电气控制技术在工业生产中的应1.docx

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电气控制技术在工业生产中的应1

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电气控制技术在工业生产中的应用

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王毓

2012/5/2

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]

班级:

机械2093

学号:

3092101309

指导老师:

周力

电气控制技术在工业生产中的应用

摘要

电气控制技术是一门多学科交叉的技术,是实现工业生产自动化的重要技术手段。

随着科学技术的不断发展,特别是计算机和网络技术的应用,以及新型控制策略的出现,使电气控制系统从控制结构到控制理念均发生了根本的变化。

系统介绍先进科学技术的成果在工业生产中的应用以及电气控制系统的发展方向。

关键词

：

电气控制技术高炉鼓风机自动跳闸PLC可编程控制器

引言

电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的.从最早的手动控制发展到自动控制,从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有接触的硬接线继电器控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。

现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。

第一章：

电气控制技术在高炉鼓风机中的应用

作为炼铁工艺的新设备，高炉鼓风机对整个钢铁企业和炼钢过程而言具有重要的意义。

高效稳定工作的鼓风机可以提高钢铁企业的产量，从而提高其经济效益，并能够保证在炼钢过程中的安全生产。

但是高炉鼓风机在实际的生产应用中经常会因为控制系统发生故障造成风机停机，这种突然性的停机对钢铁生产的过程而言具有重大的危害，严重的话甚至可以造成高炉灌渣、烧坏渣口、风口或者是吹管等问题。

同时，高炉鼓风机一旦损坏，其维修所需要的时间较长，这就会给钢铁企业造成重大经济损失，使企业的经济效益降低。

因此，通过改造高炉鼓风机的电气控制系统来预防其自动停机、跳闸的事故，从而提高鼓风机运行可靠性具有重要意义。

本文将探讨有关高炉鼓风机的电气控制系统改造技术的一些相关问题。

1高炉鼓风机存在的问题及改造的必要性

鼓风机作为一种供给设备在现代化的工业生产中被许多的行业所采用。

随着钢铁工业炼铁工艺的进一步发展，高炉炼铁因可以提供高质量的钢水，同时又可以有较高的产量而被炼钢企业所广泛应用。

高炉炼铁虽然有其质量和产量上的优势，但是在实际应

用中对鼓风机也就提出了更高的要求。

高炉炼铁需要持续的高温和鼓风机送来连续不断的补给，作为冶金行业高炉炼铁、炼钢工艺中的核心设备，高炉鼓风机的运行需要具备相当的稳定性和可靠性。

但是在现实的工业生产的冶金炼钢过程中，高炉鼓风机经常会因为各种原因而在运行中发生自动跳闸的事故，从而造成炼钢过程的停止，给企业带来了巨大的损失。

高炉鼓风机自动跳闸的基本原因主要有以下3个方面：

（1）首先是低电压保护动作造成的高炉鼓风机跳闸事故。

在现代化钢铁工业生产的过程中，为了保证炼钢和冶金生产过程的安全性，确保不会发生安全事故，许多大中型的高炉鼓风机都会设置低电压保护系统。

这种系统虽然在一定程度上会杜绝安全事故的发生，但是在更大程度上会限制高炉鼓风机的正常工作和运行，使得高炉鼓风机在运行的过程中会因为低电压保护动作而产生自动跳闸事故，从而造成鼓风机停机，给冶金生产造成一定的损害。

（2）其次是二次控制电源断电造成跳闸事故。

对于高炉鼓风机的正常运作来说，当因为低电压保护动作或其他原因造成高炉鼓风机停机之际，二次控制电源的运作对于鼓风机的持续工作有着积极的意义。

由于交流电源控制相对于直流电源控制而言相对简单，所以在鼓风机的控制现场一般都不会采用直流控制电源。

而这种交流电源的二次控制系统由于在运行中电气控制系统离电源较远，因此运行不稳定、可靠性较差，在实际的工作运行中，这种二次制的电源经常会因为电路元件的故障或者是停电检修以及倒换电源等原因而导致系统断电，从而造成高炉鼓风机因为断电而停机。

（3）最后的原因就是电网的“电压突降”造成的高炉鼓风机跳闸事故。

电网的停电事故不可避免，当电网出现停电事故时，虽然理论上电网可以通过一次重合闸等方式实现快速的重新续电。

但是在这很短暂的一瞬间会产生电网的电压突然的降低，也就是我们所说的电网的“电压突降”。

这种电压突降非常容易造成高炉鼓风机的自动跳闸事故，这就会影响高炉鼓风机运作的连续性和稳定性，从而进一步影响炼钢的工业生产过程稳定性。

在高炉鼓风机的实际运作过程中，上面的3种情况是最容易造成高炉鼓风机自动跳闸从而引起鼓风机停机的原因。

为了解决这些情况，在实际的工业生产过程中，要努力提高高炉鼓风机的控制技术水平，通过实现高炉鼓风机控制系统的安全稳定来保证高炉鼓风机持续稳定的工作状态。

在改进高炉鼓风机控制系统的技术中，对其进行电气控制的改造是比较合理而且有效的。

高炉鼓风机在运作中因为上述的一些原因会造成自动跳闸从而引起鼓风机的停机，而鼓风机，特别是高炉炼铁中的高炉鼓风机的停机在很大程度上会给冶金工业带来极其严重的危害。

在冶金

工业的高炉炼钢中，高炉鼓风机一旦停机，就很容易造成高炉灌渣，从而影响高炉炼钢的钢水的质量和产量。

高炉鼓风机停机的危害还不仅仅局限于此，它还会危害高炉等炼钢设备，甚至会烧坏渣口、风口、吹管和弯头等高温部位，从而造成高炉炼钢因为设备的损坏而长时间的停止工作，再加上这种设备的维修所需要的时间较长，恢复生产的难度很大，因而会造成炼钢的长时间的停止而给钢铁企业造成巨大的经济损失。

因此，在现实的冶金过程中，注意防止高炉鼓风机自动跳闸停机事故的发生，从而提高高炉鼓风机工作和运行的稳定性和可靠性对于整个冶金行业和钢铁企业来说都具有重要意义。

2高炉鼓风机的电气控制技术改造

高炉鼓风机的稳定运行对于高炉炼钢而言具有重要意义。

现代化的高炉炼钢越来越注重于强调可靠性和稳定性的生产要求，只有炼钢过程稳定可靠，才能确保高炉钢水的高产量，同时保证高炉产出的钢水的较高的质量。

而要实现高炉炼钢生产过程的稳定性和可靠性，就对高炉鼓风机的正常运行提出了更高的要求。

现代化的炼钢过程不仅要求鼓风机具备持续稳定工作的能力，还要具备一定的处理突发事件的能力。

考虑到高炉鼓风机的正常运作和炼钢过程的安全生产和方便操作，有必要对高炉鼓风机进行以下的电气控制技术的改造。

通过研究我们发现，电压降低时电流就会增加，而电流的增加不会影响电机正常运行，同时也不会对风机造成损害甚至停机。

在低电压保护的鼓风机组中，电压降低到一定的程度就会引起低电压

保护系统启动造成鼓风机的跳闸。

而我们可以通过对其进行一定的电气控制系统的改造，当电压降低时会发出信号，风机的操作人员在收到信号后可以根据实际情况采取诸如降低风量、减轻负载等对策。

这样可以使电压回升后风量恢复正常，从而避免抵押跳闸保护造成的风机停机事故的发生。

2.1 去掉低电压跳闸保护

 　　就大中型风机而言，传统设计方案都有低电压保护，或作用于跳闸、或作用于信号，而突然停机就会造成较大事故损失风机，则不应设置低电压跳闸保护。

否则，当电源电压降至整定值以下时，风机就会突然自动跳闸，势必造成严重生产事故。

电力系统电压受诸多因素影响变化较大，其变化趋势难以判断和控制，电力系统常常会处于低电压运行状态。

这样当电压降低到“整定值”时，让其继续运行，则极易发生突然跳闸事故，造成严重损失；人工停机，或来不及，或刚停机不久电压又恢复正常,开机不久电压又下降至“整定值”,对设备对生产,危害都是很大。

 　从另来讲，风机属于恒功率负载，当电压降低时，电流会相应增加，不超过电机额定负载能力，就不会影响到电机正常运行，也就不会影响生产。

那些平时负载率就已经很高机组，当电压降低到一定程度时，会产生过载现象，但是这种情况，低电压保护应作用于跳闸，而应让其作用于信号系统。

这样操作人员到信号后，就可以实际情况进行相应调整，如降低风量、减轻负载等。

风量略微降低，不会对高炉生产产生太大影响，当电压回升后，再把风量调至正常。

这样，低电压跳闸事故便以避免。

 2.2 增设专用二次控制电源

 　　大型风机一般采用6～10kV电源，一次侧采用断路器控制。

该断路器要有相应二次控制电源，而一般控制现场采用直流控制电源比较麻烦，多采用交流控制电源。

从图1看出：

～220V控制电源可靠性十分重要。

改造前，该电源引自6kＶ控制柜以外低压电源系统。

众所周知：

电力系统中离电源越远（电气距离）方，可靠性也就越差。

实际运行中，该电源常因元件故障、停电检修、倒换电源、误操作等原因断电,此时,尽管高压6kV电源完全正常,但也避免不了风机跳闸事故发生。

可设置专用二次控制电源,只需要增加1台单相轻小型干式变压器即可（如图1中TC,所选型号为DG-5kVA/6/0.22kV）,就可彻底解决因低压电源系统故障波及二次控制电源而导致风机跳闸事故。

增设专用二次控制电源，避免了二次控制电源断电造成跳闸事故，还增加了一个重要功能：

电气联锁功能。

即先合上隔离开关QS，变压器TC才电，QF1和QF2才能相继合闸，从技术上避免了带负荷操作隔离刀闸误操作事故。

 2.3 设置“瞬时断电延时自起动控制线路”

 　　电网停电事故时有发生，但其中多数情况属于“瞬时失压”。

 瞬时短路故障一般都能靠一次重合闸恢复供电，其断电时间仅1s左右。

电源根本就未中断，电压突然大幅度降低，即所谓“电压突降”。

鼓风机这些情况下虽已停机，其风压有较大下降，但仍能维持一定水平上，这时能及时启动风机，风压就能迅速恢复，这样高炉就不会发生灌渣事故。

基于这种考虑，设置了如图1所示瞬时断电延时自启动控制线路。

图中KT1为断电延时断开动合触点，KT2为断电延时闭合动断触点。

正常运行时它们均闭合状态，当系统发生“电压突降”时，KC2无压失放，QF2跳闸。

若1s左右系统电压恢复正常，则由～220V电源—SB1—KT2触点—KT1触点—KC3触点—KC2线圈构成延时自启动回路，重新使KC2吸合、QF2自动合闸，电机进行自起动，直至恢复正常运转，这样事故就不会发生。

两时间继电器整定值必须要整定恰当，KT1可整定为1.2s，不可过长。

这是系统从停电到一次重合闸成功一般要接近1s左右时间，此时间内风机转速和风压仅下降一定数值，灌渣事故尚未发生，若时间过长，灌渣事故已经发生，损失已无法挽回；另，因电机转速下降过多，自启动时是全电压启动，启动电流较大，超过过流继电器KA2、KA3（按降压启动设计）整定值，使其动作，造成自启动失败；KT2整定值必须大于KT1,以保证手动停机时不会发生自启动现象，这里可整定为2s。

设置了这种控制线路后，因“电压突降”造成灌渣事故以避免。

第二章：

PLC在工业中的应用

1、PLC简介

　　PLC是可编程控制器（ＰrogrammableLogicController）的英文缩写。

上世纪60年代末，美国通用汽车公司为了汽车工业发展的需要，提出需要这样一种控制设备，即

（１）它的继电控制系统设计周期短，更加容易，接线简单，成本低。

（２）它能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学，操作方便。

（３）系统通用性强。

　1969年美国DEC公司研制出第一台可编程控制器，实现了上述的控制功能，但实际上只能进行逻辑运算，故称为“可编程逻辑控制器”，简称为PLC。

20世纪80年代，由于计算机和微电子技术的迅猛发展，使得PLC功能日益增强，可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等。

所以现在的PLC的功能已远远超出逻辑控制的功能，故称为“可编程控制器”，简称PC，但为了不和个人计算机混淆，故仍习惯用PLC作为可编程控制器的缩写。

目前PLC已广泛应用于各工业领域，成为现代化控制的三大支柱（即PLC、机器人和计算机辅助设计/制造）之一。

2、ＰＬＣ的工作原理

PLC采用的是循环扫描工作方式。

在PLC中，用户程序按照先后顺序存放在PLC中，工作时CPU从第一条指令开始执行，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始，不断循环。

PLC的工作过程可分为五个阶段：

自诊断、与计算机或编程器等通信、读入现场信号、执行用户程序、输出结果。

这五个阶段称为一个扫描周期。

采用循环扫描的工作方式，是PLC区别于微机和其他控制设备的最大特点。

3、PLC一般应用的举例

（1）电动机正反转控制

5、PLC在工业中的应用的举例

（1）PLC实现多台风机、水泵组成的自动恒压调节系统

根据控制对象的参数的变化自动调节电机的出力、电机投入/退出，达到自动恒压控制的目的，特别是PLC与变频器的结合应用，可实现一台变频器拖动多台电动机变频运行，达到高

效节能、节约一次投入和自动控制的目的。

以下是一套锅炉风压自动调节系统，利用PLC和变频器各一台，便可对3台风机进行自动调节，实现风压自动调整和节能运行。

（Ａ）系统工作原理

　　　　控制系统主要有PLC、变频器、PID调节器、时间延时器、压力变送器等部份。

控制系统无论风机打开多少，总保持供汽管道压力的基本恒定。

控制的核心单元根据通风总管的实际压力由压力传感器检测，变成模拟输入反馈信号，经A/D转换后与PLC给定压力比较，得到压力偏差和压力偏差的变化率，经过PID运算后，送到PLC输入接口，PLC输出一个0～5V的模拟信号到变频器，用以调节电机的转速以及进行电机的软起动。

PLC通过比较模拟量输出与压力偏差的值，通过I/O端口开关量的输出驱动切换继电器组，以此来协调投入工作的电机台数，并完成电机的起停、变频与工频的切换。

通过调整电机组中投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使通风系统的工作压力稳定，进而达到恒压供汽的目的，从而提高风机的运行效率和能源利用率。

（Ｂ）PLC控制原理

　系统启动时,风机1启运进入变频状态运行,电机转速从0开始随频率的上升而不断上升,当变频率达到50HZ时而这时压力变送器的检测的压力值还没有达到所给定的压力值,则时间继电器延时数秒后,PLC发出指令，风机1通过接触器切换到工频运行,切换后的变频器从50HZ降至0HZ,风机2通过接触器进入变频运行状态.压力变送器不断进行采样,当风机2达到工频,风压还不能达到给定的压力值,则启动风机3进入变频运行状态。

当压力传感器所测的压力低于下限压力时,不断的切换电机进入运行中（切换电机顺序为1#→2#，2#→3#），直到系统平稳的运行。

该过程可通过以下电机状态变化来表示。

　　3台电机运行状态变化：

（1#变频）---（1#工频、2#变频）---（1#工频、2#工频、3#变频）。

当三台风机（1#工频，2#工频，3#变）都投入运行时,而实际的压力处于上限压力或之上,此时风机1变频运行频率低至0HZ,在延时一段时间后,PLC使风机1停止运行,变频器频率就从0迅速上升.如果此后的压力还是处于上限压力,则延时一段时间后PLC使风机2停止,这样的调节,有效的减少风机的频繁的启

停,使风机平稳的过渡。

当出现缺相、过流、过压等情况，PLC将根据对输入信号的判断，在输出接口上输出报警信号，并根据需要去动作跳闸，如果发生变频器故障，则PLC将把自动方式切换到手动操作方式。

同样，也可利用PLC根据供水母管压力的变化对多台水泵的出力和投入台数进行自动调节，实现恒压自动供水系统。

4、编程软件的应用

利用各种型号的PLC所提供的专用微机编程软件，用户可以在微机上很方便地实现程序的输入、编辑、检查和PLC的运行监控等功能。

在以前，是需要人工编程，即，把指令写为助记符，再转换机器码，通过PLC上的键盘输入PLC内部存储器。

现在利用编程软件，只需在微机的编程软件的界面上输入梯形图，而不需集中任何编程语言和任何指令，操作非常简单易学。

用微机进行PLC软件的编程后，可用数据线将程序送入PLC运行。

5、编程规则

一、编程基本规则

1输入／输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的触点可以多次重复使用。

2避免在同一程序中出现编号相同的两个线圈。

串联触点的使用不受次数限制。

（4）并联触点的使用不受次数限制。

（5）两个及两个以上线圈可并联输出。

（6）输出线圈、定时器、计数器如果需要同左母线相联，应在前面串入程序中未被使用的内部继电器的动断触点。

6、编程技巧

（１）在具有并联关系的梯形图中，串联触点多的电路应放在上边，如下图所示。

（a）电路安排不当

　（b）　电路安排得当

（２）在具有串联关系的梯形图中，并联触点多的电路应放在左边，如下图所示。

　　　（a）电路安排不当

　　　　b）　电路安排得当

（3）对于结构比较复杂的梯形图，可重复使用触点来简化电路，如下图所示．

（a）复杂电路

（b）重新排列电路

（4）对于桥式电路，不能直接进行变换，应对电路进行变换，如下图所示．

第三章：

钻孔专用机床的PLC控制

一.控制要求

1）左右动力头主轴电动机为M1，进给运动由液压驱动，液压泵电动机为M2，机床的工作循环为：

首先启动液压泵，按启动按钮后夹紧工件→左、右动力头同时快进并启动主轴→转入工进加工→停留→分别快退→松开工件，停主轴……如此实现自动循环。

2）工作方式设置为自动循环，单周期（运行一个周期自动停止）；有必要的电气保护和联锁；自动循环应按上述顺序动作。

电磁阀通断情况如下表

左动力头

动力头

夹紧

装置

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

YV6

YV7

上下料

-

-

-

-

-

-

+

快进

+

-

-

+

-

-

+

工进

+

+

-

+

+

-

+

停留

-

-

-

-

-

-

+

快退

-

-

+

-

-

+

+

二．控制系统设计分析

（一）设计思路与步骤

采用组合逻辑语句，电机不在原位不予启动，先启动液压电机再夹紧工件启动主轴电机并快进。

左右动力头运行可以有先后，但最终停留原位时需要等待以释放工件，快退过程中压到SQ3，SQ4不起作用，电磁阀每次的触发通过压向行程开关来实现。

自动循环需保持液压电机一直工作，并且有停止循环的按钮。

（二）统计输入输出点数

序号

元器件

用途

1

SB1

液压启动

2

SB2

夹紧并启动主轴

3

SB3

自动循环按钮（可停）

4

SB4

停止循环

5

SQ1~SQ7

行程开关

6

KM1

液压电机

7

KM2

主轴电机

8

KM3

YV1

9

KM4

YV2

10

KM5

YV3

11

KM6

YV4

12

KM7

YV5

13

KM8

YV6

14

KM9

YV7

三．PLC系统硬件配置

槽号

1

2

3

4

5

6

模块

选择

PS307

5A

CPU314-

2P

SM321

DC24V

16点

SM322

DC24V

16点

CP343-

1

I/O点

范围

I0.0~I1.7

Q4.0~Q5.7

四．主电路设计及说明

无

五．输入输出点分配与接线

元器件

I/O口

用途

SB1

I1.0

液压电机启动

SB2

I0.0

夹紧并启动主轴

SB3

I1.2

循环按钮（可停）

SB4

I1.3

停止循环

SQ1~SQ7

I0.1~I0.7

行程开关

KM1

Q5.0

液压电机接触器

KM2

Q4.0

主轴电机接触器

KM3

Q4.1

左快进电磁阀

KM4

Q4.2

左工进电磁阀

KM5

Q4.3

左快退电磁阀

KM6

Q4.4

右快进电磁阀

KM7

Q4.5

右工进电磁阀

KM8

Q4.6

右快退电磁阀

KM9

Q4.7

夹紧装置电磁阀

六．PLC控制程序设计

七.调试过程

电机不在原位不能启动，只有当SQ1，SQ2，SQ7被压下时按启动才可启动液压电机，Q5.0亮，按I0.0后Q4.7亮，2S延时夹紧后Q4.0亮并快进。

压向SQ3，SQ4后分别左右工进，即Q4.1Q4.2，Q4.4Q4.5分别亮。

当工进结束压向SQ5，SQ6各自停留1S，Q4.1Q4.2灭后Q4.3亮；Q4.4Q4.5灭后Q4.6亮。

返回压到SQ3，SQ4不起作用。

先到起点先停快退，都到时主轴停止，Q4.7灭，压向I0.7液压停。

但是循环时启动液压却不能启动主轴，由于单周期最终停止是通过定时器延迟1S来切断，导致循环无法继续，循环时通过接通延时定时器延时2S，在启动液压两秒后启动主轴。

循环得以实现，按下循环停止按钮，在本周期结束后不在循环，液压停止。

结束语

　　随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。

在控制方法上，从手动控制发展到自动控制；在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从笨重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微计算机为中心的网络化自动控制系统。

现代电气控制技术综合应用了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。

［参考文献］

【1】申凌云，何俊正.基于PID控制的煤气鼓风机变频调速系统［J］.电机与控制应用，2009

【2】殷世宏.莱钢AV56高炉鼓风机控制系统的设计与应用［D］.山东科技大学，2005

【3】龙英，吴晓峰，赵佳.基于冗余容错技术的高炉鼓风机自动化特护系统［J］.山东冶金，2006

【4】高洪军.轴流式高炉鼓风机防喘振装置的技术改造［J］.冶金动力，2004

【5】廖常初．S7-300/400PLC应用技术[M]．北京：

机械工业出版社,2002.

【6】王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:

北京航空航天出版社，2003

【7】廖常初.可编程序控制应用技术[M].（第三版）重庆：

重庆大学出版社，2002.

【8】方承远主编．工厂电气控制技术[M].北京：

机械工业出版社，2005．

【9】阮友德.电气控制与PLC，北京：

人民邮电出版社，2009年.

【10】蔡新华.Plc的运用，北京：

航空航天大学出版社，2008年

【新浪网，PLC之家论坛网2009年3月17日上传稿。

【11】XX文库，PLC论坛微博，2010年4月精华稿。

【12】XX文库，plc论坛微博，2010年7月精华上传稿。