機(jī)床電氣控制與PLC(電機(jī))

1、機(jī)床電氣控制與機(jī)床電氣控制與PLCPLC吳洪兵吳洪兵機(jī)床電氣部分機(jī)床電氣部分緒論緒論 概述概述機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)床不可缺少的重要組成部分。在電氣自動控制方面，現(xiàn)代化機(jī)床更是綜合應(yīng)用了許多先進(jìn)科學(xué)技術(shù)成果?，F(xiàn)今出現(xiàn)的各種機(jī)電一體化產(chǎn)品、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、FMS等均是機(jī)床電氣設(shè)備實現(xiàn)現(xiàn)代化的碩果。機(jī)床的運動以及工作循環(huán)的控制與操作等都離不開電器元件、電子元件與系統(tǒng)。機(jī)床的電氣控制已成為現(xiàn)代機(jī)床不可缺少的重要組成部分。電氣拖動方面。緒論緒論 電氣自動控制方面。電機(jī)工作原理、特性。機(jī)床繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。機(jī)床電氣控制電路設(shè)計?？删幊绦蚩刂破鞯幕A(chǔ)知識。可編程控制器的編程方法及應(yīng)用緒論

2、緒論 機(jī)床電氣拖動與電氣控制發(fā)展概況機(jī)床電氣拖動與電氣控制發(fā)展概況1.1.機(jī)床電氣拖動的發(fā)展與分類機(jī)床電氣拖動的發(fā)展與分類從機(jī)電傳動方面，經(jīng)歷了如下幾個方面：成組拖動單獨拖動多電機(jī)拖動直（交）流電動機(jī)的無級調(diào)速緒論緒論 2.2.機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展與分類機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展與分類 邏輯控制系統(tǒng)按自動化程度的不同又可分為：手動控制自動控制繼電器-接觸器自動控制系統(tǒng)程序控制器數(shù)字控制器緒論緒論 2.2.機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展與分類機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展與分類 小型計算機(jī)控制系統(tǒng)微型計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)MNC（Microcomputer Numerical Control）MNC。AC（自適應(yīng)）工業(yè)機(jī)

3、器人柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexible Manufacturing System）CAD/CAM計算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)（CIMS）緒論緒論 2.2.機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展與分類機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展與分類 (2)連續(xù)控制系統(tǒng)對物理量進(jìn)行連續(xù)控制，又稱模擬制造系統(tǒng)，具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。(3)混合控制系統(tǒng)。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 電動機(jī)又可以分為:直流電動機(jī)交流電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)伺服電動機(jī)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖1端蓋 2軸承 3機(jī)座 4定子繞組 5轉(zhuǎn)子 6軸承 7端蓋 8風(fēng)扇 9風(fēng)罩 10接線盒 第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)

4、床傳動控制中的電動機(jī) 1.1 1.1 交流異步電動機(jī)的工作原理和運行特性交流異步電動機(jī)的工作原理和運行特性1.1.1.1.1.1.異步電動機(jī)的工作原理及其機(jī)械特性異步電動機(jī)的工作原理及其機(jī)械特性第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.定子定子: :異步電動機(jī)的定子是由基座、定子鐵心和定子繞組三個部分組成。定子鐵心：定子鐵心是電動機(jī)磁路的組成部分，采用硅鋼片疊壓而成。定子繞組：定子繞組有成型硬繞組和散嵌軟件繞組兩種。機(jī)座：支撐和固定的作用。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 2.2.氣隙：氣隙：定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間的間隙。3.3.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子

5、: :籠型電動機(jī)結(jié)構(gòu)籠型電動機(jī)結(jié)構(gòu)(a)籠型繞組;(b)轉(zhuǎn)子外形異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子可分為兩大類：一種籠型轉(zhuǎn)子，一種繞線轉(zhuǎn)子。籠型轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組及轉(zhuǎn)軸等組成。轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心是電機(jī)磁路的一部分，用硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)軸：轉(zhuǎn)軸是支持轉(zhuǎn)子鐵心和輸出轉(zhuǎn)矩的零件。轉(zhuǎn)子繞組：轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠型和繞線轉(zhuǎn)子兩種。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.2 1.1.2 異步電動機(jī)的工作原理異步電動機(jī)的工作原理兩極旋轉(zhuǎn)磁場的形成第第1 1章章 機(jī)床傳動控制

6、中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.2 1.1.2 異步電動機(jī)的工作原理異步電動機(jī)的工作原理三相異步電動機(jī)工作原理簡圖第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.2 1.1.2 異步電動機(jī)的工作原理異步電動機(jī)的工作原理三相異步電動機(jī)工作原理簡圖pfn1060轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率00nnns0)1 (nsn第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.3 1.1.3 異步電動機(jī)的銘牌異步電動機(jī)的銘牌商標(biāo)：商標(biāo)：XXXX XXXX 三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)型號：型號：Y-112M-4

7、Y-112M-4 出廠編號：出廠編號：XXXX XXXX 接線方式：接線方式：功率：功率：4.0kW 4.0kW 電壓：電壓：380V 380V 電流：電流：8.7A8.7A頻率：頻率：50HZ 50HZ 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速：1440r/min 1440r/min 噪聲值：噪聲值：74dB74dB（A A）工作制：工作制：S1 S1 絕緣等級：絕緣等級：B B 防護(hù)等級：防護(hù)等級：IP44IP44質(zhì)量質(zhì)量：49kg 49kg 標(biāo)準(zhǔn)編號：標(biāo)準(zhǔn)編號：ZBK22007-88 ZBK22007-88 出廠日期：出廠日期： 年年 月月 日日 中華人民共和國中華人民共和國 X X X XX X X X電機(jī)廠制造電

8、機(jī)廠制造 第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.3 1.1.3 異步電動機(jī)的銘牌異步電動機(jī)的銘牌Y Y系列三相感應(yīng)電動機(jī)銘牌系列三相感應(yīng)電動機(jī)銘牌 第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.3 1.1.3 異步電動機(jī)的銘牌異步電動機(jī)的銘牌1.型號：如Y-112M-42.額定值：(1)額定功率 指電動機(jī)在額定運行時，電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，單位為kW；(2)額定電壓 指額定運行狀態(tài)下加在電機(jī)定子繞組上的線電壓單位為V；(3)額定電流 指電動機(jī)在定子繞組上施加額定電壓、電機(jī)軸上輸出額定功率時的線電流，單位為A。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制

9、中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.3 1.1.3 異步電動機(jī)的銘牌異步電動機(jī)的銘牌(4)額定頻率 我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是50Hz，國外有些國家采用60Hz。(5)額定轉(zhuǎn)速 指電動機(jī)定子加額定頻率的額定電壓、軸端輸出額定功率時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為rmin?？梢愿鶕?jù)額定轉(zhuǎn)速與額定頻率計算出電動機(jī)的極數(shù)P和額定轉(zhuǎn)差率SN。3.噪聲值 指電動機(jī)在運行時的最大噪聲。一般電動機(jī)功率越大，磁極數(shù)越少，額定轉(zhuǎn)速越高，噪聲越大。4.工作制式 指電動機(jī)允許工作的方式，共有S1S10十種工作制。其中，S1為連續(xù)工作制；S2為短時工作制；其他為不同周期或者非周期工作制。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)

10、機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.3 1.1.3 異步電動機(jī)的銘牌異步電動機(jī)的銘牌4.工作制式 指電動機(jī)允許工作的方式，共有S1S10十種工作制。其中，S1為連續(xù)工作制；S2為短時工作制；其他為不同周期或者非周期工作制。5.絕緣等級 絕緣等級與電動機(jī)內(nèi)部的絕緣材料有關(guān)。它與電動機(jī)允許工作的最高溫度有關(guān)，共分A、E、D、F、H五種等級。其中A級最低，H級最高。在環(huán)境溫度額定為40時, A級允許的最高溫度為65，H級允許的最高溫度為130。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.3 1.1.3 異步電動機(jī)的銘牌異步電動機(jī)的銘牌6.連接方法 有Y/兩種方式。請注意有些電動

11、機(jī)只能固定一種接法，有些電動機(jī)可以兩種切換工作。但是要注意工作電壓，防止錯誤接線燒壞電動機(jī)。高壓大、中型容量的異步電動機(jī)定子繞組常采用丫接線，只有三根引出線。對中、小容量低壓異步電動機(jī)，通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來。 第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.3 1.1.3 異步電動機(jī)的銘牌異步電動機(jī)的銘牌第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.3 1.1.3 異步電動機(jī)的銘牌異步電動機(jī)的銘牌7.防護(hù)等級 IP為防護(hù)代號，第一位數(shù)字(06)規(guī)定了電動機(jī)防護(hù)體的等級標(biāo)準(zhǔn)。第二位數(shù)字(08)規(guī)定了電動機(jī)防水的等級標(biāo)淮。如IP00為

12、無防護(hù)，數(shù)字越大，防護(hù)等級越高。 8.其他 對于繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)還必須標(biāo)明轉(zhuǎn)子繞組接法、轉(zhuǎn)子額定電動勢及轉(zhuǎn)子額定電流；有些還標(biāo)明了電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻；有些特殊電動機(jī)還標(biāo)明了冷卻方式等。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.4 1.1.4 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性在異步電動機(jī)中，電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系Tf(s)通常叫做T-s曲線。為了符合習(xí)慣畫法?？蓪-s曲線轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系曲線nf(T)，稱為異步電動機(jī)的機(jī)械特性。分為固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性。1.固有機(jī)械特性 異步電動機(jī)在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子

13、電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時的機(jī)械特性稱為固有(自然)機(jī)械特性。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.4 1.1.4 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線1為正相序時的固有機(jī)械特性；曲線2為負(fù)相序時的曲線。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.4 1.1.4 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性(1)在0sl，即0nn0的范圍內(nèi)特性在第一象限，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n都為正，電動機(jī)工作在電動狀態(tài)，電動機(jī)軸輸出機(jī)械功率(2)在s0范圍內(nèi)，nn0，特性在第二象限，電磁轉(zhuǎn)矩T0為負(fù)值，工作在發(fā)電狀態(tài)，電動機(jī)的軸機(jī)械功率轉(zhuǎn)化為電能。

14、(3)在s1范圍內(nèi)，n0，特性在第四象限。T0，電動機(jī)處于一種制動狀態(tài)。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.4 1.1.4 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性1)T0，nn0，s=0，電動機(jī)處于理想空載轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)n0。實際上由于摩擦力矩的存在，電動機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速只是一個理論值，對應(yīng)圖中的a點。2)TTN(電動機(jī)輸出額定轉(zhuǎn)矩)，n=nN，s=sN為電動機(jī)額定工作點，對應(yīng)圖中的b點。3)TTmax (電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩)，nnm（臨界速度），ssm (臨界轉(zhuǎn)差率)，為電動機(jī)的臨界工作點，當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過此點時。電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將會急劇下降，轉(zhuǎn)速也會

15、隨之下降，甚至造成堵轉(zhuǎn)，對應(yīng)圖中的c點。 4)TTst (電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩)，n0，s=1，為電動機(jī)的起動工作點，對應(yīng)圖中的d點。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.4 1.1.4 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性2.人為機(jī)械特性 異步電動機(jī)的機(jī)械特性除與電動機(jī)的參數(shù)有關(guān)外，還與外加定子電壓、定子電源頻率、定子或者轉(zhuǎn)子電路中串入的電阻或電抗等有關(guān)，將這些參數(shù)人為地加以改變而獲得的機(jī)械特性稱為異步電動機(jī)的人為機(jī)械特性。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.4 1.1.4 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性(1)降低電源

16、電壓時的人為機(jī)械特性 電壓愈低，人為機(jī)械特性曲線愈往左移。如果電壓降低太多，會大大降低電動機(jī)的過載能力與起動轉(zhuǎn)矩。甚至使電動機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)或者根本不能起動的現(xiàn)象。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.4 1.1.4 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性(2)定子電路接入電阻或電抗時的人為機(jī)械特性 在電動機(jī)定子電路中外串電阻或電抗后，電動機(jī)端電壓為電源電壓減去定子外串電阻上或電抗上的壓降，致使定子繞組相電壓降低，這種情況下的人為特性與降低電源電壓時相似。串入電阻或電抗后的最大轉(zhuǎn)矩Tmax要比直接降低電源電壓時的最大轉(zhuǎn)矩Tmax大一些。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中

17、的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.4 1.1.4 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性(3)改變定子電源頻率時的人為機(jī)械特性 改變定子電源頻率對三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的影響是比較復(fù)雜，一般變頻調(diào)速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.4 1.1.4 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性(4)轉(zhuǎn)子電路串電阻時的人為機(jī)械特性 在三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入電阻后的機(jī)械特性。電阻的串入對理想空載轉(zhuǎn)速n0、最大轉(zhuǎn)矩Tmax沒有影響，但臨界轉(zhuǎn)差率sm則隨著電阻的增加而增大。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動

18、機(jī) 1.1.5 1.1.5 異步電動機(jī)的一般調(diào)速方法異步電動機(jī)的一般調(diào)速方法調(diào)速就是在同一負(fù)載下能得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過程的要求。三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法有很多，其轉(zhuǎn)速表達(dá)式：pfsnsn1060)1 ()1 (1.1.變頻調(diào)速變頻調(diào)速變頻裝置由整流器和逆變器組成:整流器：將50HZ的三相交流電直流電。逆變器：將直流電頻率，電壓可調(diào)的交流電。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 2.2.變極調(diào)速變極調(diào)速此調(diào)速方法不平滑，是有級調(diào)速的。3.3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速只要串接電阻，電阻增大，轉(zhuǎn)差率上升，則轉(zhuǎn)速下降。特點：設(shè)備簡單、投資少，但能耗大，適用于起重設(shè)備中。第第1 1章章 機(jī)床傳動控制中的電動機(jī)機(jī)床傳動控制中的電動機(jī) 1.1.5 1.1.5 異步電動機(jī)的一般調(diào)速方法異步電動機(jī)的一般調(diào)速方法調(diào)速方法調(diào)速方法磁極對數(shù)磁極對數(shù)p p改變定子頻率改變定子頻率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率s s調(diào)速根據(jù)調(diào)速根據(jù)改變電動機(jī)改變電動機(jī)極對數(shù)極對數(shù)p pPWMPWM變頻（變變頻（變f/Uf/U）改變定子輸入交流改變定子輸入交流電壓值電壓值改變轉(zhuǎn)子串接電阻改變轉(zhuǎn)子串接電阻值值改變逆變器逆變角改變逆變器逆變角，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差電壓調(diào)速類別調(diào)速類別有極有極無極無極無極無極有極，調(diào)速平滑性有極，調(diào)速平滑性差差調(diào)速范圍小