機床電氣控制技術(shù)

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1、第一章 緒論,知識點： 機床電氣控制 電力拖動 電氣控制系統(tǒng) 機床電氣自動控制的發(fā)展,.機床在國民經(jīng)濟(jì)中的重要作用,為了實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)和國防的現(xiàn)代化，就要在機械產(chǎn)業(yè)不斷地更新設(shè)備 機床一般是指金屬切削機床，它利用刀具對金屬毛坯進(jìn)行切削，從而加工出機械零件。 機床的性能直接影響機械產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性,.電氣自動控制系統(tǒng)介紹及地位,電氣自動控制對于現(xiàn)代機床、其他機器設(shè)備及生產(chǎn)過程，有著極其重要的作用。通常，電氣控制系統(tǒng)主要包括以下三個主要環(huán)節(jié)： 動力部分：是整個系統(tǒng)的電源供給環(huán)節(jié)，是整個系統(tǒng)的主干，是電能轉(zhuǎn)換為其他能量的通道部件，包括動力電源開關(guān)、電器控制部件、電動機等。 生產(chǎn)過程自動

2、控制部分：是生產(chǎn)過程自動化的核心，也是間接控制、指揮動力電器及系統(tǒng)工作的部件，包括繼電器和各種控制儀表、智能儀表等。 傳動裝置：是生產(chǎn)機械的連接及傳動環(huán)節(jié)，位于電動機和工作機械之間，如減速箱、皮帶、連軸器等。,,.電氣自動控制在現(xiàn)代機床中的地位,現(xiàn)代機床由工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)、原動機、自動控制系統(tǒng)組成。 傳統(tǒng)的生產(chǎn)機械由工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)、原動機三部分組成。 機床從傳統(tǒng)到現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，性能不斷提高，在很大程度上取決于電氣拖動與電氣控制系統(tǒng)的更新。,.機床電氣自動控制的發(fā)展概況,..電氣拖動的發(fā)展與分類 成組拖動 單電機拖動 多電機拖動 直流無級調(diào)速,..電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展與分類,

3、.邏輯控制系統(tǒng) 手動控制 自動控制 .連續(xù)控制系統(tǒng) .混合控制系統(tǒng),..機床電氣自動控制的發(fā)展概況,電氣控制技術(shù)又是與微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、機械制造技術(shù)等緊密聯(lián)系在一起的。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)繼續(xù)在突飛猛進(jìn)，向前發(fā)展，21世紀(jì)的今天，電氣控制技術(shù)必將達(dá)到更高的水平。,.本章小結(jié),本課程是一門綜合性的主干課、專業(yè)課。對培養(yǎng)應(yīng)用型的電氣運行與控制專業(yè)中等職業(yè)教育人才具有重要作用。本課程是在學(xué)習(xí)了“電工基礎(chǔ)”、“機械基礎(chǔ)”之后，在進(jìn)行了電工實訓(xùn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行講授的，以使學(xué)生具有較牢固的基礎(chǔ)理論知識和初步的電工實踐技能，為學(xué)習(xí)本課程打下基礎(chǔ)。,第二章機床常用低壓電器,知識點： 低壓電器的基本結(jié)

4、構(gòu) 開關(guān)電器 各種繼電器的原理及應(yīng)用 各種低壓電器的文字符號、應(yīng)用場合,.低壓電器的基本知識,低壓電器的分類 按電器元件所在的系統(tǒng)分類 低壓配電電器 低壓控制電器 按電器動作的原理分類 手動電器 自動電器,,按電器在系統(tǒng)中的作用分類 控制電器 檢測電器 運算電器、 保護(hù)電器 執(zhí)行電器,..常用低壓電器,接觸器：交流接觸器、直流接觸器。 繼電器：電磁式繼電器、時間繼電器、熱繼電器、速度繼電器。 熔斷器：插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、有填料密封式熔斷器、無填料密封式熔斷器、快速熔斷器、自復(fù)式熔斷器。 斷路器：萬能式短路器、裝置式斷路器、快速式斷路器、限流式斷路器。 隔離器：低壓刀開關(guān)、熔斷器式刀開關(guān)

5、、組合開關(guān)。 主令電器：控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器。,2.1.3常用低壓電器的發(fā)展,第一代是從20世紀(jì)60年代到70年代初期。 第二代是從20世紀(jì)70年代后期到20世紀(jì)80年代。 第三代是從20世紀(jì)90年代至今,2.1.3常用低壓電器的發(fā)展前景,產(chǎn)品設(shè)計方面 產(chǎn)品性能測試方面 產(chǎn)品的可靠性方面 產(chǎn)品新技術(shù)應(yīng)用方面 產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化方面,2.2低壓電器的基本機構(gòu),電磁機構(gòu),電磁機構(gòu)示意圖,,（a）銜鐵按棱角轉(zhuǎn)動拍合式 （b）銜鐵按軸轉(zhuǎn)動拍合式 （c）銜鐵直線運動螺管式,2.2 低壓電器的基本結(jié)構(gòu),2. 觸頭系統(tǒng),（a）點接觸橋式 （b）面接觸橋式 （c）線接觸指 圖

6、 觸頭的結(jié)構(gòu)形式,2.2 低壓電器的基本結(jié)構(gòu),3. 滅弧系統(tǒng) 3.1 電弧產(chǎn)生及滅弧原理 3.2 低壓電器常用滅弧方法 電動力滅弧 金屬柵片滅弧 磁吹滅弧,2.3 低壓隔離器,低壓隔離器是一種結(jié)構(gòu)比較簡單，應(yīng)用十分廣泛的手動操作電器。低壓隔離器的品種很多，主要有低壓刀開關(guān)、熔斷器式刀開關(guān)和組合開關(guān)三種。,1-上膠蓋；2-下膠蓋；3-插座；4-觸刀；5-瓷柄；6-膠蓋緊固螺母； 7-出線座；8-熔絲；9-觸刀座；10-瓷底板；11-進(jìn)線座 圖 塑殼刀開關(guān)結(jié)構(gòu)圖,2.4 主令電器,主令電器是用來接通和斷開控制電路的低壓電器，用以控制電力拖動系統(tǒng)中電動機的啟動、停車、制動以及調(diào)速等。主令電

7、器可直接作用于控制電路，也可以通過電磁式電器間接作用于控制電路。 控制按鈕 行程開關(guān) 萬能轉(zhuǎn)換開關(guān) 萬能控制器,,按鈕開關(guān),1-按鈕；2-復(fù)位彈簧；3-動觸點；4-動斷觸點；5-動合觸點 圖 控制按鈕結(jié)構(gòu)示意圖,圖：控制按鈕的圖形、文字符號,,行程開關(guān) 直動式行程開關(guān) 滾輪式行程開關(guān) 微動式形成開關(guān) 接近開關(guān),,,滾輪式行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖,微動式行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖,滾輪式行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖,電感式接近傳感器的工作原理框圖,,萬能轉(zhuǎn)換開關(guān),萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)結(jié)構(gòu)原理圖,,主令控制器,1，7-凸輪塊；2-接線端子；3-靜觸點；4-動觸點；5-支桿；6-轉(zhuǎn)動軸；8-小輪 圖 主令控制器的結(jié)構(gòu)原理圖,2.5

8、接觸器,接觸器的結(jié)構(gòu)及工作原理,電磁機構(gòu)：由電磁線圈、靜鐵心、銜鐵組成，作為最主要的部分是繼電器的執(zhí)行機構(gòu)。 觸頭系統(tǒng)：根據(jù)用途不同，接觸器的觸頭可分為主觸頭和輔助觸頭。主觸頭可以通斷電流較大的主電路，一般由三對動合觸頭組成；輔助觸頭用于通斷小電流的控制電路，由動合和動斷觸頭成對組成。 滅弧裝置：用來熄滅觸點通斷過程中產(chǎn)生的電弧，有磁吹式，柵片式，滅弧罩式等。 輔助觸點：接在控制電路中，起信號元件的作用，參與電路中的邏輯運算。 反力裝置：由釋放彈簧和觸點彈簧組成，當(dāng)電磁線圈失電時，被吸合的銜鐵在彈簧的作用下恢復(fù)原位。 支架和底座：用于接觸器的固定和安裝。,2.5接觸器,,,圖直流接觸器外形圖,

9、2.5接觸器,接觸器的主要技術(shù)參數(shù) 額定電壓 額定電流 電磁線圈的額定電壓 觸頭數(shù)目 動作值 接通和分?jǐn)嗄芰?機械壽命與電器壽命 操作頻率 額定工作制,2.5接觸器,接觸器選用原則 接觸器的額定電壓大于等于主電路的額定電壓。 接觸器線圈的額定電壓必須與接入此線圈的控制電路的額定電壓相等。 接觸器的額定電流等級按下列方法選擇：按接觸器設(shè)計時規(guī)定的使用類別使用時，接觸器的額定電流應(yīng)等于或稍大于負(fù)載額定電流；按照任務(wù)使用類別設(shè)計的接觸器，用于重任務(wù)使用類別時，應(yīng)降低容量使用；用于反復(fù)短時工作制的接觸器，其額定電流應(yīng)大于負(fù)載的等效發(fā)熱電流。 選擇接觸器的型號時，各系列接觸器是按一定的使用類別設(shè)計的，應(yīng)

10、根據(jù)負(fù)載的情況選用。此外還應(yīng)注意負(fù)載的工作制，用于長期工作時，應(yīng)盡量選用銀或銀基合成觸頭的接觸器。 接觸器的觸頭數(shù)量和種類應(yīng)滿足主電路和控制電路的需要。,2.6繼電器,繼電器是一種自動和遠(yuǎn)距離操縱用的電器，廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)、遙控、遙測系統(tǒng)、電力保護(hù)系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)中，起著控制、檢測、保護(hù)和調(diào)節(jié)的作用，是現(xiàn)代電器裝置中最基本的器件之一。 按照用途可以分為：有控制繼電器和保護(hù)繼電器； 按動作原理可以分為：電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動式繼電器、電子式繼電器和熱繼電器。 按輸入信號的不同可以分為：電壓繼電器、中間繼電器、電流繼電器、時間繼電器、速度繼電器等。,,常用的繼電器及其應(yīng)用原理 電磁

11、式繼電器 時間繼電器 熱繼電器 速度繼電器,,電磁式繼電器 電磁式繼電器，也叫有觸點繼電器。它的結(jié)構(gòu)和工作原理與電磁式接觸器相似，也是由電磁機構(gòu)、觸點系統(tǒng)和釋放彈簧等部分組成。,1-底座 2-反力彈簧 3，4-調(diào)節(jié)螺釘 5-非磁性墊片 6-銜鐵 7-鐵心 8-極靴 9-電磁線圈 10-觸頭系統(tǒng) 圖 電磁式繼電器結(jié)構(gòu)圖,,時間繼電器,JS7-A系列空氣式時間繼電器結(jié)構(gòu)原理圖,,熱繼電器,三相式熱繼電器結(jié)構(gòu)原理圖,,速度繼電器,1-調(diào)節(jié)螺釘；2-反力彈簧；3-常閉觸點；4-動觸點；5-常開觸點； 6-返回杠桿；7-杠桿；8-定子導(dǎo)體；9-定子；10-轉(zhuǎn)軸；11-轉(zhuǎn)子 圖2-43 速度繼電器結(jié)構(gòu)

12、原理圖,2.7熔斷器,,2.7熔斷器,熔斷器的主要參數(shù) 額定電壓 額定電流 極限分?jǐn)嗄芰?熔斷電流,2.8低壓斷路器,,1-熱脫扣器整定旋鈕；2-手動脫扣按鈕；3-脫扣彈簧；4-手動合閘機構(gòu)；5-合閘聯(lián)桿； 6-熱脫扣器；7-鎖扣；8-電磁脫扣器；9-脫扣聯(lián)桿；10，11-動、靜觸點； 12，13-彈簧；14-發(fā)熱元件； 15-電磁脫扣彈簧；16-調(diào)節(jié)旋鈕 圖 低壓斷路器工作原理圖,,低壓斷路器的主要參數(shù)和技術(shù)數(shù)據(jù) 低壓斷路器的主要參數(shù)有：額定電壓、額定電流、極數(shù)、脫扣器類型及其額定電流、整定范圍、電磁脫扣器整定范圍、主觸點的分?jǐn)嗄芰Φ取?低壓斷路器的主要技術(shù)參數(shù)。 額定電壓 斷路器在電路中長

13、期工作時的允許電壓值。 斷路器額定電流 指脫扣器允許長期通過的電流，即脫扣器額定電流。 斷路器殼架等級額定電流 指每一種框架或塑殼中能安裝的最大脫扣器的額定電流，這就是過去常稱的斷路器額定電流。 斷路器的通斷能力 指在規(guī)定操作條件下，斷路器能接通和分?jǐn)喽搪冯娏鞯哪芰Α?保護(hù)特性 指斷路器的動作時間與動作電流的關(guān)系曲線。,2.9本章小結(jié),本章主要介紹了機床中常用的低壓電器，介紹了大量的控制電器、保護(hù)電器以及執(zhí)行電器。對每種電器的原理、結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用特點以及要求做了詳細(xì)的說明。在學(xué)習(xí)的過程中，應(yīng)著重掌握各電器的原理以及特點，知道各電器的使用場合以及電氣文字符號，這對以后的學(xué)習(xí)有很大的幫助。,第三

14、章 常用電動機應(yīng)用基礎(chǔ),知識點： 直流電動機的原理及應(yīng)用 異步電動機的原理 異步電動機的機械特性 步進(jìn)電機的原理 本章導(dǎo)讀： 電動機可以分為交流電動機和直流電動機。交流電動機又分為異步電動機和同步電動機，異步電動機又分為鼠籠式和繞線式兩種形式。本章主要講述直流電動機、異步交流電動機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、 機械特性、控制方法以及介紹步進(jìn)電機的原理及其應(yīng)用。,3.1直流電動機應(yīng)用基礎(chǔ),,1-直流電機總成；2-后端蓋；3-通風(fēng)機；4-定子總成； 5-轉(zhuǎn)子（電樞）總成；6-電刷裝置；7-前端蓋 圖3-1 直流電機結(jié)構(gòu)圖,3.1.1直流電動機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理,直流電機由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分

15、組成。 定子 直流電機定子的作用是產(chǎn)生磁場和作為電機的機械支撐。主要由機座、主磁極、換向極和電刷裝置等組成。 機座 主磁極 換向極 電刷裝置 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)軸 電樞鐵心 電樞繞組 換向器,,直流電動機的模型結(jié)構(gòu),直流發(fā)電機工作原理,直流電動機工作原理圖,,直流電機的額定值 電機型號 額定功率 額定電壓 額定電流 額定轉(zhuǎn)速,,直流電機的勵磁方式 他勵電機：電樞繞組與勵磁繞組單獨分開，有兩個直流電源提供電能。 并勵電機：電樞繞組與勵磁繞組并聯(lián)聯(lián)接，只有一個直流電源提供電能。 串勵直流電機：電樞繞組與勵磁繞組串聯(lián)聯(lián)接，公用一個直流電源提供電能。 復(fù)勵直流電機：電樞繞組與勵磁繞組既有串聯(lián)又有并聯(lián) ，只有一個

16、直流電源提供電能。,,直流電動機的基本方程,,,,設(shè)U為直流電機的端電壓，取,的實際方向作為正方向，可得電樞回路,,電勢平衡方程式為,電動機,發(fā)電機,,直流電動機的機械特性,,他勵直流電動機機械特性方程式,他勵直流電動機的固有機械特性,,,他勵直流電動機的制動 能耗制動 反接制動 發(fā)電回饋制動,,他勵直流電動機的調(diào)速 根據(jù)直流電動機的轉(zhuǎn)速公式：,,改變電樞電路串聯(lián)電阻的調(diào)速,降低電樞電壓調(diào)速,減弱磁通調(diào)速,直流他勵電動機的調(diào)速方法有：降壓調(diào)速、電樞回路串電阻調(diào)速、減弱磁通調(diào)速三種:,3.2異步電動機,異步電動機是一種交流電機，它可以是單相的，也可以是三相的。但它的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率沒有同步電機那樣

17、嚴(yán)格不變的關(guān)系。,3.2異步電動機,異步電動機的結(jié)構(gòu)、類型及工作原理,1-軸 2-彈簧片 3-軸承 4-定子繞組 5-端蓋 6-基座 7-轉(zhuǎn)子鐵心 8-定子鐵心 9-吊環(huán) 10-出線盒 11-風(fēng)罩 12-風(fēng)扇 13-軸承內(nèi)蓋 圖 三相鼠籠式異步電動機的組成部件,,異步電動機的結(jié)構(gòu)、類型及工作原理 定子部分 轉(zhuǎn)子部分 氣隙 其他部分,,異步電動機的分類 異步電動機按定子相數(shù)可分為三相、單相和兩相異步電動機三類。除約 200W以下的電動機多做成單相異步電動機外，現(xiàn)代動力用電動機大多數(shù)都為三相異步電動機。兩相異步電機主要用于微型控制電機。 按照轉(zhuǎn)子型式，異步電機可分為鼠籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子兩大類。鼠

18、籠轉(zhuǎn)子又分為普通鼠籠轉(zhuǎn)子、深槽型鼠籠轉(zhuǎn)子和雙鼠籠轉(zhuǎn)子三種。根據(jù)機殼不同的保護(hù)方式，異步電動機可分為開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式等。,三相繞線式異步電動機外形,,三相異步電機的工作原理,（a）示意圖 （b）電動機運行 （c）發(fā)電機運行 （d）制動狀態(tài) 圖 三相異步電機工作原理,,三相異步電動機的機械特性 三相異步電動機的功率平衡方程:,,,,異步電動機的啟動、調(diào)速以及制動控制 三相異步電動機的啟動是指從電動機接人電網(wǎng)開始轉(zhuǎn)動，到達(dá)正常運轉(zhuǎn)為止的這一過程。一般衡量三相異步電動機啟動性能的好壞，主要有四點： 啟動電流盡可能小； 啟動轉(zhuǎn)矩要足夠大； 啟動所需用的設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)、操作方便；

19、啟動過程中的功率損耗要盡量小。,,異步電動機的啟動、調(diào)速以及制動控制 小容量電動機空載或輕載啟動直接啟動 中、大容量電動機空載或輕載啟動降壓啟動 星三角（Y）降壓啟動 自耦變壓器降壓啟動,星形三角降壓啟動原理線路圖,,,,自耦變壓器降壓啟動原理線路圖,,三相異步電動機的調(diào)速 異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為: 調(diào)速方式有以下三種: 變極調(diào)速 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 變頻調(diào)速,,,三相異步電動機的反轉(zhuǎn)和制動 反轉(zhuǎn) 三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，并且兩者的方向相同。只要改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，就能使三相異步電動機反轉(zhuǎn)。因此，將三相接線端中的任意兩相接線端對調(diào)，改變?nèi)囗樞?，就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的方向，

20、從而使三相異步電動機反轉(zhuǎn)。 制動 三相異步電動機的制動是指加上一個與電動機轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩來使電動機迅速停轉(zhuǎn)或限制電動機的轉(zhuǎn)速。電動機在下屬情況下運行時屬于制動狀態(tài)。一種情況是在負(fù)載轉(zhuǎn)矩為勢能轉(zhuǎn)矩的機械設(shè)備中（例如起重機下放重物，電力機車下坡運行）使設(shè)備保持一定的運行速度。另一種情況是在機械設(shè)備需要減速或停止轉(zhuǎn)動時，電動機能實現(xiàn)減速或停止轉(zhuǎn)動。 三相異步電動機的制動方法有兩類：機械制動和電氣制動。,,,異步電動機的能耗制動,3.3 步進(jìn)電動機,步進(jìn)電動機是一種把電脈沖轉(zhuǎn)換成角位移的電動機。用專用的驅(qū)動電源向步進(jìn)電動機供給一系列的且有一定規(guī)律的電脈沖信號，每輸入一個電脈沖，步進(jìn)電機就前進(jìn)一步，其角

21、位移與脈沖數(shù)成正比，電機轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，而且轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。 根據(jù)勵磁方式的不同，步進(jìn)電動機分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式（又叫混合式），而反應(yīng)式步進(jìn)電動機應(yīng)用較多，下面以此為例來闡述步進(jìn)電動機的原理,3.3 步進(jìn)電動機,步進(jìn)電動機的工作原理,三相反映式步進(jìn)電動機的工作原理圖,,,步進(jìn)電機的三相單、雙六拍運行方式,,步進(jìn)電機的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：

22、對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。=360（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50電機為例。四拍運行時步距角為：=360/（50*4）=1.8（俗稱整步），八拍運行時步距角為=360/（50*8）=0.9（俗稱半步）。 靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。 步距角精度：步進(jìn)電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。 失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論

23、上的步數(shù)。稱之為失步。 失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。 最大空載啟動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接啟動的最大頻率。 最大空載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù),3.4 本章小結(jié),本章主要介紹了常見電動機的原理及運行特性，包括直流電機的工作原理及機械特性，異步電機的工作原理及機械特性，最后介紹了

24、步進(jìn)電機的工作原理。在學(xué)習(xí)過程中要比較區(qū)分這三種常見電動機的工作原理差別以及應(yīng)用場合。 在介紹時另一個重點便是重點掌握直流電機和異步電機的機械特性。以及由機械特性引出的包括啟動、制動、正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制。 步進(jìn)電機由于轉(zhuǎn)速不受負(fù)載、電壓波動的影響，而只與控制電脈沖有關(guān)，因此廣泛用于對轉(zhuǎn)速有較高要求的場合。,第四章 繼電器接觸器控制系統(tǒng)的基本控制電路,知識點： 電氣控制線路的基礎(chǔ)知識 點動與連續(xù)控制線路 正反轉(zhuǎn)控制線路 位置控制線路 多點、順序、時間控制線路,4.1電氣控制線路的圖形、文字符號及繪圖原則,常用的電器圖形符號和文字符號 電氣控制線路原理圖的繪圖規(guī)則 電氣控制圖的分類 電氣圖閱讀的基本

25、方法,4.1.1常用的電器圖形符號和文字符號,,4.1.2電氣控制線路原理圖的繪圖規(guī)則,電氣控制線路表示方法 電氣原理圖的繪圖規(guī)則 電氣原理圖的閱讀方法,4.1.3電氣控制圖的分類,由于電氣控制圖描述的對象復(fù)雜，表示一項電氣工程或一種電器裝置的電氣圖有多種。按用途和表達(dá)方式的不同，電氣圖可以分為以下幾種. 電氣系統(tǒng)圖和框圖 電器原理圖 電器布置圖 電器安裝接線圖 功能圖 電器元件明細(xì)表,4.1.4電氣圖閱讀的基本方法,主要介紹電氣原理圖的閱讀方法 主電路分析 控制電路分析 輔助電路分析 聯(lián)鎖和保護(hù)環(huán)節(jié)分析 總體檢查,4.2 點動與連續(xù)控制,點動控制電路 電動機的長動控制電路 點動與連續(xù)控制電路

26、,4.2.1點動控制電路,圖4.2 電動機的點動控制電路,4.2.2電動機的長動控制電路,電動機長動控制電路,4.2.3點動與連續(xù)控制電路,(a) 主電路,,（b）用繼電器實現(xiàn)選擇性聯(lián)鎖（1） (c) 用繼電器實現(xiàn)選擇性聯(lián)鎖（2）,4.3正反轉(zhuǎn)控制,倒順轉(zhuǎn)換開關(guān)正反轉(zhuǎn)控制電路 接觸器互鎖正反轉(zhuǎn)控制電路,4.3.1倒順轉(zhuǎn)換開關(guān)正反轉(zhuǎn)控制電路,圖4.5倒順轉(zhuǎn)換開關(guān)控制的 圖4.6倒順轉(zhuǎn)換開關(guān)工作原理示意圖 電動機正、反向運轉(zhuǎn)控制電路（1）,,圖4.7 倒順轉(zhuǎn)換開關(guān)控制的電動機正、反向運轉(zhuǎn)控制電路（2）,4.3.2接觸器互鎖正反轉(zhuǎn)控制電路,(a) 主電路 (b)接觸

27、器聯(lián)鎖 圖4.8 電動機正、反向運轉(zhuǎn)控制電路,4.4位置控制,,,,（a） 外形 （b） 符號,圖4.9 行程開關(guān),,限位通電控制電路 限位斷電控制電路 自動往復(fù)循環(huán)控制線路,4.4.1限位通電控制電路,,4.4.2限位斷電控制電路,,,4.5其他控制電路,多點控制 順序控制 時間控制,4.5.1多點控制,多點控制是為了操作方便，常要求能在多個地點對同一臺設(shè)備進(jìn)行起動和停止的控制。,多點控制長動線路,4.5.2順序控制,,順序控制線路,4.5.3時間控制,,（a）通電延時型 （b）斷電延時型 圖4.15 時間繼電器延時工作方式,,1延時閉合瞬時斷開動合觸點

28、2延時斷開瞬時閉合動斷觸點 瞬時閉合延時斷開動合觸點瞬時斷開延時閉合動斷觸點 線圈一般符號斷電延時線圈通電延時線圈,幾種常見的時間繼電器外形結(jié)構(gòu)如圖,,空氣式時間繼電器型號的表示方法及含義為：,通電延時型時間繼電器控制線路,,通電延時型時間繼電器控制線路,另一通電延時型時間繼電器控制線路,斷電延時型時間繼電器控制線路,,第5章直流電動機控制的基本控制電路,知識點： 直流電動機的5種勵磁方式 他勵直流電動機的2種啟動電路分析 直流電動機的3種調(diào)速控制電路分析 直流電動機的正、反轉(zhuǎn)控制電路分析 直流電動機的2種制動電路分析 直流電動機的保護(hù)電路分析（過載保護(hù)和勵磁保護(hù)）,5.1直流電動機的勵磁方式

29、,直流電動機勵磁繞組供電方式稱為勵磁方式。直流電動機勵磁方式一般可分為：他勵式、并勵式、積復(fù)勵式、差復(fù)勵式、串勵式。,5.2他勵直流電動機的啟動控制,他勵直流電動機三端啟動器手動控制減壓啟動電路 他勵直流電動機時間繼電器自動控制減壓啟動電路,5.2.1 他勵直流電動機三端啟動器手動控制減壓啟動電路,,a手柄 b彈簧 c啟動電阻 d電磁鐵,他勵直流電動機使用三端啟動器工作原理圖,,,他勵直流電動機三端啟動器手動控制減壓啟動電路,5.2.2 他勵直流電動機時間繼電器自動控制減壓啟動電路,,時間繼電器控制他勵直流電動機啟動控制電路,5.3直流電動機的調(diào)速控制,電動機調(diào)速概述 改變電樞電路電阻的調(diào)速

30、 改變勵磁磁通的調(diào)速 改變源電壓的調(diào)速 晶閘管調(diào)速系統(tǒng)簡介,5.3.1電動機調(diào)速概述,調(diào)速就是在一定的負(fù)載下，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，人為地有意地改變電動機的轉(zhuǎn)速 調(diào)速性能的評價指標(biāo) 直流電動機的調(diào)速方法 由 可知，改變方程中的任意一個參數(shù)都可以使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。所以直流電動機的調(diào)速方法有三種。以下我們討論并勵（他勵）電動機的調(diào)速方法。,,,,5.3.2改變電樞電路電阻的調(diào)速,,（a）電路圖 （b）機械特性,5.3.3 改變勵磁磁通的調(diào)速,,(a)電路圖 （b）機械特性,5.3.4 改變源電壓的調(diào)速,,(a)電路圖 （b）機械特性

31、,5.3.5晶閘管調(diào)速系統(tǒng)簡介,,晶閘管調(diào)速系統(tǒng)示意圖,載速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng),,,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)電路圖,5.4 他勵直流電動機正反轉(zhuǎn)控制電路,他勵直流電動機接觸器改變電樞電流方向的正反轉(zhuǎn)控制電路 他勵直流電動機行程開關(guān)改變電樞電流方向的正反轉(zhuǎn)控制電路 他勵直流電動機接觸器改變勵磁電流方向的正反轉(zhuǎn)控制電路,5.4.1他勵直流電動機接觸器改變電樞電流方向的正反轉(zhuǎn)控制電路,,5.4.2 他勵直流電動機行程開關(guān)改變電樞電流方向的正反轉(zhuǎn)控制電路,,5.4.3他勵直流電動機接觸器改變勵磁電流方向的正反轉(zhuǎn)控制電路,,5.5 直流電動機的制動控制,直流電動機外接電阻能耗制動控制電路 直流電動機接觸器反接制動

32、控制電路,5.5.1直流電動機外接電阻能耗制動控制電路,,5.5.2 直流電動機接觸器反接制動控制電路,,5.6 直流電動機的保護(hù),,第6章 三相交流異步電動機的基本控制電路,知識點： 鼠籠式電動機的啟動 繞線式異步電動機降壓啟動 異步電動機正反轉(zhuǎn)線路 異步電動機制動控制線路 異步電動機多地和順序控制線路,6.1 三相鼠籠式電動機的啟動控制,直接啟動控制線路 降壓啟動控制線路,手動直接啟動控制線路,,鐵殼開關(guān)直接控制電動機 轉(zhuǎn)換開關(guān)直接控制電動機,接觸器直接啟動控制線路,,定子電路串電阻降壓啟動控制線路,,星形三角形（Y）降壓啟動控制線路,,自耦變壓器降壓啟動,,6.2 三相繞線

33、式異步電動機降壓啟動控制,與籠型感應(yīng)電動機不同，繞線式感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子回路可以通過滑環(huán)與外部電路連接，在其轉(zhuǎn)子回路串入電阻（或電抗），就可以限制忘記啟動電流，同時也能增加轉(zhuǎn)子功率因數(shù)和啟動轉(zhuǎn)矩。,電流繼電器控制繞線式異步電動機起動控制線路,,時間繼電器控制轉(zhuǎn)子串電阻起動線路,,轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動控制線路,,6.3三相異步電動的正反轉(zhuǎn)控制線路,,倒順開關(guān)示意圖,開關(guān)控制的正反轉(zhuǎn)線路圖,接觸器控制的正反轉(zhuǎn)線路,,6.4 三相異步電動機的制動控制線路,三相籠型異步電動機從切斷電源到完全停止旋轉(zhuǎn)，由于慣性的關(guān)系，總要經(jīng)過一段時間。為了縮短輔助時間、提高生產(chǎn)效率、停機位置準(zhǔn)確，并為了安全生產(chǎn)，要求電動

34、機迅速停車。為此必須對電動機進(jìn)行制動。一般采用機械制動和電氣制動。機械制動是利用電磁鐵操作進(jìn)行機械抱閘；電氣制動是電動機在停車時，產(chǎn)生一個與原旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩，迫使電動機轉(zhuǎn)速下降。下面介紹電器制動中的能耗制動和反接制動。,按時間原則控制線路,,電路工作原理,,,按速度原則控制的可逆運行能耗制動控制線路,,電動機反接制動停車原理,,單向反接制動控制線路,,6.5 交流電動機多地控制線路及順序控制路,交流電動機多地控制線路指的是在多個不同的地點對電動機啟動和停止的控制，而交流電功機的順序控制指的是對電動機按一定的時間或先后順序進(jìn)行控制。繞線式異步電動機啟動調(diào)速控制線路是專門控制繞線轉(zhuǎn)子異步電

35、動機啟動、停止、調(diào)速的控制線路。,多地控制線路原理圖,,主電路順序控制線路,,控制電路順序控制線路,,第七章 典型機床電器控制,知識點： 機床電器圖識讀方法和步驟 CA6140機床電器控制 M7120機床電器控制 Z30340機床電器控制 X62W機床電器控制 T68機床電器控制 組合機床電器控制 本章導(dǎo)讀： 前面的章節(jié)分析了機床電器的基本控制環(huán)節(jié)，對于一臺機床只要根據(jù)它的控制要求，正確地選用相應(yīng)地控制環(huán)節(jié)，就可以設(shè)計出機床的電器控制線路。 在這一章里將分析幾種典型機床的電器控制線路，從而進(jìn)一步掌握控制線路的組成，典型環(huán)節(jié)的應(yīng)用及分析控制線路的方法。從中找出規(guī)律，逐步提高閱讀電器原理圖的能力，

36、為獨立設(shè)計打下基礎(chǔ)。,7.1機床電器控制線路圖的識讀方法及步驟,M7120型平面磨床電器控制線路,,機床電器圖的識讀，既分步驟，又講方法，而步驟和方法又是互相滲透的。機床電器控制線路圖的識讀方法及步驟應(yīng)從以下幾個方面入手： （1）劃分主電路部分、控制電路部分、照明和信號及其他電路部分：根據(jù)前幾章所學(xué)的機床控制電路的基本線路，找出各電動機的控制主電路，并進(jìn)行對照各屬于何種類型的主電路，找出各電動機的控制電路并對照各屬于何種類型的控制電路，并找出照明、信號及其他電路部分。在劃分中，找出主電路和控制電路的關(guān)鍵元件及互相關(guān)聯(lián)的元件和電路。 （2）對主電路進(jìn)行識圖分析：逐一分析各電動機控制主電路中的每一

37、個元器件在電路中的作用、功能。分析容易出現(xiàn)故障的元器件出現(xiàn)故障時對機床的影響。 （3）對控制電路進(jìn)行識圖分析：逐一分析各電動機對應(yīng)的控制電路中每一個元器件在電路中的作用、功能，分析容易出現(xiàn)故障的元器件出現(xiàn)故障時對機床的影響。在分析過程中，可協(xié)助機床控制線路圖上的功能文字說明框、區(qū)域標(biāo)號、接觸器或繼電器線圈下面的觸頭表格協(xié)助識圖。 （4）對照明、信號其他電路部分進(jìn)行識圖分析：在識圖分析中找出被控制電路部分和控制電路部分以及各元器件在電路中的作用，分析容易出現(xiàn)故障的元器件出現(xiàn)故障時對機床的影響。,7.2 CA6140臥式車床電器控制,臥式車床用途廣、種類多。其中CA6140型臥式車床是我國自行設(shè)計

38、、制造的機床。該機床萬能性大，適用于加工各種軸類、套筒類、輪盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面?？绍囃鈭A、車端面、切槽和切斷、鉆中心孔、鉆孔、鏜孔、鉸孔、車各種螺紋、車內(nèi)外圓錐面、車特型面，滾花和盤繞彈簧等。CA6140型車床因加工范圍廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動化程度不高，所以，一般用于單件、小批生產(chǎn)。,7.2.1 CA6140臥式車床主要結(jié)構(gòu),,1-進(jìn)給箱；2-掛輪箱； 3-主軸變速箱 ；4--卡盤；5-溜板與刀架； 6-溜板箱；7-尾架；8-絲杠；9-光桿；10-床身 圖7-2 CA6140型車床示意圖,7.2.2 CA6140臥式車床的運動形式及控制要求,主運動和進(jìn)給運動 輔助運動,7.2.3 CA6140臥

39、式車床電器原理圖分析,,CA6140臥式車床電器原理圖,7.2.3 CA6140臥式車床電器原理圖分析,1.主電路分析 2.控制電路分析 3.其他電路分析 4.其他聯(lián)鎖和保護(hù),7.3 M7120型平面磨床電器控制,磨床是用砂輪的周邊或端面對工件進(jìn)行磨削加工的精加工機床。磨床種類很多，有：平面磨床、外圓磨床、內(nèi)圓磨床、無心磨床及一些專用磨床（如螺紋磨床、球面磨床和齒輪磨床等。 平面磨床是用砂輪來磨削工件的平面，它的磨削精度和粗糙度都比較高，是應(yīng)用較普遍的一種機床。M：磨床，7：平面磨床，1：臥軸矩臺砂輪主軸與地面平行，矩形工作臺，20：工作臺工作面寬200mm。,,,1-液壓換向開關(guān)2-電磁吸盤

40、3-砂輪4-砂輪箱5-砂輪縱向進(jìn)給手柄 6-立柱導(dǎo)軌7-砂輪啟動按鈕8-工作臺9-停止按鈕10-電磁吸盤按鈕 11-液壓泵電動機啟停按鈕12-砂輪垂直進(jìn)給手輪13-工作臺移動手輪 圖7-4 M7120平面磨床外形圖,7.3.1 M7120型平面磨床的運動形式及控制要求,輔助運動 縱向進(jìn)給：工作臺左右往返運動。 橫向進(jìn)給：砂輪在床身導(dǎo)軌上的前后運動。 垂直進(jìn)給：砂輪箱在立柱導(dǎo)軌上的上下運動。 工作臺每完成一次縱向進(jìn)給，砂輪自動作一次橫向進(jìn)給。當(dāng)加工完整個平面后，砂輪由手動作垂直進(jìn)給。 控制要求 只有當(dāng)電磁吸盤的吸力足夠大時，才能啟動液壓泵電動機M1和砂輪電動機M2，以防止吸力過小吸不住工件，砂輪

41、使工件高速飛出的事故。對電磁吸盤需有欠壓保護(hù)。 砂輪電動機M2、液壓泵電動機M1、冷卻泵電動機M3只需單向旋轉(zhuǎn)，因容量不大，采用全壓啟動。 砂輪箱電動機M4要求能正反轉(zhuǎn)，也采用全壓啟動。 M3和M2應(yīng)同時啟動，保證砂輪磨削時能及時供給冷卻液。 電磁吸盤有去磁的控制環(huán)節(jié)。 砂輪旋轉(zhuǎn)、砂輪箱升降和冷卻泵都不需要調(diào)速。 工作臺縱向進(jìn)給時，砂輪對工件進(jìn)行磨削，工作臺反向返回時，砂輪箱由液壓裝置自動實現(xiàn)周期性的橫向進(jìn)給一次，使工件整個加工面連續(xù)地得到加工。橫向進(jìn)給也可用橫向進(jìn)給手輪操縱。,,,M7120平面磨床的工作流程圖,7.3.2 M7120型平面磨床的電器原理圖分析,,M7120平面磨床的電器原理

42、圖,,電磁工作臺又名電磁吸盤，電磁工作臺用來吸牢工件的，它的線路通入直流電后產(chǎn)生磁場吸牢鐵磁性材料的工件。當(dāng)工件放在兩個磁極之間時，使磁路構(gòu)成回路，工件被吸住。電磁工作臺整流電源電路如圖所示，它包括三個部分：整流、控制和保護(hù)。,電磁工作臺整流電源控制線路,,整流部分 整流部分由整流變壓器T和橋式整流電路VC組成，提供110V直流電壓。 控制部分 控制部分由接觸器KM5和KM6的各兩個主觸頭組成。當(dāng)要使電磁工作臺具有吸力時，可按下按鈕SB8 保護(hù)部分 保護(hù)部分有放電電阻R和放電電容C以及欠電壓繼電器KUV。,7.4 Z3040搖臂鉆床電器控制,鉆床的結(jié)構(gòu)形式有多種，如立式鉆床、臥式鉆床和深孔鉆床

43、等。搖臂鉆床屬于立式鉆床，能進(jìn)行多種形式的機械加工，可以鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、刮平面及攻螺紋等。 Z3040是中型搖臂鉆床，Z：鉆床，3：搖臂鉆床，0：圓柱形立柱，40：最大鉆孔直徑40mm。,,運動形式 主運動 主軸帶著鉆頭（刀具）的旋轉(zhuǎn)運動 進(jìn)給運動 主軸的垂直運動（手動或自動） 輔助運動 輔助運動用來調(diào)整主軸（刀具）與工件縱向、橫向即水平面上的相對位置以及相對高度。在作輔助運動時，相應(yīng)的夾緊機構(gòu)應(yīng)松開，完成后應(yīng)夾緊。輔助運動有以下三種： 搖臂升降 外立柱旋轉(zhuǎn)運動 主軸箱水平移動,,控制要求 主軸的正反轉(zhuǎn)、制動停車、空擋、變速及選速等用主軸自動進(jìn)給手柄控制，由主軸箱內(nèi)齒輪泵供給的液壓來操

44、縱。故主軸電動機M1只需單向轉(zhuǎn)動，拖動齒輪泵。主軸進(jìn)給亦可用手動進(jìn)給手柄來操縱。 搖臂升降由搖臂升降電動機M2經(jīng)絲杠帶動，M2應(yīng)能正反轉(zhuǎn)。 機床采用液壓夾緊裝置，用液壓泵電動機M3正反轉(zhuǎn)拖動液壓泵供給雙向液壓。 冷卻泵電動機M4單向拖動冷卻泵供給冷卻液。 搖臂的升降需有一定的動作順序。 機床的機、電、液三個方面的動作應(yīng)協(xié)助配合，以完成某些控制。,,,Z3040搖臂鉆床電器原理圖,7.5 X62W萬能升降臺銑床電器控制線路,,1-床身（立柱） 2-懸梁 3-刀桿支架 4-主軸 5-工作臺 6-回轉(zhuǎn)臺 7-床鞍 8-升降臺 9-底座 圖7-16 X62W萬能銑床外形圖,,,X62W萬能銑床的電器控

45、制線路圖,7.6 T68臥式鏜床電器控制,,1-床身 2-下溜板 3-上溜板 4-主軸變速機構(gòu) 5-主軸箱 6-前立柱 7-進(jìn)給變速操縱盤 8-平旋盤（花盤） 9-刀具溜板10-主軸（鏜軸） 11-回轉(zhuǎn)工作臺 12-后立柱 13-鏜桿支承架 14-快速操縱手柄 15-按鈕板 圖7-18 T68型鏜床外形圖,,,T68型鏜床電器原理圖,7.7 組合機床電器控制,組合機床是由一些通用部件和按加工需要而設(shè)計的專用部件組成的高效率自動化或半自動化的專用機床。在這類機床上可進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、車削、銑削、磨削及精加工等工序，一般采用多軸、多刀、多工序、多面同時加工，大都具有自動工作循環(huán)。

46、組合機床適用于大批量產(chǎn)品或定型產(chǎn)品的生產(chǎn)。 組合機床的通用部件中的動力部件有動力頭和動力滑臺。動力頭能同時完成刀具切削運動和進(jìn)給運動，而動力滑臺則只能完成進(jìn)給運動。通用部件中還有支承部件：滑座、床身、立柱等；控制部件：液壓元件、控制板、按鈕臺、電器擋鐵等。 組合機床的控制系統(tǒng)大多數(shù)采用機械、液壓（或氣壓）、電器相結(jié)合的控制方式，而電器控制又往往起著中樞連接作用。,,,具有多齒盤回轉(zhuǎn)臺的組合機床控制線路,,,,7.8 本章小結(jié),本章通過幾種典型機床的電器控制系統(tǒng)的分析介紹，使讀者了解各種電器控制線路的應(yīng)用，進(jìn)而掌握相關(guān)的機床電器系統(tǒng)的方法，提高了閱讀電器控制線路的能力，同時也為設(shè)計一般電器控制線

47、路打下基礎(chǔ)。 分析機床的電器控制系統(tǒng)時，首先應(yīng)對該機床的傳動系統(tǒng)，操作方式，電動機與電器的配置和工藝要求等有一般的了解。在此基礎(chǔ)上，無論采用哪種讀圖法，都首先閱讀主電路和執(zhí)行元件電路，看其如何反應(yīng)拖動特點以及各電動機的控制和保護(hù)情況；然后再閱讀控制電路，看控制線路是如何實現(xiàn)上述要求的。在分析控制線路時，可按控制功能的不同，劃分成若干基本控制環(huán)節(jié)，逐一進(jìn)行分析。在分析時，要逐一它們之間的相互聯(lián)鎖關(guān)系，最后再全面地看整個線路，這就是“化整為零看全部”。所以，在分析控制電路時，可按“化整為零看線路，積零為整看全部”來進(jìn)行。最后再閱讀其它輔助電路。如能進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)，那將更有助于增強時間只是和提高度圖能

48、力。,第8章 可編程控制器及其應(yīng)用,知識點： 可編程控制器的定義 可編程控制器的指令 梯型圖 可編程控制器的編程 本章導(dǎo)讀： 可編程控制器（Programmable Controller，后又稱PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，自從1969年第一臺可編程控制器面世以來，目前PLC已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制器。本章主要介紹PLC的一般特性，包括它的結(jié)構(gòu)、工作原理及工作方式以及編程設(shè)計。,8.1 可編程控制器的概述,

49、可編程控制器（Programmable Controller）是計算機編程系列中的一種，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器接觸器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的改進(jìn)，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，被稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。,8.1.1 PLC的定義,“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用

50、于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體并擴(kuò)充其功能的原則而設(shè)計的。”,8.1.2 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展,1. PLC的產(chǎn)生 2. PLC的發(fā)展 早期的PLC（20世紀(jì)60年代末70年代中期） 中期的PLC（20世紀(jì)70年代中期80年代中，后期） 近期的PLC（20世紀(jì)80年代中、后期至今）,8.1.3 PLC的特點和應(yīng)用,高可靠性 豐富的I/O接口模塊 采用模塊化結(jié)構(gòu) 編程簡單易學(xué) 安裝簡單，維修方便 體積小，重量輕，能耗低,8.2 可編程

51、控制器的組成及工作原理,,PLC組成框圖,,中央處理單元（CPU，Central Processing Unit） 存儲器（Memory） 輸入/輸出單元（Input/Output Unit） 通信接口 智能接口模塊 編程裝置 電源 其他外部設(shè)備,,PLC執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段,8.3 可編程控制器的指令系統(tǒng),S7-200系列PLC指令有三種表達(dá)形式，即梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）。在實際應(yīng)用中，一般采用梯形圖編寫plc程序，因為梯形圖是一種比較通用的圖形編程語言，而不同類型的plc的梯形圖基本上比較相似。語句表編寫的程

52、序則是比較接近機器代碼的文本型程序，三種語言中，語句表使用最廣，保存，注釋都比較方便。這里介紹的指令和編程都將以梯形圖和語句表為主。,8.3 可編程控制器的指令系統(tǒng),可編程控制器的工作過程是依據(jù)一連串的控制指令來進(jìn)行的，這些控制指令就是常說的編程語言?？删幊炭刂破鞯木幊陶Z言一般有梯形圖、語句表、功能塊圖和計算機高級語言等幾種。S7-200可編程控制器一般使用梯形圖、語句表和功能塊圖。 梯形圖是一種圖形語言，它任沿用了繼電器的觸點和線圈等符號。它是以繼電器控制系統(tǒng)的電器原理圖為基礎(chǔ)演變而來的，易于初學(xué)者使用，圖形表示易于理解，而且全世界通用。,8.3 可編程控制器的指令系統(tǒng),梯形圖編程實例,語句

53、表編程實例,功能塊圖編程實例,8.3 可編程控制器的指令系統(tǒng),可編程控制器的基本指令 觸點指令 輸出操作指令 邏輯操作指令 置位操作指令 復(fù)位操作指令 微分操作指令 串聯(lián)、并聯(lián)操作指令 定時器指令,,計數(shù)器指令 邏輯堆棧指令 比較操作指令 空操作指令 結(jié)束及暫停指令 警戒時鐘刷新指令 15跳轉(zhuǎn)和標(biāo)號指令 子程序指令 循環(huán)指令 順序控制繼電器指令,,2. 可編程控制器的功能指令 加法指令（ADD） 減法指令（SUBTRACT） 乘法指令 除法指令 自增/自減指令 數(shù)學(xué)函數(shù)指令,,3.邏輯運算指令 邏輯“與”運算指令（Logic And） 邏輯“或”運算指令（Logic Or） 邏輯“異或”運算指

54、令（Logic Exclusive Or） 取反指令（Logic Invert）,,4.傳送指令 數(shù)據(jù)傳送指令（Move） 數(shù)據(jù)塊傳送指令（Block Move） 傳送字節(jié)立即讀、寫指令（Move By Immediate） 字節(jié)交換指令（Swap Bytes）,,5.移位和循環(huán)移位指令 移位指令（Shift） 循環(huán)移位指令（Rotate） 寄存器移位指令（Shift Register）,,6.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令 BCD碼與整數(shù)的轉(zhuǎn)換 雙字整數(shù)與實數(shù)的轉(zhuǎn)換 雙整數(shù)與整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 字節(jié)與整數(shù)的轉(zhuǎn)換,,7.編碼和譯碼指令 1.編碼指令（Encode） 2.譯碼指令（Decode）,8.4 可編程控制

55、器的程序設(shè)計,緊密結(jié)合生產(chǎn)工藝 每個控制系統(tǒng)都是為了完成一定的生產(chǎn)過程控制而設(shè)計的。不同的生產(chǎn)工藝，具有不同的控制功能。哪怕是相同的生產(chǎn)過程，由于各設(shè)備的工藝參數(shù)都不一樣，控制實現(xiàn)的方式也就各不相同?？梢哉f各種控制邏輯、運算都是由生產(chǎn)工藝決定的，所以程序設(shè)計人員都必須嚴(yán)格遵守生產(chǎn)工藝的具體要求來設(shè)計應(yīng)用軟件。 熟悉控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 軟件系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)決定的，不同系列的硬件系統(tǒng)，不可能采用同一種語言進(jìn)行程序設(shè)計。即使相同的語言形式，其具體的指令也不一定相同。偶爾可以選擇同一系列的可編程控制器，但由于型號或系統(tǒng)配置的不同，也要有不同的應(yīng)用程序與之相對應(yīng)，所以程序設(shè)計人員不能拋開硬件結(jié)構(gòu)而單獨地

56、考慮軟件，而應(yīng)根據(jù)硬件系統(tǒng)而編制相應(yīng)的應(yīng)用程序。 具備計算機和自動化兩方面的知識 可編程控制器是以微處理器為核心的控制設(shè)備，無論是硬件還是軟件都離不開計算機技術(shù)，控制系統(tǒng)的許多知識也是從計算機技術(shù)衍變出來的；同時，控制功能的實現(xiàn)也離不開自動控制技術(shù)，所以，程序設(shè)計人員必須具備計算機和自動化控制兩方面的知識,8.4.1軟件設(shè)計的基本原則,設(shè)置了必要的參數(shù)后，對CPU外圍設(shè)備的管理由系統(tǒng)自動完成。程序設(shè)計一般只需要考慮用戶程序的設(shè)計。 要對輸入/輸出信號做統(tǒng)一操作，確定各個信號在一個掃描周期內(nèi)的唯一狀態(tài)，避免由同一個信號因狀態(tài)的不同而引起的邏輯混亂。 由于CPU在每個周期內(nèi)都固定進(jìn)行某些窗口服務(wù)，

57、占用一定的機器時間，所以周期時間不能無限制的縮短。 定時器的時間設(shè)定值不能小于周期掃描時間，并且在定時器時間設(shè)定值不是平均周期時間的整數(shù)倍時，可能會帶來定時誤差。 用戶程序中如果多次對同一個參數(shù)進(jìn)行賦值，則只有最后一次操作有效，前幾次操作不影響實際輸出。,8.4.2軟件設(shè)計的基本內(nèi)容,參數(shù)表的定義 程序框圖的繪制 程序清單的編制 程序說明書的編寫,8.4.3 簡單程序編制,1.閃爍電路,閃爍電路的編程,,2.報警電路,,3.啟動保持和停止電路,,4.延時通斷電路,,5.脈沖寬度可控制電路,,6.長定時電路,8.5 本章小結(jié),PLC是一種專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計的電子系統(tǒng)，它主要由微處理器、輸入/

58、輸出單元、存儲器及各種接口組成，各部分之間通過總線連成一個整體。 PLC采用循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作，整個過程分為五個階段進(jìn)行，即自診斷、與編程器的通信、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。各個階段完成不同的任務(wù)，周而復(fù)始的直至停機。 通過本章的學(xué)習(xí)要初步熟悉PLC的原理及編程過程，學(xué)會自己編制程序控制PLC的動作，本章以西門子S7-200系列的PLC編程為實例講解，生動形象，在學(xué)習(xí)過程中要學(xué)會自己思考PLC的控制。,第9章 直流調(diào)速系統(tǒng),知識點： 調(diào)速的定義與性能指標(biāo) 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 脈寬直流調(diào)速系統(tǒng) 本章導(dǎo)讀： 本章從調(diào)速的定義出發(fā)，介紹了直流電動機的

59、調(diào)速問題。對常用的直流調(diào)速方法，如單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、可逆直流調(diào)速系統(tǒng)、脈寬直流調(diào)速系統(tǒng)等進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并著重講解了常見的幾種調(diào)速系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)。,9.1概 述,調(diào)速是機床的重要性能之一，多數(shù)機床都要求選擇最經(jīng)濟(jì)的切削速度，以保證獲得最大的效益。電力拖動系統(tǒng)必須具有調(diào)速的控制功能。,9.1.1 調(diào)速的定義,調(diào)速是指人為的改變電動機的轉(zhuǎn)速，以滿足機床不同的工作轉(zhuǎn)速要求。通過改變電動機的參數(shù)或電源電壓等方法來改變電動機的機械特性，從而改變與負(fù)載機械特性的交點，使得電動機的轉(zhuǎn)速改變。 調(diào)速系統(tǒng)一般采用以下幾種： 機械有級調(diào)速：在這種調(diào)速系統(tǒng)中，電動機采用不調(diào)速的鼠籠異步電動

60、機，而速度的調(diào)節(jié)是通過改變齒輪箱的傳動比來實現(xiàn)的。 電器機械有級調(diào)速：用多速鼠籠異步電動機代替不能調(diào)速的鼠籠異步電動機，簡化了機械傳動機構(gòu)。 電器無級調(diào)速：通過直接改變電動機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)工作機構(gòu)轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)的拖動系統(tǒng)。此時，傳動機構(gòu)的變速箱改為減速箱。目前無級調(diào)速系統(tǒng)以閉環(huán)自動控制系統(tǒng)居主流。直流電機用直流調(diào)速器控制，如西門子的6RA70等，交流電機用變頻器控制，如西門子的MM440等。這種系統(tǒng)具有調(diào)速范圍寬、可實現(xiàn)平滑調(diào)速、精度高、控制靈活等優(yōu)點。,,調(diào)速系統(tǒng)的性能是評價機床性能的重要指標(biāo)，常用下列指標(biāo)來評價機床調(diào)速系統(tǒng)的性能。 調(diào)速范圍 調(diào)速的平滑性 靜差度 動態(tài)性能 經(jīng)濟(jì)性,9.1.2直

61、流電動機的調(diào)速,,他勵直流電動機的電路原理圖,9.2 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)就是指只有一個轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，其基本特征如下： 應(yīng)用比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)有靜差 抵抗擾動與服從給定輸入 系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋精度,,,有靜差系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,,,單閉環(huán)無靜差系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,9.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),,雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),9.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),,雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,,,雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,,系統(tǒng)的動態(tài)性能 動態(tài)跟隨性能：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在啟動和升速過程中，能夠在電動機允許的過載能力下，電流為恒定值，加速啟動和上升過程，

62、表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性能。 動態(tài)抗擾性能：一是靠速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動作用，以解決突加（減）負(fù)載而引起的動態(tài)轉(zhuǎn)速降（升）的問題；二是通過電流反饋抗電網(wǎng)電壓擾動。 轉(zhuǎn)速超調(diào)抑制：在速度調(diào)節(jié)器上引入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，可使電動機比轉(zhuǎn)速提前動作，從而改善系統(tǒng)的過渡過程質(zhì)量，抑制轉(zhuǎn)速超調(diào)。,9.4 可逆直流調(diào)速系統(tǒng),采用兩組晶閘管反并聯(lián)或交叉聯(lián)接是可逆系統(tǒng)中比較典型的電路，它解決了電動機頻繁正反轉(zhuǎn)運行和回饋制動中電能的回饋通道，但是必須解決環(huán)流問題。環(huán)流是指不流過電動機或其他負(fù)載，而直接在兩組晶閘管之間的短路電流。 環(huán)流可以分為兩大類： 靜態(tài)環(huán)流：當(dāng)可逆電路在一定的觸發(fā)下穩(wěn)定工作時，出現(xiàn)的環(huán)流，

63、可分為瞬時脈動環(huán)流和直流平均環(huán)流。 動態(tài)環(huán)流：穩(wěn)態(tài)運行時并不存在，只在系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。,,,,配合控制的可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖,9.5直流脈寬調(diào)速系統(tǒng),,PWM調(diào)速示意圖,,,直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理框圖,,,脈寬調(diào)制器電路,9.6 本章小結(jié),本章介紹了直流調(diào)速的概念以及性能指標(biāo)，對幾種常用方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，系統(tǒng)的講述了直流電動機的調(diào)速問題。在學(xué)習(xí)時應(yīng)把握調(diào)速這條主線，比較各調(diào)速系統(tǒng)的相同點以及之間的差別。熟悉以后，能應(yīng)用到具體的實踐中.,第10章 交流調(diào)速系統(tǒng),知識點： 變頻調(diào)速 變頻器工作原理及分類 異步電動機變頻調(diào)速 交流伺服電動機驅(qū)動模塊 本章導(dǎo)讀： 本章從變頻調(diào)速的基本概

64、念出發(fā)，研究了交流變頻調(diào)速的基本原則。著重闡述了交流變頻器的原理及其分類，介紹了異步電動機的幾種變頻調(diào)速方法，最后簡單介紹交流伺服電動機的驅(qū)動模塊及其應(yīng)用。 雖然直流電力拖動系統(tǒng)具有較好的技術(shù)性能，但是直流電機在單機容量、電壓等級、轉(zhuǎn)速等方面都不如交流電機，而且價格昂貴、維修復(fù)雜，不能用于復(fù)雜的工作環(huán)境。目前電能的產(chǎn)生和傳輸大多采用交流電能，而且交流電機各方面性能幾乎都優(yōu)于直流電機，所以采用交流拖動和研究交流調(diào)速具有很大的現(xiàn)實意義。,10.1 變頻調(diào)速原則及其機械特性,變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。在調(diào)速過程中從高速到低速都可以保持有限的的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效率、寬

65、范圍和高精度的調(diào)速性能，是異步電動機的一種比較合理和理想的調(diào)速方法。,,,,由于電機設(shè)計時，電機的磁通常處于接近飽和值，如果進(jìn)一步增大磁通，將使電機鐵心出現(xiàn)飽和，從而導(dǎo)致電機中流過很大的勵磁電流，增加電機的銅損耗和鐵損耗，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機。因此，在改變電機頻率時，應(yīng)對電機的電壓進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以維持電機磁通的恒定。,10.2 變頻器工作原理及應(yīng)用,變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電的變換器，是異步電動機變頻調(diào)速的控制裝置。 變頻器的組成 整流器 逆變器 中間直流環(huán)節(jié) 控制電路,,,三相電壓型逆變器的基本電路,10.2.1 變頻器工作原理,首先將單相或

66、三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時進(jìn)行輸出電壓和頻率的控制，最終滿足變頻調(diào)速對 協(xié)調(diào)控制的要求。,,,10.2.2 變頻器分類,1.從變頻器主電路的結(jié)構(gòu)形式上可分為交-直-交變頻器和交-交變頻器 2.從變頻電源的性質(zhì)上看，可分為電壓型變頻器和電流型變頻器 3.交-直-交變頻器根據(jù)VVVF調(diào)制技術(shù)不同，分為PAM和PWM兩種。 4.按用途來分 按用途來分可分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器三種 5.按控制方式分類,10.2.3 變頻器參數(shù),加減速時間 轉(zhuǎn)矩提升 電子熱過載保護(hù) 頻率限制 偏置頻率 頻率設(shè)定信號增益 轉(zhuǎn)矩限制 加減速模式選擇 轉(zhuǎn)矩矢量控制 節(jié)能控制,10.3異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng),異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速平滑性能好、機械特性較硬的優(yōu)點，可以方便的實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，整個調(diào)速特性與直流電動機調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速十分相似，并可與直流調(diào)速相比