频器在风机泵类负载应用上的节能效 果达到20%3

10、0%。,2020/6/29,工控部,变频器的市场需求潜力,风机、泵类负载是变频器节能的重要应用领域。 1995年，石油、电力、建材、化工、石化、造纸、纺织及冶金等部门对本行业企业进行了变频器调速节能的调查。在这些行业风机、水泵、压缩机类机械应用比较广泛，其中70%的电机需要调速运行，但至今进行调速运行的只有10%左右，我国现运行的风机、水泵、空调类负载据估计有4200万台，占全国用电量的1/3，但是在风机泵类负载中70%仍采用风挡或阀门调节流量，调速节能的潜力很大。,2020/6/29,工控部,变频器市场的潜在增长点,1变频家电已经是一个热门的话题了，带有变频控制的冰箱、洗衣机、家用空调在节约

11、用电，减少电压冲击，降低噪声，提高控制精度方面有很大的优势，目前的主要障碍是价格，比较而言，变频家电至少比普通家电贵1000元。随着技术的进一步成熟和价格的下降，越来越多的家电将带变频控制。根据中国国家统计局的统计数据，2002年中国生产家用空调超过3135万台，冰箱/冰柜2060万台，洗衣机1600万。如果5的家电采用变频控制，那么每年会有超过300万台变频器的市场，市值15亿人民币，主要是3Kw以内的小功率产品。,2020/6/29,工控部,变频器市场的潜在增长点,2大量设备更新，中国在90年代曾随设备大 量引进变频器，这些变频器从技术上已经落后， 而且大多已经达到和超过使用寿命。因此每年

12、会 有1015的更换产品市场，主要是18.5Kw以 内的小功率产品。,2020/6/29,工控部,变频器市场的潜在增长点,3大功率设备改造，在超过500KW的电机中， 如果有速度控制要求，在90年代以前的设备主要 采用直流调速，不要求调速一般使用高压异步电 机。这在冶金，建材，电厂，化工行业中更为明 显。大功率直流电机在结构，可靠性，效率方面 不如交流电机；而水泵、风机等负载采用变频控 制后可以大量节约用电。因此，在中国大功率/ 高电压变频器得到了越来越多的运用。,2020/6/29,工控部,变频器市场的主要品牌,目前在中国市场的变频器品牌超过100家，其中国内产家超过50家，而在市场份额的占

13、有率少于10%；台湾产家有10家；日本产家有12家；韩国产家有4家；欧美产家有20家。 进口品牌现以Siemens西门子、Fuji富士、ABB、Mitsubishi三菱占有的市场份额较大。其它主要国外品牌有：Emerson艾默生、Rockwell罗克韦尔、Schneider 施耐德、Sanken三肯、Yaskawa安川、台达、Lenze伦茨等。 主要的国内品牌有：烟台惠丰、希望森兰、成都佳灵等。,2020/6/29,工控部,各行业对变频器的需求情况,2020/6/29,工控部,什么是变频器？,变频器是一种能够简单地，自由地改变交流电机转 速的一种控制装置。 变频器调速的速度与频率的关系？ 对于

14、一台电动机，其转速和电源频率之间存在一定关系。 速度为: n60f（1-s）/p （n转速；f频率；P极对数；s转差率）,2020/6/29,工控部,变频调速的基本原理,将正常工频的交流电源引入变频调速器后，其“整流器”和“滤波器”将这一工频交流电源转变为直流电输入“变频器”，“变频器”实际上是一个逆变装置，它的实际作用与“整流器”刚好相反并且可调节，这样，输入的直流电经过逆变之后变成交流输出至电动机并由逆变装置的可调部分实施对输出交流电的频率的确定和调整，从而设定和改变电动机转速，简单的说，变频调速器的基本工作原理就是一个从交流到直流，再变为交流输出的过程，即“交 直 交”的过程。,2020

15、/6/29,工控部,软起动器与变频器的主要区别什么？,变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。,2020/6/29,工控部,为什么使用变频器？,目的 带动负载的需要，即平稳、可靠起动并表现出正常的运行特征； 适应不同的负荷水平，不同的生产工艺，适应自动化控制方式等。 变频调速的优势 调整范围宽: 通常至少可由“零速度”开始调整，直至额定转速。 调速质量高: 通常既可以平滑地调速，也可以事先设定速度和加、减速。 独立、完整的设备，

16、自身即构成系统控制群体的一员。 调整的原理是电子式的，精确度高。 节能。,2020/6/29,工控部,变频器传动的意义,变频器和交流电机构成的可调速传动 称为变频器传动。 节能 提高生产率 提高产品质量 设备合理化、节省维护、工厂自动化 改善环境、耐恶劣环境,2020/6/29,工控部,使用变频器的优点,1、原有恒速运行的异步电动机的调速控制：改变笼式异步电动机的频率和电压，实现调速运行；根据运行程序和加工工艺的要求选定最佳速度，运行平稳，提高可靠性，从而达到节能、提高生产率和提高产品质量。 2、实现软起动和软停车：加减速时间可任意设定。 （0.16000S） 3、实现频繁的起动和停止：如果用

17、工频电源直接起动，则起动电流大；利用变频器起动，则可以在较小的电流下实现快加、减速，电动机的发热较小。,2020/6/29,工控部,使用变频器的优点,4、无需接触器即可实现正、反转控制：减少维护和二次冲击。 5、方便的实现电气制动：可实现运行平稳，平滑加减速、高精度转矩控制和高精度定位停止、无转矩脉动，从而提高产品质量。 6、实现高频电动机的高速运行：工频的电动机最高转速只能是3000r/min(50Hz)或3600r/min(60Hz)；而利用高频变频器为高频电动机供电转速可达到180000r/min(3000Hz)。,2020/6/29,工控部,使用变频器的优点,7、可进行恶劣环境下电动机

18、的调速运行：可控制防暴型、防水型、户外型等特殊类型电动机，可减少噪音。 8、一台变频器可对多台电动机进行速度控制。 9、变频起动电动机时，电源容量可以减小：工频起动可达到57倍额定值；利用变频器低频起动时最大为1.5倍额定值。 使用变频器缺点 使用变频器会产生干扰电波，影响到同一电网的敏感元件。 - 可通过加装输入电抗器进行改善。,2020/6/29,工控部,变频器的负载类型分类,负载分类 P=n*T/9550 变频器的正确选择对于控制系统的正常运行是非 常关键的。选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动 的负载特性。人们在实践中常将生产机械分为三种类型: 1、恒转矩负载 2、恒功率负载 3、风

19、机、水泵负载。,2020/6/29,工控部,恒转矩负载 负载转矩TL与转速n无关，任何转速下TL总保持恒定或基本恒定。例如传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。 变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。如果需要在低速下稳速运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。,2020/6/29,工控部,恒功率负载 机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷 取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，TL

20、不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时，最大允许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时，即所谓“匹配”的情况下，电动机的容量和变频器的容量均最小。,2020/6/29,工控部,风机、泵类负载 在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动， 空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致 与速度n的2次方成正比。随着转速的减小，转矩按 转速的2 次方减小。这种负载所需的功率与速度的3 次方成正比。当所需风

21、量、流量减小时，利用变频 器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度 地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快， 与速度的三次方成正比，所以通常不应使风机、泵 类负载超工频运行。,2020/6/29,工控部,变频器的应用,一般负载（恒转矩或恒功率负载） 重载负载（恒转矩或恒功率负载） 风机、泵类负载（变转矩负载）,2020/6/29,工控部,变频器选型要注意些什么？,负载特性（负载类型） 实际电机电流值（功率） 使用的电源电压 变频器与电机间连接电缆的长度 使用环境 其它要求(包括通讯、附件等）,2020/6/29,工控部,常用可选附件,I/O扩展板 电抗器（进线、出线） 滤波器（输入、

22、输出） 制动选件（制动单元、制动电阻） 通讯适配器,2020/6/29,工控部,有关概念,应用场合： 住宅、商业和轻工业属第一类环境，即民用 环境； 第二类环境，即工业环境。,2020/6/29,工控部,IP防护等级,2020/6/29,工控部,变频器的 附 件 及应用,电源,空开,接触器,交流输入电抗器,直流电抗器,制动单元,制动电阻,输出EMI滤波器,正弦波滤波器,电机,输入EMI滤波器,2020/6/29,工控部,附件说明,进线（输入）电抗器的作用： 1、协调三相电网电压的不平衡； 2、提高变频器的输入阻抗，抑制变频器电源设备 上的浪涌电压，可消除变频器因电压尖峰而造成的故障， 保护在同

23、一电网的敏感元件； 3、抑制输入电流的谐波成分，提高功率因数。,2020/6/29,工控部,附件说明,电机（输出）电抗器： 1、限制由于IGBT高速开关引起的du/dt，抑制马 达的噪声及振动，抑制变频器输出侧的电噪声； 2、减少漏电流； 3、减少电机的过电压； 4、当电缆长度超过100米（屏蔽电缆超过50米）时 应使用； 5、当多电机并联运行的情况下使用。,2020/6/29,工控部,附件说明,Du/dt滤波器（ABB）： du/dt滤波器抑制了逆变器输出电压尖峰和电压的 快速变化，加强了电机的绝缘，另外，du/dt滤波器减少 了容性漏电流和电机电缆的的高频幅射，以及电机的高 频损耗和轴承电

24、流。（功能相当于输出电抗器）,2020/6/29,工控部,附件说明,直流电抗器： 提高功率因数及抑制谐波效果均比交流进线电抗器 好，但没有吸收浪涌电压的功能。 输入（EMC）滤波器： 能有效的抑制音频设备的无线电干扰，抑制射频干 扰。（抑制高次谐波的RFI滤波器）,2020/6/29,工控部,附件说明,制动单元： 能有效的控制母线电压的泵升，对变频器具有一定 的保护作用，并能提高变频器的制动能力，当变频传动 系统需要频繁制动时，就需要使用制动单元，它可将电 机制动时的机械能转化成热能。 制动电阻： 能将电机制动过程中的机械能通过制动电阻以热能 的形式消耗掉，可以缩短变频传动系统的减速时间。,2

25、020/6/29,工控部,第三部分 PLC的介绍,2020/6/29,工控部,PLC的发展,可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。,2020/6/29,工控部,PLC

26、的基本概念,1985年，国际电工委员会IEC对可编程序控制器作了如下规定：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式模块式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。,2020/6/29,工控部,什么是PLC ? PLC（programmable logic controller) : * 是以微处理器为基础的工业控制器; * 具有较强的控制功能，处理速度快，应用广泛;（PLC的结构） * 使用梯形图语言编程，易于理解和掌握;（IEC规定的标准语言） * 采

27、用循环处理方式，响应快，适合于实时控制。,2020/6/29,工控部,PLC的主要特点,1、高可靠性 （1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可*性更进一步提高。 2、丰富的I/O接口模块PLC针

28、对不同的工业现场信号 3、采用模块化结构 4、编程简单易学 5、安装简单，维修方便,2020/6/29,工控部,PLC的功能,1、逻辑控制 2、定时控制 3、计数控制 4、步进(顺序)控制 5、PID控制 6、数据控制：PLC具有数据处理能力。 7、通信和联网 8、其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特 殊控制的要求 。,2020/6/29,工控部,PLC的分类,1、小型PLC 小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。 2、中型PLC 中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。 3、大型PLC 大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还