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!- 电气控制技术课程论文 学校：安徽xx大学 姓名：xxxx 班级：机制093 学号：xxxxxxxxxx 指导老师：xxx 电气控制技术在工业生产中的应用 摘要：电气控制技术主要靠继电器以及PLC等来实现其在各种工业生产中的应用，本文主要介绍了时间继电器在控制回路中的应用，PLC在扶梯控制系统中的应用。 引言：电气控制技术是一门多学科交叉的技术,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,特别是计算机和网络技术的应用,以及新型控制策略的出现,使电气控制系统从控制结构到控制理念均发生了根本的变化。 本文是电气控制技术课程论文，是在学习相关知识后对它的真实体会与理解再加上图文及网络资源编写的一篇论文。本论文针对工业生产多电气控制技术的实际需要，根据现代发展的需求，对今后的电气控制应用专业提出的见解。 由于编者水平有限，论文中有不妥之处，恳请读者批评,指正。 关键词：时间继电器，挡车器，PLC，扶梯 正文：电气控制技术在工业生产中的应用十分广泛，主要包括继电器以及PLC等在实际生产中的应用。 一． 继电器 继电器是一种根据特定形式的输入信号而动作的自动电器。输入信号可以是电压、电流等电量，也可以是温度、速度、压力等非电量。其工作方式是当输入变量变化到某一定值时继电器的触头即动作，接通或断开控制电路。它一般由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。感测机构把感测到的电气量或非电气量传递给中间机构，将它与设定的整定值进行比较，当达到整定值（过量或欠量）时，中间机构便使执行机构动作，从而接通或断开被控电路。 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种 “自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器的分类有很多种，如电磁继电器，时间继电器，热继电器，中间继电器等，继电器的应用非常广泛，下面着重介绍时间继电器在控制回路中的应用。 1.1 时间继电器 时间继电器是当加上或除去输入信号时，输出部分需延时或限时到规定的时间才闭合或断开其被控线路的继电器。时间继电器是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器，主要作为辅助电器元件用于各种电气保护及自动装置中，使被控元件达到所需要的延时。按其动作原理与结构不同，可分为空气阻尼式、电动式、 电子式等多种类型。 其符号是KT，图形如下 时间继电器的图形和文字符号 (a)线圈；(b)延时闭合的动合触头；(c)延时断开的动断触头； (d)延时闭合的动断触头；(e)延时断开的动合触头 1.2 时间继电器的应用 某单位使用的挡车器电路系统是单相交流电路，由于采用的是单相控制，单相交流电机在运行的时候存在冲顶和砸底的现象，为了杜绝此现象的发生、减少故障率，保证设备的正常运行，我们决定对控制回路进行改造。如图1所示，为挡车器的控制原理图，其控制原 图1在正常的情况下，按上行按钮（SB 1）或下行按钮（SB2），控制电机进行 正、反方向的运行，当运行到所需要的位置时候，按停止按钮（SB3）电机停止 运行，这时候挡杆就停在相应的位置。 在此控制回路存在以下缺陷，当挡车器的挡杆刚刚预停在某个位置的时候， 如果瞬间按下相反方向的按钮的时候，相反方向的接触器吸合，但由于惯性和采用的单相电机是电容起动电动机，旋转起来后没有固定旋转方向，由于电机没有完全停止转动，此时还会按照电机原来的方向进行运转，此时就相当于失控状态，等到达限位开关时，由于其相对的限位开关没有动作，接触器仍然吸合，电机无法停机，直到电机由于过电流停机为止，此时极易烧毁电机。 1. 延时控制 为了防止此现象的发生，对原控制回路进行改动，在控制回路中加入时间控 制器，更改后的控制电路如图2所示。 图2 电路改造过程：经过分析与研讨，制定了如图2的电路改造方案，在电路中 增加了时间继电器，通过时间的调整达到延时控制的目的，更改后的电路工作原 理如下。 按下上行按钮（SB1）或下行按钮（SB2），控制电机进行正、反方向的运行， 当运行到所需要的位置时候，按停止按钮（SB3）电机停止运行这时候挡杠就停 在相应的位置。此时如果我们按下相反运行的按钮时，电机按照原来方向运转， 当到达限位开关位置时，时间继电器瞬时得电，时间继电器的延时闭合常闭触头 将主控制回路切断，使电机无法继续进行，当到达延时时间时候，此时电机也达 到完全停止的状态，时间继电器的延时闭合常闭触点闭合，控制回路恢复正常。 2. 运行回路校验与调整 通过运行试验，更改后的效果达到了预期的效果，我们又进行了时间继电器 时间的调节，经过反复调整，时间继电器的时间我们调节为3秒此时的时间对于 电机停止与消除电惯性是最佳的时间。 3. 结 论 通过以上的电路回路的更改及对电路的调整与试验，使得控制回路更加的合 理，消除了以往的电路隐患，达到了预期的效果。 二， PLC及其应用举例 主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。 （一） PLC的概述 2. 1 PLC的基本原理 2.1.1 工作方式—— 周期循环扫描 优点：可靠性好，抗干扰能力强 ；通用性强，控制程序可变，使用方便；功能强，适应面广；编程简单，容易掌握；减少了控制系统的设计及施工的工作量；体积小，重量轻，功耗低，维护方便 缺点：输出相对于输入有滞后，不适于快速反应的要求 工业生产对控制设备的可靠性要求： ①平均故障间隔时间长 ②故障修复时间（平均修复时间）短 任何电子设备产生的故障，通常为两种：①偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、 欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对 PLC 而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。②永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。 如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使 PLC 在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使 PLC 在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在 PLC 上增加一些诊断措施和适当的 保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC 的平均修复时间。为此，各PLC 的生产厂商在硬件和软件方面采 取了多种措施，使PLC 除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC 具有了很强的抗干扰能力。 硬件措施：主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由 无触点的电子存储器完成，I/O 系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。 ① 屏蔽：对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好 的材料进行屏蔽，以防外界干扰。② 滤波：对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如 LC 或 π 型滤波 网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。 ③ 电源调整与保护：对微处理器这个核心部件所需的+5V 电源，采用多级 滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压 的影响。④ 隔离：在微处理器与I/O 电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O 接口与CPU 之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O 口之间亦彼此隔离。⑤ 采用模块式结构：这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。 软件措施：有极强的自检及保护功能。 ①故障检测：软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。②信息保护与恢复：当偶发性故障条件出现时，不破坏 PLC 内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC 在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。③设置警戒时钟WDT（看门狗）：如果程序每循环执行时间超过了WDT 规 定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。④加强对程序的检查和校验：一旦程序有错，立即报警，并停止执行。⑤对程序及动态数据进行电池后备：停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于 PLC 的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。 2.1.2 工作过程——自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新几个外阶段。 2.1.3 扫描周期 T =自检时间+读入一点时间输入点数+程序步数运算速度+输出一点时间输出点数。 PLC的工作过程示意图 2.1.4 PLC的程序执行过程 1） 输入采样（输入刷新 ） PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（"0，或“1"，表现在接线端上是否承受外加电压）读 入输入映像寄存器区。 2） 程序执行（程序处理阶段） PLC对程序按顺序进行扫描，根据逻辑运算的结果，刷新输出映像寄存器区或系统RAM区对应位的状态。 3） 输出刷新 PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中，再通过一定的方式去驱动用户设备的过程。 二. PLC的应用 （一） 台达PLC 概述 台达PLC，又名台达可编程、台达可编程控制器、台达可编程序控制等，是台达为工业自动化领域专门设计的、 实现数字运算操作的电子装置。台达ES 系列PLC 具有如下特点： 1、最大I/O 点数：256点 2、程序容量：4K Steps 3、通讯端口：内置RS-232与RS-485，兼容MODBUS ASCII / RTU 通讯协议。 4、内置四点高速计数器: 形 式 输 入 1相1输入 1相2输入 2相2输入 C235 C236 C237 C238 C241 C242 C244 C246 C247 C249 C251 C252 C254 X0 U/D U/D U/D U U U A A A X1 U/D R R D D D B B B X2 U/D U/D R R R R X3 U/D R S S S U:加计数 A: A相输入 S:启动输入 D:减数器 B: B相输入 R:复位输入 （二）台达PLC 在扶梯中的使用 台达ES 系列PLC 的性能稳定，本身含有的功能完全满足在扶梯控制系统中的应用。 1、高速计数器的应用 台达PLC DVP-60ES 有4个单独的32位高速计数器，这为扶梯的高速计数控制 做好了准备。扶梯的高速计数主要有2个方面，一个是主机测速，另一个是扶手 带测速。主机测速有专门的测速器，扶手带测速则可以通过2个高速计数器测量扶手带的速度，用2个高速计数器扑捉扶梯梯路运行的速度。这2对高速计数器 形成了2路扶手带的测量，彼此独立，互不干涉，资源充足。见如下控制流程图： 2、顺序控制的应用 扶梯的控制主要包含5个方面：开机前安全检查、正常运行、运行中安全检查、 停机、停机的安全检测。见如下控制流程图： 此PLC 有着非常丰富的控制资源，744点一般辅助继电器，256点停电保持继电 器、64点100ms 定时器、63点10ms 定时器、112点一般计数器等。这些资源 组合起来足够细致的对扶梯控制内部的每个继电器进行安全检查，包括PLC 自 身的继电器的安全检测。 在扶梯的控制中，开机前的安全检测最重要，台达PLC 能够很好的完成这一任 务。主要有： 1）开机前的安全回路检测。外围安全回路的检测完好是扶梯运行的基础。外围 安全回路断开，则停止一切与主机运行的输出。 2）给定一定的时间对PLC 自身检测，在这段时间中，PLC 给每个输出点0.5s 时间检测各个外围继电器是否动作完好、是否粘连、每个输出继电器是否工作完 好。将PLC 各个输出点分组击活，检测后进入下一组。最终到达设定的时间。 3）检测完毕，进入扶梯运转阶段。 3、通信的应用 随着扶梯应用的范围越来越广泛，自动化水平的提高，客户对扶梯的监控系统有 着越来越高的要求。这些高档的监控系统可以帮助维护人员非常快的判断出扶梯 的具体故障、看到以往的故障，帮助维护人员分析原因使扶梯能够更好的为大家 服务。台达PLC 的ES 在这方面有很丰富的资源。它本身带有1个RS232串口、 1个RS485接口。 RS232串口用于下载并监视程序，如果简单的、扶梯数量较少，可以直接使用此 端口与上位机连接，监控扶梯的运行状态。不过这种使用机会非常少，因为 RS232接口传输距离相对较近，而且是1对1的接口，而扶梯的数量一般都是几个甚至几十个。所以使用成本较高。 RS485接口。台达PLC的ES系列非常方便的是每个PLC都有RS485接口。RS485 可以方便的多机通信，而且传输距离较远，理论能够达到1.2km。ES 系列PLC 通过RS 指令，能够方便的实现自由协议的通信，而且可以使用MODWR、 MODRD 等指令实现MODBUS 通信。 在扶梯中，此RS485接口的主要作用是将PLC 的运行状态及检测报警等实时的 传输给故障诊断板，使客户或者维修人员能够了解扶梯的运行状态，在最短的时 间内找到停梯原因，及时检修并排除故障，能够更快的恢复扶梯的运行。 4、安全设计 PLC 使用于扶梯系统要求安全是第一位的。这点不仅在外围安全电路的设计上， 对PLC 自身内部的软件安全同样有严格的要求。在软件设计中，对各个功能块 分别检测，例如制动检测、闸瓦厚度的检测、梯级缺少等等。这些功能块的输出 继电器组成了软件安全回路，控制外围安全回路的通断。各个功能块之间也不断 的交替比较检测，降低了由于单一控制带来的风险。安全回路输出继电器检测一 旦检测发生故障，不仅软件上使扶梯停下来，切断主机的电源，而且从外围安全 回路切断主机的电源。软硬件结合的双重控制，增强了安全等级，提高了控制的可靠性。 结束语：通过本次课程论文设计，我巩固了课堂上所学的知识，对其更深层次的理解，并加以应用。电气控制技术的应用远远不止如此，它的发展前景十分广泛，我相信随着科学技术的不断发展，人们对电气控制的了解越来越深入，电气控制技术在工业生产以及人类生活中的作用一定会越来越显著！ 参考文献： 【1】张凤珊. 电气控制及可编程序控制器 【M】. 2版. 北京：中国轻工业出版社，2003 【2】李道霖. 电气控制与PLC 原理及应用【M】. 北京：电子工业出版社，2004 【3】漆汉宏. 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