电气控制系统范文

导语：如何才能写好一篇电气控制系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

本篇文章介绍了自动镗床PLC控制系统设计方案，并且叙述了镗床运行的基本原理、PLC的基本原理、PLC的工程设计步骤。整个系统采用了一台PLC控制，整个控制系统设一个控制室。利用PLC控制镗床运行，实现了镗床启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有手动控制和自动控制两种控制方式，从而实现了铣床运行的自动化功能。PLC控制的特点使原机床控制大大的简单化,并且维修方便,易于检查。节省大量的继电器元件,使机床的工作效率更高。 关键词：可编程序控制器； 镗床； 电气控制系统；

ABSTRACT：This page has introduced the design plan of theautomatic boring machine PLC control system, and has narrated thebasic principles of the boring machine’s operation, the basicprinciples of PLC and the engineering design step of PLC. the whole system has adopted aPLC to control, the whole control system sets up a control room andutilize a PLC control boring machine to run. It realized thefunction of boring machine’s start , stop , trouble stop , stoppromptly. And it has two kinds of control methods the manuallycontrol and automatically control, thus realized the automaticfunction of the boring machine’s operation.

KEYWORDS: PLC；boring machine；control system

目录

【摘要】 1

目录 2

1.绪论 4

1.1 选题的目的和意义 4 1.3PLC的概述及构成 5

1.31PLC的定义 5 1.3.3 PLC的特点 6

1.3.4 PLC的基本组成 7

2 车镗专机的概况 8

2.1车镗专机概述 8

2.1.1车镗专机的功用及组成 8 2.2车镗专机的电气控制 10

2.2.1概述 10

2.2.2电气控制线路工作原理 10

3车镗专机电力拖动电动机的选择 14

3.1电动机选择的基本知识 14

3.2.1连续工作制电动机容量的选择 14

3.2.2长期变化负载下电动机容量的选择 15

3.3车镗专机用电动机容量的选择 15

3.3.1车镗专机主轴和油泵电动机容量的选择 15

3.3.2快速移动电动机容量的选择 16

4车镗专机电气控制用低压电器的选择 17

4.1低压电器的定义 17

4.2低压电器的选择 17

4.2.1低压断路器的选择 17

4.2.2交流接触器的选择 17

4.2.3熔断器的选择 18

4.2.4热继电器的选择 18

4.2.5行程开关与刀开关的选择 19

4.2.6组合开关与万能转换开关的选择 19

4.2.7主令控制电器的选择 19

4.2.8指示灯的选择 19

5车镗专机PLC控制系统的设计 20 5.2PLC控制系统设计步骤 20 5.2.2车镗专机PLC的I/O接线图 21

5.2.3其他硬件配置 22

5.2.4车镗专机梯形图的设计 22

5.2.5程序调试过程 24

5.2.6列写电器元件一览表 24

结束语 26

谢 辞 27

文 献 28

1.绪论

1.1 选题的目的和意义

由于现代加工技术的益提高，对加工机床特别是工作母机的要求也越来越高，数控技术是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展的产物，他的出现极大的推动了制造业的进步。机床的控制系统的优劣与机床的加工精度息息相关，特别是PLC广泛应用于控制领域后，已经显现出它的优越性。可编程控制器PLC已广泛应用于各行各业的自动控制。在机械加工领域，机床的控制上更显示出其优点。由于镗床的运动很多、控制逻辑复杂、相互连锁繁多，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多、接线复杂，因此故障多维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响设备的功效。采用PLC控制可使接线大为简化，不但安装十分方便而且工作可靠、降低了故障率、减小。 现代化生产的水平、产品的质量和经济效益等各项指标，在很大程度上取决于生产设备的先进性和电气自动化程度。机电一体化技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而迅速发展的。在控制方法上主要是从手动到自动；在控制功能上，是从简单到复杂；在操作上，是由笨重到轻巧。随着新的控制理论和新型电器及电子器件的出现，又为电气控制技术的发展开拓了新的途径。 传统的机床电气控制是继电器接触式控制系统，由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，实现对机床的启动、停车、有极调速等控制。继电器接触式控制系统的优点是结构简单、维护方便、抗干扰强、价格低，因此广泛应用于各类机床和机械设备。目前，在我国继电器接触式控制仍然是机床和其他机械设备最基本的电气控制形式之一。 在实际生产中，由于大量存在用开关量控制的简单的程序控制过程，而实际生产工艺和流程又是经常变化的，因而传统的继电器接触式控制系统常不能满足这种要求，因此曾出现了继电器接触控制和电子技术相结合的控制装置，叫做顺序控制器。它能够根据生产的需要改变控制程序，而又远比电子计算机结构简单，价格低廉，它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制的。但它的装置体积大，功能也受到一定限制。随着大规模集成电路和微处理机技术的发展及应用，上述控制技术也发生了根本性的变化，在70年代出现了将计算机的存储技术引入顺序控制器，产生了新型工业控制器——可编程序控制器（PLC），它兼备了计算机控制和继电器 控制系统两方面的优点，故目前在世界各国已作为一种标准化通用装置普遍应用于工业控制。为解决占机械总加工量80％左右的单件和小批量生产的自动化的难题，50年代出现了数控机床。它综合应用了电子技术、计算机技术、检测技术、自动控制和机床结构设计等各个技术领域的最新技术成就，它是典型的机电一体化产品。数控机床经过40年来的发展，品种日益增多，性能不断完善，其中以轮廓控制的数控机床和带有自动换刀装置和工作台能自动转位的数控加工中心发展更为迅速。数控机床由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等部分组成，其中伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。

1.3PLC的概述及构成

1.31PLC的定义

20世纪是人类科学技术迅猛发展的一个世纪，电气控制技术也由继电控制过渡到计算机控制系统。各种工业用计算机控制产品的出现，对提高机械设备自动控制性能起到了关键的做用。进入20世纪，各种自动控制产品正在向着控制可靠，操作简单，通用性强，价格低廉的方向发展，使自动控制的实现越来越容易。 “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。” 虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段： 1．早期的PLC（60 年代末—70 年代中期） 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。 2．中期的PLC（70 年代中期—80 年代中后期） 在70年代微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元（CPU）。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。 3．近期的PLC（80 年代中后期至今） 进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。

1.3.3 PLC的特点 1.3.4 PLC的基本组成

可编程控制器系统由输入部分、运算控制部分和输出部分组成。

可编程控制器主机的硬件电路由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、电源等五大部分组成，PLC典型硬件系统如图1-1所示。

图1-1 可编程控制器主机硬件电路图

2 车镗专机的概况

2.1车镗专机概述

2.1.1车镗专机的功用及组成

  ;车镗专机是用来对台式钻床的立拄进行镗孔加工，同时对孔的右端面进行车削加工的一种自动加工设备。加工工件如图2-1所示。

图2-1 工件示意图

车镗专机的基本组成 车镗专机的基本组成如图2-2所示。左、右机械动力头各有三台电动机（快速电动机、工速电动机、主轴电动机），液压站由一台电动机拖动。

图2-2 车镗专机的基本组成示意图 1.车镗专机加工过程

加工过程如图2-3所示。操作者将要加工的工件放在工作台上的夹具中，在其他准备工作就绪后，发出加工指令（按下按钮）。工件自动夹紧，压力继电器动作，左、右动力头同时开始镗削加工。左动力头快进，工进至终点后，快退回原位；而右动力头快进、工进至终点后还应进行右端面的车削加工（车刀横进、横退）后才快退。当两动力头都退回原位，此时Ⅰ工位的粗加工结束，工作台移到Ⅱ工位，开始进行精镗加工。左、右动力头重新起动，快进，工进到终点延时后快退回原位，Ⅱ工位加工结束，工作台退到Ⅰ工位，松开工件，一个自动工作循环结束。

图2-3 车镗专机的加工过程

（3）液压系统 车镗专机液压系统元件如表2-1所示。

表2-1 车镗专机液压系统元件表

YV1 + 卸荷 SP1 + 油压到信号

YV2 +（-） 工件松开（夹紧） SP2 + 工件紧信号

YV3 + 向Ⅰ工位 YV5 + 横 进

YV4 + 向Ⅱ工位 YV6 + 横 退

注：表中“+”表示得电，“-”表示断电。

2．车镗专机的控制要求

1）本系统有七台电机：油泵电机、右主轴电机、右快速电机、右工速电机、左主轴电机、左快速电机、左工速电机。

2）工作台有两个工位，由液压系统实现两工位的转换和加工工件的夹紧与松开。

3）有自动和点动两种工作方式，其中自动工作方式又有三种形式：全自动循环、Ⅰ工位循环、Ⅱ工位循环工作。全自动循环过程是从Ⅰ工位Ⅱ工位Ⅰ工位，Ⅰ工位循环、Ⅱ工位循环工作是指工件只在Ⅰ工位或Ⅱ工位时的加工循环。

4）手动工作方式包括左、右主轴的点动对刀，左、右动力头的快进与快退点动，手动松开工件、手动移位等。

5）左、右床身导轨应具有自动功能（YV7、YV8）。 7）油泵起动后，液压系统要有一定的压力缓冲，才允许开始工作，工作结束要卸荷。

8）具有电源、油泵工作、原位、工作指令等信号的指示。

9）具有照明和必要的联锁环节和保护环节。

2.2车镗专机的电气控制

2.2.1概述

镗床是一种精密加工机床，主要用于加工精确的孔和各孔间相互位置要求较高的零件。它的运动由部件多，调速范围宽。镗床主运动与进给运动由一台主轴电动机拖动，有各自传动链传动，为缩短辅助时间，镗头架的上下运动、工作台的前后左右运动及镗轴的进出运动除工作进给外，还应有快速移动，由快速移动电动机拖动。

2.2.2电气控制线路工作原理

（1）主轴的点动控制 （2）主电机的正反向长动 使用高速时，限位开关XK闭合，按下SB1后，电动机先低速起动，延时5秒后KM6断开，再经0.6秒KM7得电动作。KM7的主触点使电机的绕组连成双星形并重新接入电流，从而使主电动机从低速再起动到高速。 （3）主轴或进给变速时主电机的缓转控制 （4）主轴箱、工作台或主轴的快速移动

机床的各部件的快速移动由限位开关S2、S6和快速电机M2驱动。S2被压动，PLC输出使KM4得电动作，快速移动电动机M2正转、限位开关S6被压动，PLC输出使接触器KM5得电动作，快速电动机M2反转。

（5）主电机的反接制动控制

当电动机正转时，速度继电器的正转动合触点Kn闭合，而正转动断触点Kn。图2-4是镗床电气控制系统主电路图

图2-4 镗床电气控制系统主电路图

2.2.3车镗专机接线布置图设计

1、控制面板图的设计要使整个系统的控制处于方便、快捷、集中、紧凑；

2、在场地允许条件下对发热厉害，噪声振动大的电气部件放在离操作者较远的地方或隔离起来；

3、对于多工位加工的大型设备，应考虑两地操作的可能；

4、总电源紧急停止控制应安放在方便而明显的位置，图2-5安装板电气元件平面布置图，图2-6 控制面板按钮、行程开关平面布置图。

图2-5 安装板电气元件平面布置图

图2-6控制面板按钮、行程开关平面布置图

3车镗专机电力拖动电动机的选择

3.1电动机选择的基本知识

要使电力拖动系统经济而可靠地运行，必须正确选择拖动电动机。这包括电动机的种类、型式、额定电压、额定转速和容量﹝功率﹞的选择。

选择电动机的种类时，对一般要求的生产机械，优先考虑 选用三相笼型异步电动机。对于要求起动转矩大，并且有一定调速要求的生产机械，可选用绕线转子异步电动机；对拖动功率大，需要补偿电网功率因数以及稳定的工作速度时，优先考虑选用三相同步电动机；对于调速性能要求高，在要求快速而平滑的起、制动时，考虑优先选用直流电动机。 在选择电动机的额定转速时，根据电机设计知识，当电动机功率一定时，则高速电动机教经济。但当生产机械的工作速度一定，则电动机转速越高，传动机构的传速比越大，使传动机构复杂，整个系统装置的造价升高。所以选择电动机额定转速时，必须从电动机与机械装置两个方面综合考虑。

在选择电动机容量时，必须从生产机械的工艺过程、负载转矩的性质、电动机的工作制及经济性等几个方面综合考虑。如果选择容量太小，电动机将长期过载而使其过早损坏；如果选择容量过大，不仅电动机容量不能被充分利用，造成设备投资浪费，而且造成运行效率低及异步电动机的功率因数低。因此，正确选择电动机的容量非常重要。

3.2电动机容量选择的基本方法

3.2.1连续工作制电动机容量的选择

长期恒定负载时指在长期运行过程中，电动机处于连续工作状态，负载大小

恒定或负载基本恒定不变，工作时能达到稳定温升τ，其负载图Pl=F﹙t﹚与温

图3-1连续工作制时电动机的负载图与温升曲线

升曲线τ=F﹙t﹚如图3-1所示。这种生产机械所用的电动机容量选择比较简单。选择的原则是使稳定温升τ在电动机绝缘允许的最高温升限度之内选择的方法是使电动机的额定容量等于生产机械的负载功率加上拖动系统的能量损耗。

3.2.2长期变化负载下电动机容量的选择

图3-2 长期变化负载图

3.3车镗专机用电动机容量的选择

3.3.1车镗专机主轴和油泵电动机容量的选择

主轴箱和工作台油泵电动机属于连续工作制且长期工作在恒定负载下的电动机，由于一般电动机是按照常值负载连续工作设计的，电动机设计及出厂试验保证是在额定容量下工作时，温度不超出允许值，而电动机所带负载功率小于或等于其额定功率，发热自然没问题，不需发热校验。则主轴电动机和油泵电动机参数如下：

左右主轴电机的一些参数：交流380V 8.4A 4.0KW

油泵电机的一些参数：交流380V 3.0A 1.1KW

3.3.2快速移动电动机容量的选择 如果电动机实际暂载率与标准暂载率相同，则可直接按照产品目录选择合适电动机，如果电动机实际暂载率与标准暂载率不相等，应该把实际功率换算成邻近的标准暂载率下的功率，在选择电动机和校验温升。则选择左右快速电机的参数和左右工速电机的参数如下：

左右快速电机的参数为：交流380V 4.9A 2.2KW

左右工速电机的参数为：交流380V 3.0A 1.1KW

4车镗专机电气控制用低压电器的选择

4.1低压电器的定义

低压电器通常是指在交流额定电压1200V、直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器产品。

4.2低压电器的选择

4.2.1低压断路器的选择

低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，主要用于电力线路中。它相当于刀闸开关、熔断器、热继电器和欠压继电器的组合，是一种自动切断电路故障的保护电器。

（1）低压断路器主要由触电系统、操作机构和保护元件三部分组成。

低压断路器的选用的技术原则：

断路器的额定工作电压应大于或等于线路或设备的额定工作电压。对于配电 电路来说应注意区别事电源保护还是负载保护，电源端电压比负载端电压高出约5%左右。

（2）断路器主电路额定工作电流大于或等于负载工作电流。

（3）断路器的过载脱口征订电流应等于负载工作电流。

（4）断路器的额定通断能力大于或等于电路的最大短路电流。

（5）断路器的欠电压脱口器额定电压等于主电路额定电压。

（6）断路器类型的选择，应根据电路的额定电流及保护的要求来选用。

4.2.2交流接触器的选择

交流接触器主要由触电系统、电磁机构和灭弧装置等组成。接触器主触点的额定电压选择事根据被选用的接触器主触点的额定电压应大于或等于负载的额定电压，接触器主触点的额定电流选择是根据对于电动机负载，接触器主触点额定电流计算可得到。

接触器的类型应根据电路中负载电流的种类来选择。即交流负载应选用交流接触器，直流负载应选用直流接触器。根据使用类别选用相应系列产品，接触器产品系列是按使用类别设计的，所以应根据接触器负担的工作任务来选择相应的使用类别。 接触器的图形符号及文字符号如图4-1所示

图4-1 接触器的图形符号和文字符号

﹙a﹚ 线圈 ﹙b﹚主触点 ﹙c﹚ 动和铺助触点 ﹙d﹚动断铺助触点

4.2.3熔断器的选择

熔断器是一种广泛应用的最简单有效的保护电器之一。其主体是低熔点金属丝和金属薄片制成的熔体串联在被保护的电路中。在选择熔断器时应该考虑熔体的额定电流以及熔断器的额定电流与额定电压。

熔体额定电流的选择

熔体额定电流与负载大小、负载性质有关：

（1）对于一般照明电路、电热电路等负载可按负载电流大小来确定熔体的额定电流。 多台: IN P =（1.5~2.5）INmMax+∑INM

2、熔断器额定电流与额定电压的选择

（1）熔断器额定电流大于或等于熔体的额定电流；

（2）熔断器额定电压大于或等于电路的工作电压。

4.2.4热继电器的选择

热继电器是一种具有反时限过载保护特性的过流继电器，广泛应用于电动机的过载保护，也可用于其他电气设备的过载保护。 4.2.5行程开关与刀开关的选择

刀开关主要由手柄、触刀、静插座和底板组成。刀开关参数选择应从：极数，额定电流，额定电压，通断能力等进行选择；

依据生产机械的行程发出指令以控制其运行方向和行程长短的主令电器，称为行程开关。行程开关参数选择：操作头的结构，自动复位或非自动复位，长挡铁与短挡铁，触点的数量。

4.2.6组合开关与万能转换开关的选择 万能转换开关是一种多挡式且能对电路进行多种转换的主令电器。万能转换开关参数选择：位数，接线图编号，额定电流，额定电压，通断能力等。

4.2.7主令控制电器的选择

应根据使用场所，结构型式，触头数及颜色来进行选择。

4.2.8指示灯的选择 2.直流 6/12/24/36/48/110/220V 4.形状：球形/园平头/方形/长方形

5.颜色：红、绿、黑、黄、白、蓝等

6.发光源：LED、白炽灯泡和氖泡

5车镗专机PLC控制系统的设计

5.1PLC控制系统的设计内容

PLC是现代工业自动控制的一种通用计算机，但其工作方式与微机控制系统不同，与继电接触器控制系统也有本质的不同。PLC应用系统设计包括硬件设计和软件设计两个方面。

1.硬件设计

PLC应用系统硬件设计的主要内容包括PLC的机型选择、输入输出设备的选择、控制柜的设计和控制系统各种技术文件的编写，PLC外部硬件电路的设计等。

2.软件设计

PLC应用系统软件的主要内容就是编写PLC用户程序，即绘制梯形图或编写语句表。

5.2PLC控制系统设计步骤

1.熟悉被控对象，制定控制方案；

2.确定I/O点数；

3.选择PLC机型；

4.选择输入输出设备，分配PLC的I/O地址；

5.设计PLC应用系统电气图纸；

6.程序设计；

7.系统调试；

8.建立文档。

5.2.1选择PLC的机型

图5-1 流程图

PLC机型的选择基本原则是在满足功能要求及保证可靠，维护方便，可扩展，经济的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：

1.I／O点数在满足控制要求的前提下力争使用的I／O点最少，但必须留有一定的裕量（10％~15％ ）；

2.基于本设计I/O口的要求，需24个输入16个输出，因此我们选择了FX-0N这种型号的PLC；

3.根据动力头的工作过程分析，结合PLC外部电气控制线路的设计，可以很方便地设计出系统的工作流程图﹙如图5-1﹚。

5.2.2车镗专机PLC的I/O接线图

总共用到22个输入端，基本功能的实现用22个,另外有2个用于扩展功能.。输入点采用分组输入的方法减少输入点数.将“自动”控制中的“起动”按纽与 5-2 镗床控制系统PLC外部接线图

5.2.3其他硬件配置

PLC选型确定以后还要考虑系统中的其他部分，主要有：

① 电源

有的PLC机具有独立的电源模块，选择电源模块时要使电源模块的额定输出电流大于或等于主机、I/O模块、专用模块等总的消耗电流之和。为I/O模块选择直流电源时必须查阅产品手册，按其给出的模块技术参数正确选配。

② 大中型系统配置

对大中型的控制系统，可能须要配置总监控制台和监控模拟屏、PLC输入输出二次隔离重动继电器柜以及系统专用UPS电源等。

5.2.4车镗专机梯形图的设计

根据镗床控制系统PLC外部接线图，来画梯形图。画是应该主要每运行一次要线圈复位一次。 其中手动加工部分有：左主轴对刀SB3、右主轴对刀SB4、左快进SB5、左快退SB6、右快进SB7、右快退SB8、手动松开SA3、手动移位SB9。 判断油压是否到位（到T0后如果油压没有上升报警）—手/自动选择（假如是自动加工）—判 断是否夹紧—原位判断（假如工作台不在原位则快退回原位，包括左原点、右原点、横原点）—当工作台都回到原位的时候原位指示灯HL1亮并进行工位判断（若工作台不在Ⅰ工位则YV4得电工作台回Ⅰ工位）—工作台松开，当工件放上去时，再次手自动判断—按启动按钮，工作台再次夹紧，工作指示灯亮（当工作台松开时长时间没有按下启动按钮则直接卸荷）—工作循环方式选择，判断是否是Ⅱ工位加工（因为Ⅰ工位加工与全循环加工的前面部分一样，

所以只要判断是否是Ⅱ工位加工）—左右断机判断—快进（到工进点）—工进（到终点，假如是右工作台加工还需进行端面加工）—快退（Ⅰ工位加工退到原点，全循环加工退到工进点）—判断是否是Ⅰ工位加工（若不是则进行Ⅱ工位加工）—Ⅱ工位快进、工进、快退（Ⅱ工位加工到终点是还需延时一段时间，去除毛刺）—回Ⅰ工位。 输出点部分I/O点数比较少故不要使用减少I/O点数的措施。图5-2 镗床控制系统PLC梯形图。

图5-3镗床控制系统PLC梯形图

5.2.5程序调试过程

按功能表图的流程顺序来调试程序，调试的过程应该符合设计的控制要求，主要能执行全自动、单I、单II、断左、右机、手动。

5.2.6列写电器元件一览表

整理全部电路设计图，程序流程框图，程序清单，元件参数计算公式、结果，列出元件清单。表5-1 电气元件一览表

表5-1 电气元件一览表

符号 数量 名称及用途

M1 1 主电动机，拖动主运动和进给运动用

M2 1 快速移动用电机

Q 1 空气开关，限流、欠压保护 KM3 1 限流电阻短路用接触器

KM6 KM7 3 主电动机高低速转换用接触器

KM4 KM5 2 快速电机正反转用接触器

SB5 1 主电动机停止用按钮

Kn 1 主电动机反转制动用速度继电器 SB3 SB4 2 主电动机正反转点动按钮 S3 S4 2 进给变速用限位开关

S 1 接通主电动机高速用限位开关

S5 S6 2 快速电动机正反转用限位开关

R 2 点动、高速启动，制动用限流电阻

FU1~FU8 8 短路保护熔断器

KR 1 主电动机过载保护用热继电器

K1 1 控制PLC用开关

PLC 1 可编程控制器

结束语

此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了车镗专机PLC控制系统的用途及工作原理，熟悉了车镗专机PLC控制系统的设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。此次设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。 但是此次也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。这次实践是对自己大学3年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人，为中国工业添上自己的微薄之力。

谢 辞

在整个毕业设计中，我得到了指导老师王署霞老师的热心指导和帮助，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。

感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。

在论文完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完

成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的

谢意！

文 献

[1] ：胡辛鸣主编.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社，1999

[2] ：张运波.刘淑荣.工厂电气控制技术.北京：高等教育出版社，2004

[3] ：孙平.可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社，2003

[4] ：余雷声.电气控制与PLC应用.北京：机械工业出版社1996

[5] ：马镜成.低压电器.北京：兵器工业出版社，1993

[6] ：李桂和.电器及控制.重庆：重庆大学出版社，1993

[7] ：齐占山.机床电气控制技术.北京：机械工业出版社，1999

篇2

【关键词】电梯 电气控制 安全电器电路

《电梯制造与安装安全规范）GB7588-2003第12.4.3.1条规定：切断制动器电流，至少应用2个独立的电气装置来实现，不论这些装置与用来切断电梯驱动主机电流的电气装置是否为一体。当电梯停止时，如果其中一个接触器的主触点未打开最迟到下一次运行方向改变时，应防止电梯再运行。

电梯必须停机修理故障中，电气控制系统故障占全部故障的80%～90% 月前电梯所选的电器元件基本上是一般的机床电器，其结构特点、使用寿命、技术指标等均不能完全适应电梯运行的要求。尤其是继电器、接触器组成的有触点控制的电梯，其接头和触头敏众多，因而事故也比较多，因此电梯故障嗡测保护器已成为电梯不可能缺少的配套装置。一般要求保护器能实时检测被监测电梯的工作及外电源的当前状况，对当前的状况进行实时智能分析，尽可能给出确切结果，对结果不能确定的问题提供警报，要求人工干预，切断电梯拖动及检测到的外电源，提供保护器电源参与援救，包括拖动轿厢到平层，开门放客，提供语言报警、关门，电梯返回基站，可见电源系统是保护器的关键。

一、电梯电气控制

电梯控制技术的发展，始终与安全技术的发展紧密相连。当今电梯安全电气控制的重点是电气安全回路控制。其具体体现为由关键安全控制点设置的安全触点和安全电路组成的电气安全回路，对电梯驱动装置主控电器直接以硬件连接的控制。这种电路结构能够有效防止电磁干扰、软件程序错误对电梯关键安全控制环节的威胁，保证电梯关键安全控制电气环节的可靠性。

在目前电梯控制电气结构设计中，电气安全回路对驱动装置主控电器的控制连接，还存在着某些通过程序软件间接连接的设计。特别是电气安全回路中的门锁触点，往往由于各种原因处于直接控制驱动装置主控电器的电气回路之外。有些设计者过分强调微电脑的工作可靠性，忽视了电气安全回路控制点失误后果的严重性，将门锁触点通过程序控制器间接控制驱动装置主控电器，此类控制方式在发生意外干扰时，会造成严重的危险，已有多项事实表明了这种危险。

二、电气控制系统一般故障检测判断

对于电梯所出现的电气故障要及时判断时修理，以下简要介绍两类电气故障的检查步骤和方法。

（一）短路故障检查方法。短路造成的故障有两种情况， 一种是电源间短路，短路后产生极大的短路电流，能将熔断器熔体烧毁；由于故障现象明显，对电路分析即能查得排除。另一种是局部电路短路，触点粘合，开关不释放等，这种短路不产生大电流，熔断器保持完好。一般表现为电梯失控或电路上出现某一继电器不能释放。

这时也可根据这一继电器的有关电路进行分段断开，逐步将故障排除。

（二）断路故障检查方法。断路故障一般表现在接头松动、开关和触点接触不良、断线或元件损坏。检查方法可用万用表检查和短路检查法。采用万用表检查断路故障时，可分别用电阻挡和电压挡和电压挡进行测量检查。在使用电阻挡检查时，需断开电路电源，根据电路原理图逐段测量电路的电阻，根据各段电阻值的大小来分析故障点。在使用电压挡进行检查时，需给电路接通电源，然后根据电路原理图逐段测量电路的电压，并根据电压值的大小分析确定故障点。采用短路方法检查，即根据电梯电气控制原理罔，对可能出现故障的触点、开关等部分电路进行短接。短接后，如果故障消除，将说明故障将在这一部分电路，随后缩小范同，重复检查，即可能定故障点。

三、电梯电器、电路控制

（一）安全电器。电梯的关键安全控制部位均有电气安全装置实施控制。电气安全装置须由符合安全触点或安全电路标准的电气部件组成。目前国内盛行将集中串联电气安全装置的电气安全网路通过中继控制电器控制电梯驱动主机供电的设备（主控接触器）。

电梯遵循安全规范的前提是首先具有良好的机械和电气常规设计。而有些设计忽视了电梯电气安全回路中继控制电器的控制对象的电气参数。在电气安全回路的中继控制电器元件的选型中，存在着利用普通继电器控制直流电路时选型不当的现象。常见的错误为采用交直流两用继电器作为电气安全回路的中继控制电器时，未考虑继电器的直流负载控制的电路技术参数。另一个值得注意的是控制电器元件的额定值一般均为控制电阻性负载时的额定值，在电梯电气安全回路的中继控制这类电感性负载电路中，相应的控制能力将大幅度下降，电器触点持续拉弧、烧熔、粘连的现象就难以避免。在电气安全回路的中继控制这样的电路中，将可能造成电气安全回路失效的重大危险。

（二）安全电路。按照安全规范的要求，安全电路分为常规元件组成和含有电子元件的两类。安全电路都要进行故障安全评价。对于故障分析时需要考虑哪些故障，就是GB7588―2003中14.1.1.1和附录H叶|所列出的故障。把这些故障分别输入评价流程图中，只有能到达“可接受”的设计才是符合安全标准的。对含有电子元件的。

四、结语

电梯制造企业在设计电气控制系统时，应充分考虑其对各种意外情况下的安全保护，应达到不低于标准GB7588-2003的相关要求，电梯检验人员在检验过程中，亦应加强对电气控制系统的试验，严格把关。通过对电梯电气控制系统故障的诊断和分析，找到了电梯电气控制系统一般故障有效的检查方法和切实可行的维修方案。

参考文献：

[1]芮靖康.机床电气维修技术问答[M].北京：中国水利水电出版社，1999.

篇3

关键词：智能楼宇；电气控制系统；系统设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.142

1 智能电气控制系统概述

当前，随着社会和经济的快速发展，建筑已经不仅仅局限于住宅和居住功能，人们对新时代的建筑功能有了更多的需求。智能楼宇是随着智能技术在楼宇建设中的应用而提出的一种概念，电气控制系统是智能楼宇建设中非常重要的组成部分，它在很大程度上影响着建筑的方便、舒适以及安全。当前，智能楼宇电气控制系统基本上包含下列四方面内容。

1.1 电力负荷分级

所谓电力负荷就是指电网中电气设备消耗的功率。在建筑的电气控制系统中对电力负荷进行分级的根据依据就是建筑的使用类别以及电负荷的性质。智能楼宇电气控制系统，能够自主采集电力总负荷情况，并通过对整个建筑物的用电效率进行分析，自行投入补偿电容数量，减少无功功率，同时也对整个设备运行情况进行监测。

1.2 供电电源

供电电源是依据建筑物中电力设备的额定电压和电量总负荷来确定的。现在，建筑电气供配电中的电源通常有220V、380V电源。智能楼宇电气控制系统，对整个建筑物的各个回路通断情况进行采集与监测和预警。

1.3 供配电设备

供配电设备是电力系统的核心部件也是重要基础，只有电力设备处于正常运转状态，才能够确保整个电气控制系统的正产运行。在实际使用中，智能楼宇电气控制系统，要能够实时监测各个回路电流情况，预判设备及应对措施，及时报警减少设备的过载情况发生。

1.4 接线方式

智能楼宇电气控制系统中常见的一些接线方式主要有放射式、环式、树干式以及其他方式组成的混合式。在设计中，可以在主干线接入处放置温湿度探头，从而实现实时监测接线处的接触电阻温度变化及设备整体湿度变化，起到及时预警作用。

2 智能楼宇电气控制系统设计的注意事项

随着我国人口的不断增多以及城市化进程的加快，使得土地资源人均面积不断下降，智能楼宇的出现给城市发展带来了新的转机，提高了土地综合使用率。智能楼宇是现代城市化的必然趋势，现已普遍应用到了城市建设中。但智能楼宇与普通多层建筑施工和设计方面都有着较大差异。智能楼宇现代化、智能化程度要远远高于多层建筑，因此施工难度和复杂度也比较大。智能楼宇中电气控制系统占据着重要位置，离开电能不仅电梯无法使用，甚至连供水都无法实现，做好智能楼宇电气工程电气控制系统设计，保障供配电稳定性、可靠性非常重要。若电气控制系统存在问题不仅会影响智能楼宇功能的发挥，还会给居民生活带来不便。在智能楼宇电气工程电气控制系统设计中必须要全面考虑，结合智能楼宇特点进行设计。第一，智能楼宇电气控制系统应做好防雷设计，智能楼宇由于整体结构较高，易遭到雷电的袭击，如电气设备遭受雷击，将出现停电、电气设备、电子设备烧毁等F象，不仅会造成经济损失，影响正常供配电，还会影响居民生活，所以在智能楼宇电气控制系统设计中必须要考虑防雷问题。除防雷问题外，还要对能耗问题进行考虑，做好电气节能设计，要根据电力传输及用电规律，对电气布局和电气网络进行必要的优化，降低能耗，节约能源。第二，还要合理确定电力负荷，保障负荷计算有效性和准确性，设备配型选择时应根据用电负荷计算结果和预算来确定。智能楼宇中一级负荷的供电通常情况下应配备两个独立电源和一个备用发电机，以保障供电稳定性，如两个独立电源发生故障，则使用备用发电机。高压电气控制系统一般采用单母线分段设计，低压电气控制系统中必须采用自动空气开关。为了保障电梯稳定性和安全性，电梯应用专用线，通过不同变压器引出线路，从而减小设备故障对电梯的影响。第三，尽可能避免环境中电磁对信息采集造成的干扰。环境中存在着大量的电磁波，这些电磁波可能会对智能楼宇电气控制系统信息采集造成干扰，影响系统的正常运行。所以，在设计智能楼宇电气控制系统时要重视排除电磁干扰。

3 智能楼宇电气控制系统设计

智能楼宇电气工程电气控制系统，只有经过科学设计，才能满足安全性、可靠性、经济性、稳定性、环保性、节能性要求。电气工程电气控制系统设计中暖通空调系统设计时，应做好强弱电转换的处理，合理对暖通空调结构进行优化。此外，照明系统设计时应充分考虑自然采光问题。照明是智能楼宇电气系统的核心内容，是智能楼宇中不可或缺的基本功能。设计时应合理利用自然光，最大程度上减小人造照明使用，通过添加智能控制系统，以降低能耗。电气线路设计中要科学计算线路负载和总长度，尽量减少线路电阻，从而保障供配质量，变压器容量选择要结合负荷率大小和规律，禁止使用油浸式变压器，要采用干式变压器和环氧树脂浇筑式变压器。另一方面，在PVC 管安装中不论墙板内，还是楼板内安装，都要采用暗敷设方法。为了防止电网停电，发动机无法启动，应设UPS 电源作为机房照明。变压器安装前应严格检查性能，检验合格方可安装，若不合格必须及时处理，停止安装，避免带来安全隐患。插接式母线必须保障干燥，避免受潮。管路埋设要避免水、混凝土的进入，一旦进入很有可能造成无法穿线，影响正常作业。智能楼宇电气控制系统设计中必须科学设计，合理选择施工方案，根据智能楼宇特点采用有限措施，才能保障电气控制系统的稳定性和可靠性。

4 结束语

随着城市化进程的不断加快，智能楼宇的设计也在推陈出新的原则上越来越人性化，在满足舒适性的同时，也要注意整个项目的投资要求。另外，智能楼宇建设也是响应国家对节能减排的号召，节能环保。

参考文献：

[1]赵炳森.建筑电气自动化系统安装的施工技术探讨[J].建筑知识.

篇4

关键词：生产机械；电气控制系统；设计分析

在生产机械电气控制系统设计实践中，已经定型的机床和机械设备可以不用通过设计、制造一些专用的生产设备，或者对原有的机械设备进行技术改造，其它种类的机械就需要进行设计制造，主要是通过介绍经验设计法及逻辑设计法来实现对生产机械电气控制系统的设计，从而能够对生产机械的电气控制系统的设计规律及方法进行分析和研究。

1电气控制系统的设计

在设计电气控制系统的过程中，需要根据实际电气控制的要求编制和设计出机械制造、机械使用以及机械维修过程中需要用到的资料（包含了外购件的目录、材料消耗清单以及机械说明书等）以及图片样本（包含了电气原理图、电气元件的布置图、电气组建的划分图、电气系统安装接线图、控制面板图、电气箱图、非标准件的加工图以及元件、器件的安装底板图）等。根据电气设计任务书的方案可以确立电力设计方案，然后针对性的选择所涉及到的电动机类型，并且设计出合理的原理图，然后通过计算得到主要的技术参数并且核实;选择需要的电气元件、器件后制定相关的明细表，编写出机械设计的说明书。在设计内容过程时，要严格的对原理图进行设计，因为原理图是生产机械电气控制系统的关键，能够为后续的的工艺设计以及技术资料的制定提供行之有效的凭证。为了提高制造电气控制系统的效率，并将原理设计环节所涉及到的技术达到指标，必须采取工艺设计，来为机械的调试、使用以及维护提供切实可行的图样资料[1]。其所需的资料内容包含了电气系统总的布置图、安装图以及接线图的设计；电气组建的布置图、安装图、接线图的设计，电气箱、非标准元件、操作台的设计，电气元件、器件清单，机械的使用和维护说明书。

2电气控制系统中电气控制原理的电路设计

经验设计法也可以称之为分析设计法，其主要是根据具体的生产要求来选择基本的单元电路，或者将已经完备的电路设计按照一定的条件组合起来，在一定基础上根据实际情况进行修改和补充，使其成为一个满足控制要求和设计要求的完整电路，该种方法的优点是设计简单，不受固定的程序的困扰，整个过程是建立在电气控制系统设计基本环节的掌握程度以及较高的电气控制系统电路分析能力的基础上，能够快速提高工作的效率。因此在平常的设计中，经验设计法获得了广泛的应用，但是，经验设计法有其局限性:设计出来的电气控制系统的方案可能会出现漏洞，或者因为设计人员经验的不足而造成影响设计方案的完整性，间接的影响了电气控制系统的可靠性。所以，在实际的设计过程中，必须要经过反复审核检查，在一定条件下最好通过模拟实验来确定设计方案。当问题发生时作出适时的调整修改直到电气控制系统电路的设计满足生产要求。而逻辑设计法则是在电路设计中根据生产机械的工艺需要来利用逻辑代数，把控制电路中的各环节当做逻辑变量，然后根据电路控制的要求把逻辑变量之间的关系通过各逻辑关系式进行表达，在简化逻辑关系式后设计出相应的电路设计图。逻辑设计法的优势在于能够将设计方案最佳化，但是不足之处在于在实际使用过程中，设计难度较高且过程复杂，有时还可能需要结合新的理念，因此在常规的设计当中，逻辑设计法需要结合其它方法一起使用。原理图设计在满足生产工艺的要求时必须充分了解和掌握机械的性能、结构及其实际情况，然后通过控制方式、反向、启动、调速、制动等考量并且设计出联锁和保护装置，然后控制电路电源的种类和电压数值。一般简单的电气控制电路包含的元件和器件不是很复杂，可以直接采用220V的电源或者380V的电源；但如果控制电路较为复杂，就必须将控制电压根据实际情况降到24V、48V或者110V，并且要采用控制电源的变压器，以此确保电气控制电路在工作时的安全可靠性，实现的提前就是必须要保证电气元件、器件的稳定和可靠性[2]。元器件的连接不仅要符合国家的相关规定，还需要合理的安排位置和触头的位置，以便正确的连接电器线圈。

3电气控制系统中的工艺设计

电气设备设计需要根据之前制定好的原理设计图，将控制系统划分成若干个部件，然后根据实际情况将各个部件划分为若干个单元，然后整理好各个部分涉及到的进线及出线，并调整好连接方式。一般情况下，电气控制系统设计单元划分时应注意：相似功能的元件需要组合在一起;而且，为了减少单元间的连线，接线相关的控制电器应该在同一单元内；为了防止受到外界因素的干扰，需要分开强弱电；为了便于调试和检查，经常需要调节、维护的易损元件、器件应当组合在同一单元内。元件、器件布置图的绘制是依据原理设计图来制定的，在绘制时应当按照以下原则进行：监视器件应当安装在仪表板上；在电器板上方需要安装发热元件，而下方安装体积较大或者较重的元件和器件；需要经常调试和检查的元件和器件在安装时不能太高或太低，为避免受到强电以及外界的干扰，需要对弱电部分加装屏蔽设施和隔离设施。电气控制接线图的绘制时需要根据电气元件、器件的布置图以及国家的相关规定采取以下原则：接线图中各元器件的位置应当与实际安装位置一致；元器件和接线座上的标注应该与原理图中的标注一致；绘制时应当采用细线条，以便清楚地表示出接线的关系和去向。

4结论

篇5

【关键词】PLC；电气控制系统；应用领域；控制技术；设计

PLC具有可编程、易于扩展、操作方便等特点，在电气控制系统中过去继电器为核心的控制系统可以完全被PLC所取代，目前在现代工业生产体系中PLC已是一重要的组成部分，在工业不断发展的情况下，以PLC实现产品功能已越来越全面化和多样化，使PLC技术有了较大的发展，以下对PLC在电气控制系统中的应用进行讨论。

1、PLC的定义及工作原理

PLC（Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器。PLC主要运用于工业环境设计中所需要使用的数字运算操作的一种电子系统，其属于运用一类面向现场问题和过程的可实现编程的存储器，使用非常简单和灵活。同时，在设计过程中，PLC与工业控制需要保持统一，其功能最大的特点就是易于扩充。PLC的基础硬件与一台微型计算机相同，是由电源、通信模块、功能模块、I/O接口电路、CPU等构成。PLC需执行算术、逻辑运算、顺序控制、定时以及计数等操作，其内部存储程序是面向用户的操作指令，PLC对各类机械或生产过程通过模拟I/O或数字来实施控制，在工业生产控制过程中起着非常重要的作用。PLC对用户程序按照存入存储器的顺序进行扫描读取后再执行系统的控制是其控制器的主要工作原理。在过去，PLC的主要作用是代替继电器实现逻辑控制，随着PLC功能的日益强大，在我国工业的各个领域得到了广泛的应用，在很大程度上超出了PLC最早期的逻辑控制范畴。

2、PLC控制技术的特点

PLC控制器采用的模块主要特点是重量较轻并且体积小，连接非常简单便利，可即插即用，因而军立PLC控制系统所需的时间非常短。此外，PLC控制器具有安装方便、易维修、操作简单等优点，PLC控制器出现故障时，其故障原因可通过其运行和故障指示装置检查出，用户在系统发生故障时，可立即采取措施更换模块等措施进行恢复，同时PLC用户界面简单明了，对于用户来说很容易掌握。而PLC技术具有功能模块易于扩充、抗干扰能力强、可靠性高、适应性强等优点，PLC硬件各模块之间采用了屏蔽可实现彼此防辐射，并且具有自我检测功能，因而可靠性非常高，同时，PLC本身具有抗电磁干扰、抗冲击、抗振等多方面优点，具有较强的适应能力。采用PLC技术的产品非常丰富，通用性较强，并且接口模块形式也多种多样，大多工业现场都能找到与PLC接口相应的信号模块，使用和操作都非常方便。此外，PLC的编程语言一般为梯形图语言，易理解，使用非常简单，与电器电路的表达形式很相似。

3、PLC在电气控制系统中的应用

继电器可以说是传统的电气控制系统的核心，它是以被控器械发出的信号或根据用户指令通过某种自动方式使系统自动执行相应的动作。通常电气控制系统是由控制、输入、输出这三部分组成，而控制部分由触点和继电器组成，通常是由传感器、开关、按钮等组成了输入设备是，由接触器、电磁阀以及指示灯等组成了输出设备。这三个基本组成部分按照一定的线路相连组成电气系统，但由于触点与继电器等控制部分在操作、接线、可靠性、效率等方面的性能都相对低下，在这种情况下，不得不促使开发新的性能，从而实现更加高的系统[1]。与此同时，PLC控制系统也是由控制、输入、输出这三部分组成，但其控制部分是以PLC可编程控制器为核心，不仅能实现传统的电气控制系统的功能，还能增加编程逻辑控制及更新系统功能，将这三部分的接线连接则继电器繁复明显减轻。

在电气控制系统中，PLC技术的应用领域主要包括了在联网、通信、模拟量、数据处理、过程、运动、开关逻辑等实现多方面的控制。模拟量控制主要是依据工业生产中因生产环境的不同而对工业生产影响的连续性物理量变化（如：温度、湿度或流量等），PLC可进行数字信号与模拟信号之间的相互转化从而可实现可编程控制处理[2]。开关量逻辑控制主要是指PLC控制技术可以有效替换继电器电路控制，可用于多台设备自动化流水生产线的控制，并且可以同时实现逻辑与顺序控制，因此在实践应用领域中是应用最为广泛的控制技术之一，广泛应用于印刷机、电镀流水线以及组合机床等。PLC对流量、温度及压力等各种模拟量的闭环控制被称为过程控制，往往化工、冶金、热处理等方面都有广泛的运用。而运动控制是指PLC利用专用的运动控制模块对物体的各种简单运动进行有效控制，像在机床和机器人的控制中都会用到。通信控制是指PLC模块之间的通信与其他设备通信的控制，在大型的工业控制系统中，PLC的通信功能常与数据处理功能常相结合并得到了广泛的运用[3]。

4、PLC电气控制系统的设计

工业生产机械与设备是否能正常、可靠运行直接与电气控制系统的性能有关，电气控制系统作为生产机械不可缺不的一部分，要必须满足成本合理、安全可靠、操作维护简单等要求。因此，在设计过程中，除了必须掌握一定的机械结构知识之外，还要在掌握机械结构知识的前提下还要设计出控制系统能够满足以面所提到的成本合理、安全可靠、操作维护简单等基本特性，并保证在相应范围内成本能实现控制系统的设计[4]。PLC电气控制系统的设计主要由两部分构成：一是硬件设计；二是软件设计，同时将硬件设计与软件设计结合进行，能使系统开发的速度得到有效提高。往往硬件设计必须要充分考虑到成本、设备、器件的可靠性和其他性能之间的关系。而软件设计是指按照用户相关的需求以相应的语言编写应用程序，并要求指令的条数少且具有较强可读性[5]。

总之，在电气控制系统中，PLC控制设备是电气控制技术的进步的表现之一，它的应用能有效提高电气控制系统在工业生产中的实用性与可靠性。为使PLC技术能够应用到更为广阔的技术领域，相关技术人员还应进一步完善和优化PLC技术，尤其是提高PLC的耐辐射、耐高温性能，从而使PLC技术的功能不断加强、性能不断提高、适用面更广。

参考文献

[1]张海燕.浅谈PLC的发展与应用[J].机械管理开发，2010（6）.

[2]陈小飞.可编程控制器在电气控制中的应用研究[J].中国新技术新产品，2011（14）.

[3]孙丽，祁士勇，王斌.PLC在电气控制系统中的应用研究[J].科技风.2012（08）

篇6

关键词：矿用机械 电气控制 系统设计

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0128-01

在现代化矿井建设中，凡要求较高的场合，都离不开自动控制。矿用机械的启动、加速、调速、制动和停车都可通过自动控制系统来实现，对不同的矿用机械需要不同的自动控制方式，虽然控制方法不同，但都是根据生产机械工作时物理量的变化确定的。因此，针对不同的物理量就有不同的控制原则。

1 电气控制系统设计的基本原则

电控系统设计涉及到的范围较广，系统从初步设计、技术设计到产品设计过程中的每一环节都与产品的质量和成本密切相关。电气控制系统设计过程应遵循的基本原则如以下几点。

（1）最大限度地满足机械设备对电气控制提出的要求。生产机械的电控装置是为生产机械按预定规律完成一定动作和保证部件协调运转服务的，电气设计必须满足生产机械对电气控制提出的技术要求。

（2）妥善处理机与电的关系，采用机电结合的方法，达到系统的控制要求。现代生产机械的机械运动是机电结合的结果，机与电两者相互关联、相互依赖，只有统筹考虑两者关系才能达到整机的技术指标和经济指标。

（3）在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单，避免盲目地追求高性能、高指标。评价生产机械电气设计水平，并不是电气控制的功能越强，技术指标越高就越好，而是以设备的性能价格比和运行可靠性来衡量的。高功能、高指标往往使系统的生产成本和复杂程度剧增，系统越复杂，所用元器件越多，系统的可靠性就越低（不包括冗余设计而增加的元器件）。因此，在满足生产机械提出的技术指标前提下，电气控制设计应力求简单，提高系统工作可靠性，提高装置的性能价格比。

（4）积极慎重地采用新技术、新工艺。任何设计在实施过程中都存在着成功和失败两种可能，从减少设计风险角度考虑，应尽可能采用成熟的、经过优化和实际运行考验的材料、元器件以及制造技术与工艺。新技术和新工艺的出现，往往会给社会带来巨大的效益，成功地应用新材料、新技术、新工艺，会使产品在品质、功能、成本方面发生巨大的变化。所以，在积极采用新材料、新技术、新工艺的同时，要进行充分的调查和研究，进行必要的试验，才能作出决策。

（5）正确合理地选用电器元件，尽可能减少元器件的品种和规格，降低生产成本。

（6）操作、维护要方便，外形协调、美观。电气控制系统设计的基本任务是根据生产机械的控制要求，设计和完成电控装置在制造、使用和维护过程中所需的图样和资料。这些工作主要反映在电气原理和工艺设计中。

2 电气控制装置的设计步骤

电气控制装置设计一般分成三个阶段：初步设计、技术设计和产品设计。

2.1 初步设计

初步设计是研究系统和电气控制装置的组成，并寻求最佳控制方案的初步阶段，是技术设计的依据。初步设计可由机械设计人员和电气设计人员共同提出，也可由机械设计人员提出有关机械结构资料和工艺要求，由电气设计人员完成初步设计。

初步设计阶段应根据机械设计人员提出的要求，尽可能收集国内外同类产品的有关资料，进行详细的分析研究，积极而又慎重地采用新技术、新工艺，并对某些新技术、新工艺、新结构、新组件等进行必要的原理性试验研究或提出试验研究大纲，提出系统中必须采用的专用元器件的技术要求。初步设计主要是给上级部门或用户的一份总体方案设计报告，这份报告是进行技术设计和产品设计的依据。只有在总体方案正确的前提下，才能保证生产设备各项技术指标的实现。如果在设计过程中只有某个细节或环节设计不当，可通过试验和改进来达到设计要求，但总体方案出错，将导致整个设计的失败，造成的损失是非常大的。因此，初步设计必须认真做好调研，注意借鉴已获成功应用并经过生产考验的类似设备和生产工艺，在几种可能实现的方案中，根据技术、经济指标及现有的条件进行综合分析，作出决策。

2.2 技术设计

技术设计是根据上级部门审查批准的或经用户同意的初步设计中提供的内容和方案，最终完成电气控制设计，完成电控设备布置设计。技术设计需完成下述内容：（1）对系统设计中某些环节做必要的试验，写出试验研究报告。（2）绘出电气控制系统的电气原理图。（3）编写系统参数计算书。（4）选择整个系统的元器件，提出专用元器件的技术指标，编制元器件明细表。（5）编写技术设计说明书，介绍系统原理、主要技术性能指标及有关运行维护条件和对施工安装要求。（6）绘制电控装置组合布置图、出线端子图等。

2.3 产品设计

产品设计是根据上级审查批准的或经用户同意认可的技术设计，最终完成电控设备产品生产用的工作图样。产品设计需完成下列内容：（1）绘制产品总装配图、部件装配图和零件图。（2）绘制产品接线图或接线表。（3）进行图样的标准化审查和工艺会签。一般来说，电气控制装置的设计应按上述三个阶段进行，每个阶段中的某些内容可根据设计项目的具体情况有所调整。

3 电气控制的设计要点

电气控制设计内容很多，这里仅对一些较为重要的设计作进一步探讨。（1）控制系统的选择。控制系统是电控装置的核心，它对整个装置工作起着决定性的作用。装置的控制系统选用应根据机械设备对电气控制提出的技术指标，综合考虑控制系统的功能、抗干扰能力、系统可靠性、环境适应性、软硬件工作量、执行速度、带载能力等。（2）电气传动调速方式选择。机械设备的主要功能是完成机械运动。一台机械设备必须完成相互协调的若干机械动作，这些动作的协调依靠机械和电气传动系统来实现。合理地选用电气传动调速方式是决定系统的技术、经济指标的重要条件。选用时应综合考虑传动调速的调速性质、调速范围、平滑性、动态性能、效率、费用等指标。（3）设计中应考虑的环境影响。任何电气控制装置都需要在一定的环境中储存、运输和工作，环境条件必然会对设备工作可靠性、使用寿命带来很大的影响。在电控设备设计时就应充分考虑环境因素，适当调整设计参数，这对减少设备故障率，延长使用寿命是相当有效的。影响设备工作的环境因素主要指气候、机械振动和电磁场。（4）工艺设计问题。工艺设计的目的是为了满足电气控制设备的制造和使用要求，在正确的原理设计前提下，系统的可靠性、抗干扰性、可维修性、结构合理性等都与电气工艺设计密切相关。电气工艺设计的主要内容是电气控制设备的总体配置（总装配图）、总接线图（表）、分柜装配设计（元器件布置）、接线图（表）、柜、面板、导线等设计和选用。

参考文献

篇7

【关键词】电气控制系统；PLC（可编程逻辑控制器）；特点；应用

【分类号】：TM921.5

PLC具有的特点：可靠性高，抗干扰能力强、配套齐全，功能完善，适用性强、易学易用，深受工程技术人员欢迎、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造和体积小，重量轻，能耗低等特点，所以，以继电器为核心的控制系统已经不复存在，目前，已经被PLC（可编程逻辑控制器）所代替，现在，PLC在我国生产体系中占有重要地位，在企业不断发展的前提下，PLC实现产品功能越来越全面和多样，也让PLC（可编程逻辑控制器）有了更好的发展，文章以下内容是电气控制系统中PLC的应用分析。

一、PLC的定义及工作原理

PLC（Programmable Logic Controller即可编程逻辑控制器）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC主要运用于工业环境设计中所需要使用的数字运算操作的一种电子系统，其属于运用一类面向现场问题和过程的可实现编程的存储器，使用非常简单和灵活。同时，在设计过程中，PLC与工业控制需要保持统一，其功能最大的特点就是易于扩充。PLC的基础硬件与一台微型计算机相同，是由电源、通信模块、功能模块、I/O接口电路、CPU等构成。PLC需执行算术、逻辑运算、顺序控制、定时以及计数等操作，其内部存储程序是面向用户的操作指令，PLC对各类机械或生产过程通过模拟I/O或数字来实施控制，在工业生产控制过程中起着非常重要的作用。PLC对用户程序按照存入存储器的顺序进行扫描读取后再执行系统的控制是其控制器的主要工作原理。在过去，PLC的主要作用是代替继电器实现逻辑控制，随着PLC功能的日益强大，在我国工业的各个领域得到了广泛的应用，在很大程度上超出了PLC最早期的逻辑控制范畴。

二、PLC控制技术的特点

PLC控制器采用的模块主要特点是重量较轻并且体积小，连接非常简单便利，可即插即用，因而军立PLC控制系统所需的时间非常短。此外，PLC控制器具有安装方便、易维修、操作简单等优点，PLC控制器出现故障时，其故障原因可通过其运行和故障指示装置检查出，用户在系统发生故障时，可立即采取措施更换模块等措施进行恢复，同时PLC用户界面简单明了，对于用户来说很容易掌握。而PLC技术具有功能模块易于扩充、抗干扰能力强、可靠性高、适应性强等优点，PLC硬件各模块之间采用了屏蔽可实现彼此防辐射，并且具有自我检测功能，因而可靠性非常高，同时，PLC本身具有抗电磁干扰、抗冲击、抗振等多方面优点，具有较强的适应能力。采用PLC技术的产品非常丰富，通用性较强，并且接口模块形式也多种多样，大多工业现场都能找到与PLC接口相应的信号模块，使用和操作都非常方便。此外，PLC的编程语言一般为梯形图语言，易理解，使用非常简单，与电器电路的表达形式很相似。

三、PLC在电气控制系统中的应用

继电器可以说是传统的电气控制系统的核心，它是以被控器械发出的信号或根据用户指令通过某种自动方式使系统自动执行相应的动作。通常电气控制系统是由控制、输入、输出这三部分组成，而控制部分由触点和继电器组成，通常是由传感器、开关、按钮等组成了输入设备是，由接触器、电磁阀以及指示灯等组成了输出设备。这三个基本组成部分按照一定的线路相连组成电气系统，但由于触点与继电器等控制部分在操作、接线、可靠性、效率等方面的性能都相对低下，在这种情况下，不得不促使开发新的性能，从而实现更加高的系统。与此同时，PLC控制系统也是由控制、输入、输出这三部分组成，但其控制部分是以PLC可编程控制器为核心，不仅能实现传统的电气控制系统的功能，还能增加编程逻辑控制及更新系统功能，将这三部分的接线连接则继电器繁复明显减轻。在电气控制系统中，PLC技术的应用领域主要包括了在联网、通信、模拟量、数据处理、过程、运动、开关逻辑等实现多方面的控制。模拟量控制主要是依据工业生产中因生产环境的不同而对工业生产影响的连续性物理量变化（如：温度、湿度或流量等），PLC可进行数字信号与模拟信号之间的相互转化从而可实现可编程控制处理。开关量逻辑控制主要是指PLC控制技术可以有效替换继电器电路控制，可用于多台设备自动化流水生产线的控制，并且可以同时实现逻辑与顺序控制，因此在实践应用领域中是应用最为广泛的控制技术之一，广泛应用于印刷机、电镀流水线以及组合机床等。PLC对流量、温度及压力等各种模拟量的闭环控制被称为过程控制，往往化工、冶金、热处理等方面都有广泛的运用。而运动控制是指PLC利用专用的运动控制模块对物体的各种简单运动进行有效控制，像在机床和机器人的控制中都会用到。通信控制是指PLC模块之间的通信与其他设备通信的控制，在大型的工业控制系统中，PLC的通信功能常与数据处理功能常相结合并得到了广泛的运用。

四、PLC电气控制系统的设计

工业生产机械与设备是否能正常、可靠运行直接与电气控制系统的性能有关，电气控制系统作为生产机械不可缺不的一部分，要必须满足成本合理、安全可靠、操作维护简单等要求。因此，在设计过程中，除了必须掌握一定的机械结构知识之外，还要在掌握机械结构知识的前提下还要设计出控制系统能够满足以面所提到的成本合理、安全可靠、操作维护简单等基本特性，并保证在相应范围内成本能实现控制系统的设计。PLC电气控制系统的设计主要由两部分构成：一是硬件设计；二是软件设计，同时将硬件设计与软件设计结合进行，能使系统开发的速度得到有效提高。往往硬件设计必须要充分考虑到成本、设备、器件的可靠性和其他性能之间的关系。而软件设计是指按照用户相关的需求以相应的语言编写应用程序，并要求指令的条数少且具有较强可读性。

五、PLC在电气中的发展前景及建议

PLC是一种专门在工业环境下的中子操作系统，能够在无任何保护措施的工作情况下使用。但是当其工作环境过分恶劣或者充满了中磁干扰的时候，程序便会出现运行错误，这将导致设备失灵乃至殃及整个系统，这将要求厂家提高PLC控制系统的稳定性和可靠性，提高控制系统的抗干扰能力，另一方面，设计、安装和使用维护中要多加重视，多方合作消除干扰。

目前集散型控制系统DCS技术日益完善，应用经验丰富。然而，现在则处于停滞状态，如何促进大幅度地进步，关键在于实现通用化的硬件平台并融合PLC。微电子技术和控制技术的讲步，PLC控制系统和DCS系统能够互相取长补知，走向通化，随着现场总线技术的进步和现代化技术的成熟，控制仪表越来越数字化、智能化，工厂的自动化控制水平也得到了提高，为了能走在广阔的领域适应工业化的生产流程控制需要，PLC控制系统作为国际通用网络的重要组成和自动化控制网络的部分，其产品将更加丰富，规格也将更加完善和齐全，而能够在工业发展过程中得到更加广泛的推广也使用。

总之，在电气控制系统中，PLC控制设备是电气控制技术的进步的表现之一，它的应用能有效提高电气控制系统在工业生产中的实用性与可靠性。为使PLC技术能够应用到更为广阔的技术领域，相关技术人员还应进一步完善和优化PLC技术，尤其是提高PLC的耐辐射、耐高温性能，从而使PLC技术的功能不断加强、性能不断提高、适用面更广。

参考文献：

篇8

【关键词】：轮胎式门式起重机；控制系统；电气系统

Abstract: This article describes the tire gantry crane electrical control systems, introduced highlighting the characteristics of the electrical control system theory and composition.Key words: tyred gantry crane; control system; electrical system

中图分类号：S972.7+4 文献标识码： A 文章编号：

改革开放以来，我国的经济和科技水平得到了很大的提高，特别是电气控制系统的发展，大大降低了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。近几年来，随着我国高速铁路的建设进入快速发展时期，在高速铁路的施工建设中，对施工技术和施工装备提出了更高的要求，为了满足在高铁敷设时需要起吊设备能够满足桥上、桥下吊装，以及桥梁超高地段高精度全方位作业的要求，研制了一种轮胎式门吊。轮胎式门吊是一种电驱动走行和起吊的起重机，电气控制系统就成为其神经中枢，对其的正常运行起着重要的作用。本文以下内容着重介绍了轮胎式门式起重机的电气控制系统。

一、电气控制系统的特点

电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，其是指为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合。其主要功能为：第一，自动控制功能，高压和大电流开关设备的体积是很大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。第二，保护功能。电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流(或电压)会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整(断开、切换等)的保护设备。第三，监视功能。一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，需要设置各种视听信号，对一次设备进行电气监视。

二、电气控制系统原理与组成

轮胎式电气控制系统一般由变频器、可编程逻辑控制器PLC、工控机、监控软件及控制台组成，整个系统分为执行层、控制层及监控层等三个层次。门吊电器部分主要实现门架的走行和电动葫芦的起升。而且根据作业工况的要求，门吊的起升机构和运行机构可以同时运行。

2.1、执行层

对于执行层来说，实现以下功能：控制电动机的起动，停止和制动；控制电动机的换相，实现电动机的正，反转；通过变频器内部控制部分，以改变和调节电动机的转速；实现对起重机的零位保护和各工作机构安全限位的连锁保护。主要包括主令控制器、接触器、变频器和电器限位装置。

主令控制器和控制台一起用来控制电动机的起动、转向、调速和制动。用来缓解控制电路而使一些控制电器（接触器，继电器）按一定顺序动作的电路。

接触器是用来将主电路接通与断开远距离控制的电器。它是由电磁操作来实现控制过程，能远距离控制和频繁动作，以较小的控制功率控制叫大功率的主电路。在起重机上接触器是用来控制电动机的起动、制动、停止和调速。

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等。控制回路如图1、图2所示。

图1 门吊部分控制回路

门吊采用交流380V、50Hz三相四线制供电系统，动力回路为380V，控制和照明回路为36V安全电压。

图2 变频器控制回路

在起升机构上升或者下降的时候，变频器根据对电动机的自适应检测出所必须提供的力矩，提供出一个状态化适当的电流给发动机，如果变频器读到反馈回来的电流，则制动其释放、打开；如果由于某种原因变频器没有读到反馈电流，则认为力矩检测失败，并能提供出相关的信息显示。变频器的调速功能主要体现是：实际速度通过旋转编码器将反馈至变频器，变频器将速度的转换至用通用的形式传递给可编程逻辑控制器PLC，然后控制制动器，在速度减少到接近零的时候，发出制动指令，保证了整个机构在运行与制动过程中的平稳。恒功率调速是对起升机机构最主要的控制方式，其是指在重载的时候，电动机保持在基速以下的最大恒转矩运行，而在轻载或者空载的时候，利用电动机高速低转矩输出的特点，根据负荷大小所应提供的转矩弱磁提高转速，保持功率恒定，以提高起重机的使用效率。运行机构一般采用四台变频电机驱动，与起升机构共用一台变频器，采用不带速度反馈的开环矢量控制方式。

电气限位装置通过电气控制限定起重机各机构在一定空间范围内安全运行，在本系统中主要是对门吊的起升高度进行限位，电路如图3所示。

图3 限位装置电路图

2.2、控制层

控制层是由可编程逻辑控制器PLC及工业控制网格组成，通过可编程逻辑控制器PLC程序实现系统的安全保护和运行控制。PLC是一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械。PLC主要由电源、中央处理单元、存储器、输入输出接口电路、功能模块及通信模块组成。其工作原理为：当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

中央处理单元是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

通讯模块分为两种，一种是Genius模块，其是通过屏蔽电缆与远程站的Field Control Unit模块项链完成通讯；另一种是Profibus模块，其是通过屏蔽电缆与变频器SI-P卡相连完成PLC与变频器之间的通讯，变频器的所有数据，都可以通过数据通信网络这个工具进行传递。一般起重机的每一台变频器上都配有SI-P卡，负责与PLC的通讯，变频器站通过SI-P卡上的两个开关设定。但是两者不能直接通讯，需要变频器的GSD文件来引导，该文件配置在PLC的硬件配置文件中。

2.3、监视器

监视器是闭路监控系统组成部分，是监控系统的显示部分，是监控系统的标准输出，有了监视器的显示我们才能观看前端送过来的图像。作为视频监控不可缺的终端设备，充当着监控人员的“眼睛”。对于轮胎式门式起重机的电气控制系统不可缺少的一个重要组成部分，一般在电气室装有监视器。是由工控机和图形控制软件组成，实时动态显示起重机各运行机构的运行状态，并能实时的显示电机的速度、及起重机的起重量等参数，能实时显示各种电气元件的实际工作状态，为操作采取必要的措施提供了强有力的依据。

为了方便用户对设备的使用、维修和管理，一般的轮胎式门式起重机都具有完善的上位监控系统和故障报警显示器。若起重机在运行过程中发生了故障，则其被尚未系统监视、存储及打印，并可以进入警报记录查看器，查看历史上所发生的故障、警报的内容及发生这种事件的时间。

目前的轮胎式门式起重机的监视系统，可以实现对各个机构的转速、电流及力矩等参数进行实时状态监视，并能将监控的内容以曲线形式反映在坐标轴上，以便维护工程师进行实时查看，发现问题并采取措施进行维修。而且，监控系统通过监控得到的各种故障表、变频器参数表和曲线图等均可以通过与其相连接的打印机打印出来，大大方便了对轮胎式门式起重机的检修。

三、结束语

轮胎式门式起重机中采用电气控制系统，避免低频时候满负荷工况下发生带不动负载的现象，能保证提升机具有良好的低速性能，而在控制层采用PLC，节约了大量的中间继电器，并使整个控制系统更快速、准确和可靠。

【参考文献】

[1]《起重运输机械电气设备》刘瑞琦等，中国铁道出版社

[2]《起重运输机电气传动》余敏年等，西南交通大学出版社

篇9

【关键词】电气自动化 控制系统 智能化

当前信息化技术的高速发展伴随电气自动化控制技术也实现了飞速发展。通过电气自动化控制结合通信技术、计算机技术等使得电器行业进入一个高速发展的时期，很多智能化电气控制系统相继完成和应用，全国智能化电气控制系统正逐渐走入世界先进水平之列。

一、电气综合自动化系统设计满足的基础要求

变电站电气综合自动化控制系统进行运行中除了要确保各控制保护单元保留紧急的手动操作跳、合闸之外，其它用于对系统进行全部控制、监测和报警功能都是通过计算机系统进行实现的。变电站应用电气综合自动化控制系统后无需再行设置其它设备，就能实现和满足遥信、遥测、遥控、遥调的功能，电气综合自动化控制系统可以满足变电站无人值班的智能化需求。从满足系统设计要求来看，电气自动化控制系统有以下的几个特点：

（一）分布式设计

电气综合自动化系统采用了模块化、分布式的开放结构，电气综合自动化控制系统运行中所有的控制、监测以及报警等信号均在就地单元内进行处理后经光纤总线传输至变电站主控室的监控计算机，电气综合自动化控制系统可以确保个单元之间不产生影响，从而实现各就地单元的相互独立。

（二）可扩展性和兼容性

可扩展性是指在进行电气自动化控制系统的设计时应充分考虑到用户未来进行变电站规模及功能的扩充需求；系统兼容性主要是指进行电气自动化控制系统设计时能够满足与变电站其它设备标准化运行的融合，能够对其他设备进行标准的串行通讯接口或者I/O接口，用户能够通过自动化控制系统根据客户需求进行灵活配置，系统也能够满足和适应计算机技术和软件更新的要求和发展。

二、电气自动化控制系统的设计思想

（一）集中监控方式

集中监控方式最大的优点体现在运行维护方面，由于其维护方便对于系统控制站的防护要求也不高，因此，在进行系统设计时较为简单。但由于将系统的各个功能要进行集中到一个处理器中进行集中处理，因此，加大了处理器的任务，从而影响了处理速度。另外，由于电气设备要确保全部进入监控范围之内，随着监控设备的急剧增加会带来主机冗余的下降、以及布设设备的电缆数量相应增加，过长距离的电缆引入的干扰也对系统可靠性形成了一定的影响。

（二）现场总线监控方式

现代的变电站综合自动化系统中，已经普遍在应用互联网以及现场总线等计算机网络技术，应用现代化的计算机技术以后，给变电站带来了根本性的变化，一方面不仅为自身的工作积累了丰富的工作经验，大大提高了工作效率，另一方面为不仅证实了网络控制系统用于发电厂电气设备的可行性，而且大大推进了智能化电气设备的发展。现场总线监控方式帮助系统设计大大提高了工作的细化程度和工作效率，节省了工作时间。现场总线监控方式还具有另外一个优点，从根本上节约了很多设备的成本，比如，端子柜、模拟量送变器等的隔离设备都可以取消。另外节省了人力资源，比如因为现场总线监控方式采用的是智能设备，安装方便，使用方便，节省了工作中的一些不必要的环节，从而从人力物力都大大降低了工作成本。另一方面由于采用的智能设备本身具有采用互联网的方式独立工作的特点，因此如果工作的任何一个环节出现故障都不会影响其他部分，并且维修方便，具有灵活性，因此也必然会有效的提高工作效率和质量。

三、电气自动化控制系统的发展

一批具有国内领先水平的电器智能化技术设备，主要采用的是电气系统集成技术，被实际应用于工程建设之中，从使用的成效来看，不仅提高了整个工程建设的质量很效率，而且工作效果得到了相关权威部门的肯定。采用电气系统集成技术有其必要性，它可以使智能电气系统内的每个子系统充分做到资源共享，避免只有通过各自的操作站才能完成预期工作的弊端，从而达到方便管理，提高效率的作用。在系统的集成过程中，受一些因素的影响，会出现不同的集成模式，具体因素有集成所选择的系统平台、网络结构、子系统范围等。系统集成方式的由来也是一个自然的过程，首先要有先进的计算机技术、网络技术、控制技术和显示技术，然后通过智能化设备使各个子系统互相连接，资源共享。电气设备管理系统（BMS）是利用开放的协议以达到各相关子系统之间的联动控制和信息共享，从而达到提高管理效率、提高处理突发事件的能力以及节能节省的目的，系统集成是提高工作效率，推动企业发展的良好工具，使用系统集成要做到在技术成熟、系统可靠、投资合理、管理高效等前提下，按需集成，从客观实际需求出发。

四、总结

随着OPC技术的出现和发展以及IEC61131的颁布，另外，随着Windows平台的广泛应用，未来，在电气自动化系统设计中，电气技术将向充分与计算机进行结合的趋势进行发展。

参考文献：

[1]刘风华.浅析电气自动化控制系统设计及应用[J].科技风，2011，（19）：75-75.DOI：10.3969/j.issn.1671-7341.

2011.19.069.

[2]王家林.电气工程及其自动化[J].北京电力高等专科学校学报（社会科学版），2010，27（12）：283-283.DOI：10.3969/

j.issn.1009-0118.2010.12.188.

[3]杨润贤，陈秀清，郑恩让等.基于AE2000A生产过程装置的单到多DCS控制系统设计[J].化工自动化及仪表，2010，37（9）：122-124.DOI：10.3969/j.issn.1000-3932.2010.09.032.

篇10

关键词：机械手 PLC 变频器

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0195-02

机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。在现代工业生产中，效率和安全越来越受到企业重视，尤其在流水作业中，由于常换工位或特定环境作业等诸多原因，各种机械手开始代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，并成为企业提高效率，保证安全生产的重要手段，广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。目前，常见的工业机械手电气控制系统主要由电源，可编程控制器，变频器，电机，等组成。

1 系统结构和功能介绍

1.1 该系统技术性能

1.2 系统结构

机械手系统主要由单杆气缸一只，双杆气缸一只，气动手爪一只，电感传感器一只，磁性开关五只，行程开关两只，步进电机一只，步进驱动器一只，单控电磁阀两只，双控电磁阀一只，主要完成将工件从上料台搬运到输送带上。

电气控制系统：交流电机正反转控制电路；交流电机调速控制电路；步进电机控制电路；传感器检测电路。

气动系统：

气动执行元件：单杆气缸、薄星气缸、气动手爪、导杆气缸、双导杆气缸、旋转气缸。

气缸：气缸的正确运动使物料到达相应的位置，只要交换进出气的方向就能改变气缸的伸出（缩回）运动，气缸两侧的磁性开关可以识别气缸是否已经运动到位。

气动控制元件：电磁阀，用来控制气缸单向运动，实现气缸的伸出、缩回运动。单向电磁阀与双相电磁阀的区别在双向电磁阀初始位置是任意的，可以控制两个位置，而单向电磁阀初始位置是固定的，只能控制一个方向。

气动手爪：气动手爪夹紧由单向电磁阀控制，当电控气阀得电，手爪夹紧，当电控气阀断电后，手爪张开。

系统中，开关电源24V/6A一只，急停按钮一只，复位按钮黄、绿、红各一只，自锁按钮黄、绿、红各一只，转换开关两只，蜂鸣器一只，24V指示灯黄、绿、红各两只。PLC选择三菱FX2N-48MR（继电器输出），内置数字量I/O（24路数字量输入、24路继电器输出）。变频器使用FR-E700，三相输入，功率：0.75KW，具备电流控制保护、跳闸（停止）保护、防止过电流失控保护、防止过电压失控保护等功能。

1.3 工作过程

通常情况下，机械手在生产线上的任务是将工件从A处搬运到B处，主要动作为：

PLC送电后，首先控制装置返回初始位置：机械手的手爪上升到上限位，然后手臂缩回到缩回限位，然后向左旋转到左限位。

物料检测光电传感器检测到物料后，机械手手臂伸出，手爪下降抓物，然后手爪提升，到达上限位后手臂缩回，到达缩回限位后向右旋转到右限位，手臂伸出，到达伸出限位后手爪下降，到达下降限位将物料放下，然后回到原位。

如果机械手在手爪下降过程中，在5s内不能到达下限位，则手爪停止下降，然后上升到上限位停止运行，同时开始报警（红灯闪烁，同时蜂鸣器鸣叫）。等按下故障复位按钮后，停止报警，机械手继续刚才的工作过程。

急停：出现紧急状况时，按下急停按钮，装置立即停在当前状态（保持当前装置），同时绿灯闪烁。等急停按钮复位后，绿灯常亮，装置继续运行。

发生突然断电的意外时，应保持各处在断电瞬间的状态。

恢复供电，绿灯按2次/秒的方式闪亮。机械手返回原位等待搬运物料。恢复供电10s后绿灯重新长亮。

3 设计中发现的问题

如果机械手在搬运物料时，没有夹紧物料，在运送过程中脱落，需要报警，这个应该用什么思路做呢。

这个报警可以这样判断：机械手在传送带位置松开手爪，延时一段时间（比如1s），然后判断传送带入料口的检测开关是否有信号，若没有信号，则报警。

如果在工作状态下转换，则设备在原来状态下继续运行，如果在一定时间内没转换，设备停止工作，同时报警，设备不能再启动，除非恢复转换开关，或者断电之后重新上电。

这种情况下，工作状态的判断不要直接用X点，而是转到M点，这样就可以在允许的情况下将X点的状态赋值给M点，不允许的情况下就不赋值。这样就可以通过判断X点和M点状态是否一致来判断是否进行了状态转换，判断出来后置位一个M点，作为报警的标志，进行相应的处理就可以了。

参考文献

[1]岂兴眀主编.PLC与变频器快速入门与实践.人民邮电出版社.