电气控制技术.

1、电气控制技术在生产实践中的应用Electrical con trol tech no logy applied in product on practice摘要电气控制技术是一门多学科交叉的技术，是实现工业生产自动化 的重要技术手段。为满足生产机械的工艺要求，在设计之前必须对生 产机械的性能、结构特点和实际情况有充分的了解， 并在此基础上来 考虑控制方式、起动、各种联锁及保护装置，一般控制线路应安全可 靠、操作和维护方便，设备投资少等。本文主要从继电接触器控制系 统和可编程序控制系统两方面来介绍电器控制技术在工业生产中的 应用。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.关键字：继电器(Power relay )可编程控制器(ProgrammableCon troller)引言电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新 的要求而得到迅速发展的.从最早的手动控制发展到自动控制，从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有接触的硬接线继电器控制 系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进

5、的科学技 术成果。可编程序控制器(PLC)将计算机的功能完善、通用性、灵活 性好的优点与继电接触器控制系统的结构简单、价格便宜、便于掌握 等特点有机结合，在现代工业控制中得到广泛应用，是现代工业生产自动化的主要支柱之一虽然现在对某些控制过程的原理还不是十分的了解，我相信通过后来的学习渐渐地会逐渐的解决。 通过这门课的前一部分是对低压电 器的介绍，是最传统最常用的控制电器，低压电器主要包括接触器、 继电器等电器，就是用这些最基本的电器组成了控制系统。如果没有 这些控制系统，我们的许多控制是无法实现的，可以说接触继电器控 制系统对我们的工业控制发挥了巨大的作用，没有接触继电器控制的逐渐发展就没有我

6、们工业的发展。正文：1继电器接触器的作用及其在生产中的应用1.1接触器基本介绍接触器（Contactor）是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场， 使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（铁心，静 铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。 其原理是当接触器的电磁线圈通电后， 会产生很强的磁场，使静铁心 产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头 闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹 簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开。在电 工学上，因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流 控制（某些型别可

7、达800安培）电路的装置，所以经常运用于电动机做 为控制对象，也可用作控制工厂设备、电热器、工作母机和各样电 力机组等电力负载，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电 压释放保护作用。接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制。 是自动控制系统中的重要元件之一。1.2继电器基本介绍及其分类当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使 被控量发生预定的阶跃变化的一种电器就成为继电器。1.21继电器的基本介绍继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和 被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的 控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种

8、 “自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当输 入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，继电器被所控制的输 出电路导通或断开。输入量可分为电气量(如电流、电压、频率、功 率等)及非电气量(如温度、压力、速度等)两大类。继电器具有动 作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、 自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。1.22继电器的主要分类(1)电磁式继电器 保护与调节的作用1-0:电磁式继电器在电气控制中起控制、 ,以实现控制过程中的自动化。BD放大、联锁、kL工虑电陆(2 )固态继电器(SSR :固态继电器是一种两个接线端为输入端， 另两个接线端

9、为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出 的电隔离。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。 按隔离型式可分为混合型、变压 器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。(3) 时间继电器：时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延 时控制的控制电器。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型 等。时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。(4 )热继电器：热继电器是依靠电流流过发热元件时产生的热，是双 金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种电器，主要用于电动机的过载保护、断电及电流不平衡与性的保护以及其它电气设备发热状态 的控制。1.23继电

10、器的作用继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通 讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件 之一。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、 频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器 的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理 和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：（1）扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时， 可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。（2）

11、放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的 控制量，可以控制很大功率的电路。（3 ）综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电 器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。（4）自动、遥控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一 起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。1.3继电器与接触器的区别接触器是一种用来频繁的接通断开（交流、直流）负荷电流的电 磁式自动切换电器，主要用来控制电动机、电焊机、电容器等设备。 具有低压释放的保护功能，使用与频繁操作和远距离控制。接触器的 主要特点有：（1）由电信号驱动（2 ）控制大电流电路（3 ）接通断开电 路。继电器是一种根

12、据某种输入信号的变化（多种信号）来接通或断 开控制电路，以实现制动控制和保护的电器。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，主要 以用于小电源电路。1.4接触器在电机控制中的应用图1 3是用交流接触器控制异步电动机的主电路、控制电路和 有关的波形图。接触器的结构和工作原理与继电器的基本相同，区别仅在于继电器触点的额定电流较小，而接触器是用来控制大电流负载 的，例如它可以控制额定电流为几十安至几千安的异步电动机。按下起动按钮SBI，它的常开触点接通，电流经过 SBI的常开触点和停止 按钮SB2作过载保护用的热继电器 FR的常闭触点，流过交流接触 器KM的线圈

13、，接触器的衔铁被吸合，使主电路中的 3对常开触点闭合，异步电动机M的三相电源被接通，电动机开始运行，控制电路中 接触器KM的辅助常开触点同时接通。放开起动按钮后，SBI的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2 FR的常闭触点流过 KM的线圈，电动机继续运行。KM的辅助常开触点实现的这种功能称 为“自锁”或“自保持”，它使继电器电路具有类似于 R-S触发器的 记忆功能。-380V1-3导步电动机控制电路在电动机运行时按停止按钮 SB2,它的常闭触点断开，使 KM的 线圈失电，KM的主触点断开，异步电动机的三相电源被切断，电动 机停止运行i同时控制电路中KM的辅助常开触点断开。当停止按钮

14、SB2被放开，其常闭触点闭合后，KM的线圈仍然失电，电动机继续保 持停止运行状态。图1.3给出了有关信号的波形图，图中用高电平表 示1状态（线圈通电、按钮被按下），用低电平表示0状态（线圈断电、 按钮被放开）。图1.3中的控制电路在继电器系统和 PLC的梯形图中被大量 使用，它被称为“起动-保持-停止”电路，或简称为“起保停”电路。2、可编程序控制器及其应用1、PLC的介绍可编程控制器，简称 PLC（Programmable logic Controller ）, 是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。是一种专门为在工业 环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序 的存

15、储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数 和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按 易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成 一个不可拆卸的整体。模块式 PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、 电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。丄丄丄b丄输入接口1gj国粘團输出接口11IIJ J J J 丄计算机耳炬设备一PLC的硬件

16、纟吉帕示意图2、PLC的工作原理PLC采用的是循环扫描工作方式。在PLC中,用户程序按照先后顺 序存放在PLC中,工作时CP从第一条指令开始执行，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勺工作过程可分为五个阶段：自诊断、与计算机或编程器等 通信、读入现场信号、执行用户程序、输出结果，这五个阶段称为一 个扫描周期。采用循环扫描的工作方式，是PLC区别于微机和其他控制设备的 最大特点。3.PLC特点(1) 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成 电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰 技术，具有很高的可靠性。

17、例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故 障时间高达30万小时。一些使用冗余 CPU勺PLC的平均无故障工作 时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同 等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚 至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还 可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及 设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就 不奇怪了。(2) 配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。 可以用

18、于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年 来PLC的功能单元大量涌现，使 PLC渗透到了位置控制、温度控制、 CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的 发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。(3) 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它 接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符 号与表达方式和继电器电路图相当接近， 只用PLC的少量开关量逻辑 控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、 不懂计算机原

19、理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方 便之门。(4) 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线， 使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(5) 体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm重量 小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现 机电一体化的理想控制设备。4.PLC的应用4.1 PLC在数控机床中的应用形式：数控机床中所用的PLC可分为两类：一类是专

20、为实现数控机床顺 序控制而设计制造的内装型PLC(built-in Type)，另一类是那些输 入输出技术规范，输入输出点数、程序存储容量以及运算和控制功能 等均能满足数控机床控制要求的独立型 PLC(Stand-alone Type)。“内装型” PLC(或称“内含型” PLC “集成式” PLQ从属于 CNC装置，PLC与 NC间的信号传送在CNC装置内部即可实现。PLC与 MT间则通过CNCt入/输出接口电路实现信号传送“独立型” PLC又称“通用型” PLC独立型PLC是独立于CNC装置， 具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务的装置。 在数控机床中，PLC是数控机床的大脑

21、，何时进刀，何时退刀，刀量 多少，工件的加工流程及所有要控制的操作都要由 PLC发出指令，机 床的限位开关等机械控制部分以及液压控制部分也会应用到PLC通过计算机与PLC的组合，实现对刀架换刀的准确控制。4.2、PLC在数控机床中的工作流程PLC在数控机床中的工作流程，和通常的 PLC工作流程基本上是 一致的，分为以下几个步骤：(1) 、输入采样：输入采样，就是PLC以顺序扫描的方式读入所 有输入端口的信号状态，并将此状态，读入到输入映象寄存器中。当 然，在程序运行周期中这些信号状态是不会变化的，除非一个新的扫描周期的到来，并且原来端口信号状态已经改变，读到输入映象寄存器的信号状态才会发生变化

22、。（2）、程序执行：程序执行阶段系统会对程序进行特定顺序的扫 描，并且同时读入输入映像寄存区、输出映像寄存区的读取相关数据， 在进行相关运算后，将运算结果存入输出映像寄存区供输出和下次运 行使用。（3）、出刷新阶段：在所指令执行完成后，输出映像寄存区的所 有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存 器中，通过特定方式输出，驱动外部负载。4.3、PLC在数控机床中的控制功能：（1）、操作面板的控制。操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制信号先是进入 NC然后由NC送到PLC 控制数控机床的运行。机床操作面板控制信号，直接进入PLC控制机床的运行。（2）、机床

23、外部开关输入信号。将机床侧的开关信号输入到送入 PLC，进行逻辑运算。这些开关信号，包括很多检测元件信号（如：行 程开关、接近开关、模式选择开关等等）（3）、输出信号控制：PLC输出信号经外围控制电路中的继电器、 接触器、电磁阀等输出给控制对象。（4）、功能实现。系统送出T指令给PLC经过译码，在数据表 内检索，找到T代码指定的刀号，并与主轴刀号进行比较。如果不符， 发出换刀指令，刀具换刀，换刀完成后，系统发出完成信号。（5）、M功能实现。系统送出M指令给PLC经过译码，输出控制 信号，控制主轴正反转和启动停止等等。 M指令完成，系统发出完成 信号。4.4、PLC对外围电路的控制数控机床通过P

24、LC对机床的辅助设备进行控制，PLC对对外围电 路的控制来实现对辅助设备的控制的。PLC接受NC的控制信号以及 外部反馈信号，经过逻辑运算、处理将结果以信号的形式输出。输出 信号从PLC的输出模块输出，有些信号经过中间继电器控制接触器然 后控制具体的执行机构动作，从而实现对外围辅助机构的控制。 有些 信号不需要通过中间环节的处理直接用于控制外部设施，比如说，有些直接用低压电源驱动的设备（如：面板上的指示灯）。也就是说每 一个外部设备（使用PLC控制的）都是由PLC的一路控制信号来控制 的，也就是说每一个外部设备（使用 PLC控制的）都在PLC中和一个 PLC输出地址相对应。PLC对外围设备的控制，不仅仅是要输出信号控制设备、设施的 动作，还要接受外部反馈信号，以监控这些设备设施的状态。在数控 机床中用于检测机床状态的设备或元件主要有，温度传感器、震动传感器、行程开关、接近开关等等。这些检测信号有些是可以直接输入 到PLC的端口，有些必须要经过一些中间环节才能够输入到PLC的输入端口。无论是输入还是输出，PLC都必须要通过外围电路才能够控制机 床的辅助设施的动作。在PLC和外围电路的关系中，最重要的一点就 是外部信号和