電氣控制技術(shù).

1、電氣控制技術(shù)在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用Electrical con trol tech no logy applied in product on practice摘要電氣控制技術(shù)是一門多學(xué)科交叉的技術(shù)，是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化 的重要技術(shù)手段。為滿足生產(chǎn)機械的工藝要求，在設(shè)計之前必須對生 產(chǎn)機械的性能、結(jié)構(gòu)特點和實際情況有充分的了解， 并在此基礎(chǔ)上來 考慮控制方式、起動、各種聯(lián)鎖及保護裝置，一般控制線路應(yīng)安全可 靠、操作和維護方便，設(shè)備投資少等。本文主要從繼電接觸器控制系 統(tǒng)和可編程序控制系統(tǒng)兩方面來介紹電器控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的 應(yīng)用。Electric con trol tech no logyis

2、a multidiscipli narycrosstech no logy,is an importa nttech no logy to realize thedesig n before performa nee, and based on in terlock andautomatio n of in dustrial producti on. To meet the tech no logical requirementsof productionmachinery, in theproducti onmachi nerymust be have goodstructural char

3、acteristics and actual situation, this, consider the control mode and starting,protection devices, general control circuit shall be safe and reliable, easy operation and maintenance,less equipmentinvestment,etc. This article mainly from the relay contactortech no logyapplicati on incon trol system a

4、nd programmable con trol system two aspects to in troduce electric con trol in dustrial producti on.關(guān)鍵字：繼電器(Power relay )可編程控制器(ProgrammableCon troller)引言電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝不斷提出新 的要求而得到迅速發(fā)展的.從最早的手動控制發(fā)展到自動控制，從簡單的控制設(shè)備發(fā)展到復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從有接觸的硬接線繼電器控制 系統(tǒng)發(fā)展到以計算機為中心的軟件控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計算機、自動控制、電子技術(shù)、精密測量等許多先進

5、的科學(xué)技 術(shù)成果?？删幊绦蚩刂破?PLC)將計算機的功能完善、通用性、靈活 性好的優(yōu)點與繼電接觸器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、便于掌握 等特點有機結(jié)合，在現(xiàn)代工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的主要支柱之一雖然現(xiàn)在對某些控制過程的原理還不是十分的了解，我相信通過后來的學(xué)習(xí)漸漸地會逐漸的解決。 通過這門課的前一部分是對低壓電 器的介紹，是最傳統(tǒng)最常用的控制電器，低壓電器主要包括接觸器、 繼電器等電器，就是用這些最基本的電器組成了控制系統(tǒng)。如果沒有 這些控制系統(tǒng)，我們的許多控制是無法實現(xiàn)的，可以說接觸繼電器控 制系統(tǒng)對我們的工業(yè)控制發(fā)揮了巨大的作用，沒有接觸繼電器控制的逐漸發(fā)展就沒有我

6、們工業(yè)的發(fā)展。正文：1繼電器接觸器的作用及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用1.1接觸器基本介紹接觸器（Contactor）是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場， 使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜 鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。 其原理是當接觸器的電磁線圈通電后， 會產(chǎn)生很強的磁場，使靜鐵心 產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作：常閉觸頭斷開；常開觸頭 閉合，兩者是聯(lián)動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈 簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原：常閉觸頭閉合；常開觸頭斷開。在電 工學(xué)上，因為可快速切斷交流與直流主回路和可頻繁地接通與大電流 控制（某些型別可

7、達800安培）電路的裝置，所以經(jīng)常運用于電動機做 為控制對象，也可用作控制工廠設(shè)備、電熱器、工作母機和各樣電 力機組等電力負載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電 壓釋放保護作用。接觸器控制容量大，適用于頻繁操作和遠距離控制。 是自動控制系統(tǒng)中的重要元件之一。1.2繼電器基本介紹及其分類當輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使 被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器就成為繼電器。1.21繼電器的基本介紹繼電器是一種電控制器件。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）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化的 控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種

8、 “自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。當輸 入量(如電壓、電流、溫度等)達到規(guī)定值時，繼電器被所控制的輸 出電路導(dǎo)通或斷開。輸入量可分為電氣量(如電流、電壓、頻率、功 率等)及非電氣量(如溫度、壓力、速度等)兩大類。繼電器具有動 作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于電力保護、 自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。1.22繼電器的主要分類(1)電磁式繼電器 保護與調(diào)節(jié)的作用1-0:電磁式繼電器在電氣控制中起控制、 ,以實現(xiàn)控制過程中的自動化。BD放大、聯(lián)鎖、kL工慮電陸(2 )固態(tài)繼電器(SSR :固態(tài)繼電器是一種兩個接線端為輸入端， 另兩個接線端

9、為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現(xiàn)輸入輸出 的電隔離。固態(tài)繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關(guān)型式可分為常開型和常閉型。 按隔離型式可分為混合型、變壓 器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。(3) 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。時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型兩種類型。(4 )熱繼電器：熱繼電器是依靠電流流過發(fā)熱元件時產(chǎn)生的熱，是雙 金屬片發(fā)生彎曲而推動執(zhí)行機構(gòu)動作的一種電器，主要用于電動機的過載保護、斷電及電流不平衡與性的保護以及其它電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài) 的控制。1.23繼電

10、器的作用繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測、通 訊、自動控制、機電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件 之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、 頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機構(gòu)（輸入部分）；有能對被控電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機構(gòu)（輸出部分）；在繼電器 的輸入部分和輸出部分之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理 和對輸出部分進行驅(qū)動的中間機構(gòu)（驅(qū)動部分）。作為控制元件，概括起來，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）

11、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(jīng)過比較綜合，達到預(yù)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。1.3繼電器與接觸器的區(qū)別接觸器是一種用來頻繁的接通斷開（交流、直流）負荷電流的電 磁式自動切換電器，主要用來控制電動機、電焊機、電容器等設(shè)備。 具有低壓釋放的保護功能，使用與頻繁操作和遠距離控制。接觸器的 主要特點有：（1）由電信號驅(qū)動（2 ）控制大電流電路（3 ）接通斷開電 路。繼電器是一種根

12、據(jù)某種輸入信號的變化（多種信號）來接通或斷 開控制電路，以實現(xiàn)制動控制和保護的電器。其輸入量可以是電壓、 電流等電氣量，也可以是溫度、時間、速度、壓力等非電氣量，主要 以用于小電源電路。1.4接觸器在電機控制中的應(yīng)用圖1 3是用交流接觸器控制異步電動機的主電路、控制電路和 有關(guān)的波形圖。接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理與繼電器的基本相同，區(qū)別僅在于繼電器觸點的額定電流較小，而接觸器是用來控制大電流負載 的，例如它可以控制額定電流為幾十安至幾千安的異步電動機。按下起動按鈕SBI，它的常開觸點接通，電流經(jīng)過 SBI的常開觸點和停止 按鈕SB2作過載保護用的熱繼電器 FR的常閉觸點，流過交流接觸 器KM的線圈

13、，接觸器的銜鐵被吸合，使主電路中的 3對常開觸點閉合，異步電動機M的三相電源被接通，電動機開始運行，控制電路中 接觸器KM的輔助常開觸點同時接通。放開起動按鈕后，SBI的常開觸點斷開，電流經(jīng)KM的輔助常開觸點和SB2 FR的常閉觸點流過 KM的線圈，電動機繼續(xù)運行。KM的輔助常開觸點實現(xiàn)的這種功能稱 為“自鎖”或“自保持”，它使繼電器電路具有類似于 R-S觸發(fā)器的 記憶功能。-380V1-3導(dǎo)步電動機控制電路在電動機運行時按停止按鈕 SB2,它的常閉觸點斷開，使 KM的 線圈失電，KM的主觸點斷開，異步電動機的三相電源被切斷，電動 機停止運行i同時控制電路中KM的輔助常開觸點斷開。當停止按鈕

14、SB2被放開，其常閉觸點閉合后，KM的線圈仍然失電，電動機繼續(xù)保 持停止運行狀態(tài)。圖1.3給出了有關(guān)信號的波形圖，圖中用高電平表 示1狀態(tài)（線圈通電、按鈕被按下），用低電平表示0狀態(tài)（線圈斷電、 按鈕被放開）。圖1.3中的控制電路在繼電器系統(tǒng)和 PLC的梯形圖中被大量 使用，它被稱為“起動-保持-停止”電路，或簡稱為“起保停”電路。2、可編程序控制器及其應(yīng)用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(shù)為基礎(chǔ)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(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。 它采用可以編制程序 的存

15、儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù) 和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出， 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)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(shè)計?！?從結(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)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。丄丄丄b丄輸入接口1gj國粘團輸出接口11IIJ J J J 丄計算機耳炬設(shè)備一PLC的硬件

16、纟吉帕示意圖2、PLC的工作原理PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。在PLC中,用戶程序按照先后順 序存放在PLC中,工作時CP從第一條指令開始執(zhí)行，直到遇到結(jié)束符 后又返回第一條，如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。PLC勺工作過程可分為五個階段：自診斷、與計算機或編程器等 通信、讀入現(xiàn)場信號、執(zhí)行用戶程序、輸出結(jié)果，這五個階段稱為一 個掃描周期。采用循環(huán)掃描的工作方式，是PLC區(qū)別于微機和其他控制設(shè)備的 最大特點。3.PLC特點(1) 可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成 電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾 技術(shù)，具有很高的可靠性。

17、例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故 障時間高達30萬小時。一些使用冗余 CPU勺PLC的平均無故障工作 時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同 等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚 至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還 可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及 設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就 不奇怪了。(2) 配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。 可以用

18、于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年 來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的 發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。(3) 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它 接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。 梯形圖語言的圖形符 號與表達方式和繼電器電路圖相當接近， 只用PLC的少量開關(guān)量邏輯 控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、 不懂計算機原

19、理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方 便之門。(4) 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線， 使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。 更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。(5) 體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm重量 小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn) 機電一體化的理想控制設(shè)備。4.PLC的應(yīng)用4.1 PLC在數(shù)控機床中的應(yīng)用形式：數(shù)控機床中所用的PLC可分為兩類：一類是專

20、為實現(xiàn)數(shù)控機床順 序控制而設(shè)計制造的內(nèi)裝型PLC(built-in Type)，另一類是那些輸 入輸出技術(shù)規(guī)范，輸入輸出點數(shù)、程序存儲容量以及運算和控制功能 等均能滿足數(shù)控機床控制要求的獨立型 PLC(Stand-alone Type)。“內(nèi)裝型” PLC(或稱“內(nèi)含型” PLC “集成式” PLQ從屬于 CNC裝置，PLC與 NC間的信號傳送在CNC裝置內(nèi)部即可實現(xiàn)。PLC與 MT間則通過CNCt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(wù)的裝置。 在數(shù)控機床中，PLC是數(shù)控機床的大腦

21、，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(guān)等機械控制部分以及液壓控制部分也會應(yīng)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。4.2、PLC在數(shù)控機床中的工作流程PLC在數(shù)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(jīng)改變，讀到輸入映象寄存器的信號狀態(tài)才會發(fā)生變化

22、。（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(guān)數(shù)據(jù)， 在進行相關(guān)運算后，將運算結(jié)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(zhuǎn)存到輸出鎖存 器中，通過特定方式輸出，驅(qū)動外部負載。4.3、PLC在數(shù)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(shù)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

23、外部開關(guān)輸入信號。將機床側(cè)的開關(guān)信號輸入到送入 PLC，進行邏輯運算。這些開關(guān)信號，包括很多檢測元件信號（如：行 程開關(guān)、接近開關(guān)、模式選擇開關(guān)等等）（3）、輸出信號控制：PLC輸出信號經(jīng)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(jīng)過譯碼，在數(shù)據(jù)表 內(nèi)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(jīng)過譯碼，輸出控制 信號，控制主軸正反轉(zhuǎn)和啟動停止等等。 M指令完成，系統(tǒng)發(fā)出完成 信號。4.4、PLC對外圍電路的控制數(shù)控機床通過P

24、LC對機床的輔助設(shè)備進行控制，PLC對對外圍電 路的控制來實現(xiàn)對輔助設(shè)備的控制的。PLC接受NC的控制信號以及 外部反饋信號，經(jīng)過邏輯運算、處理將結(jié)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(jīng)過中間繼電器控制接觸器然 后控制具體的執(zhí)行機構(gòu)動作，從而實現(xiàn)對外圍輔助機構(gòu)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(shè)施，比如說，有些直接用低壓電源驅(qū)動的設(shè)備（如：面板上的指示燈）。也就是說每 一個外部設(shè)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(shè)備（使用 PLC控制的）都在PLC中和一個 PLC輸出地址相對應(yīng)。PLC對外圍設(shè)備的控制，不僅僅是要輸出信號控制設(shè)備、設(shè)施的 動作，還要接受外部反饋信號，以監(jiān)控這些設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)。在數(shù)控 機床中用于檢測機床狀態(tài)的設(shè)備或元件主要有，溫度傳感器、震動傳感器、行程開關(guān)、接近開關(guān)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(jīng)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(shè)施的動作。在PLC和外圍電路的關(guān)系中，最重要的一點就 是外部信號和