電氣控制技術(shù)在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用—畢業(yè)設(shè)計論文

1、學科：電氣控制技術(shù)班級:姓名：學號：指導老師：聯(lián)系方式：電氣控制技術(shù)在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用(application of electrical control technology in the production practice.)摘要：電氣控制技術(shù)是以各類電動機為動力的傳動裝置與系統(tǒng)為對象，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的控制技術(shù)。電氣控制系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經(jīng)濟各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應(yīng)用，是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要技術(shù)手段。電氣控制系統(tǒng)主要有兩大部分：繼電器接觸器控制系統(tǒng)和可編程控制器 plc。abstract: electric control technology is all k

2、inds of motor for powertransmission device and system as the object in order to achieve production processautomation control technology. the electrical control system is one of the main part innational economic sectors widely applied in many departments the production ofindustrial automation is an i

3、mportant technical method. the electrical control systemhas two main parts relays - contactor controlling system and plc programmablecontroller. 關(guān)鍵詞：繼電器接觸器 plc 控制系統(tǒng) 控制引言 這學期我們開設(shè)了電氣控制技術(shù)這門課，俗話說“機電不分家”，我們機械制造及其自動化專業(yè)知識與電氣控制技術(shù)是密不可分的。在我們以后的工作之中將電氣控制方面的知識應(yīng)用到實踐中是十分必要的。 電氣控制技術(shù)是以各類電動機為動力的傳動裝置與系統(tǒng)為對象，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化

4、的控制技術(shù)。電氣控制系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經(jīng)濟各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應(yīng)用，是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要技術(shù)手段。 隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝的不斷改進，特別是計算機技術(shù)的應(yīng)用，新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術(shù)的面貌。在控制方法上，從手動控制發(fā)展到自動控制；在控制功能上，從簡單控制發(fā)展到智能化控制；在操作上，從笨重發(fā)展到信息化處理；在控制原理上，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(wǎng)絡(luò)化自動控制系統(tǒng)。 現(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、智能技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進的科學技術(shù)成果。 作為生產(chǎn)機

5、械動力的電機拖動，經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程。20 世紀初，電動機直接取代蒸汽機。開始是成組拖動，用一臺電動機通過中間機構(gòu)（天軸）實現(xiàn)能量分配與傳遞，拖動多臺生產(chǎn)機械。這種拖動方式電氣控制線路簡單，但機構(gòu)復雜，能量損耗大，生產(chǎn)靈活性也差，不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。20 世紀 20 年代，出現(xiàn)了單電機拖動，即由一臺電動機拖動一臺生產(chǎn)機械。單電機拖動相對成組拖動，機械設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率提高，靈活性增大，這種拖動方式在一些機床中至今仍在使用。隨著生產(chǎn)發(fā)展及自動化程度的提高，又出現(xiàn)了多臺電動機分別拖動各運動機構(gòu)的多電機拖動方式，進一步簡化了機械結(jié)構(gòu)，提高了傳動效率，而且使機械的各運動部分能夠選擇最合理的運

6、動速度，縮短了工時，也便于分別控制。 繼電器接觸器控制系統(tǒng)至今仍是許多生產(chǎn)機械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學習更先進電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，由于其控制方式是斷續(xù)的，故稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。它具有控制簡單、方便實用、價格低廉、易于維護、抗干擾能力強等優(yōu)點。但由于其接線方式固定，靈活性差，難以適應(yīng)復雜和程序可變的控制對象的需要，且工作頻率低，觸點易損壞，可靠性差。 以軟件手段實現(xiàn)各種控制功能、以微處理器為核心的可編程控制器（programmable logic controller，plc），是 20 世紀 60 年代誕生并開始發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控

7、制裝置。它具有通用性強、可靠性高、能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，指令系統(tǒng)簡單、編程簡便易學、易于掌握，體積小、維修工作少、現(xiàn)場連接安裝方便等一系列優(yōu)點，正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于冶金、采礦、建材、機械制造、石油、化工、汽車、電力、造紙、紡織、裝卸、環(huán)保等各個行業(yè)的控制中。 在自動化領(lǐng)域，可編程控制器與 cad/cam、工業(yè)機器人并稱為加工業(yè)自動化的三大支柱，其應(yīng)用日益廣泛。可編程控制器技術(shù)是以硬接線的繼電器接觸器控制為基礎(chǔ)，逐步發(fā)展為既有邏輯控制、計時、計數(shù)，又有運算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的控制裝置。它可通過數(shù)字量或者模擬量的輸入、輸出滿足各種類型機械控制的需要?？删幊?/p>

8、控制器及有關(guān)外部設(shè)備，均按既易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，又易于擴充其功能的原則設(shè)計?？删幊炭刂破饕殉蔀樯a(chǎn)機械設(shè)備中開關(guān)量控制的主要電氣控制裝置。正文一、繼電器接觸器控制系統(tǒng)1、在繼電器接觸器控制系統(tǒng)中，低壓電器是主要元件。根據(jù)外界施加的信號或要求，低壓電器自動或手動地接通和斷開電路，從而斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)或狀態(tài)，來實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、檢測、保護、變換以及調(diào)節(jié)。幾種常用的低壓電器有接觸器、繼電器、熔斷器和主令器等。 (1)接觸器是一種用來頻繁地接通和斷開交、直流負荷電流的電磁式自動切換電器，主要用于控制電動機、電焊機、電容器組等設(shè)備，具有低壓釋放的保護功能，適用于頻繁操

9、作和遠距離控制。交流接觸器主要由電磁機構(gòu)、觸點系統(tǒng)、滅弧裝置和其他輔助部件四大部分組成。 其工作原理是：當吸引線圈通電后，電磁系統(tǒng)即把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，所產(chǎn)生的電磁力克服釋放彈簧與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，同時帶動觸頭脫離靜觸頭，將電路切斷。(2)繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號的變化來接通或斷開控制電路，實現(xiàn)自動控制和保護的電器。繼電器的種類很多，有電磁式繼電器、時間繼電器、熱繼電器、速度繼電器等。 繼電器的工作方式是當輸入量變化到某一定值時，繼電器的觸頭即動作，接通或斷開控

10、制電路。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。繼電器的特點是適用于小電流電路，能應(yīng)用多種信號控制。由于繼電器種類繁多，其具體結(jié)構(gòu)不一定相同，但其工作原理基本類似，這里就不再贅述。(3)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(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而分斷電路的電器。 熔斷器分為瓷插式熔斷器和螺旋式熔斷器 (4)主令電器主要用于閉合、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?qū)崿F(xiàn)程序控制。像按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)和光電開關(guān)都屬于主令電器。2、籠式異步電動機的起動方法 (1)直接啟動控制電路 直接啟動即啟動時把電動機直接接入電網(wǎng)

11、，加上額定電壓，一般來說，電動機的容量不大于直接供電變壓器容量的 2030時，都可以直接啟動。1） 點動控制合上開關(guān) s，三相電源被引入控制電路，但電動機還不能起動。按下按鈕 sb，接觸器 km 線圈通電，銜鐵吸合，常開主觸點接通，電動機定子接入三相電源起動運轉(zhuǎn)。松開按鈕sb，接觸器 km 線圈斷電，銜鐵松開，常開主觸點斷開，電動機因斷電而停轉(zhuǎn)。 2） 直接起動控制 起動過程:按下起動按鈕 sb1，接觸器 km 線圈通電，與 sb1 并聯(lián)的 km 的輔助常開觸點閉合，以保證松開按鈕 sbl 后 km 線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的 km 的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)控

12、制。 停止過程:按下停止按鈕 sb2，接觸器 km 線圈斷電，與 sb1 并聯(lián)的 km 的輔助常開觸點斷開，以保證松開按鈕 sb2 后 km線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回路中的 km主觸點持續(xù)斷開，電動機停轉(zhuǎn)。 與sb1 并聯(lián)的 km 的輔助常開觸點的這種作用稱為自鎖。圖示控制電路還可實現(xiàn)短路保護、過載保護和零壓保護。起短路保護的是串接在主電路中的熔斷器 fu。一旦電路發(fā)生短路故障， 熔體立即熔斷，電動機立即停轉(zhuǎn)。 起過載保護的是熱繼電器 fr。當過載時，熱繼電器的發(fā)熱元件發(fā)熱，將 其常閉觸點斷開，使接觸器 km 線圈斷電，串聯(lián)在電動機回路中的 km 的主 觸點斷開，電動機停轉(zhuǎn)。同時 km 輔助

13、觸點也斷開，解除自鎖。故障排除后 若要重新起動，需按下 fr 的復位按鈕，使 fr 的常閉觸點復位（閉合）即 可。 起零壓（或欠壓）保護的是接觸器 km 本身。當電源暫時斷電或電壓嚴 重下降時，接觸器 km 線圈的電磁吸力不足，銜鐵自行釋放，使主、輔觸點 自行復位，切斷電源，電動機停轉(zhuǎn)，同時解除自鎖。 (2)正反轉(zhuǎn)控制 1）簡單的正反轉(zhuǎn)控制 正向起動過程:按下起動按鈕sb1，接觸器 km1 線圈通電，與sb1并聯(lián)的 km1 的輔助常開觸點閉合，以保證 km1 線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的 km1 的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)正向運轉(zhuǎn)。停止過程:按下停止按鈕 sb3，接觸器 km1線圈斷電

14、， 與sb1 并聯(lián)的 km1 的輔助觸點斷開，以保證km1 線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回路中的 km1 的主觸點持續(xù)斷開，切斷電動機定子電源，電動機停轉(zhuǎn)。反向起動過程:按下起動按鈕 sb2， 與 接觸器 km2 線圈通電， sb2 并聯(lián)的 km2的輔助常開觸點閉合，以保證線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的 km2 的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)反向運轉(zhuǎn)。 缺點： km1 和 km2 線圈不能同時通電，因此不能同時按下 sb1 和 sb2，也不能在電動機正轉(zhuǎn)時按下反轉(zhuǎn)起動按鈕，或在電動機反轉(zhuǎn)時按下正轉(zhuǎn)起動按鈕。如果操作錯誤，將引起主回路電源短路。 2）帶電氣互鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路 將接觸器 km1

15、的輔助常閉觸點串入 km2圈回路中，從而保證在 km1 線圈通電時 km2線圈回路總是斷開的；將接觸器 km2 的輔助常閉觸點串入 km1 的線圈回路中，從而保證在km2 線圈通電時 km1 線圈回路總是斷開的。 這樣接觸器的輔助常閉觸點 km1 和 km2 保證了兩個接觸器線圈不能同時通電，這種控制方式稱為互鎖或者聯(lián)鎖，這兩個輔助常開觸點稱為互鎖或者聯(lián)鎖觸點。缺點：電路在具體操作時， 若電動機處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)要反轉(zhuǎn)時必須先按停止按鈕 sb3，使互鎖觸點 km1 閉合后按下反轉(zhuǎn)起動按鈕 sb2 才能使電動機反轉(zhuǎn)；若電動機處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)要正轉(zhuǎn)時必須先按停止按鈕 sb3，使互鎖觸點 km2 閉合后按下正

16、轉(zhuǎn)起動按鈕 sb1 才能使電動機正轉(zhuǎn)。 3）同時具有電氣互鎖和機械互鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路 采用復式按鈕，將 sb1 按鈕的常閉觸點串接在 km2 的線圈電路中；將sb2 的常閉觸點串接在 km1 的線圈電路中；這樣，無論何時，只要按下反轉(zhuǎn)起動按鈕，在km 2線圈通電之前就首先使 km1 斷電，從而保證 km1 和 km2 不同時通電；從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的情況也是一樣。這種由機械按鈕實現(xiàn)的互鎖也叫機械或按鈕鎖。4）y降壓起動控制按下起動按鈕 sb1，時間繼電器 kt 和接觸器 km2 同時通電吸合，km2 的常開主觸點閉合，把定子繞組連接成星形，其常開輔助觸點閉合，接通接觸器 km1。km1 的常開主觸

17、點閉合，將定子接入電源，電動機在星形連接下起動。km1 的一對常開輔助觸點閉合，進行自鎖。經(jīng)一定延時，kt 的常閉觸點斷開，km2 斷電復位，接觸器 km3 通電吸合。km3 的常開主觸點將定子繞組接成三角形，使電動機在額定電壓下正常運行。與按鈕 sb1 串聯(lián)的 km3 的常閉輔助觸點的作用是：當電動機正常運行時，該常閉觸點斷開，切斷了 kt、km2 的通路，即使誤按 sb1，kt 和 km2 也不會通電，以免影響電路正常運行。若要停車，則按下停止按鈕 sb3，接觸器 km1、km2 同時斷電釋放，電動機脫離電源停止轉(zhuǎn)動。（圖示 y降壓起動控制）（4）總結(jié)： 1）異步電動機有兩種直接起動方法：

18、直接起動和降壓起動。 直接起動簡單、 經(jīng)濟，應(yīng)盡量采用；電機容量較大時應(yīng)采用降壓起動以限制起動電流，常用的降壓起動方法有 y降壓起動、 自耦變壓器降壓起動和定子串電阻降壓起動等。 2）異步電動機的直接起動和正反轉(zhuǎn)控制電路時控制的基本環(huán)節(jié)，應(yīng)掌握它們的工作原理和分析方法，明確自鎖和互鎖的含義和思想方法。 3）首先了解工藝過程及控制要求； 4）搞清控制系統(tǒng)中各電機、電器的作用以及它們的控制關(guān)系； 5）主電路、控制電路分開閱讀或設(shè)計； 6）控制電路中，根據(jù)控制要求按自上而下、自左而右的順序進行讀圖或設(shè)計； 7）同一個電器的所有線圈、觸頭不論在什么位置都叫相同的名字； 8）原理圖上所有電器，必須按國家

19、統(tǒng)一符號標注，且均按未通電狀態(tài)表示； 9）繼電器、接觸器的線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)； 10）控制順序只能由控制電路實現(xiàn)，不能由主電路實現(xiàn)。待添加的隱藏文字內(nèi)容3二、可編程控制器 plc 及其應(yīng)用 可編程控制器是 60 年代末在美國首先出現(xiàn)，當時叫可編程邏輯控制器 plc（programmable logic controller），目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。plc 的基本設(shè)計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、 操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據(jù)實際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶

20、程序存儲器內(nèi)。控制器和被控對象連接方便。隨著半導體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計算機技術(shù)的發(fā)展，到 70 年代中期以后，plc 已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時的 plc 已不再是邏輯判斷功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、pid 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計算和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc 是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)

21、物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用微處理器的優(yōu)點。 可編程控制器對用戶來說，是一種無觸點設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計階段選用可編程控制器，在實施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。1、 plc 的結(jié)構(gòu)及各部分的作用 可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是

22、以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)。通常由中央處理單元（cpu） 、存儲器（ram、rom） 、輸入輸出單元（i/o）、電源和編程器等幾個部分組成。 (1)中央處理單元（cpu） cpu 作為整個 plc 的核心，起著總指揮的作用。cpu 一般由控制電路、運算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個集成電路的芯片上。cpu 通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。cpu的功能有以下一些：從存儲器中讀取指令，執(zhí)行指令，取下一條指令，處理中斷。（2）存儲器（ram、rom） 存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器存放應(yīng)用軟件的存儲器稱

23、為用戶程序存儲器；存放工作數(shù)據(jù)的存儲器稱為數(shù)據(jù)存儲器。常用的存儲器有 ram、eprom 和 eeprom。ram 是一種可進行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序，生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在 ram 中的用戶程序可方便地修改。ram 存儲器是一種高密度、低功耗、價格便宜的半導體存儲器，可用鋰電池做備用電源。掉電時，可有效地保持存儲的信息。eprom、eeprom 都是只讀存儲器。用這些類型存儲器固化系統(tǒng)管理程序和應(yīng)用程序。 (3)輸入輸出單元（i/o 單元） i/o 單元實際上是 plc 與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。i/o 單元有良好的電隔離和濾波作用。接到 plc 輸入接口的輸入器件是

24、各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。plc 的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。 (4)電源 plc 電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。plc 內(nèi)有一個穩(wěn)壓電源用于對 plc 的 cpu 單元和 i/o 單元供電。 (5)編程器 編程器是 plc 的最重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入 plc 的存儲器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視 plc 的工作狀態(tài)。除此以外，在個人計算機上添加適當?shù)挠布涌诤蛙浖?即可用個人計算機對 plc 編程。利用微機作為編程器，可以直接編制并顯

25、示梯形圖。2、 plc 的工作原理 plc 采用循環(huán)掃描的工作方式，在 plc 中用戶程序按先后順序存放，cpu從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環(huán)。plc 的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需要的時間稱為掃描周期。當plc處于停止狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作等服務(wù)內(nèi)容。在plc處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出、一直循環(huán)掃描工作。（1）輸入處理輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順尋讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的的映像寄存器，在此輸入映像寄存器被刷新。接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映像寄存器與