第八章现代控制技术Word文档格式.docx
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第一节 可编程控制器(PLC)
一、PLC简介
1.PLC定义
可编程控制器,简称“PLC”专门用于工业控制的电子计算机,是一种数字操作的电子系统,专门应用于工业环境。
采用可编程的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令,通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
2.发展史
1968年,美国通用(GM)汽车公司首先提出研制新型工业控制器的十项功能标准。
1969年,美国数据设备公司(DEC)研制出世界第一台可编程控制器,并成功应用。
1971年,试制出日本的第一台可编程控制器。
1973年,德国西门子公司独立研制出欧洲第一台可编程控制器。
1980年,美国电气制造协会(NEMA)命名为“可编程控制器”(ProgrammableController),简称PC。
3.优点
减少了电气的数量。
简化电气控制系统的接线。
减小电气控制柜的安装尺寸。
设计、施工周期短,通用性强,可靠性高,成本低。
二、PLC的硬件结构
1.组成:
继电器–接触器控制系统由输入、输出电路和逻辑控制电路组成,如图所示。
逻辑控制电路:
由若干继电器及有关电器的触点组成。
2.PLC的硬件结构:
主要由控制组件和输入/输出(I/O)接口电路及编程器三部分组成。
硬件结构主要包括:
CPU、RAM、ROM和I/O接口电路等,内部采用总线结构进行数据和指令的传输。
3.PLC硬件结构的三大部分
(1)控制组件:
CPU:
中央处理器,控制指挥中心,完成取进输入信号、对指令进行编译、完成程序指令规定的各种操作,并将结果送到输出端。
存储器:
分为系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器。
(2)I/O接口:
实现与外围设备的联接。
I/O接口的要求:
抗干扰力和满足现场各种信号的匹配要求。
常用接口:
开关量输入、输出接口、A/D、D/A转换单元、各种智能控制单元的连接接口。
(3)编程器:
用于用户程序的编制、调试和运行监控,分三种:
手编程器
功能:
编辑、检索和修改程序、进行系统设置、内存监控等。
专用编程器
专用于编程的计算机,可用梯形图编程,可以脱机编程,功能完善但价格昂贵。
计算机辅助编程
通过RS232通信口与计算机连接,利用专业编辑软件,采用各种编程语言,实现各种功能,如下图所示。
三、FX2系列PLC的内部寄存器
以FX2系列为例,介绍小型PLC的硬件配置和指令系统。
1.FX2系列列PLC内部寄存器的配置
见表。
寄存器名称
符号
编号
点数
注释
输入寄存器
X
000~177
(八进制)
128
I/O点数总共为256点
输出寄存器
Y
辅助继电器
通用辅助继电器
M
0000~0499
500
可通过参数设置改变其范围
保持辅助继电器
0500~1023
524
特殊辅助继电器
8000~8255
256
定时器
T
000~245,
246~255
246点是基准时间为10ms、100ms的通用型定时器,10点是积算式定时器
计数器
C
000~255
200点为加计数器,35点为加/减计数器,21点位高速计数器
状态寄存器
S
000~666
1000
数据寄存器
D
000~511
512
不包含特殊数据寄存器
指针
P
000~063
64
2.基本功能
(1)I/O继电器
输入继电器用于接收外部控制信号,输出继电器则用于将PLC的输出信号传送驱动负载。
(2)辅助继电器
功能同中间继电器相似,包括辅助继电器、保持继电器和特殊辅助继电器。
(3)定时器和计数器
功能同时间继电器相似,定时时间及计数的次数在编程时选定或设置。
(4)状态寄存器
与步进指令配合使用,用于步进顺序控制。
(5)数据寄存器
存放数据。
四、PLC的应用软件-指令系统简介
1.应用软件即用户程序,编辑的程序实现控制功能。
2.PLC的编程语言是梯形图语言和辅助符语言。
3.FX2系列PLC的指令系统包括20条基本指令、2条步进指令和87条功能指令。
以三相异步电动机自动星-三角形起动控制电路为例。
例将如图所示三相异步电动机自动星-三角降压起动控制电路改用PLC进行控制。
解:
1.电路控制过程分析
按下SB2→接触器KM1、KM3通电→电动机定子绕组为星形联结起动,与此同时,时间继电器KT通电开始延时→延时时间(10s)到→KT切断KM3而接通KM2→电动机定子绕组改为三角形联结而全压运行。
2.确定PLC机型和I/O端口分配
用PLC取代图所示的继电器-接触器控制电路,实现对电动机星-三角降压起动自动控制的电路如图所示。
二者比较,主电路是一样的,只是控制电路部分不同。
该电路需要连接到PLC的输入、输出端口只有5点:
两个控制按钮和三个交流接触器。
因此可选用型号为FX2N—16M的PLC(有输入、输出端口各8点,其地址分别X000~X007,Y000~Y007)。
I/O地址分配见表
输入点地址
所连接主令电路
输出点地址
所控制负载
X000
停止按钮SB1
Y000
接触器KM1
X001
启动按钮SB2
Y001
接触器KM2
Y002
接触器KM3
3.控制程序
(1)如表所示,表中左边为程序的梯形图,右边为助记符。
(2)梯形图按由左至右、由上至下的顺序画出,左边为起始母线,每一逻辑行必须从起始母线开始画起,由左至右先画开关后画输出变量,在梯形图中表示软继电器“开关”的符号只有两种:
用“—||—”表示动合触点,用“—|/|—”表示动断触点;
而用“—O—”表示该逻辑行的输出。
(3)输出变量可以并联但不能串联,在输出变量的右侧也不能画输入开关;
最右边为结束母线。
(4)注意:
PLC梯形图与继电器电路图虽然相似,两者所表达逻辑关系也基本一样,但在具体表达方式及其内涵则有本质的区别。
在继电器电路图中,每个电气符号代表一个实际的电器或电器部件,之间的连线表示各电器间的连接线(即“硬接线”),因此继电器电路图表示的是实际的电路,而PLC梯形图表示的是程序,图中的继电器并不是物理继电器,它实质上是PLC的内部寄存器,其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系,即所谓“软接线”。
(5)表中的程序使用了几条FX2系列PLC的基本指令:
LD、LDI——初始加载指令
LD表示初始加载一个动合触点,LDI表示初始加载一个动断触点。
AND、ANI——与、与非指令
AND表示逻辑“与”,即串联一个动合触点;
ANI表示逻辑“与非”,即串联一个动断触点。
OR、ORI——或、或非指令
OR表示逻辑“或”,即并联一个动合触点;
ORI表示逻辑“或非”,即并联一个动断触点。
(ORI指令在该程序中没有使用)
OUT——输出指令
OUT指令表示输出逻辑运算的结果。
(6)在程序中用到了两个定时器T0和T1,基准时间均为0.1s。
T0用于电动机从星形联结起动到三角形联结运行的时间控制,其预置值为100,即预置延时时间为0.1s⨯100=10s。
T1则用于接触器KM2与KM3之间动作的延时,预置延时时间为1s。
(提问引入)
(结合当前计算机及工业发展现状引入)
(详细讲解)
(讲解)
(介绍性讲解)
(结合图片讲解)
练习
小结
1.可编程控制器(PLC)是一种应用越来越普及的工业控制用计算机,它采用计算机的硬件结构和面向用户的题型编程语言。
2.PLC具有逻辑控制、顺序控制、计数控制、定时控制等功能。
3.PLC由输入电路、输出电路、主机、编程器构成。
4.PLC常用于机械加工、工业控制等地方。
布置作业
第八章 现代控制技术
第二节 变频器
1
1.了解变频器的基本原理。
2.了解变频器的用途。
1.变频器的基本原理。
2.变频器的用途。
变频器的基本原理。
A、新授课
国家十一五规划中,建设节约型社会是今后发展的一项重要内容。
有效地利用能源、节约能源是建设节约型社会的具体体现。
电动机是公认的耗电大户,其占整个国民经济用电量的6成以上,对它进行节能改造,潜力巨大。
要建设节约型社会,是我们必须要做的工作内容。
大力推广变频调速技术是实现这一目标的必要手段,它也是交流电动机节能改造的工作重点。
一、变频器简介
1.变频器
通常,把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”(inverter)。
变频器外形如图8-10所示。
图8-10变频器外形图
2.变频器分类
(1)变频器按其供电压分为低压变频器(220V和380V)、中压变频器(660V和1140V)和高压变频器(3KV、6KV、6.6KV、10KV)。
(2)变频器按其功能分为恒转矩(恒功率)通用型变频器、风机水泵节能型变频器、简易型变频器、纺织专用型变频器、电梯专用变频器、矿山电力机车用变频器、防爆变频器等。
(3)变频器按输出电压调节方式分为PAM(脉冲幅度调制)输出电压调节方式变频器和PWM(脉冲宽度调制)输出电压调节方式变频器。
3.变频器工作原理简介
现在使用的变频器主要采用交-直-交方式。
为了产生电压和频率可变的交流电,该设备首先要把单相或三相的交流电(AC)变换为直流电(DC),然后把该直流电变换为频率和电压可调的单相或三相交流电供给电动机,以实现电机调速,达到省电节能的目的。
二、变频器应用举例
变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。
变频器可用于家电产品,使用变频器的家电产品中不仅有电机(例如空调等),还有荧光灯等产品。
用于电机控制的变频器,既可以改变电压,又可以改变频率。
但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。
汽车上使用的蓄电池(直流电)产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售,用它给车载视频系统及车载空调系统等交流用电设备供电。
变频器还可以在航空航天业中。
例如:
飞机上的电力设备通常需要400Hz的交流电,而地面上使用的交流电一般为50Hz或60Hz。
因此,当飞机停在地面上时,需要使用变频器将地面上的50Hz或60Hz的交流电变为400Hz的交流电供飞机使用。
目前,变频器在生产和生活中的应用领域正不断扩大,以下为一些典型的变频器应用的介绍。
1.在空调系统中的应用
(1)变频器在变频空调中的应用
变频空调器与普通空调器(或称定转速空调器)的主要区别是前者增加了变频
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