电气控制技术在PLC方面的应用详解Word下载.docx
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Keywords:
Electricalcontrol;
Electricrelay;
Application
1.引言
20世纪20年代出现的将接触器、各种继电器、定时器、其它电器及触头按一定逻辑关系连接的继电接触器控制系统,它结构简单、价格便宜、便于掌握等特点在工业控制中广泛运用。
随着现代工业的迅猛发展,生产控制的柔性化需要,传统的继电接触器控制系统已经不能满足生产需要;
同时计算机技术的迅猛发展也为新的工业控制方法奠定了基础。
可编程序控制器(PLC)将计算机的功能完善、通用性、灵活性好的优点与继电接触器控制系统的结构简单、价格便宜、便于掌握等特点有机结合,在现代工业控制中得到广泛应用,是当代工业生产自动化的主要支柱之一。
2.电气控制技术在生产实践中的应用
电气控制技术在生产实践中应用非常广泛,几乎大部分与电相关的产品都必须用到电气控制技术,小到家庭生活,大致航空航天。
特别是当今科学技术的发展及应用“机电液”一体化需要,对掌握电气控制技术基础知识显得十分必要。
控制部分为两类:
一类为传统的以继电器、接触器为主的电气控制系统,其控制逻辑完全由硬件构成;
另一类为基于可编程控制器PLC的电气控制系统,其控制逻辑由编程软件来实现。
图1为数控机床控制原理图。
本文从传统电气控制系统和可编程控制器PLC控制系统两方面出发,通过具体实例来分别阐述电气控制系统在生产实践中的应用。
2.1传统控制系统
传统控制系统为以接触器-继电器为主的电气控制,通过选择接触器、继电器、热继电器等各种电气元件,经过布线、接线与调试,完成传统的硬接线逻辑电路,实现不同的控制要求,如电机起动、正反转、制动等控制功能、机床执行部件的工作循环等。
虽然现在社会科技高速发展,但传统控制系统仍在生产实践中得
到很大应用,如单相交流电动机的控制,星三角降压启动的压缩机控制,CA6140型卧式车床的电气控制电路等等。
下面就CA6140型卧式车床来分析传统控制系统在生产中的应用。
2.1.1CA6140电力拖动要求与控制特点
1、主拖动电动机一般选用三相笼型异步电动机,为满足调速设计要求,采用机械变速。
主轴要求正、反转,对于小型车床主轴的正反转由拖动电动机正反转来实现;
档拖动电动机容量较大时,可由摩擦离合器来实现主轴正反转,电动机只作单向旋转。
一般中小型车床的主轴电动机均采用直接起动。
当电动机容量较大时,常采用Y-△降压起动。
停车时为实现快速停车,一般采用机械或电气制动。
2、切削加工时,刀具与工件温度较高时需要切削液进行冷却。
为此。
设有一台冷却泵电动机,且与主轴电动机有着联锁关系,即冷却泵电动机应在主轴电动机启动后方可选择启动与否;
当主轴电动机停止时,冷却泵电动机便立即停止。
图2CA6140车床模型
3、速移动电动机采用点动控制,单方向旋转,靠机械结构实现不同方向的快速移动。
4、路应具有必要的保护环节、安全可靠的照明电路及信号指示。
2.1.2CA6140型卧式车床的电气控制电路(如图3)
图3CA6140型卧式车床的电气控制电路
2.1.3CA6140电气控制电路分析
1、主电路分析
主电路中共有三台电动机,图中M1为主轴电动机,用以实现主轴旋转和进给运动;
M2为冷却泵电动机;
M3为溜板快速移动电动机。
M1、M2、M3均为三相异步电动机,容量均小于10kW,全部采用全压直接起动皆有交流接触器控制单向旋转。
M1电动机由起动按钮SB1,停止按钮SB2和接触器KM1构成电动机单向连续运转控制电路。
主轴的正反转由摩擦离合器改变传动来实现。
M2电动机是在主轴电动机起动之后,扳动冷却泵控制开关SA1来控制接触器KM2的通断,实现冷却泵电动机的起动与停止。
由于SA1开关具有定位功能,故不需自锁。
M3电动机由装在溜板箱上的快慢速进给手柄内的快速移动按钮SB3来控制KM3接触器,从而实现M3的点动。
操作时,先将快速进给手柄扳到所需移动方向,再按下SB3按钮,即实现该方向的快速移动。
三相相电源通过转换开关QS1引入,FU1和FU2作短路保护。
主轴电动机M1由接触器KM1控制启动,热继电器FR1为主轴电动机。
M1的过载保护。
冷却泵电动机M2由接触器KM2控制启动,热继电器FR2为它的过载保护。
溜板快速移动电机M3由接触器KM3控制启动。
2、控制电路分析
控制回路的电源由变压器TC副边输出110V电压提供,采用FU3作短路保护。
①主轴电动机的控制:
按下启动按钮SB2,接触器KM1的线圈获电动作,其主触头闭合,主轴电动机M1启动运行。
同时KM1的自触头和另一副常开触头闭合。
按下停止按钮SB1,主轴电动机M1停车。
②冷却泵电动机控制:
如果车削加工过程中,工艺需要使用却液时,合上开关QS2,在主轴电动机M1运转情况下,接触器KM1线圈获电吸合,其主触头闭合,冷却泵电动机获电运行。
由电气原理图可知,只有当主轴电动机M1启动后,冷却泵电动机M2才有可能启动,当M1停止运行时,M2也就自动停止。
③溜板快速移动的控制:
溜板快速移动电动机M3的启动是由安装在进给操纵手柄顶端的按钮SB3来控制,它与中间继电器KM3组成点动控制环节。
将操纵手柄扳到所需要的方向,压下按钮SB3,继电器KM3获电吸合,M3启动,溜板就向指定方向快速移动。
3、照明、信号灯电路分析
控制变压器TC的副边分别输出24V和6V电压,作为机床低压照明灯和信号灯的电源。
EL为机床的低压照明灯,由开关SA控制;
HL为电源的信号灯,采用FU4作短路保护。
图4万能车床电路试验台
2.1.4电路的保护环节
1、电路电源开关是带有开关锁SA2的断路器QS。
机床接通电源时需用钥匙开关操作,再合上QS,增加了安全性。
需要送电时,先用开关钥匙插入SA2开关锁中并右旋,使QS线圈断电,再扳动断路器QS将其合上,此时,机床电源送入主电路380V交流电压,并经控制变压器输出110V控制电路、24V安全照明电路、6V信号灯电压。
断电时,若将开关锁SA2左旋,则触头SA2(03—13)闭合,QS线圈通电,断路器QS断开,机床断电。
若出现误操作,QS将在0.1s内再次自动跳闸。
2、打开机床控制配电盘壁箱门,自动切除机床电源的保护。
在配电盘壁箱门上装有安全行程开关SQ2,当打开配电盘壁箱门时,安全开关的触头SQ2(03—13)闭合,将使断路器QS线圈通电,断路器QS自动跳闸,断开机床电源,以确保人身安全。
3、机床床头皮带罩处设有安全开关SQ1,当打开皮带罩时,安全开关触头SQ1(03—1)断开,将接触器KM1、KM2、KM3线圈电路切断,电动机将全部停止旋转,以确保了人身安全。
4、为满足打开机床控制配电盘壁箱门进行带电检修的需要,可将SQ2安全开关传动杆拉出,使触头SQ2(03—13)断开,此时QS线圈断电,QS开关仍可合上。
当检修完毕,关上壁箱门后,将SQ2开关传动杆复位,SQ2保护作用照常起作用。
5、电动机M1、M2由FU热继电器FR1、FR2实现电动机长期过载保护;
断路器QS实现全电路的过流、欠电压保护及热保护;
熔断器FU、FU1至FU6实现各各部分电路的短路保护。
此外,还设有EL机床照明灯和HL信号灯进行刻度照明。
2.1.5控制电路故障分析及电路特点
1、电气控制电路故障分析
CA6140型车床的常见电气故障往往出现在安全开关SQ1、SQ2上,由于长期使用,可能出现松动移位,致使打开床头皮带罩时SQ1(03-1)触电断不开或打开配电盘壁箱门时SQ2(03-13)不闭合而失去人身安全保护作用。
另一个故障是断路器QS引起的,当开关锁SA2失灵时将会失去保护作用。
应检验将开关锁SA2左旋时断路器QS能否自动跳开,跳开后若又将QS合上后,经过0.1s后QS能否自动跳闸。
2、CA6140型卧式车床电气控制电路特点
①机床由三台电动机拖动,全部单方向旋转,主轴旋转方向的改变、进给方向的改变、快速移动方向的改变都靠机械传动关系来实现。
②具有完善的人身安全保护环节:
设有带钥匙的电源断路器QS、机床床头皮带罩处的安全开关SQ1、机床控制配电箱门上的安全开关SQ2等。
2.1.6传统控制系统总结
通过上述对CA6140的控制电路我们可以看出,传统控制电路在生产实践中发挥了很好的控制作用,对机床的各功能的运用起到了决定性作用。
2.2PLC控制系统
可编程序控制器简称PLC,是一种以微处理器为核心的、通过数字运算操作的电子系统装置,专为工业现场应用而设计。
它采用可编程序的存储器,在存储器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的指令,并通过数字式或模拟式的输入/输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。
它结构简单,易于编程,性能优越,可靠性高,灵活通用,使用方便。
图5所示为PLC工作过程示意图。
图5PLC的工作过程示意图
随着我国工业控制水平的不断提升,可编程控制器(PLC)技术已经在各行各业得到了广泛的应用,如我们每天所遇到的交通控制灯,自动售货机控制,机床剪板机控制等等。
下面就自动售货机控制系统来说明PLC控制系统在生产实践中的应用。
2.2.1自动售货机的工艺流程
自动饮料机是售汽水和咖啡这两种饮料的,它的售货过程是:
首先由顾客按下商品选择开关时,然后顾客投入的硬币(投入硬币的面值和剩余值由PLC驱动数码管显示)经过光传感器感应,再由光传感器驱动硬币识别传感器识别硬币(由于能力有限,在识别硬币上不做具体研究)。
如果是无效币则使继电器打开阀门,将硬币退出;
如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮币腔,并经硬币识别传感器将信号送给PLC。
最后经顾客选择,同时PLC控制,使PLC的输出口上有相应的信号输出。
若贮币腔内无硬币(红外检测器感应)、饮料的量位小于设定值(红外传感器感应)、售货机遭损,系统就报警。
大体运行如图6:
图6自动售货机控制系统硬件组成示意图
图7自动售货机示意图
2.2.2自动售货机的软件控制要求
1、自动售饮料机可投入1角、5角、1元的硬币。
2、所售饮料标价:
汽水——2元,咖啡——3元。
3
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