電氣控制技術論文.doc

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電氣控制技術 在工業(yè)生產中的應用 班級：機械2091 姓名：張家標 學號：3092101121 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師：周力 摘要 《電氣控制技術》包括了常用的低壓電器、繼電器—接觸器控制電路的基本環(huán)節(jié)、典型機床的電氣控制和普通機床的PLC控制四個學習情境，是一門多學科交叉的技術,是實現(xiàn)工業(yè)生產自動化的重要技術手段.隨著科學技術的不斷發(fā)展,特別是計算機和網絡技術的應用,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.系統(tǒng)介紹先進科學技術的成果在工業(yè)生產中的應用以及電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。 關鍵詞：繼電器 接觸器 PLC 可編程序控制器 前言 《電氣控制技術》包含了低壓電器和繼電器控制系統(tǒng)；可編程序控制器及其應用；直流電動機調速控制系統(tǒng)；交流電動機調速控制系統(tǒng)。學習這些知識讓我知道了工業(yè)生產中的機床的生產運動需要在各種條件下實現(xiàn)，而這些條件就是各種控制系統(tǒng)的工作條件。通過各種控制系統(tǒng)實現(xiàn)機床的的安全生產。這些控制系統(tǒng)都是在工業(yè)機床上廣泛運用的，是實現(xiàn)機電一體化的根本，通過這些控制實現(xiàn)工業(yè)生產的自動化、準確化。 在工業(yè)生產中對于一臺中型復雜的數控機床，通常會有以下安全功能：主緊急停止按鈕、刀庫緊急停止按鈕、刀庫和工作區(qū)安全門、調試使能按鈕、電子手輪、操作模式選擇開關、速度監(jiān)控。經過風險評估和評價，對這臺機床的安全要求為：按下緊急停止按鈕，伺服的電源和使能必須被切斷；打開刀庫安全門，刀架轉塔必須停止運轉；在刀庫安全門被打開的情況下，可以通過使能按鈕和點動按鈕對刀架進行調試；打開工作區(qū)安全門，切斷伺服使能信號，同時監(jiān)控軸的靜止狀態(tài)；在工作區(qū)安全門被打開的情況下，可以通過使能按鈕和點動按鈕的組合操作或使用電子手輪，對主軸、X軸、Y軸、Z軸進行限速調試，同時使用速度監(jiān)控模塊監(jiān)控旋轉軸或線性軸的超速狀態(tài)?？梢园l(fā)現(xiàn)，這臺數控機床的安全功能較多，且各個安全功能之間具有復雜的邏輯關系。如果使用單個安全繼電器進行控制的話，會導致接線復雜、成本高、故障診斷困難等諸多問題。 因此就需要多種多個繼電器聯(lián)合控制，同時聯(lián)合可編程序控制器，實現(xiàn)電路的的簡單化，節(jié)約成本，使控制簡單化、準確化。由于可編程序控制器的運用使控制系統(tǒng)的可靠性更高，有更好的抗干擾能力；同時可編程序控制器程序簡單，改變程序容易，使控制多變；擴充方便，組態(tài)輕活，節(jié)約成本；體積小，重量輕，安裝維護方便。 目 錄 前言 一、繼電接觸器控制系統(tǒng) 1、常用低壓電器 2、機床的自動控制 二、可編程序控制器及其應用 1、PLC的介紹 2、PLC的應用 三、結束語 參考文獻 一、繼電接觸器控制系統(tǒng) 1、常用低壓控制器 1）、接觸器 接觸器是一種可頻繁地接通和分斷電路的控制電器。從輸入輸出能量關系觀看，它是一種功率放大器件。最常用的接觸器就是電磁接觸器，當吸引線圈通電后，電磁系統(tǒng)將電能轉換為機械能，所產生的電磁力克服釋放彈簧和觸頭彈簧的反力使鐵心吸合，并帶動觸頭支架使動、靜觸頭接觸閉合。當吸引線圈斷電或者電壓顯著下降時，由于電磁吸力消失或過小，銜鐵在彈簧反力作用下返回原位，同時帶動動觸頭脫離靜觸頭，將電路切斷。 接觸器分為直流接觸器和交流接觸器，同時接觸器的選擇有許多條件，必須依靠著繼電器上的技術參數來進行選擇，如電源的種類，主觸頭額定電壓、電流，輔助出頭的種類、數量及觸頭的額定電壓，電磁線圈的電源種類、頻率和額定電壓，額定操作頻率。 2）、繼電器 繼電器是一種根據特定形式的輸入信號而動作的自動電器。自動電器的工作主要有四大原則為時間、電流、行程和速度。 繼電器有如下幾種作用： 　　1、擴大控制范圍：例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。 　　2、放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。 　　3、綜合信號：例如，當多個控制信號按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時，經過比較綜合，達到預定的控制效果。 　　4、自動、遙控、監(jiān)測：例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現(xiàn)自動化運行。 繼電器的種類有許多，分別為： 電磁式繼電器 電磁繼電器：利用輸入電路內電路在電磁鐵鐵芯與銜鐵間產生的吸力作用而工作的一種電氣繼電器。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。 時間繼電器 　　時間繼電器是一種利用電磁原理或機械原理實現(xiàn)延時控制的控制電器。它的種類很多，有空氣阻尼型、電動型和電子型等。 　　在交流電路中常采用空氣阻尼型時間繼電器，它是利用空氣通過小孔節(jié)流的原理來獲得延時動作的。它由電磁系統(tǒng)、延時機構和觸點三部分組成。 　　時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型兩種類型。 　　空氣阻尼型時間繼電器的延時范圍大（有0.4～60s和0.4～180s兩種） ，它結構簡單，但準確度較低。 　　當線圈通電（電壓規(guī)格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）時，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時下移，使瞬時動作觸點接通或斷開。但是活塞桿和杠桿不能同時跟著銜鐵一起下落，因為活塞桿的上端連著氣室中的橡皮膜，當活塞桿在釋放彈簧的作用下開始向下運動時，橡皮膜隨之向下凹，上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經過一定時間，活塞桿下降到一定位置，便通過杠桿推動延時觸點動作，使動斷觸點斷開，動合觸點閉合。從線圈通電到延時觸點完成動作，這段時間就是繼電器的延時時間。延時時間的長短可以用螺釘調節(jié)空氣室進氣孔的大小來改變。 固體繼電器：指電子元件履行其功能而無機械運動構件的，輸入和輸出隔離的一種繼電器。 　 溫度繼電器：當外界溫度達到給定值時而動作的繼電器。 　　舌簧繼電器：利用密封在管內，具有觸電簧片和銜鐵磁路雙重作用的舌簧動作來開，閉或轉換線路的繼電器 3）熔斷器 熔斷器是當通過它的電流超過規(guī)定值達一定時間后，以它本身產生的熱量使熔體熔化，從而分斷電路的電器。 4）斷路器 斷路器又稱自動開關，是能接通、承載以及分斷正常電路條件下的電流，也能在規(guī)定的非正常電路條件下接通、承載一定時間并分斷電流的開關電器。 5）主令電器 主令開關主要用于閉合、斷開控制電路，以發(fā)布命令或信號，達到對電力拖動系統(tǒng)的控制或實現(xiàn)程序控制。包含按鈕、行程開關、接近開關和光電開關。 2、機床的自動控制 一、開關控制的正、反轉線路 　 倒順開關是一種組合開關，下圖2.13為HZ3-132型倒順開關的工作原理示意圖。 　　倒順開關有六個固定觸頭，其中U1、V1、W1為一組，與電源進線相連，而U、V、W為另一組，與電動機定子繞組相連。當開關手柄置于“順轉”位置時，動觸片S1、S2、S3分別將U-U1、V-V1、W-W1相連接，使電動機正轉；當開關手柄置于“逆轉”位置時，動觸片S1、S2、S3分別將U-U1、V-W1、W-V1接通，使電動機實現(xiàn)反轉；當手柄置于中間位置時，兩組動觸片均不與固定觸頭連接，電動機停止運轉。 圖2.14是用倒順開關控制的電動機正反轉線路。其工作原理是：利用倒順開關來改變電動機的相序，預選電動機的旋轉方向后，再通過按鈕SB2、SB1控制接觸器KM來接通和切斷電源，控制電動機的啟動與停止。 倒順開關正反轉控制電路所用電器少，線路簡單，但這是一種手動控制線路，頻繁換向時操作人員的勞動強度大、操作不安全，因此一般只用于控制額定電流10A、功率在3kW以下的小容量電動機。生產實踐中更常用的是接觸器正反轉控制電路電路。 二、行程開關控制的正、反轉電路 　 圖2.16為行程開關控制的正反轉電路，它與按鈕控制直接正反轉電路相似，只是增加了行程開關的復合觸頭SQ1及SQ2。它們適用于龍門刨床、銑床、導軌磨床等工作部件往復運動的場合。 　這種利用運動部件的行程來實現(xiàn)控制的稱為按行程原則的自動控制或稱為行程控制。　 工作原理：按下正向啟動按鈕SB2，接觸器KM1得電并自鎖，電動機正轉使工作臺前進。當運行到SQ2位置時，撞塊壓下SQ2，SQ2動斷觸點使KM1斷電，SQ2的動合觸點使KM2得電動作并自保，電動機反轉使工作臺后退。當撞塊又壓下SQ1時，KM2斷電，KM1得電，電動機又重復正轉。 　　圖中行程開關SQ3、SQ4是用作極限位置保護的。當KM1得電，電機正轉，運動部件壓下行程開關SQ2時，應該使KM1失電，而接通KM2，使電機反轉。但若SQ2失靈，運動部件繼續(xù)前行會引起嚴重事故。若在行程極限位置設置SQ4（SQ3裝在另一極端位置），則當運動部件壓下SQ4后，KM1失電而使電機停止。這種限位保護的行程開關在行程控制電路中必須設置。 工作臺自動往返運動的示意圖 　　　　　　　　 　 電路工作過程分析如下： 　　起動時，按下正轉起動按鈕SB2，KM1線圈得電并自鎖，電動機正轉運行并帶動機床運動部件左移，當運動部件上的撞塊1碰撞到行程開關SQ1時，將SQ1壓下，使其動斷觸點斷開，切斷了正轉接觸器KM1線圈回路；同時SQ1的動合觸點閉合，接通了反轉接觸器KM2線圈回路，使KM2線圈得電自鎖，電動機由正向旋轉變?yōu)榉崔D，帶動運動部件向右運動，當運動部件上的撞塊2碰撞到行程開關SQ2時，SQ2動作，使電動機由反轉又轉入正轉運行，如此往返運動。從而實現(xiàn)運動部件的自動循環(huán)控制。 若起動時工作臺在左端，應按下SB3進行起動。 繼電器與接觸器在機床中是被廣泛使用的，他們的配合實現(xiàn)了機床的許多自動化控制，同時也是保障了機場安全生產，節(jié)約人力和成本，加快工作效率。使的機械制造業(yè)有了更高的發(fā)展。 二、可編程序控制器及其應 1、PLC的介紹 可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計?！睆慕Y構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 1）PLC的特點: 1）可靠性高，抗干擾能力強 配套齊全，功能完善; 2）適用性強易學易用，深受工程技術人員歡迎; 3）體積小，重量輕，能耗低; 4）系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造. 2）PLC的應用領域: 目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類:1)開關量的邏輯控制;2)模擬量控制;3)運動控制;4)過程控制;5)數據處理;6)通信及聯(lián)網. PLC在現(xiàn)在的工業(yè)中有很重要的地位，初始的PLC作為輔助設備安裝在機械設備中，隨著科技的發(fā)展，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。此時的PLC為微機技術與繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物，PLC已經進入了成熟的發(fā)展階段。在不遠的未來PLC還將有更大的發(fā)展，不論從各方面看PLC的發(fā)展將不斷地完善，伴隨著計算機網絡的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。 2、PLC的應用 1、 PLC在數控機床中的應用形式： 數控機床中所用的PLC可分為兩類：一類是專為實現(xiàn)數控機床順序控制而設計制造的內裝型PLC(built-in Type)，另一類是那些輸入輸出技術規(guī)范，輸入輸出點數、程序存儲容量以及運算和控制功能等均能滿足數控機床控制要求的獨立型PLC(Stand-alone Type)。 “內裝型”PLC（或稱“內含型”PLC、“集成式”PLC）從屬于CNC裝置，PLC與NC間的信號傳送在CNC裝置內部即可實現(xiàn)。PLC與MT間則通過CNC輸入／輸出接口電路實現(xiàn)信號傳送 “獨立型”PLC又稱“通用型”PLC。獨立型PLC是獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定控制任務的裝置。采用獨立型PLC的數控機床系統(tǒng)框圖如圖 在數控機床中，PLC是數控機床的大腦，何時進刀，何時退刀，刀量多少，工件的加工流程及所有要控制的操作都要由PLC發(fā)出指令，機床的限位開關等機械控制部分以及液壓控制部分也會應用到PLC。通過計算機與PLC的組合，實現(xiàn)對刀架換刀的準確控制。 2、PLC在數控機床中的工作流程 PLC在數控機床中的工作流程，和通常的PLC工作流程基本上是一致的，分為以下幾個步驟： （1）、輸入采樣：輸入采樣，就是PLC以順序掃描的方式讀入所有輸入端口的信號狀態(tài)，并將此狀態(tài)，讀入到輸入映象寄存器中。當然，在程序運行周期中這些信號狀態(tài)是不會變化的，除非一個新的掃描周期的到來，并且原來端口信號狀態(tài)已經改變，讀到輸入映象寄存器的信號狀態(tài)才會發(fā)生變化。 （2）、程序執(zhí)行：程序執(zhí)行階段系統(tǒng)會對程序進行特定順序的掃描，并且同時讀入輸入映像寄存區(qū)、輸出映像寄存區(qū)的讀取相關數據，在進行相關運算后，將運算結果存入輸出映像寄存區(qū)供輸出和下次運行使用。 （3）、出刷新階段：在所指令執(zhí)行完成后，輸出映像寄存區(qū)的所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通/斷開）在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器中，通過特定方式輸出，驅動外部負載。 3、PLC在數控機床中的控制功能: （1）、操作面板的控制。操作面板分為系統(tǒng)操作面板和機床操作面板。系統(tǒng)操作面板的控制信號先是進入NC，然后由NC送到PLC，控制數控機床的運行。機床操作面板控制信號，直接進入PLC，控制機床的運行。 （2）、機床外部開關輸入信號。將機床側的開關信號輸入到送入PLC，進行邏輯運算。這些開關信號，包括很多檢測元件信號(如：行程開關、接近開關、模式選擇開關等等) （3）、輸出信號控制：PLC輸出信號經外圍控制電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對象。 （4）、功能實現(xiàn)。系統(tǒng)送出T指令給PLC，經過譯碼，在數據表內檢索，找到T代碼指定的刀號，并與主軸刀號進行比較。如果不符，發(fā)出換刀指令，刀具換刀，換刀完成后，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。 （5）、M功能實現(xiàn)。系統(tǒng)送出M指令給PLC，經過譯碼，輸出控制信號，控制主軸正反轉和啟動停止等等。M指令完成，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。 4、PLC對外圍電路的控制 數控機床通過PLC對機床的輔助設備進行控制，PLC對對外圍電路的控制來實現(xiàn)對輔助設備的控制的。PLC接受NC的控制信號以及外部反饋信號，經過邏輯運算、處理將結果以信號的形式輸出。輸出信號從PLC的輸出模塊輸出，有些信號經過中間繼電器控制接觸器然后控制具體的執(zhí)行機構動作，從而實現(xiàn)對外圍輔助機構的控制。有些信號不需要通過中間環(huán)節(jié)的處理直接用于控制外部設施，比如說，有些直接用低壓電源驅動的設備（如：面板上的指示燈）。也就是說每一個外部設備（使用PLC控制的）都是由PLC的一路控制信號來控制的，也就是說每一個外部設備（使用PLC控制的）都在PLC中和一個PLC輸出地址相對應。 PLC對外圍設備的控制，不僅僅是要輸出信號控制設備、設施的動作，還要接受外部反饋信號，以監(jiān)控這些設備設施的狀態(tài)。在數控機床中用于檢測機床狀態(tài)的設備或元件主要有，溫度傳感器、震動傳感器、行程開關、接近開關等等。這些檢測信號有些是可以直接輸入到PLC的端口，有些必須要經過一些中間環(huán)節(jié)才能夠輸入到PLC的輸入端口。 無論是輸入還是輸出，PLC都必須要通過外圍電路才能夠控制機床的輔助設施的動作。在PLC和外圍電路的關系中，最重要的一點就是外部信號和PLC 內部信號處理的對應。這種對應關系就是前面所說的地址分配，就是將每一個PLC中地址和外圍電路每一路信號相對應。這個工作是在機床生產過程中，編制和該機床相對應的PLC程序時，由PLC程序編制工程師定義。當然做這樣的定義必須遵循必要的規(guī)則，以使PLC程序符合系統(tǒng)的要求。 三、結束語 經過整個學期的學習，我對電氣控制這么課有了較深的認知，也學到了很多專業(yè)方面的知識。機械的控制從手動控制發(fā)展到自動控制；從簡單的控制到智能化控制；從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微計算機為中心的網絡自動控制系統(tǒng)。由原始的簡單純機械控制到現(xiàn)在的機電一體化，結合計算機技術等一些先進的科技成果。繼電器的自動控制，PLC的程序控制，都是在工業(yè)生產中應用廣泛的。在微處理器發(fā)展迅猛的時代，PLC變得更輕便，功能更強，結構更簡單。性能強大的PLC在控制系統(tǒng)和控制器的領域內，沒有什么產品可以比肩。熟練的學習這些知識可以讓我的在以后的機械設計中跟好的進行機電一體化的結合。 參考文獻 1）齊占慶 王振臣 電氣控制技術 北京：機械工業(yè)出版社，2011 2）漆漢宏 PLC電氣控制技術 北京：機械工業(yè)出版社，2008 3）毛哲 田隨明 現(xiàn)在電氣控制 華中科技大學出版社，2001 4）朱英韜 工廠電氣控制技術 北京：工業(yè)大學出版社，1991 5）鄒金慧 可編程序控制器及其系統(tǒng) 重慶：重慶大學出版社，2011 6）百度文庫