电动机与电气传动（第二部分）

17.电动机机与电电气传传动（（考试试大纲纲）17．．1熟悉电电气传传动系系统的的组成成及分分类17．．2了解电电动机机的选选择17．．3掌握交交、直直流电电动机机的起起动方方式及及起动动校验验17．．4掌握交交、直直流电电动机机调速速技术术17．．5掌握交交、直直流电电动机机的电电气制制动方方式及及计算算方法法17．．6掌握电电动机机保护护配置置及计计算方方法17．．7熟悉低低压电电动机机控制制电器器的选选择17．．8了解电电动机机调速速系统统性能能指标标17．．9了解传传动系系统动动态指指标的的运用用17．．10了解调调节理理论在在电气气传动动工程程中的的运用用17．．11熟悉PLC的组成成及工工作原原理17.电动机机与电电气传传动17．．5交、直直流电电动机机的电电气制制动方方式及计算算方法法电动机机需要要迅速速而准准确地地停机机时，，尤其其是对对于某某些位位能负负载（（如电电梯、、提升升机、、起重重机等等），，为防防止需需要停停止的的机械械产生生滑动动，应应采用用利用用摩擦擦阻力力的机机械制制动方方式。。常用用的机机械制制动设设备主主要有有：电电磁制制动器器、电电动—液压制制动器器、带带式制制动器器和圆圆盘制制动器器。在需要要迅速速减速速、准准确停停车以以及限限制重重物下下放速速度的的场合合，经经常使使用方方便、、灵活活的电电气制制动方方案。。电动机机与电电气传传动17．．5交、直直流电电动机机的电电气制制动方方式及及计算算方法法17．．5．．1能耗制制动能耗制制动是是将运运转中中的电电动机机从电电源断断开，，并改改接为为发电电机，，使电电能在在其绕绕组中中消耗耗（必必要时时还可可消耗耗在外外接电电阻中中）的的一种种电制制动方方式。。各种种电动动机能能耗制制动的的性能能见下下表表17·5－1各种电动机能耗耗制动的性性能电动机与电电气传动17．5交、直流电电动机的电电气制动方方式及计算算方法17．5．．2回馈制动回馈制动是是使电动机机转速大于于理想空载载转速，将将电能返回回电源系统统的一种电电制动方式式。各类电电动机采用用回馈制动动时的接线线方式、制制动特性以以及适用的的场所见下下表。表17．5－2回馈制动的的性能电动机与电电气传动17．5交、直流电电动机的电电气制动方方式及计算算方法17．5．．3反接制动反接制动是是将异步电电动机的电电源相序反反接或将直直流电动机机的电源极极性反接而而产生制动动转矩的一一种电制动动方式。各各类电动机机采用反接接制动时的的接线方式式、制动特特性及适用用的场所见见下表。表17．5－3反接制动的的接线方式式和制动特特性电动机与电电气传动17．5交、直流电电动机的电电气制动方方式及计算算方法17．5．．4变频器传动动中的制动动状态（1）动力制动动利用设置在在直流回路路中的制动动电阻吸收收电动机的的再生电能能的方式称称为动力制制动。图17·5－－1动力制动单单元电动机与电电气传动17．5交、直流电电动机的电电气制动方方式及计算算方法17．5．．4变频器传动动中的制动动状态（2）回馈制动动图17·5－2再生能量回回馈的原理理图和转矩矩特性a）带变压器的的SCR有源逆变回回馈电路b）转矩特性T=F（f）l一矢量控制制电动运行行2一矢量控制制制动运行行和U／f控制电动、、制动运行行电动机与电电气传动17．5交、直流电电动机的电电气制动方方式及计算算方法17．5．．4变频器传动动中的制动动状态（3）采用共用用直流母线线的多逆变变器传动共用直流母母线方式可可以用于多多机传动系系统。图17·5－3共用母线方方式a）多台变频器器在共用直直流均衡母母线上控制制多台电动动机运行b）多台变频器器用共用直直流母线方方式控制多多台电动机机运行电动机与电电气传动17．5交、直流电电动机的电电气制动方方式及计算算方法17．5．．4变频器传动动中的制动动状态（4）直流制动动通用变频器器向异步电电动机的定定子通直流流电时（这这意味着逆逆变器中某某3个桥臂短时时间内连续续导通，不不再换相）），异步电电动机便处处于能耗制制动状态。。图17·5－4利用DC制动实现准准确停车时序关系静态机械特特性电动机与电电气传动17．6电动机保护护配置及计计算方法（掌握）电动机的保保护应根据据电动机的的类型、功功率大小、、使用场所所以及所拖拖动的生产产机械的重重要程度等等因素而定定。通常，，对于每台台电动机至至少应装设设短路保护护，对于功功率为3kW以上连续运运转的电动动机还应该该加设过载载保护，频频繁起、制制动的电动动机难以用用热继电器器实现过载载保护，可可用过电流流继电器实实现过电流流保护，以以防止电动动机因堵转转而损坏。。电动机与电电气传动17．6电动机保护护配置及计计算方法（（掌握）19．7．．1交流电动机机的保护（1）短路保护护交流电动机机的短路保保护应满足足下述要求求：1）当电动机机端子处发发生相间短短路，或者者对于中性性点直接接接地系统中中发生单相相接地短路路时，保护护装置应尽尽快切断故故障电路。。2）当电动机机正常起、、制动及自自起动时，，保护装置置不应误动动作。短路保护宜宜采用熔断断器或具有有瞬时动作作（或短延延时）脱扣扣器的低压压断路器；；对个别功功率较大的的重要电动动机，也可可采用过电电流继电器器，作用于于低压断路路器。如果采用由由过电流继继电器作用用于接触器器的短路保保护装置，，应校验接接触器的最最大分断能能力，不能能满足要求求时不宜采采用。电动机与电电气传动17．6电动机保护护配置及计计算方法（（掌握）17．6．．1交流电动机机的保护（1）短路保护护电动机短路路保护的元元件可按下下述要求装装设：1）在中性点点直接接地地的系统中中，应在每每相上装设设。2）在中性点点不接地的的系统中，，以熔断器器作保护时时，应在每每相上装设设；用低压压断路器作作保护时，，应在不少少于两相上上装设。此此时，要注注意同一系系统中的保保护装置应应装在相同同的两相上上。原则上，每每台电动机机应装设单单独的保护护装置。只只有在总电电流不超过过20A时，才允许许数台电动动机共用一一套保护装装置。经常有人操操作的绕线线转子电动动机采用过过电流继电电器保护时时，宜采用用自动复归归的过电流流继电器。。经常无人人操作的场场所，宜选选用手动复复归的过电电流继电器器。电动机与电电气传动17．6电动机保护护配置及计计算方法17．6．．1交流电动机机的保护（1）短路保护护采用低压断断路器作短短路保护时时，脱扣器器的整定电电流可按下下式确定：：Idz＝Kk1Is式中Idz——低压断路器器瞬时（短短延时）过过电流脱扣扣器整整定电电流（A）;Is——被保护电动动机的起动动电流（A）;Kk1——可靠系数，，短延时及及瞬时动作作时间大于于20ms的低压断路路器，一般般取1.35，瞬时动作作时间小于于20ms的低压断路路器，一般般取1.7～2。电动机与电电气传动17．6电动机保护护配置及计计算方法17．6．．1交流电动机机的保护（1）短路保护护校验灵敏度度为式中Klx—两相短路时时的相对灵灵敏系数，，一般取0.87；—电动机端子子上三相短短路电流的的最小值（（A）。采用熔断器器作短路保保护时，其其熔体电流流可由下式式计算确定定式中Is—电动机起动动电流α—决定于起动动状况和熔熔断器类型型的系数，，其值为2～4。电动机与电电气传动17．6电动机保护护配置及计计算方法（（掌握）17．6．．1交流电动机机的保护(2)过载保护电电动机机的过载保保护装置可可按下列要要求装设：：1）容易过载载或堵转的的电动机，，以及由于于起动或自自起动条件件沉重而需需要限制起起动时间或或防止起动动失败的电电动机，必必须装设过过载保护装装置。2）重复短时时和短时工工作制的电电动机及3kW以下长期工工作的电动动机可不装装设。3）同步电动动机应装设设过载保护护，并做为为失步保护护。过载保护一一般采用热热继电器或或带长延时时脱扣器的的低压断路路器，对大大功率的重重要的电动动机，应采采用反时限限特性的过过电流继电电器．过载载保护一般般用以切断断电动机电电源实现保保护。必要要时可采用用发出警告告信号或使使电动机自自动减载。。电动机与电电气传动17．6电动机保护护配置及计计算方法（（掌握）17．6．．1交流电动机机的保护(2)过载保护有堵转可能能的电动机机（如电动动闸阀等）），当短路路保护装置置不能适用用其堵转要要求时，应应装设定时时限过电流流保护，其其时限应保保证电动机机起动时保保护装置不不动作。连续运转和和移动设备备应装设防防止两相运运行的保护护装置，但但符合下列列情况之一一者可不装装设：1）运行中定定子为星形形联结，且且装有过载载保护者。。2）经常有人人监督，能能及时发现现断相故障障者．3）用低压断断路器作线线路保护者者。防止两相运运行的保护护，可采用用带断相保保护的三相相热继电器器或其他专专用保护器器件。电动机与电电气传动17．6电动机保护护配置及计计算方法（（掌握）17．6．．1交流电动机机的保护(2)过载保护当采用长延延时脱扣器器低压断路路器做过载载保护时，，脱扣器的的整定电流流可按下式式计算Idz＝Kk2IN式中Idz——低压断路器器长延时脱脱扣器整定定电流（A）；IN——电动机的额额定电流（（A）；Kk2——可靠系数，，一般取Kk2=1.1。。根据起动时时间的长短短，选择长长延时脱扣扣器的安秒秒特性。按按规定，脱脱扣器额定定电流在50A以下时，通通过6倍动作电流流的可返回回时间有大大于1s和大于3s两种；当脱脱扣器额定定电流为50A以上时，通通过6倍动作电流流的可返回回时间有大大于3s及大于8s或大于15s等三种。电动机与电电气传动7．6电动机保护护配置及计计算方法17．6．．1交流电动机机的保护（3）欠电压保保护1）电动机的的欠电压保保护可按下下列要求装装设：①电动机一一般应装设设瞬时动作作的欠电压压保护元件件；但对功功率不超过过10kW的电动机，，当工艺和和保安条件件允许自起起动时，可可不装设。。②不需要和和不允许自自起动的重重要电动机机，应装设设短延时的的欠电压保保护，其延延时的时限限应比自动动重合闸和和备用电源源自动合闸闸的时限大大一级。③需要随时时自起动的的重要电动动机，不装装设欠电压压保护；但但按保安条条件，在停停转后不允允许自起动动时，或因因分级自起起动而要切切除时，应应设长延时时的失电压压保护，其其延时时间间应根据机机组的全部部惰行时间间决定，一一般为5～10s。④具有备用设设备时，为为了在电源源被取消后后能及时断断开电动机机而投入备备用设备，，可装设瞬瞬时动作的的失电压保保护或短延延时的欠电电压保护元元件。电动机与电电气传动17．6电动机保护护配置及计计算方法17．6．．1交流电动机机的保护（3）欠电压保保护2）欠电压保保护一般由由起动器或或接触器来来实现。当当控制回路路与主回路路不是接在在同一电源源电路时，，应在主回回路装设欠欠电压继电电器。当主主回路电压压过低时，，通过欠电电压继电器器自动切断断控制回路路。对②和和③项所述述的重要电电动机，当当采用起动动器或接触触器作为控控制设备时时，应在控控制回路中中采取措施施，防止起起动器或接接触器在电电压瞬时降降低或中断断时自行释释放。电动机与电电气传动17．6电动机保护护配置及计计算方法17．6．．1交流电动机机的保护（3）欠电压保保护3）欠电压保保护的动作作电压整定定值Udz可按下述要要求整定：：①对于一般般三相交流流感应电动动机，当负负载转矩为为100％额定转矩矩时，取Udz=0.7UN（UN为电源额定定电压），，当负载转转矩为50％额定转矩矩时，取Udz=0.5UN②对于同步电电动机分为为无强励时：：Udz=0.7～0.75UN有强励时：：Udz=0.5UN动作时限为为10s。强励装置的的动作电压压为Udz=0.85～0.9UN4）整定时间一一般要求延延时的时限限大于备用用电源自动动合闸装置置的动作时时间，通常常可取1～10s。需要自起动动的电动机机，应分别别视生产工工艺要求的的重要程度度来整定欠欠电压保护护的时间。。越是重要要的电动机机其时限越越长。电动动机机与与电电气气传传动动17．．6电动动机机保保护护配配置置及及计计算算方方法法17．．6．．2直流流电电动动机机的的保保护护直流流电电动动机机应应装装设设短短路路保保护护装装置置，，并并应应根根据据不不同同情情况况分分别别装装设设过过载载、、弱弱磁磁、、欠欠电电压压、、过过电电压压、、超超转转速速等等保保护护元元件件。。直流流电电动动机机的的短短路路保保护护应应满满足足下下述述要要求求：：（1）当当电电动动机机端端子子处处发发生生短短路路时时，，保保护护装装置置应应尽尽快快切切断断电电源源。。（2）当当电电动动机机正正常常起起动动时时，，保保护护装装置置不不应应误误动动作作。。电动动机机的的短路路保保护护可采采用用熔熔断断器器、、带带瞬瞬时时动动作作脱脱扣扣器器的的低低压压断断路路器器，，也也可可以以采采用用作作用用于于接接触触器器动动作作的的过过电电流流继继电电器器。。对对于于大大功功率率电电动动机机和和采采用用晶晶闸闸管管变变流流器器供供电电的的电电动动机机，，应应采采用用快快速速断断路路器器。。短路路保保护护所所用用器器件件，，可可以以只只在在一一个个极极上上装装设设，，但但同同一一系系统统中中均均应应装装在在同同一一极极上上。。电动动机机与与电电气气传传动动17．．6电动动机机保保护护配配置置及及计计算算方方法法17．．6．．2直流流电电动动机机的的保保护护每台台电电动动机机应应装装设设单单独独的的短短路路保保护护装装置置，，采采用用过过电电流流继继电电器器保保护护时时，，对对于于经经常常有有人人操操作作的的场场所所，，宜宜选选用用自自动动复复归归的的过过电电流流继继电电器器，，而而对对于于经经常常无无人人操操作作的的场场所所，，则则宜宜选选用用手手动动复复归归的的过过电电流流继继电电器器。。过过电电流流继继电电器器或或低低压压断断路路器器脱脱扣扣器器的的动动作作整整定定值值，，一一般般按按电电动动机机最最大大工工作作电电流流的的110％～115％进行行整定定。除串励励电动动机外外，均均需装装设弱磁保保护．复励励电动动机的的弱磁磁保护护，应应考虑虑电动动机在在起动动过程程中的的电枢枢反应应的去去磁作作用，，此时时应选选用带带短延延时的的欠电电流继继电器器。弱弱磁保保护动动作整整定值值，一一般按按电动动机最最小励励磁工工作电电流值值的80％进行行整定定。电动机机与电电气传传动17．．6电动机机保护护配置置及计计算方方法17．．6．．2直流电电动机机的保保护对有可可能出出现超超速运运转的的电动动机，，如卷卷扬机机、轧轧机等等机械械传动动用的的电动动机，，应装装设超速保保护元件。。通常常超速速保护护采用用离心心式转转速继继电器器，超超速保保护动动作整整定值值，按按电动动机最最高工工作转转速的的110％～115％进行行整定定。采用发发电机机供电电时，，应装装设过电压压保护护装置。。过电电压保保护的的动作作整定定值，，一般般按发发电机机额定定电压压（单单独发发电机机供电电时，，则按按电动动机端端的额额定电电压））的110％～115％进行行整定定。电动机机一般般应具具有瞬瞬时动动作的的失电压压保护护，由接接触器器来实实现。。当控控制回回路与与主回回路由由不同同电源源供电电时，，应在在主回回路装装设低低电压压继电电器，，以保保证当当主回回路断断电时时能自自动切切断控控制回回路电电源。。电动机机与电电气传传动17．．7低压电电动机机控制制电器器的选选择（熟悉悉）17．．7．．1隔离器器的选选择隔离器器主要要用来来隔离离电源源，一一般不不用于于直接接接通通或断断开负负载，，选择择时应应重点点考虑虑：（1）额定定电压压隔隔离离器的的工作作电压压应大大于或或等于于线路路的工工作电电压。。（2）额定定电流流隔隔离离器的的额定定电流流应大大于或或等于于线路路（计计算））的工工作电电流。。（3）分断断负载载能力力刀刀开开关的的分断断电流流能力力与操操作方方式、、工作作电压压和有有无灭灭弧室室等有有关，，其值值与额额定电电流IN的关系系见下下表。。刀开关的结构类型断开电流值交流cosφ=0.7直流T=0.1s380V500V220V440V中央手柄无负载时切断电路中央杠杆侧面杠杆侧面手柄未装有灭弧室0.3IN0.2IN装有灭弧室IN0.5ININ0.5IN电动机机与电电气传传动17．．7低压电电动机机控制制电器器的选选择（熟悉悉）1７．７７．1隔离器器的选选择（4）最大大短时时（1s）耐受电电流能能力当线路路发生生短路路时，，过大大的短短路电电流峰峰值将将可能能使刀刀开关关的触触点弹弹出，，或者者由于于短时时过大大的热热容量量而使使其触触点被被熔焊焊。因因此，，刀开开关允允许的的最大大短时时（1s）耐受电电流（（见下下表））必须须大于于或等等于线线路最最大预预期短短路电电流。。表17．7－2Fll～F14单投刀刀开关关及Fll～F13双投刀刀开关关的技技术数数据额定电流（A）100200400600100015003000机械寿命（次）100001000010000500050005000电寿命（次）100010001000500500最大短时（1s）耐受电流（有效值）（kA）6102025304060最大短时耐受电流峰值（kA）手柄式1520304050杠杆式203040506080125电动机机与电电气传传动17．．7低压电电动机机控制制电器器的选选择（熟悉悉）17．．7．．1隔离器器的选选择如果不不能满满足此此条件件，亦亦可选选用F5或F6等熔断断器式式刀开开关，，见下下表。。表17．7－3熔断器器式刀刀开关关的技技术数数据型号约定发热电流（A）接通和分断能力额定熔断短路电流cosφ=0.25（最大预期峰值电流）（kA）机械寿命接通次数电寿命接通次数～380Vcosφ=0.35接通（A）～380Vcosφ=0.35分断（A）～660Vcosφ=0.65接通/分断（A）HR5-100100100080030050（100）3000600HR5-2002001600120060050（100）3000600HR5-40040032002400120050（100）1000200HR563063050403780189050（100）1000200HR6-160160/100*128096048050（100）HR6-250250/20020001500750HR6-400400/315320024001200HR6-630630/425504037801890电动机机与电电气传传动17．．7低压电电动机机控制制电器器的选选择（熟悉悉）17．．7．．2断路器器的选选择保护电电动机机用的的断路路器，，其可可调式式瞬时时过电电流脱脱扣器器的整整定电电流调调节范范围为为3～6倍或8～12倍脱扣扣器额额定电电流；；其不不可调调式瞬瞬时过过电流流脱扣扣器的的整定定电流流为5（或10）倍脱脱扣器器额定定电流流，动动作电电流值值与整整定电电流值值的误误差不不大于于土10％。（3）长延延时动动作的的过电电流脱脱扣器器整定定值Izd＞KIjs（A））式中Ijs——线路计计算电电流（（A）。。长延时时动作作的过过电流流脱扣扣器在在电动动机长长期过过载（（＜20min）20％％时应动动作，，而在在电动动机起起动时时不应应动作作。延时可可调式式过电电流脱脱扣器器的整整定电电流调调节范范围为为0.7～l.0倍脱扣扣器额额定电电流，，返回回电流流值为为其整整定值值的100％。不不可调调式过过电流流脱扣扣器的的返回回电流流值亦亦为整整定值值的100％。电动机机与电电气传传动17．．7低压电电动机机控制制电器器的选选择（熟悉悉）17．．7．．3熔断器器的选选择熔断器器的熔熔断电电流，，取决决于流流过熔熔体的的工作作电流流、周周围介介质的的温度度、熔熔断器器的预预热情情况和和电动动机的的起动动时间间等。。熔断断器一一般不不作过过载保保护用用，而而是作作长期期工作作制电电动机机的起起动和和短路路保护护。（1）对于于减压压起动动的交交流电电动机机，选选用熔熔断器器熔体体的额额定电电流等等于或或略大大于电电动机机的额额定电电流。。（2）对于于直接接起动动的笼笼型异异步电电动机机，若若熔断断器的的熔体体选得得过小小，造造成某某一相相熔断断，会会发生生电动动机单单相运运转烧烧毁事事故。。所以以熔体体额定定电流流值IRN与起动动电流流及起起动时时间应应适当当配合合，即即IRN＝KIs式中Is——起动电电流（（A）；；K——随起动动时间间而定的的系数数，见见右表表。

起动时间（s）K值＜30.25～0.353～80.4～0.5＞8或起动频繁或带反接制动0.5～0.6电动机机与电电气传传动17．．7低压电电动机机控制制电器器的选选择（熟悉悉）17．．7．．3熔断器器的选选择（3）熔断断器熔熔体的的熔断断时间间与起起动设设备的的动作作时间间要配配合好好，当当短路路电流流超过过起动动设备备的极极限分分断电电流时时，要要求熔熔体的的熔断断时间间小于于起动动设备备的分分断时时间，，以免免损坏坏起动动设备备。如如果不不能满满足条条件，，可以以采用用下列列方法法之一一；1）改用用快速速动作作的低低压断断路器器。2）选用用较大大分断断电流流的起起动设设备。。电动机机与电电气传传动17．．7低压电电动机机控制制电器器的选选择（熟悉悉）17．．7．．4接触器器的选选择选用原原则如如下：：（1）按使使用类类别选选用，，见表表1７．７７－6和表表表1７．７７－7。通常常交流流接触触器的的电寿寿命指指标大大都是是指AC－－3负载下下的参参数。。由于于其电电寿命命几乎乎与实实际断断开电电流的的二次次方成成反比比，如如在AC－－3下电寿寿命为为100万次的的接触触器用用于AC－－4时，其其电寿寿命降降低到到不足足3万次。。因此此，用用于AC－－4时，必必须降降容使使用。。通常常视AC－－4负载所所占比比重的的大小小而确确定降降容的的多少少。如如小于于10％时降降容一一个等等级，，大于于10％时降降容两两个等等级。。表1７．７７－6交流接接触器器的使使用类类别及及控制制对象象表17．7－7直流接接触器器的使使用类类别及及控制制对象象电动机机与电电气传传动17．．7低压电电动机机控制制电器器的选选择（熟悉）17．．7．．5保护继继电器器的选选择有关保保护用用继电电器的的选用用请参参考表表1７．７７－8．表17．7－8主要的的保护护用继继电器器的选选用17．．9传动系系统动动态指指标的的运用用（了了解））传动系系统动动态指指标的的运用用涉及及到调调节器器的设设计，，比较较复杂杂，此此处不不做详详细介介绍仅仅举几几个例例题。。例1、自动动调节节器由由比例例（））、积积分（（）、、微分分（））三种种调节节规律律组成成。A．PB．IC．DD．PID答案：：A、B、C17．．9传动系系统动动态指指标的的运用用（了了解））例2、比例积积分调调节器器能消消除系系统的的偏差差，实实现无无差调调节；；比例例微分分调节节器的的作用用增加加调节节系统统的响响应速速度。。综合合比例例积分分和比比例微微分调调节器器的特特点，，可以以构成成（））PID，它是一一种比比较理理想的的调节节器，，既能能及时时的调调节，，又能能实现现无差差调节节，对对滞后后及惯惯性较较大的的调节节对象象（如如温度度）具具有较较好的的调节节质量量。A．比例积积分调调节器器B．比例微微分调调节器器C．比例积积分微微分调调节器器答案：C17．9传动系统动动态指标的的运用（了了解）例3、自动调节器器的基本结结构有（））、（）、、（）三部部分组成。。A．比较部分B．测量部分C．放大部分D．反馈部分答案：A、C、、D17．9传动系统动动态指标的的运用（了了解）例4、工业自动化化仪表的输输入、输出出信号多采采用直流信信号，其优优点有（））A．在仪表的信信号传输过过程中，直直流信号不不受交流感感应的影响响，容易解解决仪表的的抗干扰扰问题。B．直流信号不不受传输线线路电感、、电容的影影响，不存存在相位移移问题。C．直流信号便便于模／数数和数／模模转换，因因而仪表便便于同数据据处理设备备、电子计计算机等连连接。D．直流信号容容易获得基基准电压，，如调节器器的给定值值等。答案：A、B、C、D17．9传动系统动动态指标的的运用（了了解）例5、由调节设备备（仪表））和调节对对象构成的的具有自动动调节功能能的统一体体，称为自自动调节系系统。自动动调节系统统主要有测测量元件（（如一次元元件，变送送器）、计计算仪表、、（）、执执行器、调调节机构（（如阀门、、挡板）、、（）等组组成。A．调节器B．调节单元C．调节设备D．调节对象答案：B、D17．9传动系统动动态指标的的运用（了了解）例6、在设计一个个调节系统统时，应考考虑哪些安安全保护措措施才能使使系统安全全运行？（（）A．系统应有安安全的供电电电源B．系统应有手手动／自动动双向无扰扰切换的功功能C．系统应有报报警功能，，如参数越越限报警、、仪表故障障报警、断断电、断信信号报警。。D．系统应考虑虑调节器输输出限幅、、抗积分饱饱和并能保保持执行机机构位置不不动等功能能。答案：B、C、D17．10了解调节理理论在电气气传动工程程中的运用用典型环节的的传递函数数及系统动动态结构图图19·10·1系统各主要要环节的特特性和传递递函数将一个环节节或系统，，在零初始始条件下，，输出量的的拉氏变换换与输入量量的拉氏变变换之比定定义为这个个环节或系系统的传递递函数。现代的交、、直流调速速系统都不不外乎由电电动机、晶晶闸管变流流装置、触触发装置和和电子调节节器等环节节组成。下下面将分别别讨论各环环节的传递递函数。（1）调节器的的传递函数数1）常用调节节器在在电气传动动系统中，，广泛使用用的各种具具有运算功功能的线性性电子调节节器，运算算放大器N是其核心部部分。根据据其输入和和反馈的阻阻容元件接接法的不同同，可构成成不同的调调节器。电电子调节器器的一般型型式如图19·11－1a所示。图19·11－1电子调节器器a）一般型式式b）电子调节节器框图c）两个输入入通道的调调节器17．10了解调节理理论在电气气传动工程程中的运用用典型环节的的传递函数数及系统动动态结构图图19·10·1系统各主要要环节的特特性和传递递函数（1）调节器的的传递函数数1）常用调节节器当电子调节节器以Ui（S）为输入量，，Uo（S）为输出量时时，其传递递函数为17．10了解调节理理论在电气气传动工程程中的运用用典型环节的的传递函数数及系统动动态结构图图19·10·1系统各主要要环节的特特性和传递递函数（2）直流电动动机的传递递函数在直流调速速系统中，，最常用的的电动机为为他励直流流电动机。。由上面两式式可得恒定定磁场下，，考虑反电电动势影响响时，电动动机的结构构框图如图图19·11－8a所示。若忽忽略电动势势的影响，，可简化为为图19·11－8b。图19·11－8不考虑电源源内阻电流流连续时直直流电动机机结构框图图a）考虑电动动势扰动b）不考虑电电动势扰动动17．11熟悉PLC的组成及工工作原理19．13．1PLC的组成PLC是微机技术术和继电器器常规控制制概念相结结合的产物物，是在程程序控制器器、1位微处理机机控制器和和微机控制制器的基础础上发展起起来的新型型控制器。。从广义上上讲，PLC是一种计算算机系统，，只不过它它比一般计计算机具有有更强的与与工业过程程相连接的的输入输出出接口，具具有更适用用于控制要要求的编程程语言，具具有更适应应于工业环环境的抗干干扰性能。。因此，PLC是一种工业业控制用的的专用计算算机，它的的实际组成成与一般微微型计算机机系统基本本相同，也也是由硬件件系统和软软件系统两两大部分组组成。例117．11熟悉PLC的组成及工工作原理17．11．1PLC的组成（l）PLC的硬件系统统PLC的硬件系统统由主机系系统、输入入输出扩展展部件及外外部设备组组成。1）主机系统统PLC的主机系统统由中央处处理单元、、存储单元元、输入单单元、输出出单元、输输入输出扩扩展接口，，外围设备备接口以及及电源等部部分组成。。各部分之之间通过内内部系统总总线进行连连接，如下下图所示。。17．11熟悉PLC的组成及工工作原理17．11．1PLC的组成2）输入输出出扩展环节节输入入输出扩展展环节是PLC输入输出单单元的扩展展部件，当当用户所需需的输入输输出点数或或类型超出出主机的输输入输出单单元所允许许的点数或或类型时，，可以通过过加接输入入输出扩展展环节来解解决。输入入输出扩展展环节与主主机的输入入输出扩展展接口相连连有两种类类型：简单单型和智能能型。简单单型的输入入输出扩展展环节本身身不带中央央处理单元元，对外部部现场信号号的输入输输出处理过过程完全由由主机的中中央处理单单元管理，，依赖于主主机的程序序扫描过程程。通常，，它通过并并行接口与与主机通信信，并安装装在主机旁旁边，在小小型PLC的输入输出出扩展时常常被采用。。智能型的的输入输出出扩展环节节本身带有有中央处理理单元，它它对生产过过程现场信信号的输入入输出处理理由本身所所带的中央央处理单元元管理，而而不依赖于于主机的程程序扫描过过程。通常常，它采用用串行通信信接口与主主机通信，，可以远离离主机安装装，多用于于中大型PLC的输入输出出扩展。3）外部设备备PLC的外部设备备主要是编编程器、彩彩色图形显显示器、打打印机等。。17．11熟悉PLC的组成及工工作原理17．11．1PLC的组成（2）PLC的软件系统统PLC除了硬件系系统外，还还需要软件件系统的支支持，它们们相辅相成成，缺一不不可，共同同构成PLC。PLC的软件系统统由系统程程序（又称称系统软件件）和用户户程序（又又称应用软软件）两大大部分组成成。1）系统程序序系统统程序由PLC的制造企业业编制，固固化在PROM或EPROM中，安装在在PLC上，随产品品提供给用用户。系统统程序包括括系统管理理程序、用用户指令解解释程序和和供系统调调用的标准准程序模块块等。2)用户程序用用户程程序是根据据生产过程程控制的要要求由用户户使用制造造企业提供供的编程语语言自行编编制的应用用程序。用用户程序包包括开关量量逻辑控制制程序、模模拟量运算算程序、闭闭环控制程程序和操作作站系统应应用程序等等。17．11熟悉PLC的组成及工工作原理17．11．2PLC的工作过程程（1）PLC的工作过程程PLC上电后，就就在系统程程序的监控控下，周而而复始地按按固定顺序序对系统内内部各种任任务进行查查询、判断断和执行，，这个过程程实质上是是一个不断断循环的顺顺序扫描过过程。一个个循环扫描描过程称为为扫描周期期。PLC采用周期扫扫描机制，，简化了程程序设计，，提高了系系统可靠性性。具体表表现在：在在一个扫描描周期内，，前面执行行的任务结结果，马上上就可被后后面将要执执行的任务务所用；可可以通过设设定一个监监视定时器器来监视每每个扫描周周期的时间间是否超过过规定值，，避免某个个任务进入入死循环而而引起的故故障，PLC的工作过程程如图所示示。17．11熟悉PLC的组成及工工作原理17．11．2PLC的工作过程程（1）PLC的工作过程程PLC在一个扫描描周期内基基本上要执执行以下六六个任务。。l）运行监控任任务2）与编程器器交换信息息任务3）与数字处处理器（DPU）交换信息任任务4）与外部设设备接口交交换信息任任务5）执行用户户程序任务务6）输入输出出信息处理理任务17．11熟悉PLC的组成及工工作原理17．11．2PLC的工作过程程（2）PLC的输入输出出过程PLC的工作方式式是周期扫扫描方式，，所以其输输入输出过过程是定时时进行的，，即在每个个扫描周期期内只进行行一次输入入和输出的的操作。PLC周期性的输输入输出处处理方式对对一般控制制对象而言言是能够满满足的，但但是对那些些要求响应应时间小于于扫描周期期的控制系系统则不能能满足，这这时可以用用智能型输输入输出单单元或专门门的软件指指令，通过过与扫描周周期脱离的的方式来解解决。17．11熟悉PLC的组成及工工作原理17．11．3PLC的中断输入入处理过程程PLC的中断输人人处理方法法同一般计计算机系统统是基本相相同的，即即当有中断断申请信号号输入后，，系统要中中断正在执执行的相关关程序而转转向执行中中断子程序序；当有多多个中断源源时，它们们将按中断断的优先级级有一个先先后顺序的的排队处理理。系统可可以通过程程序设定允允许中断或或禁止中断断。PLC对中断的响响应不是在在每条指令令执行结束束后进行，，而是在扫扫描周期内内某一个任任务完成后后进行，如如图19．13－7所示。PLC的中断源有有优先顺序序，一般无无嵌套关系系，即在中中断程序执执行中，如如果有新的的中断发生生，无论它它的优先顺顺序如何，，都不能中中断正在执执行的中断断程序。只只有在原中中断处理程程序结束后后，再进行行新的中断断处理。17．11熟悉PLC的组成及工工作原理17．11．4PLC的工作原理理PLC的工作原理理与计算机机的工作原原理是基本本一致的。。它通过执执行用户程程序来实现现控制任务务。但是，，在时间上上，PLC执行的任务务是串行的的，与继电电器逻辑控控制系统中中控制任务务的执行有有所不同。。PLC的工作过程程如上所述述，可以看看到，整个个工作过程程是以循环环扫描的方方式进行的的。17．11．5PLC硬件选择方方法随着PLC控制的普及及与应用，，PLC产品的种类类和数量越越来越多，，而且功能能也日趋完完善。近年年来，从美美国、日本本、德国等等国引进的的PLC产品及国内内厂家组装装或自行开开发的产品品已有几十十个系列，，上百种型型号。目前前在国内应应用较多的的PLC产品主要包包括：美国国AB、GE、、MODICON公司、德国国西门子公公司，以及及日本OMRON、三菱公司等等的PLC产品。因此此PLC的品种繁多多，其结构构型式、性性能、容量量、指令系系统、编程程方法、价价格等各有有自己的特特点，适用用场合也各各有侧重。。因此，合合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的的技术经济济指标起着着重要的作作用。期性性的输入输输出处理方方式对一般般控制对象象而言是能能够满足的的，但是对对那些要求求响应时间间小于扫描描周期的控控制系统则则不能满足足，这时可可以用智能能型输入输输出单元或或专门的软软件指令，，通过与扫扫描周期脱脱离的方式式来解决。。选择恰当的的PLC产品去控制制一台机器器或一个过过程时，不不仅能考虑虑应用系统统目前的需需求，还应应考虑到那那些包含于于工厂未来来发展目标标的需要。。如果能够够考虑到未未来的发展展将会用最最小的代价价对系统进进行革新和和增加新功功能。若考考虑周到，，则存储器器的扩充需需求也许只只要再安装装一个存储储器模块即即可满足；；如果具有有可用的通通信口，就就能满足增增加一个外外围设备的的需要。对对局域网的的考虑可允允许在将来来将单个控控制器集成成为一个厂厂级通信网网。若未能能合理估计计现在和将将来的目标标，PLC控制系统会会很快变为为不适宜的的和过时的的。17．11．5PLC硬件选择方方法1．PLC机型的选择择对于工艺过过程比较固固定、环境境条件较好好（维修量量较小）的的场合，往往往选用整整体式结构构的PLC机型为好。。反之，应应考虑选用用模块单元元式机型。。机型选择择的基本原原则应是在在功能满足足要求的前前提下，保保证可靠、、维护使用用方便以及及最佳的功功能价格比比。具体应应考虑以下下几方面要要求：（1）性能与任任务相适应应（2）PLC的处理速度度应满足实实时控制的的要求（3）PLC机型尽可能能统—（4）指令系统统（5）机型选择择的其他考考虑（6）是否在线线编程17．11．5PLC硬件选择方方法2、PLC容量估算PLC容量包括两两个方面；；一是I／O的点数，二二是用户存存储器的容容量。（1）I／O点数的估算算根据据被控对象象的输入信信号和输出出信号的总总点数，并并考虑到今今后调整和和扩充，一一般应加上上10％～15％的备用量量。（2）用户存储储器容量的的估算用用户应用用程序占用用多少内存存与许多因因素（如I／O点数、控制制要求、运运算处理量量、程序结结构等）有有关存储器器容量的选选择一般有有两种方法法。1）根据编程程实际使用用的节点数数计算这这种方法法可精确地地计算出存存储器实际际使用容量量，缺点是是要编完程程序之后才才能计算。。2）估算法用用户可可根据控制制规模和应应用目的，，按下面给给出的公式式进行估算算。开关量输入入：所需存存储器字数数＝输入点点数×10开关量输出出：所需存存储器字数数＝输出点点数×8定时器／计计数器；所所需存储器器字数＝定定时器／计计数器数量量×２模拟量：所所需存储器器字数＝模模拟量通道道数×100通信接口：：所需存储储器字数＝＝接口个数数×300根据存储器器的总字数数再加上一一个备用量量。生产企业通通常为其每每个产品提提供一条经经验法则公公式，可用用于对存储储容量做近近似的估计计。这个公公式是将I／O的总数乘以以一常数（（常数通常常在3到8之间选取））。17．11．5PLC硬件选择方方法3、PLC输入／输出出模块的选选择（2）输人模块的的确定PLC的输人模块用用来检测来自自现场（按钮