机械电器控制绪论

第一章绪论机器和机构的总称。人为的实体组合；各运动实体之间具有确定的相对运动；传递运动、力和改变运动形式、能量转化。电气是电能的生产、传输、分配、使用和电工装备制造等学科或工程领域的统称。指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。为了“改善”某个或某些受控对象的功能或发展，需要获得并使用信息，以这种信息为基础而选出的、于该对象上的作用，就叫作控制。机械电气控制自动化机械电气控制自动化机器的组成机器原动机部分执行部分传动部分控制或操作部分原动机部分原动机部分也称动力部分，是机器的动力来源。其作用是把其它形式的能量转换成机械能，以驱动机器各部分运动。常用的有电动机和内燃机。机器的组成原动机一般有电动机、液压装置和气动装置。但最主要的动力设备仍然是各种类型的电动机。由电动机通过传动机构带动主机中的工作机构进行工作，这种拖动方式称为电力拖动。执行部分执行部分也称工作部分，它是机器直接完成具体任务的部分。如汽车的车轮，冲床的冲头。机器的组成传动部分传动部分是原动机到工作机构之间的传动机构。用以完成运动和动力的传递和转换。利用它可以减速、增速、改变转矩以及传动形式等，满足工作机构的各种要求。常用的传动有齿轮传动，带传动等。机器的组成操作和控制部分这部分的作用是反映和显示机器运行位置和状态，控制机器正常运行和工作。控制装置可以是机械装置，电气装置，电子装置等。机器的组成执行部分传动部分原动机部分控制部分随着自动控制理论与技术的发展，各种电气控制元件与计算机应用于机械，以电气控制为主的自动控制系统（当然还有气、液控制等）成为机械的重要组成部分。

它使得机器的性能特别是自动化程度不断提高，使传动装置、工作机构的结构大为简化。1.电气拖动的发展（1）单电机拖动（2）多电机拖动（3）交、直流无级调速

电力拖动系统的发展经历了一个比较长的过程。上世纪初期，由于电动机的发明，使得拖动系统发生了巨大变化，用电动机代替了蒸汽机和水力拖动。当时由于电动机刚刚发明，价格很贵、数量少，所以电动机拖动生产机械的方式是通过“天轴”实现的，称为“成组拖动”。1、成组拖动即由一台电动机拖动一组生产机械，从电动机控制各个生产机械的能量传递以及各生产机械之间的能量分配完全采用用机械方法，一台电动机经过一根天轴由皮带传动带动若干台生产机械工作。德意志博物馆总结：（1）传动装置复杂，速度调节靠手工扳档位；（2）工作机构的动作控制靠人；（3）循环工作靠人。一句话：机械控制

由于传动路线长，故能量传递损耗大，效率低，可靠性差。特别是，如果电动机发生故障，则成组的生产机械将停车，甚至整个生产可能停顿，这是一种陈旧落后的生产方式。另外，从电气控制上看，由于一台电动机拖动一组生产机械，故对电机的控制线路比较单一，只考虑起动、停止、保护等少数几种功能。2、单独拖动“单电机拖动系统”——单独拖动：即这一系统中，一台生产机械用一台单独的电机拖动。这样一来，电动机与生产机械在结构上配合密切，可以用电气方法调节每台生产机械的转速，从而进一步简化了机械结构，而且易于实现生产机械运转的全部自动化。3、多电机拖动（分离拖动）“多电机拖动系统”：即每个工作机构用单独的电动机拖动。这样生产机械的结构可大为简化。如具有三个主轴的龙门铣床用三台电动机拖动。又如轧钢设备中的钳式吊具有五个运动，每个运动均有一台单独的电机拖动等。值得注意的是，在只有一个工作机构的生产机械上有时也采用多电机拖动系统，并非是有多个工作机构才能采用多电机拖动，这样做的主要原因是：（1）传动性能的需要（如为减少传动系统飞轮力矩，采用两个小电机代替一个大电机）（图1.3）（2）安装调整的需要（如轧机压下装置，采用两个电动机能分别进行调整，又能一起工作，如图1.4示）。图1.3均热炉揭盖机行走机构图1.4立式电机的初轧机压下俯视图（3）受力状况的需要如轧钢车间的链式拖运机，拔钢机、移送机等，如图1.5示。采用两个电机两边驱动，这样轴上的扭矩要小一半，如图1.6示）。图1.5链式拖运机传动简图图1.6单、双电机驱动分析4、自动化电力拖动系统随着工业生产的不断发展，无论对单电机拖动系统还是对多电机拖动系统都提出了更高的要求，具体要求是：（1）提高加工精度与工作速度。（2）快速起动、制动及反转。（3）实现很宽范围内的调速。（4）生产过程的自动化。

因此，为完成这些任务，除了电动机外，还必须有自动控制设备，以组成自动化电力拖动系统。自动化电力拖动系统的含义是：能对生产机械进行自动控制，如实现自动控制起动、制动、调速、同步、自动维持转速、转矩或功率为恒定值，按给定的程序或事先不知道的规律改变转速、转向和工作机构的位置，使工作循环自动化。原动机为多个电动机。传动装置的速度调节、工作机构的动作控制及工作循环的控制与操作等都离不开电器、电子元件和由它们组成的系统，机械电气控制系统已成为现代生产机械的重要组成部分。

纵观机械的发展过程，其结构不断改进，性能不断提高，在很大程度上取决于电力拖动和电气控制技术的发展及其系统的更新。（2）多电机拖动电力拖动在速度调节等许多方面具有其他传动方式无可比拟的优越性。采用直流或交流无级调速电动机驱动生产机械使结构复杂的变速箱变得十分简单。从电力拖动的发展趋势看，一些向来采用恒速传动的场合，从节能的角度或从运动控制的新工艺要求或配合生产过程自动化发展的需要出发，将逐步改用调速传动，而且将重点发展高性能的交流电机调速系统来取代各种直流电机调速系统。案例：注塑机数控节能应用示范占工业用电量约一半的恒速的风机、泵、压缩机等类设备的流量调节将会更多地通过电机调速的方式来取代挡板、闸阀、放空、回流等传统的耗能调节方式。一些恒速传动的轧机为了改善轧件的咬入条件以取得较佳的轧制效率，也会更多地采用调速传动。起重运输机械为了实现轻起轻放、准确到位，也会逐步增加调速控制方式。电气控制技术在机械上的应用是许多先进科技成果综合应用的结果，这些技术包括：自动控制理论、电器技术、电子技术、计算机技术、现代检测技术等。特别是随着计算机技术的飞速发展，电子计算机在机械设备上也得到广泛应用。上世纪40年代末期产生的数控技术，到现在发展为主要由微机控制的数控机床与数显装置。由各种单片机、单板机、微型机及可编程序控制器参加控制的冶金机械（如轧机）、工程机械（如高级程控电梯）、自动化生产线（如汽车总装线）、轻工机械（如饮料灌装线）、家用电器（如全自动洗衣机）等正越来越多地得到使用和推广。新技术的应用使机械电气设备不断现代化，大大提高了机械的自动化程度和生产率。扩大了产品范围，提高了产品的质量，降低了产品的成本，改善了劳动条件。总之，电力拖动和电气控制在机械设备中占有重要地位，构成了机械电气自动化的主要内容。

检测显示部分——近代机械设备上才有的装置，主要由电气元件构成的装置。控制部分——使系统中的驱动、主机和检测显示部分按照给定的要求协调地工作。例如，采用继电接触式控制方式，采用单板机、单片机和工业控制机、可编程控制器PLC等等。

电气控制经历了一个从低级到高级发展的过程。（1）手动控制（20~30年代以前）

2.电气控制系统的发展（3）可编程控制器PLC（60年代）（4）数字控制机床CNC（50年代以后）（2）继电接触器控制（20~30年代）1.3本课程的内容及要求

在学完本课程后，学