电气控制技术在生产实践中的应用—毕业设计论文.doc

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1、学科：电气控制技术班级:姓名：学号：指导老师：联系方式：电气控制技术在生产实践中的应用(Application of electrical control technology in the production practice.)摘要：电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化的控制技术。电气控制系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用，是实现工业生产自动化的重要技术手段。电气控制系统主要有两大部分：继电器接触器控制系统和可编程控制器 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. 关键词：继电器接触器 PLC 控制系统 控制引言 这学期我们开设了电气控制技术这门课，俗话说“机电不分家”，我们机械制造及其自动化专业知识与电气控制技术是密不可分的。在我们以后的工作之中将电气控制方面的知识应用到实践中是十分必要的。 电气控制技术是以各类电动机为动力的传动装置与系统为对象，以实现生产过程自动化

4、的控制技术。电气控制系统是其中的主干部分，在国民经济各行业中的许多部门得到广泛应用，是实现工业生产自动化的重要技术手段。 随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制；在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从笨重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统。 现代电气控制技术综合应用了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。 作为生产机

5、械动力的电机拖动，经历了漫长的发展过程。20 世纪初，电动机直接取代蒸汽机。开始是成组拖动，用一台电动机通过中间机构（天轴）实现能量分配与传递，拖动多台生产机械。这种拖动方式电气控制线路简单，但机构复杂，能量损耗大，生产灵活性也差，不适应现代化生产的需要。20 世纪 20 年代，出现了单电机拖动，即由一台电动机拖动一台生产机械。单电机拖动相对成组拖动，机械设备结构简单，传动效率提高，灵活性增大，这种拖动方式在一些机床中至今仍在使用。随着生产发展及自动化程度的提高，又出现了多台电动机分别拖动各运动机构的多电机拖动方式，进一步简化了机械结构，提高了传动效率，而且使机械的各运动部分能够选择最合理的运

6、动速度，缩短了工时，也便于分别控制。 继电器接触器控制系统至今仍是许多生产机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。它主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，由于其控制方式是断续的，故称为断续控制系统。它具有控制简单、方便实用、价格低廉、易于维护、抗干扰能力强等优点。但由于其接线方式固定，灵活性差，难以适应复杂和程序可变的控制对象的需要，且工作频率低，触点易损坏，可靠性差。 以软件手段实现各种控制功能、以微处理器为核心的可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC），是 20 世纪 60 年代诞生并开始发展起来的一种新型工业控

7、制装置。它具有通用性强、可靠性高、能适应恶劣的工业环境，指令系统简单、编程简便易学、易于掌握，体积小、维修工作少、现场连接安装方便等一系列优点，正逐步取代传统的继电器控制系统，广泛应用于冶金、采矿、建材、机械制造、石油、化工、汽车、电力、造纸、纺织、装卸、环保等各个行业的控制中。 在自动化领域，可编程控制器与 CAD/CAM、工业机器人并称为加工业自动化的三大支柱，其应用日益广泛。可编程控制器技术是以硬接线的继电器接触器控制为基础，逐步发展为既有逻辑控制、计时、计数，又有运算、数据处理、模拟量调节、联网通信等功能的控制装置。它可通过数字量或者模拟量的输入、输出满足各种类型机械控制的需要。可编程

8、控制器及有关外部设备，均按既易于与工业控制系统联成一个整体，又易于扩充其功能的原则设计。可编程控制器已成为生产机械设备中开关量控制的主要电气控制装置。正文一、继电器接触器控制系统1、在继电器接触器控制系统中，低压电器是主要元件。根据外界施加的信号或要求，低压电器自动或手动地接通和断开电路，从而断续或连续地改变电路参数或状态，来实现对电路或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换以及调节。几种常用的低压电器有接触器、继电器、熔断器和主令器等。 (1)接触器是一种用来频繁地接通和断开交、直流负荷电流的电磁式自动切换电器，主要用于控制电动机、电焊机、电容器组等设备，具有低压释放的保护功能，适用于频繁操

9、作和远距离控制。交流接触器主要由电磁机构、触点系统、灭弧装置和其他辅助部件四大部分组成。 其工作原理是：当吸引线圈通电后，电磁系统即把电能转变为机械能，所产生的电磁力克服释放弹簧与触头弹簧的反力使铁心吸合，并带动触头支架使动、静触头接触闭合。当吸引线圈断电或电压显著下降时，由于电磁吸力消失或过小，衔铁在弹簧反力作用下返回原位，同时带动触头脱离静触头，将电路切断。(2)继电器是一种根据某种输入信号的变化来接通或断开控制电路，实现自动控制和保护的电器。继电器的种类很多，有电磁式继电器、时间继电器、热继电器、速度继电器等。 继电器的工作方式是当输入量变化到某一定值时，继电器的触头即动作，接通或断开控

10、制电路。其输入量可以是电压、电流等电气量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电气量。继电器的特点是适用于小电流电路，能应用多种信号控制。由于继电器种类繁多，其具体结构不一定相同，但其工作原理基本类似，这里就不再赘述。(3)熔断器是当通过它的电流超过规定值达一定时间后，以它本身产生的热量使熔体熔化，从而分断电路的电器。 熔断器分为瓷插式熔断器和螺旋式熔断器 (4)主令电器主要用于闭合、断开控制电路，以发布命令或信号，达到对电力拖动系统的控制或实现程序控制。像按钮、行程开关、接近开关和光电开关都属于主令电器。2、笼式异步电动机的起动方法 (1)直接启动控制电路 直接启动即启动时把电动机直接接入电网

11、，加上额定电压，一般来说，电动机的容量不大于直接供电变压器容量的 2030时，都可以直接启动。1） 点动控制合上开关 S，三相电源被引入控制电路，但电动机还不能起动。按下按钮 SB，接触器 KM 线圈通电，衔铁吸合，常开主触点接通，电动机定子接入三相电源起动运转。松开按钮SB，接触器 KM 线圈断电，衔铁松开，常开主触点断开，电动机因断电而停转。 2） 直接起动控制 起动过程:按下起动按钮 SB1，接触器 KM 线圈通电，与 SB1 并联的 KM 的辅助常开触点闭合，以保证松开按钮 SBl 后 KM 线圈持续通电，串联在电动机回路中的 KM 的主触点持续闭合，电动机连续运转，从而实现连续运转控

12、制。 停止过程:按下停止按钮 SB2，接触器 KM 线圈断电，与 SB1 并联的 KM 的辅助常开触点断开，以保证松开按钮 SB2 后 KM线圈持续失电，串联在电动机回路中的 KM主触点持续断开，电动机停转。 与SB1 并联的 KM 的辅助常开触点的这种作用称为自锁。图示控制电路还可实现短路保护、过载保护和零压保护。起短路保护的是串接在主电路中的熔断器 FU。一旦电路发生短路故障， 熔体立即熔断，电动机立即停转。 起过载保护的是热继电器 FR。当过载时，热继电器的发热元件发热，将 其常闭触点断开，使接触器 KM 线圈断电，串联在电动机回路中的 KM 的主 触点断开，电动机停转。同时 KM 辅助

13、触点也断开，解除自锁。故障排除后 若要重新起动，需按下 FR 的复位按钮，使 FR 的常闭触点复位（闭合）即 可。 起零压（或欠压）保护的是接触器 KM 本身。当电源暂时断电或电压严 重下降时，接触器 KM 线圈的电磁吸力不足，衔铁自行释放，使主、辅触点 自行复位，切断电源，电动机停转，同时解除自锁。 (2)正反转控制 1）简单的正反转控制 正向起动过程:按下起动按钮SB1，接触器 KM1 线圈通电，与SB1并联的 KM1 的辅助常开触点闭合，以保证 KM1 线圈持续通电，串联在电动机回路中的 KM1 的主触点持续闭合，电动机连续正向运转。停止过程:按下停止按钮 SB3，接触器 KM1线圈断电

14、， 与SB1 并联的 KM1 的辅助触点断开，以保证KM1 线圈持续失电，串联在电动机回路中的 KM1 的主触点持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转。反向起动过程:按下起动按钮 SB2， 与 接触器 KM2 线圈通电， SB2 并联的 KM2的辅助常开触点闭合，以保证线圈持续通电，串联在电动机回路中的 KM2 的主触点持续闭合，电动机连续反向运转。 缺点： KM1 和 KM2 线圈不能同时通电，因此不能同时按下 SB1 和 SB2，也不能在电动机正转时按下反转起动按钮，或在电动机反转时按下正转起动按钮。如果操作错误，将引起主回路电源短路。 2）带电气互锁的正反转控制电路 将接触器 KM1

15、的辅助常闭触点串入 KM2圈回路中，从而保证在 KM1 线圈通电时 KM2线圈回路总是断开的；将接触器 KM2 的辅助常闭触点串入 KM1 的线圈回路中，从而保证在KM2 线圈通电时 KM1 线圈回路总是断开的。 这样接触器的辅助常闭触点 KM1 和 KM2 保证了两个接触器线圈不能同时通电，这种控制方式称为互锁或者联锁，这两个辅助常开触点称为互锁或者联锁触点。缺点：电路在具体操作时， 若电动机处于正转状态要反转时必须先按停止按钮 SB3，使互锁触点 KM1 闭合后按下反转起动按钮 SB2 才能使电动机反转；若电动机处于反转状态要正转时必须先按停止按钮 SB3，使互锁触点 KM2 闭合后按下正

16、转起动按钮 SB1 才能使电动机正转。 3）同时具有电气互锁和机械互锁的正反转控制电路 采用复式按钮，将 SB1 按钮的常闭触点串接在 KM2 的线圈电路中；将SB2 的常闭触点串接在 KM1 的线圈电路中；这样，无论何时，只要按下反转起动按钮，在KM 2线圈通电之前就首先使 KM1 断电，从而保证 KM1 和 KM2 不同时通电；从反转到正转的情况也是一样。这种由机械按钮实现的互锁也叫机械或按钮锁。4）Y降压起动控制按下起动按钮 SB1，时间继电器 KT 和接触器 KM2 同时通电吸合，KM2 的常开主触点闭合，把定子绕组连接成星形，其常开辅助触点闭合，接通接触器 KM1。KM1 的常开主触

17、点闭合，将定子接入电源，电动机在星形连接下起动。KM1 的一对常开辅助触点闭合，进行自锁。经一定延时，KT 的常闭触点断开，KM2 断电复位，接触器 KM3 通电吸合。KM3 的常开主触点将定子绕组接成三角形，使电动机在额定电压下正常运行。与按钮 SB1 串联的 KM3 的常闭辅助触点的作用是：当电动机正常运行时，该常闭触点断开，切断了 KT、KM2 的通路，即使误按 SB1，KT 和 KM2 也不会通电，以免影响电路正常运行。若要停车，则按下停止按钮 SB3，接触器 KM1、KM2 同时断电释放，电动机脱离电源停止转动。（图示 Y降压起动控制）（4）总结： 1）异步电动机有两种直接起动方法：

18、直接起动和降压起动。 直接起动简单、 经济，应尽量采用；电机容量较大时应采用降压起动以限制起动电流，常用的降压起动方法有 Y降压起动、 自耦变压器降压起动和定子串电阻降压起动等。 2）异步电动机的直接起动和正反转控制电路时控制的基本环节，应掌握它们的工作原理和分析方法，明确自锁和互锁的含义和思想方法。 3）首先了解工艺过程及控制要求； 4）搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的控制关系； 5）主电路、控制电路分开阅读或设计； 6）控制电路中，根据控制要求按自上而下、自左而右的顺序进行读图或设计； 7）同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都叫相同的名字； 8）原理图上所有电器，必须按国家

19、统一符号标注，且均按未通电状态表示； 9）继电器、接触器的线圈只能并联，不能串联； 10）控制顺序只能由控制电路实现，不能由主电路实现。二、可编程控制器 PLC 及其应用 可编程控制器是 60 年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器 PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、 操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。控制器和

20、被控对象连接方便。随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到 70 年代中期以后，PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的 PLC 已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID 调节和数据通信功能。 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控

21、制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。1、 PLC 的结构及各部分的作用 可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构

22、。通常由中央处理单元（CPU） 、存储器（RAM、ROM） 、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。 (1)中央处理单元（CPU） CPU 作为整个 PLC 的核心，起着总指挥的作用。CPU 一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU 通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU的功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。（2）存储器（RAM、ROM） 存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放

23、工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有 RAM、EPROM 和 EEPROM。RAM 是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在 RAM 中的用户程序可方便地修改。RAM 存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM 都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。 (3)输入输出单元（I/O 单元） I/O 单元实际上是 PLC 与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O 单元有良好的电隔离和滤波作用。接到 PLC 输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器

24、等。PLC 的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。 (4)电源 PLC 电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC 内有一个稳压电源用于对 PLC 的 CPU 单元和 I/O 单元供电。 (5)编程器 编程器是 PLC 的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入 PLC 的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视 PLC 的工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包， 即可用个人计算机对 PLC 编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。2、 PLC

25、 的工作原理 PLC 采用循环扫描的工作方式，在 PLC 中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC 的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需要的时间称为扫描周期。当PLC处于停止状态时，只进行内部处理和通信操作等服务内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出、一直循环扫描工作。（1）输入处理输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺寻读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的的映像寄存器，在此输入映像寄存器被刷新。接着进入

26、程序执行阶段。在程序执行时，输入映像寄存器与外界隔音，即使输入信号发生变化，其映像寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个周期的输入处理阶段才能被读入信息。(2)程序执行根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址，从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映像寄存器中读出上一个阶段采入的对应输入端子状态，从输出映像寄存器读出对应映像寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映像寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。（3） 输出处理程序执行完毕后，将输出映像寄

27、存器，即器件映像寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。小结：通过一个学期对电气控制技术这门课程的学习，我对这门学科有了一个比较基础的认识。俗话说“机电不分家”，如果说机械是人体的骨架，那么电气就是人体的神经。电气控制技术对机械的正常运行起到至关重要的作用！在近一学期的学习中，特别领略到了周老师严谨的治学态度、深厚的专业功底以及幽默风趣讲课风格！我深深地发现：一学期的学习这门课程是不够的，要想在真正掌握这门技术以后还要坚持不懈的学习才行！将课本中的知识转化成生产的动力，才是学习的意义! 参考文献：【1】齐占庆、王振臣，电气控制技术，北京：机械工业出版社，2002【2】吕炳仁等主编，断续控制系统，北京：电子工业出版社，1999【3】李仁，电器控制，北京：机械工业出版社,1997【4】郑铭芳等主编，低压电器选用维修手册，北京：机械工业出版社，1999【5】王兆义，可编程程序控制器教程，北京：机械工业出版社，1996【6】周军，电器控制及PLC，北京：机械工业出版社，2001【7【陈伯时，电力拖动自动控制系统，北京：机械工业出版社，1997【8】卜云峰，机械工程及自动化简明设计手册，北京：机械工业出版社，2001