電力拖動基礎知識
一、電力拖動和電力拖動系統
- 電力拖動 —— 用電能來驅動和控制生產機械
拖動 —— 驅動、控制
電力拖動設施由三個部分組成：
1）電動機
2）電動機的控制設備和保護設備
3）電動機與生產機械的傳動裝置
在電力拖動的運動環節中生產機械對電動機運轉的要求：
1）啓動.
2）改變運動的速度（調速）
3）改變運動的方向（正反轉）
4）制動
電能是現代工業生產的主要能源和動力，
電動機是將電能轉換爲機械能來拖動生產機械的驅動元件。
電動機與其他原動力（如內燃機、蒸汽機等）相比，電動機的控制方法更爲簡便並可實現遙控和自動控制。 - 電力拖動系統 —— 用電動機拖動生產機械運動的系統
電力拖動系統主要由：電動機
傳動機構
控制設備 這三個基本環節組成。
電動機與傳動機構以及控制設備三者之間的關係如下圖所示：
![電動機與傳動機構以及控制]()
由於開環的電力拖動系統無反饋裝置，只有閉環系統中使用反饋裝置，上圖中反饋裝置及反饋控制方向用虛線表示。圖中點劃線框內爲電力拖動系統。
二、電力拖動系統的控制方式 - 繼電——接觸器式有觸點斷續控制
電力拖動的控制方式是由手動控制逐步向自動控制方向發展的。
最初的自動控制是用數量不多的繼電器、接觸器及簡單的保護元件組成的繼電——接觸器系統，由於繼電器、接觸器均爲有觸點的控制電器，所以又稱爲有觸點控制系統。這種控制具有使用的單一性，即一臺（套）控制裝置只適用於某一固定控制程序的設備，如果控制程序要發生變化，必須重新接線。
而且這種控制的輸入、輸出信號只有通和斷兩種狀態，所以這種控制是斷續的，又稱爲斷續控制。 - 連續控制
爲了使控制系統具有良好的靜態特性和動態特性，常採用反饋控制系統。
反饋控制系統由連續控制元件作爲反饋裝置，它不僅能反映信號的通、斷狀態，還能反映信號的大小和強弱的變化。
這種由連續控制元件組成的反饋控制系統成爲閉環控制系統，又稱爲連續控制系統。 - 可編程無觸點斷續控制
20世紀60年代出現了順序控制器，它能根據生產的需要靈活的改變程序，使控制系統具有較大的靈活性和通用性。
但是，順序控制器仍然採用的是硬件手段（有觸點），而且體積大，功能也受到了一定的限制。
1968年，美國通用汽車公司（GM）爲了適用生產工藝不斷更新的需要，希望用電子化的新型控制器代替繼電器控制裝置，並對新型控制器提出了“編程簡單方便、可現場修改程序、維護方便、採用插件式結構、可靠性要高於繼電器控制裝置”等10項具體要求。
1969年，美國數字設備公司（DEC）根據上述要求，研製出了世界上第一臺可編程控制器，併成功運用到美國通用汽車公司的生產線上。其後日本、德國等國家相繼研製出可編程控制器。
早期的可編程控制器是爲了取代繼電器控制系統，僅有邏輯運算、順序控制、計時、計數等功能, 因而稱爲可編程邏輯控制器（PLC）。
20世紀80年代，隨着大規模集成電路和微機技術的發展, 在PLC中採用微處理器, 使可編程邏輯控制器的功能大大加強, 遠遠超出了邏輯控制、順序控制的範圍, 具有計算機功能, 故稱爲可編程控制器（PC）。
爲了與個人計算機PC區別開來, 我們將可編程控制器仍稱爲PLC。
PLC的存儲器的發展過程：
ROM — 只讀存儲器，生產廠家將程序固化到ROM芯片內。
RAM — 隨機讀取存儲器, 用戶可隨時修改應用程序，但當芯片的供電電源斷電後, 其所存儲的信息就會丟失。
CMOS－RAM — 加入後備電池（鋰電池）以保證這種低功耗的芯片電源斷電後能完整保存程序而不丟失。
EPROM — 紫外線可擦除、電可改寫的只讀存儲器。
EEPROM — 電可擦除、電可改寫的只讀存儲器。
國際電工委員會（IEC）頒佈的可編程控制器的標準對PLC作了如下定義：
可編程控制器是一種數字運算的電子系統, 專爲工業環境應用而設計。它採用可編程的存儲器, 用來在內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作指令, 並通過數字式、模擬式的輸入和輸出來控制各類機械或生產過程。可編程控制器及其有關外圍設備都應易於與工業控制系統聯成一個整體，易於擴充其功能的原則設計。
PLC的特點：
- 可靠性高、抗干擾能力強。
- 通用性強、容易擴充功能。
- 指令簡單、編程易學、使用方便。
- 體積小、重量輕、能耗低。
- 系統的設計、施工和調試周期短，具有在線修改功能，且維護方便。
- 計算機自動控制
計算機自動控制就是在整個自動控制系統中的比較器和控制器這兩個很重要的環節運用計算機來代替，使之成爲一個完整的計算機自動控制系統。
計算機自動控制在整個自動控制系統中的位置與關係如下圖：
![自動控制系統]()
在計算機控制的系統中充分利用了計算機的運算、邏輯判斷和記憶功能。在系統中的給定值和反饋量都是二進制數字信號，因而從被控量取樣的信號要經過將摸擬量轉換爲數字量的A/D轉換器。
當計算機接收了給定值和反饋量後，運用計算機中微處理器的各種指令，就能將兩者的偏差進行運算（如PID運算），再經過將數字信號轉換成模擬信號 的D/A轉換器輸出到執行器，便完成了對被控量的控制作用。
如果要改變控制規律，只要改變計算機的程序就可以了，這就是計算機控制的最大優點。
從本質上分析，計算機控制過程可以歸納爲三個方面：
1）實時數據採集
對被控量的瞬時值進行檢測並即時輸入。
2）實時決策
對實時的給定值與被控量的數據進行已確定的控制規律的因素來決定控制過程。
3）實時控制
根據決策適時地對執行器發出控制信號。
所謂實時是指信號的輸入、計算和輸出都在一定的時間內（採樣間隙）完成。
採樣—決策—控制這三個過程不斷重複，使整個系統能按一定的動態（過渡過程）指標進行工作，而且可對被控量和設備本身所出現的異常狀態及時進行監督並迅速做作出處理。這就是計算機控制系統最基本的功能。
三、自動控制的基礎知識 - 自動控制系統的基本概念
自動控制系統的功能及其組成是多種多樣的，其結構也是有簡有繁，它可以是一個具體的工程系統，也可以是一個抽象的社會系統、生態系統、經濟系統，我們研究的是工業機電自動控制系統。
控制 — 通過控制裝置使生產設備或生產過程的某些物理量按特定的規律變化。
自動控制 — 在沒有人直接參與的情況下完成的控制稱爲自動控制，相反，在有人直接參與的情況下完成的控制稱爲人工控制。
自動控制系統 — 在沒有人直接參與的情況下，能使生產設備或生產過程的某些物理量按特定的規律變化的控制系統。 - 自動控制理論
自動控制理論是研究自動控制的共同規律的技術科學。自動控制理論的發展過程其初期是以反饋控制理論爲基礎的自動調節原理。
自動控制理論按其發展過程可分爲經典控制理論和現代控制理論。
經典控制理論是20世紀50年代以前的控制理論，它是以反饋理論爲基礎的自動調節原理。
經典控制理論是以傳遞函數爲基礎，主要研究單輸入—單輸出的反饋控制理論，採用的研究方法有時域分析法、根軌跡和頻率法。
現代控制理論是60年代隨着自動控制技術的發展出現的新的控制理論。
現代控制理論，以狀態空間法爲基礎，主要研究多變量、變參數、非線性、高精度、高性能等各種複雜的控制系統。
目前，現代控制理論正在大系統工程、人工智能控制等方向縱深發展。經典控制理論和現代控制理論，兩者相輔相成，各有其應用場所。
3.自動控制技術常用術語
1）被控對象
自動控制系統中需要進行控制的設備或生產過程，自動控制系統中需要進行控制的設備或生產過程，它接受控制量，輸出被控量，這個輸出的被控量通常是系統最終輸出的目標。
2）系統
系統是由一些部件（環節）組成，用以完成一定的任務。
3）環節
環節是系統的某一個組成部分，它由控制系統中的一個或多個部件組成，其任務是完成系統工作過程中的局部過程。
4）擾動
擾動是一種對系統輸出量產生反作用的信號或因素，若擾動產生於系統內部，則稱爲內擾；若產生於系統外部，則稱爲外擾。
5）反饋與反饋系統
將被控對象輸出的被控量採樣後的信號回送到系統的輸入端，併疊加到輸入信號中。反饋分爲正反饋和負反饋
由於反饋的存在，使得系統的輸出信號單調地朝着某一方向變化，並趨於極限；或者說系統的被控量與給定值之間的偏差不斷增大的反饋。這種反饋稱爲正反饋。這種系統稱爲正反饋系統。
如果由於反饋的存在，使得系統的輸出信號趨向於使被控對象的輸出量穩定在期望水平上；或者說輸出量與給定值之間的偏差趨於減少，這種反饋稱爲負反饋。這種系統稱爲負反饋系統。
6）反饋控制
在有擾動的情況下，反饋控制有減小系統輸出量與給定輸入量之間偏差的作用，而這種控制作用正是基於這一偏差來實現的，反饋控制僅僅是針對無法預料的擾動而設計的，可以預料的或者已知的擾動，可以採用補償的方法來解決。 - 自動控制系統的基本組成
一個控制系統由若干個環節組成，每個環節有其特定的功能。一般將自動控制系統的每一個組成部分（環節）用一個方框來表示，環節與環節之間用箭頭線相連接，表示信號的傳遞方向。
自動控制系統的基本組成如下圖所示：
![自動控制系統的基本組成]()
反饋環節 — 對系統的輸出量的實際值進行測量，將它轉換成反饋信號，並使反饋信號成爲與給定信號同類型、同數量級的物理量。
比較器 — 將給定信號和反饋信號進行比較，產生偏差信號。
控制器 — 根據輸入的偏差信號，按一定的控制規律產生相應的控制信號。
執行器 — 將控制信號進行功率放大，並帶動執行機構動作。
調節機構 — 直接改變控制系統的輸入量，使被控量恢復到給定量期望值。
被控對象 — 控制系統所要控制的設備或生產過程，它的輸出量就是被控量。
被控量 — 控制對象的某個變量，控制系統的目的通常就是要使該變量與給定值或設定值相符。控制系統也用該變量的名稱來稱呼。如：溫度控制系統、壓力控制系統、速度控制系統等。
干擾 — 被控對象中除了調節量以外，能對被控量具有影響作用的所有變量。也稱擾動。
調節量 — 對被控裝置的被控量具有較強的直接影響，而且是便於調節的變量。
偏差 — 給定值與反饋量之差。
給定值 — 也稱設定值，是與被控量的期望值相對應的，它可以是恆定值，也可以按程序變化。
例題：某貯槽的液位控制系統的反饋控制工作原理
![反饋控制工作原理]()
圖中：Q1爲進入貯槽的液體流量
Q2爲流出貯槽的液體流量
控制目的：使貯槽中的液位以一定的精度穩定於某一高度H。
動態過程：
（1）.當外部負荷（負載）改變，即Q2改變時，這時Q1≠Q2，液位將上升或下降。
（2）.液位變送器（差壓變送器）將自動檢測液位的變化，並把液位高低的變化轉換爲與之成比例的電氣信號（此信號稱爲測量信號）。
（3）.將測量信號送入控制器，並與控制器中的液位給定值進行比較，得出兩者的差值，稱爲偏差信號。
（4）.控制器根據偏差信號的大小，按某種運算規律計算出控制器應輸出的控制信號，並將此信號送入執行器。
（5）.執行器根據信號對調節閥的開度進行調整，使Q1（流入量）發生變化，從而使液位保持在期望值Ho（液位給定值）上，實現了貯槽的液位自動控制。
分析：
（1）以上自動控制系統中，包括了被控對象（貯槽儲量）、檢測元件（液位變送器）、控制器、執行器、調節器（閥）等五個環節。
（2）當被控對象（貯槽儲量）受到擾動時，被控量（液位）就發生變化，檢測元件（液位變送器）將變化的值輸入控制器與給定值進行比較，產生偏差值。
（3）控制器根據輸入的偏差值按一定規律進行計算後，輸出控制信號。
（4）輸出的控制信號經執行器控制調節器（閥），用調節閥的開度來改變Q1的流量，使被控量恢復到原有的值Ho。
![電力拖動PLC可編程控制器技能實訓裝置QY-DL865]()
QY-DL865綜合了大中專院校、職業院校、技工學校的《電力控制技術》《電力拖動控制線路與技能訓練》《工廠電氣控制技術》《繼電接觸控制技術》《PLC原理及應用技術》等相關科目的實驗及實訓教學內容而研發了本裝置。
實訓項目
（一）電力拖動部分
1、閘刀開關正轉控制線路
2、接觸器點動正轉控制線路
3、具有自鎖的正轉控制線路
4、具有過找保護的正轉控制線路
5、倒順開關控制正反轉控制線路
6、接觸器聯鎖的正反轉控制線路
7、按鈕聯鎖的正反轉控制線路
8、按鈕接觸器複合聯鎖控制線路
9、自動往返行程控制線路
10、接觸器控制串聯電阻降壓起動線路
11、時間繼電器控制串聯電阻降壓控制線路
12、手動Y/△降壓起動 13、接觸器控制Y/△降壓起動
14、時間繼電器控制Y/△降壓起動
15、QX3-13型Y/△自動起動控制線路
16、半波整流能耗制動控制線路
17、全波整流能耗制動控制線路
18、C620車牀電氣控制線路
19、手動降壓起動
20、單相運行反接制動控制線路
21、電動葫蘆電氣控制線路
22、C6163車牀電氣控制線路
23、控制電路聯鎖控制線路
24、主電路聯鎖控制線路
（二）PLC綜合訓練部分
1、與、或、非邏輯功能測試
2、定時器、計數器功能測試
3、跳轉、分支功能測試
4、移位寄存器實訓
5、數據處理功能實訓
6、微分、位操作實訓
7、藝術彩燈造型的PLC控制
8、PLC控制三相異步電動機自鎖正轉控制
9、PLC控制三相異步電動機正反轉控制
10、PLC控制三相異步電動機Y/△啓動控制
11、PLC控制三相異步電動機降壓啓動控制
12、PLC控制三相異步電動機能耗制動控制
13、PLC控制C620車牀電氣控制線路
14、PLC控制C6163車牀電氣控制線路
15、PLC控制電動葫蘆電氣控制線路
