機(jī)電傳動控制課件

機(jī)電傳動控制 第一章緒論 第一節(jié)機(jī)電傳動及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 一 機(jī)電傳動的發(fā)展成組拖動 第一節(jié)機(jī)電傳動及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 一 機(jī)電傳動的發(fā)展單電機(jī)拖動 第一節(jié)機(jī)電傳動及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 一 機(jī)電傳動的發(fā)展多電機(jī)拖動 第一節(jié)機(jī)電傳動及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 一 機(jī)電傳動的發(fā)展交直流變速 先有直流后有交流 第一節(jié)機(jī)電傳動及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 瑞士IBAG公司電主軸結(jié)構(gòu) 第一節(jié)機(jī)電傳動及其控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 二 機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的發(fā)展1 繼電接觸器控制20世紀(jì)20 30年代2 順序控制60年代3 PLC控制60年代末4 數(shù)控機(jī)床NC5 計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC6 加工中心MC 帶自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床 7 自適應(yīng)數(shù)控機(jī)床AC8 柔性制造系統(tǒng)FMS9 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS 第二節(jié)機(jī)電一體化技術(shù) 一 機(jī)電一體化 Mechatronics 技術(shù)基本概念 機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主動能 動力功能 信息處理功能和可控制功能上引入電子技術(shù) 并將機(jī)械裝置和電子設(shè)備以軟件等有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱 第二節(jié)機(jī)電一體化技術(shù) 二 機(jī)電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)自動控制技術(shù)檢測傳感技術(shù)信息技術(shù)伺服驅(qū)動精密機(jī)械技術(shù)接口技術(shù) 第二節(jié)機(jī)電一體化技術(shù) 三 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景性能上 向高精度 高效率 高性能 智能化的方向發(fā)展 功能上 向小型化 輕型化 多功能方向發(fā)展 層次上 則向系統(tǒng)化 復(fù)合集成化的方向發(fā)展 第二章繼電器接觸器基本控制電路 第一節(jié)常用低壓電器 交流電1200V以下直流電1500以下分類 1按在電路中所處的地位和作用2按動作方式的不同3按有無觸點(diǎn)分等電力拖動控制系統(tǒng)可以分成兩大部分 1用于接通和斷開電動機(jī)的主電路 由電動機(jī)及其相關(guān)電器元件 如電器主觸頭 等組成 允許通過較強(qiáng)的電流 2控制電路 只能通過較弱的電流 一般由電器線圈及其輔助觸頭 按鈕 行程開關(guān)等組成 第一節(jié)常用低壓電器 一 接觸器作用 在低壓電路系統(tǒng)中遠(yuǎn)距離控制 頻繁接通和切斷交直流主電路和大容量控制電路的自動控制電器 主要控制對象為交直流電動機(jī) 也可用于電焊機(jī) 電熱設(shè)備 照明設(shè)備等其他負(fù)載的控制 具有大容量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)及迅速熄滅電弧的能力 可以根據(jù)故障檢測信號 迅速可靠地切斷電源 并有欠 零 電壓保護(hù)功能 第一節(jié)常用低壓電器 接觸器 第一節(jié)常用低壓電器 構(gòu)造常開 常閉觸點(diǎn)在動作時都行動 但一般先 斷開 后 閉合 第一節(jié)常用低壓電器 常閉觸點(diǎn) 接觸器原理示意圖 常開觸點(diǎn) 線圈電源 第一節(jié)常用低壓電器 第一節(jié)常用低壓電器 交流接觸器交流接觸器的主觸頭用于接通和分?jǐn)嘟涣髦麟娐?當(dāng)交變磁通穿過鐵心時 特產(chǎn)生渦流和隘滯損耗 使鐵心發(fā)熱 為了減少因渦流和磁滯損耗造成的能量損失 鐵心用硅鋼片沖制后疊鉚而成 為了便于散熱 線圈在骨架上繞成扁而厚的圓筒形狀 并與鐵心隔離 交流接觸器的線團(tuán)匝數(shù)較少 故電阻小 當(dāng)線圈通電而銜鐵尚未吸合的瞬間 電流將達(dá)到工作電流的10 15倍 如果銜鐵被卡住而不能吸合 或頻繁動作 線圈將有可能被燒毀 所以 對于要求頻繁啟停的控制系統(tǒng)不宜采用交流接觸器 第一節(jié)常用低壓電器 第一節(jié)常用低壓電器 直流接觸器直流接觸器的主觸頭用來通斷直流主電路 和交流接觸器不向 直流接觸器的鐵心中不會產(chǎn)生渦流和磁滯損耗 放不會發(fā)熱 為了便于加工 鐵心用整塊電工軟鋼制成 為使線圈散熱良好 通常將線圈繞制成長而薄的圓筒狀 且不設(shè)線圈骨架 使線圈和鐵心直接接觸 由于直流接觸器的線圈卞通以直流電 故沒有較大的啟動電流沖擊 鐵心和銜鐵也44會因電源頻率的變化而產(chǎn)生猛烈的撞擊 因此直流接觸器的壽命比交流接觸器長 適用于可靠性要求高或要求頻繁動作的場合 第一節(jié)常用低壓電器 第一節(jié)常用低壓電器 圖形符號 可橫畫 可豎畫 主電路豎畫 一般 上開下閉 橫畫 左開右閉 豎畫 第一節(jié)常用低壓電器 二 繼電器作用 繼電器廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中 起控制和保護(hù)電路或傳遞和轉(zhuǎn)換信號的作用 分類 按輸入信號可分為電壓繼電器 中間繼電器 電流繼電器 時間繼電器 速度繼電器等 按動作原理可分為電磁式繼電器 感應(yīng)式繼電器 電動式繼電器 電子式繼電器 機(jī)械式繼電器和熱繼電器等 其中電磁式繼電器應(yīng)用最為廣泛 第一節(jié)常用低壓電器 一 電磁式繼電器分類 電壓繼電器 根據(jù)電壓信號動作 過電壓式大于 1 05 1 2URT 時動作欠電壓式小于 0 2 0 3URT 時動作 第一節(jié)常用低壓電器 過 欠電壓繼電器 第一節(jié)常用低壓電器 一 電磁式繼電器分類 中間繼電器 本質(zhì)上是一種電壓繼電器 作用 信號放大 擴(kuò)展觸頭數(shù)目 增加控制回路數(shù) 第一節(jié)常用低壓電器 中間繼電器 第一節(jié)常用低壓電器 一 電磁式繼電器分類 電流繼電器 根據(jù)電流信號動作 過電流式欠電流式 第一節(jié)常用低壓電器 電流繼電器 根據(jù)電流信號動作 第一節(jié)常用低壓電器 圖形符號 中間繼電器的文字符號為K或KM 電壓繼電器和電流繼電器的文字符號分別為KV和KA 第一節(jié)常用低壓電器 二 熱繼電器FR作用 過載保護(hù) 即電動機(jī)過載持續(xù)時間較長 超過了允許溫升 則會加速電動機(jī)的絕緣老化 甚至導(dǎo)致繞組嚴(yán)重過熱而燒毀 須對電動機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)采用熱繼電器 第一節(jié)常用低壓電器 熱繼電器 第一節(jié)常用低壓電器 熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理來工作的保護(hù)電器 a 三相熱元件 b 動斷觸頭 第一節(jié)常用低壓電器 熱繼電器 第一節(jié)常用低壓電器 圖形符號 熱繼電器的文字符號為FR注意 熱繼電器不能用作短時過載保護(hù) 也不能用作短路保護(hù) 第一節(jié)常用低壓電器 三 時間繼電器KT時間繼電器當(dāng)線圈通電或斷電后 觸點(diǎn)經(jīng)過一定的延時后才能閉合或斷開 它在電路中起著控制動作時間的作用 時間繼電器的延時方式有兩種 即通電延時和斷電延時 分類 電磁式時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器電動機(jī)式時間繼電器電子式時間繼電器 第一節(jié)常用低壓電器 電磁式時間繼電器 第一節(jié)常用低壓電器 空氣阻尼式時間繼電器 空氣阻尼式時間繼電器是利用空氣阻尼作用來達(dá)到延時的目的 主要由電磁機(jī)構(gòu) 延時機(jī)構(gòu)及觸頭三部分組成 其電磁機(jī)構(gòu)有直流和交流兩種 通電延時型斷電延時型 第一節(jié)常用低壓電器 空氣阻尼式時間繼電器 第一節(jié)常用低壓電器 空氣阻尼式時間繼電器 第一節(jié)常用低壓電器 電動機(jī)式時間繼電器 電動機(jī)式時間繼電器是利用微型向步電動機(jī)俗動減速齒輪較量 并由特殊的電磁機(jī)構(gòu)控制以產(chǎn)生延時的時間繼電器它有通電延時和斷電延時兩種類型 這種時間繼電器的優(yōu)點(diǎn)是延時范圍寬 幾秒 幾小時 延時精度高 打延時時間指爾 調(diào)荷方便 其缺點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜 壽命短 不適于頻繁操作 體積大 價格較高等 第一節(jié)常用低壓電器 電子式時間繼電器 電子式時間繼電器也稱晶體管或半導(dǎo)體式時間繼電路 采用晶體管或集成電路和電阻 電容等電子元件構(gòu)成 它是利用RC電路中電容器充電時 電容器上的電壓逐漸上升的原理實(shí)現(xiàn)延時的 因此 改變充電電路的時間常數(shù) 即可整定其延時時間 第一節(jié)常用低壓電器 時間繼電器的圖形符號 a 線圈一般符號 b 通電延時線圈 c 斷電延時線圈 d 延時閉合常開觸頭 e 延時斷開常閉觸頭 f 延時斷開常開觸頭 g 延時閉合常閉觸頭 h 瞬動常開觸頭 i 瞬動常閉觸頭 第一節(jié)常用低壓電器 四 速度繼電器KS速度繼電器又稱反接制動繼電器 由于它只能反映電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向及電動機(jī)是否停轉(zhuǎn) 故主要與接觸器配合使用 實(shí)現(xiàn)籠型異步電動機(jī)的反接制動控制 第一節(jié)常用低壓電器 速度繼電器原理示意圖l 轉(zhuǎn)軸2 轉(zhuǎn)子3 定子4 繞組5 擺錘6 7靜觸頭8 9 簧片 第一節(jié)常用低壓電器 第一節(jié)常用低壓電器 速度繼電器圖形符號 a 動合觸頭 b 動斷觸頭 第一節(jié)常用低壓電器 三 主令電器主令電器是一種專門用來 發(fā)布 電氣控制命令的電器 主要用于切換控制電路 以達(dá)到控制其他電器動作或?qū)崿F(xiàn)順序控制的目的 第一節(jié)常用低壓電器 一 按鈕作用 發(fā)布命令 手動發(fā)出控制信號以遠(yuǎn)距離控制接觸器 繼電器 電磁起動器等 第一節(jié)常用低壓電器 第一節(jié)常用低壓電器 按鈕的文字符號為SB圖形符號 第一節(jié)常用低壓電器 二 行程開關(guān)作用 利用生產(chǎn)機(jī)械的行程位置實(shí)現(xiàn)電路切換 以控制其運(yùn)動方向 速度及行程大小 它將機(jī)械信號轉(zhuǎn)換為電信號 對生產(chǎn)機(jī)械予以必要的保護(hù) 用機(jī)械部分撞擊來發(fā)布命令 第一節(jié)常用低壓電器 直動式 第一節(jié)常用低壓電器 行程開關(guān) 限位開關(guān) 第一節(jié)常用低壓電器 滾動式 滾輪式行程開關(guān) a 外形圖 b 原理圖1一滾輪2一上轉(zhuǎn)臂3 5 11 彈簧4一套架6 9一壓板7一觸頭8一觸間推桿10一小滑輪 第二章繼電器接觸器基本控制電路 滾動式 第二章繼電器接觸器基本控制電路 滾動式行程開關(guān) 第一節(jié)常用低壓電器 微動式 微動行程開關(guān)原理圖1 推桿2 彎形片狀彈簧3 常開觸頭4 常閉觸頭5 恢復(fù)彈簧 第二章繼電器接觸器基本控制電路 第一節(jié)常用低壓電器 微動行程開關(guān) 第一節(jié)常用低壓電器 行程開關(guān)的文字符號 a 動合觸頭 b 動斷觸頭 第一節(jié)常用低壓電器 三 接近開關(guān)作用 當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械或被檢測物體接近它的動作距離范圍時 它就發(fā)出信號 除了代替有觸頭行程開關(guān)完成一般的行程控制和限位保護(hù)外 還可用于位置檢測 計(jì)數(shù)控制 物體存在檢測 液面控制 零件尺寸檢測等 第一節(jié)常用低壓電器 第一節(jié)常用低壓電器 第一節(jié)常用低壓電器 四 萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種具有多個擋拉 多對觸頭 可以控制多個回路的控制電器 主要作電路轉(zhuǎn)換之用 第一節(jié)常用低壓電器 第一節(jié)常用低壓電器 五 主令控制器主令控制器可以按照預(yù)定順序頻繁地切換多個控制回路 與萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)相比 主今控制器的觸頭容量要大一些 操作擋位也較多 可用作大容量電動機(jī)的起動 換向 調(diào)速和制動等遠(yuǎn)距離控制 主令控制器并不是直接控制電動機(jī) 而是通過空制接觸器 再由接觸器控制電動機(jī) 因此 主令控制器的觸頭按小電流進(jìn)行設(shè)計(jì) 一般不需要火弧裝置 體積小 操作起來也更為輕便 靈活 第一節(jié)常用低壓電器 四 熔斷器熔斷器廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng) 控制系統(tǒng)及用電設(shè)備中 作線路和設(shè)備的短路和過載保護(hù) 常用熔斷器 插入式 無填料密閉管式 有填料封閉管式 螺旋式 快速熔斷器等作用 起短路保護(hù)作用圖形符號FU 第一節(jié)常用低壓電器 熔斷器 第一節(jié)常用低壓電器 第一節(jié)常用低壓電器 第一節(jié)常用低壓電器 五 自動空氣開關(guān)自動空氣開關(guān)也稱斷路器 它主要用來手動或自動地接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路 也可用來不頻繁地起動電動機(jī) 當(dāng)電路發(fā)生嚴(yán)重過載 短路及欠電壓等故障時能自動切斷電路 有效地保護(hù)電路中的電氣設(shè)備 分類 按用途分有保護(hù)配電線路用 保護(hù)電動機(jī)用 保護(hù)照明線路用及漏電保護(hù)用自動空氣開關(guān) 按結(jié)構(gòu)型式分有框架式 又稱萬能式 和裝置式 又稱塑殼式 自動空氣開關(guān) 按極數(shù)分有單極 雙極 三極 四極自動空氣開關(guān) 按限流性能分有不限流和快速限流自動空氣開關(guān) 按操作方式分有直接手柄操作式 杠桿操作式 電磁鐵操作式 電動機(jī)操作式自動空氣開關(guān) 其中 比較常用而且人們也較為沙慣的分類方法是按結(jié)構(gòu)型式分類 第一節(jié)常用低壓電器 自動開關(guān)的圖形符號 第二節(jié)電氣原理圖的畫法 一 電氣原理圖及其繪制原則包括主電路 控制電路基本原則 布局合理 排列均勻 便于看圖分析主電路用粗線畫 放上方或左方L1 L2 L3從左到右按國標(biāo)給的符號畫根據(jù)工作原理的要求 同一個電器元件各部分可以分開畫在不同的地方所有電器按未得電的常態(tài)畫 按動作順序畫 第二節(jié)電氣原理圖的畫法 二 圖形符號和文字符號 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 與同容量直流電動機(jī)相比 三相異步電動機(jī)具有體積小 重量輕 轉(zhuǎn)動慣量小的特點(diǎn) 加之結(jié)構(gòu)簡單 價格便宜 維護(hù)方便 運(yùn)行可靠 堅(jiān)固耐用 因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到了最為廣泛的應(yīng)用 異步電動機(jī)分為鼠籠式異步電動機(jī)和繞線式異步電動機(jī) 這兩種異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)造不同 故起動方法個同 起動控制線路存在很大差別 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 異步電動機(jī)定子結(jié)構(gòu) 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 鼠籠式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 異步電動機(jī)磁場工作原理 三相電流 旋轉(zhuǎn)磁場 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 一 鼠籠式異步電動機(jī)起動控制線路 一 直接啟動 全壓啟動 二 降壓啟動 三 軟啟動 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 一 鼠籠式異步電動機(jī)直接起動控制線路 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 二 降壓起動控制線路對于大容量電動機(jī)來說 如果采用直接起動方式 由于起動電流過大 會引起電源電壓的大幅度波動 因此當(dāng)電動機(jī)容量超過供電變壓器的5 25 時 必須采用降壓起動方式 以限制其起動電流 三相鼠籠式異步電動機(jī)的降壓起動方式有Y 降壓起動 自耦變壓器降壓起動 定子繞組串電阻降壓起動 延邊三角形降壓起動等 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 二降壓起動控制線路 1 Y 降壓起動控制線路 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 2 自耦變壓器降壓起動控制線路 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 3 定子繞組串電阻降壓起動控制線路 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 4 延邊三角形降壓起動線路 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 4 延邊三角形降壓起動線路 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 二 繞線式異步電動機(jī)起動控制線路鼠籠式異步電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩小 起動電流大 因此不能滿足某些生產(chǎn)機(jī)械需要高起動轉(zhuǎn)矩 低起動電流的要求 繞線式異步電動機(jī)可以通過在轉(zhuǎn)于電路中串接電阻 達(dá)到減小起動電流 提高轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)和增大起動轉(zhuǎn)矩的目的 1 轉(zhuǎn)子電路串電阻起動控制線路2 轉(zhuǎn)子電路串頻敏變阻器起動控制線路 第三節(jié)異步電動機(jī)的啟動控制線路 三 軟起動控制線路 電壓逐漸升高 控制電機(jī)起動電流上升 水泵和風(fēng)機(jī)用得多 也可用軟停止節(jié)省能源 第四節(jié)異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制線路 第五節(jié)異步電動機(jī)的制動控制線路 一 反接制動控制線路反接制動是利用改變電動機(jī)電源的相序 使定子繞組產(chǎn)生相反方向的旋轉(zhuǎn)磁場 從而產(chǎn)生制動力矩的制動方法 反接制動電流大 是全壓直接起動電流的2倍 因而制動迅速 制動效果好 但沖擊效應(yīng)較大 通常只適用于10LW以下的小容量電動機(jī) 為了減小沖擊電流 通常在電動機(jī)主電路中串接電阻以限制制動電流 這個電阻稱為反接制動電阻 反接制動的另一個要求是在電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近于零時 必須及時切斷反相序電源 否則電動機(jī)將反向起動運(yùn)行 第五節(jié)異步電動機(jī)的制動控制線路 一 反接制動控制線路 第五節(jié)異步電動機(jī)的制動控制線路 一 反接制動控制線路 第五節(jié)異步電動機(jī)的制動控制線路 二 能耗制動控制線路所謂能耗制動 是指在電動機(jī)脫離三相交流電源后 立即在定子繞組的任意兩相通人低壓直流電流 使其在電動機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一恒定磁場 由于慣性 電動機(jī)仍按原方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流 該電流與恒定磁場相互作用 產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩 從而使電動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降 達(dá)到制動目的 當(dāng)轉(zhuǎn)速降為零時 轉(zhuǎn)子對磁場無相對運(yùn)動 轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流變?yōu)榱?制動力矩消失 電功機(jī)停轉(zhuǎn) 制動過程結(jié)束 第五節(jié)異步電動機(jī)的制動控制線路 二 能耗制動控制線路 第五節(jié)異步電動機(jī)的制動控制線路 二 能耗制動控制線路 第五節(jié)異步電動機(jī)的制動控制線路 三 機(jī)械制動機(jī)械制動是利用機(jī)械裝置使電動機(jī)在斷電后迅速停止轉(zhuǎn)動的方法 一般采用電磁抱閘制動 第六節(jié)電液控制 一 電磁鐵 YA 與電磁閥電磁閥是電液控制系統(tǒng)中的電液控制元件 它將輸入的電信號轉(zhuǎn)換為液壓信號輸出 YA沒有自鎖功能 靠中間繼電器控制得失電 延時用壓力繼電器控制 第六節(jié)電液控制 圖a為單電二位二通電磁閥 圖b為單電二位二通電磁閥 圖c為單電二位四通電磁閥 圖d為單電二位五通電磁閥 圖e為雙電二位四通電磁閥 圖f為雙電三位四通電磁閥 第六節(jié)電液控制 第六節(jié)電液控制 二 電液控制動作要求 1 壓SQ1加緊YA1得電2 夾緊后工進(jìn) YA3得電 進(jìn)給3 到終點(diǎn) 后退 YA4 YA5得電 YA3失電4 退到原位 松開YA1失電 YA2得電松開5 松開后 取下工件YA2得 動作表 第七節(jié)其他基本控制電路 一 點(diǎn)動控制和連續(xù)控制線路1 點(diǎn)動控制線路 第七節(jié)其他基本控制電路 2 連續(xù)控制線路 第七節(jié)其他基本控制電路 3 既能點(diǎn)動控制又能連續(xù)控制的控制線路 第七節(jié)其他基本控制電路 二 多地點(diǎn)控制線路 第七節(jié)其他基本控制電路 三 順序起?？刂凭€路 第七節(jié)其他基本控制電路 四 自動循環(huán)控制線路 第三章電氣控制線路的設(shè)計(jì) 機(jī)床電氣設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下內(nèi)容 擬定電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書 技術(shù)條件 確定電氣傳動控制方案 選擇電動機(jī) 設(shè)計(jì)電氣控制原理圖 選擇電氣元件 并制定電氣元件明細(xì)表 設(shè)計(jì)操作臺 電氣拒及非標(biāo)準(zhǔn)電氣元件 設(shè)計(jì)機(jī)床電氣設(shè)備布置總圖 電氣安裝 編寫電氣說明書和使用操作說明書 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 一 最大限度滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝對電氣控制線路的要求電氣控制線路是為整個生產(chǎn)機(jī)械和工藝過程服務(wù)的 所以在設(shè)計(jì)前應(yīng)深入生產(chǎn)現(xiàn)場 切實(shí)掌握生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求 工作過程 工作方式及生產(chǎn)機(jī)械所需要的保護(hù)等 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 二 保證控制線路的工作安全 可靠1 電器元件的選擇為了保證電氣控制線路工作的安全性和可靠性 首先要選用可靠的電器元件 也就是說應(yīng)盡可能選用機(jī)械和電氣壽命長 結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí) 動作可靠 抗干擾性能好的電器 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 2 正確連接電器線圈 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 2 正確連接電器線圈 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 3 正確連接電器線圈 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 3 正確連接電器的觸頭 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 4 避免多個電器元件依次連通 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 5 電器線圈回路不能串接自身的動斷觸頭 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 6 控制線路中應(yīng)避免出現(xiàn)寄生電路 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 6 控制線路中應(yīng)避免出現(xiàn)寄生電路 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 7 避免電路競爭 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 7 避免電路競爭 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 8 電氣聯(lián)鎖與機(jī)械聯(lián)鎖共用 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 三 在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下 控制線路力求經(jīng)濟(jì) 簡單盡量減少電器元件的品種 規(guī)格和數(shù)量 同一用途的器件盡可能選用相同品牌 相同型號的產(chǎn)品 以減少備品備件的種類和數(shù)量 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 盡量減少不必要的觸頭 這樣不但可以簡化線路 而且可以減少出故障的機(jī)會 另外可以通過合并同類觸頭的方法達(dá)到減少觸頭數(shù)量的目的 但是應(yīng)注意合并后的觸頭容量是否夠用 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 盡量縮減連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 控制線路在工作時 除必要的電器元件外 其余電器應(yīng)盡量不長期通電 以延長電器元件的使用壽命和節(jié)約電能 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 四 應(yīng)設(shè)置必要的保護(hù)環(huán)節(jié)短路保護(hù) 熔斷器 自動空氣開關(guān) 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 四 應(yīng)設(shè)置必要的保護(hù)環(huán)節(jié)過電流保護(hù) 電流繼電器 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 四 應(yīng)設(shè)置必要的保護(hù)環(huán)節(jié)過載保護(hù) 熱繼電器 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 四 應(yīng)設(shè)置必要的保護(hù)環(huán)節(jié)斷相保護(hù) 具備斷相保護(hù)機(jī)構(gòu)的三相熱繼電器 第一節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般原則 四 應(yīng)設(shè)置必要的保護(hù)環(huán)節(jié)零 欠 壓保護(hù) 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 功率 電機(jī)的功率功率就是實(shí)際上能夠轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的所需要的功 即電機(jī)軸頭輸出功率 指電動機(jī)所產(chǎn)的功能 力 kw 容量 電機(jī)容量是指電機(jī)運(yùn)行是電網(wǎng)需要給電機(jī)提供的能量 指電動機(jī)容積能裝下kva電流 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 型號 例如Y132S1 2中 Y 表示Y系列鼠籠式異步電動機(jī) 132 表示電機(jī)的中心高為132mm S 表示中機(jī)座 L表示長機(jī)座 S表示短機(jī)座 2 表示2極電機(jī) 額定功率 電動機(jī)在額定狀態(tài) 電壓 電流 頻率 負(fù)載等 下運(yùn)行時 其軸上所能輸出的機(jī)械功率稱為額定功率 額定速度 在額定狀態(tài)下運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速 額定頻率 電動機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下 定子繞組所接電源的頻率 叫額定頻率 我國規(guī)定的額定頻率為50HZ額定電壓 額定電壓是電動機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下 電動機(jī)定子繞組上應(yīng)加的線電壓值 Y系列電動機(jī)的額定電壓都是380V 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 額定電流 電動機(jī)加以額定電壓 在其軸上輸出額定功率時 定子從電源取用的線電流值稱為額定電流 防護(hù)等級 指防止人體接觸電機(jī)轉(zhuǎn)動部分 電機(jī)內(nèi)帶電體和防止固體異物進(jìn)入電機(jī)內(nèi)的防護(hù)等級 8 接法 電機(jī)繞組引出端的連接方式 或Y接法 溫升 或絕緣等級 指電機(jī)超過環(huán)境溫度的熱量 LW值 LW值指電動機(jī)的總噪聲等級 LW值越小表示電動機(jī)運(yùn)行的噪聲越低 噪聲單位為dB 工作制 指電動機(jī)的運(yùn)行方式 一般分為 連續(xù) 代號為S1 短時 代號為S2 斷續(xù) 代號為S3 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 一 電動機(jī)容量選擇的原則1 發(fā)熱 溫升 max a max最高溫升 a絕緣材料允許的最高溫升 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 2 過載能力TLmax Tmax TRTTLmax負(fù)載的最大轉(zhuǎn)矩 需計(jì)算 電網(wǎng)波動時電動機(jī)的過載倍數(shù) 0 8 mTRT電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 m Tmax TRT電動機(jī)過載倍數(shù) 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 3 啟動能力啟動轉(zhuǎn)矩就是在啟動時候產(chǎn)生的一個比額定轉(zhuǎn)矩大1 7 2 2倍的轉(zhuǎn)矩 這個啟動轉(zhuǎn)矩能克服轉(zhuǎn)子的靜摩擦和電機(jī)所帶動的負(fù)荷產(chǎn)生的阻力 負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 起動轉(zhuǎn)矩Tst st TRT計(jì)算方法 統(tǒng)計(jì)法和類比法 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 二 電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻 一 電動機(jī)的發(fā)熱過程銅耗與電流的平方成正比 而鐵耗與機(jī)械損耗幾乎是不變的 這些損耗都將轉(zhuǎn)變成熱能而使電動機(jī)發(fā)熱 二 電動機(jī)的冷卻過程 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 由于電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻都有一個過程 其溫升不僅取決于負(fù)載的大小 而且與負(fù)載的持續(xù)時間有關(guān) 也就是與電動機(jī)的運(yùn)行方式有關(guān) 換句話說 電動機(jī)額定功率的大小與其運(yùn)行方式 亦稱為工作制 有關(guān) 為了使用上的方便 我國將電動機(jī)的運(yùn)行方式按發(fā)熱情況分為三類 即連續(xù)工作制 短時工作制和重復(fù)短時 斷續(xù) 工作制 并分別按上述原則規(guī)定出電動機(jī)的額定功率和額定電流 下向?qū)床幌虻墓ぷ髦品謩e介紹電動機(jī)容量的選擇 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 三 不同工作制下電動機(jī)容量的選擇 一 連續(xù)工作制電動機(jī)容量的選擇連續(xù)工作制亦稱長期工作制 其特點(diǎn)是電動機(jī)的連續(xù)工作時間tp 3 4 Th 運(yùn)行中電動機(jī)的溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值 這一類電動機(jī)的產(chǎn)品數(shù)量最多 所有銘牌上沒有標(biāo)明工作制的電動機(jī)均屬于此類 連續(xù)工作制電動機(jī)的負(fù)載有兩類 即恒定負(fù)載和變動負(fù)載 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 1 帶恒定負(fù)載時電動機(jī)容量的選擇PL負(fù)載功率 額定功率PRT 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 例 流量Q 50m3 n 總揚(yáng)程H 15m 轉(zhuǎn)速n 1450r min 0 4 選擇電機(jī)解 由設(shè)計(jì)手冊 查 r 液體重度kg m2 1 2 泵和傳動裝置的效率查產(chǎn)品得 Y1325 4型 PRT 5 5KW nRT 1440轉(zhuǎn) 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 2 帶變動負(fù)載時電動機(jī)容量的選擇 P固定損耗 Ieq為等效電流 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 P固定損耗 等效電流法 2 等效轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩T與I正比 3 等效功率 當(dāng)電動機(jī)具有較硬機(jī)械特性 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 二 短時工作制電動機(jī)容量的選擇某些生產(chǎn)機(jī)械工作時間較短tp 3 4 Th 拖動這類機(jī)械的電動機(jī)的工作特點(diǎn)是工作時溫升達(dá)不到穩(wěn)定值 而停車時溫升可下降為零 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 1 選用短時工作制電動機(jī)我國生產(chǎn)的專用短時工作制電動機(jī) 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)運(yùn)行時間ts是10min 30min 60min及90min四種 這類電動機(jī)銘牌上所標(biāo)的額定功率PRT是和一定的標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)運(yùn)行時間ts 相對應(yīng)的 所以應(yīng)按實(shí)際工作時間tp選擇與上述標(biāo)淮持續(xù)運(yùn)行時間ts相接近的電動機(jī) 如果二者不同 則應(yīng)根據(jù)等效功率法換算 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 然后再按Ps選擇電動機(jī)的額定功率 并進(jìn)行過載能力與起動能力的校驗(yàn) 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 2 選用連續(xù)工作制電動機(jī)由于短時工作制電動機(jī)生產(chǎn)較少 有時也可選用連續(xù)工作制電動機(jī)用于短時工作方式 顯然 如果把這種電動機(jī)用于短時工作 而輸出功率不變 則電動機(jī)運(yùn)行時將達(dá)不到允許溫升 因此可以使電動機(jī)過載運(yùn)行 即電動機(jī)額定功率PRT應(yīng)選得比實(shí)際負(fù)載功率PL 要小 這樣才能充分利用電動機(jī)的發(fā)熱能力 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 電動機(jī)短期過載倍數(shù) 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 三 重復(fù)短時工作制電動機(jī)容量的選擇某些生產(chǎn)機(jī)械工作一段時間后便停歇一段時間 工作 停歇交替進(jìn)行 而且時間都較短 的電動機(jī)的工作特點(diǎn)是 工作時間tp 3 4 Th及 停車 或空載 時間t0 3 4 Th 工作時間內(nèi)電動機(jī)的溫升不能達(dá)到穩(wěn)定溫升 停車時間內(nèi)溫升尚未下降到零時 下一個周期又已經(jīng)開始 這樣每經(jīng)過一個周期 tp t0 溫升便有所上升 經(jīng)過若干個周期后 電動機(jī)溫升將在一穩(wěn)定的小范圍內(nèi)波動 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 三 重復(fù)短時工作制電動機(jī)容量的選擇重復(fù)性短時工作制具有重復(fù)性與短時性的特點(diǎn) 通常用負(fù)載持續(xù)率 或暫載率 來表征重復(fù)短時工作制的工作情況 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 1 選用重復(fù)短時工作制電動機(jī)我國生產(chǎn)的專用重復(fù)短時工作制電動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率 s規(guī)定為15 25 40 和60 四種 并以25 為額定負(fù)載持續(xù)率 sRT 同時規(guī)定一個周期的總時間不超過10min 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 首先根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖算出電動機(jī)的實(shí)際負(fù)載持續(xù)率 s 如果算出的 值與電動機(jī)的額定負(fù)載持續(xù)率 sRT 25 相等 即可從產(chǎn)品目錄中查得額定功率PRT 使PRT等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械所需功率P0 如果算出的 值不等于 sRT 按下式換算 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 2 選用連續(xù)工作制電動機(jī)連續(xù)工作制電動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率 s為100 第二節(jié)電動機(jī)容量的選擇 三 電動機(jī)容量選擇的統(tǒng)計(jì)法與類比法統(tǒng)計(jì)法 就是對國內(nèi)外同類型機(jī)休所選用的電動機(jī)額定功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析 并結(jié)合我國的生產(chǎn)實(shí)際情況 從中找出電動機(jī)容量與機(jī)床主要參數(shù)之間的關(guān)系 并用數(shù)學(xué)公式加以表達(dá) 以此作為設(shè)計(jì)新機(jī)床時選擇電動機(jī)容量的主要依據(jù) 類比法 它是對經(jīng)過長期運(yùn)行考驗(yàn)的同類型生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)容量進(jìn)行調(diào)查研究 并對其主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行對比 從而確定新設(shè)計(jì)生產(chǎn)機(jī)械所需電動機(jī)的容量 第三節(jié)常用電氣元件的選擇 一 接觸器的選擇 一 接觸器的基本參數(shù)額定工作電壓額定工作電流約定發(fā)熱電流線固額定電壓額定通斷能力允許操作頻率觸頭動作時間 1 吸合時間 2 釋放時間 壽命 第三節(jié)常用電氣元件的選擇 二 接觸器的工作制及使用類別額定工作制 使用類別 三 接觸器的選用原則使用類別的確定 型式的確定 主電路參數(shù)的確定 接觸器線圈的電流種類和電壓等級應(yīng)與控制電路相同 輔助觸頭參數(shù)的確定 電壽命的選用 第三節(jié)常用電氣元件的選擇 二 接觸器的工作制及使用類別額定工作制 使用類別 三 接觸器的選用原則使用類別的確定 型式的確定 主電路參數(shù)的確定 接觸器線圈的電流種類和電壓等級應(yīng)與控制電路相同 輔助觸頭參數(shù)的確定 電壽命的選用 第三節(jié)常用電氣元件的選擇 一 電磁式繼電器的選擇 一 電磁式繼電器的主要參數(shù) 第三節(jié)常用電氣元件的選擇 二 電磁式繼電器的選用原則1 電壓和電流繼電器 1 線圈的電流種類和電壓 電流 等級應(yīng)與負(fù)載電路一致 2 根據(jù)控制要求確定繼電器的類型 過電壓或欠電壓 過電流或欠電流 觸頭型式 動合或動斷 及其數(shù)量 3 額定電壓 電流 和動作電壓 電流 的選擇 過電流繼電器 啟動電流的1 1 1 3倍整定 欠電流繼電器 最小勵磁電流的0 85倍 過電壓繼電器 額定電壓的1 1 1 2倍 欠電壓繼電器 對釋放電壓值無特殊要求2 中間繼電器 觸頭數(shù)量 第三節(jié)常用電氣元件的選擇 三 熱繼電器的選擇1 熱繼電器的選用原則 1 熱繼電器與相應(yīng)的電機(jī)匹配 2 熱元件據(jù)電機(jī)額定電流選擇 3 熱元件的整定電流 4 散熱條件 5 熱繼電器允許的操作頻率 第三節(jié)常用電氣元件的選擇 四 時間繼電器的選擇1 時間繼電器的選用原則 線圈 電源 電流種類與電壓等級與控制電流相同 按控制電路的要求選擇延時方式 通電延時型或斷電延時型 觸點(diǎn)型式 延時閉合或延時斷開 及其數(shù)量 對于延時要求不高的場合 電磁式或空氣阻尼式時間繼電器 對于延時要求較高的場合 選用電動機(jī)式或電子式時間繼電器 選用時還要考慮操作頻率的影響 如果操作頻率過高 小僅會影響電壽命 而且還會導(dǎo)致延時動作失調(diào) 第三節(jié)常用電氣元件的選擇 五 主令電器的選擇1 主令電器的選用原則滿足控制電路的電器要求 滿足安全要求和防護(hù)等級 根據(jù)機(jī)械設(shè)備與行程什關(guān)的傳力與位移關(guān)系選擇行程開關(guān)頭部型式選用時還要考慮操作頻率的影響 如果操作頻率過高 小僅會影響電壽命 而且還會導(dǎo)致延時動作失調(diào) 第三節(jié)常用電氣元件的選擇 六 熔斷器的選擇 一 熔斷器的主要特性1 安秒特性2 短路分?jǐn)嗄芰?第三節(jié)常用電氣元件的選擇 六 熔斷器的選擇 二 熔斷器選用原則1 熔斷器類型的選擇2 熔斷器額定電壓的選擇3 熔斷器額定電流的選擇4 配電系統(tǒng)中保護(hù)配合 第三節(jié)常用電氣元件的選擇 七 自動空氣開關(guān)的選擇 1 自動空氣開關(guān)的額定電壓應(yīng)等于或大于線路額定電壓 它與通斷能力及使用類別有關(guān) 同一個自動空氣開關(guān)可以有幾個額定電壓和相應(yīng)的通斷能力及使用類別 2 自動空氣開關(guān)的額定電流應(yīng)等于或大于線路計(jì)算負(fù)載電流 3 自動空氣開關(guān)的額定短路通斷能力應(yīng)等于或大于線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流 4 根據(jù)主電路系統(tǒng)對保護(hù)的要求 選擇脫扣器的形式及額定電壓 電流 第四節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)舉例 一 電氣控制線路的設(shè)計(jì)方法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求 憑借設(shè)計(jì)人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn) 將各種典型的基本控制環(huán)節(jié)加以合理綜合 并適當(dāng)配置聯(lián)鎖和保護(hù)等環(huán)節(jié) 從而形成滿足控制要求的控制線路 如果沒有典型控制環(huán)節(jié)可以來用 則按照生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求自行設(shè)計(jì) 具體的做法是 將主令信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕M合與變換 在一定條件下得到執(zhí)行元件所需要的工作信號 然后再套用典型控制線路完成設(shè)計(jì) 由此可見 這種設(shè)計(jì)方法要求設(shè)計(jì)人員必須熟悉和掌握大量的典型控制線路 并具有豐富的設(shè)討嗅驗(yàn) 此外還必須深人生產(chǎn)現(xiàn)場 熟悉生產(chǎn)工藝 了解生產(chǎn)機(jī)械的性能 第四節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)舉例 一 電氣控制線路的設(shè)計(jì)方法邏輯設(shè)計(jì)法是從滿足生產(chǎn)工藝要求的角度出發(fā) 利用邏輯代數(shù)來設(shè)計(jì)電器控制線路 同時也可用于線路的分析和簡化 這種設(shè)計(jì)方法較為科學(xué) 設(shè)計(jì)出來的線路比較合理 使用的電器元件和觸點(diǎn)可達(dá)到最少 但是和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法相比 邏輯設(shè)計(jì)法比較復(fù)雜 難度較大 不易掌握 且容易出錯 故在一般的常規(guī)設(shè)計(jì)中很少采用 第四節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)舉例 二 電氣控制線路設(shè)計(jì)實(shí)例 第四節(jié)電氣控制線路設(shè)計(jì)舉例 一 橫梁升降 夾緊機(jī)構(gòu)的工藝要求1 點(diǎn)動控制按下 橫梁升或降松開 升降停止2 升降與夾緊關(guān)系升降前先松開 然后升或降松開按鈕 夾緊3 有一定夾緊力 KA過電流繼電器 4 向上移動不碰橫梁 向下不碰刀架 限位 5 聯(lián)鎖 上下移動和主拖動工作臺 6 保護(hù) 第三節(jié)常用電氣元件的選擇 第五章可編程序控制器 PLC 第一節(jié)可編程序控制器概述 一 可編程序控制器的產(chǎn)生20世紀(jì)60年代末 美國汽車制造業(yè)生產(chǎn)線由繼電器控制裝置來控制已無法滿足生產(chǎn)要求 根據(jù)美國通用汽車公司在1968年提出對控制裝置的要求 第二年 美國DEC 數(shù)字設(shè)備公司 根據(jù)上述要求 份制出第一臺可編程序控制器 稱為可編程序邏輯控制器 ProgrammableLogicController 簡稱PLC 20世紀(jì)70年代中期 隨著微處理器和微型計(jì)算機(jī)間世后 人們將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到PLC中 使它具有數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)通信等功能 1980年正式命名為 ProgrammableController 簡稱PC 中文稱可編程序控制器 第一節(jié)可編程序控制器概述 第一節(jié)可編程序控制器概述 PLC技術(shù)代表了當(dāng)今電器程序控制的世界先進(jìn)水平 已廣泛應(yīng)用于冶金 石油化工 機(jī)械加工 機(jī)車制造 輕工食品 能源交通等幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域 PLC與數(shù)空技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人已成為機(jī)械加工自動化的三大支柱 進(jìn)入20世紀(jì)90年代后 美國 德國 日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家 PLC技術(shù)已躍居主導(dǎo)地位 特別需要指出 PLC在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用有著十分重要意義 據(jù)國外資料統(tǒng)計(jì) 用于機(jī)械行業(yè)的PLC銷售額占60 其中用于機(jī)床的PLC占25 美國 日本 西歐用于機(jī)床的PLC每年約100萬臺 PLC既能改造傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品成為機(jī)電一體化新產(chǎn)品 又適用于生產(chǎn)過程控制 是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要手段 是實(shí)現(xiàn)用微電子技術(shù)改造機(jī)械工業(yè)的根本方向 第一節(jié)可編程序控制器概述 二 可編程序控制器的特點(diǎn)具有高度可靠性 適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)境使用靈活 通用性強(qiáng)功能完善 適應(yīng)性強(qiáng)編程直觀 簡單 易于掌握接口簡單 功能強(qiáng)體積小 便于維修 第一節(jié)可編程序控制器概述 三 PLC的分類 1 小型PLC 2 中型PLC 3 大型PLC另 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分 1 整體式 箱體式 2 機(jī)架模塊式 第二節(jié)可編程序控制器的基本組成和工作原理 一 PLC的硬件 第二節(jié)可編程序控制器的基本組成和工作原理 1 中央處理器主要功能是 1 編程時接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù) 并能進(jìn)行修改或更新 2 以掃描方式接收現(xiàn)場輸入裝置的信號和數(shù)據(jù) 并存人輸入狀態(tài)表 即輸入繼電器 和數(shù)據(jù)寄存器形成所謂輸入映像寄存器 3 從存儲器中逐條讀出用戶程序 經(jīng)解讀用戶邏輯 完成用戶程序中規(guī)定的各種任務(wù) 更新輸出映像寄存器的內(nèi)容 4 根據(jù)輸出鎖存電路的有關(guān)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)輸出控制 5 執(zhí)行各種診斷程序 第二節(jié)可編程序控制器的基本組成和工作原理 2 存儲器PLC內(nèi)部存儲器用來存放PLC的系統(tǒng)程序 用戶程序和各種邏輯變量及數(shù)據(jù)信息 只讀存儲器 ROM 內(nèi)容在使用時只能讀出不能寫入 它的寫入需要使用特殊的方法和設(shè)備 一旦寫入即使掉電也不會消失 稱為固化 ROM主要存放監(jiān)控程序及已調(diào)試好的用戶程序 隨機(jī)存儲器 RAM 內(nèi)容可以隨時由CPU對它進(jìn)行讀取 寫入 任意修改 但掉電后 信息丟失 用戶程序是使用者為PLC完成果一具體控制任務(wù)編寫的應(yīng)用程序 用戶程序在設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中要經(jīng)常進(jìn)行讀寫操作 為了便于調(diào)試 修改 擴(kuò)充 完善 用戶程序一般使用RAM存儲 第二節(jié)可編程序控制器的基本組成和工作原理 3 輸入 輸出模塊是PLC與被控設(shè)備的連接部件 輸入模塊通過輸入端子接收現(xiàn)場設(shè)備的控制信號 包括開關(guān)量和模擬量 如控制按鈕 限位開關(guān) 傳感器信號等 并把這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能處理的數(shù)字信號 輸出模塊則接收經(jīng)中央處理單元處理后的數(shù)字輸出信號 并把它轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備能接收的電壓或電流信號 以驅(qū)功被控裝置 包括開關(guān)量和模擬量 如電磁閥 接觸器 信號燈等 第二節(jié)可編程序控制器的基本組成和工作原理 4 擴(kuò)展接口當(dāng)PLC主機(jī) 基本單元 的點(diǎn)數(shù)不夠用時 可以通過擴(kuò)展I O接口連接擴(kuò)展機(jī) 擴(kuò)展單元 以增加輸入和輸出點(diǎn)數(shù) 5 電源部件電源部件將外部提供的交流電轉(zhuǎn)換成y比內(nèi)部正常工作所需的直流電 它是主機(jī)的重要組成都分 6 編程器和其他外設(shè)PLC需要通過編程器輸入 檢查 修改 完善和調(diào)試程序況 也需要它在線監(jiān)控PLC的工作情況編程器是PLC最主要的外圍設(shè)備 PLC也可以配置其他設(shè)備 如打印機(jī) 顯示器 EPROM寫入器和盒式磁帶機(jī)等 第二節(jié)可編程序控制器的基本組成和工作原理 二 PLC的軟件1 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件亦稱系統(tǒng)程序 是由PLC廠家編制的 用來管理 協(xié)調(diào)PLC的各部分工作 充分發(fā)揮硬件功能的程序 通常被固化在ROM中與PLC一起提供給用戶 系統(tǒng)程序一般包括功能 1 初始化 2 系統(tǒng)自診斷 3 命令識別與處理 4 用戶程序編譯 5 模塊子程序及調(diào)用管理 2 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件也稱為應(yīng)用程序 同一廠家生產(chǎn)的同一型號PLC其系統(tǒng)軟件是相同的 但用戶用以控制的對象和解決問題不同 所編制的應(yīng)用程序是不同的 第二節(jié)可編程序控制器的基本組成和工作原理 三 可編程序控制器的基本工作原理1 可編程序控制器的等效電路 第二節(jié)可編程序控制器的基本組成和工作原理 1 輸入部分這部分的作用是收集被控設(shè)備的信息的操作命令 它由外部輸人信號 如按鈕 行程開關(guān) 傳感器等信號 PLC輸人接線端子和輸入繼電器組成 2 內(nèi)部控制電路該電路的作用是根據(jù)用戶規(guī)定的邏輯關(guān)系 對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算 處理和判斷 然后得到相應(yīng)的輸出 3 輸出部分輸出部分由輸出繼電器的一個外部動合觸點(diǎn) 輸出接線端子和外部電路組成 其作用是驅(qū)動外部負(fù)載 第二節(jié)可編程序控制器的基本組成和工作原理 2 可編程序控制器的工作方式 1 輸入采樣階段當(dāng)PLC開始工作時 微處理器首先掃描輸入點(diǎn) 將輸入點(diǎn)的狀態(tài) 接通為 1 斷開為 0 讀人輸入映像寄存器中儲存 2 用戶程序執(zhí)行階段PLC在程序執(zhí)行階段 一般從用戶程序存儲器的最低的地址 0000 存放的第一條指令開始 按地址遞增的方向順序掃描 即從上至下 由左至右 分別從輸入映像寄存器和輸出映像寄存器中獲取所需數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理和算術(shù)運(yùn)算 再將運(yùn)算的結(jié)果寫入輸出映像寄存器中保存 3 輸出處理階段程序執(zhí)行階段開始 每一步所得到的輸出信號被送到輸出映像寄存器中 但并沒有送到輸出鎖存電路 相當(dāng)于輸出信號被輸出門阻隔 待全部程序執(zhí)行完后 輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存電路 再去驅(qū)動用戶輸出設(shè)備 這才是PLC的真正輸出控制 第二節(jié)可編程序控制器的基本組成和工作原理 PLC經(jīng)過這三個階段的工作過程 稱為一個掃描周期 然后 再從頭開始掃描 周而復(fù)始的進(jìn)行工作 實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的連續(xù)控制 值得注意的是 PLC工作過程最大特點(diǎn)是采用集中采樣和集中輸出 即當(dāng)PLC工作在程序執(zhí)行階段或輸出階段時 輸入映像寄存器與外界隔離 即使外部輸入發(fā)生變化 它的輸入寄存器內(nèi)容也不會變化 直到下一個掃描周期的輸入采樣階段輸入掃描 同理 暫存在輸出映像寄存器中的輸出信號 要等到一個掃描周期結(jié)束后 輸出映像寄存器的內(nèi)容才集中送至輸出鎖存電路 實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制 因此 輸入 輸出狀態(tài)的保持為一個掃描周期 由上述可知 PLC與繼電控制的主要區(qū)別之一是工作方式不同 繼電接觸器控制是按 并行 方式工作的 只要形成電流通路 可以同時有幾個電路動作 而PLC是以掃描方式工作的 它不斷循環(huán)地順序逐條執(zhí)行程序 任何一時刻它只能執(zhí)行一條指令 PLC的這種串行工作方式可避免繼電接觸器控制的觸點(diǎn)競爭和時序失配問題 第二節(jié)可編程序控制器的基本組成和工作原理 四 C系列P型可編程序控制器1 C系列F型可編程序控制器型號表示方法 1 基本單元 2 擴(kuò)展I 0單元 3 專用單元2 基本單元和擴(kuò)展單元3 系統(tǒng)的配置4 PLC的技術(shù)性能 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 一 C系列P型可編程控制器常用編程器件1 輸入繼電器輸入繼電器是PLC接收外部開關(guān)或敏感元件信號的 窗口 它與PLC的輸入端子相連可提供無限多個動合觸點(diǎn)和動斷觸點(diǎn)供內(nèi)部編程時使用 輸入繼電器只能由外部信號驅(qū)動 而不能由程序來驅(qū)動 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 輸入繼電器采用十六進(jìn)制編碼 其號碼值根據(jù)基本單元和擴(kuò)展單元的型號而定 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 2 輸出繼電器輸出繼電器是PLC上將輸出信號傳送給外部負(fù)載的器件 輸出繼電器按程序執(zhí)行的結(jié)果而被驅(qū)動 它有無限多動合觸點(diǎn) 動斷觸點(diǎn)供編程時使用 但只有一對動合觸點(diǎn)供外部使用 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 輸出繼電器也采用十六進(jìn)制編號 號碼值根據(jù)基本單元和擴(kuò)展單元的型號而定 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 3輔助繼電器 1 內(nèi)部輔助繼電器 MR 內(nèi)部輔助繼電器的作用同繼電器接觸器控制電路中的中間繼電器類似 但其可帶有無限多動合觸點(diǎn)和動斷觸點(diǎn)供編程使用 C系列P型PLC內(nèi)部輔助繼電器有136個 采用4位十六進(jìn)制編碼 分成9個通道 其編號從10CH 18CH 其規(guī)律如下10CH1000 101511CH1100 1155 18CH1800 1807 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 2 保持繼電器 HR 當(dāng)電源中斷時 保持繼電器能保持它們原來的狀態(tài) 這樣 在電源恢復(fù)供電時 保持繼電器可使某些被控制對象保持電源斷電前的狀態(tài) 這種繼電器之所以能保持電源切斷前的狀態(tài) 是因?yàn)樗麄儾捎煤髠潆姵?鋰電池保持供電 P型PLC有160仍個保持繼電器 采用了3位十六進(jìn)制編碼 分10個通道 每個通道有16個具體如下 HR000 HR015HR100 HR115 HR900 HR915 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 3 暫存繼電器 TR 在編程時 當(dāng)從一個點(diǎn)分出幾個輸出線圈 而在分支點(diǎn)之后要連接接點(diǎn)時 必須使用暫存繼電器 TR C系列P型PLC提供了8個暫存繼電器 其編號從TR0至TR7 4 專用輔助繼電器 SMR 專用輔助繼電器是用來監(jiān)視PLC的操作 根據(jù)需要它們可以在編程時被使用 P型PLC專用輔助繼電器有16個 其編號為1808 1907 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 4 定時器定時器的作用是提供限時或定時操作 相當(dāng)于繼電接觸控制系統(tǒng)中的時間繼電器 定時器的線圈由PLC內(nèi)各元件的觸點(diǎn)來驅(qū)動 當(dāng)定時器線圈導(dǎo)通時 定時器開始計(jì)時 即從預(yù)置值 或稱設(shè)定值 升始遞減 當(dāng)預(yù)置值減至0時 即定時時間到 共動合觸點(diǎn)閉合 動斷觸點(diǎn)斷開 并停止定時 若它的線圈一直處于導(dǎo)通狀態(tài) 那么它的動合觸點(diǎn)一直閉合 而動斷觸點(diǎn)一直斷開 反之 若線圈由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷時 則其觸點(diǎn)恢復(fù)常態(tài) 即動合觸分?jǐn)?動斷觸點(diǎn)閉合 若計(jì)時過程中 定時器線圈失電 則停止計(jì)時 定時器復(fù)位 各定時器線圈再導(dǎo)通時 不論先前已計(jì)時至何值 定時器總是從預(yù)置值開始重新計(jì)時 在P型PLC中 有定時器和高速定時器 預(yù)置值為十進(jìn)制數(shù)1 9999 固定時器的時標(biāo)單位為0 1s 所以定時器的定時范圍為0 999 9s 高速定時器的時標(biāo)單位為0 01s 因此高速定時器的定時范圍為0 99 99s 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 5 計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器的作用是提供計(jì)數(shù)操作 在P型PLC中 有計(jì)數(shù)器 CNT 和可逆計(jì)數(shù)器 CNTR 它們的線圈由PLC內(nèi)各元件的觸點(diǎn)來驅(qū)動 且都有無限多個動合觸點(diǎn)和動斷觸點(diǎn)供編程使用 都是預(yù)置計(jì)數(shù)器 其計(jì)數(shù)值由編程器沒定 6 數(shù)據(jù)存儲區(qū)數(shù)據(jù)操作以通道為單位 所以數(shù)據(jù)存貯區(qū)DM的編號只有二位數(shù)字 在P型PLC中 共有64個數(shù)據(jù)通道 其編號為DM00 DM63 數(shù)據(jù)存貯區(qū)用來保持16位數(shù)據(jù) 在電源掉電時 DM保持掉電前的內(nèi)容 當(dāng)使用高速計(jì)數(shù)器時 數(shù)據(jù)存貯區(qū)的32個通道DM322 DM63用來設(shè)置計(jì)數(shù)的上下限區(qū) 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 二 可編程序控制器的編程語言1 梯形圖梯形圖在形式上類似于繼電器控制的電氣原理圖 仍沿用繼電器的線圈 觸點(diǎn) 串聯(lián)與并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號 梯形因由若干個階梯組成 每個階梯可出多個支路組成 支路最右邊是各種編程器件的線圈 線圈的左邊由各器件的接點(diǎn)組成 兩側(cè)的豎線類似繼電控制線路的電源線 稱為母線 右邊的豎線可不畫 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 2 語句表指令語句表類似計(jì)算機(jī)的匯編治言 用助記符縮寫符號進(jìn)行編程 每條指令出三部分組成 地址 或序號 指令名稱 功能 數(shù)據(jù) 繼電器編號 定時及計(jì)數(shù)沒定值 每條指令分別讓PLC執(zhí)行某一動作 第三節(jié)PLC編程元件及編程語言 3 邏輯功能圖這種方式基本上沿用了半導(dǎo)體邏輯電路的邏輯方塊圖來表達(dá) 一個控制系統(tǒng)的整體功能可分解成許多相對獨(dú)立的功能塊 每一種功能使用一個運(yùn)算方塊 其運(yùn)算功能由方塊內(nèi)的符號決定 常用 與 或 非 三種邏輯關(guān)系表達(dá)控制邏輯 塊與塊之間可以順序執(zhí)行 也可以根據(jù)條件分別執(zhí)行或者循環(huán)轉(zhuǎn)移執(zhí)行 把一個系統(tǒng)的各個動作按順序邏輯關(guān)系用一個圖來描述出來即為邏輯功能圖 4 高級語言隨著高檔可編程控制器的發(fā)展 PLC的功能越來越強(qiáng)