电气控制工程及其应用

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1、电气控制技术在工业生产中的应用专业班级：机械设计制造及其自动化092班学生姓名：姜洋学生学号：3090101228指导老师：周力摘要：电气控制系统在工业生产中起着至关重要的作用，对生产正常 运行和工作安全等方面更是起着决定性的作用。面对当今科学技术的 迅速发展，控制技术也随着时代的步伐，不断地进步。本主要从继电 接触器控制系统和可编程序控制系统两方面阐述电气控制在生产实 际中的应用。关键词：接触器；继电器；PLC。前言在电工学上，接触器因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁 地接通与大电流控制（某些型别可达800安培）电路的装置，所以经常 运用于电动机做为控制对象，也可用作控制工厂设备、电热器

2、、工作 母机和各样电力机组等电力负载，接触器不仅能接通和切断电路，而 且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大，适用于频繁操作 和远距离控制。是自动控制系统中的重要元件之一。继电器的应用相当广泛。比如在设备生产时，当设备本身发生了故障，危及设备安全正常运行时，继电器继电器保护装置能够及时 发出警告信号，或直接向所控制的断路器发出跳闸命令，终止故障的 发展，保障人身设备安全。继电器是设备安全运行的一道防线。PLC是自动化系统的基本电控装置，具有控制方便，可靠性高， 容易掌握，价格适宜等特点，广泛用于控制系统中，在控制系统中占 主导地位，并有继续上升的势头。正文1继电接触器控制系统在生产实践中

3、的应用1.1继电器的用途在控制中常用的中间继电器通常用作继电控制、信号传输和隔离 放大等用途。此外还有电流继电器用来限制电流、电压继电器用来控 制电压、静态电压继电器、相序电压继电器、相序电压差继电器、频 率继电器、功率方向继电器、差动继电器、接地继电器、电动机保护 继电器等等。正是有了这些不同类型的继电器，我们才有可能对不同 的物理量作出控制，完成一个完整的控制系统。除了传统的继电器之外，继电器的技术还应用在其他的方面，比 如说电机智能保护器是根据三相交流电动机的工作原理，分析导致电 动机损坏的主要原因研制的，它是一种设计独特，工作可靠的多功能 保护器，在故障出现时，能及时切断，便于实现电机

4、的检修与维护， 该产品具有缺相保护，短路、过载保护功能，适用于各类交流电动机， 开关柜，配电箱等电器设备的安全保护和限电控制，是各类电器设备 设计安装的优选配套产品。1.2常用继电器的符号KA中间继电器Auxiliary relayKE电气继电器Electrical relay动作延时继电器KEM机电继电器KEM电磁继电器KS静态继电器KS固体继电器KM单稳态继电器KB双稳态继电器KP极化继电器KNP非极化继电器KR簧片继电器KT时间继电器KODElectromechanical relayElectromagnetic relayStatic relaySolid-state relaMon

5、ostable relayBistable relayPolarized relayNon-polarized relayReed relayTime relayOn-delay relayDLP延时保护DRP方向保护protectionDCP方向比较保护comparison protectionDEP接地方向保护earth-faultprotectionPDP功率方向保护protectionDelayed protectionDirectionalDirectionalDirectionalPower directionalPP纵联保护Pilot protection1.3接触器的用途接触器

6、是一种广泛应用的开关电路。它利用电磁或气动原理通过 控制回路的通断，适用于远距离频繁接通和分断交直流主流电路和大 量的控制电路。其只要控制电动机，也可用来控制其他电力负载。接 触器具有动作迅速，操作安全，能频繁操作和远距离操作等优点。他 能接通和断开负载电流，但不能切断短路电流，因此，它常和熔断器 和热继电器等配合使用。接触器可以分为两大类，即交流和直流接触器。如按操作方式可 分为电磁接触器、气动接触器和电磁气动接触器。如按灭弧介质可分 为气动式接触器和油浸式接触器和真空接触器，如按主触头控制的电 流的种类可分为交流接触器和直流接触器等等。接触器的主要特征有：额定工作电压、额定绝缘电压、额定电

7、压、 额定频率、接通和分断能力、机械和电寿命等等。额定工作电压是决定使用条件的电压值。对多相电路指的是线电 压。额定绝缘电压是指名义电压值，它是接触器最大额定工作电压， 在任何情况下，最大额定工作电压不应大于额定绝缘电压。额定电流包括额定发热电流和额定工作电流姬定发热电流是指 接触器在8小时工作制下，其各部温升不超过规定所能否承受的最大 电流值。额定频率是所设计的接触器及其特性值相适应的电源频率。机械和电寿命是指抗机械磨损和抗电气磨损性1.4常用接触器的符号1 .接触器的符号接触器的图形符号如图l所示，文字符号为KM。图i接触器的图形符号a）线圈b）主触点c）辅助触点2 PLC控制系统在生产实

8、践中的应用2.1 PLC的用途目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械 制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归 纳为如下几类。1、开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控 制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑2、模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度 等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和 数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和

9、 D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3、运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于 开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。 如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等 场合。4、过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制 系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也 具有

10、此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化 工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5、数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据 转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数 据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信 功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统， 如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业 中的一些大型控制系统。6、通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制

11、的 发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.2 PLC应用要注意的问题PLC是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措 施，就可以直接在工业环境中使用。但是，当生产环境过于恶劣，电 磁十扰特别强烈，或安装使用不当，都不能保证PLC的正常运行，因 此在使用中应注意以下问题。（一）工作环境1. 温度PLC要求环境温度在055C，安装时不能放在发热量大的元件下 面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有 30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直 接

12、照射；如果周围环境超过55C，要安装电风扇强迫通风。2. 湿度为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85% （无凝露）3. 震动应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为1055Hz的频繁或连续振 动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶 寺。4. 空气避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较 多粉尘或腐蚀性气体的环境，可抓LC安装在封闭性较好的控制室或 控制柜中，并安装空气净化装置。5. 电源PLC供电电源为50Hz、220 （110%） V的交流电，对于电源线来的干 扰，PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电 源十扰特别严

13、重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1： 1的隔离 变压器，以减少设备与地之间的十扰。还可以在电源输入端串接C 滤波电路。（二）安装与布线1. 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离 变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。2. PLC应远离强十扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力 设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。3. PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应米用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接 地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。4. PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷 设，以防止外界信号的干扰

14、。5. 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量 远离高压线和动力线，避免并行。（三）I/O端的接线1. 输入接线（1）输入接线一般不要超过30米。但如果环境干扰较小，电压降不 大时，输入接线可适当长些。（2）输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。（3）尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继 电器原理图一致，便于阅读。2. 输出连接（1）输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不 同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类 型、同一电压等级的电源。（2）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子 板，若将连接输出

15、元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用 熔丝保护输出元件。（3）采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继 电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。（4）PLC的输出负载可能产生十扰，因此要采取措施加以控制，如 直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶 闸管输出的旁路电阻保护。2.3 PLC的基本结构可编程序控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组 成.曜择开关限位汗费电源可编程序控制器电磁浏PLC控制系统示意图辘人模袂2.4 PLC的应用举例自动门的PLC控制2.41 Plc控制输出输入接线2.42程序流程图2.43

16、PLC的I/O通道分配类别器件号端子号作用输入SB1I0.1门外光检测电开关SB2I0.2门内光检测电开关SB3I0.3开门限位电开关SB4I0.4关门限位电开关SB5I0.5过载保护开关SB6I0.6紧急停车开关SB7I0.7启动停止SB10I1.0启动停止SB11I1.1手动关门输出KM1Q0.0正转接触器KM2Q0.1反转接触器KM3Q0.2手动接触器2.44梯形图以及指令网络410.510.7Q0.2T H-pH I()10.6Q0.2网络5Q0.2QO.OT IC r)22.45指令如下:12O27OAOooooolnoIIQQIITQN1A2谿o8+3 12o o o oI I I

17、 T10 2 7 14 1 oooooloo TQQQIIIQo oQQ3络D NN NLOAAAOA-业Err/f匚参考文献1 陈正宏，韩德源等.步进电机快速启停的一种新方法.电脑学习，1999,(3)2 王晓极，何捷.步进电机自动升降速及其单片机控制.微特电机，1998,(2)3 陈伯时.电力拖动自动控制系统M.北京:机械工业出版社，19904 许大中.交流电机调速理论M.杭州：浙江大学出版社，19915 车长征.PLC在步进电机位置控制中的应用.江苏电器，2002 (4)6 刘俊.两种PLC控制步进电机实现点位控制的比较与应用.上海高等电机技术专科学校学报，2003 (3)7 顾绳谷.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社，19808 胡崇岳.现代交流调速技术.北京：机械工业出版社，19989 常斗南，李全利，张学武.可编程控制器原理应用实验。北京：机械工 业出版社，1998.710 吴银庚，张彦斌。ENGLISH 4上海交通大学科技外语系。北京：高等教育 出版社.1981.911 戴文进章卫国.Specialized English For Automation .武汉:：武汉理工大学出版社, 2001.8