電氣控制技術課程論文.doc

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1、 電氣控制技術課程論文 學校：安徽xx大學 姓名：xxxx 班級：機制093 學號：xxxxxxxxxx 指導老師：xxx 電氣控制技術在工業(yè)生產(chǎn)中的應用 摘要：電氣控制技術主要靠繼電器以及PLC等來實現(xiàn)其在各種工業(yè)生產(chǎn)中的應用，本文主要介紹了時間繼電器在控制回路中的應用，PLC在扶梯控制系統(tǒng)中的應用。 引言：電氣控制技術是一門多學科交叉的技術,是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要技術手段.隨著科學技術的不斷發(fā)展,特別是計算機和網(wǎng)絡技術的應用,

2、以及新型控制策略的出現(xiàn),使電氣控制系統(tǒng)從控制結構到控制理念均發(fā)生了根本的變化。 本文是電氣控制技術課程論文，是在學習相關知識后對它的真實體會與理解再加上圖文及網(wǎng)絡資源編寫的一篇論文。本論文針對工業(yè)生產(chǎn)多電氣控制技術的實際需要，根據(jù)現(xiàn)代發(fā)展的需求，對今后的電氣控制應用專業(yè)提出的見解。 由于編者水平有限，論文中有不妥之處，懇請讀者批評,指正。 關鍵詞：時間繼電器，擋車器，PLC，扶梯 正文：電氣控制技術在工業(yè)生產(chǎn)中的應用十分廣泛，主要包括繼電器以及PLC等在實際生產(chǎn)中的應用。 一． 繼電器 繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號而動作的自動電器。輸入信號可以是電壓、電流等電量，也可以是溫

3、度、速度、壓力等非電量。其工作方式是當輸入變量變化到某一定值時繼電器的觸頭即動作，接通或斷開控制電路。它一般由感測機構、中間機構和執(zhí)行機構三個基本部分組成。感測機構把感測到的電氣量或非電氣量傳遞給中間機構，將它與設定的整定值進行比較，當達到整定值（過量或欠量）時，中間機構便使執(zhí)行機構動作，從而接通或斷開被控電路。 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “自動開關”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。繼電器的分類有很多種，如電磁繼電器，時間繼電器，熱繼電器，中間

4、繼電器等，繼電器的應用非常廣泛，下面著重介紹時間繼電器在控制回路中的應用。 1.1 時間繼電器 時間繼電器是當加上或除去輸入信號時，輸出部分需延時或限時到規(guī)定的時間才閉合或斷開其被控線路的繼電器。時間繼電器是一種用來實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的控制電器，主要作為輔助電器元件用于各種電氣保護及自動裝置中，使被控元件達到所需要的延時。按其動作原理與結構不同，可分為空氣阻尼式、電動式、 電子式等多種類型。 其符號是KT，圖形如下 時間繼電器的圖形和文字符號 (a)線圈；(b)延時閉合的動合觸頭；(c)延時斷開的動斷觸頭； (d)延時閉合的動斷觸頭；(e)延時斷開的動合觸頭 1.2

5、 時間繼電器的應用 某單位使用的擋車器電路系統(tǒng)是單相交流電路，由于采用的是單相控制，單相交流電機在運行的時候存在沖頂和砸底的現(xiàn)象，為了杜絕此現(xiàn)象的發(fā)生、減少故障率，保證設備的正常運行，我們決定對控制回路進行改造。如圖1所示，為擋車器的控制原理圖，其控制原 圖1在正常的情況下，按上行按鈕（SB 1）或下行按鈕（SB2），控制電機進行 正、反方向的運行，當運行到所需要的位置時候，按停止按鈕（SB3）電機停止 運行，這時候擋桿就停在相應的位置。 在此控制回路存在以下缺陷，當擋車器的擋桿剛剛預停在某個位置的時候， 如果瞬間按下相反方向的按鈕的時候，相反方向的接觸器吸合，但由于慣性和采用的單相電

6、機是電容起動電動機，旋轉起來后沒有固定旋轉方向，由于電機沒有完全停止轉動，此時還會按照電機原來的方向進行運轉，此時就相當于失控狀態(tài)，等到達限位開關時，由于其相對的限位開關沒有動作，接觸器仍然吸合，電機無法停機，直到電機由于過電流停機為止，此時極易燒毀電機。 1. 延時控制 為了防止此現(xiàn)象的發(fā)生，對原控制回路進行改動，在控制回路中加入時間控 制器，更改后的控制電路如圖2所示。 圖2 電路改造過程：經(jīng)過分析與研討，制定了如圖2的電路改造方案，在電路中 增加了時間繼電器，通過時間的調(diào)整達到延時控制的目的，更改后的電路工作原 理如下。 按下上行按鈕（SB1）或下行按鈕（SB2），控制電

7、機進行正、反方向的運行， 當運行到所需要的位置時候，按停止按鈕（SB3）電機停止運行這時候擋杠就停 在相應的位置。此時如果我們按下相反運行的按鈕時，電機按照原來方向運轉， 當?shù)竭_限位開關位置時，時間繼電器瞬時得電，時間繼電器的延時閉合常閉觸頭 將主控制回路切斷，使電機無法繼續(xù)進行，當?shù)竭_延時時間時候，此時電機也達 到完全停止的狀態(tài)，時間繼電器的延時閉合常閉觸點閉合，控制回路恢復正常。 2. 運行回路校驗與調(diào)整 通過運行試驗，更改后的效果達到了預期的效果，我們又進行了時間繼電器 時間的調(diào)節(jié)，經(jīng)過反復調(diào)整，時間繼電器的時間我們調(diào)節(jié)為3秒此時的時間對于 電機停止與消除電慣性是最佳的時間。

8、 3. 結 論 通過以上的電路回路的更改及對電路的調(diào)整與試驗，使得控制回路更加的合 理，消除了以往的電路隱患，達到了預期的效果。 二， PLC及其應用舉例 主要是指數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器，用于控制機械的生產(chǎn)過程。 （一） PLC的概述 2. 1 PLC的基本原理 2.1.1 工作方式—— 周期循環(huán)掃描 優(yōu)點：可靠性好，抗干擾能力強 ；通用性強，控制程序可變，使用方便；功能強，適應面廣；編程簡單，容易掌握；減少了控制系統(tǒng)的設計及施工的工作量；體積小，重量輕，功耗低，維護方便 缺點：輸出相對于輸入有滯后，不適于快速反應的要求 工業(yè)生產(chǎn)對控制設備的可靠

9、性要求： ①平均故障間隔時間長 ②故障修復時間（平均修復時間）短 任何電子設備產(chǎn)生的故障，通常為兩種：①偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、 欠電壓、振動等引起的故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復正常，系統(tǒng)也隨之恢復正常。但對 PLC 而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲的信息可能被破壞。②永久性故障。由于元器件不可恢復的破壞而引起的故障。 如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使 PLC 在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使 PLC 在惡劣條件消失后自動恢復正常，這樣就能提高平均故障間隔時間；如果能在 PLC 上增加一

10、些診斷措施和適當?shù)?保護手段，在永久性故障出現(xiàn)時，能很快查出故障發(fā)生點，并將故障限制在局部，就能降低PLC 的平均修復時間。為此，各PLC 的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采 取了多種措施，使PLC 除了本身具有較強的自診斷能力，能及時給出出錯信息，停止運行等待修復外，還使PLC 具有了很強的抗干擾能力。 硬件措施：主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開關動作由 無觸點的電子存儲器完成，I/O 系統(tǒng)設計有完善的通道保護和信號調(diào)理電路。 ① 屏蔽：對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導電、導磁良好 的材料進行屏蔽，以防外界干擾。② 濾波：對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如

11、LC 或 π 型濾波 網(wǎng)絡，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。 ③ 電源調(diào)整與保護：對微處理器這個核心部件所需的+5V 電源，采用多級 濾波，并用集成電壓調(diào)整器進行調(diào)整，以適應交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓 的影響。④ 隔離：在微處理器與I/O 電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離I/O 接口與CPU 之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動作；各I/O 口之間亦彼此隔離。⑤ 采用模塊式結構：這種結構有助于在故障情況下短時修復。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復正常工作；同時也有助于加快查找故障原因。 軟件措施：有極強的自檢及保護功能。 ①故障檢測：軟件定期地

12、檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強干擾信號等。以便及時進行處理。②信息保護與恢復：當偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時，不破壞 PLC 內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復正常，繼續(xù)原來的程序工作。所以，PLC 在檢測到故障條件時，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器，軟件配合對存儲器進行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。③設置警戒時鐘WDT（看門狗）：如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了WDT 規(guī) 定的時間，預示了程序進入死循環(huán)，立即報警。④加強對程序的檢查和校驗：一旦程序有錯，立即報警，并停止執(zhí)行。⑤對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備：停電后，利用后備電池供電，有關狀態(tài)及信息就不會丟失。由于 PLC

13、 采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設計安裝接線工作量大為減少。同時，PLC 的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且，由于 PLC 的低故障率及很強的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。 2.1.2 工作過程——自診斷、輸入采樣、程序掃描、輸出刷新幾個外階段。 2.1.3 掃描周期 T =自檢時間+讀入一點時間輸入點數(shù)+程序步數(shù)運算速度+輸出一點時間輸出點數(shù)。 PLC的工作過程示意圖 2.1.4 PLC的程序執(zhí)行過程 1） 輸入采樣（輸入刷新 ） PLC以掃描方式按順序將所有輸入端的輸入信號狀態(tài)（

14、"0，或“1"，表現(xiàn)在接線端上是否承受外加電壓）讀 入輸入映像寄存器區(qū)。 2） 程序執(zhí)行（程序處理階段） PLC對程序按順序進行掃描，根據(jù)邏輯運算的結果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)RAM區(qū)對應位的狀態(tài)。 3） 輸出刷新 PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中，再通過一定的方式去驅動用戶設備的過程。 二. PLC的應用 （一） 臺達PLC 概述 臺達PLC，又名臺達可編程、臺達可編程控制器、臺達可編程序控制等，是臺達為工業(yè)自動化領域專門設計的、 實現(xiàn)數(shù)字運算操作的電子裝置。臺達ES 系列PLC 具有如下特點： 1、最大I/O 點數(shù)：256點 2、程序容量：4K Ste

15、ps 3、通訊端口：內(nèi)置RS-232與RS-485，兼容MODBUS ASCII / RTU 通訊協(xié)議。 4、內(nèi)置四點高速計數(shù)器: 形 式 輸 入 1相1輸入 1相2輸入 2相2輸入 C235 C236 C237 C238 C241 C242 C244 C246 C247 C249 C251 C252 C254 X0 U/D U/D U/D U U U A A A X1 U/D R R D D D B B B X2 U/D U/D R R

16、 R R X3 U/D R S S S U:加計數(shù) A: A相輸入 S:啟動輸入 D:減數(shù)器 B: B相輸入 R:復位輸入 （二）臺達PLC 在扶梯中的使用 臺達ES 系列PLC 的性能穩(wěn)定，本身含有的功能完全滿足在扶梯控制系統(tǒng)中的應用。 1、高速計數(shù)器的應用 臺達PLC DVP-60ES 有4個單獨的32位高速計數(shù)器，這為扶梯的高速計數(shù)控制 做好了準備。扶梯的高速計數(shù)主要有2個方面，一個是主機測速，另一個是扶手 帶測速。主機測速有專門的測速器，扶手帶測速則可以通過2個高速計數(shù)器測量扶手帶的速度，

17、用2個高速計數(shù)器撲捉扶梯梯路運行的速度。這2對高速計數(shù)器 形成了2路扶手帶的測量，彼此獨立，互不干涉，資源充足。見如下控制流程圖： 2、順序控制的應用 扶梯的控制主要包含5個方面：開機前安全檢查、正常運行、運行中安全檢查、 停機、停機的安全檢測。見如下控制流程圖： 此PLC 有著非常豐富的控制資源，744點一般輔助繼電器，256點停電保持繼電 器、64點100ms 定時器、63點10ms 定時器、112點一般計數(shù)器等。這些資源 組合起來足夠細致的對扶梯控制內(nèi)部的每個繼電器進行安全檢查，包括PLC 自 身的繼電器的安全檢測。 在扶梯的控制中，開機前的安全檢測最重要，臺達PLC

18、 能夠很好的完成這一任 務。主要有： 1）開機前的安全回路檢測。外圍安全回路的檢測完好是扶梯運行的基礎。外圍 安全回路斷開，則停止一切與主機運行的輸出。 2）給定一定的時間對PLC 自身檢測，在這段時間中，PLC 給每個輸出點0.5s 時間檢測各個外圍繼電器是否動作完好、是否粘連、每個輸出繼電器是否工作完 好。將PLC 各個輸出點分組擊活，檢測后進入下一組。最終到達設定的時間。 3）檢測完畢，進入扶梯運轉階段。 3、通信的應用 隨著扶梯應用的范圍越來越廣泛，自動化水平的提高，客戶對扶梯的監(jiān)控系統(tǒng)有 著越來越高的要求。這些高檔的監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助維護人員非?？斓呐袛喑龇鎏?的具

19、體故障、看到以往的故障，幫助維護人員分析原因使扶梯能夠更好的為大家 服務。臺達PLC 的ES 在這方面有很豐富的資源。它本身帶有1個RS232串口、 1個RS485接口。 RS232串口用于下載并監(jiān)視程序，如果簡單的、扶梯數(shù)量較少，可以直接使用此 端口與上位機連接，監(jiān)控扶梯的運行狀態(tài)。不過這種使用機會非常少，因為 RS232接口傳輸距離相對較近，而且是1對1的接口，而扶梯的數(shù)量一般都是幾個甚至幾十個。所以使用成本較高。 RS485接口。臺達PLC的ES系列非常方便的是每個PLC都有RS485接口。RS485 可以方便的多機通信，而且傳輸距離較遠，理論能夠達到1.2km。ES 系列PLC 通

20、過RS 指令，能夠方便的實現(xiàn)自由協(xié)議的通信，而且可以使用MODWR、 MODRD 等指令實現(xiàn)MODBUS 通信。 在扶梯中，此RS485接口的主要作用是將PLC 的運行狀態(tài)及檢測報警等實時的 傳輸給故障診斷板，使客戶或者維修人員能夠了解扶梯的運行狀態(tài)，在最短的時 間內(nèi)找到停梯原因，及時檢修并排除故障，能夠更快的恢復扶梯的運行。 4、安全設計 PLC 使用于扶梯系統(tǒng)要求安全是第一位的。這點不僅在外圍安全電路的設計上， 對PLC 自身內(nèi)部的軟件安全同樣有嚴格的要求。在軟件設計中，對各個功能塊 分別檢測，例如制動檢測、閘瓦厚度的檢測、梯級缺少等等。這些功能塊的輸出 繼電器組成了軟件安全回

21、路，控制外圍安全回路的通斷。各個功能塊之間也不斷 的交替比較檢測，降低了由于單一控制帶來的風險。安全回路輸出繼電器檢測一 旦檢測發(fā)生故障，不僅軟件上使扶梯停下來，切斷主機的電源，而且從外圍安全 回路切斷主機的電源。軟硬件結合的雙重控制，增強了安全等級，提高了控制的可靠性。 結束語：通過本次課程論文設計，我鞏固了課堂上所學的知識，對其更深層次的理解，并加以應用。電氣控制技術的應用遠遠不止如此，它的發(fā)展前景十分廣泛，我相信隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對電氣控制的了解越來越深入，電氣控制技術在工業(yè)生產(chǎn)以及人類生活中的作用一定會越來越顯著！ 參考文獻： 【1】張鳳珊. 電氣控制及可編程序控制器

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