【導(dǎo)讀】—電機(jī)、電氣控制、PLC，以及學(xué)習(xí)該門課的方法。電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)是用電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)機(jī)械運(yùn)行的系統(tǒng)?？刂圃O(shè)備和電源五個(gè)部分。上的不便，迫使人們?nèi)ふ倚碌哪茉春蛣?dòng)力。工業(yè)受到了嚴(yán)重的束縛。解放后，我國(guó)電機(jī)工業(yè)迅猛發(fā)展。自行設(shè)計(jì)和研制，逐步形成了自己的生產(chǎn)體系。三相異步電動(dòng)機(jī)被廣泛用來驅(qū)動(dòng)各種金屬切削機(jī)床、起重機(jī)、中、小。單相異步電動(dòng)機(jī)由于容量小，性能較差，常用于日常生活中。電動(dòng)機(jī)為一靜止磁場(chǎng)，三相異步電動(dòng)機(jī)卻是一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差n2與同步轉(zhuǎn)速n1之比值稱做轉(zhuǎn)差率s。③當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速0<n＜n1，則轉(zhuǎn)差率的范圍在0～1之間變化。⑤空載時(shí)，n接近n1，則sN≈～。三相異步電動(dòng)機(jī)種類繁多，若按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為鼠籠式和繞線式異步電動(dòng)機(jī)兩大類。電動(dòng)機(jī)分類方法雖不同，但各類三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)卻是相同的。的型號(hào)和主要技術(shù)數(shù)據(jù)，供正確選擇和使用電動(dòng)機(jī)時(shí)參考。三相異步電動(dòng)機(jī)被廣泛用來驅(qū)

　　

【正文】 方法由于不受電動(dòng)機(jī)接線形式的限制，設(shè)備簡(jiǎn)單，所以在中小型生產(chǎn)機(jī)械上應(yīng)用廣泛。但是，定子串電阻降壓起動(dòng)，能量損耗較大。為了節(jié)省能量可采用電抗器代替電阻，但其成本較高。 二、星一三角降壓起動(dòng)控制線路 凡是正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接成三角形的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)可采用星 —— 三角的降壓起動(dòng)方法來達(dá)到限制起動(dòng)電流的目的。 圖 32 籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)星 —— 三角降壓起動(dòng)的 控制線路 圖 32 為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)星 —— 三角降壓起動(dòng)的控制線路。當(dāng)合上刀開關(guān) QS 以后，按下起動(dòng)按鈕 SB2,接觸器 KM1 線圈、 KM3 線圈以及通電延時(shí)型時(shí)間繼電器 KT 線圈通電，電動(dòng)機(jī)接成星形起動(dòng)；同時(shí)通過 KM1 的常開輔助觸點(diǎn)自鎖，時(shí)間繼電器開始定時(shí)。當(dāng)時(shí)間繼電器 KT 延時(shí)時(shí)間已到， KT 的延時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開，切斷 KM3 線圈電路， KM3 斷電釋放，其主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)復(fù)位；同時(shí)， KT 的延時(shí)常開觸點(diǎn)閉合，使 KM2 線圈通電自鎖，主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)接三角接線示意圖成三角形運(yùn)行。時(shí)間繼電器 KT 線圈也因 KM2 常閉觸點(diǎn)斷開而失電，時(shí)間 繼電器的觸點(diǎn)復(fù)位，為下一次起動(dòng)做好準(zhǔn)備。圖中的 KM KM3 常閉觸點(diǎn)是互鎖控制，防止 KM2, KM3 線圈同時(shí)通電而造成電源短路。 三、自耦變壓器降壓起動(dòng)控制線路 自耦變壓器按星形聯(lián)結(jié)，起動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)定子繞組接到自耦變壓器二次側(cè)。這樣，電動(dòng)機(jī)定子繞組得到的電壓即為自耦變壓器的二次電壓，當(dāng)起動(dòng)完畢時(shí)，自耦變壓器被切除，額定電壓（直接加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入全壓正常運(yùn)行。 合上電源開關(guān) QS,按下起動(dòng)按鈕 SB2, KM KM2 的線圈及 KT 的線圈通電并通過 KM1的輔助常開觸點(diǎn)自鎖， KM KM2 的主觸點(diǎn)將自 耦變壓器接人，電動(dòng)機(jī)定子繞組做降壓起動(dòng)。同時(shí)，時(shí)間繼電器 KT 開始延時(shí)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，對(duì)應(yīng)的 KT 延時(shí)結(jié)束，其延時(shí)常開觸點(diǎn)閉合，中間繼電器 K 通電動(dòng)作并自鎖， K 的常閉觸點(diǎn)斷開使 KM1, KM2, KT 的線圈均斷電，將自耦變壓器切除， K 的常開觸點(diǎn)閉合使 KM3 線圈通電動(dòng)作，主觸點(diǎn)接通電動(dòng)機(jī)主電路，電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行。 圖 33 自耦變壓器降壓起動(dòng)控制線路 自耦變壓器降壓起動(dòng)方法適用于電動(dòng)機(jī)容量較大、正常工作時(shí)接成星形或三角形的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以通過改變抽頭的連接位置得到改變。它的缺 點(diǎn)是自耦變壓器價(jià)格較貴，而且不允許頻繁起動(dòng)。 第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制線路 三相異步電動(dòng)機(jī)從切除電源到完全停止旋轉(zhuǎn)，由于慣性的原因，總需要一段時(shí)間。但實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，很多生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)行過程中都要求安全和準(zhǔn)確定位、以及為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，都需要電動(dòng)機(jī)能迅速停車，所以要求對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)控制。 一、三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 方法 制動(dòng)方法：機(jī)械制動(dòng) 電氣制動(dòng) —— 反接制動(dòng) 能耗制動(dòng) 機(jī)械制動(dòng) —— 利用機(jī)械裝置使電動(dòng)機(jī)在 切斷電源后迅速停轉(zhuǎn) 普遍方法 —— 電磁抱閘 電磁鐵 閘瓦制動(dòng)器 電氣制動(dòng) 是產(chǎn)生一個(gè)與原來轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)力矩。籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)可采用反接制動(dòng)和能耗制動(dòng)兩種方法。 二、 籠型異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)控制線路 三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)是依靠改變定子繞組中的電源相序，使定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，轉(zhuǎn)子受到與旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)力矩作用而迅速停車。因此它的控制要求是制動(dòng)時(shí)使電源反相序，制動(dòng)到接近零轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)電源自動(dòng)切除。 圖 1 為三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)、反接制動(dòng)的控制線路。圖中， KM1 為單向旋轉(zhuǎn)接觸器， KM2 為反接制動(dòng)接觸器， KV 為速度繼電器， R 為反接制動(dòng)電阻。 圖 34 相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)、反接制動(dòng)的控制線路 線路的工作過程如下： 合上電源開關(guān) QS,按下起動(dòng)按鈕 SB2,接觸器 KM1 線圈通電并自鎖，電動(dòng)機(jī)在全壓下起 動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)轉(zhuǎn)速升到某一值（通常為大于 120 r/min)以后，速度繼電器 KV 的常開觸點(diǎn)閉合，為制動(dòng)接觸器 KM2 的通電做準(zhǔn)備。停車時(shí)，按下停車按鈕 SB1， KM1 斷電釋放， KM2 線圈通電動(dòng)作并自鎖， KM2 的常開主觸點(diǎn)閉合，改變了電動(dòng)機(jī)定子繞組中電源的相序，電動(dòng)機(jī)在定子繞組串入電阻 R 的情況下反接制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于 100 r/min 時(shí)，速度繼電器 KV 復(fù)位， KM2 線圈斷電釋放，制動(dòng)過程結(jié)束。 三、籠型異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)控制線路 能耗制動(dòng)是將運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)脫離三相交流電源的同時(shí)，給定子繞組加一直流電源，以產(chǎn)生一個(gè)靜止磁場(chǎng)，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場(chǎng)的作用，產(chǎn)生反相電磁力矩而制動(dòng)的。 圖 35 籠型異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)控制線路 如圖 2 線路的工作情況如下： 起動(dòng)時(shí)，合上電源開關(guān) QS,按下起動(dòng)按鈕 SB2,則接觸器 KM1 動(dòng)作并自鎖，其主觸點(diǎn)接通電動(dòng)機(jī)主電路，電動(dòng)機(jī)在全壓下起動(dòng)運(yùn) 行。停車時(shí)，按下停止按鈕 SB1，其常開觸點(diǎn)斷開使 KM1 線圈斷電，切斷電動(dòng)機(jī)電源， SB1 的常開觸點(diǎn)閉合，接觸器 KM2,時(shí)間繼電器 KT 線圈通電并經(jīng) KM2 的輔助觸點(diǎn)和 KT 的瞬動(dòng)觸點(diǎn)自鎖；同時(shí)， KM2 的主觸點(diǎn)閉合，給電動(dòng)機(jī)兩相定子繞組送人直流電流，進(jìn)行能耗制動(dòng)。經(jīng)過一定時(shí)間后， KT 延時(shí)結(jié)束，其常閉延時(shí)打開的觸點(diǎn)打開， KM2 線圈斷電釋放，切斷直流電源，并且 KT 線圈斷電，為下次制動(dòng)做好準(zhǔn)備。顯見，時(shí)間繼電器 KT 的整定值即為制動(dòng)過程的時(shí)間。圖中利用 KM1 和 KM2 的常閉觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖的目的是防止交流電和直流電同時(shí)加人電動(dòng)機(jī) 定子繞組。 小結(jié)： ① 三相異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)線路的繪制 ② 三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)線路的繪制 ③ 三相籠型異步電動(dòng)機(jī) 串降壓起動(dòng)線路的繪制 作業(yè)： ① 繪制三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制圖。 ② 三相籠型異步電動(dòng)機(jī) 串電阻降壓起動(dòng)線路的繪制 ③ 某機(jī)床主軸由一臺(tái)鼠籠式電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，潤(rùn)滑油泵由另一臺(tái)鼠籠式電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。 今要求： (1)主軸必須在油泵開動(dòng)后，才能開動(dòng)； (2)主軸要求能用電器實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，并能單獨(dú)停車； (3)有短路、零壓及過載保護(hù)。 本章復(fù)習(xí) 試畫出三相鼠籠式電動(dòng)機(jī)既能連續(xù)工作、又能點(diǎn)動(dòng)工作的繼電接觸 器控制線路。 圖 36 三相鼠籠式電動(dòng)機(jī) 解： 電路如圖 36 所示。其中 SB2 為連續(xù)工作起動(dòng)按鈕。 SB3 是雙聯(lián)按鈕，用于點(diǎn)動(dòng)工作。當(dāng)按下 SB3 時(shí)，接觸器線圈有電，主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。串聯(lián)在自鎖觸點(diǎn)支路的常閉按鈕斷開，使自鎖失效。松開 SB3 時(shí)，接觸器線圈立即斷電，電動(dòng)機(jī)停車?？梢?SB3 只能 使電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)工作。 根據(jù)下圖 37 接線做實(shí)驗(yàn)時(shí)， 將開關(guān) Q 合上后按下起動(dòng)按鈕 SB2，發(fā)現(xiàn)有下列現(xiàn)象，試分析和處理故障： (1)接觸器 KM 不動(dòng)作； (2)接觸器 KM 動(dòng)作，但電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)， (3)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，但一松手電動(dòng)機(jī)就不轉(zhuǎn)， (4)接觸器動(dòng)作，但吸合不上； (5)接觸器觸點(diǎn)有明顯顫動(dòng)，噪音較大， (6)接觸器線圈冒煙甚至燒壞； (7)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)或者轉(zhuǎn)得極慢，并有“嗡嗡”聲。 解： (1)有 3種可能的原因：① 1， 2兩根線上的熔絲有一個(gè)或兩個(gè)燒斷，使控制電路無電源；②熱 繼電器常閉觸點(diǎn)跳開后未復(fù)位，③ 4， 5 兩點(diǎn)有一點(diǎn) (或兩點(diǎn) )未接 好。 (2)可能有兩個(gè)原因：① A相熔斷器熔絲燒斷，電動(dòng)機(jī)單相供電，無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；②電動(dòng)機(jī)三相繞組上沒接通電源；例如丫形接法只將 Ul， V1， W1，接向電源，而 U2， V2， W2未接在一 起?！餍谓臃〞r(shí)未形成封閉三角形等等。 如圖 37 (3)自鎖觸點(diǎn)未接通，電動(dòng)機(jī)在點(diǎn)動(dòng)控制狀態(tài)。 (4)可能有 3個(gè)原因：①電源電壓不足； ②接觸器線圈回路 (即控制回路 )接觸電阻過大；③接觸器鐵心和銜鐵間有異物阻擋。 (5)接觸器鐵心柱上短路銅環(huán)失落。 (6)可能有 3個(gè)原因：①接觸器線圈額定電壓與電源電壓不符，②接觸器長(zhǎng)時(shí)間吸合不上，電流過大而燒壞，③接觸器線圈絕緣損壞，有匝間短路。 (7)A相熔絲燒斷，電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行。 今要求三臺(tái)鼠籠式電動(dòng)機(jī) M1， M2， M3 按照一定順序起動(dòng)，即 M1 起動(dòng)后 M2 才可起動(dòng)，M2 起動(dòng)后 ,M3 才可起動(dòng)。試?yán)L出控制線路。 解： 控制線路如圖 38 所示。三臺(tái)電動(dòng)機(jī)的主電路是互相獨(dú)立的，控制電路也基本相似，但在 KM2 支 路中串聯(lián)了 KM1 常開觸點(diǎn)，在 KM3 支路中串聯(lián)了 KM2 常開觸點(diǎn)，保證了電動(dòng)機(jī)的工作順序。然而三臺(tái)電動(dòng)機(jī)停車則互相獨(dú)立。 圖 38 第三篇 PLC技術(shù) 第一章 PLC 簡(jiǎn)介 教學(xué)目的要求： ① 了解可 編程序控制器的產(chǎn)生 ② 掌握可 編程序控制器的定義和特點(diǎn) ③ 掌握 PLC 的基本組 成 ④ 掌握 PLC 的工作過程 主要教學(xué)內(nèi)容： ① 可 編程序控制器的產(chǎn)生 ② 可 編程序控制器的定義和特點(diǎn) ③ 可 編程序控制器的基本組成和工作過程 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 重點(diǎn)： ① 可 編程序控制器的產(chǎn)生 ② 可 編程序控制器的定義和特點(diǎn) ③ 可 編程序控制器的基本組成和工作過程 難點(diǎn)： ① 可 編程序控制器的定義和特點(diǎn) ② 可 編程序控制器的基本組成和工作過程 教具： OMRON 的 C 系列 CPM1A 型 可 編程序控制器一個(gè)、手持編程器一個(gè)。 教學(xué)內(nèi)容： 第一節(jié) 可編程控制器的基本知識(shí) （ 2 學(xué)時(shí)） 可編程序控制器 —— PLC—— 以微處理器為 基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過程，面向用戶的“自然語言”編程，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。表示成 PLC—— 與個(gè)人電腦 PC 相區(qū)別。事實(shí) 上，已不再局限于邏輯控制，其運(yùn)算功能，接口功能都越來越強(qiáng)了。 一、 編程序控制器的產(chǎn)生 上世紀(jì) 60 年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)已開始應(yīng)用于工業(yè)控制了。但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)本身的復(fù)雜性，編程難度高、難以適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價(jià)格昂貴等原因，未能在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。當(dāng)時(shí)的工業(yè)控制，主要還是以繼電 — 接觸器組成控制系統(tǒng)。 1968 年，美 國(guó)最大的汽車制造商 —— 通用汽車制造公司（ GM），為適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)的硬件及接線、減少時(shí)間，降低成本。即： 硬件： 減少 軟件： 靈活 簡(jiǎn)單 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ GEC）首先研制成功第一臺(tái)可編程序控制器 PDP14，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。 1971 年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)可編程序控制器DSC8。 1973 年，西歐國(guó)家也研制出了他們的第一臺(tái)可編程序控 制器。我國(guó)從 1974 年開始研制， 1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。早期的可編程序控制器是為取代繼電器控制線路、存儲(chǔ)程序指令、完成順序控制而設(shè)計(jì)的。 主要用于： 1. 邏輯運(yùn)算 2. 計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)等順序控制，均屬開關(guān)量控制。所以，通常稱為可編程序邏輯控制器（ PLC— Programmable Logic Controller）。 進(jìn)入 70 年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展， PLC 采用了通用微處理器，這種控制器就不再局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算了，功能不斷增強(qiáng)。因此，實(shí)際上應(yīng)稱之為 PC—— 可編程序控制器。 至 80 年代，隨大規(guī)模和超大規(guī)模集 成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，以 16 位和 32 位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化 PLC 得到了驚人的發(fā)展。使 PLC 在概念、設(shè)計(jì)、性能、價(jià)格以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提 圖 11 高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程 I/O 和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使 PC 向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。 二、 可編程序控制器的定 義 可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對(duì)其下最后的定義。國(guó)際電工學(xué)會(huì)（ IEC）曾先后于 ； 和 發(fā)布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一，二，三稿。在第三稿中，對(duì) PLC 作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè) 整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。（見教材 P1） 定義強(qiáng)調(diào)了 PLC 是： 1 數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)