自动化设备装调与维修

大同机车技师学院示范校建设项目教材丛书

自动化设备装调与维修

张茂编著

中国铁道出版社

年北京

2015·

内容简介

本书系统地介绍了三菱系列可编程序控制器的工作原理编程元件指令

FX2N、、

系统及其在工业中的应用等全书主要内容包括可编程序控制器概述三菱

。、FX2N

系列的编程语言及编程软元件三菱系列的基本指令系统顺序功

PLC、FX2NPLC、

能图与步进梯形图编程功能指令及应用

、。

本书既可作为中等职业学校电气类专业教材也可供自动控制领域可编程序控

,

制器应用开发的工程技术人员参考

。

图书在版编目(CIP)数据

自动化设备装调与维修张茂编著北京中国

/.—:

铁道出版社

,2015.9

大同机车技师学院示范校建设项目教材丛书

()

ISBN978-7-113-20634-5

自张自动化设备设备安装

Ⅰ.①…Ⅱ.①…Ⅲ.①--

中等专业学校教材自动化设备调试方法中等专

-②--

业学校教材自动化设备维修中等专业学校

-③---

教材

Ⅳ.①TP23

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2015)144889

大同机车技师学院示范校建设项目教材丛书

书名:

自动化设备装调与维修

作者:张茂

策划:江新锡徐艳

责任编辑:陶赛赛编辑部电话:

编辑助理:黎琳

封面设计:王镜夷

责任校对:胡明锋

责任印制:郭向伟

出版发行:中国铁道出版社北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

印刷:北京京华虎彩印刷有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

201591201591

开本:印张字数千

787mm×1092mm1/16:12.25:298

书号:

ISBN978-7-113-20634-5

定价:元

51.00

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前言

随着当前经济的发展和社会的进步,社会对于专业性、职业性人才的需求扩

大、要求也随之提高,职业院校对于职业人才的培养也越来越受到重视和关注。

教学是职业院校的工作核心,通过教学能使学生掌握知识,形成技能,而教材是进

行教学活动的基础工具,是知识和技能的有效载体,教材建设是国家中等职业教

育改革发展示范学校建设的重要内容。校本教材以其独具的特色是对国家和地

方教材的必要补充和完善;是以中职教学课程目标为指导思想,以本校学生实际

情况为根据,以学校办学特色为导向,与具体的专业紧密结合的实用型教材;是依

据职业院校学生的成长规律与学校的办学优势自主开发的课程系统,教学内容更

具灵活性和针对性。

作为国家中职示范校建设单位的大同机车技师学院(大同机车高级技工学

校),成立了专业教材建设开发组,设计开发了符合技术技能型人才成长规律,反

映经济发展方式转型、产业结构调整升级要求的新理念、新知识、新工艺、新材料、

新技能的改革发展示范校本教材。

本书根据“行动导向”、“任务引领”、“项目驱动”的原则编写。在编写过程中

充分考虑了中等职业学校学生的认知特点及学生职业能力形成的规律,适合于互

动式的学习模式。

本书在内容和形式上有以下特点:

任务引领。以典型工作任务为中心,组合知识、技能和态度,创立设计“学

1.

习情境”,让学生在完成工作任务的过程中学习相关知识、培养综合能力。

结果驱动。通过完成典型的工作任务,激发学生的成就动机,使其主动去

2.

培养完成工作任务所需的综合能力。

内容实用。紧紧围绕完成工作任务的需要,按“够用、必需”的原则来选择

3.

教学内容,注重内容的实用性和针对性。在内容安排上,设置了“情境描述”、“学

习与训练要求”、“相关知识点”、“技能训练”及“项目评价”等环节。

本书由张茂编著,郭桂荣、张慧玲参编。在编写过程中还得到了企业工程技

术人员白金虎、张政国的指导与帮助,在此表示衷心的感谢。

由于编写经验不足、时间仓促,错误在所难免,恳请读者提出宝贵的意见。

编者

年月

20154

目录

项目一生活中的自动控制系统…………………

1

任务一运粮小车自动控制系统的设计与调试………………

3

任务二水塔水位自动控制系统的设计与调试……………

32

项目二工业中的自动控制系统………………

48

任务一煤炭输送系统的设计与调试………

50

任务二交通信号灯系统的设计与调试……………………

67

项目三小区智能控制系统……………………

84

任务一学校恒压供水系统的安装与调试…………………

86

任务二三层电梯控制系统的安装与调试…………………

113

附录A…………………………

138

项目一生活中的自动控制系统

图生活中的自动控制设备

1-1

一、自动化及自动控制系统

自动化是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

(Automation)、(、)

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

,,、、、,

过程自动化技术广泛用于工业农业军事科学研究交通运输商业医疗服务和家庭等

。、、、、、、、

方面采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动部分脑力劳动以及恶劣危险的工

。、,、

作环境中解放出来而且能扩展人的器官功能极大地提高劳动生产率增强人类认识世界和

,,,

改造世界的能力因此自动化是工业农业国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志

。,、、。

自动控制系统是在无人直接参与下可使生产过程或其他过

(AutomaticControlSystems)

程按期望规律或预定程序进行的控制系统简称自控系统自动控制系统是实现自动化的主

,。

要手段自动控制系统主要由控制器被控对象执行机构和变送器四个环节组成

。、、。

自动控制系统分类

:

按控制原理的不同自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统

(1),。

按给定信号分类自动控制系统可分为恒值控制系统随动控制系统和程序控制系统

(2),、。

本项目主要介绍开环控制系统和闭环控制系统的相关知识

。

1

二、开环控制系统

开环控制系统适用于简单的系统它没有反馈环节响应时间较长成本较低

,,,。

如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈也就是控制系统的输出量不对系统的控制

,

产生任何影响这样的系统称开环开环控制系统由控制器与被控对象组成如图所示

,。,1-2。

控制器通常具有功率放大的功能同闭环控制系统相比开环控制系统的结构要简单得多同

。,,

时也比较经济开环控制系统主要是用于增强型的系统如普通电热水壶普通台灯普通电

。,、、

磁炉自动售货机自动流水线等如图和图所示

、、。1-31-4。

图开环控制系统框图

1-2

图自动售货机实物图图自动售货机系统框图

1-31-4

三、闭环控制系统

闭环控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统所谓反馈原理就是根据系统输出

。,

变化的信息来进行控制即通过比较系统行为输出与期望行为之间的偏差并消除偏差以获

,(),

得预期的系统性能在反馈控制系统中既存在由输入到输出的信号前向通路也包含从输出

。,,

端到输入端的信号反馈通路两者组成一个闭合的回路如图所示因此反馈控制系统

,,1-5。,

又称为闭环控制系统反馈控制是自动控制的主要形式自动控制系统多数是反馈控制系

。。

统在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统

。,

而把用来精确地跟随或实现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统同开环控制

。

系统相比闭环控制具有一系列优点在反馈控制系统中不管出于什么原因外部扰动或系

,。,(

统内部变化只要被控制量偏离规定值就会产生相应的控制作用去消除偏差主要应用小

),,。

到日常生活中的家用智能电饭煲空调智能电热水壶等大到工业航天中的数控机床控制系

、、,、

统机器人火箭等如图和图所示

、、。1-61-7。

2

图闭环控制系统框图

1-5

图空调实物图

1-6

图空调系统框图

1-7

四、自动控制系统的控制方法

自动控制系统的控制方法很多比较常见的有控制器模糊逻辑控制器仿人智能控

,PID、、

制专家控制系统等实现的方法一般采用控制单片机控制嵌入式计算机控制模拟电

、,PLC、、、

路控制控制控制等

、DDC、DCS。

在以上众多的自动控制系统中虽然各种系统的控制技术要求不同精度不同但其基本

,,,

的控制原理基本相同故我们选取了生活中比较常见的运粮小车控制系统和水塔水位控制系

,

统两个简单的例子通过学习使我们掌握自动控制系统的控制原理及自动控制装置安装与调

,,

试的一般方法和步骤

。

任务一运粮小车自动控制系统的设计与调试

3

大同市粮食局周家店粮仓进行扩建改造,为提高生产效率,决定对粮仓设备进行运行

升级。原有运粮小车控制系统采用的是继电器控制实现,由于工作环境粉尘较多,工作时

间较长,控制电路故障率较高,现决定由我设备维修小组对其控制系统进行升级改造,且

改造时间为。经市场调研,我小组决定使用三菱可编程序控制器对运粮小车

20hFX2N

进行自动运行控制。如图所示。

1-8

图运粮小车

1-8

一、接受任务

派工单如表所示

1-1。

表1-1派工单

派工人使用部门大同市粮食局周家店粮仓

设备名称运粮车设备编号

DTJC-JX001

完成型运粮车电气控制系统自动化改造安装及调试三菱型可编程序控制

DTJC-JX001、(FX2N

器完工后交付相关部门验收并提供有关材料具体工作内容如下

),,。:

绘制运粮小车系统电气布局图电气安装接线图

(1)、。

维修内容安装运粮小车系统元器件并完成电路安装

(2)。

工作描述完成运粮小车系统的调试运行以满足系统的控制要求

()(3),。

提供相关资料

(4)。

完成时间为经市场调研我小组决定使用三菱可编程序控制器对运粮小车进行自

20h。,FX2N

动运行控制

4

续上表

预定完成工时

工作时间:20h

实际完成工时

:h

维修原因旧控制系统故障率高需升级改造

,

设计不良制造不良维修不良操作不当保养不良精度不够润滑不良

□□□□□□□

维修性质安装不良零件不良零件老化电气元件不良超负荷原因不明

□□□□□□

升级改造其他

□□

维修类别小修中修大修改造

□□□□

维修处理情况

:

修复未修复原因

□:

未修复

□

用工用料及费用可附清单

维修情况记录、:()

维修员签字主管班长签字

:():

维修建议

:

验收记录

维修意见满意不满意其他意见

□□:

车间验收负责技术员检验员

:::

备注

相关信息

:

运粮小车功能介绍

1.

运粮小车示意图如图所示漏斗打开粮食装载进小车装满后漏斗关闭小车将粮

1-9。,,,

食运载到卸粮区后车门打开将粮食卸下漏斗的打开关闭车门的打开关闭和卸粮均由人工

。、

操作控制小车的运行停止由自动化控制系统控制

,。

运粮小车的控制要求

2.

小车由电动机驱动电机正转小车前进电机反转小车后退小车前后终端位置均由

,,,,。、

限位开关控制

。

按下启动按钮小车右行前进至前限位开关处停下来装料后结束开始左行

(1)SB1,(),60s,;

5

图运粮小车示意图

1-9

当碰到后限位开关后停下来第一次卸料后右行开始下一次运粮

(2),30s,;

按下停止按钮后小车完成本次本次运粮后停止到初始位置

(3),;

任意时刻按下急停按钮小车都能立刻停止运行

(4),;

此系统具有过载保护功能

(5)。

技术指标及要求

3.

技术指标及要求如表所示

1-2。

表1-2技术指标

序号小车控制系统技术要求数量

控制装置可编程控制器个

1:1

驱动装置交流减速电机个

2:1

检测装置限位开关个

3:2

二、相关知识学习

(一)可编程控制器的定义

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统专门在工业环境下应用而设计它采用

,。

可以编制程序的存储器用来在执行存储逻辑运算和顺序控制定时计数和算术运算等操作

,、、

的指令并通过数字或模拟的输入和输出接口控制各种类型的机械设备或生产过程

,(I)(O),。

如图和图所示

1-101-11。

图西门子外形图

1-10PLC

6

图三菱外形图

1-11PLC

(二)可编程控制器的分类及特点

分类

1.

可编程控制器的分类如表所示

1-3。

表1-3PLC的类型

分类名称图片备注

一体化整体

PLC

组成结

构形式

模块式结构化

PLC

超小型

PLC

小型

PLC

中型

点数及PLC

I/O

内存容量

大型

PLC

超大型

PLC

7

续上表

分类名称图片备注

为有触点输出方式适

,

继电器输出用于低频大功率直流或交

流负载

为无触点输出方式适

按输出晶体管输出,

用于高频小功率直流负载

形式分

为无触点输出方式适

晶闸管输出,

用于高速大功率交流负载

特点

2.

使用方便编程简单

①,。

功能强性能价格比高

②,。

硬件配套齐全用户使用方便适应性强

③,,。

可靠性高抗干扰能力强

④,。

系统的设计安装调试工作量少

⑤、、。

维修工作量小维修方便

⑥,。

8

(三)可编程控制器结构与组成

的基本组成

1.PLC

主要由中央处理单元输入接口输出接口通信接口等部分组成其中是

PLC、、、,CPUPLC

的核心部件是连接现场设备与之间的接口电路通信接口用于与编程器和上位机

,I/OCPU,

连接对于整体式所有部件都装在同一机壳内对于模块式各功能部件独立封

。PLC,;PLC,

装称为模块或模板各模块通过总线连接安装在机架或导轨上不同厂商生产的不同系列

,,,。

产品在每个机架上可插放的模块数是不同的一般为块可扩展的机架数也不同一般

,3~10。,

为个机架基本机架与扩展机架之间的距离不宜太长一般不超过如图

2~8。,10m。1-12

所示

。

图基本组成图

1-12PLC

各组成部分

2.PLC

中央处理单元

(1)CPU

通过输入装置读入外设的状态由用户程序去处理并根据处理结果通过输出装置

CPU,,

去控制外设一般的中型可编程控制器多为双微处理器系统一个是字处理器它是主处理

。。,

器由它处理字节操作指令控制系统总线内部计数器内部定时器监视扫描时间统一管理

,,、、,,

编程接口同时协调位处理器及输入输出另一个为位处理器也称布尔处理器它是从处理

,。,,

器它的主要作用是处理位操作指令和在机器操作系统的管理下实现编程语言向机器语

,PLC

言转换

。

处理速度是指执行条基本指令所花费的时间

CPUPLC1000。

存储器

(2)

存储器主要存放系统程序用户程序及工作数据

,。

所用的存储器基本上由及等组成

PLCPROM、EPROM、EEPROMRAM。

输入输出部件

(3)/

输入输出部件又称模块通过接口可以检测被控对象或被控生产过程的

/I/O。PLCI/O

各种参数以这些现场数据作为被控对象进行控制的信息依据同时又通过

,PLC。PLCI/O

接口将处理结果送给被控设备或工业生产过程以实现控制

,。

9

编程装置和编程软件

(4)

是以顺序执行存储器中的程序来完成其控制功能的

PLC。

电源部件

(5)

输出接口电路的隔离方式如图所示

1),1-13。

图输出接口电路隔离方式

1-13

输出接口电路的主要技术参数

2)。

响应时间响应时间是指从状态转变成状态或从状态转变成

①。PLCONOFFOFFON

状态所需要的时间继电器输出型响应时间平均约为晶闸管输出型响应时间为

。10ms;1ms

以下晶体管输出型在以下为最快

;0.2ms。

输出电流继电器输出型具有较大的输出电流以下的电路电压可驱动纯电

②。,AC250V

阻负载点感性负载以下或及灯负载以下

2A/、80V·A(AC100VAC200V)100W(AC100V

或的负载以外每输出点的输出电流是但是由于温度上升的原因每

200V);Y0、Y110.5A,,

输出点合计为的电流输出晶体管的电压约为因此驱动半导体元件时

40.8A,ON1.5V,,

请注意元件的输入电压特性每输出点的输出电流是但是对使用定

。Y0、Y110.3A,Y0、Y1

位指令时需要高速响应因此使用的输出电流晶闸管输出电流也比较小

,10~100mA;,FX2N

无晶闸管输出型

。

开路漏电流开路漏电流是指输出处于状态时输出回路中的电流继电器输出

③。OFF,。

型输出接点是无漏电流晶体管输出型漏电流在以下晶闸管较大漏电流主要

OFF;0.1mA;,

由内部电路引起需在设计系统时注意

RC,。

输出公共端公共端与输出各组之间形成回路从而驱动负载有点

④(COM)。,。FX2N1

或点一个公共端输出型因此各公共端单元可以驱动不同电源电压系统的负载

4,。

电源

(6)

的电源在整个系统中起着十分重要的作用如果没有一个良好的可靠的电源系统

PLC。、

是无法正常工作的因此的制造商对电源的设计和制造也十分重视一般交流电压波动

,PLC