【机电控制技术基础】【第2版-任同】【电气传动与可编程控制器(PLC)】02207自考知识点重点总结

控制含义：未达到某种目的，对某一对象施加所需的操作，含有调节、调整、管理、监督、运用、操作等意思。

拖动电动机：直流电动机、交流电动机、控制电机。

机电传动系统包括：电源、电气控制、电动机、传动机构、工作机构。

按供电电流制式不同，设备驱动方式有直流电力拖动和交流电力拖动。

拖动形式：成组拖动（一电机、一天轴、一组设备）单台电动机拖动（一电机、一设备）多台电动机拖动（一专门电机、单一运动部件）。

电气控制系统：继电器接触器控制系统、连续控制方式和自动控制系统、可编程序控制器、计算机数字控制系统。

Tm-Tl=J(dω/dt)=（GD²/375）·（dn/dt），J-电动机轴转动惯量，dω/dt-角加速度，GD²-飞轮转矩（飞轮惯量）。

ω=2πn/60，J=GD²/4g。

拖动转矩Tm和n同向为正号，即拖动转矩，相反为制动转矩；负载转矩Tl与n同向为负号，即拖动转矩，相反为制动转矩。

Tm-Tl＞0加速状态，Tm-Tl＜0减速状态，Tm-Tl=0稳定运行状态。

转速比：传动机构为齿轮：j=n1/n2=z1/z2（成反比）。

为皮带：j=n1/n2=D2/D1（成反比）。

为蜗杆蜗轮：j=n1/n2=Z2/Z1（成反比）。

卷扬机上升时：Tl=9.55*Fv/ηc*(nM电机转速)。

卷扬机上升时：Tl=9.55ηc*Fv/(nM电机转速)。

旋转运动总转动惯量：GDz²=GDM²+GD1²/j1²+GDL²/jL²。

直线运动总转动惯量GDz²=GDM²+GD1²/j1²+GDL²/jL²+365*Gv²/nM ²。

在系统总飞轮转矩中，电机轴上转矩最大，工作机构转矩折算值其次，传动机构轴折算值最小。

负载转矩特性Tl=f(n)。

恒转矩负载特性：Tl与n无关。

反抗性恒转矩特性在第一第三象限。

位能性恒转矩特性在第一第四象限连续的。

通风机负载特性：与转速平方成正比，是反抗性的，在第一三象限。

恒功率负载特性：粗加工、切削量大、切削阻力大、开低速；精加工、开高速，负载转矩与转速成反比。

传动系统稳定运行含义：系统应能以一定速度匀速运转（必要条件），系统受外部干扰作用而使运行速度稍有变化时，应能保证在干扰消除后能恢复原有速度（充分条件）。

机械特性曲线判断法的必要充分条件：①电动机和机械特性曲线必须有交点②当转速大于平衡点所对应的转速时，TM＜TL；当转速小于平衡点所对应的转速时，TM＞TL。

对于恒转矩负载，电机必须具有向下倾斜的机械特性，这样系统才能稳定运行，若上翘，便不能稳定运行。

机械硬度判断法：分为绝对硬特性、硬特性、软特性。

①两条机械特性曲线有交点②电机的机械特性硬度应小于负载机械特性硬度。

即β=dTM/dn-dTL/dn＜0。

注意区分正负号。

在直流发电机中，感应电动势的方向总是与电流方向相同，所以发电机中的感应电动势称为电源电动势。

直流电动机的相反，称为反电动势。

发电机的电磁转矩是阻转矩，与电动机的电磁转矩是驱动转矩。

感应电动势E=Ke*Φn，电磁转矩TM=Km*ΦIa。

Km≈9.55Ke。

电机运行方式E和Ia的方向E的方向TM的性质转矩之间的关系
发电机相同电源电动势阻转矩T1=TM+T0
电动机相反反电动势驱动转矩TM=TL+T0
直流电机是通过电刷和换向器把电流引入转子电枢中，从而使转子在定子磁场中受力而产生旋转。

交流电机是把交流电通入定子绕组，从而在定转子气隙中产生旋转磁场，旋转磁场在转子绕组中产生感应电流，进而使转子在定子磁场中受力产生旋转。

电动机额定功率是指转轴上输出的机械功率；发电机额定功率是指电枢输出的电功率。

并励直流电机励磁绕组电流小，导线细，匝数多。

串励电机等于电枢电流，导线粗，匝数少。

E=Ke*Φn、TM=Km*ΦIa→U=Ke*Φn+Ia*Ra（电枢回路内阻）→（直流电动机转速特性）/
（直流电动机机械特性）Km≈9.55Ke
直流他励电机固有机械特性曲线确定两点：理想空载点（即n=n0，T=0）额定工作点（即n=nN，T=TN）。

EN=Ke*ΦnN=UN-IN*Ra →Ke*Φ=（UN-IN*Ra）/nN、估算电枢电阻Ra=（0.5~0.75）（1-PN/（UN*IN））*（UN/IN）、理想空载转速n0=U/(KeΦ)、额定转矩TN=PN/ω=9.55PN/n。

直流他励电机人为机械特性（调速）：电枢回路串接电阻（n0不变，特性变软，稳定性变差，电流损耗越大，交于n0不同斜率射线簇）改变电枢电压（n0改变，特性软硬不变，由一组平行于固有特性的平行线组成）改变磁通（过分减小造成严重过载，当Φ=0时升到机械强度不允许范围“飞车”。

他励电机启动前必须先加励磁电流-失磁保护）。

直流电机不允许直接启动，启动时必须设法限制电枢电流。

瞬时电流不得大于额定电流1.5-2倍。

降压启动和电枢串电阻启动。

直流电机停止运转方式：制动、自然停车。

制动TM为阻转矩，TL为拖动转矩，此时电动机吸收消耗重物机械能。

制动状态分为：反接制动、反馈制动（在外部作用下电机处于发电状态，将电枢转动的机械能变为电能反馈到电网）能耗制动。

三相异步电动机工作原理：交流电机转子线圈产生感应电流，在定子旋转磁场作用下产生电磁力，从而在轴上形成电磁转矩，电机旋转方向旋转磁场方向相同。

转差率s=（n0-n）/n0，一般小于5%。

星形接法：U线=√3U相、I线=I相。

三角形均相反。

P线=√3I线U线cosφ。

额定功率PN=ηNP1N，输出功率P出=ηP入。

输出转矩T=9.55P入/n=KMφI转cosφ。

ηN=PN/（√3UN*IN*cosφN）*100%
忽略铜损、铁损。

电机输出功率P=T出ω≈T磁ω。

电机轴输出转矩。

电磁转矩。

定子：E=4.44Kf1Nφ（N为定子每相绕组匝数，K≈1可略）定子电源频率f1=pn0/60（p为电机极对数）
转子：转子感应电动势频率f2=P（n0-n）/60=sf1。

E=4.44f2Nφ=4.44sf1Nφ（N为转子每相绕组匝数）。

当转子转速n=0时，即s=1，f2=f1，转子电动势最大，E=sE20=4.44f1Nφ。

交流电机电磁转矩T=KφIcosφ。

电磁转矩与定子每相电压U的平方成正比，还受转子电阻R影响。

电机在工作时所产生的电磁转矩的大小能在一定范围内自动调整以适应负载变化称为自适应负载能力。

三相异步电机固有机械特性：为保证电机能带动负载启动，必须满足启动转矩Tst＞TN，一般Tst/TN=1~2.2。

额定转矩TN=9.55PN/nN。

一般三相异步电机过载系数在1.8~3.2。

交流电机人为机械特性：降低定子绕组电源电压（同步转速n0和临界转差率Sm与电压无关，转速下降、转差率增大、电流增大可能烧坏电机）、定子电路串入电阻或电感（与降压相似，同步转速n0不变，临界转矩Tm、Sm、Tst都变小）、转子回路串入对称阻抗（n0、最大转矩T不影响，Sm增大）、改变定子绕组电源频率（n0和转速n随之变化、一般变频调速采用恒转矩调速）。

三相单机启动特性：定子电流大（Ist=（5~7）IN）、启动转矩小（Tst=（0.8~1.5）TN）、Tst△=3TstY
鼠笼式异步电机启动方式：直接启动、定子串电阻降压启动、自耦变压器降压启动、Y-△降压启动。

绕线式异步电机启动方式：逐级切除转子串入阻抗启动、转子绕组串入频敏变阻器启动。

三相异步电机转速：n=60f（1-s）/p极对数。

转速受电源频率、电源电压、转子绕组串入阻抗、极对数、转差率影响。

三相电机制动方式：机械制动（制动力矩大、制动迅速、停车准确、冲击振动大）、电气制动（反接制动、能耗制动、回馈制动）。

三相同步电动机：主要有磁极与电枢两部分组成。

根据磁极与电枢特性可分为：电枢式同步电动机（磁极固定，电枢旋转）、转极式同步电动机（电枢固定、磁极旋转）。

小容量采用电枢式，高压和大中型容量采用转极式。

同步电动机启动方式：辅助电动机启动、变频启动、异步启动。

控制电机：指用于自动控制、自动调节、远距离测量、随动系统以及计算装置中的微特电机。

在自动控制系统中的职能可分为：测量元件、放大元件、执行元件、校正元件。

伺服电动机：也称为执行电动机。

用作执行元件，将电信号转换为轴上的转角或转速，以带动控制对象。

伺服电动机有交流和直流两种，最大特点是可控。

特点：调速范围广、转子惯性小、控制功率小、过载能力强。

低压电器分类：控制电器（指用来控制电动机的启动、制动、调速等动作的电器。

开关电器、信号控制电器、接触器、继电器、电磁启动器、控制器）、保护电器（指用来保护电动机和生产机械，使其安全运行的电器。

熔断器、电流继电器、热继电器）、执行电器（指用来驱动生产机械运行或保持机械装置在指定位置的器件。

电磁阀、电磁离合器、电磁制动器）。

低压电器组成：由感测部分、执行部分组成。

感测大多是电磁机构，执行部分一般是触头。

电磁机构组成：线圈、铁心、衔铁三部分组成。

动作方式分为：直动式、转动式。

电磁铁分为：直流、交流电磁铁。

对触头的要求：接通时导电性能好、不跳、噪声小、不过热、断开时能可靠消除规定容量的电弧。

分为桥式、指式。

触头可分为：动合触头、动断触头。

在未通电或不受外力作用的常态下处于断开状态的触头称为动合触头。

灭弧装置：电动力灭弧、灭弧栅灭弧、磁吹灭弧、纵缝灭弧。

10A以下小容量交流电器常用电动力灭弧。

容量较大的交流电器采用灭弧栅灭弧。

直流电器广泛采用磁吹灭弧。

纵缝灭弧对交直流电机皆可。

刀开关按极数分为：单极、双极、三极。

大电流刀开关多装有速断刀刃或采用耐弧触头，有的带有灭弧罩。

刀开关额定电压一般为：交流500V、直流440V以下。

额定电流有10/15/20/30/60/100/200/400/600/1000/1500A等。

刀开关主要作车间配电线路中电源的引入开关或隔离开关。

常用的刀开关有胶盖开关和铁壳开关，通常都带有熔断器。

低压断路器：又称为空气开关、自动空气断路器。

整合刀开关、熔断器、热继电器、欠电压继电器的功能。

具有短路、过流、欠压、失压保护的作用。

行程开关按结构可分：直动式行程开关、滚轮式行程开关、微动式行程开关。

非接触行程开关：接近开关（高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型）、光电开关（光源可采用：红外线、可见光、光纤、色敏。

工作原理分为：透光型、反射型）。

接触器：根据外来输入信号利用电磁铁操作，频繁地接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。

接触器基本参数：主触头额定电压、主触头允许切断电流、触头数、线圈电压、操作频率、机械寿命、电寿命等。

交流接触器组成：电磁系统、触头系统、灭弧装置、弹簧、支架底座。

（切断电压至1140V、电流至630V）
直流接触器分类：纵缝灭弧、磁吹灭弧。

通以直流电没有冲击电流，不会产生铁芯猛烈撞击现象。

适合频繁启动制动。

熔断器：熔体中产生的热量与通过电流的平方及通过电流的时间成正比，即通过电流越大，熔体熔断的时间越短。

热继电器：根据被控制对象的温度变化而动作的继电器，主要有用来保护电动机的过载。

刀开关：QS；带熔断器刀开关：Q-FU；空气开关：QF；按钮：SB；行程开关：SQ；接触器：KM；中间继电器KA；时间继电器KT；熔断器FU；热继电器FR；电流继电器；电压继电器；速度继电器KS。

电气控制系统图：用规定的图形、符号、文字表示电器控制系统工作原理、各电器元件相互位置及其连接关系的图。

电气控制系统图可分为：电气原理图、电气布置图、电气安装接线图。

电气原理图：表示电气控制线路的工作原理、各电器元件的作用和相互关系，包括所有导电部件和接线端点。

不反映电气元件的实际位置、大小、连线情况。

绘制电气原理图遵循规则：①原理图应分为若干图区②电气线路分为主电路和辅助电路③图中所有电器状态均为未通电状态④同一电路的各个部件可不画在一起，但必须用同一文字符号标注⑤原理图中有直接电联系的交叉连接点用实心圆点表示，可拆接或测试点用空心圆点表示⑥原理图上应注出必要的技术数据或说明。

电器安装图：用来表示电器控制系统中各电器件的实际安装位置和接线情况。

为安装、调试的需要而绘制。

启动力矩与每相定子绕组所加电压的平方成正比，所以降压启动的方法只适用于空载或轻载启动。

接线图主电路、控制电路：接触器直接控制电路P119、定子电路串电阻降压启动P120、星三角降压启动P121、复合按钮星三角控制图P121、自耦变压器降压启动P122、倒顺开关控制正反转P123、按钮正反转控制接线P124、行程开关控制正反转P124、反接制动控制电路p126、长动与点动控制P127、多地点控制线路P128、联锁控制电路图P129、两台电机顺序启动电路图P129。

电路保护环节：短路保护、过流保护、弱磁保护、过载保护、欠压保护。

可编程控制器结构：中央处理单元CPU、储存器、输入输出模块I/0等部分。

PLC输入接口：各种开关、按钮、传感器。

输出控制器件：电磁阀、接触器、继电器。

输出接口方式：晶体管输出方式（直流负载）、晶闸管输出方式（交流负载）、继电器输出方式（交直流均可）。

编程器的工作方式有两个：编程工作方式、监控工作方式。

PLC工作方式：循环扫描。

在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入映像区的内容也不会发生变化。

要等到下一个周期的输入处理阶段才能改变。

可编程控制器一个周期的四个过程：①系统自检测（检查是否超时）②与编程器交换信息（只有在使用编程器输入和调试程序时才执行）③与数字处理器交换信息（只有在可编程控制器中配置才专用的数字处理器时才执行）④网络通信（当可编程控制器配置有网络通信模板时，与通信对象作数据交换）。

造成I/O滞后主要原因有：输入滤波器的惯性，输出继电器接点的惯性；程序执行的时间；程序设计不当的附加影响。

对于用户来讲合理编制程序是缩短响应的关键。

可编程控制器的功能：①开关量的开环控制②模拟量的闭环控制③数字量的智能控制④数字采集与监控⑤联网通信及集散控制。

输入继电器X：由输入电路和映像输入接点的储存器组成的。

输出继电器Y：由输出电路和映像输出接点的存储器组成。

定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态器S、数据寄存器D、变址寄存器V/Z等都是由存储器和相应电路组成。

X代表输入继电器、Y代表输出继电器、M代表辅助继电器、SPM代表专用辅助继电器、T代表定时器、C代表计数器、S 代表状态继电器、D代表数据寄存器、MOV代表传输。

PLC常用编程语言：梯形图编程语言LAD、指令语句表编程语言STL、控制系统流程图编程语言CSF、高级语言。

梯形图LAD左右两端的母线是不接任何电源的。

仅仅是概念电流，从左侧向右侧流动。

语句表编程语言STL：是由若干条语句组成的程序。

语句是程序最小的独立单元。

操作数一般由标识符和参数组成。

电路块：由几个触点按一定的方式连接的梯形图。

有两个及以上的触点串联而成的电路块称为串联电路块。

堆栈存储器：用来存放运算中间结果的存储区域。

LD和LDI指令用于将常开和常闭触点接到左母线上；
LD和LDI在电路块分支起点处也使用；
OUT指令是对输出继电器、定时、计数器等线圈驱动指令，不能驱动输入继电器；
OUT指令可作多次并联使用；
定时器的计时线圈或计数器的计数线圈，使用OUT指令后，必须设定值。

AND、ANI指令可进行1个触点的串联连接，串联触点数量不受限制，可以连续使用；
OUT指令之后通过触点对其他线圈使用OUT指令称之为纵接输出。

这种纵接输出如果顺序不错，可以重复使用。

当继电器的常开触点或常闭触点与其他继电器的触点组成电路块串联时，也使用AND指令或ANI指令。

OR、ORI指令用作1个触点的并联连接指令；
OR、ORI指令可以连续使用，并且不受次数限制；
OR、ORI指令是从该指令的步开始，与前面的LD、LDI指令步进行并联连接；
当继电器的常开触点或常闭触点与其他继电器的触点组成的混联电路块并联时，也可以使用OR、ORI指令。

ORB、ANB无操作软元件；
将串联电路并联连接时，分支开始用LD、LDI指令，分支结束用ORB指令；
ORB、ANB指令是无操作元件的独立指令，他们只描述电路的串并联关系；
有多个串联电路时，若对每个电路块使用ORB指令，则串联电路没有限制；
若多个并联电路块按顺序和前面的电路串联连接时，则ANB指令的使用次数没有限制。

使用一次MPS就将此刻的运算结果送入堆栈的第一段，而将原来的第一层存储的数据移动到堆栈的下一段；
MRD只用来读出堆栈最上段的最新数据，此时堆栈内的数据不移动；
使用MPP指令，各数据向上一段移动，最上段的数据被读出，同时这个数据就从堆栈中清除；
MPS、MRD、MPP无操作元件；
MPS、MPP指令可重复使用，但连续使用不能超过11次，且两者必须成对使用、缺一不可，MRD指令有时可不用；MRD指令可多次使用，但在打印方面有24行限制；
最终输出电路以MPP代替MRD指令，读出存储并复位清零；
MPS、MRD、MPP指令之后若有单个常开或常闭触点串联，这应该使用AND或ANI指令；
MPS、MRD、MPP指令之后若有触点组成的电路块串联，则应该使用ANB指令；
MPS、MRD、MPP指令之后若无触点串联，直接驱动线圈，则应该使用OUT指令。

用SET指令使软元件接通后，必须要用RST指令才能使其断开；
使用SET、RST指令对同一软元件操作的执行条件同时满足，则复0优先；
对数据寄存器D、变址寄存器V和Z的内容清零时，也可使用RST指令；
对定时器T的当前值复0和触点复位也可用RST指令。

PLS指令驱动的软元件只在逻辑输入结果由OFF到ON时动作一个扫描周期；
PLF指令驱动的软元件只在逻辑输入结果由ON到OFF时动作一个扫描周期；
特殊辅助继电器不能作为PLS、PLF的操作软元件。

NOP指令：将程序全部清除时，存储器内指令全部成为NOP指令；
若将已经写入的指令换成NOP指令，则电路会发生变化；
END指令：没有END指令时，处理全部程序步骤。

END指令以后的其余程序不再执行，直接进行输出处理；
在调试期间在各程序段插入END指令，可依次调试各程序段程序的动作功能，确认后再删除各END指令；
可编程控制器在RUN开始时首次执行是从END指令开始；
执行END指令时，刷新监视定时器，检测扫描周期是否过程。

对于并联电路，串联触头多的支路最好排在梯形图的上面。

对于串联电路，并联触头多的电路块最好排在梯形图左边。

PLC应用：用于开关量逻辑控制、闭环过程控制、PLC配合数字控制、用于工业机器人控制、用于组成多级控制系统。

PLC电路设计及梯形图：三相异步电动机启停P168、三相异步电动机正反转p169、三相异步电动机星三角启动P170。

晶闸管-电动机直流传动控制系统常用单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统、可逆系统。

单闭环直流调速系统分为：有静差调速系统、无静差调速系统。

分析题：判断交点是否为稳定运行点。

在交点A下方作一条转速水平线，可以看出交点右侧负载转矩大于电动机转矩，系统减速，远离交点，故交点不是稳定运行点。