10現代控制技術

1、亞與龜子技術-電子教案*10現代控制技術【課題】10.1 可編程控制器【教學目標】知道可編程控制器及其應用?！窘虒W重點】可編程控制器的特點?！窘虒W難點】可編程控制器的基本結構。【教學過程】【一、復習】簡述繼電器一接觸器系統(tǒng)控制電路的功能?！径?、引入新課】較大系統(tǒng)的電氣控制設備，其控制電路是很復雜而龐大的。例如，四層樓的電梯，其控制電路中 將會涉及到幾十甚至幾百個接觸器、繼電器。如果要 PLC控制，無論是控制電路還是所使用器件, 都會減少到令人吃驚的地步?！救?、講授新課】10.1.1 可編程控制器的特點1 .可編程控制器（簡稱 PLC）:可編程控制器是專用的計算機系統(tǒng)。2 .控制系統(tǒng)：以圖10.

2、1所示異步電動機正、反轉控制為例進行分析。正轉起動按鈕 SBstF、反轉起動按鈕 SBstR、停止按鈕SBstP等“發(fā)布命令”的電器移在示意圖的左接觸器線圈等“執(zhí)行命令”的電器移在示意圖的右側?？刂齐娐分芯哂羞壿嬤\算功能的電路在示意圖中間方框中。10.1.2 可編程控制器的基本結構垂正與電三液710 電子教案金取接于帕A掩口的S暮的狀右iswa二工匚;fr« a圖10.2 PLC基本結構示意圖幡出電附#電界可編程控制器基本結構如圖10.2所示。它是由輸入接口、輸出接口、中央處理器（簡稱 CPU） 和電源部件組成。如圖10.3為PLC和編程器外形圖。圖中，輸入單元和輸出單元是連接輸入、

3、輸出設備的接口, 持續(xù)在CPU內存儲器中處理。編程器用來輸入程序，其作用相當于計算機的鍵盤。圖10.3 PLC和編程器外形圖【四、小結】可編程控制器（PLC作為新型工業(yè)控制設備必將逐步取代傳統(tǒng)繼電器一一接觸器系統(tǒng)，就目前 而言，雖然其輸出還要配合接觸器，但其內部軟件形成的軟繼電器所能發(fā)揮的功能仍然是十分強大的。【五、習題】一、是非題：1;二、選擇題：1;三、填空題：1、2。雉S歪與國字技正-電子教案【課題】10.2 變頻器【教學目標】了解變頻器的基本原理及其應用?！窘虒W重點】變頻器的基本原理?！窘虒W難點】交直交變頻器的分類及工作?！窘虒W過程】【一、復習】PLC的工作原理?！径⒁胄抡n】變頻空

4、調對室溫的控制?！救⒅v授新課】10.2.1 變頻器的用途及結構1 .變頻器的功效(1)功效之一是節(jié)能。電機在設計過程中都留有一定的余量，變頻器通過降低電機轉速減少輸 出功耗，實現“按需供能”例如變頻空調通過改變電機轉速“按需供能”，這樣壓縮機就不會頻繁起動，會使壓縮機保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，可以使空調達到節(jié)電的效果，同時減少噪音，延長空調使用壽 命。(2)功效之二就是與 PLC、計算機配合，達到精確控制、改善產品品質、提高生產效率、降低 維護費用、提高生產自主化水平的目的。2 .變頻器工作過程。變頻器工作過程示意圖如圖10.4所示。變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源電壓變換為另一頻率

5、的電能的控制裝置。變頻器在改變電源頻率的同時，也對輸出電源的電壓進行線性調節(jié)，從而實現對交流電動機無級調速。圖10.4變頻器工作過程示意圖3.變頻器的結構變頻器的結構如圖10.5所示。變頻器由整流器、中間儲能環(huán)節(jié)、逆變器和控制器組成。一電子教案I罐I 4詈卜丁©控制電，圖10.5 變頻器的基本結構(1)整流器的作用：將單相或三相交流電整流成直流電。變頻器的負載為電動機，屬于感性負 載，會與電網之間有無功功率的交換。這種無功功率的交換要靠中間儲能環(huán)節(jié)的儲能元件來緩沖，儲 能元件主要是電感元件和電容元件。(2)逆變器是利用半導體開關器件組成的逆變電路。逆變是相對整流而言，即將直流電逆變?yōu)?/p>

6、 交流電。逆變電路通過有規(guī)律地控制逆變器中開關器件的通與斷，得到所需頻率的三相交流電。(3)控制電路由運算電路、檢測電路和驅動電路等組成。其作用是對逆變電路的開關控制、對 整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等。10.6所示。施 I圾年)交-交殳駛器仍)交-直受交期戰(zhàn)圖10.6變頻器結構裱波格守殛馨10.2.2 變頻器的種類變頻器分為交-交、交-直-交兩種形式，其結構如圖?交-交變頻器是將工頻交流電直接變換成頻率、電壓均可調的交流電。?交-直-交變頻器是先將工頻交流電通過整流濾波轉換成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可調的交流電，這種方式又稱為間接式變頻器。目前，廣泛應用的是交一直一交

7、 變頻器。1 .按照輸出性質分類(1) 電流型變頻器。特點：采用大電感作為中間儲能環(huán)節(jié)。這種變頻器直流內阻較大，接近 于電流源，稱為電流型變頻器。用途：用于頻繁急加速、減速的大容量電動機的傳動。(2) 電壓型變頻器。特點：采用大電容作為中間儲能環(huán)節(jié)。由于大電容的作用，主電路直流 電壓比較平穩(wěn)，輸出到負載電動機端的電壓為方波或階梯波。由于這種變頻器的直流電 源內阻較小，相當于電壓源，稱為電壓型變頻器。2 .按照輸出電壓調節(jié)方式分類變頻器在調速時，需要同時調節(jié)逆變器的輸出電壓和輸出頻率，以保證電動機能正常工作， 對輸出電壓的調節(jié)主要有兩種方式。(1) PAM方式。通過改變直流電壓的幅值進行調壓的方

8、式，又稱為脈沖幅值調節(jié)方式。(2) PWM方式。變壓器的輸出頻率和輸出電壓的調節(jié)均由逆變器按PWM方式來完成，又稱為脈沖方式調節(jié)方式。3 .按照控制方式分類版正與再三破JO 一電子教案(1) U/f控制。對變頻器的輸出頻率和電壓分別控制，稱為 U/f控制。(2) 轉差率控制。轉差率控制方式可以有效地提高調速精度，它是針對具體電動機的機械特 性調整控制參數，因而這種控制方式的通用性較差。(3) 矢量控制。U/f控制方式和轉差率控制方式的動態(tài)指標不高，利用矢量控制主要是為了提高變頻器調速的動態(tài)性能，主要用于軋鋼、造紙設備等對動態(tài)性能要求較高的應用場合。10.2.3變頻器參數的設定(1) 起動時間。

9、起動時間的設定不宜長。經驗值 1.52s/kW,小功率電動機要取大些；大于30kW 的電動機取大于 2s/kW。(2) 制動時間。制動時間的設定宜長不宜短。對水泵、風機以自由停車為宜。(3) 起動頻率。起動頻率的設定值大一些，對電動機加速起動有利，尤以輕載時更適用。對重載負荷起動，如果頻率值設定過大，會造成起動電流加大，一般起動頻率從0Hz開始合適。(4) 起動轉矩。與起動頻率設定基本一致。(5) 基本頻率?；绢l率的標準是50HZ/380V ,即U/f= 380/50=7.6,但在因重載負荷起動不了，而調整其它參數也無效時，調整基本頻率是最效的方法，即將50Hz的頻率跳到30Hz或以下，此時

10、U/f值大于7.6,即在同頻率下，尤其低頻段時，輸出電壓增高，轉矩增大， 在重負荷時能夠很好地起動。(6) 制動時過電壓。制動時過電壓產生的原因是由于制動時間短，制動電阻過小引起的，適 當增加制動時間，增大制動電阻值可以避免。(7) 制動方法。能耗制動適用于一般制動，能耗消耗在電阻上，以發(fā)熱的形式損耗。在較低 頻率下，制動力矩過小，易產生爬行現象。直流制動適用于精確停車或停位，無爬行現 象，可與能耗制動聯合使用，一般在W20Hz時用直流制動，> 20Hz時用能耗制動。回饋制動適用于100kW以上、調速比D> 10、高低速交替或正反轉交替且運行周期時間短 的電動機，在這種情況下，回饋

11、能量可達電動機容量的20%。【四、小結】1. 了解變頻器的用途及結構。2. 了解變頻器的種類。3. 了解變頻器參數的設定?！疚?、習題】是非題：2;二、選擇題：2;三、填空題:3、4?！菊n題】10.3傳感器【教學目標】了解傳感器的基本原理及其應用?！窘虒W重點】傳感器的基本原理。【教學難點】傳感器的應用?！窘虒W過程】【一、復習】變頻器的應用?！径⒁胄抡n】自動門、聲控燈的控制。【三、講授新課】10.3.1 傳感器傳感器：將非電能轉換成電能的器件稱為傳感器，若轉換為標準信號(如4mA20mA),則這種傳感器稱為變送器。傳感器是測量裝置，它的輸入量是某一被測量，可以是物理量，也可以是化學量等，它的輸

12、出量 是某種物理量，這種物理量應該是便于傳輸、轉換、處理、顯示，這種量可以是氣、光、電物理量， 主要是電物理量。輸出量和輸入量之間有準確的對應關系，且應有較高的精度。10.3.2 傳感器的組成傳感器的組成框圖如圖 10.7所示o 被刑量“.墟兀件.此¥.元鼠測電晅城一圖10.7傳感器組成的框圖(1)敏感元件的作用：是直接感受被測量的元件，即被測量通過敏感元件轉換成與被測量有確定關 系，且易于轉換的非電量。(2)傳感元件的作用：也稱為轉換元件，是將敏感元件輸出的非電量轉換成電參數再進行輸出。(3)測量轉換電路的作用：將常規(guī)元件輸出的電參量轉換成易于處理的電壓、電流或頻率量。10.3.3

13、傳感器的分類傳感器的分類如表10.1所示。表10 1 傳感器的分類應用場合溫度測力檢潮液位檢測位置傳感線位移檢割角位移檢測傳感器 類型金屬熱電阻傳感器電粗血變片 傳感卷電容傳感器金屬物體近距離傳感器也阻線性位移 傳感器旋轉角編碼簫光柵位移傳感器熱也偶傳感器正小傳感器超聲波傳感器僦性物體位 置傳感器磁性位移傳感器旋轉變JE器熱級電阻傳感器電感傳蜴器光電傳感器客棚位移傳感器雉8重與國三液JK-電子教案10.3.4傳感器的應用1.液位檢測液位檢測可以使用電容液位傳感器或超聲波傳感器實現。 介電常數將液位變化轉換成電容變化進行測量的。電容液位傳感器是利用被測物質的不同電容傳感器分為三類：變極距式、變面

14、積式、變介電常數式。電容液位或料位檢測傳感器屬于變介電常數式。如圖10.9為電容液位傳感器的原理圖。同利Q金叫管式金管外囊媲四氯乙端甘管式圖10.9電容液位傳感器在圖10.9 (a)中，當被測絕緣液體的液面在同軸雙金屬管的兩個電極之間上下變化時，引起兩 個電極間不同介電常數介質(上面是空氣，下面為非導電液體)高度的變化，從而導致總電容的變化。圖10.9 (b)所示為測量導電液體液位的電容傳感器示意圖，當被測介質是導電的液體時，內電 極應采用金屬管外套聚四氟乙烯套管式電極，外電極就是容器內的導電介質本身。2.金屬材料厚度測量電容測厚儀可用來測量金屬材料的厚度，圖10.10所示為測量厚度的電容測厚儀示意圖。金油帶村他功