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1、电气控制技术在工业生产中的应用班级:机制091姓名:学号: 指导老师: 前 言通过三十个学时的学习,我们初步了解了电气控制技术的一点基本知识和组成,从中也知道了电气控制技术在机械行业的重要性,三十个学时的学习远远不是我们需要完成的任务,为了更好的掌握机电一体化,我们应该更深入的学习电气控制技术的知识,以满足综合型人才的培养要求,在本学期的学习主要包括两大部分:(1),继电器控制系统(2),可编程控制器及应用在学习中我们了解到,可编程系统的可靠性等方面都优于继电器的传统控制技术,我们应该在继电器的基础上加强可编程控制技术的学习. 可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上发展而来的新型工业自
2、动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能实现逻辑控制，因而被称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。随着微电子技术和微型计算机的发展，微处理器用于PLC，使其不仅可以实现逻辑控制，还可以进行数字运算和处理、模拟量调节和联网通信等，因此美国电气制造协会于1980年将它正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简称PC。但近年来PC又成为个人计算机（Personal Computer）的简称，为避免发生混淆，我们仍把可编程控制器简称为PLC。PLC简介及在常用电气控制线路中的应用摘 要 电气控制技术是一门多学
3、科交叉的技术，是实现工业生产自动化的重要技术手段。随着科学技术的不断发展， PLC技术越来越多的应用于机床电气，本文简述了PLC的发展和几种常用电气控制线路的PLC控制。关键词: ：继电器控制系统；基本电气控制线路；PLC控制1 引言近年来，PLC正越来越多地用于电动机的运行控制，为了便于采用PLC对继电器控制系统进行改造和设计新的控制系统，本文以OMRON公司的SYSMAC C系列P型机为例，介绍其在电动机基本控制线路中的应用。这些程序通常是整个控制系统的一个模块。2 PLC简介2.1 PLC由来PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技
4、术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半
5、导体的地方就有PLC “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”2.2 PLC特点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小
6、时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数
7、据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，
8、容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.3 PLC的国内外状况 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实
9、现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的第一台PLC. 限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程
10、控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业
11、国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各
12、种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生
13、产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。3 继电器控制系统PLC是20世纪6O年代开始发展起来的一种新型工业控制装置。在它诞生之前，生产过程及各种生产机械的控制主要是继电器控制系统。继电器控制系统是将各种继电器、接触器、按钮、行程开关等电器元件，按一定方式连接起来组成的控制线路。可以实现对电动机的启动、反向、制动、调速等运行性能的控制。这种控制系统结构简单，维护方便，成本低廉。常用的电气控制线路包括：电动机的正反转控制线
14、路，电动机的Y一启动，自动往复循环控制线路等。4 常用电动机基本控制线路的PLC控制4.1 具有电气联锁的电动机正反转控制在图1(b)、(c)中，按下正转启动按钮SB ，输入继电器常开触点0001闭合，输出继电器0500线圈得电并自锁，接触器KM，得电，其常开触点闭合，电动机正转；与此同时，0500的常闭触点断开，对0501实行电气联锁，KM 的常闭触点断开对KM 实现联锁。若按下正转启动按钮SB，输入继电器常开触点0002闭合，输出继电器0501线圈得电并自锁，接触器KM 得电，其常开触点闭合，电动机反转；与此同时，0501的常闭触点断开，对0500实行电气联锁，KM：的常闭触点断开对KM
15、实现联锁。停止时按下停止按钮SB ，常闭触点0000断开，过载时热继电器常开触点FR闭合，常闭触点0003断开，这两种情况都能使输出继电器0500或0501线圈失电，从而使KM 或KM：失电，电动机停转。4.2 自动往复循环控制线路图2中用了四个行程开关SQ，、SQ。、SQ，、SQ ，这四个行程开关的作用分别是SQ 、SQ：用于电动机正反转的自动切换，SQ 、SQ 用于运动部件的终端保护。当按下正转启动按钮SB：，输入继电器常开触点0001闭合，输出继电器0500线圈得电并自锁，接触器KM，得电，其常开触点闭合，电动机正转，带动运动部件前进，当到达预定位置时，运动部件上的挡铁碰撞行程开关SQ
16、，SQ 的常开触点闭合，输入继电器0004线圈得电，使得0004常闭触点断开，输出继电器0500线圈失电，KM失电，电动机停止正转，运动部件停止运行；与此同时，输入继电器0004的常开触点闭合，输出继电器0501线圈得电并自锁，接触器KM 得电，其常开触点闭合，电动机反转，带动运动部件后退，当到达预定位置时，运动部件上的挡铁碰撞行程开关SQ ，SQ：的常开触点闭合，输入继电器0005线圈得电，使得0005常闭触点断开，输出继电器0501线圈失电，KM失电，电动机停止反转，运动部件停止运行；与此同时，0005的常开触点闭合，0500又重新得电，KM 线圈得电，电动机又重新正转带动运动部件前进，如
17、此循环。当按下反向启动按钮SB 时，也有相同的工作过程。停止时，按下停止按钮SB，常闭触点000o断开，过载时热继电器常开触点FR闭合，常闭触点0003断开，这两种情况都能使输出继电器0500或0501线圈失电，从而使KM 或KM 失电，电动机停转。4.3 电动机的Y一启动控制线路在图3(b)、(C)中，按下启动按钮SB，输入继电器0000得电，常开触点0000闭合，输出继电器0500线圈得电并自锁，常开触点0500闭合，导致输出继电器0501得电，从而使接触器KM，、KM 得电，电动机形成星形启动；与此同时，定时器TOO开始计时；2 S时间到，常闭触点TOO断开，输出继电器0501失电，常闭
18、触点0501闭合，又因为常开触点TOO闭合，常开触点0500闭合，所以输出继电器0502得电并自锁，此时KM 、KM，得电，电动机接成三角形运行。在输出继电器0501和0502的各自回路中，相互串联了0502和0501的常闭触点，从而形成了电气互锁。SB是停止按钮，热继电器FR作过载保护。5 结束语上面对PLC做了简介及介绍了几种常用电动机控制线路的PLC控制，在实际应用中，由于继电器控制系统和PLC控制系统的工作方式不同，电路结构完全相同的继电器控制电路和梯形图，它们产生的控制效果可能不完全一样，甚至某些作用完全相反，所以在继电器控制系统改造过程中应相互配合灵活应用。参考文献：1 熊幸明工厂电气控制技术M北京：清华大学出版社。20052 胡学林可编程控制器应用技术M北京：高等教育出版社，20053 戴一平可编程控制器技术及应用M北京：机械工业出版社，2006
