机电传动控制课件

机电传动控制 第一章绪论 第一节机电传动及其控制系统的发展概况 一 机电传动的发展成组拖动 第一节机电传动及其控制系统的发展概况 一 机电传动的发展单电机拖动 第一节机电传动及其控制系统的发展概况 一 机电传动的发展多电机拖动 第一节机电传动及其控制系统的发展概况 一 机电传动的发展交直流变速 先有直流后有交流 第一节机电传动及其控制系统的发展概况 瑞士IBAG公司电主轴结构 第一节机电传动及其控制系统的发展概况 二 机电传动控制系统的发展1 继电接触器控制20世纪20 30年代2 顺序控制60年代3 PLC控制60年代末4 数控机床NC5 计算机数控CNC6 加工中心MC 带自动换刀装置的数控机床 7 自适应数控机床AC8 柔性制造系统FMS9 计算机集成制造系统CIMS 第二节机电一体化技术 一 机电一体化 Mechatronics 技术基本概念 机电一体化是指在机构的主动能 动力功能 信息处理功能和可控制功能上引入电子技术 并将机械装置和电子设备以软件等有机结合而构成系统的总称 第二节机电一体化技术 二 机电一体化技术的关键技术自动控制技术检测传感技术信息技术伺服驱动精密机械技术接口技术 第二节机电一体化技术 三 机电一体化技术的发展前景性能上 向高精度 高效率 高性能 智能化的方向发展 功能上 向小型化 轻型化 多功能方向发展 层次上 则向系统化 复合集成化的方向发展 第二章继电器接触器基本控制电路 第一节常用低压电器 交流电1200V以下直流电1500以下分类 1按在电路中所处的地位和作用2按动作方式的不同3按有无触点分等电力拖动控制系统可以分成两大部分 1用于接通和断开电动机的主电路 由电动机及其相关电器元件 如电器主触头 等组成 允许通过较强的电流 2控制电路 只能通过较弱的电流 一般由电器线圈及其辅助触头 按钮 行程开关等组成 第一节常用低压电器 一 接触器作用 在低压电路系统中远距离控制 频繁接通和切断交直流主电路和大容量控制电路的自动控制电器 主要控制对象为交直流电动机 也可用于电焊机 电热设备 照明设备等其他负载的控制 具有大容量的执行机构及迅速熄灭电弧的能力 可以根据故障检测信号 迅速可靠地切断电源 并有欠 零 电压保护功能 第一节常用低压电器 接触器 第一节常用低压电器 构造常开 常闭触点在动作时都行动 但一般先 断开 后 闭合 第一节常用低压电器 常闭触点 接触器原理示意图 常开触点 线圈电源 第一节常用低压电器 第一节常用低压电器 交流接触器交流接触器的主触头用于接通和分断交流主电路 当交变磁通穿过铁心时 特产生涡流和隘滞损耗 使铁心发热 为了减少因涡流和磁滞损耗造成的能量损失 铁心用硅钢片冲制后叠铆而成 为了便于散热 线圈在骨架上绕成扁而厚的圆筒形状 并与铁心隔离 交流接触器的线团匝数较少 故电阻小 当线圈通电而衔铁尚未吸合的瞬间 电流将达到工作电流的10 15倍 如果衔铁被卡住而不能吸合 或频繁动作 线圈将有可能被烧毁 所以 对于要求频繁启停的控制系统不宜采用交流接触器 第一节常用低压电器 第一节常用低压电器 直流接触器直流接触器的主触头用来通断直流主电路 和交流接触器不向 直流接触器的铁心中不会产生涡流和磁滞损耗 放不会发热 为了便于加工 铁心用整块电工软钢制成 为使线圈散热良好 通常将线圈绕制成长而薄的圆筒状 且不设线圈骨架 使线圈和铁心直接接触 由于直流接触器的线圈卞通以直流电 故没有较大的启动电流冲击 铁心和衔铁也44会因电源频率的变化而产生猛烈的撞击 因此直流接触器的寿命比交流接触器长 适用于可靠性要求高或要求频繁动作的场合 第一节常用低压电器 第一节常用低压电器 图形符号 可横画 可竖画 主电路竖画 一般 上开下闭 横画 左开右闭 竖画 第一节常用低压电器 二 继电器作用 继电器广泛应用于自动控制系统中 起控制和保护电路或传递和转换信号的作用 分类 按输入信号可分为电压继电器 中间继电器 电流继电器 时间继电器 速度继电器等 按动作原理可分为电磁式继电器 感应式继电器 电动式继电器 电子式继电器 机械式继电器和热继电器等 其中电磁式继电器应用最为广泛 第一节常用低压电器 一 电磁式继电器分类 电压继电器 根据电压信号动作 过电压式大于 1 05 1 2URT 时动作欠电压式小于 0 2 0 3URT 时动作 第一节常用低压电器 过 欠电压继电器 第一节常用低压电器 一 电磁式继电器分类 中间继电器 本质上是一种电压继电器 作用 信号放大 扩展触头数目 增加控制回路数 第一节常用低压电器 中间继电器 第一节常用低压电器 一 电磁式继电器分类 电流继电器 根据电流信号动作 过电流式欠电流式 第一节常用低压电器 电流继电器 根据电流信号动作 第一节常用低压电器 图形符号 中间继电器的文字符号为K或KM 电压继电器和电流继电器的文字符号分别为KV和KA 第一节常用低压电器 二 热继电器FR作用 过载保护 即电动机过载持续时间较长 超过了允许温升 则会加速电动机的绝缘老化 甚至导致绕组严重过热而烧毁 须对电动机进行过载保护采用热继电器 第一节常用低压电器 热继电器 第一节常用低压电器 热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器 a 三相热元件 b 动断触头 第一节常用低压电器 热继电器 第一节常用低压电器 图形符号 热继电器的文字符号为FR注意 热继电器不能用作短时过载保护 也不能用作短路保护 第一节常用低压电器 三 时间继电器KT时间继电器当线圈通电或断电后 触点经过一定的延时后才能闭合或断开 它在电路中起着控制动作时间的作用 时间继电器的延时方式有两种 即通电延时和断电延时 分类 电磁式时间继电器空气阻尼式时间继电器电动机式时间继电器电子式时间继电器 第一节常用低压电器 电磁式时间继电器 第一节常用低压电器 空气阻尼式时间继电器 空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼作用来达到延时的目的 主要由电磁机构 延时机构及触头三部分组成 其电磁机构有直流和交流两种 通电延时型断电延时型 第一节常用低压电器 空气阻尼式时间继电器 第一节常用低压电器 空气阻尼式时间继电器 第一节常用低压电器 电动机式时间继电器 电动机式时间继电器是利用微型向步电动机俗动减速齿轮较量 并由特殊的电磁机构控制以产生延时的时间继电器它有通电延时和断电延时两种类型 这种时间继电器的优点是延时范围宽 几秒 几小时 延时精度高 打延时时间指尔 调荷方便 其缺点是机械结构复杂 寿命短 不适于频繁操作 体积大 价格较高等 第一节常用低压电器 电子式时间继电器 电子式时间继电器也称晶体管或半导体式时间继电路 采用晶体管或集成电路和电阻 电容等电子元件构成 它是利用RC电路中电容器充电时 电容器上的电压逐渐上升的原理实现延时的 因此 改变充电电路的时间常数 即可整定其延时时间 第一节常用低压电器 时间继电器的图形符号 a 线圈一般符号 b 通电延时线圈 c 断电延时线圈 d 延时闭合常开触头 e 延时断开常闭触头 f 延时断开常开触头 g 延时闭合常闭触头 h 瞬动常开触头 i 瞬动常闭触头 第一节常用低压电器 四 速度继电器KS速度继电器又称反接制动继电器 由于它只能反映电动机的转动方向及电动机是否停转 故主要与接触器配合使用 实现笼型异步电动机的反接制动控制 第一节常用低压电器 速度继电器原理示意图l 转轴2 转子3 定子4 绕组5 摆锤6 7静触头8 9 簧片 第一节常用低压电器 第一节常用低压电器 速度继电器图形符号 a 动合触头 b 动断触头 第一节常用低压电器 三 主令电器主令电器是一种专门用来 发布 电气控制命令的电器 主要用于切换控制电路 以达到控制其他电器动作或实现顺序控制的目的 第一节常用低压电器 一 按钮作用 发布命令 手动发出控制信号以远距离控制接触器 继电器 电磁起动器等 第一节常用低压电器 第一节常用低压电器 按钮的文字符号为SB图形符号 第一节常用低压电器 二 行程开关作用 利用生产机械的行程位置实现电路切换 以控制其运动方向 速度及行程大小 它将机械信号转换为电信号 对生产机械予以必要的保护 用机械部分撞击来发布命令 第一节常用低压电器 直动式 第一节常用低压电器 行程开关 限位开关 第一节常用低压电器 滚动式 滚轮式行程开关 a 外形图 b 原理图1一滚轮2一上转臂3 5 11 弹簧4一套架6 9一压板7一触头8一触间推杆10一小滑轮 第二章继电器接触器基本控制电路 滚动式 第二章继电器接触器基本控制电路 滚动式行程开关 第一节常用低压电器 微动式 微动行程开关原理图1 推杆2 弯形片状弹簧3 常开触头4 常闭触头5 恢复弹簧 第二章继电器接触器基本控制电路 第一节常用低压电器 微动行程开关 第一节常用低压电器 行程开关的文字符号 a 动合触头 b 动断触头 第一节常用低压电器 三 接近开关作用 当生产机械或被检测物体接近它的动作距离范围时 它就发出信号 除了代替有触头行程开关完成一般的行程控制和限位保护外 还可用于位置检测 计数控制 物体存在检测 液面控制 零件尺寸检测等 第一节常用低压电器 第一节常用低压电器 第一节常用低压电器 四 万能转换开关万能转换开关是一种具有多个挡拉 多对触头 可以控制多个回路的控制电器 主要作电路转换之用 第一节常用低压电器 第一节常用低压电器 五 主令控制器主令控制器可以按照预定顺序频繁地切换多个控制回路 与万能转换开关相比 主今控制器的触头容量要大一些 操作挡位也较多 可用作大容量电动机的起动 换向 调速和制动等远距离控制 主令控制器并不是直接控制电动机 而是通过空制接触器 再由接触器控制电动机 因此 主令控制器的触头按小电流进行设计 一般不需要火弧装置 体积小 操作起来也更为轻便 灵活 第一节常用低压电器 四 熔断器熔断器广泛应用于低压配电系统 控制系统及用电设备中 作线路和设备的短路和过载保护 常用熔断器 插入式 无填料密闭管式 有填料封闭管式 螺旋式 快速熔断器等作用 起短路保护作用图形符号FU 第一节常用低压电器 熔断器 第一节常用低压电器 第一节常用低压电器 第一节常用低压电器 五 自动空气开关自动空气开关也称断路器 它主要用来手动或自动地接通和分断负载电路 也可用来不频繁地起动电动机 当电路发生严重过载 短路及欠电压等故障时能自动切断电路 有效地保护电路中的电气设备 分类 按用途分有保护配电线路用 保护电动机用 保护照明线路用及漏电保护用自动空气开关 按结构型式分有框架式 又称万能式 和装置式 又称塑壳式 自动空气开关 按极数分有单极 双极 三极 四极自动空气开关 按限流性能分有不限流和快速限流自动空气开关 按操作方式分有直接手柄操作式 杠杆操作式 电磁铁操作式 电动机操作式自动空气开关 其中 比较常用而且人们也较为沙惯的分类方法是按结构型式分类 第一节常用低压电器 自动开关的图形符号 第二节电气原理图的画法 一 电气原理图及其绘制原则包括主电路 控制电路基本原则 布局合理 排列均匀 便于看图分析主电路用粗线画 放上方或左方L1 L2 L3从左到右按国标给的符号画根据工作原理的要求 同一个电器元件各部分可以分开画在不同的地方所有电器按未得电的常态画 按动作顺序画 第二节电气原理图的画法 二 图形符号和文字符号 第三节异步电动机的启动控制线路 与同容量直流电动机相比 三相异步电动机具有体积小 重量轻 转动惯量小的特点 加之结构简单 价格便宜 维护方便 运行可靠 坚固耐用 因此在工业生产中得到了最为广泛的应用 异步电动机分为鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机 这两种异步电动机的转子构造不同 故起动方法个同 起动控制线路存在很大差别 第三节异步电动机的启动控制线路 异步电动机定子结构 第三节异步电动机的启动控制线路 鼠笼式异步电动机转子结构 第三节异步电动机的启动控制线路 异步电动机磁场工作原理 三相电流 旋转磁场 第三节异步电动机的启动控制线路 一 鼠笼式异步电动机起动控制线路 一 直接启动 全压启动 二 降压启动 三 软启动 第三节异步电动机的启动控制线路 一 鼠笼式异步电动机直接起动控制线路 第三节异步电动机的启动控制线路 二 降压起动控制线路对于大容量电动机来说 如果采用直接起动方式 由于起动电流过大 会引起电源电压的大幅度波动 因此当电动机容量超过供电变压器的5 25 时 必须采用降压起动方式 以限制其起动电流 三相鼠笼式异步电动机的降压起动方式有Y 降压起动 自耦变压器降压起动 定子绕组串电阻降压起动 延边三角形降压起动等 第三节异步电动机的启动控制线路 二降压起动控制线路 1 Y 降压起动控制线路 第三节异步电动机的启动控制线路 2 自耦变压器降压起动控制线路 第三节异步电动机的启动控制线路 3 定子绕组串电阻降压起动控制线路 第三节异步电动机的启动控制线路 4 延边三角形降压起动线路 第三节异步电动机的启动控制线路 4 延边三角形降压起动线路 第三节异步电动机的启动控制线路 二 绕线式异步电动机起动控制线路鼠笼式异步电动机的起动转矩小 起动电流大 因此不能满足某些生产机械需要高起动转矩 低起动电流的要求 绕线式异步电动机可以通过在转于电路中串接电阻 达到减小起动电流 提高转子电路的功率因数和增大起动转矩的目的 1 转子电路串电阻起动控制线路2 转子电路串频敏变阻器起动控制线路 第三节异步电动机的启动控制线路 三 软起动控制线路 电压逐渐升高 控制电机起动电流上升 水泵和风机用得多 也可用软停止节省能源 第四节异步电动机的正反转控制线路 第五节异步电动机的制动控制线路 一 反接制动控制线路反接制动是利用改变电动机电源的相序 使定子绕组产生相反方向的旋转磁场 从而产生制动力矩的制动方法 反接制动电流大 是全压直接起动电流的2倍 因而制动迅速 制动效果好 但冲击效应较大 通常只适用于10LW以下的小容量电动机 为了减小冲击电流 通常在电动机主电路中串接电阻以限制制动电流 这个电阻称为反接制动电阻 反接制动的另一个要求是在电动机转速接近于零时 必须及时切断反相序电源 否则电动机将反向起动运行 第五节异步电动机的制动控制线路 一 反接制动控制线路 第五节异步电动机的制动控制线路 一 反接制动控制线路 第五节异步电动机的制动控制线路 二 能耗制动控制线路所谓能耗制动 是指在电动机脱离三相交流电源后 立即在定子绕组的任意两相通人低压直流电流 使其在电动机内部产生一恒定磁场 由于惯性 电动机仍按原方向继续旋转 转子内产生感应电势和感应电流 该电流与恒定磁场相互作用 产生与转子旋转方向相反的制动力矩 从而使电动机转速迅速下降 达到制动目的 当转速降为零时 转子对磁场无相对运动 转子中的感应电势和感应电流变为零 制动力矩消失 电功机停转 制动过程结束 第五节异步电动机的制动控制线路 二 能耗制动控制线路 第五节异步电动机的制动控制线路 二 能耗制动控制线路 第五节异步电动机的制动控制线路 三 机械制动机械制动是利用机械装置使电动机在断电后迅速停止转动的方法 一般采用电磁抱闸制动 第六节电液控制 一 电磁铁 YA 与电磁阀电磁阀是电液控制系统中的电液控制元件 它将输入的电信号转换为液压信号输出 YA没有自锁功能 靠中间继电器控制得失电 延时用压力继电器控制 第六节电液控制 图a为单电二位二通电磁阀 图b为单电二位二通电磁阀 图c为单电二位四通电磁阀 图d为单电二位五通电磁阀 图e为双电二位四通电磁阀 图f为双电三位四通电磁阀 第六节电液控制 第六节电液控制 二 电液控制动作要求 1 压SQ1加紧YA1得电2 夹紧后工进 YA3得电 进给3 到终点 后退 YA4 YA5得电 YA3失电4 退到原位 松开YA1失电 YA2得电松开5 松开后 取下工件YA2得 动作表 第七节其他基本控制电路 一 点动控制和连续控制线路1 点动控制线路 第七节其他基本控制电路 2 连续控制线路 第七节其他基本控制电路 3 既能点动控制又能连续控制的控制线路 第七节其他基本控制电路 二 多地点控制线路 第七节其他基本控制电路 三 顺序起停控制线路 第七节其他基本控制电路 四 自动循环控制线路 第三章电气控制线路的设计 机床电气设计应包括以下内容 拟定电气设计任务书 技术条件 确定电气传动控制方案 选择电动机 设计电气控制原理图 选择电气元件 并制定电气元件明细表 设计操作台 电气拒及非标准电气元件 设计机床电气设备布置总图 电气安装 编写电气说明书和使用操作说明书 第一节电气控制线路设计的一般原则 一 最大限度满足生产机械和工艺对电气控制线路的要求电气控制线路是为整个生产机械和工艺过程服务的 所以在设计前应深入生产现场 切实掌握生产机械的工艺要求 工作过程 工作方式及生产机械所需要的保护等 第一节电气控制线路设计的一般原则 二 保证控制线路的工作安全 可靠1 电器元件的选择为了保证电气控制线路工作的安全性和可靠性 首先要选用可靠的电器元件 也就是说应尽可能选用机械和电气寿命长 结构坚实 动作可靠 抗干扰性能好的电器 第一节电气控制线路设计的一般原则 2 正确连接电器线圈 第一节电气控制线路设计的一般原则 2 正确连接电器线圈 第一节电气控制线路设计的一般原则 3 正确连接电器线圈 第一节电气控制线路设计的一般原则 3 正确连接电器的触头 第一节电气控制线路设计的一般原则 4 避免多个电器元件依次连通 第一节电气控制线路设计的一般原则 5 电器线圈回路不能串接自身的动断触头 第一节电气控制线路设计的一般原则 6 控制线路中应避免出现寄生电路 第一节电气控制线路设计的一般原则 6 控制线路中应避免出现寄生电路 第一节电气控制线路设计的一般原则 7 避免电路竞争 第一节电气控制线路设计的一般原则 7 避免电路竞争 第一节电气控制线路设计的一般原则 8 电气联锁与机械联锁共用 第一节电气控制线路设计的一般原则 三 在满足生产工艺要求的前提下 控制线路力求经济 简单尽量减少电器元件的品种 规格和数量 同一用途的器件尽可能选用相同品牌 相同型号的产品 以减少备品备件的种类和数量 第一节电气控制线路设计的一般原则 尽量减少不必要的触头 这样不但可以简化线路 而且可以减少出故障的机会 另外可以通过合并同类触头的方法达到减少触头数量的目的 但是应注意合并后的触头容量是否够用 第一节电气控制线路设计的一般原则 尽量缩减连接导线的数量和长度 第一节电气控制线路设计的一般原则 控制线路在工作时 除必要的电器元件外 其余电器应尽量不长期通电 以延长电器元件的使用寿命和节约电能 第一节电气控制线路设计的一般原则 四 应设置必要的保护环节短路保护 熔断器 自动空气开关 第一节电气控制线路设计的一般原则 四 应设置必要的保护环节过电流保护 电流继电器 第一节电气控制线路设计的一般原则 四 应设置必要的保护环节过载保护 热继电器 第一节电气控制线路设计的一般原则 四 应设置必要的保护环节断相保护 具备断相保护机构的三相热继电器 第一节电气控制线路设计的一般原则 四 应设置必要的保护环节零 欠 压保护 第二节电动机容量的选择 功率 电机的功率功率就是实际上能够转换成机械能的所需要的功 即电机轴头输出功率 指电动机所产的功能 力 kw 容量 电机容量是指电机运行是电网需要给电机提供的能量 指电动机容积能装下kva电流 第二节电动机容量的选择 第二节电动机容量的选择 型号 例如Y132S1 2中 Y 表示Y系列鼠笼式异步电动机 132 表示电机的中心高为132mm S 表示中机座 L表示长机座 S表示短机座 2 表示2极电机 额定功率 电动机在额定状态 电压 电流 频率 负载等 下运行时 其轴上所能输出的机械功率称为额定功率 额定速度 在额定状态下运行时的转速称为额定转速 额定频率 电动机在额定运行状态下 定子绕组所接电源的频率 叫额定频率 我国规定的额定频率为50HZ额定电压 额定电压是电动机在额定运行状态下 电动机定子绕组上应加的线电压值 Y系列电动机的额定电压都是380V 第二节电动机容量的选择 额定电流 电动机加以额定电压 在其轴上输出额定功率时 定子从电源取用的线电流值称为额定电流 防护等级 指防止人体接触电机转动部分 电机内带电体和防止固体异物进入电机内的防护等级 8 接法 电机绕组引出端的连接方式 或Y接法 温升 或绝缘等级 指电机超过环境温度的热量 LW值 LW值指电动机的总噪声等级 LW值越小表示电动机运行的噪声越低 噪声单位为dB 工作制 指电动机的运行方式 一般分为 连续 代号为S1 短时 代号为S2 断续 代号为S3 第二节电动机容量的选择 一 电动机容量选择的原则1 发热 温升 max a max最高温升 a绝缘材料允许的最高温升 第二节电动机容量的选择 2 过载能力TLmax Tmax TRTTLmax负载的最大转矩 需计算 电网波动时电动机的过载倍数 0 8 mTRT电动机额定转矩 m Tmax TRT电动机过载倍数 第二节电动机容量的选择 3 启动能力启动转矩就是在启动时候产生的一个比额定转矩大1 7 2 2倍的转矩 这个启动转矩能克服转子的静摩擦和电机所带动的负荷产生的阻力 负载转矩TL 起动转矩Tst st TRT计算方法 统计法和类比法 第二节电动机容量的选择 二 电动机的发热和冷却 一 电动机的发热过程铜耗与电流的平方成正比 而铁耗与机械损耗几乎是不变的 这些损耗都将转变成热能而使电动机发热 二 电动机的冷却过程 第二节电动机容量的选择 由于电动机的发热和冷却都有一个过程 其温升不仅取决于负载的大小 而且与负载的持续时间有关 也就是与电动机的运行方式有关 换句话说 电动机额定功率的大小与其运行方式 亦称为工作制 有关 为了使用上的方便 我国将电动机的运行方式按发热情况分为三类 即连续工作制 短时工作制和重复短时 断续 工作制 并分别按上述原则规定出电动机的额定功率和额定电流 下向将按不向的工作制分别介绍电动机容量的选择 第二节电动机容量的选择 三 不同工作制下电动机容量的选择 一 连续工作制电动机容量的选择连续工作制亦称长期工作制 其特点是电动机的连续工作时间tp 3 4 Th 运行中电动机的温升可以达到稳定值 这一类电动机的产品数量最多 所有铭牌上没有标明工作制的电动机均属于此类 连续工作制电动机的负载有两类 即恒定负载和变动负载 第二节电动机容量的选择 1 带恒定负载时电动机容量的选择PL负载功率 额定功率PRT 第二节电动机容量的选择 例 流量Q 50m3 n 总扬程H 15m 转速n 1450r min 0 4 选择电机解 由设计手册 查 r 液体重度kg m2 1 2 泵和传动装置的效率查产品得 Y1325 4型 PRT 5 5KW nRT 1440转 第二节电动机容量的选择 第二节电动机容量的选择 2 带变动负载时电动机容量的选择 P固定损耗 Ieq为等效电流 第二节电动机容量的选择 P固定损耗 等效电流法 2 等效转矩 转矩T与I正比 3 等效功率 当电动机具有较硬机械特性 第二节电动机容量的选择 二 短时工作制电动机容量的选择某些生产机械工作时间较短tp 3 4 Th 拖动这类机械的电动机的工作特点是工作时温升达不到稳定值 而停车时温升可下降为零 第二节电动机容量的选择 1 选用短时工作制电动机我国生产的专用短时工作制电动机 规定的标准持续运行时间ts是10min 30min 60min及90min四种 这类电动机铭牌上所标的额定功率PRT是和一定的标准持续运行时间ts 相对应的 所以应按实际工作时间tp选择与上述标淮持续运行时间ts相接近的电动机 如果二者不同 则应根据等效功率法换算 第二节电动机容量的选择 然后再按Ps选择电动机的额定功率 并进行过载能力与起动能力的校验 第二节电动机容量的选择 2 选用连续工作制电动机由于短时工作制电动机生产较少 有时也可选用连续工作制电动机用于短时工作方式 显然 如果把这种电动机用于短时工作 而输出功率不变 则电动机运行时将达不到允许温升 因此可以使电动机过载运行 即电动机额定功率PRT应选得比实际负载功率PL 要小 这样才能充分利用电动机的发热能力 第二节电动机容量的选择 电动机短期过载倍数 第二节电动机容量的选择 三 重复短时工作制电动机容量的选择某些生产机械工作一段时间后便停歇一段时间 工作 停歇交替进行 而且时间都较短 的电动机的工作特点是 工作时间tp 3 4 Th及 停车 或空载 时间t0 3 4 Th 工作时间内电动机的温升不能达到稳定温升 停车时间内温升尚未下降到零时 下一个周期又已经开始 这样每经过一个周期 tp t0 温升便有所上升 经过若干个周期后 电动机温升将在一稳定的小范围内波动 第二节电动机容量的选择 三 重复短时工作制电动机容量的选择重复性短时工作制具有重复性与短时性的特点 通常用负载持续率 或暂载率 来表征重复短时工作制的工作情况 第二节电动机容量的选择 1 选用重复短时工作制电动机我国生产的专用重复短时工作制电动机的标准负载持续率 s规定为15 25 40 和60 四种 并以25 为额定负载持续率 sRT 同时规定一个周期的总时间不超过10min 第二节电动机容量的选择 首先根据生产机械的负载图算出电动机的实际负载持续率 s 如果算出的 值与电动机的额定负载持续率 sRT 25 相等 即可从产品目录中查得额定功率PRT 使PRT等于或略大于生产机械所需功率P0 如果算出的 值不等于 sRT 按下式换算 第二节电动机容量的选择 2 选用连续工作制电动机连续工作制电动机的标准负载持续率 s为100 第二节电动机容量的选择 三 电动机容量选择的统计法与类比法统计法 就是对国内外同类型机休所选用的电动机额定功率进行统计和分析 并结合我国的生产实际情况 从中找出电动机容量与机床主要参数之间的关系 并用数学公式加以表达 以此作为设计新机床时选择电动机容量的主要依据 类比法 它是对经过长期运行考验的同类型生产机械的电动机容量进行调查研究 并对其主要参数和工作条件进行对比 从而确定新设计生产机械所需电动机的容量 第三节常用电气元件的选择 一 接触器的选择 一 接触器的基本参数额定工作电压额定工作电流约定发热电流线固额定电压额定通断能力允许操作频率触头动作时间 1 吸合时间 2 释放时间 寿命 第三节常用电气元件的选择 二 接触器的工作制及使用类别额定工作制 使用类别 三 接触器的选用原则使用类别的确定 型式的确定 主电路参数的确定 接触器线圈的电流种类和电压等级应与控制电路相同 辅助触头参数的确定 电寿命的选用 第三节常用电气元件的选择 二 接触器的工作制及使用类别额定工作制 使用类别 三 接触器的选用原则使用类别的确定 型式的确定 主电路参数的确定 接触器线圈的电流种类和电压等级应与控制电路相同 辅助触头参数的确定 电寿命的选用 第三节常用电气元件的选择 一 电磁式继电器的选择 一 电磁式继电器的主要参数 第三节常用电气元件的选择 二 电磁式继电器的选用原则1 电压和电流继电器 1 线圈的电流种类和电压 电流 等级应与负载电路一致 2 根据控制要求确定继电器的类型 过电压或欠电压 过电流或欠电流 触头型式 动合或动断 及其数量 3 额定电压 电流 和动作电压 电流 的选择 过电流继电器 启动电流的1 1 1 3倍整定 欠电流继电器 最小励磁电流的0 85倍 过电压继电器 额定电压的1 1 1 2倍 欠电压继电器 对释放电压值无特殊要求2 中间继电器 触头数量 第三节常用电气元件的选择 三 热继电器的选择1 热继电器的选用原则 1 热继电器与相应的电机匹配 2 热元件据电机额定电流选择 3 热元件的整定电流 4 散热条件 5 热继电器允许的操作频率 第三节常用电气元件的选择 四 时间继电器的选择1 时间继电器的选用原则 线圈 电源 电流种类与电压等级与控制电流相同 按控制电路的要求选择延时方式 通电延时型或断电延时型 触点型式 延时闭合或延时断开 及其数量 对于延时要求不高的场合 电磁式或空气阻尼式时间继电器 对于延时要求较高的场合 选用电动机式或电子式时间继电器 选用时还要考虑操作频率的影响 如果操作频率过高 小仅会影响电寿命 而且还会导致延时动作失调 第三节常用电气元件的选择 五 主令电器的选择1 主令电器的选用原则满足控制电路的电器要求 满足安全要求和防护等级 根据机械设备与行程什关的传力与位移关系选择行程开关头部型式选用时还要考虑操作频率的影响 如果操作频率过高 小仅会影响电寿命 而且还会导致延时动作失调 第三节常用电气元件的选择 六 熔断器的选择 一 熔断器的主要特性1 安秒特性2 短路分断能力 第三节常用电气元件的选择 六 熔断器的选择 二 熔断器选用原则1 熔断器类型的选择2 熔断器额定电压的选择3 熔断器额定电流的选择4 配电系统中保护配合 第三节常用电气元件的选择 七 自动空气开关的选择 1 自动空气开关的额定电压应等于或大于线路额定电压 它与通断能力及使用类别有关 同一个自动空气开关可以有几个额定电压和相应的通断能力及使用类别 2 自动空气开关的额定电流应等于或大于线路计算负载电流 3 自动空气开关的额定短路通断能力应等于或大于线路中可能出现的最大短路电流 4 根据主电路系统对保护的要求 选择脱扣器的形式及额定电压 电流 第四节电气控制线路设计举例 一 电气控制线路的设计方法经验设计法是根据生产工艺要求 凭借设计人员的实际经验 将各种典型的基本控制环节加以合理综合 并适当配置联锁和保护等环节 从而形成满足控制要求的控制线路 如果没有典型控制环节可以来用 则按照生产机械的工艺要求自行设计 具体的做法是 将主令信号经过适当的组合与变换 在一定条件下得到执行元件所需要的工作信号 然后再套用典型控制线路完成设计 由此可见 这种设计方法要求设计人员必须熟悉和掌握大量的典型控制线路 并具有丰富的设讨嗅验 此外还必须深人生产现场 熟悉生产工艺 了解生产机械的性能 第四节电气控制线路设计举例 一 电气控制线路的设计方法逻辑设计法是从满足生产工艺要求的角度出发 利用逻辑代数来设计电器控制线路 同时也可用于线路的分析和简化 这种设计方法较为科学 设计出来的线路比较合理 使用的电器元件和触点可达到最少 但是和经验设计法相比 逻辑设计法比较复杂 难度较大 不易掌握 且容易出错 故在一般的常规设计中很少采用 第四节电气控制线路设计举例 二 电气控制线路设计实例 第四节电气控制线路设计举例 一 横梁升降 夹紧机构的工艺要求1 点动控制按下 横梁升或降松开 升降停止2 升降与夹紧关系升降前先松开 然后升或降松开按钮 夹紧3 有一定夹紧力 KA过电流继电器 4 向上移动不碰横梁 向下不碰刀架 限位 5 联锁 上下移动和主拖动工作台 6 保护 第三节常用电气元件的选择 第五章可编程序控制器 PLC 第一节可编程序控制器概述 一 可编程序控制器的产生20世纪60年代末 美国汽车制造业生产线由继电器控制装置来控制已无法满足生产要求 根据美国通用汽车公司在1968年提出对控制装置的要求 第二年 美国DEC 数字设备公司 根据上述要求 份制出第一台可编程序控制器 称为可编程序逻辑控制器 ProgrammableLogicController 简称PLC 20世纪70年代中期 随着微处理器和微型计算机间世后 人们将微机技术应用到PLC中 使它具有数字运算和数据通信等功能 1980年正式命名为 ProgrammableController 简称PC 中文称可编程序控制器 第一节可编程序控制器概述 第一节可编程序控制器概述 PLC技术代表了当今电器程序控制的世界先进水平 已广泛应用于冶金 石油化工 机械加工 机车制造 轻工食品 能源交通等几乎所有工业领域 PLC与数空技术和工业机器人已成为机械加工自动化的三大支柱 进入20世纪90年代后 美国 德国 日本等工业发达国家 PLC技术已跃居主导地位 特别需要指出 PLC在机械行业的应用有着十分重要意义 据国外资料统计 用于机械行业的PLC销售额占60 其中用于机床的PLC占25 美国 日本 西欧用于机床的PLC每年约100万台 PLC既能改造传统的机械产品成为机电一体化新产品 又适用于生产过程控制 是实现机电一体化的重要手段 是实现用微电子技术改造机械工业的根本方向 第一节可编程序控制器概述 二 可编程序控制器的特点具有高度可靠性 适应各种应用环境使用灵活 通用性强功能完善 适应性强编程直观 简单 易于掌握接口简单 功能强体积小 便于维修 第一节可编程序控制器概述 三 PLC的分类 1 小型PLC 2 中型PLC 3 大型PLC另 根据结构形式分 1 整体式 箱体式 2 机架模块式 第二节可编程序控制器的基本组成和工作原理 一 PLC的硬件 第二节可编程序控制器的基本组成和工作原理 1 中央处理器主要功能是 1 编程时接收并存储从编程器输入的用户程序和数据 并能进行修改或更新 2 以扫描方式接收现场输入装置的信号和数据 并存人输入状态表 即输入继电器 和数据寄存器形成所谓输入映像寄存器 3 从存储器中逐条读出用户程序 经解读用户逻辑 完成用户程序中规定的各种任务 更新输出映像寄存器的内容 4 根据输出锁存电路的有关内容实现输出控制 5 执行各种诊断程序 第二节可编程序控制器的基本组成和工作原理 2 存储器PLC内部存储器用来存放PLC的系统程序 用户程序和各种逻辑变量及数据信息 只读存储器 ROM 内容在使用时只能读出不能写入 它的写入需要使用特殊的方法和设备 一旦写入即使掉电也不会消失 称为固化 ROM主要存放监控程序及已调试好的用户程序 随机存储器 RAM 内容可以随时由CPU对它进行读取 写入 任意修改 但掉电后 信息丢失 用户程序是使用者为PLC完成果一具体控制任务编写的应用程序 用户程序在设计和调试过程中要经常进行读写操作 为了便于调试 修改 扩充 完善 用户程序一般使用RAM存储 第二节可编程序控制器的基本组成和工作原理 3 输入 输出模块是PLC与被控设备的连接部件 输入模块通过输入端子接收现场设备的控制信号 包括开关量和模拟量 如控制按钮 限位开关 传感器信号等 并把这些信号转换成CPU能处理的数字信号 输出模块则接收经中央处理单元处理后的数字输出信号 并把它转换成被控设备能接收的电压或电流信号 以驱功被控装置 包括开关量和模拟量 如电磁阀 接触器 信号灯等 第二节可编程序控制器的基本组成和工作原理 4 扩展接口当PLC主机 基本单元 的点数不够用时 可以通过扩展I O接口连接扩展机 扩展单元 以增加输入和输出点数 5 电源部件电源部件将外部提供的交流电转换成y比内部正常工作所需的直流电 它是主机的重要组成都分 6 编程器和其他外设PLC需要通过编程器输入 检查 修改 完善和调试程序况 也需要它在线监控PLC的工作情况编程器是PLC最主要的外围设备 PLC也可以配置其他设备 如打印机 显示器 EPROM写入器和盒式磁带机等 第二节可编程序控制器的基本组成和工作原理 二 PLC的软件1 系统软件系统软件亦称系统程序 是由PLC厂家编制的 用来管理 协调PLC的各部分工作 充分发挥硬件功能的程序 通常被固化在ROM中与PLC一起提供给用户 系统程序一般包括功能 1 初始化 2 系统自诊断 3 命令识别与处理 4 用户程序编译 5 模块子程序及调用管理 2 应用软件应用软件也称为应用程序 同一厂家生产的同一型号PLC其系统软件是相同的 但用户用以控制的对象和解决问题不同 所编制的应用程序是不同的 第二节可编程序控制器的基本组成和工作原理 三 可编程序控制器的基本工作原理1 可编程序控制器的等效电路 第二节可编程序控制器的基本组成和工作原理 1 输入部分这部分的作用是收集被控设备的信息的操作命令 它由外部输人信号 如按钮 行程开关 传感器等信号 PLC输人接线端子和输入继电器组成 2 内部控制电路该电路的作用是根据用户规定的逻辑关系 对输入信号和输出信号的状态进行运算 处理和判断 然后得到相应的输出 3 输出部分输出部分由输出继电器的一个外部动合触点 输出接线端子和外部电路组成 其作用是驱动外部负载 第二节可编程序控制器的基本组成和工作原理 2 可编程序控制器的工作方式 1 输入采样阶段当PLC开始工作时 微处理器首先扫描输入点 将输入点的状态 接通为 1 断开为 0 读人输入映像寄存器中储存 2 用户程序执行阶段PLC在程序执行阶段 一般从用户程序存储器的最低的地址 0000 存放的第一条指令开始 按地址递增的方向顺序扫描 即从上至下 由左至右 分别从输入映像寄存器和输出映像寄存器中获取所需数据进行逻辑处理和算术运算 再将运算的结果写入输出映像寄存器中保存 3 输出处理阶段程序执行阶段开始 每一步所得到的输出信号被送到输出映像寄存器中 但并没有送到输出锁存电路 相当于输出信号被输出门阻隔 待全部程序执行完后 输出映像寄存器中的内容送到输出锁存电路 再去驱动用户输出设备 这才是PLC的真正输出控制 第二节可编程序控制器的基本组成和工作原理 PLC经过这三个阶段的工作过程 称为一个扫描周期 然后 再从头开始扫描 周而复始的进行工作 实现对生产过程的连续控制 值得注意的是 PLC工作过程最大特点是采用集中采样和集中输出 即当PLC工作在程序执行阶段或输出阶段时 输入映像寄存器与外界隔离 即使外部输入发生变化 它的输入寄存器内容也不会变化 直到下一个扫描周期的输入采样阶段输入扫描 同理 暂存在输出映像寄存器中的输出信号 要等到一个扫描周期结束后 输出映像寄存器的内容才集中送至输出锁存电路 实现对执行机构的控制 因此 输入 输出状态的保持为一个扫描周期 由上述可知 PLC与继电控制的主要区别之一是工作方式不同 继电接触器控制是按 并行 方式工作的 只要形成电流通路 可以同时有几个电路动作 而PLC是以扫描方式工作的 它不断循环地顺序逐条执行程序 任何一时刻它只能执行一条指令 PLC的这种串行工作方式可避免继电接触器控制的触点竞争和时序失配问题 第二节可编程序控制器的基本组成和工作原理 四 C系列P型可编程序控制器1 C系列F型可编程序控制器型号表示方法 1 基本单元 2 扩展I 0单元 3 专用单元2 基本单元和扩展单元3 系统的配置4 PLC的技术性能 第三节PLC编程元件及编程语言 一 C系列P型可编程控制器常用编程器件1 输入继电器输入继电器是PLC接收外部开关或敏感元件信号的 窗口 它与PLC的输入端子相连可提供无限多个动合触点和动断触点供内部编程时使用 输入继电器只能由外部信号驱动 而不能由程序来驱动 第三节PLC编程元件及编程语言 输入继电器采用十六进制编码 其号码值根据基本单元和扩展单元的型号而定 第三节PLC编程元件及编程语言 2 输出继电器输出继电器是PLC上将输出信号传送给外部负载的器件 输出继电器按程序执行的结果而被驱动 它有无限多动合触点 动断触点供编程时使用 但只有一对动合触点供外部使用 第三节PLC编程元件及编程语言 输出继电器也采用十六进制编号 号码值根据基本单元和扩展单元的型号而定 第三节PLC编程元件及编程语言 3辅助继电器 1 内部辅助继电器 MR 内部辅助继电器的作用同继电器接触器控制电路中的中间继电器类似 但其可带有无限多动合触点和动断触点供编程使用 C系列P型PLC内部辅助继电器有136个 采用4位十六进制编码 分成9个通道 其编号从10CH 18CH 其规律如下10CH1000 101511CH1100 1155 18CH1800 1807 第三节PLC编程元件及编程语言 2 保持继电器 HR 当电源中断时 保持继电器能保持它们原来的状态 这样 在电源恢复供电时 保持继电器可使某些被控制对象保持电源断电前的状态 这种继电器之所以能保持电源切断前的状态 是因为他们采用后备电池 锂电池保持供电 P型PLC有160仍个保持继电器 采用了3位十六进制编码 分10个通道 每个通道有16个具体如下 HR000 HR015HR100 HR115 HR900 HR915 第三节PLC编程元件及编程语言 3 暂存继电器 TR 在编程时 当从一个点分出几个输出线圈 而在分支点之后要连接接点时 必须使用暂存继电器 TR C系列P型PLC提供了8个暂存继电器 其编号从TR0至TR7 4 专用辅助继电器 SMR 专用辅助继电器是用来监视PLC的操作 根据需要它们可以在编程时被使用 P型PLC专用辅助继电器有16个 其编号为1808 1907 第三节PLC编程元件及编程语言 4 定时器定时器的作用是提供限时或定时操作 相当于继电接触控制系统中的时间继电器 定时器的线圈由PLC内各元件的触点来驱动 当定时器线圈导通时 定时器开始计时 即从预置值 或称设定值 升始递减 当预置值减至0时 即定时时间到 共动合触点闭合 动断触点断开 并停止定时 若它的线圈一直处于导通状态 那么它的动合触点一直闭合 而动断触点一直断开 反之 若线圈由导通变为关断时 则其触点恢复常态 即动合触分断 动断触点闭合 若计时过程中 定时器线圈失电 则停止计时 定时器复位 各定时器线圈再导通时 不论先前已计时至何值 定时器总是从预置值开始重新计时 在P型PLC中 有定时器和高速定时器 预置值为十进制数1 9999 固定时器的时标单位为0 1s 所以定时器的定时范围为0 999 9s 高速定时器的时标单位为0 01s 因此高速定时器的定时范围为0 99 99s 第三节PLC编程元件及编程语言 5 计数器和可逆计数器计数器的作用是提供计数操作 在P型PLC中 有计数器 CNT 和可逆计数器 CNTR 它们的线圈由PLC内各元件的触点来驱动 且都有无限多个动合触点和动断触点供编程使用 都是预置计数器 其计数值由编程器没定 6 数据存储区数据操作以通道为单位 所以数据存贮区DM的编号只有二位数字 在P型PLC中 共有64个数据通道 其编号为DM00 DM63 数据存贮区用来保持16位数据 在电源掉电时 DM保持掉电前的内容 当使用高速计数器时 数据存贮区的32个通道DM322 DM63用来设置计数的上下限区 第三节PLC编程元件及编程语言 二 可编程序控制器的编程语言1 梯形图梯形图在形式上类似于继电器控制的电气原理图 仍沿用继电器的线圈 触点 串联与并联等术语和图形符号 梯形因由若干个阶梯组成 每个阶梯可出多个支路组成 支路最右边是各种编程器件的线圈 线圈的左边由各器件的接点组成 两侧的竖线类似继电控制线路的电源线 称为母线 右边的竖线可不画 第三节PLC编程元件及编程语言 2 语句表指令语句表类似计算机的汇编治言 用助记符缩写符号进行编程 每条指令出三部分组成 地址 或序号 指令名称 功能 数据 继电器编号 定时及计数没定值 每条指令分别让PLC执行某一动作 第三节PLC编程元件及编程语言 3 逻辑功能图这种方式基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图来表达 一个控制系统的整体功能可分解成许多相对独立的功能块 每一种功能使用一个运算方块 其运算功能由方块内的符号决定 常用 与 或 非 三种逻辑关系表达控制逻辑 块与块之间可以顺序执行 也可以根据条件分别执行或者循环转移执行 把一个系统的各个动作按顺序逻辑关系用一个图来描述出来即为逻辑功能图 4 高级语言随着高档可编程控制器的发展 PLC的功能越来越强