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1、现代电气控制技术 (电气控制与PLC应用技术),北京工业大学 电子信息与控制工程学院 2015.3,第一讲 绪论,主讲：张会清,学生认识老师 共同认识课程 老师认识学生,第一节 三个认识,姓名：张会清 电话：67391965（办） 办公室：科技楼1026,一 、 个人简介,课名分析,二、课程简介,（一）课程要解决的问题,现代电气控制技术 (电气控制与PLC应用技术),电能的产生、输送、和使用过程：,发电厂,配电所,升压,输电线路,降压,用户,控制、调节、分配、保护,控制技术电器来完成,电气控制技术,（一）课程要解决的问题,试验： 已达1700千伏特高压 运行：我国1150千伏,10000V 6
2、000 V 380/220V,中小型发电机 发出6.3千伏,大型电站发电机 发出10.5千伏,发电厂发出的电能80%是以低压形式付诸使用，每生产1万kW的发电设备，需生产4万件各种低压电器元件与之配套使用。,电气控制技术基本概念 以电能为控制能源，通过控制元件、线路或装置，采用相应的控制程序或算法，实现对工业设备(或其他设备)的自动控制的综合应用技术。,二、课程简介,（一）课程要解决的问题,再看两个实例 电梯的控制 全自动洗衣机的控制,二、课程简介,（一）课程要解决的问题,1、电梯的控制,电梯的基本结构,电梯主要由机房、曳引机、轿厢、 对重以及安全保护设备等组成。,电梯的控制对象：曳引机 电动
3、机,二、课程简介,（一）课程要解决的问题,电梯主要部件安装位置示意图 1-极限开关 2-曳引机 3-承重架 4-限速器 5-导向轮 6-换速平层感应器 7-开门机 8-操纵箱 9-轿厢 10-对重装置 11-防护栅栏 12-对重导轨 13-缓冲器 14-限速器涨紧装置 15-基站厅外开关门控制开关 16-限位开关 17-轿厢导轨 18-厅门 19-呼梯按钮箱 20-控制柜,一种电梯的控制要求,1）有专职司机。 2）到达预定停靠的层站时，提前自动减速，平层时自动停靠开门。 3）自动开、关门。 4）到达上下端站时，提前自动强迫电梯减速，平层时自动停靠开门。 5）厅外有召唤装置，召唤时厅外有记忆指示
4、灯，轿内有音响信号和指示灯。 6）厅外有电梯运行方向、电梯所在层楼位置指示。,1、电梯的控制,二、课程简介,（一）课程要解决的问题,7）自动平层。 8）召唤要求执行完毕，自动清除轿内、厅外召唤记忆指示信号。 9）司机可接受多位乘客要求作指令登记，然后通过点按起动或关门起动按钮起动电梯，直到完成运行方向的最后一个内、外指令为止。若相反方向有内、外指令，电梯自动换向，点按起动或关门起动按钮后起动运行。运行前方出现顺向召唤信号时，电梯能到达顺向召唤层站自动停靠开门。司机还可通过直驶按钮使电梯直驶。,一种电梯的控制要求,1、电梯的控制,二、课程简介,（一）课程要解决的问题,主电路设计 控制电路设计,控
5、制系统设计,几个环节,检测环节：限位开关、速度传感器等 控制环节：限位控制、速度控制等 保护环节：断电保护、超重保护等 其他环节,1、电梯的控制,二、课程简介,（一）课程要解决的问题,五层站KTJ-/1.0-XH型交流双速信号控制电梯电气控制原理图,五层站KTJ-/1.0-XH型交流双速信号控制电梯电气控制原理图(续),四层电梯PLC控制部分程序,开关门控制,电梯上下行控制,电梯指示灯控制,元器件选型 器件安装、接线 软件编程 软硬件调试等,本课程要解决的问题：,根据系统的工艺要求及控制要求，完成整个控制系统的硬件、软件的选型设计，直至最后正常运行。,控制柜制造及安装调试,1、电梯的控制,二、
6、课程简介,（一）课程要解决的问题,2、全自动洗衣机控制,二、课程简介,（一）课程要解决的问题,洗衣桶、电动机、定时器、传动部件、箱体、箱盖及控制系统等，有的还装有加热装置。,洗衣机组成,控制对象：洗涤及脱水-电动机,控制系统组成及调试（本课程要解决的问题）,主电路设计 检测电路：水位、重量等 软件编程：注水、洗涤、脱水、甩干等 软硬件安装调试等,2、全自动洗衣机控制,（一）课程要解决的问题,本门课程研究内容,根据一个系统的工艺要求及控制要求,控制系统的器件选型设计、控制线路设计、控制程序设计（本书主要内容）,控制系统设备安装、调试,整个系统正常运行,本课程研究内容：,（一）课程要解决的问题,设
7、计部门,工厂制造,现场用户,有电的地方均用：生产过程、科学研究和其它各个领域，各行各业。 家用电器：灯的开关、电扇、空调、洗衣机、微波炉、电冰箱等的控制； 工 业：火车、飞机、轮船、航天飞机、发电厂、核电站、生产系统等。,二、课程简介,（二）应用领域,日常生活：家电,（二）应用领域,二、课程简介,张家界观光电梯 垂直高335米，运行高326米,日常生活：电梯,二、课程简介,（二）应用领域,日常生活：自动售货机、信息查询,二、课程简介,（二）应用领域,德国宝马生产线,工业,二、课程简介,（二）应用领域,自动焊接机器人,农业：收割机,二、课程简介,（二）应用领域,航空母舰,战舰,国防,二、课程简介
8、,（二）应用领域,“角斗士”无人战车,美国最新的无人战车,国防,二、课程简介,（二）应用领域,英国“凤凰”无人机,美国“影子-200 ”无人机,国防,二、课程简介,（二）应用领域,神州六号宇宙飞船,发现者号航天飞机,航空航天,二、课程简介,（二）应用领域,SONY公司Aibo入选机器人名人堂,机器人,二、课程简介,（二）应用领域,HONDA公司Asimo人形机器人,机器人,二、课程简介,（二）应用领域,PLC在地铁变电站综合自动化系统中应用 地铁的安全运行需要可靠、完善、安全的地铁变电站综合自动化系统来支撑，地铁配电保护是地铁变电站综合自动化中的重要组成部分。用PLC来实现地铁变电站综合自动化
9、的RTU (Remote Terminal Unit,远动终端)，功能，能够很好地满足“三遥”（遥控、遥测、遥信）的要求。系统采用了和利时LK系列PLC、 Modicon Quantum系列PLC、西门子S7-200、S7-300PLC等几种型号PLC实现了变电站自动化的控制功能。,在地铁中应用,地铁/轻轨环控系统(BAS),S7-300主要用于750V直流进线柜（每个牵引降压所两台）和直流负极柜（一般，每个牵引降压所一台）的断路器、电隔的监控，各种现场实时数据的采集功能（如进行电流、电压等）。S7-200主要用于750V直流馈线柜的旁路隔离开关和上网隔离开关的监控、数据采集等功能 。,艾默生
10、EC20型PLC在北京地铁10号线通风空调系统中应用 西门子PLC S7-400在铁路信号中应用 在中国，西门子现代信号技术已成功应用于广州地铁1、2号线、深圳地铁1、4号线一期工程、南京地铁1号线、上海辛闵轻轨线；正在实施的信号工程是广州地铁4、5号线、北京地铁10号线(含奥运支线)项目；即将实施的信号工程有广州地铁2、8号线、深圳地铁1号线延伸线和南京地铁2号线等项目。 主要功能有：在OCC的列车监测和跟踪(TMT)功能、自动进路排列(ARS)功能、列车自动调整(ATR)功能、时刻表功能、人机交互(HMI)功能、报表、报警以及存档功能等。,在地铁中应用,和利时G3小型PLC在北京地铁配电变
11、压器远程监控系统中应用 配电网络由配电变压器、配线柜及配电线路构成，配电变压器的安全可靠决定了配电网运行的安全可靠。由于配电变压器分布分散，干扰大，配电变压器之间通讯比较困难，用常规的自动化监测手段难以实现大量配电变压器参数的集中监测。北京地铁1,2号线的配电系统中，采用了PLC远程监控，运行效果良好。调度人员可以对配电网中全部的配电变压器进行远程监控，监视配电变压器的实时状态参数。该系统不仅提高了工作人员的效率，对于提高整个配电网的安全可靠性也起到了重要的作用。HOLLiAS-LEC G3 PLC很好的抗干扰性和强大的通信功能保证了配电网的安全，从而大大提高了配电网的自动化水平，增强了配电网
12、及地铁运行的安全性与可靠性。,在地铁中应用,PLC在北京地铁五号线隧道风机应用 地铁工程中地下车站及区间除车站出入口、风亭及地下线路两端隧道洞口外，基本与大气隔绝。通风空调系统的任务是对地下车站，区间隧道内温度、湿度、风速、事故工况排烟等进行全面控制。控制回路采用施耐德小型plc, neza系列产品，具有编程灵活，运行可靠等优点。由本地控制，fas控制，bas控制风机的正转，反转，停止分别进入plc输入信号,同时分别由转换开关选择本地/远程，工频/变频运行作为plc输入信号。,在地铁中应用,在地铁中应用,PLC在北京地铁二号线实现环境与设备监控 全线所有车站主要设备控制运行,在中央控制室实现全
13、线设备的监视和控制指令及模式下发。对于直接接线的数字或模拟量, 通过远程IO模块和现场总线交由PLC控制。 PLC采用GE Fanuc PAC系统。,PLC在地铁直流牵引供电系统非电量保护中的应用 北京地铁 “一线地铁”和 “环线地铁”，其直流牵引系统二次保护系统，都是由传统的电磁式继电器所构成。到90年代末，北京地铁建成通车的“复八线”，它的直流牵引系统的二次保护，也只是在电量保护中引进了国外的微机综合保护装置，而非电量保护仍然沿用电磁式继电保护方式。机组联跳总闸保护、总闸联跳分闸保护、相邻变电所间的联跳保护、紧急停电、重合闸功能，以及直流断路器和直流电动隔离开关之间的联锁等，所有通过开关量
14、实现的逻辑保护和逻辑闭锁功能，都属于非电量保护的范畴。,在地铁中应用,在地铁中应用,西门子S7-400H系统应用于北京地铁五号线综合监控系统中,在地铁中应用,PLC在地铁人防领域中的应用 北京地铁人防控制设备如：车站人防集中控制台、电动液压人防区间隔断门原地控制台、车站及区间通风道电动人防门控制柜等所采用的元件都是传统的常规开关、中间继电器、时间继电器、闪烁继电器、报警器、直流稳压电源等。其突出的缺点是：技术落后、元件体积大、易损坏、接线复杂、工作不稳定、故障率高、检修不便，而且，由其组成的设备体积较大，需为其准备空间较大的地下控制室，从而使得土建成本较高。 PLC代替原地铁人防控制设备中使用
15、的传统的继电接触器控制系统，克服其存在的缺点，提高我国地铁人防控制设备的技术含量。,动画1：皮带顺序控制（皮带.swf） 动画2：交通灯控制（红绿灯2.swf） 动画3：机床控制（钻头1.swf） 动画4：电机正反转（下一页，及电动机正反转1.swf） 录像：电梯组态控制（电梯模型组态控制.wmv） 一些图片：见word文档及图片,二、课程简介,（三）几个应用实例,自动化专业专业课 特点： 实践性强，与生产实际联系紧密，知识的覆盖面较宽，是强电与弱电的结合， 它集中了过去的“低压电器”，“电气控制”，“可编程控制器(PLC)”三门课程，而综合为一门课。,二、课程简介,（四）课程性质,先修课程：
16、普通物理、模拟电子技术与数字电子技术、计算机原理及应用技术、自控原理、电机与拖动技术、电路等 本课程是多门课程所学的多种技术和理论的综合应用。,二、课程简介,（五）与其它课程关系,1.经典控制系统-RC继电器接触式控制系统： 低压电器控制线路 2.现代电气控制系统-PLC可编程控制器控制系统,三、课程内容,经典控制部分： 1.元件：常用低压电器的基本结构、工作原理、作用、主要技术参数、典型产品、图形符号、文字符号、选用方法、整定方法、使用和维护等； 2.线路：典型电气控制线路的原理、设计和应用。 现代电气控制部分： 可编程控制器（PLC）基本工作原理、程序设计，可编程控制器控制系统设计及工程应用中注意的问题，可编程控制器网络通信与现场总线技术等。,三、课程内容,四 教学任务及目标,1熟悉常用低压电器的基本原理、规格及 选用，达到能够正确使用和选用的目的； 2掌握继电接触器控制的基本原理、线路分 析与设计方法；能够阅读、分析和设计典 型控制线路。 3掌握
