行车电气控制系统变频调速改造设计8
摘要
本设计基于可编程序控制器（PLC）和变频器的桥式起重机控制系统的改进。阐述了交流桥式起重机在实际中的应用以及PLC在改造方案中的确定，亦涉及在
系列PLC为例，讲述了PLC在改造过程中设备的选型。本文以日本三菱公司 FX
2N
交流桥式起重机改造中的的控制方案。与传统控制方案相比，采用PLC控制的桥式起重机可以简化繁重的设备，使控制更加安全可靠。从经济效益与环境效益的角度分析，本设计虽然前期投入一部分资金用于购买PLC及变频器等设备，但是长期运行后的维修成本远低于原系统，并且节能可达30%左右。设计中变频器通过PLC进行无触点控制，使设备运行更加准确，并且减轻了人员的劳动强度，提高了工作效率。
【关键词】桥式起重机、变频器、 PLC、控制系统
Abstract
This text discussion the improved design of bridge crane control system based on PLC and frequency converter. Introduced the application of Bridge crane, the application of PLC in reconstructive transform and choosing the device. The text takes Mitsubishi Japan FX2N PLC series as an example, introduced the control project of Bridge crane system. Compared with traditional control scheme，PLC-based Bridge Crane can Simplify the heavy equipment，and make control more safety and reliable. Analysis from economic benefits and environmental benefits, The maintenance cost is far below original system after long-term operation，and Saves about 30% of energy，beside a fond musts put into buying PLC and inverter and other equipment . In this design, Inverter non-contact programmable controller controls the equipment to run more accurate, as well as reduced labor strength, increased efficiency.
【Key words】bridge crane; frequency converter; PLC; control system
目录
摘要 (1)
1绪论 (1)
2设计要求及方案选择 (4)
2.1 系统设计要求 (4)
2.2 题目分析 (4)
2.3 系统方案选择 (5)
3 系统主要硬件介绍 (7)
3.1 可编程控制器 (7)
3.1.1 PLC概述 (7)
3.1.2 PLC的系统组成与各部分作用 (8)
系列PLC的特点 (10)
3.1.3 FX
2N
3.2 变频器 (12)
3.2.1 变频器的简介 (12)
3.2.2 交-直-交PWM变压变频器基本结构 (14)
3.2.3 三相异步电动机的变频调速 (15)
3.3 限位器及安保电路 (18)
4 系统总体方案设计 (20)
4.1 控制系统的I/O点地址分配 (20)
4.2 控制各电机的变频器输入控制断的安排 (21)
4.3 PLC系统选型 (22)
4.4 变频器的选用 (22)
4.5 电气控制系统原理图 (25)
4.5.1 主电路图设计 (25)
4.5.2 PLC接线图设计 (26)
4.5.3 主、副钩起升机构设计 (27)
4.5.4 大、小车运行机构设计 (28)
4.6 辅助器件选择 (30)
4.7 系统流程图 (33)
4.7.1 大车控制系统 (33)
4.7.2 小车控制系统 (34)
4.7.3 升降控制系统 (35)
4.7.4 升降悬停控制系统 (36)
5 系统软件设计 (38)
5.1 三菱PLC编程软件简介 (38)
5.2 运行流程图 (39)
5.3 梯形图 (40)
5.4 改造后桥式起重机工作过程 (44)
6 系统仿真及调试 (46)
7 设计总结与体会 (47)
致谢 (48)
参考文献 (49)
1绪论
1).传统桥式起重机控制系统存在的问题
桥式起重机作为物料搬运机械在整个国民经济中有着十分重要的地位。经过几十年的发展，我国桥式起重机制造厂和使用部门在设计、制造工艺、设备使用维修、管理方面，不断积累经验，不断改造，推动了桥式起重机的技术进步。但在实际使用中，结构开裂仍时有发生。究其原因是频繁的超负荷作业及过大的机械振动冲击所引起的机械疲劳。因此，除了机械上改进设计外，改善交流电气传动，减少起制动冲击，也是-个很重要的方面。由于传统桥式起重机的电控系统采用转子回路串接电阻进行有级调速，致使机械冲击频繁，振动剧烈，因此电气控制上应采用平滑的无级调速是解决问题的有效手段。
传统的起重机驱动方案【1】-般采用:
（1）直接起动电动机；
（2）改变电动机极对数调速；
（3）转子串电阻调速；
（4）涡流制动器调速；
（5）晶闸管串级调速；
（6）直流调速。
前四种方案均属有级调速，调速范围小，无法高速运行，只能在额定速度以下调速：起动电流大，对电网冲击大：常在额定速度下进行机械制动，对起重机的机构冲击大，制动闸瓦磨损严重：功率因数低，在空载或轻载时低于0.2～0.4，即使满载也低于0.75，线路损耗大。晶闸管串级调速虽各服了上述缺点，实现了额定速度以下的无级调速，提高了功率因数，减少了起制动冲击，价格较低，但目前串级调速产品的控制技术仍停留在模拟阶段，尚未实现控制系统具有很好的调速性能和起制动性能，很好的保护功能及系统监控功能，所以有时采用直流电动机，而直流电动机制造工艺复杂，使用维护要求高，故障率高。
2).桥式起重机电气传动技术的国内外发展概况
电气调速控制的方法很多，对直流驱动来讲60年代采用发电机-电机系统。从控制电阻分级控制，到交磁放大控制，到晶闸管激磁控制，到主回路晶闸管即晶闸管整流供电系统。随着电子技术的飞速发展，集成模块出现，计算机、微处理器应用，因此控制从分立组成模拟量控制发展至今天的数字量控制。
从交流驱动来讲:常规的常采用绕线式电动机转子串电阻调速，为满足重物下放时的低速，-般依靠能耗制动、反接制动，后来还采用涡流制动，还有靠转子反馈控制制动、反接制动、单相制动器抱闸松劲的所谓软制动，随着电子技术的发
展，国内外开发研制变频调速，PLC可编程序控制器的应用控制系统的性能更加完美。目前国内外几种常用调速系统配置及其性能:
（1）DC-300直流驱动调速系统:GE公司DC-300、DC-2000是微处理器数字量控制的直流驱动调速系统，其控制功率从300HP到40O0HP，并采用PLC对整机驱动系统实施故障诊断、检测、报警及控制。
该驱动系统实施主回路晶体管整流，其控制是给定模拟量通过数模转换成数字量，通过速度环、电流环到SCR移现触发的逻辑无环流的调速系统。可用测速反馈或电压反馈，对磁场弱磁，以实施恒功率控制。
（2）交流调速控制系统:对于起重机械来讲，交流驱动仍是国内普遍采用的方案而且多数停留在绕线式电机转子串电阻来调速。随着功率电子技术的发展，早在六十年代后期，国外就开始致力于晶闸管定子调压调速技术的开发研究。目前，该技术己进入了成熟稳定的发展应用阶段。日本安川电机制作所于1972年就正式定为VS系列，应用于起重机及轧机辅助设备的交流调速。法国、英国、德国等大电气公司亦在这方面展开了重点研制开发。
借助电力电子技术、微电子技术的发展，由分离元件发展到大规模集成电路，从而实现控制部件的微型组件化、智能化、标准化、系列化，进而从模拟量控制发展到数字量控制。可编程序控制器PLC引入到交流电气传动系统后，使传动系统性能发生了质的变化。在桥式起重机实现了抓斗的自动控制和故障诊断、检测显示等，达到了新的技术高度。
（3）变频调速:变频调速技术【2】是国际上各大电气公司在70年代末80年代投入全力研制、开发，也是国际国内这几年全力研制应用的目标与方向。这几年-些公司如德国SIEMENS，美国GE，日本三菱等推出全数字化的变频控制技术，大功率的IGBT模块的出现使变频技术在起升机械、电梯等位能负载控制成为现实。目前，变频调速的控制方法有恒压频比控制，转差频率控制，变频控制，直接转矩控制等。这些控制方法都得到了不同程度的应用，但其控制性能有-定的差异。直流电动机之所以与有良好的控制性能，其根本原因是当励磁电流恒定时，控制电枢电流的大小就能无时间滞后的控制瞬时转矩的大小。异步电动机产生瞬时转矩的原理虽然与直流电动机相同，但由于建立气隙磁场的励磁分量和电磁转矩所对应装置电流有功分量都应包含在定子电流中，无法直接将它们分开，在运行过程中，这两个分量有会互相影响。因此要控制异步电动机的瞬时转矩十分困难。像采用恒压频比控制、转差频率控制的变频调速系统由于是从控制电动机的平均转矩的角度出发来控制电动机的转速，因而难以获得较理想的动态性能，异步电
动机在高精度调速系统和伺服系统中的应用受到限制。而矢量控制是从根本上解决了这个问题，使交流调速系统的应用范围迅速扩大。
适用于通用的鼠笼式电动机，无速度传感器的变频调速技术的应用-该技术使变频控制装置不再配套专用电机，而且可通过软件对-般的鼠笼式电机-矢量控制装置实施参数调整，进-步降低电气电机的投资而且维护保养方便。
变频器使用PWM技术可严格地使输入电流正弦COSф即在下降过程各机械减速制动中，将动能和位能转化为电能反馈电网，达到理想的节能指标，同时确保工况正常运行，上述发展已完成了产品系列化上市，对“变频”装置在技术上以及经济上与其他驱动装置竞争将有明显的优势。同时随着PLC系统的不断成熟与完善，以及大容量变频器在位能负载上的成功应用，变频调速系统必将成为未来调速市场的主流。
2设计要求及方案选择
2.1 系统设计要求
现有一台15/3t交流桥式起重机如图2.1所示，采用起重用绕线式交流异步电动机拖动，其中横梁的移动使用2台相同的电动机，小车的移动使用一台电动机，主钩和副钩各使用一台电动机。5台电动机均采用了转子串电阻调速方式，以增加启动转矩，减少启动电流。由于工作环境恶劣，空气中的水分对电机滑环、碳刷及接触器腐蚀较大，加上任务重，操作流程复杂，冲击电流大，触头消蚀严重，碳刷冒火，电机及转子绕组所串电阻烧损、断裂故障时有发生，对生产影响较大。转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时，转速也变化，调速效果差，所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。要求对其进行改造，减少电路中的冲击电流，改变调速方式，减少操作人员劳动强度，提高系统效率。
图2.1桥式起重机示意图.
1.桥架由主梁、端梁、走台等几部分组成。
2.大车移行机构
3.小车
4.提升机构 5 .操纵室
2.2 题目分析
题目中原有的交流桥式起重机系统采用接触器控制电源电路的启动、停止、限位；使用凸轮控制器控制大车、小车、副钩电动机的前进、后退、零位、加速、减速；而主钩的前进、后退、零位、加速、减速等动作使用主令控制器完成，并且各电机均设电磁抱闸装置刹车。5个电动机都使用转子串电阻调速，其中主钩电动机串有7级电阻，其余电动机串有5级电阻。
经分析，电路中凸轮控制器的触点上流过的即是电动机的工作电流作开关开合时容易出现冲击电流，减少了接触器触点寿命。为了延长使用寿命，触点往往做得十分笨重，不仅增加了设备体积，也给操作带来了不变；转子串电阻的调速方式使机械特性变软，所串电阻长期发热，极大地浪费了电能；每一台电动机配备一台凸轮控制器或主令控制器的方式使得操作面板上的控制开关种类繁多，容
易出现误操作。
为了克服以上缺点，在改造中采用PLC代替接触器开关，使设备体积小，操作强度也随之下降；使用桥式专用变频器代替转子串电阻调速，增加了机械特性硬度，也不存在发热问题，提高了系统效率；5台电动机共用一台主令控制器控制，减少了按钮数量，从而提高了系统可靠性。原有系统中的电磁抱闸装置，过电流保护装置，动作限位开关，横梁栏杆安全开关，舱门安全开关等安保装置均予以保留，以提高整个系统的可靠性。
2.3 系统方案选择
从以上的题目分析来看，改造后的交流桥式起重机控制系统包含如下几个部分：主令控制器、限位器、保护输入、PLC、4台变频器、5台电动机（大车电动机两台），其控制框图如下图
图2.2 交流桥式起重机控制系统框图
本设计使用PLC实现主令控制器的开合表的逻辑功能，以代替原有系中为每台电动机设置一台主令控制器或凸轮控制器的设计。限位器与保护输入均保留传统的开关器件，并将其输入到PLC中以便处理。
桥式起重机的运行机构多为恒转矩负载，可以使用专用的变频调速起重电机，也可以使用起重机原有的线绕转子电动机，将转子绕组短接就可以了。
从技术改造出发，首先要考虑最大限度地利用原有设备和器件，用最小的投入产生最大的经济效益。故改造后的系统仍采用桥式起重机原有的线绕转子电动
机。其型号见表2-1。
表2-1 电动机的型号
名称型号功率（W）
电流（A）
转速（r/min）重量（kg）定子转子
主钩电动机YZR-315M-10 75 kW 160 149.3 579 1180
副钩电动机YZR-200L-8 15kw 33.5 53.5 712 129
小车电动机YZR-132MB-6 3.7 kW 9.2 14.5 908 108
大车电动机YZR-160MB-6 7.5 kW 18 26.5 940 160
桥式起重机的电气传动系统有大车电动机两台、小车电动机一台、15吨主钩、3吨副钩提升电动机各一台，这次设计总的思路是用4台变频器来控制5台电机。起重机提升和运行机构的调速比一般不大于1:20，且为断续工作制，通常接电持续在60%以上，负载多为大惯量系统。因此起重机的运行机构选用普通电机，提升机构的电机选用适合频繁起动、转动惯量小、起动转矩大的变频用电机。电动机功率的选择，必须根据生产的需求来决定。一般来说，起重机用电动机比一般工业生产机械所用的功率大10%左右。
3系统主要硬件介绍
由于本设计采用一台PLC控制四台变频器操作5台电动机的运行，因此，四台变频器所需的输入口线均接在这台PLC上，再由四台变频器分别控制相应的电动机。下图（图2.1）画出了桥式起重机的PLC控制原理图。为简便起见，图中并未画出全部的I/O口线。
图3.1 桥式起重机的PLC控制原理图
3.1 可编程控制器
PLC是本系统的控制核心，负责接收主令控制器、限位器、开关等输入器件和变频器等输出器件的开通与关断。
3.1.1 PLC概述
可编程程序控制器(programmable controller)【3】，其早期主要应用于开关量的控制，现代的可编程控制器是以微处理器为基础，高度集成的新型工业控制装置，是计算机技术与工业控制技术相结合的产品。可编程序控制器是-种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来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的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设备，都应按易于与工业系统联成-个整体，易于扩充其功能的原则设计。
P LC自问世以来，经过多年的发展，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机PLC得到了惊人的发展，使PLC在概念、设计、性能价格以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗、体积减少，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且远程FO和通信网络、数据处理以及图像显示也有了长足的发展，所有这些已经使PLC应用于连续生产的过程控制系统，使之成为最受欢迎的工业控制类产品。
3.1.2 PLC的系统组成与各部分的作用
PLC是-种通用的工业控制装置，其组成与-般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式。整体式PLC是将中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的I/0扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，I/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。
组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相连。装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离-般不超过10m。无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配合与组合。它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。
1.中央处理单元(CPU)
中央处理单元-般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在-个芯片内，CPU即通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接口它是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务:接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误；用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来；PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。
2.存储器
根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种:
(1)系统程序存储器:和各种计算机一样，PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这
部分程序的。系统程序是不能有用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器ROM 或EPROM。
(2)用户程序存储器:用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中，由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的ARM。由于RAM掉电会失去数据，因此使用RAM 作用户存储器的PLC，都用后备电池保护ARM，以免电源掉电时，失去用户程序。当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写于EPROM。
(3)工作数据存储器:工作数据是经常变化、经常存取的-些数据。这部分数据存储在ARM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储区中，开辟有元件映像寄存器和数据表。
3.1/O单元
I/0单元也称为I/0模块。PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他-些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件。
4.电源部分
PLC-般使用22Ov的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供V5、+lV2、+2V4的直流电源，使PLC能正常工作。
电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的CPU，通常电源封装到机壳内部:对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到-个模块中。
5.扩展接口
扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。
6.通信接口
为了实现“人-机”或“机-机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。PLC 通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。
当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印：当与监视器(CTR)相连时，可将过程图像显示出来：当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制：当与计算机相连时，可以组成多级控制系
统，实现控制与管理相结合的综合性控制。
7.编程器
编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将体形图转化为机器语言助记符后，才能输入。它-般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LDC或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图。
还可以利用PC作为编程器，PLC生产厂家配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换。程序被下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。现在已有些PLC不再提供编程器，而且提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。
3.1.3 FX2N系列PLC的特点
1). FX
系列PLC内部资源介绍
2N
的基本单元中的输入点按照X000~X007，X010~X017…这a 输入继电器X FX
2N
样的八进制格式进行编号；扩展单元的输入点则接着基本单元的输入点顺序进行编号。来自现场设备的外部输入信号与硬件上的输入点一一对应，被PLC扫描读入后，存入输入映像寄存器，表现为程序可多次调用的输入继电器状态。输入继电器X的基本功能是可以读取外部输入信号的状态。
的基本单元的输出点按照Y000~Y007,Y010~Y017…这样的b 输出继电器Y FX
2N
八进制格式进行编号；扩展单元的输出点也接着基本单元的输出点顺序进行编号。PLC运行时，要接受各路X的输入状态、运行控制程序，然后将运行结果传送至输出继电器Y进行输出。因此，所有输出继电器都对应一个硬件上的输出信号，用来驱动PLC的各路负载。输出继电器Y的基本功能是可以在用户程序的控制下改变负载的状态。
c 辅助继电器M 在可编程控制器内部可多次使用，但不能输出的继电器叫辅助继电器或内部继电器。辅助继电器与输出继电器的不同点是它只在程序中使用，既不能直接读取外部输入状态，也不能直接驱动外部负载。辅助继电器 M在程序中的作用相当与继电器控制系统中的中间继电器，其功能是在程序中用于中间状态暂存、移位、辅助运算或赋予特别用途。PLC的内部继电器分普通型、掉电保持型和赋予特殊用途型三类。
d 状态寄存器S 状态寄存器是用于步进顺序控制时表达工序号的继电器。FX
2N
系列PLC中状态寄存器S按十进制编号，从S0~S999共1000点，其中S0~S9供初始状态使用；S10~S19供返回原点使用；S20~S499为普通型；S500~S899为断电保持型S900~S999供报警使用。状态寄存器不做工序号使用时，可作为内部继电器使用。
e 定时器T 定时器是将可编程控制器内的1ms、10ms、100ms等时钟脉冲进行加法计数，当它达到规定的设定值时，其输出点就工作。定时器利用内部时钟脉
系列PLC中的定时器按十进制编号，从冲的可测量范围为0.001~3276.6s。FX
2N
T0~T255共256个，其中T0~T199是100ms普通定时器，当定时线圈的驱动输入变为OFF时，当前值不保持，线圈再得电时计数从零开始，这些定时器中，只有T192~T199可以用在子程序和中断子程序中；T200~T245为10ms普通定时器；T246~T249是10ms累积定时器，其当前值为累积数，所以，当定时线圈的驱动输入为OFF时，当前值被保持，作为累积操作使用；T250~T255是100ms累积定时器。
f 计数器C 计数器的计数方式分为向上计数向下计数，向上计数是在线圈得电时从零开始对被计脉冲计数，计到预置位置时触头动作；向下计数则是在线圈
系列PLC中的计数器按十进得电时从预置值开始计数，计到零时触头动作。FX
2N
制编号，从C0~C255共256个，其中C0~C99是16位向上计数的普通计数器，当计数线圈的驱动输入变为OFF时，当前值不保持，线圈再得电时计数从头开始。C100~C199是16位向上计数的断电保持型计数器，当计数线圈的驱动输入为OFF 时，当前值被保持，线圈再得电时计数从原计数值开始，16位向上计数范围为1~327632。C200~C219时32位可逆计数的普通计数器；C220~C234是32位可逆计数的断电保持型计数器，32位可逆计数范围为-2147483648~+2147483648。这些计数器是可编程控制器的内部信号用的，其应答速度通常为数10Hz以下。其余的C235~C255计数器均为高速计数器，这些计数器直接对来自外部的高速脉冲(例如来自光电编码器、光电编码盘、光栅等)进行32位可逆计数，其输入脉冲可以由输入点X000~X007输入，计数值不受可编程控制器的运算控制，最高计数频率为60kHz。
系列PLC j 数据寄存器D、V、Z 数据寄存器是存储数据值数据的元件。FX
2N
中的数据寄存器全是16位的(最高位为正负位)，用两个寄存器组合就可以处理32位(最高位为正负位)数值。D寄存器按十进制编号，从D0~D8196个，其中D0~D199是通用数据寄存器；D200~D511是断电保持的数据寄存器，D512~D7999是断电保持的专用数据寄存器；D8000~D8195是已被系统程序赋予了特殊用途的数据寄存器。
数据寄存器之中还有成为寻址用的V、Z寄存器，范围从V0~V7，Z0~Z7，共16点。
h 常数与指针 PLC程序中使用常数数值时，K表示十进制整数值，H表示十六进制数值。PLC程序中指针有分支用和中断用的两种。分支指针用于指定条件跳转，或子程序调入地址。中断指针I用于指针输入中断、定时中断，计数中断的中断子程序[4]。
系列PLC的工作原理
2). FX
2N
系列PLC【4】的工各种PLC具体工作原理大同小异都采用扫描工作方式，FX
2N
作过程:PLC上电后，首先进行初始化，然后进入循环工作过程。一次循环过程一般分为3个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3个阶段称作1个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段。
a 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和描出刷新阶段。在这2个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
b 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
c 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进人输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时才是PLC的真正输出。至此，PLC完成了1个工作周期。
3.2 变频器
变频器为电动机提供频率可调节的交流电源，是实现电动机速度调节的关键设备。
3.2.1 变频器的简介
1).变频器的分类
按变频的原理有交—交变频器和交—直—交变频器。前者是将频率固定的
交流电源变换成频率连续可调的交流电源，其主要优点是没有中间环节，变换频
率高，但其连续可调的频率范围较窄，一般在2/011N f f << ，故主要用于容量
较大的低速拖动系统中。后者是将频率固定的交流电整流后变成直流，再经过逆
变电路，把直流电逆变成频率连续可调的三相电流。由于把直流电逆变成交流电
较易控制，因此在频率的调节范围、变频后电动机特性的改善等方面都具有明显
的优势，目前使用最多的变频器均为交—直—交变频器【5】。
根据直流环节的储能方式不同，交—直—交变频器又分为电压型和电流型
两种。
电压型变频器是指变频器整流后是由电容来滤波，现在使用的交—直—交
变频器大部分为电压型变频器。
电流型变频器是指变频器整流后是由电感元件来滤波，目前少见。
根据调压方式不同，交—直—交变频器又分成脉幅调制型和脉宽调制型两
种。
脉幅调制是指变频器输出电压大小是通过改变直流电压大小来实现的，常
用PAM 表示。这种调压方式很少使用。
脉宽调制是指变频器输出电压大小是通过改变输出脉冲的占空比来实现
的，常用PWM 表示。目前使用最多的占空比按正弦规律变化的正弦脉宽调制，即
SPWM 方式。
2).变频器的组成
（1）变频器的主电路包括整流电路、滤波及限流电路、直流中间电路、逆
变电路和能耗制动电路等部分组成，其中整流电路和逆变电路是很重要的两部
分，下面简单介绍一下整流电路和逆变电路。
a 整流电路 一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。它
的主要作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要
的直流电源。整流电路按其控制方式，可以是直流电压源，也可以是直流电流源。
直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电源
能够得到质量较高的直流电源。此外，由于电动机制动的需要，在直流中间电路
中有时还包括制动电阻以及其它辅助电路。
b 逆变电路 逆变电路是变频器主要的部分之一。它是利用六个半导体开
关器件组成的三相桥式逆变电路，有规律的控制逆变器中的主开关元器件的通与
断，得到任意频率的三相交流电输出。由于逆变器的负载为异步电动机，属感性
负载，无论电动机处于拖动状态还是发电制动状态，变频器功率因素总不会为1。因此，在直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量就靠这之间直流环节的储能元件来缓冲。它的主要作用是在控制电路的控制下，将平滑电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。
（2）变频器控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几个部分，是变频器的核心部分。控制电路的优劣决定了变频器性能的优劣。控制电路的主要作用是完成对逆变器开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能。
3.2.2 交—直—交PWM变压变频器基本结构
如图3.2所示
图3.2 交—直—交PWM变压变频器
PWM变压变频器的应用之所以如此广泛，是由于它具有如下的一系列优点：在主电路整流和逆变两个单元中，只有逆变单元可控，通过它同时调节电压和频率，结构简单；采用全控型的功率开关器件，只通过驱动电压脉冲进行控制，电路也简单，效率高；输出电压波形虽是一系列的PWM波，但由于采用了恰当的PWM 控制技术，正弦基波的比重较大，影响电机运行的低次谐波受到很大的抑制，因而转矩脉动小，提高了系统的调速范围和稳态性能；逆变器同时实现调压和调频，动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响，系统的动态性能也得以提高；采用不可控的二极管整流器，电源侧功率因素较高，且不受逆变输出电压大小的影响。
早期的交—直—交变压变频器所输出的交流波形都是六拍阶梯波（对于电压型逆变器）或矩形波（对于电流型逆变器），这是因为当时逆变器只能采用半控式的晶闸管，其关断的不可控性和较低的开关频率导致逆变器的输出波形不可能近似按正弦波变化，从而会有较大的低次谐波，使电机输出转矩存在脉动分量，
min max min
max :n n n n D ==影响其稳态工作性能，在低速运行时更为明显。
为了改善交流电动机变压变频调速系统的性能，在出现了全控式电力电子开
关器件之后，科技工作者在20世纪80年代开发了应用PWM 技术的逆变器。由于
它的优良技术性能，当今国内外各厂商生产的变压变频器都已采用这种技术，只
有在全控器件尚未能及的特大容量时才属例外。
PWM 调制原理【5】是以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高
得多的等腰三作为载波（Carrier wave ），并用频率和期望波相同的正弦波作为
调制波（Modulation wave ），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器
开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的-
系列等幅不等宽的波，正弦波调制波如图3.3所示。
图3.3 正弦波调制波
按照波形面积相等的原则，每-个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相
等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。这种调制方法称作正弦波脉宽
调制（Sinusoidal pulse width modulation ，简称SPWM ），这种序列的矩形波称
作SPWM 波。
3.2.3 三相异步电动机的变频调速
调速就是在一定的负载下，根据生产的需要人为地改变电动机的转速。这
是生产机械经常向电动机提出的要求。调速性能的好坏往往影响到生产机械的工
作效率和产品的质量。
1).电动机的调速指标【2】
a 调速范围 电动机在额定负载(电流为额定值)情况下所能得到的最高转
速与最低转速之比称为调速范围，用D 表示，即 (3-1)
n
T dn dT ??≈=α%100s 00?-=n n n 1
-=i i n n σb 调速方向 调速方向指调速后的转速比原来的额定转速(基本转速)高还
是低。若比基本转速高，称为往上调，比基本转速低，称为往下调。
c 调速的平滑性 调速的平滑性由一定范围内能得到的转速级数来说明。级
数越多，相邻两转速的差值越小，平滑性越好。如果转速只能跳跃式的调节，例
如只能从3000r/min 一下调节到1500r/min ，在又调节到1000 r/min 等，两者之
间的转速无法得到，这种调速称为有级调速。如果在一定的调速范围内的任何转
速都可以得到则称为无级调速。无级调速的平滑性当然就比有级调速好。平滑的
程度可用相邻两转速之比来衡量，称为平滑系数，即 (3-2）
σ越接近于1，平滑性越好。无级调速时σ=1，平滑性最好。
d 调速的稳定性 调速的稳定性是用来说明电动机在新的转速下运行时，负
载变化而引起转速变化的程度，通常用静差率来表示。其定义为：当系统在某一
转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降0n -n 与理想空
载转速0n 之比，即
（3-3） s 越小，稳定性越好。
静差率与机械特性的硬度有关。机械特性的硬度的定义为
（3-4）
α越大，转矩变化时，n 变化的程度就越小，机械特性就越硬，静差率就越小，
稳定性就越好。静差率还与理想空载转速0n 的大小有关。例如两条平行的机械特
性硬度相同，在静差率公式中的0n -n 相同，由于0n 不同，他们的s 就不同，0
n 大的，s 小，0n 小的，s 就大。
生产机械在调速时，为保持一定的稳定性会对静差率提出一定的要求。静差
率还会对调速范围起到制约的作用，因为如果调速时所得到的最低转速下的s 太
大，则该转速性太差，便难以满足生产机械的要求。
e 调速时的允许负载 电动机在各种不同转速下满载运行时，如果允许输出
的功率相同，则这种调速方法称为恒功率调速；如果允许输出的转矩相同，则这
种调速的方法称为恒转矩调速。
2).变频调速的基本原理
根据异步电机的知识，异步电机的转速公式为：
m k N f E Φ=111144.4)1(60s p f n -= （3-5）
其中：n —异步电动机的转速，单位为r/min ；
f —定子的电源频率，单位为Hz ；
s —电机的转速滑差率；
p —电机的极对数。
三相异步电动机的调速方法可分为两大类：一类是通过改变同步转速0n 来
改变转速n ，具体方法有变极调速(改变p )和变频调速(改变f )；另一类是通过
改变转差率s 来实现调速，这就需要让电动机从固有特性上运行改为人为特性上
运行，具体方法有变压调速(改变1U )，转子电路串电阻调速(改变2R )，等等
由上式可知，如果改变输入电机的电源频率f ，则可相应改变电机的输出转速。
在电动机调速时，一个重要的因素时希望保持每极磁通量m Φ为额定值不变。
磁通太弱，没有充分利用电机的磁心，是一种浪费；若要增大磁通，又会使磁通
饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因为绕组过热而损坏电机。对于直流
电机来说，励磁系统是独立的，所以只要对电枢反应的补偿合适，保持m Φ 不变
是很容易做到的。在交流异步电机中，磁通是定子和转子合成产生的。
三相异步电动机每相电动势的有效值是：
（3-6）
式中：
1E —气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位为V ；
1f — 定子频率，单位为Hz ；
1N —定子每相绕组串联匝数；
1k —定子基波绕组系数；
m Φ—每极气隙磁通量，单位为Wb ；
由公式可知，只要控制好1E 和1f ，便可以控制磁通中m Φ不变，需要考虑基
频(额定频率)以下和基频以上两种情况；
a 基频以下调速 当电源频率1f 在基频以下调速时，电动机转速下降，但在
调节电源频率的同时，必须同时调节电动机的定子电压1U ，且始终保持=
11/f U 常数，否则电动机无法正常工作。这是因为三相异步电动机定子绕组相电压
m N f E U Φ=≈111144.4，当1f 下降时，若1U 不变，则必使电动机每极磁通m Φ增加，
在电动机设计时，m Φ处于磁路磁化曲线的膝部，m Φ的增加将进入磁化曲线饱和
段，使磁路饱和，电动机空载电流剧增，使电动机负载能力变小，而无法正常工
作。为此，电动机在基频以下调速时，应使m Φ恒定不变。所以，在频率下调的
T6113电气控制系统的设计
第1章绪论 1.1选题的目的和意义 由于现代加工技术的日益提高，对加工机床特别是工作母机的要求也越来越高，由此人们也将注意力集中到机床上来，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、减小了维修量、提高了功效。 1.2 关于课题的一些介绍和讨论 1.2.1 设计目标、研究内容和拟定解决的关键问题 完成对T6113机床的整个控制系统的设计改造，控制核心是PLC，并使其加工精度进一步提高，加工范围扩大，控制更可靠。 研究内容： （1） T6113的电气系统（PLC）硬件电路设计和在机床上的布局。 （2） PLC程序的编制。 解决的关键问题：PLC对机床各个工作部分的可靠控制电气电路的安全问题的解决 1.2.2题目的可行性分析 虽然目前数控机床以其良好的加工性能得到了人们的肯定，但是其昂贵的价格是一般用户望尘莫及的，所以改造现有的机床以达
到使用要求是比较现实的，也是必须的。经过实践证明这样的改造是可以满足大多数情况下的精度和其他加工要求，并且在实践中已取得的相当好的效益。 1.2.3本项目的创新之处 利用PLC作为控制核心，替代传统机床的继电器控制，使得机床的控制更加灵活可靠，减少了很多中间的机械故障的可能。利用PLC的可编程功能使得变换和改进控制系统成为可能。 1.2.4设计产品的用途和应用领域 镗床是一种主要用镗床刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔。特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体，汽车发电机缸体等零件的孔。一般镗刀的旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。在镗床上除镗孔外，还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔、锪平面等工件。因此镗床的工作范围较广。它可以应用于机械加工的各个领域，但因其价格比一般机床贵好多，所以在比较大的加工车间才可见到。 1.3 电气控制技术的发展 电气控制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，从最早的手动控制到自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制系统，从有触点的硬接线控制系统到以计算机为中心的存储系统。现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。作为生产机械的电机拖动，已由最早的采用成组拖动方式，发展到今天无论是自动化功能还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统。 继电接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。由于这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和其他许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习先进电气控制的基础。这种控制系统的缺点是采用固定的
电梯的电气控制系统设计与实现
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 电梯的电气控制系统设计 与实现 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-7382-100 电梯的电气控制系统设计与实现 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 电梯是当前高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具，随着计算机及微电子技术的快速发展，电梯控制技术发生了巨大变化，其中PLC控制系统代替传统的继电器控制以及电梯采用了对电动机实现线性调速的调压调频技术，能达到电梯安全平稳运行。 随着人们生活水平的提高及高层建筑的普及，电梯是当前高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具，电梯是集机电一体的复杂系统，涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域多种领域专业与一体的综合技术。随着社会的发展及对安全的重视，在设计电梯的时候，应具有高度的安全性。这样就对建筑内的电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。当前由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统具有可靠性高、维护方便、开发
浅谈电气自动化控制系统及设计
浅谈电气自动化控制系统及设计 发表时间：2018-08-13T17:23:35.390Z 来源：《电力设备》2018年第12期作者：张健 [导读] 摘要：随着社会的进步和电力技术的发展，电气自动化技术在今后的使用会越来越广泛，为了更好了将控制模块应用于各行各业，在自动化模块设计上要充分实现规范化设计，总结典型的设计思路，从而使典型设计起到部分标准和规范性的作用。 （13063819880924xxxx） 摘要：随着社会的进步和电力技术的发展，电气自动化技术在今后的使用会越来越广泛，为了更好了将控制模块应用于各行各业，在自动化模块设计上要充分实现规范化设计，总结典型的设计思路，从而使典型设计起到部分标准和规范性的作用。 关键词：电气自动化水电站设计应用 工程建设的关键环节是工程设计工作，它是工程建设的灵魂，在工程建设中起主导作用。设计工作对项目的工期、工程质量、施工安全、竣工后的安全运行起着决定性作用。嵌入式控制系统的发展和现场总线技术的应用，对从事电气、自动化工程技术工作者提出了更高的要求。不但要对传统专业电气知识掌握纯熟，还要掌握学习不断发展的自动化网络知识，对计算机软件运用娴熟。随着互联网信息时代的到来，供应商、项目工程设计工作者或企业管理的所有电气设备可通过互联网实现远程技术支持和调试。 1 电气控制对象的特点和要求 电气控制量与热工控制量相比在控制要求及运行过程中有着很多不同点，电气的主要特点表现为： （1）电气控制系统相对热机设备而言对信息的掌握不大，目标少，操控次数少，不过，速度更快，准确度也更高。 （2）电气设备保护自动装置对稳定性要求更高，更快速，并且，有一定抗干扰的能力。 （3）热力系统需要大容量来满足处理信息的需要，并且内部情况复杂，过程掌握十分严格，对于电控系统（ECS），强调数据提取和顺序的掌握作为主要方面，有助于实现连锁保护。 因此，机组的电气系统纳入DCS控制，要求控制系统具有很高的可靠性。除了能够进行一般的启动和停止，对于异常问题的显现和控制的数据也要精确显示。并给出可行的操作意见，以及意外控制办法，使电气系统控制处于科学、有效、合理的情况之中。 2电气自动化控制系统的设计 2.1集中监控方式 这种监控方式优点是运行维护方便，控制站的防护要求不高，系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理，处理器的任务相当繁重，处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控，伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、电缆数量增加，投资加大，长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时，隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂，查线不方便，大大增加了维护量，还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。 2.2远程监控方式 远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、，节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线（如 Lonworks 总线， CAN总线等）的通讯速度不是很高，而电厂电气部分通讯量相对又比较大，所有这种方式适合于小系统监控，而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。 2.3现场总线监控方式 目前，对于以太网（Ethernet）、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中，且已经积累了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展，这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统设计更加有针对性，对于不同的间隔可以有不同的功能，这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I/0 卡件、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，可以节省大量控制电缆，节约很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。另外，各装置的功能相对独立，装置之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性大大提高，任一装置故障仅影响相应的元件，不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。 3 探讨电气自动化控制系统的发展趋势 OPC（OIJEforProcess Control）技术的出现，IEC61131 的颁布，以及 Microsoft 的 Windows平台的广泛应用，使得未来的电气技术的结合，计算机日益发挥着不可替代的作用。IEC61131 已成为了一个国际化的标准，正被各大控制系统厂商广泛采纳。Pc 客户机/服务器体系结构、以太网和Internet 技术引发了电气自动化的一次又一次革命。正是市场的需求驱动着自动化和 IT 平台的融和，电子商务的普及将加速着这一过程。Internet/Intranet 技术和多媒体技术在自动化领域有着广泛的应用前景。企业的管理层利用标准的浏览器可以存取企业的财务、人事等管理数据，也可以对当前生产过程的动态画面进行监控，在第一时间了解最全面和准确的生产信息。虚拟现实技术和视频处理技术的应用，将对未来的自动化产品，如人机界面和设备维护系统的设计产生直接的影响。相对应的软件结构、通讯能力及易于使用和统一的组态环境变得重要了。软件的重要性在不断提高。这种趋势正从单一的设备转向集成的系统。 4 提高控制设备可靠性的方法 4.1保护电子设备的环境 潮湿、霉菌、灰尘、气压、盐雾和污染气体等恶劣环境都对正在使用的电子设备有很大的影响，较轻的表现为电子设备的灵敏度降低，严重的会使电子设备报废。在这些因素中，潮湿的影响最严重，特别是在湿度高、温度低的情况下，达到湿度饱和的情况下导致设备内部的元器件和印制电路板上出现凝露和产色现象，降低设备性能，致使设备不能使用；除此之外，当店子设备遭到潮湿空气后，材料会有一层水膜凝聚在表面，并且渐渐渗透到材料的内部，增加了绝缘材料的导电能力，降低体积电阻率，增加介质消耗导致电气漏电、短路甚至击穿，引发设备故障。 4.2切合实际开发控制 设备控制设备设计的开发阶段的关键是设备的可靠性，在设计的科学和切合实际才能产出实用的产品。所以在这个阶段，要认真研究设备、零部件、元器件的技术环境、技术条件，在这个基础上分析出设备的设计参数，从而制定使用的设计方案；然后在掌握了
-控制系统设计基础
控制部分： 一、根据人体红外辐射传感器原理，设计一个自动门控制系统 1.画出系统组成方框图（不得少于4个环节)， 人体信号－光学系统-热释电红外传感器-信号处理－自动门控制电路-开关 2.介绍系统运行原理（不多于50字) 3。说出这是按什么控制的(不多于２0字） ４．如果将人换成工厂里来了一辆运输车什么来着的，修改哪个环节最好(不多于20字）。 二、水池里的水有时会太多,有时会太少，设计一个液位控制系统 1。画出系统组成结构图, 2．介绍控制装置各个原件，对应什么,有什么用. 期望液位-比较器-控制器(机械或气动装置）－执行器（阀门)-被控量(水池液位)—检测装置（传感器) 三、对于一阶惯性系统，根据系统控制要求选择合适的控制器，可选择的控制器有Ｐ，Ｉ，D,ＰI，PD,ＰIＤ，有２小问， １．追求较好的控制速度，容许有稳态误差,期望无超调，说出理由（不多于50字), 2．期望较好的控制速度,不容许有稳态误差,期望无超调,说出理由(不多于５0字) 传感器与检测部分:?一、填空题 1．电涡流传感器那里的，线圈下方放置金属导体时，等效电阻会怎样（变大）,等效电感会怎样（变小），等效品质因数会怎样(变小）， ２。电容式传感器根据不同的结构分为哪3类(变极距，变面积，变介电常数）, 3。光纤传感器的组成（纤芯，包层,保护套)，光在光纤中传播，入射角与折射率应满
足(光在包层和纤芯的分界面上发生全反射）. 二、应变片 １．什么是金属导体的电阻应变效应：导体的电阻在受力产生变形时发生变化的现象。 ２。金属导体标准阻值R为1200欧姆，传感器灵敏度K为2，应变ε是几百微应变,求电阻变化了多少？（ΔR/Ｒ=Kε） 3.一个等强度悬梁臂,上面贴2块应变片,下面贴2块应变片，组成全桥,从上方施加压力，画出电桥的电路，并标出阻值的变化情况,电源电压１０V,求输出电压。??三、热电偶1。说出热电偶的测温原理(热电势的组成及原因，接触电势和温差电势)， ２。计算题,和书上一个例题一样，数值不一样，求热端温度T，给你Ｅ（Ｔｎ，0）和E(T，Tn）求T,会给一张温度表（PＳ：书上有，要会查表= =） 面试： 第一，是英文翻译，是现代控制理论的。?第二，是专业问题. 1,用了PＤ调节器时，出现了较大的震荡，是什么原因(P的增益设的太大） 2，增大无阻尼固有频率会有什么好的影响,但是这样又会有什么不利的影响。 ３，非线性有哪些具体形式，对系统有什么影响。?４，李雅普诺夫稳定性的本质是什么，李雅普诺夫稳定判据可以判别非线性系统吗. 5，什么是静稳定飞机,什么是静不稳定飞机. 静稳定性，静不稳定,静中立稳定 动稳定，动不稳定，动中立稳定?6，阻尼器的作用是什么。 以飞机角运动作为反馈信号,稳定飞机的角速率，增大飞机运动的阻尼,抑制振荡７，飞机飞行时需要用到哪些传感器。 驾驶杆力传感器，驾驶杆位移传感器，脚蹬位移传感器,温度传感器，压力传感器,加速度传
控制系统的设计
5、控制系统的设计 5.1 控制策略的选择 在3.2节转子的位移方程一节，我们已经论述过，对转子的位移方程进行变换后， 可以得到如下的电流和位移之间的传递函数： X i K ms K s I s X s G -==2)()()( （5—1） 由上式可以看出，该对象有两个实数极点，其中一个在正实轴上，因而是一个不稳 定的二阶对象，只有通过闭环控制才有可能使之稳定地工作。然而，闭环控制也有很多 种控制策略，采用古典控制论中关于连续系统的分析方法进行近似分析，经分析可知，使系统稳定的基本控制规律为PD 控制。下面对其进行分析。 （1）PD 控制策略 假设PD 控制器传递函数为 ]1[)(s T K s G d p c += （5—2） 其中，K P 为比例系数，T d 为微分时间常数。当忽略功率放大器和位置传感器的惯性， 设功放放大系数为K a ,传感器放大系数为K s ，则此时整个系统的闭环传递函数为： ) ()(1)()()(s G s G K K s G s G K s c s a c a +=Φ （5—3） 将式（5—1）和式（5—2）代入式（5—3）中可以得到： x p i s a d p i s a d p i a K K K K K s T K K K K ms s T K K K s -+++=Φ2) 1()( （5—4） 令k K K K K K x p i s a =- （5—5） 用Routh 判据可知，该系统稳定的充要条件为包括k 在内的所有参数均大于0。由 式（5—4）和（5—5），可得闭环系统的特征方程为 02=++k s T K K K K ms d p i s a
控制系统的极点配置设计法
控制系统的极点配置设计法 一、极点配置原理 1.性能指标要求 2.极点选择区域 主导极点： n s t ζω 4 = ；当Δ=0.02时，。 n s t ζω 3 = 当Δ=0.05时,
3.其它极点配置原则 系统传递函数极点在s 平面上的分布如图（a ）所示。极点s 3距虚轴距离不小于共轭复数极点s 1、s 2距虚轴距离的5倍，即n s s ξω5Re 5Re 13=≥（此处ξ，n ω对应于极点s 1、s 2） ；同时，极点s 1、s 2的附近不存在系统的零点。由以上条件可算出与极点s 3所对应的过渡过程分量的调整时间为 135 1 451s n s t t =?≤ ξω 式中1s t 是极点s 1、s 2所对应过渡过程的调整时间。 图（b ）表示图（a ）所示的单位阶跃响应函数的分量。由图可知，由共轭复数极点s 1、s 2确定的分量在该系统的单位阶跃响应函数中起主导作用，即主导极点。因为它衰减得最慢。其它远离虚轴的极点s 3、s 4、s 5 所对应的单位阶跃响应衰减较快，它们仅在极短时间内产生一定的影响。因此，对系统过渡过程进行近似分析时。可以忽略这些分量对系统过渡过程的影响。 n x o (t) （a ） （b ） 系统极点的位置与阶跃响应的关系
二、极点配置实例 磁悬浮轴承控制系统设计 1.1磁悬浮轴承系统工作原理 图1是一个主动控制的磁悬浮轴承系统原理图。主要由被悬浮转子、传感器、控制器和执行器(包括电磁铁和功率放大器)四大部分组成。设电磁铁绕组上的电流为I0，它对转子产生的吸力F和转子的重力mg相平衡，转子处于悬浮的平衡位置，这个位置称为参考位置。 （a）（b） 图1 磁悬浮轴承系统的工作原理 Fig.1 The magnetic suspension bearing system principle drawing 假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，转子就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器又将该控制信号变换成控制电流I0+i，控制电流由I0增加到I0+i，因此，电磁铁的吸力变大了，从而驱动转子返回到原来的平衡位置。反之，当转子受到一个向上的扰动并向上运动，此时控制器使得功率放大器的输出电流由I0，减小到I0-i，电磁铁的吸力变小了，转子也能返回到原来的平衡位置。因此，不论转子受到向上或向下的扰动，都能回到平衡状态。这就是主动磁轴承系统的工作原理。即传感器检测出转子偏移参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测到的位移信号变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。悬浮系统的刚
自动洗车机电气控制系统设计说明书
创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王* 题目：自动洗车机电气控制系统设计 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师：
目录 1 系统概述 (3) 1.1 应用背景及意义 (3) 1.2系统描述及设计要求 (4) 2 方案论证 (5) 3 硬件设计 (6) 3.1系统原理方框图 (6) 3.2 系统主电路原理图 (7) 3.3 I/O分配 (8) 3.4 PLC选择 (9) 3.5 PLC控制原理图 (10) 3.6 PLC控制接线图 (11) 3.7 元器件选型 (13) 4 软件设计 (14) 4.1 主流程图 (14) 4.2 梯形图 (14)
5 系统调试 (19) 设计心得 (21) 参考文献 (21) 1 系统概述 1.1 应用背景及意义 汽车行业随着科学技术的发展有了质的飞跃。随着时代发展，人们生 活水平提高，人们对汽车的需求逐渐增加，随之而来的便是汽车的保养。 其中汽车清洗便是不可或缺的一项内容。当今社会，高科技的发展实现了 各行业的自动化控制，但是在汽车清洗行业，大部分仍是人工完成。传统 洗车业利用人力，对汽车涂抹泡沫，然后利用水泵对汽车进行冲洗，再在 自然光及风等条件下，使清洗后的汽车进行自然风干。虽然实现汽车清洗， 但过分依赖人力，操作时间长，浪费大量水资源，经济性差，不利于洗车 业的发展。目前比较大型的汽车美容公司，虽然实现了汽车的清洗、打蜡、 喷漆等的自动化，但成本高，其自动控制系统不适合小型的、专门的汽车 清洗行业。因此，对于中小型城市，汽车清洗业有着巨大的发展潜力。如 何实现高效、高质量并且适用于小型汽车的自动清洗，就成了汽车清洗行 业发展的必然要求。本次设计采用PLC控制，通过线路的通断来实现汽车 自动清洗。它可以节省人力、物力资源，高效、准确的完成洗车任务，为 客户提供便利，而且极大的节约水资源，符合建设节约型社会的时代需要。 这套汽车自动清洗系统结构简单，成本低，适合不同场合的需求，尤其是 中小型公司。
自动洗车机电气控制系统设计说明书
题目：自动洗车机电气控制系统设计 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师：
1 系统概述 (3) 1.1 应用背景及意义 (3) 1.2系统描述及设计要求 (3) 2 方案论证 (4) 3 硬件设计 (6) 3.1系统原理方框图 (6) 3.2 系统主电路原理图 (6) 3.3 I/O分配 (7) 3.4 PLC选择 (8) 3.5 PLC控制原理图 (9) 3.6 PLC控制接线图 (10) 3.7 元器件选型 (12) 4 软件设计 (13) 4.1 主流程图 (13) 4.2 梯形图 (13) 5 系统调试 (18) 设计心得 (20) 参考文献 (20)
1 系统概述 1.1 应用背景及意义 汽车行业随着科学技术的发展有了质的飞跃。随着时代发展，人们生活水平提高，人们对汽车的需求逐渐增加，随之而来的便是汽车的保养。其中汽车清洗便是不可或缺的一项内容。当今社会，高科技的发展实现了各行业的自动化控制，但是在汽车清洗行业，大部分仍是人工完成。传统洗车业利用人力，对汽车涂抹泡沫，然后利用水泵对汽车进行冲洗，再在自然光及风等条件下，使清洗后的汽车进行自然风干。虽然实现汽车清洗，但过分依赖人力，操作时间长，浪费大量水资源，经济性差，不利于洗车业的发展。目前比较大型的汽车美容公司，虽然实现了汽车的清洗、打蜡、喷漆等的自动化，但成本高，其自动控制系统不适合小型的、专门的汽车清洗行业。因此，对于中小型城市，汽车清洗业有着巨大的发展潜力。如何实现高效、高质量并且适用于小型汽车的自动清洗，就成了汽车清洗行业发展的必然要求。本次设计采用PLC控制，通过线路的通断来实现汽车自动清洗。它可以节省人力、物力资源，高效、准确的完成洗车任务，为客户提供便利，而且极大的节约水资源，符合建设节约型社会的时代需要。这套汽车自动清洗系统结构简单，成本低，适合不同场合的需求，尤其是中小型公司。 1.2系统描述及设计要求 自动洗车机由门式框架组成，门式框架有一台三相异步电机拖动，4KW 380V 50HZ，在车头和车尾处分别设置有一个行程开关，门式框架上安装有3个刷子（上、左、右各1个），分别有1台单相电机拖动，1.5KW 220V 50HZ，同时门式框架上安装有3组喷水喷头（上、左、右各1个），由一台水泵电机拖动1KW 220V 50HZ，喷头由电磁阀控制DC24V 5W。洗车机外部框架结构示意图如图1.2.1所示。
谈机电传动控制系统的设计方法
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/8314160203.html, 谈机电传动控制系统的设计方法 作者：李绍璞 来源：《科学与财富》2012年第06期 摘要：机电传动控制系统是由相互制约的五大要素组成的具有一定功能的整体，不但要求每个要素具有高性能和高功能，更强调它们之间的协调与配合，以便更好地实现预期的功能。特别是在机电一体化传动系统设计中，存在着机电有机结合如何实现，机、电、液传动如何匹配，机电一体化系统如何进行整体优化等问题，以达到系统整体最佳的目标。 关键词：机电;传动;控制系统;设计;方法 在机电传动与控制中，将与控制设备的运动、动作等参数有关的部分组成的具有控制功能的整体称为系统。用控制信号（输入量)通过系统诸环节来控制被控变量（输出量），使其按规定的方式和要求变化，这样的系统称为控制系统。 1、控制系统的分类 控制系统的分类方式很多，但机械设备的控制系统常按系统的组成原理分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。 输出量只受输入量控制的系统称为开环控制系统。在任何开环控制系统中，系统的输出量都不与参考输人量进行比较。对应于每个参考输人量，都有一个相应的固定工作状态与之相对应，系统中没有反馈回路（反馈是把一个系统的输出量不断直接或间接变换后，全部或部分地返回到输入量，再将输入量输入到系统中去的过程）。用步进电动机作为执行元件的经济简易型数控机床，其控制系统就是一个开环系统。这种机床的控制装置和驱动装置根据机床的坐标进给控制信号推动工作台运动到指定位置，该位置的坐标信号不再反馈；当控制系统出现扰动时，输出量便会出现偏差。因此，开环控制系统缺乏精确性和适应性。但它是最简单、最经济的一类控制系统，一般使用在对精度要求不高的机械设备中。 在有些控制系统中，输出量同时受输人量和输出量的控制，即输出量通过反馈回路再对系统产生控制作用。这种存在反馈回路的系统称为闭纾控制系统。全功能型CNC机器人属闭环控制系统。在CNC机床的坐标驱动系统中，以坐标位置量为直接输出量，并在工作台上安装长光栅等位移测量元件作为反馈元件的系统才称为闭环系统。那些以交、直流伺服电动机的角位移作为输出量，用圆光栅作为反馈元件的系统则称为半闭环系统。目前的CNC机床大多为半闭环控制系统。采用半闭环控制系统的优点在于没有将伺服电动机与工作台之间的传动机构和工作台本身包括在控制系统内，系统易调整、稳定性好且整体造价低。 2、机电传动控制系统的设计方法 2．1模块化设计法
控制系统的设计与实施
控制系统的设计与实施 教材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书通用技术（必修2） 文档内容：控制系统的设计与实施 章节：第四单元控制与设计第四节控制系统的设计与实施 课时：共3课时 作者：根据南京五中刘建明教学设计改编 一、教学目标 1. 了解简单的被控对象的基本特性。 2. 能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图。 3. 形成初步的控制系统设计的方案。 4. 能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；学会调试运行，提出改进方案。 二、教学重点 设计一个控制系统应明确的问题；对控制系统的基本要求；控制系统设计的思想方法。 三、教学难点 设计一个控制系统应明确的问题的分析；控制系统设计思想方法。 四、教学方法 讨论法、案例教学法、模型教学法、实践教学法。 五、设计思想 1.教材分析 本节教材由“1.控制系统的设计一般思路”、“2.控制系统的设计与实施案例”2小节组成。 教材先对控制系统的设计一般思路作了一般介绍，然后通过开环控制系统和简单闭环控制系统的三个案例的分析（电吹风控制系统的设计、抽水马桶自动控制系统的设计、自动升旗简易控制系统的设计），对这一中心内容进行了深入的阐释。 教材这样的结构说明，在这一节的教学中，要让学生在针对实际问题进行控制设计的实践中去领会控制系统设计的一般方法。 突出主要问题：进行控制系统设计时，最主要的是明确控制对象，明确控制目的，分析控制对象的特性，确定被控量和控制量，分析主要的干扰因素，构思设计方案。 (1)从流程的角度看，上述各项的次序也是控制系统设计的基本步骤。 (2)通过列举一些实例，引导学生思考上述基本步骤。从而理解相关的主要问题。 2.学情分析 学生对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验和生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。 课时安排 本节总计3课时。 第1课时，讲授控制系统设计的一般思路，分析开环、闭环控制的案例。 第2课时加2个课外课时，实施控制系统设计的实践。 第3课时，评价和总结。 六、教学准备 为配合课堂教学，应准备下列模型和教具：一只电吹风，抽水马桶可透视模型。演示温度计一只。自动升旗简易控制装置模型。 七、教学过程 第1课时: 引入新课： 要设计一种自动开关的节能灯控制系统，如何展开我们的设计思路？需要从哪些方面着手考虑问题
关于电气自动化控制系统的设计探讨
关于电气自动化控制系统的设计探讨 摘要：随着现代科技的不断进步，市场也在不断更新变化，电气工程制造行业在这样的背景下也受到了巨大的影响，不断改革进步，使生产力尽快实现质的成为时代的要求。这也就要求电气工程自动化专业技术人员进行探讨。在目前电气工程及自动化在制造产业中的成效反馈是很好的，因此该文将具体研究电气工程及自动化的发展现状和前景展望。 关键词：电气自动化控制自动化应用设计缺陷设计理念 1 电气自动化控制系统的应用 1.1 电气化和工业产业的联系 电气自动化的发展大概是跟随着工业产业发展的脚步的，实际上还是为了服务于工业的生产而产生的，这个发展的速度在改革之后有了一个质的提升，可以说在现代工业中随处可见它的影响，再加上高效便捷、质量安全的优点更加奠定了它在工业生产中的地位。其实电气自动化并不仅仅应用在工业生产当中，在农业产业和商业企业中也有应用，甚至在航空航海领域也有所涉猎，这也就可以显示出它的重要性，在整体国民经济中影响甚广。在商业经济中其实自动化的作用更多体现在平台的建设上面，这一点也适用于服务行业。经济崛起也是和自动化技术的发展程度联系甚密。由此可以看出它在经济发展中的重要性。 1.2 电气自动化的可拓展方面 经济产业的发展其实并不是封闭在本身的一个产业当中，工业可以和商业联系，农业可以和服务业对接，这都是互通有无的，电气工程本身是在电气专业领域的分科，是一个专业性较强的专业，具体应用电气化是一个发展，也是一个趋势，因为科学本身就是在生产当中实验而得，最终还是要应用到生产当中。机器的发展朝着智能和全自动方向发展，电气工程应用自动化也是符合未来趋势的，这不是开始，也不是智能发展的终点，它是目前水平发展的必要过程，是提升的过渡阶段也是提升阶段，未来也是超着更加科技化不断发展。 2 电气自动化控制系统的缺陷 2.1 信息传递出现了不对称的状况 电气自动化系统的发展是紧跟着技术科技的变化发展的，它受着许多客观主观的因素影响，尽管它在很多方面表现出了很大的作用，但是也存在一些缺点和漏洞，这些也成了它更好地为国民经济贡献力量的阻碍。其实在很多行业都会利用到电气工程的自动化，但是并是每一个行业的利用方式都相同，而且并不是所有的应用都是有着安全保障的，如果在传递信息的同时，系统建设并不完善，很有可能并不能达到预期的效果，造成信息的上下传递存在阻碍，信息内容受到畸形传递。这样也就违背了电气工程自动化的应用初衷，反而造成一定的技术浪费和工程损失。 2.2 投入成本变高 电气工程的自动化发展一般情况下是依靠产业自身投入来发展的，在漫長的发展历程中是一步一步、慢慢地发展起来的。这是个极其艰难的发展过程，既没有成熟的科技技术帮助，也没有丰富的实验经验可以借鉴指导，大量的资源投入进去也并不一定有理想的成果出来，也有可能失败。在这个过程中企业只有坚定信念，坚持下去，自己摸索着研究下去，等待真正可以应用的那一天，其实这样对企业的挑战很大，成本的投入、精力的付诸，技术的成本也在一天天中逐渐增加，对企业来说会是一个很大的压力。很多企业就是在这个过程中放弃发展，有
可编程控制器控制系统设计方法
可编程控制器控制系统设计方法 一、问题提出 可编程控制器技术最主要是应用于自动化控制工程中，如何综合地运用前面学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统，在此介绍组成可编程控制器控制系统的一般方法。 二、可编程控制器控制系统设计的基本步骤 1 ．系统设计的主要内容 （ 1 ）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据； （ 2 ）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构； （ 3 ）选定 PLC 的型号；
（ 4 ）编制 PLC 的输入 / 输出分配表或绘制输入 / 输出端子接线图； （ 5 ）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计； （ 6 ）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系； （ 7 ）设计操作台、电气柜及非标准电器元部件； （ 8 ）编写设计说明书和使用说明书； 根据具体任务，上述内容可适当调整。 2 ．系统设计的基本步骤 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤，如图 1 所示。图 1 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤
（ 1 ）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求 a ．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。 b ．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。 （ 2 ）确定 I/O 设备 根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。 （ 3 ）选择合适的 PLC 类型 根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、I/O 模块的选择、电源模块的选择等。
PLC在电气设备自动控制系统中的设计与应用 吴启宝
PLC在电气设备自动控制系统中的设计与应用吴启宝 发表时间：2019-07-29T09:42:11.377Z 来源：《防护工程》2019年8期作者：吴启宝[导读] PLC技术对于电气设备的控制系统来说有重要的意义，其不仅可以简化整个设备的控制系统，还可以进一步提升控制系统的稳定性与安全性。 佛山市南海天富科技有限公司广东佛山 528000 摘要：近年来，随着经济时代的快速发展，科学技术的深化改革也有了很大的提升。先进设备以及现代技术在电气行业中的使用，是推进该行业进一步发展的重要因素。PLC技术作为电气设备控制工作正常运行的核心所在，受到了广泛的运用，并且凭借着体积小，成本低，性价比高以及能够在比较艰难条件下工作的优势，受到电气企业的青睐。文章主要对PLC的控制系统以及其在电力控制系统中的应用 进行分析。 关键词：PLC控制系统；电气设备；设计；应用 前言： PLC的学术名称为可编程控制器，它的工作原理就在于数字控制系统，借助现代先进的微处理器，对数据信息进行分析运算。PLC目前被广泛运用于工业中，尤其是电气行业。PLC控制系统诞生于20世纪后期，随着计算机技术，互联网技术等科技的发展，其也得到了比较完善的构建。一直到目前为止，PLC控制系统已经集设计安装调试，编程，适应性强等优势为一体，真正成为了自动化技术发展的前沿。 一、PLC控制技术的工作原理及特征PLC技术也就是可编程逻辑器件，它是非常典型的一种针对工作经过以及问题的可编程的逻辑存储器。目前，PLC技术被广泛应用在工业环境中，出现的形式也大多为工作过程中控制设备的子系统。另外，PLC控制系统具有语言编写功能，且这种功能具有较高的灵活性与实用性，这也是其能够得到广泛运用的重要原因之一。与此同时，PLC还具有非常好的实际应用功能，它在工业实际工作方面能够充分符合工作需求，并且给后期工作的延伸拓展提供了充足的空间，这在很大程度上提升了PLC系统工作的质量效率，大大降低企业生产过程中投入的成本。从组成上来看，PLC系统的硬件组成主要包含了主处理器，输入端口与输出端口，功能实现板块以及与外界沟通联系板块等等，从整体上来看，该系统的组成与计算机相似。并且PLC系统的内部储存器具有运算，计数，计算等丰富的用户指令，这些功能就是基于该系统优良的延伸性，其可以借助与外界的接口和外界的设备进行良好的“沟通”操作，从而奠定了在控制系统中的核心地位。具体来说，PLC系统在进行控制操作的过程中，在接受到用户的指令之后对输入的信息进行扫描分析，同时一步一步的完成指令中的操作。在实际设计中，PLC控制器一般会被设计成体积小，即插即用型，这样使PLC控制器在使用过程中能够更加容易连接，外界与控制系统建立联系需要耗费的时长短，用户界面的设计也比较简洁，用户掌握使用方法的速度快。 二、PLC系统的设计（一）电源的设计 电源的变压器是电源的重要组成部件，因此，变压器的抗干扰性是保证电源正常稳定工作的前提。在实际设计过程中，为了排除电网对于变压器的干扰，应该选取具有隔离功能的变压器作为电源的主要变压器，容量大约要高于设计额度的1.5倍左右。另外，变压器在投入使用之后，应该借助科学的方法对变压器的屏蔽层进行接地处理，可以借助双绞线，从而降低各个电源线之间的干扰作用。（二）外部配置的设计 在外部的信号传输电路中，各个线路的电流之间存在着互相感染的情况，因此，在选取电缆线时，要保证电缆线一对一的关系。另外，在输入信号与输出信号交界的地方以及晶体管部分，应该采用具有电流屏蔽功能的电路，从而降低各个信号之间相互干扰的影响。屏蔽电缆在安装的过程中，输入端口与输出端口要注意悬空，并且控制器安装的另外一边，要进行接地操作，如下图1。 图1 外部配置的设计图示三、PLC在电气设备自动控制系统中的应用（一）在机床电气控制系统中的应用通用机床是电气工作中一种普遍常用的器械，是结合了液压与电气共同合作进行控制操作的加工器械。在传统的机床控制设备中，通常用继电器和接触器作为主要的控制装备，而这种方式组成的控制部分会出现较大的漏洞。利用PLC控制系统能够及时反应出各个主体设备的应用现状，这样一来，使用者在工作过程中能够随时了解到设备的运用情况，对设备的状态变化有整体良好的了解。一旦发生故障，PLC控制系统也能够在显示屏中快速显示故障发生的部位以及原因，通过声音警报等方式做出反馈[1]。在这种监控系统的帮助之下，一方面能够保证机床的安全稳定性，另一方面还能加强自动性能，具有很强的实用性，如下图2。 图2 PLC控制系统中的应用（二）硬件设计的应用
电气控制系统设计方案的一般原则和设计方案程序
电气控制系统设计的一般原则和设计程序 生产机械电气控制系统的设计，包含两个基本内容：一个是原理设计，即要满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是工艺设计，即要满足电气控制装置本身的制造、使用和维修的需要。原理设计决定着生产机械设备的合理性与先进性，工艺设计决定电气控制系统是否具有生产可行性、经济性、美观、使用维修方便等特点，所以电气控制系统设计要全面考虑两方面的内容。在熟练掌握典型环节控制电路、具有对一般电气控制电路分析能力之后，设计者应能举一反三，对受控生产机械进行电气控制系统的设计并提供一套完整的技术资料。生产机械种类繁多，其电气控制方案各异，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。设计工作的首要问题是树立正确的设计思想和工程实践的观点，它是高质量完成设计任务的基本保证。一、电气控制系统设计的一般原则．最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求。电1 气控制系统设计的依据主要来源于生产机械和生产工艺的要求。．设计方案要合理。在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简2 单、经济、便于操作和维修，不要盲目追求高指标和自动化。．机械设计与电气设计应相互配合。许多生产
机械采用机电结合控3． 制的方式来实现控制要求，因此要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用维护方便等方面协调处理好机械和电气的关系。 4．确保控制系统安全可靠地工作。二、电气控制系统设计的基本任务、内容电气控制系统设计的基本任务是根据控制要求设计、编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图纸、资料等。图纸包括电气原理图、电气系统的组件划分图、元器件布置图、安装接线图、电气箱图、控制面板图、电器元件安装底板图和非标准件加工图等，另外还要编制外购件目录、单台材料消耗清单、设备说明书等文字资料。电气控制系统设计的内容主要包含原理设计与工艺设计两个部分，以电力拖动控制设备为例，设计内容主要有： 1、原理设计内容电气控制系统原理设计的主要内容包括：（l）拟订电气设计任务书。（2）确定电力拖动方案，选择电动机。（3）设计电气控制原理图，计算主要技术参数。（）选择电器元件，制订元器件明细表。4 5）编写设计说明书。（电气原理图是整个设计的中心环节，它为工艺设计和制订其他技术资料提供依据。、工艺设计内容2． 进行工艺设计主要是为了便于组织电气控制系统的制造，从而实现原理设计提出的各项技术指标，并为设备的调试、维护与使用提供相关的图纸资料。工艺设计的主要内容有：）设计电气总布置图、总安装图与总接线图。（l ）设计组件布置图、安装图和接线图。（2 3（）设计电气箱、操作台及非标准元件。（4）列出元件清单。（5）编写使用维护说明书。三、电气控制系统设计的一般步骤 1、拟订
电气控制系统设计参考答案
电气控制系统设计参考 答案 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
一、名词解释（共5小题，每小题6分，共30分） 1、电气控制系统及电气图 答：电气控制系统是由许多电气设备及电气元件按照一定的要求连接而成的，能够对生产机械或生产过程实现控制。电气控制系统的组成结构、工作原理及安装、调试、维修等需要用统一的形式来表达，即电气图。电气图的表示方法有：电气原理图、安装接线图、元件布置图。电气图要根据国家电气制图标准，用规定的图形符号、文字符号和绘制原则来绘制。 2、传感器 答：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息（电量或非电量），按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 3、可编程逻辑控制器PLC 答：可编程逻辑控制器（），它采用一类可的，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或生产过程。主要由电源、中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出电路、功能模块和通信模块等组成。 4、变频器 答：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（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，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，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。 5、触摸屏 答：触摸屏是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。 二、简答题（共5小题，共70分） 1、简述电气控制系统设计的一般原则。（本题 10分）
三种控制系统的设计
三种控制系统的设计 摘要：本文介绍采用了三种不同控制技术对发射机自动开机系统实现功能的设计控制。在其控制过程中，采用不同控制技术，对外部的采集数据进行计算，同时实现实时控制、瞬间保护等功能。通过在这一系列的比较，从而得出各个控制技术的实际运用能力。 关键词：psm发射机继电器 plc可编程控制器 fpga现场可编程门阵列 1、引言 随着工业自动化的普及与发展，要求有更加先进、稳定、可靠的设备加入到控制系统中，以完成数据的采集并控制输出设备安全运行，怎么样达到所想预期的效果？控制开机预热过程是发射机系统的重要的组成部分，是反映自动化性能的重要方面，对于控制系统产品质量的好坏起着决定性的作用。在这里，提出三种不同的控制系统：继电器，plc（可编程控制器），fpga（现场可编程门阵列）。通过实际来证明，三个控制系统的优点与缺点。 2、三种控制系统的特点 2.1 基于继电器技术的控制系统及特点 继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。继电器经济实惠，但运用量大占用面积。在150kw发射机早期的控制系统中，运用的就是由继电器接点组成的
控制电路，通过继电器接点之间的互锁来实现逻辑控制功能的。接点都是串接起来使用的，每一个接点实际上相当一个与门的条件，所有串接起来的接点都是相与的关系。 2.2 基于fpga技术的控制系统及特点 fpga是可由用户配置的高密度asic（专用集成电路）。它将超大规模集成电路（vlsi）的逻辑集成的优点与用户可编程的易于设计生产的好处结合在一起，把以前由多个ttl、pld和epld器件执行的逻辑功能集成到单片fpga器件内，避免了定制asic设计的高成本、高风险和长周期等缺点。特别是随着vhdl、verilog hdl等硬件描述语言（hdl）的发展和普及，其行为级系统以及行为及综合的特点大大简化了电子线路的设计，缩短了设计周期并在逐步取代传统的原理图输入设计方法。 2.3 基于plc技术的控制系统及特点 随着科学的发展，出现了一种可代替继电器控制系统的新器件plc，即可编程控制器，在工业自动化领域，可编程控制器(plc)作为自动控制的三大技术支柱（plc、机器人、cad/cam）之一，成为大多数自动化系统的设备基础。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。 3、基于3种技术的实际控制设计