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1、电气控制技术 与PLC 电气与电子工程学 1 欢迎大家学习 电气控制技术与PLC 课 程 2 课程名称:电气控制技术与PLC n学 时:50h(理论:40h-实验:10h) n学 分:3学分 n先修课程:电子技术、自控原理、 电力电子技术、 电机及拖动基础、微机原理及应用 适用专业:电气工程及其自动化 n n 答疑方式答疑方式: : 电子邮件及面答电子邮件及面答 n n 邮邮 箱箱: : sunying_dianqisunying_dianqi n n 考核方式考核方式: : 闭卷考试闭卷考试 3 课程的几点要求: n上课不准讲话,打瞌睡;不旷课,迟到,早退,按点名次数 计,无故旷课达30%,
2、取消期末考资格; n每人准备一个作业本; 可用其他课程用过而没用完的本子,但不能用单页纸,学期 末作业本就是一本复习提纲; n按时完成作业,不抄作业; 4 参考教材 常用低压电器与可编程控制器刘 涳 西安电子科技大学出版社 2005年 电气控制与PLC技术应用孔祥冰 机械工业出版社 2008年 工厂电气控制技术方承远 机械工业出版社 2000年 常用低压电器原理及其控制技术王仁祥 机械工业出版社 2001年 可编程序控制器原理及应用 宫淑贞 人民邮电出版社 2002年 5 电气控制技术与PLC 课程性质: 本课程是一门实用性很强的专业课,是电 气工程及其自动化专业的主要必修课之一。 它是集传统
3、继电器控制技术、计算机术、 自动控制技术和网络通信技术于一体的综合性学 科。它包括“电气控制技术”和“PLC应用”两个 部 分。是从事电气控制的工程技术人员必备理论知 识。 6 电气控制技术与PLC 课程目的和任务: 熟悉常用控制电器的结构原理、用途及型号,达到正确 使用和选用的目的。 熟练掌握电气控制电路的基本环节,具备阅读和分析电 气控制电路图的能力, 具备独立设计简单电气控制电路的能力。 熟悉掌握PLC的工作原理与系统构成、指令系统、编程 方法及PLC控制系统的设计。 具备应用PLC实现电气控制自动化要求的设计、安装、 调试、故障处理能力。 7 课程教学重点、难点: n重点: 掌握低压电
4、器的结构、原理和应用;三相异步电 动机运行控制; PLC的循环扫描工作方式;PLC的编程语言:梯形 图和语句表;CPM1APLC的指令系统;PLC的控制系 统设计方法。 n难点: PLC是采用循环扫描的工作方式, 梯形图的顺序控制设计方法。 电气控制技术与PLC 8 主要内容 上篇 常用低压电器 第章 绪论、常用低压电器的基本原理 第章 常用低压电器 第章 三相异步电动机基本控制环节与基本电路 第章 电气控制系统设计 9 绪 论 n电气控制技术 n电气控制系统的分类 n电气控制系统的发展 上篇 常用低压电器 10 一、电气控制技术 n电气控制技术:用以实现生产过程电气化及其自动控制的 电气设备
5、及系统的控制技术。他是以各类电动机为动力的 传动装置与系统。 n电气系统:主要包括普通的电力传动控制(速度、位置、 压力、张力、流量等)系统。 n电气自动控制系统:由电动机及共电、检测、控制装置组 成的反馈控制系统,能自动完成能量变换和控制所需的信 息处理。 11 开环控制系统 n没有位置测量装置,信号流是单向的(数控装 置进给系统),故系统稳定性好。 电 机 机械执行部 件 A相、B相 C相、 f、 n CNC 输入指令 脉冲频率f 脉冲个数n 换算 脉冲环 形分配 变换 功率 放大 12 半闭环数控系统 n半闭环数控系统的位置采样点如图所示,是从驱动装 置(常用伺服电机)或丝杠引出,采样旋
6、转角度进行检 测,不是直接检测运动部件的实际位置。 位置控制调 节器 速度控制 调节与驱动 检测与反馈 单元 位置控制单 元 速度控制单 元 + + - - 电 机 机械执行部 件 CNC 插补 指令 实际 位置 反馈 实际 速度 反馈 13 全闭环数控系统 n全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示,直接对 运动部件的实际位置进行检测。 位置控制调 节器 速度控制 调节与驱动 检测与反馈单 元 位置控制单 元 速度控制单 元 + + - - 电机 机械执行部 件 CNC 插补 指令 实际 位置 反馈 实际 速度 反馈 14 电气自动控制系统的主要环节: 1、动力部分:整个系统的电源共给环节。
7、(动力电源、电器部 件、电动机) 2、生产过程自动控制部分:是生产过程自动化的核心,是间接 控制、指挥动力电器及系统工作的部件(逻辑控制电路和各种 自动化仪表)。 3、传动装置:是生产机械的连接及传动环节。 电气自动控制系统功能: 根据外界信号要求可接通或断开电路,改变参数,实现对 电路或对非电参数的控制设备。 15 x-y数控拖板 变频主轴 机床本体 数控系统及其 操作面板 行程开关 控制电柜 Z轴伺服电机 机床设备组成 16 CW6132型车床电气设备安装布置图 图图2-3 CW61322-3 CW6132型车床电气设备安装布置图型车床电气设备安装布置图 17 二、电气控制系统的分类 1、
8、按输入、输出信号的状态特征分类 1)开关量控制 2)连续量控制 2、按电器开关元件分类 1)有触点控制 2)无触点控制 3、按控制程序特征分类 1)固定程序(组合电路、时序电路、顺序电路) 2)可编程序 18 控制方式举例:电冰箱的自动恒温控制 n右上图为控制电路 n右下图为电冰箱温度变 化曲线和压缩机电动机 的运行情况 n系统特点: n结构简单,成本低 n频繁开停机,能耗大 温控器 K 电源 电动机 G M 1、开关量(断续)控制 19 电 源 变频器 温度传感器 电 动 机 0 1 P PN 0 t t 2、 连续控制 v 右上图为控制电路, v 右下图为电冰箱温度 变化曲线和压缩机电 动
9、机的运行情况。 系统特点: 结构复杂,成本高 运行平稳,能耗低 20 三、电气控制技术的发展 电气控制技术随着科学技术的不断发展创新,对生产工艺 不断提出新的要求,机床电气控制装置也在不断地更新。 在控制方法:从手动控制发展到自动控制; 在控制功能:从简单控制到复杂控制; 在操作上:由笨重到轻巧; 从控制原理:由单一的有触点硬接线继电器控制系统转为 以微处理器为中心的PLC软件控制系统。 新的控制理论和新型电器及电子器件的出现,不断地推动 着机床电气控制技术的发展。 21 电气控制技术的发展 蒸汽机时代: 从集中传动到分散传动 集中传动开始于瓦特的蒸汽机时代一个车间使用 一台蒸汽机提供动力通过
10、天轴、齿轮和皮带系统将动 力分配到各个纺织机械。 22 蒸汽机天轴纺纱机 23 电气控制技术的发展 19世纪末,电机技术开始产生并应用,20世纪20年代初逐 步取代蒸汽机,成为主要动力。 电气控制技术是针对电动机的控制技术,伴随着电机制造 和应用发展起来。 在20世纪的20年代至30年代(继电器控制) 借助继电器、接触器、按钮、行程开关等组成继电器接 触器控制系统,实现对机床的起动、停止、有级调速等控制。 继电器接触器控制系统的优点:是结构简单、价格低 廉、维护方便、抗干扰能力强。 继电器接触器控制系统的缺点:是由于是固定接线形 式,故在进行程序控制时,改变控制程序不方便、灵活性差; 采用有触
11、点开关,动作频率低,触点易损坏,可靠性差。 24 电气控制技术的发展 40年代至50年代: 出现了交磁放大机电动机控制,这是一种闭环反馈系 统,当输出量与给定量发生偏差时就自动调整,系统的控制 精度、快速性都有了提高。 25 电气控制技术的发展 60年代:(顺序控制) 出现了晶体管晶闸管控制,由晶闸管供电的直流调速系统 和交流调速系统调速性能大为改善,已完全取代了交磁放大 机电动机系统。 同时,出现了一种能够根据生产工艺要求,通过改变控制程 序便能达到控制目的的顺序控制器,它是通过组合逻辑元件的 插接或编程来实现继电接 触器控制线路的装置。它能满足程 序经常改变的控制要求,使控制系统具有较大的
12、灵活性和通用 性。它仍然是靠硬件手段完成自动控制任的,装置体积大,功 能也受到一定的限制,并没有得到普及应用。 26 电气控制技术的发展 20世纪70年代(PLC) 随着大规模集成电路和微处理器技术的发展和应用,上 述控制技术也发生了根本的变化,在出现了用软件手段来实 现各种控制功能,以微处理器为核心的新型工业控制器可 编程序控制器,这种器件完全能够适应恶劣的工业环境;由 于它兼备了计算机控制和继电控制系统两方面的优点,故目 前世界各国已作为一种标准化通设备普遍应用于工业控制。 27 电气控制技术的发展 微处理器和微型计算机问世(数控系统) 计算机应用于机床的局部控制或整机控制中,成为机床电
13、气控制系统的主要发展方向,其中数控机床和数控系统就是典 型的例子。 在50年代就出现了数控机床。数控机床是一种具有广泛通 用性的高效率自动化机床,它综合应用了电子技术、检测技 术、计算机技术、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的 最新技术成就。目前又发展成为带自动换刀,自适应控制等功 能的复杂数控系列产品,称为加工中心。 28 数控车床 29 数控加工中心 30 电气控制技术的发展 随着计算机技术的迅速发展,数控机床的应用日益广 泛,进一步推动了数控系统的发展,因此产生了自动编程系 统: 计算机数控系统(CNC); 计算机群控系统(DNC); 柔性制造系统(FMS); 计算机集成制造系统(C
14、IMS); 设计制造一体化(CADCAM)是机械制造自动化的高级 阶段,可实现产品从设计到制造的全部自动化。 31 第 1 章 低压电器的基本原理 上篇 常用低压电器 32 第1章 常用低压电器的基本原理 1.1 概 述 1.2 电磁式低压电器 基本结构 1.3 低压电器的主要技术性能和技术参数 重点:电器元件的结构、原理、作用。 难点:电器元件的结构。 33 1.1 概 述 34 1.1 概 述 低压电器是构成控制系统最常用的器 件,了解它的分类、结构和用途,对设计、 分析和维护控制系统都是十分必要的。 35 1.1.1 低压电器的定义 电器的定义: 是指能自动或手动接通和断开电路,以及对电
15、路或非电 路现象能进行切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件统 称为电器。(如:开关、继电、器熔断器、变压器) 低压电器定义: 通常是指交流(AC) 1200V 及以下与直流(DC)1500V 及以下电路中起通断、控制、保护和调节作用的电气元件 。 36 1.1.2 常用低压电器的分类 电器的用途广泛,功能多样,种类繁多,结构各异,工作原 理也各有不同。电器有多种分类方法: n按工作电压的等级可分为: 高压电器:AC1200V、DC1500V及以上电路中的电器。 低压电器:AC1200V、DC1500V以下电路中的电器。 n按动作原理可分为: 手动电器:通过人的操作发出动作指令的电器。 自动电器:产生电磁吸力而自动完成动作指令的电器。 37 1.1.2 常用低压电器的分类 n按工作原理可分为: 电磁式电器:依据电磁感应原理来工作的电器,如交直流接 触器; 非电量控制电器:电器的工作是靠外力或某种非电物理量的 变化而动作的电其,如按