單元二直流電動(dòng)機(jī)的控制任務(wù)一直流電動(dòng)機(jī)任務(wù)二直流電動(dòng)機(jī)的起?？刂迫蝿?wù)三直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制任務(wù)四直流電動(dòng)機(jī)的PLC控制

直流電機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)與直流發(fā)電機(jī)之分。直流電動(dòng)機(jī)因具有良好的起動(dòng)和調(diào)速性能，被廣泛地應(yīng)用于對(duì)起動(dòng)和調(diào)速有較高要求的拖動(dòng)系統(tǒng)，例如電力牽引、軋鋼機(jī)、起重機(jī)等設(shè)備。小容量的直流電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用也很廣泛。但與交流電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用維護(hù)不便，價(jià)格較貴，并且近些年來隨著交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，在許多領(lǐng)域中直流電動(dòng)機(jī)基本上已經(jīng)被交流電動(dòng)機(jī)所取代。

直流電動(dòng)機(jī)主要用作各種直流電源，例如直流電動(dòng)機(jī)電源，化工中電解、電鍍所需的低電壓、大電流直流電源等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，晶閘管整流裝置有取代直流發(fā)動(dòng)機(jī)的趨勢(shì)?；诖耍締卧獌H對(duì)直流電動(dòng)機(jī)作簡(jiǎn)單介紹。

本單元主要介紹直流電動(dòng)機(jī)的相關(guān)知識(shí)及應(yīng)用。

任務(wù)一直流電動(dòng)機(jī)

任務(wù)要求(1)熟悉直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。(2)熟悉直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類。(3)了解直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)。(4)掌握直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。

2.1.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

圖2.1所示為一臺(tái)最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)的模型。圖中N和S是一對(duì)固定的磁極，可以是電磁鐵，也可以是永久磁鐵。磁極之間有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵芯。鐵芯表面固定一個(gè)用絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的電樞線圈abcd，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個(gè)弧形銅片1和2上，銅片稱為換向片，它們的組合體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上且與轉(zhuǎn)軸絕緣。在換向器上放置固定不動(dòng)而與換向片滑動(dòng)接觸的電刷A和B。線圈abcd通過換向器和電刷接通外電路。

圖2.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)接于直流電源上，例如A刷接電源正極，B刷接電源負(fù)極。電流從A刷流入，經(jīng)線圈abcd，由B刷流出。圖2.1所示的瞬間，在N極下的導(dǎo)體ab中電流方向由a到b；在S極下的導(dǎo)體cd中電流方向由c到d。根據(jù)電磁力定律可知，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受力，其方向可由左手定則判定。導(dǎo)體ab受力的方向向左，導(dǎo)體cd受力的方向向右。兩個(gè)電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸所形成的電磁轉(zhuǎn)矩為逆時(shí)針方向，電磁轉(zhuǎn)矩使電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過180°，換向片2轉(zhuǎn)至與A刷接觸，換向片1轉(zhuǎn)至與B刷接觸。電流由正極經(jīng)換向片2流入，導(dǎo)體cd中電流由d流向c，導(dǎo)體ab中電流由b流向a，由換向片1經(jīng)B刷流回負(fù)極。用左手定則判定，電磁轉(zhuǎn)矩仍為逆時(shí)針方向，這樣電動(dòng)機(jī)就沿一個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)下去。

由此可知，加在直流電動(dòng)機(jī)上的直流電源，通過電刷和換向器，在電樞線圈中流過的電流方向是交變的，而每一極性下的導(dǎo)體中的電流方向始終不變，因而產(chǎn)生單方向的電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。

一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，只是外界條件不同而已。在直流電動(dòng)機(jī)的電刷上加直流電源，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，是作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行；若用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能變換成電能，從電刷引出直流電動(dòng)勢(shì)，則作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。同一臺(tái)電機(jī)，既可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行又可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理，在電機(jī)理論中稱為可逆原理。但在實(shí)際應(yīng)用中，一般只作一個(gè)方面使用。

2.1.2直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類

從直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理可知，直流電動(dòng)機(jī)的磁極和電樞之間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，任何電動(dòng)機(jī)都由固定不動(dòng)的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩部分組成，這兩部分之間的間隙稱為氣隙。圖2.2所示為直流電動(dòng)機(jī)的軸向剖面圖，圖2.3所示為直流電動(dòng)機(jī)的徑向剖面圖。圖2.2直流電動(dòng)機(jī)的軸向剖面圖圖2.3直流電動(dòng)機(jī)的徑向剖面圖

下面分別介紹直流電動(dòng)機(jī)各部分的構(gòu)成。

1.定子

定子的作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)和作為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械支撐，它包括主磁極、換向極、機(jī)座、端蓋、軸承、電刷裝置等，如圖2.4所示。

(1)機(jī)座。機(jī)座一般由鑄鋼或厚鋼板焊接而成。它用來固定主磁極、換向極及端蓋，借助底腳將電動(dòng)機(jī)安裝固定。機(jī)座還是磁路的一部分，用以通過磁通的部分稱為磁軛。

1—主磁極；2—換向極；3—機(jī)座圖2.4直流電動(dòng)機(jī)的定子

(2)主磁極。主磁極的作用是產(chǎn)生主磁通。它由主磁極鐵芯和勵(lì)磁繞組組成。主磁極鐵芯一般由1~1.5mm厚的鋼板沖片疊壓緊固而成。為了改善氣隙磁通量密度的分布，主磁極靠近電樞表面的極靴較極身寬。勵(lì)磁繞組由絕緣銅線繞制而成。直流電動(dòng)機(jī)的主磁極如圖2.5所示。直流電動(dòng)機(jī)中的主磁極總是成對(duì)的，相鄰主磁極的極性按N極和S極交替排列。改變勵(lì)磁電流的方向，就可改變主磁極的極性，也就改變了磁場(chǎng)方向。

1—機(jī)座；2—主極鐵芯；3—?jiǎng)?lì)磁繞組圖2.5直流電動(dòng)機(jī)的主磁極

(3)換向極。在兩個(gè)相鄰的主磁極之間的中性面內(nèi)有一個(gè)小磁極，這就是換向極。它的構(gòu)造與主磁極相似，由鐵芯和繞組構(gòu)成。中小容量直流電動(dòng)機(jī)的換向極鐵芯是用整塊鋼制成的。大容量直流電動(dòng)機(jī)和換向要求高的電動(dòng)機(jī)，其換向極鐵芯用薄鋼片疊成。換向極繞組要與電樞繞組串聯(lián)，因通過的電流大，導(dǎo)線截面較大，匝數(shù)較少。換向極的作用是產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，改善電動(dòng)機(jī)的換向，減少電刷與換向器之間的火花。

(4)電刷裝置。電刷裝置由電刷、刷盒、壓緊彈簧和銅絲辮等組成，如圖2.6所示。電刷是用碳石墨等制成的導(dǎo)電塊，電刷裝在刷握的刷盒內(nèi)，用壓緊彈簧把它壓緊在換向器表面上。壓緊彈簧的壓力可以調(diào)整，以保證電刷與換向器表面有良好的滑動(dòng)接觸。刷握固定在刷桿上，刷桿裝在刷桿座上，彼此之間都絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承蓋上，位置可以移動(dòng)，用以調(diào)整電刷位置。電刷數(shù)一般等于主磁極數(shù)，各同極性的電刷經(jīng)軟線匯在一起，再引到接線盒內(nèi)的接線板上。電刷的作用是使外電路與電樞繞組接通。圖2.6電刷裝置

2.轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子又稱電樞，是用來產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。它包括電樞鐵芯和電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等，結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。

(1)電樞鐵芯。電樞鐵芯一般用0.5mm厚的涂有絕緣層的硅鋼片沖疊而成，這樣當(dāng)鐵芯在主磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)可以減少磁滯和渦流損耗。鐵芯表面有均勻分布的齒和槽，槽中嵌放電樞繞組。電樞鐵芯也是磁的通路。電樞鐵芯固定在轉(zhuǎn)子支架或轉(zhuǎn)軸上。圖2.7直流電動(dòng)機(jī)的電樞

(2)電樞繞組。電樞繞組是用絕緣銅線繞制的線圈(也稱元件)按一定規(guī)律嵌放到電樞鐵芯槽中，并與換向器作相應(yīng)的連接。電樞繞組是電動(dòng)機(jī)的核心部件，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)在其中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。

(3)換向器。它是由許多帶有燕尾的楔形銅片組成的一個(gè)圓筒，銅片之間用云母片絕緣，用套筒、V形環(huán)和螺母緊固成一個(gè)整體。電樞繞組中不同線圈上的兩個(gè)端頭接在一個(gè)換向片上。金屬套筒式換向器如圖2.8所示。換向器的作用是與電刷一起，起轉(zhuǎn)換電動(dòng)勢(shì)和電流的作用。

1—云母絕緣；2—換向片；3—套筒；4—V形環(huán)；5—螺母；6—片間云母圖2.8金屬套筒式換向器剖面圖

3.直流電動(dòng)機(jī)的分類

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，直流電動(dòng)機(jī)按其勵(lì)磁繞組在電路中的連接方式(即勵(lì)磁方式)可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)4種。直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類的接線如圖2.9所示。圖2.9直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類的接線圖

(1)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)。勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由不同的直流電源供電，如圖2.9(a)所示。

(2)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)。勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由同一直流電源供電，如圖2.9(b)所示。由圖可知，并勵(lì)電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電流I等于電樞電流Ia

與勵(lì)磁電流If

之和，即I=Ia+If。

(3)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。勵(lì)磁繞組和電樞繞組串聯(lián)后接于直流電源，如圖2.9(c)所示。由圖可知，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電流、電樞電流和勵(lì)磁電流是同一電流，即I=Ia=If

。

(4)復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)繞組，它們分別與電樞繞組并聯(lián)和串聯(lián)，如圖2.9(d)所示。

2.1.3直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

表征電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行情況的各種數(shù)據(jù)稱為額定值。額定值一般都標(biāo)注在電動(dòng)機(jī)的銘牌上，所以也稱為銘牌數(shù)據(jù)，它是正確、合理使用電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。

直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)主要有以下幾種。

(1)額定電壓UN(V)———在額定情況下，電刷兩端輸入的電壓。

(2)額定電流IN(A)———在額定情況下，允許電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期流入的電流。

(3)額定功率(額定容量)PN

(kW)———電動(dòng)機(jī)在額定情況下允許輸出的功率。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，是指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的功率，即PN=UNINηN。

(4)額定轉(zhuǎn)速nN(r/min)———在額定功率、額定電壓、額定電流時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

(5)額定效率ηN

———輸出功率與輸入功率之比，稱為電動(dòng)機(jī)的額定效率，即

電動(dòng)機(jī)在接近額定工作狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)效率最高。

2.1.4直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

表征電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的兩個(gè)主要物理量是轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩T。電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性研究的就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系，即n=f(T)。機(jī)械特性可分為固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性。本節(jié)以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為例進(jìn)行介紹。

1.直流電動(dòng)機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩

導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)繞組中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這里所說的電動(dòng)勢(shì)是指兩電刷間的電動(dòng)勢(shì)，即電樞繞組每一條支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

圖2.10所示為直流電動(dòng)機(jī)空載(即電樞繞組中無(wú)電流)時(shí)，氣隙磁通量密度B沿電樞圓周的分布曲線。圖中只畫出每個(gè)元件的上層邊，沒有畫出換向器。電刷實(shí)際上通過換向片與處在兩極之間的元件相連。在該圖中，電刷直接與處在兩極之間的元件相連接。

圖2.10空載時(shí)氣隙磁通量密度的分布

當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，分布在電樞上的導(dǎo)體將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即

式中：Ea

是電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)；Φ是每極磁通量(Wb)；n是電樞轉(zhuǎn)速(r/min)；Ce是電勢(shì)常數(shù)，Ce=，N是導(dǎo)體根數(shù)；p是電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；a是導(dǎo)體的并聯(lián)支路對(duì)數(shù)。

分析上式，可以得出如下結(jié)論。

(1)當(dāng)磁通量Φ為常值時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比。

(2)當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量成正比，而與磁通量密度的分布無(wú)關(guān)。

(3)電刷在磁極的中心線上，即與位于兩極中間處的元件相連，得到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。

根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力的作用，如圖2.11所示。電磁力對(duì)電樞的軸心形成轉(zhuǎn)矩，稱為電磁轉(zhuǎn)矩，用T表示

式中，T是電磁轉(zhuǎn)矩(N·m)；Φ是每極磁通量(Wb)；Ia是電樞電流；CT

是轉(zhuǎn)矩常數(shù)，圖2.11電磁轉(zhuǎn)矩

電樞電動(dòng)勢(shì)Ea=CeΦn和電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦIa是直流電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)重要公式。對(duì)于同一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CT有一定的關(guān)系。由

可得Ce

=0.105CT或CT=9.55Ce

。

2.直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程

直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的接線如圖2.12所示。Rf是勵(lì)磁回路中串聯(lián)的調(diào)節(jié)電阻，R是電樞回路串聯(lián)的電阻。

直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可由基本方程式導(dǎo)出。電壓平衡方程為

式中，Ea=CeΦn?？梢酝瞥鰣D2.12直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的接線圖

因電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦIa

，可得I

a=。將此式代入式(2.4)可得直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程為

式中，n0是理想空載轉(zhuǎn)速(r/min)，

3.固有機(jī)械特性

固有機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的工作電壓、勵(lì)磁磁通為額定值，電樞回路中沒有串聯(lián)附加電阻時(shí)的機(jī)械特性，其方程為

或

固有機(jī)械特性曲線如圖2.13所示。

圖2.13他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性具有以下特點(diǎn)。

(1)隨著電磁轉(zhuǎn)矩T的增大，轉(zhuǎn)速n降低，其特性曲線是略微下降的直線。

若其值很小，特性曲線較平，習(xí)慣上稱為硬特性；若其值較大，則稱為軟特性。

(4)當(dāng)T=TN

時(shí)，n=nN

，此點(diǎn)為電動(dòng)機(jī)的額定工作點(diǎn)。此時(shí)，轉(zhuǎn)速差ΔnN=n0-nN=βnN

，稱為額定轉(zhuǎn)差。一般ΔnN≈0.05nN

。

(5)當(dāng)n=0，即電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，Ea=CeΦn=0，此時(shí)電樞電流，稱為起動(dòng)電流；電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦNIs=Ts

，稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于電樞電阻Ra很小，Is和Ts都比額定值大很多(可達(dá)幾十倍)，會(huì)給電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等帶來危害。

4.直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性

一臺(tái)電動(dòng)機(jī)只有一條固有機(jī)械特性，對(duì)于某一負(fù)載轉(zhuǎn)矩，只有一個(gè)固定的轉(zhuǎn)速，這顯然無(wú)法達(dá)到實(shí)際拖動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速變化的要求。為了滿足生產(chǎn)機(jī)械加工工藝的要求，例如起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)等各種工作狀態(tài)的要求，還需要人為地改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，如電樞電壓、電樞回路電阻和勵(lì)磁磁通，相應(yīng)得到的機(jī)械特性即為人為機(jī)械特性。

思考與練習(xí)

一、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)其在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用有何影響?

二、什么是直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性?

三、有一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)為：PN=22kW，UN=110V，nN=1000r/min，ηN=0.84，Ra=0.04Ω，Rf=27.5Ω。試求：①額定電流IN、額定電樞電流Ia及額定勵(lì)磁電流If；②銅損耗PCu及空載損耗P0；③額定轉(zhuǎn)矩TN；④反電動(dòng)勢(shì)Ea。

任務(wù)二直流電動(dòng)機(jī)的起停控制

任務(wù)要求1.了解直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)要求及起動(dòng)方法。2.掌握直流電動(dòng)機(jī)的二級(jí)起動(dòng)控制設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。3.掌握直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制及實(shí)現(xiàn)。4.熟悉直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方法。

在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)是原動(dòng)機(jī)，起主導(dǎo)作用。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)特性是衡量電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的重要指標(biāo)。下面就以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)為例，介紹直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和制動(dòng)的方法。

2.2.1直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和反轉(zhuǎn)控制及實(shí)現(xiàn)

1.起動(dòng)的要求

直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)牧阍黾拥椒€(wěn)定運(yùn)行速度的整個(gè)過程稱為起動(dòng)過程(或稱起動(dòng))。要使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程達(dá)到最優(yōu)的要求，應(yīng)考慮的問題包括：(1)起動(dòng)電流Is的大??；(2)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ts的大??；(3)起動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短；(4)起動(dòng)過程是否平滑；(5)起動(dòng)過程中的能量損耗和發(fā)熱量的大?。?6)起動(dòng)設(shè)備是否簡(jiǎn)單及可靠性如何。上述問題中，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是主要的。直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中，要求起動(dòng)電流不能過大、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大，以縮短起動(dòng)時(shí)間、提高生產(chǎn)率，特別是對(duì)起動(dòng)頻繁的系統(tǒng)這一點(diǎn)更為重要。

直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)最初，起動(dòng)電流Is

一般都較大，因?yàn)榇藭r(shí)n=0、Ea=0。如果電樞電壓為額定電壓UN，因?yàn)镽a

很小，則起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的10~20倍。這樣大的起動(dòng)電流會(huì)使換向惡化，產(chǎn)生嚴(yán)重的火花。與電樞電流成正比的電磁轉(zhuǎn)矩若過大，會(huì)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)生很大的沖擊力。因此起動(dòng)時(shí)需限制起動(dòng)電流的大小。為了限制起動(dòng)電流，一般采用電樞回路串電阻起動(dòng)和降壓起動(dòng)。

同時(shí)，電動(dòng)機(jī)要能起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于它的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。從公式Ts=CTΦNIs

來看，當(dāng)起動(dòng)電流降低時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)下降。要使Ts

足夠大，勵(lì)磁磁通就要盡量大。為此，在起動(dòng)時(shí)需將勵(lì)磁回路的調(diào)節(jié)電阻全部切除，使勵(lì)磁電流盡量大，以保證磁通Φ為最大。

2.起動(dòng)的方法

1)電樞回路串電阻分級(jí)起動(dòng)

圖2.14(a)所示為他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)接線圖，圖中KM1、KM2、KM3為短接起動(dòng)電阻Rs1、Rs2、Rs3的接觸器；KM為接通電樞電源的接觸器。起動(dòng)時(shí)先接通勵(lì)磁電源，保證滿勵(lì)磁起動(dòng)。起動(dòng)開始瞬間的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ts1>TL，否則不能起動(dòng)。圖2.14電樞回路串電阻起動(dòng)

因起動(dòng)過程中電樞回路串接電阻不同，它們的機(jī)械特性有兩個(gè)特點(diǎn)：一是理想空載轉(zhuǎn)速n0與固有機(jī)械特性的轉(zhuǎn)速相同，即電樞回路串入的電阻R改變時(shí)，n0不變；二是特性斜率β與電樞回路串入的電阻有關(guān)，R增大，β也增大。故電樞回路串不同電阻時(shí)的機(jī)械特性是通過理想空載點(diǎn)的一簇放射形直線。起動(dòng)過程的機(jī)械特性如圖2.14(b)所示。

當(dāng)Ts1>TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。工作點(diǎn)由起動(dòng)點(diǎn)Q沿電樞總電阻為Rs1

的人為特性上升，電樞電動(dòng)勢(shì)隨之增大，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩則隨之減小。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至n1時(shí)，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降至Is2和Ts2(圖中A點(diǎn))，為了保持起動(dòng)過程中電流和轉(zhuǎn)矩有較大的值，以加速起動(dòng)過程，此時(shí)閉合KM1，切除r1。此時(shí)的電流Is2稱為切換電流。當(dāng)r1被切除后，電樞回路總電阻變?yōu)镽s2=Ra+r2+r3。由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速和電樞電動(dòng)勢(shì)不能突變，電樞電阻減小將使電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩增大，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性由圖中A點(diǎn)平移到B點(diǎn)。

再依次切除起動(dòng)電阻r2、r3

，電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)就從B點(diǎn)轉(zhuǎn)到D點(diǎn)和F點(diǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行在自然機(jī)械特性的G點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程結(jié)束。

起動(dòng)過程中，起動(dòng)電阻上有能量損耗。這種起動(dòng)方法廣泛應(yīng)用于中小型直流電動(dòng)機(jī)。

2)降壓起動(dòng)

當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路由專用的可調(diào)壓直流電源供電時(shí)，可以采用降壓起動(dòng)的方法。降低電樞電壓時(shí)的機(jī)械特性有兩個(gè)特點(diǎn)：一是理想空載轉(zhuǎn)速n0

與電樞電壓U成正比，即n0∝U，且U為負(fù)時(shí)，n0

也為負(fù)；二是特性斜率不變，與原有機(jī)械特性相同。因而改變電樞電壓的人為機(jī)械特性是一組平行于固有機(jī)械特性的直線。降壓起動(dòng)過程的機(jī)械特性如圖2.15所示。

圖2.15降壓起動(dòng)的機(jī)械特性

在降壓起動(dòng)過程中，起動(dòng)電流將隨電樞電壓降低的程度成正比地減小。起動(dòng)前先調(diào)好勵(lì)磁，然后把電源電壓由低向高調(diào)節(jié)，當(dāng)最低電壓所對(duì)應(yīng)的人為機(jī)械特性中的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ts1>TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)就開始起動(dòng)。起動(dòng)后，隨著轉(zhuǎn)速上升，可相應(yīng)提高電壓，以獲得需要的加速轉(zhuǎn)矩。

降壓起動(dòng)過程中能量損耗很少，起動(dòng)平滑，但需要專用電源設(shè)備，多用于要求經(jīng)常起動(dòng)的場(chǎng)合和大中型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。

3.直流電動(dòng)機(jī)的二級(jí)起動(dòng)控制設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串二級(jí)電阻的起動(dòng)控制線路如圖2.16所示。圖中KT1、KT2為時(shí)間繼電器，KM2、KM3為短接起動(dòng)電阻接觸器。圖2.16他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串二級(jí)電阻起動(dòng)控制

下面介紹具體的起動(dòng)過程。合上電源開關(guān)QS1和QS2，勵(lì)磁繞組F1、F2通過勵(lì)磁電流產(chǎn)生主磁場(chǎng)。時(shí)間繼電器KT1、KT2線圈得電，則KT1、KT2延時(shí)閉合的常閉觸點(diǎn)分?jǐn)?。短接起?dòng)電阻接觸器KM2、KM3線圈不得電，則KM2、KM3常開觸點(diǎn)斷開，電阻R1、R2接入主電路。按下起動(dòng)按鈕SB1，KM1線圈得電，KM1自鎖觸點(diǎn)閉合，松開SB1；同時(shí)KM1主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)串接電阻R1、R2起動(dòng)；KM1常閉觸點(diǎn)斷開，使時(shí)間繼電器KT1、KT2線圈失電。經(jīng)過一段時(shí)間，隨著轉(zhuǎn)速的升高，KT1延時(shí)閉合觸點(diǎn)首先閉合，接觸器KM2線圈得電，則KM2常開主

觸點(diǎn)閉合，電阻R1被短接，起動(dòng)電阻減少，隨著電樞電流增大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也增大，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，然后KT2動(dòng)斷延時(shí)閉合觸點(diǎn)延時(shí)閉合，接觸器KM3線圈通電，使KM3主觸點(diǎn)閉合，電阻R2被短接，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

4.直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)

電力拖動(dòng)系統(tǒng)在工作過程中，經(jīng)常需要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，為此需要電動(dòng)機(jī)反方向起動(dòng)和運(yùn)行，即需要改變電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向。由電磁轉(zhuǎn)矩公式T=CTΦIa

可知，要改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向，只需改變勵(lì)磁磁通方向或電樞電流方向即可。所以，改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法有兩個(gè)：(1)保持電樞繞組兩端極性不變，將勵(lì)磁繞組反接；(2)保持勵(lì)磁繞組極性不變，將電樞繞組反接。

2.2.2直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制及實(shí)現(xiàn)

電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，就稱電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。

制動(dòng)的方法有機(jī)械制動(dòng)和電氣。電氣制動(dòng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，且制動(dòng)強(qiáng)度比較容易控制，一般的電力拖動(dòng)系統(tǒng)多采用這種方法，或者與機(jī)械制動(dòng)配合使用。電動(dòng)機(jī)的電氣制動(dòng)分為3種：能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)。

1.能耗制動(dòng)

1)能耗制動(dòng)方法

如圖2.17所示，開關(guān)合向位置1時(shí)，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)狀態(tài)。電樞電流Ia、電磁轉(zhuǎn)矩T、轉(zhuǎn)速n及電動(dòng)勢(shì)Ea的方向如圖2.17(a)所示。如果將開關(guān)從電源斷開，迅速合向位置2，電動(dòng)機(jī)被切斷電源并接到一個(gè)制動(dòng)電阻Rz上，如圖2.17(b)所示。在拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械慣性作用下，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速n的方向來不及改變。圖2.17電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)

由于勵(lì)磁保持不變，因此電樞仍具有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea，其大小和方向與處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相同。由于U=0，所以電樞電流為

式中的負(fù)號(hào)說明電流方向與原來電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下相反(如圖2.17所示)，這個(gè)電流叫做制動(dòng)電流。制動(dòng)電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也和原來的方向相反，稱為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)很快減速以致停轉(zhuǎn)。這種制動(dòng)是把儲(chǔ)存在系統(tǒng)中的動(dòng)能變換成電能，并消耗在制動(dòng)電阻中，故稱為能耗制動(dòng)。

在能耗制動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行。和正常發(fā)電機(jī)不同的是，電動(dòng)機(jī)依靠系統(tǒng)本身的動(dòng)能發(fā)電。在能耗制動(dòng)時(shí)，因U=0、n0=0，因此電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程變?yōu)?/p>

式中，R=Ra+Rz。由此可見，能耗制動(dòng)的機(jī)械特性位于第二象限，為過原點(diǎn)的一條直線，如圖2.18所示。如果制動(dòng)前，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)，在固有特性曲線上的A點(diǎn)，開始制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速n不能突變，工作點(diǎn)將沿水平方向躍變到能耗制動(dòng)特性上的B點(diǎn)。在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下，電動(dòng)機(jī)減速，工作點(diǎn)將沿特性曲線下降，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也逐漸減小，當(dāng)T=0時(shí)，n=0，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

圖2.18能耗制動(dòng)的機(jī)械特性

如果負(fù)載是位能負(fù)載(吊車等)，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到零時(shí)，在位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下，電動(dòng)機(jī)將被拖動(dòng)反方向旋轉(zhuǎn)。機(jī)械特性延伸到第四象限(如圖2.18所示)。轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在C點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在反向能耗制動(dòng)狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)等速下放重物。

實(shí)質(zhì)上，能耗制動(dòng)的機(jī)械特性是一條電樞電壓為零、電樞串電阻的人為機(jī)械特性。改變制動(dòng)電阻的大小，可以得到不同斜率的特性曲線。Rz越小，特性曲線的斜率越小，曲線就越平，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩就越大，制動(dòng)作用就越強(qiáng)。但為了避免過大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)電流對(duì)系統(tǒng)帶來不利的影響，通常限制最大制動(dòng)電流不超過(2~2.5)IN，即

能耗制動(dòng)操作簡(jiǎn)便，但制動(dòng)轉(zhuǎn)矩在轉(zhuǎn)速較低時(shí)變得很小。為了使電動(dòng)機(jī)更快地停止，可以在轉(zhuǎn)速降到較低時(shí)，加上機(jī)械制動(dòng)。

2)能耗制動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)

圖2.19所示為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行串二級(jí)電阻起動(dòng)，停車采用能耗制動(dòng)的控制電路。圖中KM1為電源接觸器，KM2、KM3為起動(dòng)接觸器，KI1為過電流繼電器，KI2為欠電流繼電器，KV為電壓繼電器，KT1、KT2為時(shí)間繼電器。圖2.19他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行能耗制動(dòng)電路圖

制動(dòng)控制過程介紹如下。

合上電源開關(guān)QS1及QS2，勵(lì)磁繞組F1、F2通入電流，欠電流繼電器KI2得電，KI2常開觸點(diǎn)閉合。同時(shí)，KT1線圈得電，KT1延時(shí)閉合觸點(diǎn)立即斷開，使得KM2、KM3不得電，主觸點(diǎn)斷開電路，并做好串電阻起動(dòng)準(zhǔn)備。按下起動(dòng)按鈕SB2，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。起動(dòng)工作情況與前面所述類似，不同的是，電阻R1兩端并接時(shí)間繼電器KT2的線圈，當(dāng)KM2常開主觸點(diǎn)閉合后，時(shí)間繼電器KT2線圈失電，KT2延時(shí)閉合觸點(diǎn)延時(shí)閉合，使KM3線圈得電，KM3主觸點(diǎn)閉合，電阻R2被短接。

這樣保證了R1和R2先后被短接，最后達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)，電壓繼電器KV的線圈經(jīng)常開觸點(diǎn)KM1閉合，使KV常開觸點(diǎn)閉合，做好停車準(zhǔn)備。

要停車時(shí)，按下停止(制動(dòng))按鈕SB1，接觸器KM1失電釋放，KM1自鎖觸點(diǎn)分?jǐn)?，使電?dòng)機(jī)的電樞從電源上斷開，勵(lì)磁繞組仍與電源接通；由于電動(dòng)機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)切割磁力線，并聯(lián)在電樞兩端的KV經(jīng)自鎖觸點(diǎn)仍保持通電，KM1常閉觸點(diǎn)閉合后，接觸器KM4線圈得電，KM4常開觸點(diǎn)閉合，電阻R4并接在電樞兩端，電動(dòng)機(jī)開始能耗制動(dòng)，速度急劇下降。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩端電壓隨著轉(zhuǎn)速的減小而降低，電壓繼電器KV失電釋放，KM4斷電，電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)結(jié)束。

R4為制動(dòng)電阻，阻值應(yīng)選擇適當(dāng)。若R4過大，則制動(dòng)緩慢；若R4過小，則電樞電流將超過最大允許電流。

2.反接制動(dòng)

反接制動(dòng)分兩種：電樞反接制動(dòng)和倒拉反接制動(dòng)。

1)電樞反接制動(dòng)

圖2.20所示為電樞反接制動(dòng)的接線圖。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，KM1閉合(KM2斷開)，電動(dòng)勢(shì)Ea和轉(zhuǎn)速n的方向如圖所示，這時(shí)的電樞電流Ia和電磁轉(zhuǎn)矩T方向用圖中虛線箭頭表示。當(dāng)KM2閉合(KM1斷開)時(shí)，加到電樞繞組兩端的電壓極性與電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)相反。因旋轉(zhuǎn)方向未變，磁場(chǎng)方向未變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向也不變。電樞電流為

電流為負(fù)值，表明其方向與正轉(zhuǎn)時(shí)相反。由于電流方向改變，磁通方向未變，因此電磁轉(zhuǎn)矩方向改變。電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反(用圖2.20中實(shí)線箭頭表示)，產(chǎn)生制動(dòng)作用使轉(zhuǎn)速迅速下降。這種因電樞兩端電壓極性的改變而產(chǎn)生的制動(dòng)，稱為電樞反接制動(dòng)。圖2.20電樞反接制動(dòng)的接線圖

電樞反接制動(dòng)的最初瞬時(shí)，作用在電樞回路的電壓(

U+Ea)≈2U，因此必須在電樞電壓反接的同時(shí)在電樞回路中串入制動(dòng)電阻Rz，以限制過大的制動(dòng)電流(制動(dòng)電流允許的最大值≤2.5IN)。

電樞反接的機(jī)械特性方程為

可見，電樞反接的機(jī)械特性曲線通過-n0點(diǎn)，與電樞串入電阻Rz時(shí)的人為機(jī)械特性平行，如圖2.21所示。制動(dòng)前電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在固有特性曲線1上的A點(diǎn)，當(dāng)電樞反接并串入制動(dòng)電阻的瞬間，電動(dòng)機(jī)過渡到電樞反接的人為特性曲線2上的B點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩，開始

反接制動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)沿曲線2減速。當(dāng)轉(zhuǎn)速減至零時(shí)(D點(diǎn))，如不立即切斷電源，電動(dòng)機(jī)很可能會(huì)反向起動(dòng)。如果是反抗性負(fù)載，加速到曲線2上的C點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。如果是位能負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)矩又大于拖動(dòng)系統(tǒng)的摩擦阻轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)最后將運(yùn)行于曲線2上的E點(diǎn)。為了防止電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，在制動(dòng)到快停車時(shí)，應(yīng)切除電源，并使用機(jī)械制動(dòng)將電動(dòng)機(jī)止住。圖2.21電樞反接制動(dòng)的機(jī)械特性

2)倒拉反接制動(dòng)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)被外力拖動(dòng)向著與它接線應(yīng)有的旋轉(zhuǎn)方向的反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，稱為倒拉反接運(yùn)轉(zhuǎn)。以電動(dòng)機(jī)提升重物為例，電樞電流Ia、電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n的方向如圖2.22(a)中的箭頭所示。它的接線使電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于固有機(jī)械特性曲線的A點(diǎn)，如圖2.23所示。若在電樞回路串入大電阻Rz，使電樞電流大大減小，電動(dòng)機(jī)將過渡到對(duì)應(yīng)的串電阻的人為機(jī)械特性曲線上的B點(diǎn)。此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速沿人為機(jī)械特性下降。

隨著轉(zhuǎn)速的下降，反電動(dòng)勢(shì)減小，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩又回升。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至零，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)便在負(fù)載位能轉(zhuǎn)矩作用下開始反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)變?yōu)橄路胖匚?，最終穩(wěn)定在C點(diǎn)。如圖2.22(b)所示，反轉(zhuǎn)后感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向也隨之改變，變?yōu)榕c電源電壓方向相同。由于電樞電流方向未變，磁通方向也未變，所以電磁轉(zhuǎn)矩方向也未變，但因旋轉(zhuǎn)方向改變，所以電磁轉(zhuǎn)矩變成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這種制動(dòng)稱為倒拉反接制動(dòng)。

圖2.22倒拉反接制動(dòng)原理圖圖2.23倒拉反接制動(dòng)機(jī)械特性

3)反接制動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)

并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)起動(dòng)和電樞反接制動(dòng)控制原理圖如圖2.24所示。圖2.24并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)起動(dòng)和電樞反接制動(dòng)控制原理圖

起動(dòng)準(zhǔn)備：合上斷路器QF，勵(lì)磁繞組得電，產(chǎn)生勵(lì)磁磁通，使欠電流繼電器KI得電吸合，同時(shí)時(shí)間繼電器KT1和KT2得電吸合，它們的延時(shí)閉合常閉觸點(diǎn)瞬時(shí)分?jǐn)?，保證接觸器KM4和KM5處于失電狀態(tài)，使電動(dòng)機(jī)串入電阻起動(dòng)。

正轉(zhuǎn)起動(dòng)：按下正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕SB2，接觸器KMF得電吸合，KMF主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)串電阻R1和R2起動(dòng)，KMF常閉觸點(diǎn)分開，KT1和KT2失電釋放，KT1和KT2延時(shí)閉合的常閉觸點(diǎn)先后延時(shí)閉合，使KM4和KM5先后得電吸合，它們的常開觸點(diǎn)先后閉合，切除電阻R1和R2，電動(dòng)機(jī)全速正轉(zhuǎn)運(yùn)行。

制動(dòng)準(zhǔn)備：隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，反電動(dòng)勢(shì)增加，當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)達(dá)到一定值時(shí)，電壓繼電器KV得電吸合，KV常開觸點(diǎn)閉合，使KM2得電吸合，KM2的常開觸點(diǎn)閉合，為反接制動(dòng)做好準(zhǔn)備。

反接制動(dòng)：按下停止按鈕SB1，接觸器KMF失電釋放，電動(dòng)機(jī)失電慣性運(yùn)轉(zhuǎn)，反電動(dòng)勢(shì)很高，因此KV仍吸合，接觸器KM1得電吸合，KM1常閉觸點(diǎn)分?jǐn)?，使制?dòng)電阻RB接入電樞回路，KM1常開觸點(diǎn)閉合，使接觸器KMR得電吸合，KMR常開主觸點(diǎn)閉合，電樞通入反向電流，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)進(jìn)行反接制動(dòng)而迅速停轉(zhuǎn)。待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近于零時(shí)，KV失電釋放，KM1失電釋放，接著KM2和KMR也先后失電釋放，反接制動(dòng)結(jié)束。

3.回饋制動(dòng)(再生發(fā)電制動(dòng))

當(dāng)電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，由于某種原因，如用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)車下坡，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速，此時(shí)n>n0，使得Ea>U，電樞電流為

可見，電樞中的電流方向與電動(dòng)狀態(tài)下電流方向相反，因磁通方向未變，則電磁轉(zhuǎn)矩T的方向隨著Ia的反向而反向，對(duì)電動(dòng)機(jī)起到制動(dòng)作用。在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電樞電流從電網(wǎng)的正端流向電動(dòng)機(jī)，而在制動(dòng)時(shí)，電樞電流從電樞流向電網(wǎng)，因而稱為回饋制動(dòng)。

回饋制動(dòng)的機(jī)械特性與電動(dòng)狀態(tài)完全相同。由于回饋制動(dòng)時(shí)n>n0，Ia和T均為負(fù)值，所以它的機(jī)械特性曲線是電動(dòng)狀態(tài)的機(jī)械特性曲線向第二象限的延伸，如圖2.25中的曲線1。電樞回路串電阻將使特性曲線的斜率增大，如圖2.25中的曲線3。回饋制動(dòng)不需要改接線路即可從電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化到制動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)電能可回饋給電網(wǎng)，使電能獲得應(yīng)用，較為經(jīng)濟(jì)。圖2.25回饋制動(dòng)的機(jī)械特性

思考與練習(xí)

一、對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)有哪些要求?有哪些常用的起動(dòng)方法?各種方法的主要特點(diǎn)是什么?

為什么一般直流電動(dòng)機(jī)不能采用直接起動(dòng)?

二、起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)時(shí)為什么一定要先加勵(lì)磁電壓、后加電樞電壓?如果未加勵(lì)磁電壓，而

將電源接通，將會(huì)發(fā)生什么后果?

三、為什么他勵(lì)式和并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)通常是通過改變電樞電壓的極性來改變轉(zhuǎn)向的?

四、直流電動(dòng)機(jī)各種制動(dòng)方法的優(yōu)缺點(diǎn)是什么?

五、一臺(tái)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的額定電樞電流IaN=26.6A，端電壓U=110V，如果起動(dòng)時(shí)不用起動(dòng)電阻，直接接至額定電壓上，則起動(dòng)電流為為390A。今欲使起動(dòng)電流為額定值的2倍，應(yīng)加入多大的起動(dòng)電阻?

任務(wù)三直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制

任務(wù)要求(1)了解調(diào)速概念及調(diào)速指標(biāo)。(2)熟悉直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。(3)掌握直流電動(dòng)機(jī)的常用調(diào)速控制電路。在實(shí)際生產(chǎn)中，萬(wàn)能、組合專用切削機(jī)床，以及礦山冶金、紡織、印染、化工、農(nóng)機(jī)等行業(yè)中的各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有逐級(jí)調(diào)速的要求，從而要求直流電動(dòng)機(jī)可隨負(fù)載的要求變換轉(zhuǎn)速，以達(dá)到功率的合理匹配。

2.3.1調(diào)速及其指標(biāo)

為了提高生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，大量的生產(chǎn)機(jī)械要求在不同的條件下采用不同的速度。負(fù)載不變時(shí)，人為地改變生產(chǎn)機(jī)械的工作速度稱為調(diào)速。調(diào)速可以采用機(jī)械、電氣或機(jī)電配合的方法來實(shí)現(xiàn)。本節(jié)只討論電氣調(diào)速。

電氣調(diào)速是指通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)來改變轉(zhuǎn)速。電氣調(diào)速可以簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能的好壞常用下列指標(biāo)來衡量。

(1)調(diào)速范圍(D)。調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)額定負(fù)載時(shí)，所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速與最小轉(zhuǎn)速之比。不同的生產(chǎn)機(jī)械要求的調(diào)速范圍是不同的，如車床為20~100、龍門刨床為10~40、軋鋼機(jī)為3~120。

(2)靜差率(δ)。靜差率(又稱相對(duì)穩(wěn)定性)是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之變化的程度，用理想空載增加到額定負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降落ΔnN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比來衡量。電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性越硬，相對(duì)穩(wěn)定性就越好。不同生產(chǎn)機(jī)械對(duì)相對(duì)穩(wěn)定性的要求不同，一般設(shè)備要求δ<30%~50%，而精度高的造紙機(jī)則要求δ≤0.1%。

(3)調(diào)速的平滑性。在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級(jí)數(shù)越多越平滑，相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比稱為平滑系數(shù)(?)。?值越接近1則平滑性越好。當(dāng)?=1時(shí)，稱為無(wú)級(jí)調(diào)速，即轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)。不同生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速的平滑性要求不同。

(4)調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性是指調(diào)速所需設(shè)備投資和調(diào)速過程中的能量損耗。

(5)調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的容許輸出。容許輸出是指在電動(dòng)機(jī)得到充分利用的情況下，在調(diào)速過程中所能輸出的最大功率和轉(zhuǎn)矩。

2.3.2調(diào)速方法

根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式

可知，當(dāng)電樞電流Ia不變時(shí)，只要電樞電壓U、電樞回路串入附加電阻R和勵(lì)磁磁通?三個(gè)量中任一個(gè)發(fā)生變化，都會(huì)引起轉(zhuǎn)速變化。因此，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有3種調(diào)速方法：電樞串電阻調(diào)速、降低電樞電壓調(diào)速和減弱磁通調(diào)速。

1.電樞串電阻調(diào)速

以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為例，保持電源電壓和勵(lì)磁磁通為額定值不變，在電樞回路串入不同的電阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速。電樞串電阻調(diào)速的機(jī)械特性如圖2.26所示。

電樞回路沒有串入電阻時(shí)，工作點(diǎn)為自然機(jī)械特性曲線與負(fù)載特性的交點(diǎn)A，轉(zhuǎn)速為nA。在電樞回路串入調(diào)速電阻R1的瞬間，因轉(zhuǎn)速和電動(dòng)勢(shì)不能突變，電樞電流相應(yīng)地減小，工作點(diǎn)由A過渡到A'。此時(shí)TA'>TL，工作點(diǎn)由A'沿串入電阻R1的新的機(jī)械特性下移，轉(zhuǎn)速也隨著下降，反電動(dòng)勢(shì)減小，Ia和T逐漸增加，直至B點(diǎn)，當(dāng)TB=TL時(shí)恢復(fù)轉(zhuǎn)矩平衡，系統(tǒng)以較低的轉(zhuǎn)速nB穩(wěn)定運(yùn)行。同理，若在電樞回路串入更大的電阻R2，則系統(tǒng)將進(jìn)一步降速并以更低的轉(zhuǎn)速nC穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2.26電樞回路串電阻調(diào)速的機(jī)械特性

電樞回路串電阻調(diào)速時(shí)，所串電阻越大，穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速越低，所以這種方法只能在低于額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)調(diào)速。電樞電路串電阻調(diào)速的設(shè)備簡(jiǎn)單，但串入電阻后機(jī)械特性變軟，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差，電阻上的功率損耗較大。這種調(diào)速方法適用于調(diào)速性能要求不高的中、小型電動(dòng)機(jī)。

2.降低電樞電壓調(diào)速

以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為例，保持勵(lì)磁磁通Φ為額定值不變，電樞回路不串電阻，降低電樞電壓U時(shí)，電動(dòng)機(jī)將運(yùn)行于較低的轉(zhuǎn)速。降壓調(diào)速的機(jī)械特性如圖2.27所示。電壓由UN開始逐級(jí)下降時(shí)，工作點(diǎn)的變化情況如圖中箭頭所示，由A→A'→B…。圖2.27降低電樞電壓調(diào)速的機(jī)械特性

降低電樞電壓調(diào)速需要有單獨(dú)的可調(diào)壓的直流電源，加在電樞上的電壓不能超過額定電壓UN，所以調(diào)速也只能在低于額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)進(jìn)行。降低電樞電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度不變，因此運(yùn)行在低速范圍的穩(wěn)定性較好。當(dāng)電壓連續(xù)可調(diào)時(shí)，可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性好。與電樞回路串電阻相比，電樞回路中沒有附加的電阻損耗，電動(dòng)機(jī)的效率高。這種調(diào)速方法適用于對(duì)調(diào)速性能要求較高的設(shè)備，如造紙機(jī)、軋鋼機(jī)等。

3.減弱磁通調(diào)速

減弱磁通調(diào)速的特點(diǎn)是理想空載轉(zhuǎn)速隨磁通的減弱而上升，機(jī)械特性斜率β則與勵(lì)磁磁通的平方成反比。隨著磁通Φ的減弱β增大，機(jī)械特性變軟。弱磁調(diào)速的機(jī)械特性如圖2.28所示。圖2.28減弱磁通調(diào)速的機(jī)械特性

以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為例，保持電樞電壓不變，電樞回路不串電阻，減小電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流使勵(lì)磁磁通Φ降低，可使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。如果忽略磁通變化的電磁過渡過程，則勵(lì)磁電流逐級(jí)減小時(shí)，工作點(diǎn)的變化過程如圖2.28中箭頭所示，由A→A'→B…。

采用減弱磁通的方式調(diào)速，在正常的工作范圍內(nèi)，勵(lì)磁磁通越弱，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，因此弱磁調(diào)速只能在高于額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)進(jìn)行。但是電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速受到換向能力、電樞機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性等因素的限制，所以轉(zhuǎn)速不能升得太高。弱磁調(diào)速是在勵(lì)磁回路進(jìn)行調(diào)節(jié)，所用設(shè)備容量小，因此損耗小，控制方便，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，平滑性好。這種調(diào)速方法的缺點(diǎn)是機(jī)械特性軟，當(dāng)磁通減弱相當(dāng)多時(shí)，運(yùn)行將不穩(wěn)定。

在實(shí)際的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，為了獲得更大的調(diào)速范圍，常常把降壓調(diào)速和弱磁調(diào)速配合起來使用。以額定轉(zhuǎn)速為基速，采用降壓向下調(diào)速和弱磁向上調(diào)速相結(jié)合的雙向調(diào)速方法，從而可在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速時(shí)損耗較小，運(yùn)行效率較高。

2.3.3直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)

圖2.29所示為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)電樞回路串二級(jí)電阻的起動(dòng)、調(diào)速控制電路。圖中QF1、QF2為空氣斷路器，控制主電路、控制電路的分?jǐn)啵浑娮鑂1、R2作為起動(dòng)、調(diào)速電阻，由接觸器KM2、KM3控制是否短接；KT1、KT2為時(shí)間繼電器；VD、R作為勵(lì)磁繞組放電回路；KI1為過電流繼電器，串接在電樞回路中，作為直流電動(dòng)機(jī)的短路和過載保護(hù)；ΚI2為欠電流繼電器，串接在勵(lì)磁繞組回路中，作為直流電動(dòng)機(jī)失磁和弱磁保護(hù)。圖2.29他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻起動(dòng)與調(diào)速控制電路

當(dāng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，SA的手柄處于“3”位，KM2、KM3、KM1的主觸點(diǎn)閉合，KM1常閉觸點(diǎn)斷開，KI2、KA常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)工作于主磁通恒定、電樞回路未串入電阻R1、R2的狀態(tài)。欲使電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行，將主令開關(guān)SA的手柄扳到“1”位或“2”位，電動(dòng)機(jī)就在電樞回路串有一段或兩段電阻的情況下運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速低于主令開關(guān)處在“3”位時(shí)的轉(zhuǎn)速，具體控制過程如下。

SA主令開關(guān)手柄由“3”位扳到“1”位時(shí)，KM2、KM3線圈失電，則KM2、KM3常開主觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)電樞回路串入電阻R1、R2，電動(dòng)機(jī)減速運(yùn)行。

SA主令開關(guān)手柄由“3”位扳到“2”位時(shí)，KM1、KM2電路有電流通過。KM1、KM2主觸點(diǎn)不動(dòng)作，而KM3失電，KM3常開主觸點(diǎn)斷開。電動(dòng)機(jī)電樞回路串入電阻R2，低速運(yùn)行。

GM調(diào)速系統(tǒng)的電路圖如圖2.30所示，它是直流發(fā)電機(jī)—直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。其中M1是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，用于拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械；G1是他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)M1提供電樞電壓；G2是并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)M1和他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)G1提供勵(lì)磁電壓，同時(shí)為控制電路提供直流電源；M2是三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，用于拖動(dòng)同軸連接的他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)G1和并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)G2；A1、A2和A分別是G1、G2和M1的勵(lì)磁繞組；RP1、RP2和RP是調(diào)節(jié)變阻器，分別用于調(diào)節(jié)G1、G2和M1的勵(lì)磁電流；KA是過電流繼電器，用于電動(dòng)機(jī)M1的過載和短路保護(hù)；SB1、KM1組成正轉(zhuǎn)控制電路；SB2、KM2組成反轉(zhuǎn)控制電路。圖2.30GM調(diào)速系統(tǒng)的電路圖

G－M調(diào)速系統(tǒng)的控制原理分析如下。

1)勵(lì)磁

起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)M2→拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G1和G2同速旋轉(zhuǎn)→發(fā)電機(jī)G2切割剩磁磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→輸出直流電壓U2，除提供本身勵(lì)磁電壓外還供給GM機(jī)組勵(lì)磁電壓和控制電路電壓。

2)起動(dòng)

按下起動(dòng)按鈕SB1→接觸器KM1線圈得電→KM1常開觸點(diǎn)閉合→發(fā)電機(jī)G1的勵(lì)磁繞組A1接入電壓U2開始勵(lì)磁→電動(dòng)機(jī)M1起動(dòng)。

因發(fā)電機(jī)G1的勵(lì)磁繞組A1的電感較大，所以勵(lì)磁電流逐漸增大，使G1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和輸出電壓從零逐漸增大，這樣就避免了直流電動(dòng)機(jī)M1在起動(dòng)時(shí)有較大的電流沖擊。因此，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，不需要在電樞電路中串聯(lián)起動(dòng)電阻就可以很平滑地進(jìn)行起動(dòng)。

3)調(diào)速

起動(dòng)前，應(yīng)將變阻器RP阻值調(diào)到零，RP1調(diào)到最大，目的是使直流電壓U逐步上升，直流電動(dòng)機(jī)M1則從最低速逐漸上升到額定轉(zhuǎn)速。

當(dāng)M1運(yùn)轉(zhuǎn)后需調(diào)速時(shí)，將RP1阻值調(diào)小，使G1的勵(lì)磁電流增大，則電動(dòng)機(jī)M1轉(zhuǎn)速升高。

此處需要注意的有以下幾點(diǎn)。

(1)調(diào)節(jié)RP1的阻值能升降直流發(fā)電機(jī)G1的輸出電壓U，即可達(dá)到調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)M1轉(zhuǎn)速的目的。不過加在直流電動(dòng)機(jī)M1電樞上的電壓U不能超過其額定電壓值，所以一般情況下，調(diào)節(jié)電阻RP1只能使電動(dòng)機(jī)在低于額定轉(zhuǎn)速的情況下進(jìn)行平滑調(diào)速。

(2)當(dāng)需要電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上進(jìn)行調(diào)速時(shí)，則應(yīng)先調(diào)節(jié)RP1，使電動(dòng)機(jī)電樞電壓U保持在額定值不變，然后將電阻RP的阻值調(diào)大，使直流電動(dòng)機(jī)M1的勵(lì)磁電流減小，其主磁通也相應(yīng)減小，則電動(dòng)機(jī)M1的轉(zhuǎn)速升高。

G－M系統(tǒng)的調(diào)速平滑性好，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，具有較好的起動(dòng)、調(diào)速、控制性能，因此被廣泛用于龍門刨床、重型鏜床、軋鋼機(jī)、礦井提升設(shè)備等生產(chǎn)機(jī)械。

由于G－M系統(tǒng)存在設(shè)備費(fèi)用高、機(jī)組多、占地面積大、效率較低、過渡過程的時(shí)間較長(zhǎng)等不足，所以，目前正廣泛地使用晶閘管整流裝置作為直流電動(dòng)機(jī)的可調(diào)電源，組成晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。

圖2.31所示為帶有速度負(fù)反饋的晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電路圖，該電路中用晶閘管整流裝置代替G

M調(diào)速系統(tǒng)的直流發(fā)電機(jī)。由于這種系統(tǒng)具有效率高、功率增益大、快速性和控制性好、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，因此，正逐漸取代其他的直流調(diào)速系統(tǒng)。圖2.31晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電路圖

晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速工作原理分析如下。

輸入電壓Ug由電位器RP調(diào)節(jié)，TG為測(cè)速發(fā)電機(jī)，作為轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件。工作中，測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞電壓與轉(zhuǎn)速成正比，電樞電壓的一部分Uf反饋到系統(tǒng)的輸入端，與Ug比較后，產(chǎn)生電壓ΔU=Ug-Uf送入放大器，經(jīng)放大器放大后，送入觸發(fā)器產(chǎn)生移相脈沖，觸發(fā)晶閘管，從而改變晶

閘管整流電路的輸出，使電動(dòng)機(jī)M的電樞電壓改變，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到某一值時(shí)，使ΔU=0，觸發(fā)脈沖不再移相，晶閘管整流電路輸出就穩(wěn)定在某一值上，使電動(dòng)機(jī)在這一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。由于反饋信號(hào)Uf與被控對(duì)象的轉(zhuǎn)速n成正比，故也稱為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。

思考與練習(xí)

一、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有哪些?

二、各種直流調(diào)速方法的主要特點(diǎn)是什么?

任務(wù)四直流電動(dòng)機(jī)的PLC控制

任務(wù)要求(1)熟悉西門子S7200PLC的基本指令及應(yīng)用。(2)熟悉西門子S7200PLC的步進(jìn)指令及應(yīng)用。(3)了解西門子S7200PLC的功能指令及使用。(4)掌握直流電動(dòng)機(jī)常用電路的PLC控制方法。

2.4.1S7200PLC的基本指令及應(yīng)用

1.基本指令概覽

西門子S7200PLC的基本指令有基本邏輯指令(邏輯取及線圈驅(qū)動(dòng)指令、觸點(diǎn)串聯(lián)指令、觸點(diǎn)并聯(lián)指令、串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接指令、并聯(lián)電路塊的串聯(lián)連接指令、分支電路指令、置位和復(fù)位指令、立即指令、邊沿脈沖指令、觸發(fā)器指令、取反指令等)、比較指令(字節(jié)比較、整數(shù)比較、雙字整數(shù)比較、實(shí)數(shù)比較和字符串比較五類)、定時(shí)器指令(接通延時(shí)定時(shí)器、記憶接通延時(shí)定時(shí)器、斷開延時(shí)定時(shí)器三類)、計(jì)數(shù)器指令(增計(jì)數(shù)器、增減計(jì)數(shù)器和減計(jì)數(shù)器三類)及程序控制指令(暫停及結(jié)束指令、監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位指令、跳轉(zhuǎn)及標(biāo)號(hào)指令、循環(huán)指令、子程序調(diào)用指令)等。

表2.1中，指令是用于指令表時(shí)助記符表示，功能是助記符的中文稱呼(也是功能的簡(jiǎn)要說明)，功能主要用來說明指令的主要作用，梯形圖符號(hào)圖例則是指令在梯形圖程序中的表示方法。

2.基本指令使用實(shí)例

(1)邏輯取、線圈驅(qū)動(dòng)及定時(shí)器指令的使用實(shí)例如圖2.32所示。圖2.32邏輯取、線圈驅(qū)動(dòng)及定時(shí)器指令的使用

(2)觸點(diǎn)串、并聯(lián)指令使用實(shí)例如圖2.33所示。圖2.33觸點(diǎn)串、并聯(lián)指令的使用

(3)電路塊連接指令的使用實(shí)例如圖2.34所示。圖2.34電路塊串、并聯(lián)指令的使用

(4)分支電路指令的使用實(shí)例如圖2.35所示。圖2.35多層分支指令的應(yīng)用

(5)邊沿脈沖指令及置、復(fù)位指令的使用實(shí)例如圖2.36所示。圖2.36邊沿脈沖指令及置、復(fù)位指令用法示例

(6)計(jì)數(shù)器指令使用實(shí)例如圖2.37所示。圖2.37計(jì)數(shù)器指令的使用

3.基本指令應(yīng)用舉例

1)梯形圖的特點(diǎn)

梯形圖的特點(diǎn)如下：

(1)PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，它們不是真實(shí)的物理繼電器(即硬件繼電器)，而是在梯形圖中使用的編程元件(即軟元件)。每一軟元件與PLC存儲(chǔ)器中元件映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。以輔助繼電器為例，如果該存儲(chǔ)單元為0狀態(tài)，則梯形圖中對(duì)應(yīng)的軟元件的線圈“斷電”，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，稱該軟元件為0狀態(tài)，或稱該軟元件為OFF(斷開)。

如果該存儲(chǔ)單元為1狀態(tài)，則對(duì)應(yīng)軟元件的線圈“有電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱該軟元件為1狀態(tài)，或稱該軟元件為ON(接通)。

(2)根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出圖中各線圈對(duì)應(yīng)的軟元件的ON/OFF狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算是按梯形圖中從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的，運(yùn)算的結(jié)果可以馬上被后面的邏輯運(yùn)算所利用。邏輯運(yùn)算是根據(jù)元件映像寄存器中的狀態(tài)，而不是根據(jù)運(yùn)算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來進(jìn)行的。

(3)梯形圖中各軟元件的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可以無(wú)限多次地使用。

(4)輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于對(duì)應(yīng)的外部輸入電路的通斷狀態(tài)，因此在梯形圖中不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。

(5)輔助繼電器相當(dāng)于繼電控制系統(tǒng)中的中間繼電器，用來保存運(yùn)算的中間結(jié)果，不對(duì)外驅(qū)動(dòng)負(fù)載，負(fù)載只能由輸出繼電器來驅(qū)動(dòng)。

2)梯形圖的基本規(guī)則

梯形圖作為PLC程序設(shè)計(jì)的一種最常用的編程語(yǔ)言，被廣泛應(yīng)用于工程現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為更好地使用梯形圖語(yǔ)言，下面介紹梯形圖的一些基本規(guī)則。

(1)線圈右邊無(wú)觸點(diǎn)。梯形圖中每一邏輯行從左到右排列，以觸點(diǎn)與左母線連接開始，以線圈、指令盒結(jié)束。觸點(diǎn)不能出現(xiàn)在線圈的右邊，線圈也不能直接與左母線連接，必須通過觸點(diǎn)連接，如圖2.38所示。圖2.38線圈右邊無(wú)觸點(diǎn)的梯形圖

(2)觸點(diǎn)可串、可并，無(wú)限制。觸點(diǎn)可以用于串行電路，也可用于并行電路，且使用次數(shù)不受限制，所有輸出繼電器也都可以作為輔助繼電器使用。

(3)線圈不能重復(fù)使用。在同一個(gè)梯形圖中，如果同一元件的線圈使用兩次或多次，這時(shí)前面的輸出線圈對(duì)外輸出無(wú)效，只有最后一次的輸出線圈有效，所以程序中一般不出現(xiàn)雙線圈輸出，如圖2.39(a)所示的梯形圖必須改為如圖2.39(b)所示的梯形圖。圖2.39

(4)觸點(diǎn)水平不垂直。觸點(diǎn)應(yīng)畫在水平線上，不能畫在垂直線上。圖2.40(a)中的觸點(diǎn)被畫在垂直線上，所以很難正確識(shí)別它與其他觸點(diǎn)的邏輯關(guān)系，因此，應(yīng)根據(jù)其邏輯關(guān)系改為如圖2.40(b)或圖2.40(c)所示的梯形圖。圖2.40觸點(diǎn)水平不垂直的梯形圖

(5)觸點(diǎn)多上并左。如果有串聯(lián)電路塊并聯(lián)，應(yīng)將串聯(lián)觸點(diǎn)多的電路塊放在最上面；如果有并聯(lián)電路塊串聯(lián)，應(yīng)將并聯(lián)觸點(diǎn)多的電路塊移近左母線，這樣可以使編制的程序簡(jiǎn)潔，指令語(yǔ)句少，如圖2.41所示。圖2.41觸點(diǎn)多上并左的梯形圖

(6)順序不同結(jié)果不同。PLC的運(yùn)行是按照從左到右、從上到下的順序執(zhí)行的，即串行工作；而繼電器控制電路是并行工作的，電源一接通，并聯(lián)支路都有相同電壓。因此，在PLC的編程中應(yīng)注意：程序的順序不同，其執(zhí)行結(jié)果不同，如圖2.42所示。圖2.42程序的順序不同結(jié)果不同的梯形圖

3)三相電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行控制

(1)任務(wù)分析。

第一，電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)控制。點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)控制線路是用按鈕、接觸器來控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最簡(jiǎn)單的正轉(zhuǎn)控制線路。按下按鈕，電動(dòng)機(jī)就得電起動(dòng)；松開按鈕，電動(dòng)機(jī)就失電停止。

第二，電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行控制。電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行的起動(dòng)/停止控制是最基本、最常用的控制。按下起動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)就得電起動(dòng)運(yùn)行；起動(dòng)按鈕松開后，電動(dòng)機(jī)仍保持運(yùn)行狀態(tài)；按下停止按鈕，電動(dòng)機(jī)就失電停止。

第三，為了解電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，可以分別用綠色指示燈HL1和紅色指示燈HL2表示電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和停止?fàn)顟B(tài)。

(2)任務(wù)實(shí)施。

采用PLC進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的控制，主電路與傳統(tǒng)繼電接觸器控制的主電路一樣，不同的是其控制電路。由于PLC的加入，用戶只需將輸入元件(如起動(dòng)按鈕SB1、停止按鈕SB2、點(diǎn)動(dòng)按鈕SB3、熱繼電器觸點(diǎn)FR)接到PLC的輸入端口，輸出元件(如接觸器線圈KM、運(yùn)行指示燈HL1和

HL2)接到PLC的輸出端口，再接上電源，輸入用戶程序就可以了。具體應(yīng)該如何接線以及程序如何編寫、如何輸入與調(diào)試程序，下面將詳細(xì)介紹。

第一，I/O分配。

在進(jìn)行接線與編程前，首先要確定輸入/輸出元件與PLCI/O口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即要進(jìn)行I/O分配工作。只有I/O分配工作結(jié)束后，才能繪制PLC接線圖，也才能具體進(jìn)行程序的編寫工作。因此I/O分配是選擇確定了輸入/輸出元件后首先要做的工作。

如何進(jìn)行I/O分配呢?這是一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)工作。具體來說，就是將每一個(gè)輸入元件對(duì)應(yīng)一個(gè)PLC的輸入點(diǎn)，將每一個(gè)輸出元件對(duì)應(yīng)一個(gè)PLC的輸出點(diǎn)。

為了繪制PLC接線圖及進(jìn)行PLC編程，I/O分配后應(yīng)形成一張I/O分配表，明確表示出輸入/輸出元件有哪些，它們各起什么作用，對(duì)應(yīng)的是PLC的哪些點(diǎn)。這就是PLC的I/O分配。下面進(jìn)行三相異步電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行PLC控制的I/O分配。

根據(jù)前面控制要求可知，點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行控制的輸入元件應(yīng)有4個(gè)，輸出元件應(yīng)有3個(gè)，應(yīng)選擇與此輸入、輸出點(diǎn)數(shù)相適應(yīng)的PLC。西門子S7200系列PLC中的PU221AC/DC/繼電器有6個(gè)輸入和4個(gè)輸出點(diǎn)，能滿足此要求。點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行控制的I/O分配如表2.2所示。

第二，硬件接線。

輸入元件接入PLC的方法十分簡(jiǎn)單，即將兩端輸入元件的每一個(gè)輸入點(diǎn)接到指定的PLC輸入端口上，另一點(diǎn)接到一起后再接到DC24V電源正端，DC24V電源的負(fù)端接到PLC輸入公共端1M上。輸出元件的接線也類似，主要應(yīng)根據(jù)輸出元件的工作特性(工作電壓的類型及數(shù)值)做好分組工作，同時(shí)還應(yīng)將交流220V電源接入電路。點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行控制的接線圖如圖2.43所示。圖2.43點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行控制的輸入/輸出接線圖

第三，編程。

PLC程序主要解決的是如何根據(jù)輸入元件的信息(通與斷信號(hào))按照控制要求形成驅(qū)動(dòng)輸出元件的信號(hào)，使輸出滿足控制要求。PLC的程序形式有多種，最常用的是梯形圖，其次是指令形式，兩者之間是可以互相轉(zhuǎn)換的。程序的形式可以不同，但描述的內(nèi)容是相同的，程序的實(shí)質(zhì)是描述控制的邏輯關(guān)系。對(duì)于初學(xué)者來說，最關(guān)鍵的是PLC程序如何編寫。

編寫PLC程序，最基本的方法是經(jīng)驗(yàn)法。經(jīng)驗(yàn)法要求編程者具有控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，而作為初學(xué)者，只有繼電接觸器控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因此，對(duì)于繼電接觸器控制系統(tǒng)中常用基本控制電路的理解及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是十分寶貴的，它將給初學(xué)者帶來許多有關(guān)電動(dòng)機(jī)控制程序設(shè)計(jì)的靈感，特別是繼電接觸器控制中的起保?？刂齐娐贰⒄崔D(zhuǎn)控制電路，這些將是初學(xué)者編程的基本依據(jù)。下面將根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)來初步構(gòu)思并理解編寫的程序。

點(diǎn)動(dòng)實(shí)際上是利用輸入的觸點(diǎn)來控制輸出的線圈，而連續(xù)運(yùn)行控制則是典型的起保停控制電路，這兩種基本控制電路控制的對(duì)象實(shí)際上是同一個(gè)線圈。如何使兩者控制不發(fā)生沖突呢?最好的辦法就是利用輔助繼電器。將點(diǎn)動(dòng)控制的對(duì)象改為一個(gè)輔助繼電器，再將連續(xù)控制的對(duì)象改為另一個(gè)輔助繼電器，最后再利用兩個(gè)輔助繼電器的觸點(diǎn)來控制輸出繼電器。這就是采用PLC實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行控制的基本思路，然后再加入指示燈的控制程序，就形成了較完整的PLC控制程序。梯形圖程序如圖2.44所示，指令表程序如表2.3所示。圖2.44點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行控制的梯形圖程序

表2.3點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行控制的指令程序

第四，調(diào)試。

調(diào)試步驟如下：

?在斷電狀態(tài)下連接好導(dǎo)線。

?將PLC運(yùn)行模式選擇開關(guān)撥到RUN位置。

?使用編程軟件進(jìn)行編程并下載。

?觀察PLC中Q0.2的LED是否亮，如果處于點(diǎn)亮狀態(tài)，表明電動(dòng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。

?按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB3，觀察電動(dòng)機(jī)是否起動(dòng)運(yùn)行；松開點(diǎn)動(dòng)按鈕SB3，觀察電動(dòng)機(jī)是否能夠停車。如果正常，則說明點(diǎn)動(dòng)控制程序正確。觀察指示燈在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)Q0.1應(yīng)點(diǎn)亮，若指示正常則程序正確。

?按下起動(dòng)按鈕SB1，如果系統(tǒng)能夠起動(dòng)運(yùn)行并保持該狀態(tài)，當(dāng)按下停止按鈕SB2后能停車，則程序調(diào)試結(jié)束。

如果出現(xiàn)故障，讀者應(yīng)獨(dú)立檢測(cè)，直至排除故障，使系統(tǒng)能夠正常工作。

4)三相異步電動(dòng)機(jī)計(jì)數(shù)循環(huán)正反轉(zhuǎn)PLC控制

(1)任務(wù)分析。

設(shè)計(jì)一個(gè)用PLC的基本邏輯指令控制電動(dòng)機(jī)循環(huán)計(jì)數(shù)正反轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)，其控制要求如下。

?按下起動(dòng)按鈕SB1，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)30s、停5s、反轉(zhuǎn)30s、停5s，如此循環(huán)3個(gè)周期，然后自動(dòng)停止。

?運(yùn)行中，可按下停止按鈕SB2使系統(tǒng)停止，熱繼電器FR動(dòng)作也可使系統(tǒng)停止。

本任務(wù)要求讀者首先掌握PLC定時(shí)器和計(jì)數(shù)器這類軟元件，其次要求掌握延時(shí)電路和計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)方法，最后還能夠根據(jù)實(shí)際需要完成一個(gè)比較復(fù)雜的PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。

(2)任務(wù)實(shí)施。

第一，I/O分配。

根據(jù)以上電動(dòng)機(jī)計(jì)數(shù)循環(huán)正反轉(zhuǎn)的控制要求可知：PLC的輸入信號(hào)有停止按鈕SB1(I0.0)、起動(dòng)按鈕SB2(I0.1)、熱繼電器常開觸點(diǎn)FR(I0.2)；PLC的輸出信號(hào)有正轉(zhuǎn)接觸器KM1(Q0.1)、反轉(zhuǎn)接觸器KM2(Q0.2)；定時(shí)用到定時(shí)器T37(正轉(zhuǎn)30s)、T38(停5s)、T39(反轉(zhuǎn)30s)、T40

(停5s)。其I/O分配如圖2.46(a)所示。

第二，硬件接線。

正反轉(zhuǎn)控制主電路圖如圖2.45所示，PLC接線圖如圖2.46(a)所示。

圖2.45電動(dòng)機(jī)的計(jì)數(shù)循環(huán)正反轉(zhuǎn)控制主電路圖

第三，編程。

本程序可采用經(jīng)驗(yàn)法來編程。根據(jù)以上控制要求分析如下：該P(yáng)LC控制是一個(gè)順序控制，控制的時(shí)間可用累積定時(shí)的方法來設(shè)置，循環(huán)控制可用振蕩電路來實(shí)現(xiàn)，至于循環(huán)的次數(shù)，可用計(jì)數(shù)器來完成。另外，正轉(zhuǎn)接觸器KM1得電的條件為按下起動(dòng)按鈕SB2或T40時(shí)間到，正轉(zhuǎn)接觸器KM1失電的條件為T37時(shí)間到；反轉(zhuǎn)接觸器KM2得電的條件為T38時(shí)間到，反轉(zhuǎn)接觸器KM2失電的條件為T39時(shí)間到；按下停止按鈕SB1或熱繼電器觸點(diǎn)FR動(dòng)作或計(jì)數(shù)器C0次數(shù)到則整個(gè)系統(tǒng)停止工作。因此，整個(gè)設(shè)計(jì)可在起保停電路的基礎(chǔ)上，再增加一個(gè)振蕩電路和一個(gè)計(jì)數(shù)及復(fù)位電路來完成，其梯形圖如圖2.46(b)所示。

圖2.46電動(dòng)機(jī)的計(jì)數(shù)循環(huán)正反轉(zhuǎn)控制的I/O接線圖及梯形圖

用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，沒有一套固定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和隨意性。修改某一局部電路時(shí)，可能對(duì)系統(tǒng)的其他部分產(chǎn)生意想不到的影響，另外，用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)出的梯形圖往往很難閱讀，給系統(tǒng)的維修和改進(jìn)帶來了很大的困難。因此，對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別是復(fù)雜的順序控制系統(tǒng)，一般采用步進(jìn)順控的編程方法，將在2.4.2節(jié)介紹。

第四，調(diào)試。

①輸入程序。按照前面介紹的程序輸入方法，用計(jì)算機(jī)輸入程序。

②靜態(tài)調(diào)試。按圖2.46(a)所示的PLC的I/O接線圖正確連接好輸入元件，進(jìn)行PLC的模擬靜態(tài)調(diào)試(按下起動(dòng)按鈕SB2時(shí)，Q0.1亮，30s后，Q0.1滅，5s后，Q0.2亮，再過30s，Q0.2滅，等待5s后，重新開始循環(huán)，完成3次循環(huán)后，自動(dòng)停止；運(yùn)行過程中，隨時(shí)按下停止按鈕SB1時(shí)，整個(gè)過程停止；任何時(shí)間使FR動(dòng)作，整個(gè)過程也立即停止)，并通過計(jì)算機(jī)監(jiān)視，觀察其是否與要求一致，否則檢查并修改程序，直至輸出指示正確。

③動(dòng)態(tài)調(diào)試。按圖2.46(a)所示的PLC的I/O接線圖正確連接好輸出元件，進(jìn)行系統(tǒng)的空載調(diào)試，觀察交流接觸器能否按控制要求動(dòng)作(按下起動(dòng)按鈕SB2時(shí)，KM1閉合，30s后，KM1斷開，5s后，KM2閉合，再過30s，KM2斷開，等待5s后，重新開始循環(huán)，完成3次循環(huán)后，自動(dòng)停止；運(yùn)行過程中，隨時(shí)按下停止按鈕SB1時(shí)，整個(gè)過程停止；任何時(shí)間使FR動(dòng)作，整個(gè)過程也立即停止)，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視，觀察其是否與設(shè)計(jì)動(dòng)作一致，否則，檢查電路接線或修改程序，直至交流接觸器能按控制要求動(dòng)作。然后按圖2.45所示的主電路接好電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行帶載動(dòng)

態(tài)調(diào)試。

④其他測(cè)試。動(dòng)態(tài)調(diào)試正確后，測(cè)試指令的讀出、刪除、插入、修改、監(jiān)視、定時(shí)器以及計(jì)數(shù)器設(shè)定值的修改等操作。

2.4.2S7200PLC的順控指令及應(yīng)用

用梯形圖或指令表方式編程固然為廣大電氣技術(shù)人員所接受，但對(duì)于一些復(fù)雜的控制程序，尤其是順序控制程序，由于其內(nèi)部的聯(lián)鎖、互動(dòng)關(guān)系極其復(fù)雜，在程序的編制、修改和可讀性等方面都存在許多缺陷。因此許多的PLC在梯形圖語(yǔ)言之外增加了符合IEC11313標(biāo)準(zhǔn)的順序功能圖語(yǔ)言。順序功能圖(SequentialFunctionChart，SFC)是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形語(yǔ)言，專門用于編制復(fù)雜的順序控制程序。

所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝的流程順序，在各個(gè)輸入信號(hào)及內(nèi)部軟元件的作用下，使各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有序地運(yùn)行。使用順序功能圖設(shè)計(jì)程序時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程畫出順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖或?qū)懗鲋噶畋怼?/p>

1.順控指令概述

1)流程圖

首先，還是來分析一下電動(dòng)機(jī)循環(huán)計(jì)數(shù)正反轉(zhuǎn)控制實(shí)例。其控制要求為：電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)30s，暫停5s，反轉(zhuǎn)30s，暫停5s，如此循環(huán)3個(gè)周期，然后自動(dòng)停止；運(yùn)行中，可按停止按鈕停止，熱繼電器動(dòng)作電動(dòng)機(jī)也應(yīng)停止。從上述的控制要求中可以知道，電動(dòng)機(jī)循環(huán)計(jì)數(shù)正反轉(zhuǎn)控制實(shí)際上是一個(gè)順序控制，整個(gè)控制過程可分為如下6個(gè)工序(也叫階段)：復(fù)位、正轉(zhuǎn)、暫停、反轉(zhuǎn)、暫停、計(jì)數(shù)，每個(gè)階段又分別完成如下的工作(也叫動(dòng)作)：初始復(fù)位、停止復(fù)位、熱保護(hù)復(fù)位、

正轉(zhuǎn)、延時(shí)、暫停、延時(shí)、反轉(zhuǎn)、延時(shí)、暫停、延時(shí)、計(jì)數(shù)(各個(gè)階段之間只要條件成立就可以過渡(也叫轉(zhuǎn)移)到下一階段)。因此，可以很容易地畫出電動(dòng)機(jī)循環(huán)計(jì)數(shù)正反轉(zhuǎn)控制的工作流程圖，如圖2.47所示。

圖2.47電動(dòng)機(jī)循環(huán)計(jì)數(shù)正反轉(zhuǎn)控制工作流程圖

流程圖是大家所熟悉的，那么，如何讓PLC來識(shí)別大家所熟悉的流程圖呢?下面介紹如何將流程圖轉(zhuǎn)化為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

2)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

(1)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖簡(jiǎn)介。

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖又稱狀態(tài)流程圖，它是一種用狀態(tài)繼電器來表示的順序功能圖，是S7200系列PLC專門用于編制順序控制程序的一種編程方式。那么，如何將流程圖轉(zhuǎn)化為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖呢?其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要進(jìn)行如下的變換：一是將流程圖中的每一個(gè)工序(或階段)用PLC的一個(gè)狀態(tài)繼電器來替代；二是將流程圖中每個(gè)階段要完成的工作(或動(dòng)作)用PLC的線圈指令或功能指令來替代；三是將流程圖中各個(gè)階段之間的轉(zhuǎn)移條件用PLC的觸點(diǎn)或電路塊來替代；四是流程圖中的箭頭方向就是PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的轉(zhuǎn)移方向。

(2)設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的方法和步驟。

下面仍以電動(dòng)機(jī)循環(huán)計(jì)數(shù)正反轉(zhuǎn)控制為例(PLC的I/O分配如圖2.46所示)，來說明設(shè)計(jì)PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的方法和步驟。

第一，將整個(gè)控制過程按任務(wù)要求分解，其中的每一個(gè)工序都對(duì)應(yīng)一個(gè)狀態(tài)(即步)，并分配狀態(tài)繼電器。

電動(dòng)機(jī)循環(huán)計(jì)數(shù)正反轉(zhuǎn)控制的狀態(tài)繼電器的分配如下：

復(fù)位→S0.0，正轉(zhuǎn)→S0.1，暫?！鶶0.2，反轉(zhuǎn)→S0.3，暫停→S0.4，計(jì)數(shù)→S0.5。