機械電器控制緒論

第一章緒論機器和機構的總稱。人為的實體組合；各運動實體之間具有確定的相對運動；傳遞運動、力和改變運動形式、能量轉化。電氣是電能的生產、傳輸、分配、使用和電工裝備制造等學科或工程領域的統(tǒng)稱。指機器設備、系統(tǒng)或過程（生產、管理過程）在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)預期的目標的過程。為了“改善”某個或某些受控對象的功能或發(fā)展，需要獲得并使用信息，以這種信息為基礎而選出的、于該對象上的作用，就叫作控制。機械電氣控制自動化機械電氣控制自動化機器的組成機器原動機部分執(zhí)行部分傳動部分控制或操作部分原動機部分原動機部分也稱動力部分，是機器的動力來源。其作用是把其它形式的能量轉換成機械能，以驅動機器各部分運動。常用的有電動機和內燃機。機器的組成原動機一般有電動機、液壓裝置和氣動裝置。但最主要的動力設備仍然是各種類型的電動機。由電動機通過傳動機構帶動主機中的工作機構進行工作，這種拖動方式稱為電力拖動。執(zhí)行部分執(zhí)行部分也稱工作部分，它是機器直接完成具體任務的部分。如汽車的車輪，沖床的沖頭。機器的組成傳動部分傳動部分是原動機到工作機構之間的傳動機構。用以完成運動和動力的傳遞和轉換。利用它可以減速、增速、改變轉矩以及傳動形式等，滿足工作機構的各種要求。常用的傳動有齒輪傳動，帶傳動等。機器的組成操作和控制部分這部分的作用是反映和顯示機器運行位置和狀態(tài)，控制機器正常運行和工作?？刂蒲b置可以是機械裝置，電氣裝置，電子裝置等。機器的組成執(zhí)行部分傳動部分原動機部分控制部分隨著自動控制理論與技術的發(fā)展，各種電氣控制元件與計算機應用于機械，以電氣控制為主的自動控制系統(tǒng)（當然還有氣、液控制等）成為機械的重要組成部分。

它使得機器的性能特別是自動化程度不斷提高，使傳動裝置、工作機構的結構大為簡化。1.電氣拖動的發(fā)展（1）單電機拖動（2）多電機拖動（3）交、直流無級調速

電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展經歷了一個比較長的過程。上世紀初期，由于電動機的發(fā)明，使得拖動系統(tǒng)發(fā)生了巨大變化，用電動機代替了蒸汽機和水力拖動。當時由于電動機剛剛發(fā)明，價格很貴、數(shù)量少，所以電動機拖動生產機械的方式是通過“天軸”實現(xiàn)的，稱為“成組拖動”。1、成組拖動即由一臺電動機拖動一組生產機械，從電動機控制各個生產機械的能量傳遞以及各生產機械之間的能量分配完全采用用機械方法，一臺電動機經過一根天軸由皮帶傳動帶動若干臺生產機械工作。德意志博物館總結：（1）傳動裝置復雜，速度調節(jié)靠手工扳檔位；（2）工作機構的動作控制靠人；（3）循環(huán)工作靠人。一句話：機械控制

由于傳動路線長，故能量傳遞損耗大，效率低，可靠性差。特別是，如果電動機發(fā)生故障，則成組的生產機械將停車，甚至整個生產可能停頓，這是一種陳舊落后的生產方式。另外，從電氣控制上看，由于一臺電動機拖動一組生產機械，故對電機的控制線路比較單一，只考慮起動、停止、保護等少數(shù)幾種功能。2、單獨拖動“單電機拖動系統(tǒng)”——單獨拖動：即這一系統(tǒng)中，一臺生產機械用一臺單獨的電機拖動。這樣一來，電動機與生產機械在結構上配合密切，可以用電氣方法調節(jié)每臺生產機械的轉速，從而進一步簡化了機械結構，而且易于實現(xiàn)生產機械運轉的全部自動化。3、多電機拖動（分離拖動）“多電機拖動系統(tǒng)”：即每個工作機構用單獨的電動機拖動。這樣生產機械的結構可大為簡化。如具有三個主軸的龍門銑床用三臺電動機拖動。又如軋鋼設備中的鉗式吊具有五個運動，每個運動均有一臺單獨的電機拖動等。值得注意的是，在只有一個工作機構的生產機械上有時也采用多電機拖動系統(tǒng)，并非是有多個工作機構才能采用多電機拖動，這樣做的主要原因是：（1）傳動性能的需要（如為減少傳動系統(tǒng)飛輪力矩，采用兩個小電機代替一個大電機）（圖1.3）（2）安裝調整的需要（如軋機壓下裝置，采用兩個電動機能分別進行調整，又能一起工作，如圖1.4示）。圖1.3均熱爐揭蓋機行走機構圖1.4立式電機的初軋機壓下俯視圖（3）受力狀況的需要如軋鋼車間的鏈式拖運機，拔鋼機、移送機等，如圖1.5示。采用兩個電機兩邊驅動，這樣軸上的扭矩要小一半，如圖1.6示）。圖1.5鏈式拖運機傳動簡圖圖1.6單、雙電機驅動分析4、自動化電力拖動系統(tǒng)隨著工業(yè)生產的不斷發(fā)展，無論對單電機拖動系統(tǒng)還是對多電機拖動系統(tǒng)都提出了更高的要求，具體要求是：（1）提高加工精度與工作速度。（2）快速起動、制動及反轉。（3）實現(xiàn)很寬范圍內的調速。（4）生產過程的自動化。

因此，為完成這些任務，除了電動機外，還必須有自動控制設備，以組成自動化電力拖動系統(tǒng)。自動化電力拖動系統(tǒng)的含義是：能對生產機械進行自動控制，如實現(xiàn)自動控制起動、制動、調速、同步、自動維持轉速、轉矩或功率為恒定值，按給定的程序或事先不知道的規(guī)律改變轉速、轉向和工作機構的位置，使工作循環(huán)自動化。原動機為多個電動機。傳動裝置的速度調節(jié)、工作機構的動作控制及工作循環(huán)的控制與操作等都離不開電器、電子元件和由它們組成的系統(tǒng)，機械電氣控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代生產機械的重要組成部分。

縱觀機械的發(fā)展過程，其結構不斷改進，性能不斷提高，在很大程度上取決于電力拖動和電氣控制技術的發(fā)展及其系統(tǒng)的更新。（2）多電機拖動電力拖動在速度調節(jié)等許多方面具有其他傳動方式無可比擬的優(yōu)越性。采用直流或交流無級調速電動機驅動生產機械使結構復雜的變速箱變得十分簡單。從電力拖動的發(fā)展趨勢看，一些向來采用恒速傳動的場合，從節(jié)能的角度或從運動控制的新工藝要求或配合生產過程自動化發(fā)展的需要出發(fā)，將逐步改用調速傳動，而且將重點發(fā)展高性能的交流電機調速系統(tǒng)來取代各種直流電機調速系統(tǒng)。案例：注塑機數(shù)控節(jié)能應用示范占工業(yè)用電量約一半的恒速的風機、泵、壓縮機等類設備的流量調節(jié)將會更多地通過電機調速的方式來取代擋板、閘閥、放空、回流等傳統(tǒng)的耗能調節(jié)方式。一些恒速傳動的軋機為了改善軋件的咬入條件以取得較佳的軋制效率，也會更多地采用調速傳動。起重運輸機械為了實現(xiàn)輕起輕放、準確到位，也會逐步增加調速控制方式。電氣控制技術在機械上的應用是許多先進科技成果綜合應用的結果，這些技術包括：自動控制理論、電器技術、電子技術、計算機技術、現(xiàn)代檢測技術等。特別是隨著計算機技術的飛速發(fā)展，電子計算機在機械設備上也得到廣泛應用。上世紀40年代末期產生的數(shù)控技術，到現(xiàn)在發(fā)展為主要由微機控制的數(shù)控機床與數(shù)顯裝置。由各種單片機、單板機、微型機及可編程序控制器參加控制的冶金機械（如軋機）、工程機械（如高級程控電梯）、自動化生產線（如汽車總裝線）、輕工機械（如飲料灌裝線）、家用電器（如全自動洗衣機）等正越來越多地得到使用和推廣。新技術的應用使機械電氣設備不斷現(xiàn)代化，大大提高了機械的自動化程度和生產率。擴大了產品范圍，提高了產品的質量，降低了產品的成本，改善了勞動條件。總之，電力拖動和電氣控制在機械設備中占有重要地位，構成了機械電氣自動化的主要內容。

檢測顯示部分——近代機械設備上才有的裝置，主要由電氣元件構成的裝置?？刂撇糠帧瓜到y(tǒng)中的驅動、主機和檢測顯示部分按照給定的要求協(xié)調地工作。例如，采用繼電接觸式控制方式，采用單板機、單片機和工業(yè)控制機、可編程控制器PLC等等。

電氣控制經歷了一個從低級到高級發(fā)展的過程。（1）手動控制（20~30年代以前）

2.電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展（3）可編程控制器PLC（60年代）（4）數(shù)字控制機床CNC（50年代以后）（2）繼電接觸器控制（20~30年代）1.3本課程的內容及要求

在學完本課程后，學