模块五 设备控制技术教案.ppt

1、模块五选学模块,项目一 典型设备控制系统,1,项目二 可编程控制器应用,2,模块五选学模块,模块简介： 简单介绍CA6140型普通车床和M7120型磨床的电气控制和故障维修；介绍PLC的硬件连接、PLC的程序设计方法和简单的控制系统设计。 学习目标： 1.了解CA6140型普通车床和M7120型磨床的结构和电力拖动特点。 2.掌握CA6140型普通车床和M7120型磨床的电气控制原理。 3.掌握CA6140型普通车床和M7120型磨床的常见故障分析及排除方法。 4.掌握PLC的硬件连接方法。 5.掌握PLC的程序设计方法。 6.能设计简单控制系统。,项目一 典型设备控制系统,任务一 CA614

2、0型普通车床电器控制与故障检修,1,任务二 M7120型磨床电器控制与故障检修,2,任务一 低压开关、主令电器与熔断丝,任务案例：CA6140型普通车窗主轴电动机M1不能自锁运行，分析故障原因和检修方法。 相关知识介绍： 1.CA6140型普通车床主要结构 车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹等。CA6140型普通车床属于中小型机床，是较普遍的一种车床，其型号的含义是： C车床;A结构特征性代号;6落地及卧式车床组 1卧式车床系; 40主参数折算值 CA6140型普通车床主要由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、丝杠、光杠、尾架等几部分组成。如图1.1。,任务一

3、 低压开关、主令电器与熔断丝,任务一 低压开关、主令电器与熔断丝,2.CA6140型普通车床电力拖动特点 (1)车床有三台电动机拖动：主轴电动机M1，冷却泵电动机M2和刀架快速移动电动机M3。 (2)主轴旋转及工件的进给运动由主轴电动机M1(为三相笼型异步电动机)拖动，调速为机械有级调速，由齿轮箱完成。 (3)刀架的快速移动由刀架快速移动电动机M3拖动。 (4)切削液的供给由冷却泵电动机M2拖动切削泵，只要求单向起动。 (5)主拖动电动机的起动、停止采用按钮操作。 (6)线路必须配置过载、短路、欠压、失压等保护功能。 (7)具备安全的局部照明装置。,任务一 低压开关、主令电器与熔断丝,3.CA

4、6l40型普通车床的电气控制电路 CA6140型普通车床的电气控制电路如图5.2所示该线 路分为主电路、控制电路及照明、指示电路三部分。,任务一 低压开关、主令电器与熔断丝,（1）主电路分析(主电路如图5.3所示),任务一 低压开关、主令电器与熔断丝,4.CA6 1 40型普通车床常见故障及检修 （1）故障1 故障现象：主轴电动机M 1不能停转如图5.6所示。 故障原因：KM1主触头熔焊，铁心表面有污垢；按钮SB1绝缘击穿，图5.6中SB1接线处短路。 图5.6 常见故障（一、二） 检修方法：对于主触头熔焊问题，采用更换KM1的方法；对于铁心表面有污垢问题，采用清除污垢的方法；对于SB 1击穿

5、和短路问题，采用更换SB1和清除短路故障的方法。,任务一 低压开关、主令电器与熔断丝,任务一 低压开关、主令电器与熔断丝,（5）故障五 故障现象：刀架快速移动电动机M3不能起动，如图5.9所示。 故障原因：KM3不动作：图5.9中FR 1与FR2之间接线脱落，FR2动合触头断开；图5.9中SA2接线处短路，SB3接线处接点脱落。 检修方法：对于FRl与FR2之间接线脱落，FR2动合触头断开问题，查找过载原因，使触头恢复闭合；对于SB3接触不良问题，采用电阻测量法检测，修理或更换；对于SB3接线处接点问题，采用接好脱落线的方法；对于SA2处短路问题，采用清除短路故障的方法。,任务一 低压开关、主

6、令电器与熔断丝,任务二交流接触器和继电器,任务案例:M7120X型磨床液压泵电动机M1不能自锁运行，分析故障原因。 相关知识介绍： 1. M7120型平面磨床主要结构 平面磨床是用砂轮磨削加工各种零件的平面，M7120型磨床是较普遍的一种平面磨床，其型号的含义是： M磨床 7平面 1卧轴矩台式 20工作台的工作面宽为20mm M7120型平面磨床主要由床身、工作台、砂轮架、电磁吸盘滑座和立柱等几部分组成，外形示意图见图5.10。,任务二交流接触器和继电器,1-立柱 2-滑座 3-砂轮架 4-电磁吸盘 5-工作台 6-床身,任务二交流接触器和继电器,2. M7120型平面磨床电力拖动特点 （1）

7、砂轮的旋转运动 由砂轮电动机M2拖动，采用一台三相异步电动机即可，无需调速。 （2）工作台的纵向往复运动 由液压泵电动机M1拖动液压泵，液压传动转向平稳，易于实现无级调速。 （3）砂轮架的横向进给运动 可由液压泵电动机M1拖动液压泵，也可用手轮来操作。 （4）砂轮架的升降运动 由砂轮升降电动机M4拖动。 （5）切削液的供给 由冷却泵电动机M3拖动切削泵旋转。 （6）电磁吸盘的控制 采用电磁吸盘吸持工件，要求电磁吸盘与电动机M1、M2、M3、M4四台电动机之间有电气联锁装置。,任务二交流接触器和继电器,3.M7120型平面磨床的电气控制电路 M7120型平面磨床的电气控制电路如图5.11所示,任

8、务二交流接触器和继电器,（1）主电路分析(电路如图5.12所示) 电源由转换开关QS1引入。 主电路中有四台电动机，M1为液压泵电动机，M2为砂轮电动机，M3为冷却泵电动 机，M4为砂轮升降电动机。M1由接触器KM1控制，M2和M3由接触器KM2控制，M4由接 触器KM3、KM4控制电动机的正、反转来实现砂轮升降。 四台电动机共用一组熔断器FU1作短路保护，FR1作为M1的过载保护，FR2作为M2 的过载保护，FR3作为M3的过载保护。,任务二交流接触器和继电器,任务二交流接触器和继电器,（2）控制电路及电磁吸盘电路分析(电路如图5.13所示),任务二交流接触器和继电器,（3）照明电路分析 照

9、明电路由控制变压器TC供电，照明电路电源电压为36V,，若旋开开关SA1，照明工作 灯EL亮，熔断器FU6作为照明电路的短路保护。 4.M7120型平面磨床常见故障及检修 （1）故障一 故障现象：液压泵电动机M1缺相。按起动按钮后，液压泵电动机不能起动或转动很慢，发出嗡嗡声，这种状态称为缺相运行，如图5.13所示。,任务二交流接触器和继电器,故障原因：FU1熔断或有一相断路；KM1有一相断路，FR1有一相断路，M1有一相断路。 检修方法：对于FU1、KM1有一相断路问题，采用电阻测量法检测，更换同型号熔体或修复触点，更换接触器；对于FR1有一相断路问题，采用修理或更换元件的方法，接好脱落线。,

10、任务二交流接触器和继电器,（2）故障二 故障现象：冷却泵电动机M3缺相。按起动按钮后，冷却泵电动机不能起动或转动很 慢，发出嗡嗡声(缺相运行)，如图5.14所示。 故障原因：FU 1熔断或有一相断路；KM2有一相断路，FR3有一相断路，M3有一相断路。 检修方法：对于FU1、KM2有一相断路问题，采用电阻测量法检测，更换同型号熔体或修复触头，更换接触器；对于FR3有一相断路问题，采用修理或更换元件的方法，接好脱落线。,任务二交流接触器和继电器,（4）故障四 故障现象：冷却泵电动机M3不能起动，如图5.14所示。 故障原因：图5.14中FR2与FR3之间接线脱落；FR3动合触头断开。 检修方法：

11、对于FR2与FR3之间接线脱落问题，采用接好脱落线的方法；对于FR3动合触头断开问题，查找过载原因，使触头恢复闭合。,任务二交流接触器和继电器,（5）故障五 故障现象：电磁吸盘无法去磁，如图5.15所示。 故障原因：去磁控制电路开路，根本没有去磁作用；接触器KM6损坏；去磁电压过高；去磁时间太长或太短；接插器XP2损坏。 检修方法：对于去磁控制电路开路问题，检查并修理相应元件；对于接触器KM6损坏问题，采用修理或更换的方法；对于去磁电压过高问题，调整去磁电阻R的大小。,任务二交流接触器和继电器,（6）故障六 故障现象：整流桥无交流输入，无直流输出，如图5.15所示。 故障原因：整流器VC有短路

12、故障。 检修方法：检查整流器。VC，修理或更换。,第26页,项目二 可编程控制器应用,任务一 掌握PLC的硬件联接,1,任务二 PLC的程序设计方法,2,项目三 液压传动系统的控制元件,5,任务三 设计简单的控制系统,3,第27页,2009-6,任务一 掌握PLC的硬件联接,任务案例： 把西门子PLC S7-200与个人计算机连接起来。 相关知识介绍： 可以采用PCPPI电缆建立个人计算机与PLC之间的通信。这是单主机与个人计算机的连接，不需要其他硬件(如调制解凋器和编程设备)。典型的单机连接如图5.16所示。把PCPPI电缆的PC端连接到计算机的RS-232通信口(一般是COMl)，把PCP

13、PI电缆的PPI端连接到PLC的RS-485通信151即可。,第28页,2009-6,任务一 掌握PLC的硬件联接,第29页,2009-6,任务二 PLC的程序设计方法,相关知识介绍： 1.经验设计法 可以用设计继电器电路图的方法来设计比较简单的数字量控制系统的梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触点，最后才能得到一个较为满意的结果。 这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是惟一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，所以有人把这种

14、设计方法叫做经验设计法，它可以用于较简单的梯形图(例如手动程序)的设计。,第30页,2009-6,任务二 PLC的程序设计方法,图5.17中的小车片J三相异步电动机驱动，KMl和KM2分别是控制小车右行和左行的交流接触器。用KMl和KM2的主触点改变进入电动机的三相电源的相序，即可以改变小车运动的方向。图中的FR是热继电器，在电动机过载一定的时间后，它的常开触点闭合，使KMl或KM2的线闺断电，电动机停转。 图5.17给出了PLC控制系统的外部接线图和梯形图。按下右行起动按钮SB2或左行起动按钮SB3后，要求小车在左限位开关SQl和右限位开关SQ2之间不停地循环往返，按下停止按钮SBl后，电动

15、机断电，制动电磁铁的线圈通电使电动机迅速停机，到达定时器T38设定的制动时间后，T38的常闭触点断开，切断制动电磁铁的电源。,第31页,2009-6,任务二 PLC的程序设计方法,第32页,2009-6,任务二 PLC的程序设计方法,2. 常闭触点输入信号的处理 前面在介绍梯形图的设计方法时，实际上有一个前提，就是假设输入的数字量信号均由外部常开触点提供，但是有些输入信号只能由常闭触点提供。在继电器电路图中，热继电器FR的常闭触点与接触器KMl和KM2的线圈串联。电动机过载一定时间后，FR的常闭触点断开，使KMl和KM2的线圈断电。 如果将图5.18中接在PLC的输入端I0.5处的FR的触点改

16、为常闭触点(见图5.18)，未过载时它是闭合的，I0.5为ON，梯形图中I0.5的常开触点闭合。显然，应将I0.5的常开触点而不是常闭触点与Q0.0或Q0.1的线圈串联。,第33页,2009-6,任务二 PLC的程序设计方法,过载时FR的常闭触点断开，I0.5为OFF，梯形图中I05的常开触点断开，起到了过载保护的作用。但是继电器电路图中FR的触点类型(常闭)和梯形图中对应的I0.5的触点类型(常开)刚好相反，给电路的分析带来不便。,第34页,2009-6,任务二 PLC的程序设计方法,3. 根据继电器电路图设计梯形图的方法 PLC使用与继电器电路图极为相似的梯形图语言，如果用PLC改造继电器

17、控制系统，根据继电器电路图来设计梯形图是一条捷径。这是因为原有的继电器控制系统经过长期的使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处，因此可以将继电器电路图“翻译”成梯形图，即用PLC的外部硬件接线图和梯形图软件来实现继电器系统的功能。,第35页,2009-6,任务二 PLC的程序设计方法,将继电器电路图转换为功能相同的PLC的外部接线图和梯形图的步骤如下： (1)了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，这样才能做到在设计和调试控制系统时心中有数。 (2)确定PLC的输入信号和输出负载，以及与它们对应

18、的梯形图中的输入位和输出位的地址，画出PLC的外部接线图。 (3)确定与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的存储器位和定时器的地址。这两步建立了继电器电路图中的元件和梯形图中的位元件地址之间的对应关系。 (4)根据上述对应关系，在继电器电路图的基础上改画出梯形图。,第36页,2009-6,任务二 PLC的程序设计方法,图5.19是自耦减压起动电路，起动时电动机先用自耦变压器的二次电压起动，然后串入自耦变压器的部分绕组减压起动，最后进入全压运行。,第37页,2009-6,任务二 PLC的程序设计方法,当KT2的整定时间到，其常闭触点断开，使KM2的线圈断电，自耦变压器脱离电动机；

19、KT2的常开触点闭合，使接触器KM3的线圈通电，KM3的主触点接通，电动机全压起动。 图5.20是PLC的外部接线图，图5.21c是功能与图5.18相同的PLC控制系统的梯形图。 4. 设计中应注意的问题 根据继电器电路图设计PLC的外部接线图和梯形图时应注意以下问题： (1)、设计PLC外部接线图应注意的问题 正确确定PLC的输入信号和输出负载。,第38页,2009-6,任务二 PLC的程序设计方法,输入触点类型的选择。 硬件互锁电路。 (2)梯形图结构的选择 (3)应考虑PLC的工作特点 (4)时间继电器瞬动触点的处理 (5)尽量减少PLC的输入信号和输出信号 (6)梯形图的优化设计 (7

20、)外部负载的额定电压,第39页,2009-6,任务三 设计简单的控制系统,任务案例： 根据所学设计一些简单的控制系统。 相关知识介绍： 1.PLC控制程序设计技巧 在工艺要求改变后，常常要改变程序，有时会出现I/O点数不够又不想增加PLC扩展单元，此时可采用一些方法来减少输入点和输出点。,第40页,2009-6,任务三 设计简单的控制系统,（1）减少输入点的方法 用二极管隔离的分组输入法 控制系统一般具有手动和自动两种工作方式。由于 手动与自动不是同时发生的，可分成两组，并由转换开关SA选择自动(位置2)和手动(位置1)的工作位置，如图5.22所示。这样一个输入点就可作为两个输入点使用。二极管

21、的作用是避免产生寄生电路，保证信号的正确输入。,第41页,2009-6,任务三 设计简单的控制系统,触点合并式输入方法 在生产工艺允许条件下，将具有相同性质和功能输入触点串联或并联后再输入PLC的输入端，这样使几个输入信号只占用一个输入点。下面以两地控制程序为例 图5.22 用二极管隔离输入法 来说明。 设有一台电动机，要求分别在甲、乙两地均可对其进行启、停控制。甲地设停止按钮SB1，启动按钮SB3；乙地设停止按钮SB2，启动按钮SB4。如图5.23和表5.1所示。,第42页,2009-6,任务三 设计简单的控制系统,第43页,2009-6,任务三 设计简单的控制系统,对应的梯形图如图5.24

22、所示。这样，不管是在甲地或乙地均可对电动机进行启、停控制，而只占用PLC两个输入点(I0.0、I0.1)。 推而广之，对于多地点控制，只要将n地的停止按钮的常闭触点串联起来，接入PLC的一个输入点；再将n地的启动按钮并联起来，接入PLC的另一个输入点。,第44页,2009-6,任务三 设计简单的控制系统,单按钮启、停控制程序 通常启、停控制(如某电动机的启、停控制)均要设置两个控制按钮作为启动控制和停止控制。现介绍只用一个按钮，通过软件编程，实现启动与停止的控制。 如图5.25所示，I0.0作为启动、停止按钮的地址，第一次按下时Q1.0有输出，第二次按下时Q1.0无输出，第三次按下时Q1.0又

23、有输出.减少输入点的方法除了上述方法外，还有编码输入法等方法，在此不再一一介绍。,第45页,2009-6,任务三 设计简单的控制系统,（2）减少输出点的方法 对于两个通断状态完全相同的负载，可将它们并联后共用一个PLC的输出点，如图5.26 两个负载并联共用一个输出点，应注意两个输出负载电流总和不能大于输出端子的负载能力。 由于信号灯负载电流很小，故常用信号灯与被指示的负载并联的方法，这样可少占用PLC一个输出点。,第46页,2009-6,任务三 设计简单的控制系统,2.应用程序的典型环节 复杂的控制程序一般都是由一些典型的基本环节有机地组合而成的，因此，掌握这些基本环节尤为重要。它有助于程序设计水平的提高。以下是几个常用的典型环节。 (1)电动机的启动与停止控制程序 电动机的启动与停止是最常见的控制，通常需要设置启动按钮、停止按钮及接触器等电器。I/O分配表如表5.2所示。PLC的I/O接线图如图5.27所示,第47页,2009-6,任务三 设计简单的控制系统,(2)停止优先控制程序 为确保安全，通常电动机的启动、停止控制总是选用如图5.27所示的停止优先控制程序。对于该程序，若同时按下启动和停止按钮，则停止优先。 (3)启动控制优先程序 对于有些场合，需