电气传动与可编程控制器(PLC).pptx
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电气传动与可编程控制器(PLC).pptx
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电气传动与可编程控制器(PLC)主讲:
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1第一章概论第一章概论1.11.1课程的性质、基本要求、意义和目标课程的性质、基本要求、意义和目标对本课程的基本要求:
对本课程的基本要求:
熟悉先修的课程,学习后应了解什么?
熟悉先修的课程,学习后应了解什么?
掌握什么?
学会什么?
掌握什么?
学会什么?
11、掌握常用电机、电器、晶闸管等及、掌握常用电机、电器、晶闸管等及其电路的工作原理、主要特性,了解其应用其电路的工作原理、主要特性,了解其应用和选用的方法;和选用的方法;本课程是机械设计制造及其自动化专业本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门主干技术基础课。
的一门主干技术基础课。
2第一章概论第一章概论22、掌握继电器、掌握继电器-接触器控制、接触器控制、PLCPLC控控制器的基本原理,学会用它们来实现生产过制器的基本原理,学会用它们来实现生产过程的自动控制;程的自动控制;33、掌握常用的开环、闭环驱动控制系、掌握常用的开环、闭环驱动控制系统的基本工作原理和特点、了解其性能及其统的基本工作原理和特点、了解其性能及其应用场所;应用场所;44、具有运用标准、规范、手册、图册、具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力;等有关技术资料的能力;55、掌握机电传动的基本规律,学会分、掌握机电传动的基本规律,学会分析控制系统的基本方法;析控制系统的基本方法;3机电传动与控制课程的内容,包含机电传动与控制课程的内容,包含拖动生产机械的电动机,和控制电机的一拖动生产机械的电动机,和控制电机的一整套控制系统。
整套控制系统。
其它要求:
迎评创优、作业、实验等要求其它要求:
迎评创优、作业、实验等要求教材选用:
机电传动控制邓星教材选用:
机电传动控制邓星钟,华中科技大学出版社,钟,华中科技大学出版社,20012001年年33版版及其学习辅导与习题及其学习辅导与习题学习本课程旨在培养具有创新精神和学习本课程旨在培养具有创新精神和实践能力的“机电复合型”人才。
实践能力的“机电复合型”人才。
第一章概论第一章概论4第一章概论第一章概论本课程的特点和学好课程的方法:
本课程的特点和学好课程的方法:
学习时首先了解问题是如何提出的,特学习时首先了解问题是如何提出的,特别注意对基本概念、原理、公式的理解和掌别注意对基本概念、原理、公式的理解和掌握,相互联系,了解其应用。
做有关的习题握,相互联系,了解其应用。
做有关的习题、思考题及自测练习。
坚持老师为主导,学、思考题及自测练习。
坚持老师为主导,学生为主体的思想。
生为主体的思想。
根据学科的发展与其内在规律,以伺服根据学科的发展与其内在规律,以伺服驱动系统为主导,以控制为线索,学习和掌驱动系统为主导,以控制为线索,学习和掌握机电一体化技术所需的强电控制知识。
握机电一体化技术所需的强电控制知识。
5第一章概述第一章概述第二章机电传动系统的动第二章机电传动系统的动力学方程力学方程第三七章电机特性第三七章电机特性第八章继电器第八章继电器-接触器控接触器控制制第九章第九章PLCPLC第十章晶闸管电路(简第十章晶闸管电路(简介)介)第十一、十二章直第十一、十二章直、交流传动控制、交流传动控制第十三章步进电机第十三章步进电机传动控制系统简传动控制系统简介介实验实验44学时学时1.21.2机电传动控制课程安排机电传动控制课程安排61.31.3机电传动的目的和任务:
机电传动的目的和任务:
电动机电动机+生产机械生产机械+控制系统机电传动系控制系统机电传动系统统目的:
目的:
电能转变为机械能,实现生产机械的启动、停止、调速,完成各种生产工艺过程的要求,保证生产过程的正常运行。
任务:
任务:
指控制电动机驱动生产机械,实现生产产品数量的增加,质量的提高,生产成本的降低,劳动条件的改善以及能量的合理利用。
71.41.4机电传动及控制系统的发展概况机电传动及控制系统的发展概况1.1.机电传动的发展概况(机电传动的发展概况(33个阶段)个阶段)成组拖动单电机拖动多电机拖动成组拖动单电机拖动多电机拖动2.2.控制系统的发展概况(控制系统的发展概况(44个阶段)个阶段)20C20C初的继电控制;初的继电控制;30-4030-40年代出年代出现的电机放大控制,磁放大控制;现的电机放大控制,磁放大控制;5050年代末出现晶闸管、功率管控制、采样年代末出现晶闸管、功率管控制、采样控制;控制;7070年代年代CNCCNC和和8080年代以来年代以来FMSCIMSFMSCIMS;8第二章机电传动系统的动力学基础第二章机电传动系统的动力学基础本章基本要求:
本章基本要求:
掌握机电传动系统的运行方程式,用它来分析和判别机电传动系统的运行状态;为列出多轴拖动系统的运行方程式,必须将转矩等进行折算,掌握其折算的原则和方法;了解几种典型的生产机械的机械特性;9)(LTfn掌握机电传动系统稳定运行的条件,运用其来分析和判断系统的稳定平衡点;重点:
运用运动方程式分别判别机电传动系统的运行状态;运用稳定运行的条件来判别机电传动系统的稳定运行点,第二章机电传动系统的动力学基础第二章机电传动系统的动力学基础102.12.1机电传动系统的运动方程式(单机电传动系统的运动方程式(单轴)轴)11dtdnGDTTLM3752dLMTTTnwgGDDgGmDJ602/414141222dtdwJTTLM系统运动状态:
系统运动状态:
设电动机某一转动设电动机某一转动方向方向nn为正,为正,TMTM与与nn一致方向为正;一致方向为正;TLTL与与nn相反的方向为正。
相反的方向为正。
当Td0时,系统加速;当Td0时,系统减速;当Td=0时,系统恒速。
转矩正方向约定:
转矩正方向约定:
12根据上述约定,可以从转矩与转速的符根据上述约定,可以从转矩与转速的符号上来判定号上来判定TMTM、TLTL的性质(拖动转矩或的性质(拖动转矩或制动转矩)。
制动转矩)。
若若TMTM与与nn符号相同符号相同(同为正或同为同为正或同为负负),则表示,则表示TMTM的作用方向与的作用方向与nn相同、相同、TMTM为拖动转矩;若为拖动转矩;若TMTM与与nn符号相反,则符号相反,则表示表示TMTM的作用方向与的作用方向与nn相反,相反,TMTM为制动为制动转矩。
转矩。
系统运动状态:
系统运动状态:
13系统运动状态:
系统运动状态:
而而TLTL若与若与nn符号相同,则表示的作符号相同,则表示的作用方向与用方向与nn相反,为制动转矩;若相反,为制动转矩;若TLTL与与nn符号相反,则表示的作用方向与符号相反,则表示的作用方向与nn相同,相同,TLTL为拖动转矩。
为拖动转矩。
这点很重要,是今后分析系统的运行状态(系统处于加速、减速还是匀速)的一个主要依据。
也是本章的一个难点。
本章的另一个难点在机械特性上判别系统稳定工作点时,如何找出它们。
142.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算实际运动系统一般常是多轴系统,为了列出这个系统的运动方程,必须把上述各量折算到某一轴上(电机轴),即折算成为单轴系统。
折算时的基本原则是折算前的多轴系统同折算后的单轴系统,在能量关系或功率关系上保持不变。
152.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算1、负载转矩的折算、负载转矩的折算基本原则:
功率守恒原则。
即折算前的多轴系统同折算后的单轴系统,在功率关系上保持不变。
对于旋转运动,如下图所示,当系统匀速运动时,生产机械的负载功率是:
16LLLTP则电动机轴上的负载功率是则电动机轴上的负载功率是:
设折算到电动机轴的负载转矩是设折算到电动机轴的负载转矩是2.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算17MLMTPLTLT考虑到传动机构在传递功率的过程中有损考虑到传动机构在传递功率的过程中有损耗,这个损耗可以用传动效率来表示,即耗,这个损耗可以用传动效率来表示,即:
于是得到折算到电动机轴上的负载转矩于是得到折算到电动机轴上的负载转矩:
传动机构速比传动机构速比2.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算18cMLLLMLcTTPP输入功率输出功率jTTTcLMcLLLLMj对于直线运动,如下图卷扬机构所示,2.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算生产机械的负载功率是:
19vFPL反映到电动机轴上的负载功率是:
如电动机拖动生产机械旋转或运动,传动传动机构中的损耗由电动机承担,根据功率平衡关机构中的损耗由电动机承担,根据功率平衡关系,有:
系,有:
2.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算20MLMTPcMLFvTnM602McLnFvT55.92.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算如果是生产机械拖动电动机旋转如果是生产机械拖动电动机旋转,传动机构中的损耗由负载承担,根据,传动机构中的损耗由负载承担,根据功率平衡关系,有:
功率平衡关系,有:
21McLnFvT55.92.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算1、负载转矩的折算、负载转矩的折算基本原则:
功率守恒原则。
即折算前的多轴系统同折算后的单轴系统,在功率关系上保持不变。
对于旋转运动,如下图所示,当系统匀速运动时,生产机械的负载功率是:
22LLLTP则电动机轴上的负载功率是则电动机轴上的负载功率是:
设折算到电动机轴的负载转矩是设折算到电动机轴的负载转矩是2.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算23MLMTPLTLT考虑到传动机构在传递功率的过程中有损考虑到传动机构在传递功率的过程中有损耗,这个损耗可以用传动效率来表示,即耗,这个损耗可以用传动效率来表示,即:
于是得到折算到电动机轴上的负载转矩于是得到折算到电动机轴上的负载转矩:
传动机构速比传动机构速比2.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算24cMLLLMLcTTPP输入功率输出功率jTTTcLMcLLLLMj对于直线运动,如下图卷扬机构所示,2.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算生产机械的负载功率是:
25vFPL反映到电动机轴上的负载功率是:
如电动机拖动生产机械旋转或运动,传动传动机构中的损耗由电动机承担,根据功率平衡关机构中的损耗由电动机承担,根据功率平衡关系,有:
系,有:
2.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算26MLMTPcMLFvTnM602McLnFvT55.92、转动惯量和飞轮转矩的折算、转动惯量和飞轮转矩的折算基本原则:
动能守恒原则。
2.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算272211LLMZjJjJJJ11MjLMLj22212122LLMZjGDjGDGDGD对于直线对于直线运动时:
运动时:
2.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算28222211MLLMZvmjJjJJJ2222212122365MLLMZnGvjGDjGDGDGD最后将折算后的负载转矩、飞轮最后将折算后的负载转矩、飞轮转矩代入单轴系统的方程式,可得到转矩代入单轴系统的方程式,可得到多轴系统方程式。
多轴系统方程式。
2.22.2转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算29dtdnGDTTzLM37522.32.3生产机械的机械特性生产机械的机械特性同一轴上的负载转矩和转速之间的函数同一轴上的负载转矩和转速之间的函数关系,称为生产机械的机械特性。
关系,称为生产机械的机械特性。
恒转矩型机械特性恒转矩型机械特性30)(LTfn常数LT2.32.3生产机械的机械特性生产机械的机械特性离心式通风机型机械特性离心式通风机型机械特性直线型机械特性直线型机械特性312CnTLCnTL2.32.3生产机械的机械特性生产机械的机械特性恒功率型机械特性恒功率型机械特性32nKTL2.42.4机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统的稳机电传动系统的稳定运行包含两重含定运行包含两重含义:
义:
一是系统应能以一一是系统应能以一定的速度匀速运转定的速度匀速运转。
曲线曲线1代表电动机代表电动机机械特性,曲线机械特性,曲线2代表负载机械特性代表负载机械特性。
33二是系统受到二是系统受到某种外部干扰某种外部干扰而使运行速度而使运行速度稍有变化,应稍有变化,应保证在干扰消保证在干扰消除后系统能恢除后系统能恢复到原来的运复到原来的运行速度。
行速度。
2.42.4机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件34充分而必要条件是充分而必要条件是:
1、电动机机械特电动机机械特性曲线性曲线和生产机械的机械和生产机械的机械特性曲线特性曲线有交点(平衡有交点(平衡点点AB)。
)。
2.42.4机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件35)(MTfn)(LTfnLMTT2、当转速大于平衡当转速大于平衡点所对应的转速时,点所对应的转速时,必须有必须有当转速小于平衡当转速小于平衡点所对应的转速时,点所对应的转速时,必须有必须有2.42.4机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件36LMTTLMTT只有满足只有满足上述两个条件上述两个条件的平衡点,才的平衡点,才是具有恢复到是具有恢复到原平衡状态能原平衡状态能力而进入稳定力而进入稳定运行。
运行。
2.42.4机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件37所以:
所以:
A点是稳定的平点是稳定的平衡点,衡点,B点不是稳定的点不是稳定的平衡点。
平衡点。
转速小于平衡点所对转速小于平衡点所对应的转速时,应的转速时,转速大于平衡点所对转速大于平衡点所对应的转速时,应的转速时,2.42.4机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件38LMTTLMTT另一种方法是:
引进一个机另一种方法是:
引进一个机械特性硬度的概念,即机械械特性硬度的概念,即机械特性在平衡点的切线特性在平衡点的切线系统稳定运行的充分条件是:
系统稳定运行的充分条件是:
机械特性硬度是可正可负,注意判别机械特性硬度是可正可负,注意判别。
2.42.4机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件电动机的电动机的机械特性机械特性硬度应小于负载的硬度应小于负载的39nddT0nLnMddTddT由上分析,对于恒转矩负载,电动机的由上分析,对于恒转矩负载,电动机的转速增加时,必须具有向下倾斜的机械特性转速增加时,必须具有向下倾斜的机械特性,系统才能稳定。
(因为负载的机械特性硬,系统才能稳定。
(因为负载的机械特性硬度是度是0,电动机的机械特性硬度应为负值),电动机的机械特性硬度应为负值)对于右图情况,对于右图情况,BB点是稳点是稳定的平衡点。
负载的机械定的平衡点。
负载的机械特性硬度大于电动机机械特性硬度大于电动机机械特性硬度。
特性硬度。
2.42.4机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件40练习右图:
练习右图:
2.42.4机电传动系统稳定运行的条件机电传动系统稳定运行的条件图图aa电动机的机械特电动机的机械特性硬度为负性硬度为负,生产机生产机械的机械特性硬度为械的机械特性硬度为正。
正。
图图bb电动机的机械特性硬度和生产机械的机械特性电动机的机械特性硬度和生产机械的机械特性硬度均为正。
但后者大一些(硬)。
硬度均为正。
但后者大一些(硬)。
图图cc电动机的机械特性硬度和生产机械的机械特性电动机的机械特性硬度和生产机械的机械特性硬度均为负。
但后者的绝对值小一些。
硬度均为负。
但后者的绝对值小一些。
410nLnMddTddT
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