機(jī)械電器控制緒論

第一章緒論機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。人為的實(shí)體組合；各運(yùn)動(dòng)實(shí)體之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；傳遞運(yùn)動(dòng)、力和改變運(yùn)動(dòng)形式、能量轉(zhuǎn)化。電氣是電能的生產(chǎn)、傳輸、分配、使用和電工裝備制造等學(xué)科或工程領(lǐng)域的統(tǒng)稱。指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過(guò)程（生產(chǎn)、管理過(guò)程）在沒(méi)有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)的過(guò)程。為了“改善”某個(gè)或某些受控對(duì)象的功能或發(fā)展，需要獲得并使用信息，以這種信息為基礎(chǔ)而選出的、于該對(duì)象上的作用，就叫作控制。機(jī)械電氣控制自動(dòng)化機(jī)械電氣控制自動(dòng)化機(jī)器的組成機(jī)器原動(dòng)機(jī)部分執(zhí)行部分傳動(dòng)部分控制或操作部分原動(dòng)機(jī)部分原動(dòng)機(jī)部分也稱動(dòng)力部分，是機(jī)器的動(dòng)力來(lái)源。其作用是把其它形式的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)機(jī)器各部分運(yùn)動(dòng)。常用的有電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)。機(jī)器的組成原動(dòng)機(jī)一般有電動(dòng)機(jī)、液壓裝置和氣動(dòng)裝置。但最主要的動(dòng)力設(shè)備仍然是各種類型的電動(dòng)機(jī)。由電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)主機(jī)中的工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，這種拖動(dòng)方式稱為電力拖動(dòng)。執(zhí)行部分執(zhí)行部分也稱工作部分，它是機(jī)器直接完成具體任務(wù)的部分。如汽車的車輪，沖床的沖頭。機(jī)器的組成傳動(dòng)部分傳動(dòng)部分是原動(dòng)機(jī)到工作機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。用以完成運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞和轉(zhuǎn)換。利用它可以減速、增速、改變轉(zhuǎn)矩以及傳動(dòng)形式等，滿足工作機(jī)構(gòu)的各種要求。常用的傳動(dòng)有齒輪傳動(dòng)，帶傳動(dòng)等。機(jī)器的組成操作和控制部分這部分的作用是反映和顯示機(jī)器運(yùn)行位置和狀態(tài)，控制機(jī)器正常運(yùn)行和工作?？刂蒲b置可以是機(jī)械裝置，電氣裝置，電子裝置等。機(jī)器的組成執(zhí)行部分傳動(dòng)部分原動(dòng)機(jī)部分控制部分隨著自動(dòng)控制理論與技術(shù)的發(fā)展，各種電氣控制元件與計(jì)算機(jī)應(yīng)用于機(jī)械，以電氣控制為主的自動(dòng)控制系統(tǒng)（當(dāng)然還有氣、液控制等）成為機(jī)械的重要組成部分。

它使得機(jī)器的性能特別是自動(dòng)化程度不斷提高，使傳動(dòng)裝置、工作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。1.電氣拖動(dòng)的發(fā)展（1）單電機(jī)拖動(dòng)（2）多電機(jī)拖動(dòng)（3）交、直流無(wú)級(jí)調(diào)速

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)比較長(zhǎng)的過(guò)程。上世紀(jì)初期，由于電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，使得拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生了巨大變化，用電動(dòng)機(jī)代替了蒸汽機(jī)和水力拖動(dòng)。當(dāng)時(shí)由于電動(dòng)機(jī)剛剛發(fā)明，價(jià)格很貴、數(shù)量少，所以電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的方式是通過(guò)“天軸”實(shí)現(xiàn)的，稱為“成組拖動(dòng)”。1、成組拖動(dòng)即由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一組生產(chǎn)機(jī)械，從電動(dòng)機(jī)控制各個(gè)生產(chǎn)機(jī)械的能量傳遞以及各生產(chǎn)機(jī)械之間的能量分配完全采用用機(jī)械方法，一臺(tái)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)一根天軸由皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)若干臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械工作。德意志博物館總結(jié)：（1）傳動(dòng)裝置復(fù)雜，速度調(diào)節(jié)靠手工扳檔位；（2）工作機(jī)構(gòu)的動(dòng)作控制靠人；（3）循環(huán)工作靠人。一句話：機(jī)械控制

由于傳動(dòng)路線長(zhǎng)，故能量傳遞損耗大，效率低，可靠性差。特別是，如果電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，則成組的生產(chǎn)機(jī)械將停車，甚至整個(gè)生產(chǎn)可能停頓，這是一種陳舊落后的生產(chǎn)方式。另外，從電氣控制上看，由于一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一組生產(chǎn)機(jī)械，故對(duì)電機(jī)的控制線路比較單一，只考慮起動(dòng)、停止、保護(hù)等少數(shù)幾種功能。2、單獨(dú)拖動(dòng)“單電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)”——單獨(dú)拖動(dòng)：即這一系統(tǒng)中，一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械用一臺(tái)單獨(dú)的電機(jī)拖動(dòng)。這樣一來(lái)，電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械在結(jié)構(gòu)上配合密切，可以用電氣方法調(diào)節(jié)每臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的全部自動(dòng)化。3、多電機(jī)拖動(dòng)（分離拖動(dòng)）“多電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)”：即每個(gè)工作機(jī)構(gòu)用單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。這樣生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)可大為簡(jiǎn)化。如具有三個(gè)主軸的龍門銑床用三臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。又如軋鋼設(shè)備中的鉗式吊具有五個(gè)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)均有一臺(tái)單獨(dú)的電機(jī)拖動(dòng)等。值得注意的是，在只有一個(gè)工作機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)機(jī)械上有時(shí)也采用多電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，并非是有多個(gè)工作機(jī)構(gòu)才能采用多電機(jī)拖動(dòng)，這樣做的主要原因是：（1）傳動(dòng)性能的需要（如為減少傳動(dòng)系統(tǒng)飛輪力矩，采用兩個(gè)小電機(jī)代替一個(gè)大電機(jī)）（圖1.3）（2）安裝調(diào)整的需要（如軋機(jī)壓下裝置，采用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)能分別進(jìn)行調(diào)整，又能一起工作，如圖1.4示）。圖1.3均熱爐揭蓋機(jī)行走機(jī)構(gòu)圖1.4立式電機(jī)的初軋機(jī)壓下俯視圖（3）受力狀況的需要如軋鋼車間的鏈?zhǔn)酵线\(yùn)機(jī)，拔鋼機(jī)、移送機(jī)等，如圖1.5示。采用兩個(gè)電機(jī)兩邊驅(qū)動(dòng)，這樣軸上的扭矩要小一半，如圖1.6示）。圖1.5鏈?zhǔn)酵线\(yùn)機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖圖1.6單、雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)分析4、自動(dòng)化電力拖動(dòng)系統(tǒng)隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，無(wú)論對(duì)單電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)還是對(duì)多電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)都提出了更高的要求，具體要求是：（1）提高加工精度與工作速度。（2）快速起動(dòng)、制動(dòng)及反轉(zhuǎn)。（3）實(shí)現(xiàn)很寬范圍內(nèi)的調(diào)速。（4）生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。

因此，為完成這些任務(wù)，除了電動(dòng)機(jī)外，還必須有自動(dòng)控制設(shè)備，以組成自動(dòng)化電力拖動(dòng)系統(tǒng)。自動(dòng)化電力拖動(dòng)系統(tǒng)的含義是：能對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)控制，如實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速、同步、自動(dòng)維持轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或功率為恒定值，按給定的程序或事先不知道的規(guī)律改變轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和工作機(jī)構(gòu)的位置，使工作循環(huán)自動(dòng)化。原動(dòng)機(jī)為多個(gè)電動(dòng)機(jī)。傳動(dòng)裝置的速度調(diào)節(jié)、工作機(jī)構(gòu)的動(dòng)作控制及工作循環(huán)的控制與操作等都離不開(kāi)電器、電子元件和由它們組成的系統(tǒng)，機(jī)械電氣控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械的重要組成部分。

縱觀機(jī)械的發(fā)展過(guò)程，其結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，性能不斷提高，在很大程度上取決于電力拖動(dòng)和電氣控制技術(shù)的發(fā)展及其系統(tǒng)的更新。（2）多電機(jī)拖動(dòng)電力拖動(dòng)在速度調(diào)節(jié)等許多方面具有其他傳動(dòng)方式無(wú)可比擬的優(yōu)越性。采用直流或交流無(wú)級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械使結(jié)構(gòu)復(fù)雜的變速箱變得十分簡(jiǎn)單。從電力拖動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)看，一些向來(lái)采用恒速傳動(dòng)的場(chǎng)合，從節(jié)能的角度或從運(yùn)動(dòng)控制的新工藝要求或配合生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化發(fā)展的需要出發(fā)，將逐步改用調(diào)速傳動(dòng)，而且將重點(diǎn)發(fā)展高性能的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)取代各種直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。案例：注塑機(jī)數(shù)控節(jié)能應(yīng)用示范占工業(yè)用電量約一半的恒速的風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等類設(shè)備的流量調(diào)節(jié)將會(huì)更多地通過(guò)電機(jī)調(diào)速的方式來(lái)取代擋板、閘閥、放空、回流等傳統(tǒng)的耗能調(diào)節(jié)方式。一些恒速傳動(dòng)的軋機(jī)為了改善軋件的咬入條件以取得較佳的軋制效率，也會(huì)更多地采用調(diào)速傳動(dòng)。起重運(yùn)輸機(jī)械為了實(shí)現(xiàn)輕起輕放、準(zhǔn)確到位，也會(huì)逐步增加調(diào)速控制方式。電氣控制技術(shù)在機(jī)械上的應(yīng)用是許多先進(jìn)科技成果綜合應(yīng)用的結(jié)果，這些技術(shù)包括：自動(dòng)控制理論、電器技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)等。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)備上也得到廣泛應(yīng)用。上世紀(jì)40年代末期產(chǎn)生的數(shù)控技術(shù)，到現(xiàn)在發(fā)展為主要由微機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床與數(shù)顯裝置。由各種單片機(jī)、單板機(jī)、微型機(jī)及可編程序控制器參加控制的冶金機(jī)械（如軋機(jī)）、工程機(jī)械（如高級(jí)程控電梯）、自動(dòng)化生產(chǎn)線（如汽車總裝線）、輕工機(jī)械（如飲料灌裝線）、家用電器（如全自動(dòng)洗衣機(jī)）等正越來(lái)越多地得到使用和推廣。新技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)械電氣設(shè)備不斷現(xiàn)代化，大大提高了機(jī)械的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)率。擴(kuò)大了產(chǎn)品范圍，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了產(chǎn)品的成本，改善了勞動(dòng)條件?？傊?，電力拖動(dòng)和電氣控制在機(jī)械設(shè)備中占有重要地位，構(gòu)成了機(jī)械電氣自動(dòng)化的主要內(nèi)容。

檢測(cè)顯示部分——近代機(jī)械設(shè)備上才有的裝置，主要由電氣元件構(gòu)成的裝置?？刂撇糠帧瓜到y(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)、主機(jī)和檢測(cè)顯示部分按照給定的要求協(xié)調(diào)地工作。例如，采用繼電接觸式控制方式，采用單板機(jī)、單片機(jī)和工業(yè)控制機(jī)、可編程控制器PLC等等。

電氣控制經(jīng)歷了一個(gè)從低級(jí)到高級(jí)發(fā)展的過(guò)程。（1）手動(dòng)控制（20~30年代以前）

2.電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展（3）可編程控制器PLC（60年代）（4）數(shù)字控制機(jī)床CNC（50年代以后）（2）繼電接觸器控制（20~30年代）1.3本課程的內(nèi)容及要求

在學(xué)完本課程后，學(xué)