电气控制技术在PLC方面的应用

1、电气控制技术在生产实践中的应用摘要：随着电气技术的发展和电气控制技术在生产实践中的广泛应用，熟悉和掌握生产实践中常用电气控制电路的工作原理及常见故障的处理方法，是机械专业大学生必须具备的基本功。本文从电气控制技术的传统控制系统和可编程PLC控制系统两方面出发，通过具体实例来阐述电气控制技术在生产实践中的应用。关键词：电气控制；继电器；PLC；应用 Abstract: With the development of electrical technology and the wide application of electrical control technology in the prod

2、uction practice , to be familiar with and master the electrical control electric circuit principle of work and trouble-shooting processing method is the basic skill of the mechanical professional student. In this article, based on the electrical control technology of traditional control system and P

3、LC control system, we illustrates the electrical control technology application in production practice by concrete examples.Keywords：Electrical control；Electric relay；PLC；Application1. 引言20世纪20年代出现的将接触器、各种继电器、定时器、其它电器及触头按一定逻辑关系连接的继电接触器控制系统,它结构简单、价格便宜、便于掌握等特点在工业控制中广泛运用。随着现代工业的迅猛发展,生产控制的柔性化需要,传统的继电接触器

4、控制系统已经不能满足生产需要;同时计算机技术的迅猛发展也为新的工业控制方法奠定了基础。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，是当代工业生产自动化的主要支柱之一。2. 电气控制技术在生产实践中的应用电气控制技术在生产实践中应用非常广泛，几乎大部分与电相关的产品都必须用到电气控制技术，小到家庭生活，大致航空航天。特别是当今科学技术的发展及应用“机电液”一体化需要，对掌握电气控制技术基础知识显得十分必要。控制部分为两类:一类为传统的以继电器、接触器为主的电气控制系统,其控制逻辑

5、完全由硬件构成;另一类为基于可编程控制器P L C的电气控制系统,其控制逻辑由编程软件来实现。图1为数控机床控制原理图。本文从传统电气控制系统和可编程控制器PLC控制系统两方面出发，通过具体实例来分别阐述电气控制系统在生产实践中的应用。2.1 传统控制系统 传统控制系统为以接触器-继电器为主的电气控制，通过选择接触器、继电器、热继电器等各种电气元件,经过布线、接线与调试,完成传统的硬接线逻辑电路,实现不同的控制要求,如电机起动、正反转、制动等控制功能、机床执行部件的工作循环等。虽然现在社会科技高速发展，但传统控制系统仍在生产实践中得到很大应用，如单相交流电动机的控制，星三角降压启动的压缩机控制

6、，CA6140型卧式车床的电气控制电路等等。下面就CA6140型卧式车床来分析传统控制系统在生产中的应用。2.1.1 CA6140电力拖动要求与控制特点1、主拖动电动机一般选用三相笼型异步电动机，为满足调速设计要求，采用机械变速。主轴要求正、反转，对于小型车床主轴的正反转由拖动电动机正反转来实现；档拖动电动机容量较大时，可由摩擦离合器来实现主轴正反转，电动机只作单向旋转。一般中小型车床的主轴电动机均采用直接起动。当电动机容量较大时，常采用Y-降压起动。停车时为实现快速停车，一般采用机械或电气制动。2、切削加工时，刀具与工件温度较高时需要切削液进行冷却。为此。设有一台冷却泵电动机，且与主轴电动机

7、有着联锁关系，即冷却泵电动机应在主轴电动机启动后方可选择启动与否；当主轴电动机停止时，冷却泵电动机便立即停止。图2 CA6140车床模型3、速移动电动机采用点动控制，单方向旋转，靠机械结构实现不同方向的快速移动。4、路应具有必要的保护环节、安全可靠的照明电路及信号指示。2.1.2 CA6140型卧式车床的电气控制电路（如图3）图3 CA6140型卧式车床的电气控制电路2.1.3 CA6140电气控制电路分析1、主电路分析主电路中共有三台电动机，图中M1为主轴电动机，用以实现主轴旋转和进给运动；M2为冷却泵电动机；M3为溜板快速移动电动机。M1、M2、M3均为三相异步电动机，容量均小于10kW，

8、全部采用全压直接起动皆有交流接触器控制单向旋转。M1电动机由起动按钮SB1，停止按钮SB2和接触器KM1构成电动机单向连续运转控制电路。主轴的正反转由摩擦离合器改变传动来实现。M2电动机是在主轴电动机起动之后，扳动冷却泵控制开关SA1来控制接触器KM2的通断，实现冷却泵电动机的起动与停止。由于SA1开关具有定位功能，故不需自锁。M3电动机由装在溜板箱上的快慢速进给手柄内的快速移动按钮SB3来控制KM3接触器，从而实现M3的点动。操作时，先将快速进给手柄扳到所需移动方向，再按下SB3按钮，即实现该方向的快速移动。三相相电源通过转换开关QS1引入，FU1和FU2作短路保护。主轴电动机M1由接触器K

9、M1控制启动，热继电器FR1为主轴电动机 。M1的过载保护。冷却泵电动机M2由接触器KM2控制启动，热继电器FR2为它的过载保护。溜板快速移动电机M3由接触器KM3控制启动。2、控制电路分析  控制回路的电源由变压器TC副边输出110V电压提供，采用FU3作短路保护。主轴电动机的控制：按下启动按钮SB2，接触器KM1的线圈获电动作，其主触头闭合，主轴电动机M1启动运行。同时KM1的自触头和另一副常开触头闭合。按下停止按钮SB1，主轴电动机M1停车。冷却泵电动机控制：如果车削加工过程中，工艺需要使用却液时，合上开关QS2，在主轴电动机M1运转情况下，接触器KM1线圈获电吸合，其主触头闭

10、合，冷却泵电动机获电运行。由电气原理图可知，只有当主轴电动机M1启动后，冷却泵电动机M2才有可能启动，当M1停止运行时，M2也就自动停止。溜板快速移动的控制：溜板快速移动电动机M3的启动是由安装在进给操纵手柄顶端的按钮SB3来控制，它与中间继电器KM3组成点动控制环节。将操纵手柄扳到所需要的方向，压下按钮SB3，继电器KM3获电吸合，M3启动，溜板就向指定方向快速移动。3、照明、信号灯电路分析控制变压器TC的副边分别输出24V和6V电压，作为机床低压照明灯和信号灯的电源。EL为机床的低压照明灯，由开关SA控制；HL为电源的信号灯，采用FU4作短路保护。 图4 万能车床电路试验台2.1.4 电路

11、的保护环节1、电路电源开关是带有开关锁SA2的断路器QS。机床接通电源时需用钥匙开关操作，再合上QS，增加了安全性。需要送电时，先用开关钥匙插入SA2开关锁中并右旋，使QS线圈断电，再扳动断路器QS将其合上，此时，机床电源送入主电路380V交流电压，并经控制变压器输出110V控制电路、24V安全照明电路、6V信号灯电压。断电时，若将开关锁SA2左旋，则触头SA2(0313)闭合，QS线圈通电，断路器QS断开，机床断电。若出现误操作，QS将在0.1s内再次自动跳闸。2、打开机床控制配电盘壁箱门，自动切除机床电源的保护。在配电盘壁箱门上装有安全行程开关SQ2，当打开配电盘壁箱门时，安全开关的触头S

12、Q2(0313)闭合，将使断路器QS线圈通电，断路器QS自动跳闸，断开机床电源，以确保人身安全。3、机床床头皮带罩处设有安全开关SQ1，当打开皮带罩时，安全开关触头SQ1（031）断开，将接触器KM1、KM2、KM3线圈电路切断，电动机将全部停止旋转，以确保了人身安全。4、为满足打开机床控制配电盘壁箱门进行带电检修的需要，可将SQ2安全开关传动杆拉出，使触头SQ2（0313）断开，此时QS线圈断电，QS开关仍可合上。当检修完毕，关上壁箱门后，将SQ2开关传动杆复位，SQ2保护作用照常起作用。5、电动机M1、M2由FU热继电器FR1、FR2实现电动机长期过载保护；断路器QS实现全电路的过流、欠电

13、压保护及热保护；熔断器FU、FU1至FU6实现各各部分电路的短路保护。此外，还设有EL机床照明灯和HL信号灯进行刻度照明。2.1.5 控制电路故障分析及电路特点1、电气控制电路故障分析CA6140型车床的常见电气故障往往出现在安全开关SQ1、SQ2上，由于长期使用，可能出现松动移位，致使打开床头皮带罩时SQ1（03-1）触电断不开或打开配电盘壁箱门时SQ2(03-13)不闭合而失去人身安全保护作用。另一个故障是断路器QS引起的，当开关锁SA2失灵时将会失去保护作用。应检验将开关锁SA2左旋时断路器QS能否自动跳开，跳开后若又将QS合上后，经过0.1s后QS能否自动跳闸。2、CA6140型卧式车

14、床电气控制电路特点机床由三台电动机拖动，全部单方向旋转，主轴旋转方向的改变、进给方向的改变、快速移动方向的改变都靠机械传动关系来实现。具有完善的人身安全保护环节：设有带钥匙的电源断路器QS、机床床头皮带罩处的安全开关SQ1、机床控制配电箱门上的安全开关SQ2等。2.1.6 传统控制系统总结通过上述对CA6140的控制电路我们可以看出，传统控制电路在生产实践中发挥了很好的控制作用，对机床的各功能的运用起到了决定性作用。2.2 PLC控制系统可编程序控制器简称PLC，是一种以微处理器为核心的、通过数字运算操作的电子系统装置，专为工业现场应用而设计。它采用可编程序的存储器，在存储器内部存储执行逻辑运

15、算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。它结构简单，易于编程，性能优越，可靠性高，灵活通用，使用方便。图5所示为PLC工作过程示意图。图5 PLC的工作过程示意图随着我国工业控制水平的不断提升，可编程控制器（PLC）技术已经在各行各业得到了广泛的应用，如我们每天所遇到的交通控制灯，自动售货机控制，机床剪板机控制等等。下面就自动售货机控制系统来说明PLC控制系统在生产实践中的应用。2.2.1 自动售货机的工艺流程自动饮料机是售汽水和咖啡这两种饮料的，它的售货过程是：首先由顾客按下商品选择开关时，然后顾客投入的硬币(投入硬

16、币的面值和剩余值由PLC驱动数码管显示)经过光传感器感应，再由光传感器驱动硬币识别传感器识别硬币（由于能力有限，在识别硬币上不做具体研究）。如果是无效币则使继电器打开阀门，将硬币退出；如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮币腔，并经硬币识别传感 器将信号送给PLC。最后经顾客选择，同时PLC控制，使PLC的输出口上有相应的信号输出。若贮币腔内无硬币（红外检测器感应）、饮料的量位小于设定值（红外传感器感应）、售货机遭损，系统就报警。大体运行如图6：商品选择开关硬币感应器PLC各种指示灯退币电动机出货电磁阀液位感应器报警图6 自动售货机控制系统硬件组成示意图图 7 自动售货机示意图2.2.2

17、 自动售货机的软件控制要求1、自动售饮料机可投入1角、5角、1元的硬币。2、所售饮料标价：汽水2元，咖啡3元。3、投币总额或现在值显示在7段数码管上。4、当投入的硬币总值超过所购饮料的标价时，所有可购买饮料的指示灯均亮，作可购买提示。（如：当投入的硬币总值超过2元，汽水指示灯亮；当投入的硬币总值超过3元时，汽水、咖啡指示灯均亮）。5、当汽水指示灯亮时，按选择汽水按钮，则排出汽水，7s后自动停止。在这段时间内，汽水指示灯闪烁。6、当咖啡指示灯亮时，按选择咖啡按钮，则排出咖啡，7s后自动停止。在这段时间内，咖啡指示灯闪烁。7、系统根据顾客投入的硬币，判断硬币是否足够，若足够则根据顾客的要求自动售货

18、，投币不足则给出提示。8、购买饮料后，系统自动计算剩余币值，并根据剩余币值提示可购买的饮料（指示灯亮）。9、若投入的硬币总值超过所需的钱数（汽水2元，咖啡3元），则找钱指示灯亮,当按退币控制按钮时，退出找回的钱。10、在报警系统中，PLC只起到开关连接的作用。2.2.3 自动售货机的控制电路（如图8） 本系统是一个小型集中控制系统，PLC选型主要取决于控制系统输入、输出开关信号的数量、用户程序的长短及相关的功能。根据控制要求，I/O点数在48个左右，选择性能价格比较高的三菱FX2n-48MR，其中其输入点为24点，输出点为24点，该PLC为继电器输出型。图 8自动售货机控制电路2.2.4 自动

19、售货机I/O口分配表1所示为自动售货机I/O接口分配表：输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号1角投币感应器ST1X0显示指示灯HL1Y0Y75角投币感应器ST2X1汽水指示灯HL2Y101元投币感应器ST3X2咖啡指示灯HL3Y11汽水按钮SB1X3汽水电磁阀YV1Y12咖啡按钮SB2X4咖啡电磁阀YV2Y131角退币感应器ST4X5无币报警控制YV3Y145角退币感应器ST5X6没有汽水报警YV4Y151元退币感应器ST6X7没有咖啡报警YV5Y16退币控制按钮SB3X10售货机遭破坏报警YV6Y171角剩余钱币感应器ST7X111角传动电机控制YV7Y205角剩余钱币感应器

20、ST8X125角传动电机控制YV8Y211元剩余钱币感应器ST9X131元传动电机控制YV9Y22汽水液位感应器ST10X14退币指示灯HL4Y23咖啡液位感应器ST11X15投币不足指示灯HL5Y24售货机遭破坏感应器ST12X16表1 I/O口分配表2.2.5 自动售货机控制流程图投币计数比 较币价累加币价选 择饮 料汽水选择咖啡选择减去咖啡用币是否退币退币计数钱币倒入退币箱结束饮料不足报警减去汽水用币硬币不足售货机遭破坏钱币不足NY图9 程序流程图2.2.6 程序设计根据自动售货机控制系统的流程可以知道自动售货机的主要系统包括：计币部分、比较部分、选择和饮料供应部分、余额计算部分、退币部

21、分、报警部分。1、计币部分当有顾客购买饮料时，投入硬币时经过光传感器感应，然后由光传感器驱动硬币识别器识别硬币,如果是假币则系统自动退出硬币,如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮存腔,并经光传感器感应，然后在PLC内进行数据运算，否则认为是假币并退出系统，梯形图如图10：图10 计币部分2、比较部分投币完成后，系统会将D1内钱币数据和可以购买的饮料价格进行区间比较：若投币<2元，则指示灯Y24亮，显示投币不足，此时可以继续投币或退币；若2元投币<3元，则汽水选择指示灯长亮，此时可以选择汽水或退币；若投币3元,则汽水和咖啡指示灯长亮,此时可以选择汽水、咖啡或退币。梯形图如图11:图11 比较部分3、选择和饮料供应部分比较完成后，按下指示灯长亮的选择按钮，相应的电磁阀（Y12或Y13）起动，并且相应的选择指示灯由长亮转为以1s为周期的闪烁直至饮料供应完毕后闪烁停止。当饮料输出达到7s时，电磁阀关断。梯形图如图12：图12选择和