电气控制技术

电气控制技术第1页/共183页绪论第一章常用低压控制电器第二章基本控制线路第三章电气控制线路设计基础第四章典型机床控制线路分析第五章可编程控制器的基础知识第六章三菱FX-2N可编程控制器第2页/共183页一、本课程的性质与任务

本课程是一门实用性很强的专业课。主要内容是以电动机或其他执行电器为控制对象，介绍继电接触器控制系统的工作原理、典型机械的电气控制线路、电气控制技术电气控制系统的设计方法以及可编程序控制器的基本知识。目前，根据中国当前的情况，继电接触器控制系统仍然是工厂设备最常用的电气控制方式，而且，低压电器正向小型化、长寿命发展，出现了功能多样的电子式电器，使继电接触器控制系统性能不断提高。因此，继电接触器控制在今后的电气控制技术中仍然占有相当重要的地位。本课程的培养目标是培养学生电器工程应用能力，要求如下：（1）熟悉常用控制电器的结构、原理、用途，具有合理选择、使用主要控制电器的能力。（2）熟悉掌握继电接触器控制线路的基本环节，具有阅读和分析继电接触器构成的电气控制线路原理图的能力。（3）能基本根据生产过程和控制要求进行系统设计。（4）熟悉典型设备的电气控制系统，具有从事电气设备安装、调试、维修及管理的基本知识。绪论第3页/共183页二、电气控制技术的发展概况1、机床电力拖动系统的发展概况

机床是由电动机拖动运行的，这种拖动方式叫电力拖动。电力拖动有直流拖动和交流拖动。电力拖动系统发展的三个阶段：（1）成组拖动（2）单机拖动（3）多机拖动2、机床电气控制系统的发展概况

电气控制系统伴随着控制器件的发展而发展。主要表现为：在控制方法上，从手动控制发展到自动控制；在控制功能上，从单一功能发展到多种功能；在实际操作上从紧张繁重到轻松自如。

电气控制系统发展的四个阶段：（1）继电器—接触器控制系统（2）连续控制系统及自动控制系统（3）可编程序控制器（4）计算机数字控制系统第4页/共183页第一章常用低压控制电器第5页/共183页第一节概述第二节接触器第三节继电器第四节其他常用电器第6页/共183页第一节概述电器的种类：

按工作电压分为高压电器和低压电器。按用途分为配电电器与控制电器。按动作方式分为自动切换电器和非自动切换电器。按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器。电器的组成：

由检测部分（电磁机构）与执行部分（触头系统）组成。检测部分的作用：接受外界信号并进行物理量的转换、放大。执行部分的作用：根据检测部分的输出执行相应的动作，从而接通或分断线路，实现控制的目的。电器的定义：

电器是根据外界信号（机械力、电动力和其它物理量）自动或手动接通和断开电路,实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气元件或设备。第7页/共183页

吸引线圈的作用：将电能转换成磁能，即产生磁通，衔铁在电磁吸力作用下产生机械位移使铁心吸合。铁心衔铁线圈问题1如何区分直流线圈和交流线圈？问题2如何区分并联线圈和串联线圈？

电磁机构结构图一.电磁机构

电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁组成。如下图所示。第8页/共183页交流电磁机构上短路环的作用交流电磁铁的短路环1—衔铁2—铁心3—线圈4—短路环第9页/共183页二.触头系统

触头是电器的执行机构，在衔铁的带动下起接通和分断电路的作用。

触头主要有两种结构形式：桥式触头和指形触头。其结构形式为：1.触头的结构形式桥式触头指形触头触头的接触方式一般有3种：点接触、线接触、面接触。2.触头的接触方式第10页/共183页3.灭弧原理及装置

电弧：触头在通电状态下动，静触头脱离接触时，由于电场的存在，使触头表面的自由电子大量溢出而产生电弧。电弧的存在既烧损触头金属表面，降低电器的寿命，又延长了电路的分断时间，所以必须迅速消除。常用的灭弧方法：

1）迅速增大电弧长度。

2）冷却。第11页/共183页

接触器是一种用来频繁地接通和断开(交、直流)负荷电流的电磁式自动切换电器，主要用于控制电动机、电焊机、电容器组等设备，具有低压释放的保护功能，适用于频繁操作和远距离控制。一、接触器的结构及工作原理1.交流接触器的结构

交流接触器主要由电磁机构、触点系统、灭弧装置和其他辅助部件四大部分组成。结构示意图如下图所示。1—动触头2—静触头3—衔铁4—弹簧5—线圈6—铁心7—垫毡8—触头弹簧9—灭弧罩10—触头压力弹簧第二节接触器第12页/共183页2.交流接触器的工作原理

线圈得电后，在铁心中产生磁通及电磁吸力，衔铁在电磁吸力的作用下吸向铁心，同时带动动触头移动，使常闭触头打开，常开触头闭合。当线圈失电或线圈两端电压显著降低时，电磁吸力小于弹簧反力，使得衔铁释放，触头机构复位，断开电路或解除互锁。3.接触器的符号在绘制电路图时同一电器必须使用同一文字符号。注意(a)线圈(b)主触常开、常闭触点(c)辅助常开、常闭触点

接触器的符号第13页/共183页

继电器是一种根据某种输入信号的变化来接通或断开控制电路，实现自动控制和保护的电器。其输入量可以是电压、电流等电气量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电气量。一、电磁式继电器

电磁式继电器结构和工作原理与接触器大体相同，也由铁心、衔铁、线圈、复位弹簧和触点等部分组成。典型结构如下图所示。1—底座2—反力弹簧3、4—调节螺钉5—非磁性垫片6—衔铁7—铁心8—极靴9—电磁线圈10—触点系统第三节继电器第14页/共183页电磁式继电器的种类：1.电磁式电流继电器：触点的动作与线圈的电流大小有关的继电器称为电流继电器，可分为过电流继电器和欠电流继电器。2.电磁式电压继电器：触点的动作与线圈的电压大小有关的继电器称为电压继电器，可分为过电压继电器和欠电压继电器。又分为过电压继电器和欠电压继电器。3.电磁式中间继电器：中间继电器的吸引线圈属于电压线圈，但它的触点数量较多(一般有4对常开、4对常闭)，触点容量较大(额定电流为5A～10A)，且动作灵敏。其主要用途是当其他继电器的触点数量或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大触点容量(触点并联)或触点数量，起到中间转换的作用。电磁式继电器符号：第15页/共183页二、时间继电器

在敏感元器件获得信号后，执行器件要延迟一段时间才动作的继电器叫做时间继电器。

时间继电器可分为通电延时型和断电延时型。通电延时型当有输入信号后，延迟一定时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出信号瞬时复原。断电延时型当有输入信号时，瞬时产生相应的输出信号；当输入信号消失后，延迟一定时间，输出信号才复原。1.时间继电器的结构(a)通电延时型(b)断电延时型第16页/共183页2.时间继电器的符号线圈一般符号通电延时闭合常开触点通电延时断开常闭触点断电延时断开常开触点断电延时闭合常闭触点三、热继电器1.热继电器的作用

利用热继电器对连续运行的电动机实施过载及断相保护，可防止因过热而损坏电动机的绝缘材料。注意

由于热继电器中发热元件有热惯性，在电路中不能作瞬时过载保护，更不能作短路保护。第17页/共183页2.热继电器的结构主要由热元件、双金属片和触点3部分组成。1—双金属片固定支点2—双金属片3—发热元件4—导板5—补偿双金属片6—常闭触点7—常开触点8—复位调节9—动触点10—复位按钮11—调节旋钮12—支撑13—压簧14—推杆3.热继电器符号KRKRKR第18页/共183页四、速度继电器

速度继电器是利用速度原则对电动机进行控制的自动电器，常用作笼型异步电动机的反接制动，所以有时也称为反接制动继电器。1.速度继电器的结构及工作原理

速度继电器由定子、转子和触点三部分组成，结构原理图如下：1—转轴2—转子3—定子4—线圈5—摆锤6、7—静触点8、9—簧片

一般速度继电器的动作速度为120r/min，触点的复位速度在100r/min以下，转速在3000r/min～3600r/min能可靠地工作，允许操作频率不超过30次/h。注意第19页/共183页2.速度继电器符号

速度继电器主要根据电动机的额定转速来选择。使用时，速度继电器的转轴应与电动机同轴连接，安装接线时，正反向的触点不能接错，否则不能起到反接制动时接通和断开反向电源的作用。要点：第20页/共183页一、低压开关

低压开关主要用于低压配电系统及电气控制系统中，对电路和电器设备进行不频繁地通断、转换电源或负载控制，有的还可用作小容量笼型异步电动机的直接起动控制。种类主要有刀开关、组合开关、转换开关等。下图为低压开关的图形及文字符号：(a)单极(b)双极(c)三极问题低压开关应如何安装？第四节其他常用电器第21页/共183页二、低压断路器

低压断路器又称自动空气开关，可用来分配电能、不频繁地起动异步电动机、保护电动机及电源等，具有过载、短路、欠电压等保护功能。结构及工作原理：1—热脱扣器的整定按钮2—手动脱扣按钮3—脱扣弹簧4—手动合闸机构5—合闸联杆6—热脱扣器7—锁钩8—电磁脱扣器9—脱扣联杆10、11—动、静触点12、13—弹簧14—发热元件15—电磁脱扣弹簧16—调节按钮

发生断、短路事故的动作后，应立即对触点进行清理，检查有无熔坏，清除金属熔粒、粉尘等，特别要把散落在绝缘体上的金属粉尘清除干净。注意第22页/共183页三、熔断器

熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器。主要用作电路或用电设备的短路保护，对严重过载也可起到保护作用。1.熔断器的结构类型瓷插式熔断器螺旋式熔断器1—动触点2—熔丝3—瓷盖4—静触点5—瓷底1—上接线柱2—瓷底3—下接线柱4—瓷套5—熔芯6—瓷帽第23页/共183页2.熔断器的符号及安秒特性问题1热继电器能否作熔断器使用？熔断器能否作热继电器使用？问题2熔断器和低压断路器的优缺点？第24页/共183页四、主令电器

主令电器是在自动控制系统中发出指令或信号的电器，用来控制接触器、继电器或其他电器线圈，使电路接通或断开，以达到控制生产机械的目的。1.控制按钮1—按钮帽2—复位弹簧3—动触点4—常开触点的静触点5—常闭触点的静触点6、7—触点接线柱1）结构第25页/共183页2）符号2.行程开关1）结构直动式行程开关滚轮式行程开关微动行程开关第26页/共183页2）符号3.接近开关1）接近开关的框图第27页/共183页2）接近开关的实际电路符号同行程开关back第28页/共183页第二章基本控制线路第29页/共183页第一节电气控制线路的绘制第二节基本电气控制线路第三节异步电动机降压起动控制线路第四节异步电动机制动控制线路

第五节双速异步电动机调速控制线路

第六节位置控制电路

第30页/共183页

电气控制线路是由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等组成的控制线路。为了表达设备电气控制系统的组成结构，工作原理及安装、调试、维修等技术要求，需要用统一的工程语言即用工程图的形式来表达，这种工程图即是电气图。

常用于机械设备的电气工程图有3种：电路原理图、接线图、元器件布置图。电气工程图是根据国家电气制图标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画法绘制而成的。一、电气原理图的绘制原则电路图应有两种：一种是电气原理图，另一种是电气安装接线图。

电气原理图是根据电气动作原理绘制的，用来表示电气的动作原理，用于分析动作原理和排除故障，而不考虑电气设备的电气元器件的实际结构和安装情况。

电气安装接线图也叫电气装配图，它是根据电气设备和电气元器件的实际结构、安装情况绘制的，用来表示接线方式、电气设备和电气元器件的位置、接线场所的形状和尺寸等。第一节电气控制线路的绘制第31页/共183页1.电气原理图绘制

电气原理图一般分主电路和控制电路两部分。主电路是设备的驱动电路，在控制电路的控制下，根据控制要求由电源向用电设备供电。主电路通常用粗实线画在图样的左侧(或上方)。控制和辅助电路一般用细实线画在图样的右侧(或下方)。控制电路、辅助电路要分开画。2.元器件绘制和器件状态

电气原理图中的所有电气元器件不画出实际外形图，而采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。

电气原理图中的器件状态(1)继电器和接触器的线圈处在非激励状态。(2)断路器和隔离开关在断开位置。(3)零位操作的手动控制开关在零位状态。(4)机械操作开关和按钮在非工作状态或不受力状态。(5)保护类元器件处在设备正常工作状态。第32页/共183页举例：某机床电控系统电路图第33页/共183页一、异步电动机单向直接起动控制线路1.工作原理2.保护环节(1)短路保护(2)过载保护(3)失压和欠压保护第二节基本电气控制线路第34页/共183页二、多地点与多条件控制线路两地控制线路两个条件控制线路第35页/共183页三、点动控制

所谓点动，指按下起动按钮，电动机转动；松开按钮，电动机停止运动。与之对应的，若松开按钮后能使电动机连续工作，则称为长动。(a)(b)(c)(d)第36页/共183页四、三相异步电动机的正反转控制线路1.“正—停—反”控制第37页/共183页2.“正—反—停”控制只用按钮进行联锁，而不用接触器常闭触点之间的联锁，情况会怎样？问题第38页/共183页五、顺序控制线路

具有多台电动机拖动的机械设备，在操作时为了保证设备的运行和工艺过程的顺利进行，对电动机的起动、停止，必须按一定顺序来控制，这就称为电动机的顺序控制。BACK第39页/共183页

容量大于10kW的笼型异步电动机直接起动时，起动冲击电流为额定值的4～7倍，故一般均需采用相应措施降低电压，即减小与电压成正比的电枢电流，从而在电路中不至于产生过大的电压降。一、定子串电阻降压起动控制电路问题此电路的缺点为何？第三节异步电动机降压起动控制线路第40页/共183页改进后的电路第41页/共183页二、星形—三角形降压起动控制电路

采用星形—三角形的降压起动方式可达到限制起动电流的目的。起动时，定子绕组首先联结成星形，待转速上升到接近额定转速时，将星形联换结成三角形，电动机便进入全压正常运行状态。第42页/共183页三、自耦变压器降压起动控制电路

电动机起动的时候，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压。一旦起动结束，自耦变压器便被切除，额定电压通过接触器直接加于定子绕组，电动机进入全压运行的正常工作。第43页/共183页三种降压起动方式优缺点：1、串起动电阻起动的优点：控制线路结构简单、成本低、动作可靠、提高了功率因素、有利于保证电网质量。缺点：起动电流随定子电压成正比下降，而起动转矩则按电压下降比例的平方倍下降。同时，每次起动都要消耗大量的电能。适用场合：要求起动平稳的中小容量电动机以及起动不频繁的场合。2、自耦变压器起动的优点：起动电流与起动转矩的比值按变比平方倍降低。在获得同样起动转矩的情况下，采用自耦变压器降压起动从电网获取的电流，比采用电阻降压起动要小得多，对电网电流冲击小，功率损耗小。缺点：自耦变压器价格较贵，相对电阻结构复杂，体积庞大，且是按照非连续工作制设计制造的，不允许频繁操作。3、Y-△起动的优点：定子绕组星形接法时，起动电压为直接采用三角形接法时的1/√3，起动电流为1/3，因而起动电流特性好，线路较简单，投资少。缺点：起动转矩也相应下降为三角形接法的1/3，转矩特性差。本线路适合轻载或空载的场合。BACK第44页/共183页

为提高生产效率及准确停位，要求电动机能迅速停车，对电动机进行制动控制。一、反接制动控制线路

反接制动控制的工作原理：改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序，使定子绕组产生方向相反的旋转磁场，从而产生制动转矩，实现制动。反接制动要求在电动机转速接近零时及时切断反相序的电源，以防止电动机反向起动。问题此电路的缺点何在？第四节异步电动机制动控制线路第45页/共183页改进后的电路第46页/共183页二、能耗制动控制线路

能耗制动控制的工作原理：在三相电动机停车切断三相交流电源的同时，将一直流电源引入定子绕组，产生静止磁场。电动机转子由于惯性仍沿原方向转动，则转子在静止磁场中切割磁力线，产生一个与惯性转动方向相反的电磁转矩，实现对转子的制动。1.单向运行能耗制动控制线路1)按时间原则控制线路。第47页/共183页2)按速度原则控制线路

反接制动优点：制动效果好，其缺点是能量损耗大，在制动过程中有冲击，对转动部件有害，故用于不太经常起制动的设备。

能耗制动优点：能量损耗少，在制动时磁场静止不动，不会产生有害的反转，制动停车准确，制动过程平稳。缺点是需要整流电路，制动速度也较反接制动慢些。所以，能耗制动适用于电动机容量较大，要求制动平稳和起动频繁的场合。两种制动方式优缺点的比较：BACK第48页/共183页

电动机的转速与电动机的磁极对数有关，改变电动机的磁极对数即可改变其转速。双速异步电动机调速控制线路(a)控制电路由复合按钮第五节双速异步电动机调速控制线路BACK第49页/共183页

自动往复循环控制是利用行程开关按机床运动部件的位置或部件的位置变化来进行的控制，通常称为行程控制。(a)工作台行程示意图(b)自动循环控制线路图第六节位置控制电路BACK第50页/共183页第三章电气控制线路设计基础第51页/共183页第一节电气控制设计的主要内容第二节电力拖动方案的确定、电动机的选择第三节电气控制方案的确定及控制方式的选择第四节电气设计的一般原则第五节保护环节第六节电气控制系统的一般设计方法第52页/共183页一、电气控制线路设计的基本要求(1)熟悉所设计设备电气线路的总体技术要求及工作过程，取得电气设计的基本依据，最大限度地满足生产机械和工艺对电气控制的要求。(2)优化设计方案、妥善处理机械与电气的关系，通过技术经济分析，选用性能价格比最佳的电气设计方案。在满足要求的前提下，设计出简单合理、技术先进、工作可靠、维修方便的电路。(3)正确合理地选用电气元器件，尽可能减少元器件的品种和规格，降低生产成本。(4)设计中贯彻最新的国家标准。第一节电气控制设计的主要内容第53页/共183页(1)拟定电气设计技术任务书。(2)提出电气控制原理性方案及总体框图(电控装置设计预期达到的主要技术指标、各种设计方案技术性能比较及实施可能性)。(3)编写系统参数计算书。(4)绘制电气原理图(总图及分图)。(5)选择整个系统的电气元器件，提出专用元器件的技术指标并给出元器件明细表。(6)绘制电控装置总装、部件、组件、单元装配图(元器件布置安装图)和接线图。(7)标准构件选用与非标准构件设计(包括电控箱[柜]的结构与尺寸、散热器、导线、支架等)。(8)绘制装置布置图、出线端子图和设备接线图。(9)编写操作使用、维护说明书。二、电气控制系统设计的基本内容第54页/共183页三、电气控制设备的设计步骤1.初步设计

初步设计是研究系统和电气控制装置的组成，拟订设计任务书并寻求最佳控制方案的初步阶段，以取得技术设计的依据。2.技术设计

在通过初步设计的基础上，技术设计需要完成的一些技术上的任务。3.产品设计

产品设计是根据初步设计和技术设计最终完成的电气控制系统设备的工作图样。第55页/共183页一、确定拖动方式1.单独拖动单独拖动就是一台设备只由一台电动机拖动。2.分立拖动通过机械传动链将动力传送到达每个工作机构，一台设备由多台电动机分别驱动各个工作机构。二、确定调速方案

不同的对象有不同的调速要求。为了达到一定的调速范围，可采用齿轮变速箱、液压调速装置、双速或多速电动机以及电气的无级调速传动方案。无级调速有直流调压调速、交流调压调速和变频变压调速。第二节电力拖动方案的确定、电动机的选择第56页/共183页2.电动机起动、制动和反向要求一般说来，由电动机完成设备的起动、制动和反向要比机械方法简单容易。因此，机电设备主轴的起动、停止、正反转运动调整操作，只要条件允许最好由电动机完成。1.电动机的选择电动机的选择包括电动机的种类、结构形式、额定转速和额定功率。三、电动机的选择及起动、制动和反向要求第57页/共183页一、电气控制方案的可靠性

一个系统或产品的质量，一般包括技术性能指标和可靠性指标，设计的可靠性就是使一个系统或产品设计满足可靠性指标。二、电气控制方案的确定

控制方案应与通用性和专用性的程序相适应。

电力传动方案确定之后，传动电动机的类型、数量及其控制要求就基本确定了。采用什么方法去实现这些控制要求就是控制方式的选择问题。也就是说，在考虑拖动方案时，实际上对电气控制的方案也同时进行了考虑，因为这两者具有密切的关系。第三节电气控制方案的确定及控制方式的选择第58页/共183页一、应最大限度地实现生产机械和工艺的要求二、控制线路应简单经济1.控制线路应标准。尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的线路和环节。2.控制线路应简短。举例第四节电气设计的一般原则第59页/共183页3.减少不必要的触点以简化线路。第60页/共183页4.节约电能。星—三角降压起动控制线路第61页/共183页三、保证控制线路工作的可靠和安全1.正确连接电器的线圈(a)不合理连接(b)合理连接2.应尽量避免电器依次动作的现象(a)不合理接线(b)合理接线第62页/共183页3.避免出现寄生电路4.避免发生触点“竞争”与“冒险”现象第63页/共183页

电气控制系统除了能满足生产机械的加工工艺要求外，要想长期地正常地无故障地运行，还必须有各种保护措施。一、短路保护

常用的短路保护元器件有熔断器和自动空气开关。二、过载保护常用的过载保护器件是热继电器。三、过流保护过流保护常用电磁式过电流继电器实现。四、零电压与欠电压保护

一般常用零压保护继电器和欠电压继电器实现零压保护和欠压保护。第五节保护环节第64页/共183页举例：

下图所示是电动机常用保护电路，指出各电气元器件所起的保护作用。第65页/共183页举例：

现要设计一个龙门刨床的横梁升降控制系统。在龙门刨床(或立车)上装有横梁机构，刀架装在横梁上，用来加工工件。由于加工工件位置高低不同，要求横梁能沿立柱上下移动，而在加工过程中，横梁又需要夹紧在立柱上，不允许松动。因此，横梁机构对电气控制系统提出了如下要求：(1)保证横梁能上下移动，夹紧机构能实现横梁的夹紧或放松。(2)横梁夹紧与横梁移动之间必须有一定的操作程序。当横梁上下移动时，应能自动按照“放松横梁→横梁上下移动→夹紧横梁→夹紧电动机自动停止运动”的顺序动作。(3)横梁在上升与下降时应有限位保护。(4)横梁夹紧与横梁移动之间及正反向运动之间应有必要的联锁。第六节电气控制系统的一般设计方法第66页/共183页电气控制线路设计步骤：1.设计主电路

根据工艺要求可知，横梁移动和横梁夹紧需用两台异步电动机(横梁升降电动机M1和夹紧放松电动机M2)拖动。为了保证实现上下移动和夹紧放松的要求，电动机必须能实现正反转，因此需要四个接触器KM1、KM2、KM3、KM4分别控制两个电动机的正反转。那么，主电路就是两台电动机的正反转电路。2.设计基本控制电路4个接触器具有4个控制线圈，由于只能用两个点动按钮去控制上下移动和放松夹紧两个运动。按钮的触点不够，因此需要通过两个中间继电器KA1和KA2进行控制。根据上述要求，可以设计出下图所示的控制电路，但它还不能实现在横梁放松后自动向上或向下移动，也不能在横梁夹紧后使夹紧电动机自动停止。为了实现这两个自动控制要求，还需要做相应地改进，这需要恰当地选择控制过程中的变化参量来实现。第67页/共183页控制电路草图(a)主电路(b)控制电路横梁控制电路第68页/共183页3.选择控制参量、确定控制方案4.设计联锁保护环节完整的控制线路第69页/共183页第四章典型机床电气控制线路分析第70页/共183页第一节C650卧式车床的电气控制线路第二节摇臂钻床的电气控制线路第71页/共183页

在各种金属切削机床中，车床占的比重最大，应用也最广泛。在车床上能完成车削外圆、内孔、端面、切槽、切断、螺纹及成形表面等加工工序，还可以通过安装钻头或铰刀等进行钻孔、铰孔等项加工。车床的种类很多，有卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床等，生产中以普通卧式车床应用最普遍，数量最多。一、概述1.C650普通卧式车床的主要结构及运动形式1—进给箱2—挂轮箱3—主轴变速箱4—滑板与刀架5—溜板箱6－尾座7—丝杠8—光杠9—床身第一节C650卧式车床的电气控制线路第72页/共183页C650卧式车床属于中型车床，可加工的最大工件回转直径为1020mm，最大工件长度为3000mm，车床有3种运动形式：主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动，称为主运动；刀具与滑板一起随溜板箱实现进给运动；其他运动称为辅助运动。2.C650普通卧式车床的电力拖动要求与控制特点(1)车削加工近似于恒功率负载，主轴电动机M1通常选用笼型异步电动机，完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动。电动机采用直接起动的方式起动，可正反两个方向旋转，并可实现正反两个旋转方向的电气停车制动。为加工调整方便，还具有点动功能。(2)车削螺纹时，刀架移动与主轴旋转运动之间必须保持准确的比例关系，因此，车床主轴运动和进给运动只由一台电动机拖动，刀架移动由主轴箱通过机械传动链来实现。(3)为了提高生产效率、减轻工人劳动强度，拖板的快速移动由电动机M3单独拖动。根据使用需要，可随时手动控制起停。(4)车削加工中，为防止刀具和工件的温度过高、延长刀具使用寿命、提高加工质量，车床附有一台单方向旋转的冷却泵电动机M2，与主轴电动机实现顺序起停，也可单独操作。(5)必要的保护环节、联锁环节、照明和信号电路。第73页/共183页

电气控制线路分析的基本思路是“先机后电、先主后辅、化整为零、集零为整、统观全局、总结特点”。二、C650卧式车床的电气控制线路分析1.主电路分析C650卧式车床电气控制原理图第74页/共183页2.控制电路分析(1)主轴电动机正反向起动与点动控制。(2)主轴电动机反接制动控制电路。(3)刀架的快速移动和冷却泵电动机的控制。3.常见故障分析(1)主轴电动机不能起动。可能的原因：电源没有接通；热继电器已动作，其常闭触点尚未复位；起动按钮或停止按钮内的触点接触不良；交流接触器的线圈烧毁或接线脱落等。(2)按下起动按钮后，电动机发出嗡嗡声，不能起动。这是电动机的三相电源缺相造成的，可能原因：熔断器某一相熔丝烧断；接触器一对主触点没接触好；电动机接线某一处断线等。(3)按下停止按钮，主轴电动机不能停止。可能的原因：接触器触点熔焊、主触点被杂物阻卡；停止按钮常闭触点被阻卡。(4)主轴电动机不能点动。可能原因：点动按钮SB4其常开触点损坏或接线脱落。(5)主轴电动机不能进行反接制动。主要原因：速度继电器损坏或接线脱落；电阻R损坏或接线脱落。第75页/共183页

钻床可以进行多种形式的加工，如：钻孔、镗孔、铰孔及攻螺纹，因此要求钻床的主轴运动和进给运动有较宽的调速范围。一、概述1.Z3040摇臂钻床的主要结构与运动形式1—底座2—内立柱3—外立柱4—摇臂升降丝杠5—摇臂6—主轴箱7—主轴8—工作台第二节摇臂钻床的电气控制线路第76页/共183页2.Z3040摇臂钻床的电力拖动的要求与控制特点(1)为简化机床传动装置的结构采用多台电动机拖动。(2)主轴的旋转运动、纵向进给运动及其变速机构均在主轴箱内，由一台主电动机拖动。(3)为了适应多种加工方式的要求，主轴的旋转与进给运动均有较大的调速范围，由机械变速机构实现。(4)加工螺纹时，要求主轴能正、反向旋转，采用机械方法来实现。因此，主电动机只需单向旋转，可直接起动，不需要制动。(5)摇臂的升降由升降电动机拖动，要求电动机能正、反向旋转，采用笼型异步电动机。可直接起动，不需要调速和制动。(6)内外立柱、主轴箱与摇臂的夹紧与松开，是通过控制电动机的正、反转，带动液压泵送出不同流向的压力油，推动活塞、带动菱形块动作来实现。因此拖动液压泵的电动机要求正、反向旋转，采用点动控制。(7)主轴箱、立柱的夹紧与松开由一条油路控制，且同时动作。(8)根据加工需要，操作者可以手控操作冷却泵电动机单向旋转。(9)必要的联锁和保护环节。(10)机床安全照明及信号指示电路。第77页/共183页二、Z3040摇臂钻床的电气控制线路分析1.主电路分析Z3040摇臂钻床的电气控制线路原理图第78页/共183页2.控制电路分析(1)主轴电动机的控制。(2)摇臂升降的控制。(3)主轴箱、立柱松开与夹紧的控制。(4)冷却泵电动机M4的控制。(5)联锁、保护环节。第79页/共183页第五章可编程序控制器的基础知识第80页/共183页第一节可编程序控制器的组成结构第二节可编程序控制器的工作原理第三节可编程序控制器的编程语言第81页/共183页二、输入／输出模块一、组成结构第一节可编程序控制器的组成结构第82页/共183页第二节可编程序控制器的工作原理二、ＰＬＣ的输入／输出滞后现象一、扫描工作方式及工作过程第83页/共183页第三节可编程序控制器的编程语言第84页/共183页编程器打印机EPROM写入器上位计算机图形监控系统微处理器（CPU）运算器控制器电源输入单元输出单元存储器

EPROM(系统程序)

ＲＡＭ（用户程序）外设I/O接口I/O扩展接口I/O扩展接口用户输入设备用户输出设备主机PLC的硬件系统简化图第85页/共183页（１）直流输入模块１、开关量输入模块（２）交流输入模块第86页/共183页（3）输入接线方式汇点式输入接线

分隔式输入接线(b)交流模块(a)直流模块第87页/共183页2、开关量输出模块的基本原理晶体管输出可控硅输出可控硅输出（T）（S）（R）第88页/共183页1、工作方式

按分时原则顺序执行程序的各种操作的过程称为CPU对程序的扫描。执行一次扫描的时间称为扫描周期。2、工作过程第89页/共183页(a)梯形图(b)时序图程序执行过程中各元素的时序图第90页/共183页梯形图左母线右母线软元件导线逻辑行第91页/共183页梯形图语句表第92页/共183页第六章三菱FX-2N可编程控制器第93页/共183页第一节

三菱FX-2NPLC简介第二节FX－2N各种软元件的作用与功能第三节基本顺控指令及编程第四节定时器与计数器的编程第五节编程举例第六节FX系列PLC的步进指令及其编程第七节应用指令及其编程第94页/共183页

FX-2N系列PLC是由电源、CPU、存贮器和输入/输出器件组成的单元型可编程控制器，而且AC电流、DC输入型的内装DC24V电源作为传感器的辅助电源。功能强大，可进行逻辑控制、开关量控制、模拟量控制，并可进行各种各种功能运算、传送、变址寻址、移位等。第一节

三菱FX-2NPLC简介第95页/共183页一．型号名称体系与其种类举例：FX2N－48MRFX2N－32MSFX2N－8EYRFX2N－64MTFX2N－8EX第96页/共183页二．FX－2NPLC的主要特点1．系统配置灵活方便2．具有在线和离线编辑功能

3．高速处理功能

4．高级应用功能第97页/共183页back1）输入输出16~256点。2）内部随机存取存贮器（8000步）。电池后备、RAM。3）内部定时时钟（可与公历四位对应，还可进行闰年校正）。4）基本指令：27种步进阶梯指令：5种应用指令：128种三．产品概述：第98页/共183页二．辅助继电器的地址号、作用与功能三．状态继电器的地址符号、作用与功能四．定时器的地址号、作用与功能五．计数器的地址号、作用与功能

六．数据寄存器的地址号、作用与功能一．输入、输出继电器的地址号、作用与功能七.指针第二节FX－2N各种软元件的作用与功能第99页/共183页输入继电器等效电路要点：1、输入继电器是PLC与外部用户设备连接的接口，用来接受用户输入设备发来的输入信号。2、输入继电器编址区域标号为X，采用八进制编址并从X000开始。3、输入继电器只能由外部信号驱动，因此，它的线圈不能由内部的指令驱动，而其触点也不能直接去驱动外部负载。4、输入继电器有无数对常开触点和常闭触点供编程时使用。第100页/共183页输出继电器电路要点：1、输出继电器用于将程序运算的结果经过输出端送到用户输出设备。2、输出继电器编址区域标号为Y，采用八进制编址并从Y000开始。3、输出继电器的线圈由程序执行结果所驱动，每个输出继电器只有一个外部输出用的触点（三种输出方式）与PLC的输出端子相连，该外部触点用来直接驱动负载。4、每个输出继电器有无数对常开和常闭触点（称为内部触点）供编程使用。第101页/共183页

辅助继电器编址区域标号为M，采用十进制编址并从M000开始。它和输出继电器一样只能由程序驱动。它也有无数对常开和常闭触点，但只能在内部编程使用，不能去直接输出驱动外部负载。外部负载应由输出继电器驱动。辅助继电器分为普通型、停电型和特殊型三种。1、普通型辅助继电器特点：它们无断电保持功能，即当切断PLC的电源或对PLC进行复位时，普通型辅助继电器均断开。地址编号：M0~M499，共500点2、停电保持型辅助继电器

地址编号：M500~M3071，共2572点，其中M500~M1023（共524点）可通过参数设定变为非停电保持型（即普通型）。特点：这类辅助继电器在PLC运行中若突然发生停电，则保持停电前的状态；当电源恢复正常时，系统又继续停电前的控制；当清除锁存时，才将断电保持型辅助继电器断开。要点：第102页/共183页

保持型辅助继电器电路及其动作时序图在时序图中，没作特别说明时，其触点的时序均指常开触点。注意：举例：3、特殊型辅助继电器

地址编号：M8000~M8255，共256点。这些继电器各自具有特定的功能，可分成以下两类：1）触点利用型①M8000、M8001：运行监视继电器M8000、M8001的动作时序②M8002、M8003：初始脉冲继电器M8002、M8003的动作时序第103页/共183页③M8005：锂电池电压过低继电器M8005的用法④M8011~M8014：内部时钟脉冲M8011~10msM8012~100msM8013~1sM8014~1minM8012的动作时序内部时钟脉冲动作时序举例：第104页/共183页2）线圈驱动型②M8040：禁止状态转移③M8033：停止时保持输出继电器④M8030：电池灭灯⑤M8039：恒定扫描M8034的用法①M8034：全部输出禁止继电器第105页/共183页2.停电保持型状态继电器：

S500~S899400点3.信号报警器用状态继电器：

S900~S999100点1.普通型状态继电器：S0~S499500点其中：供初始状态使用（一般用双框表示）

S0~S910点供返回原点使用

S10~S1910点1）状态S是对工序步进型控制进行简易编程的重要软元件，与步进阶梯指令STL组合使用。在不用于步进阶梯指令时，状态S也和辅助继电器一样，可在一般的PLC中应用。2）状态S既可作信号报警器使用，也可用作外部故障诊断的输出。注意第106页/共183页定时器（T）：1、普通型定时器（100ms和10ms两种）（1）100ms（T0~T199200点）定时范围：0.1~3276.7s（2）10ms(T200~T24546点）定时范围：0.01~327.67s

相当于时间继电器，当定时器的线圈被驱动时，定时器以增计数方式对PLC内的时钟脉冲（1ms、10ms、100ms)进行累积计时，当计时的当前值与定时器的设定值相等时，其触点动作；当定时器的线圈失电时，其触点立即复位。100ms普通定时器的工作过程举例：第107页/共183页2、积算型定时器（1ms和100ms两种）1）1ms积算定时器

T246~T249共4点定时范围：0.001~32.767s2）100ms积算定时器

T250~T255共6点定时范围：0.001~32.767s1ms积算定时器的工作过程举例：第108页/共183页计数器（C）:1、内部计数器内部计数器是在执行扫描时对PLC内部元件的信号进行计数的计数器，其输入信号频率大约为几个扫描周期。（1）16位增计数器计数设定范围：1~32767（K）普通型共有100点，其地址编号为：C0~C99停电保持性也是100点，为：C100~C199

两种类型计数器的复位都是由指令来复位的，但当PLC电源切断时，前者的计数当前值立即被清除，其触点状态恢复；后者的计数当前值和触点的状态均被保持。注意16位增计数器的工作过程举例：第109页/共183页32位增/减计数器的工作过程举例：计数设定范围：-2147483648~+214748364（K）普通型共有20点，其地址编号为：C200~C219停电保持型有15点，为：C220~C234（2）32位增/减计数器2、高速计数器

高速计数器也是32位停电保持型增/减计数器，但它们只对特定的输入端子（X0~X5）的脉冲进行计数。高速计数器采用终端方式处理，与扫描周期无关。第110页/共183页（1）单相单计数输入高速计数器举例：

单相单输入高速计数器（2）单相双计数输入高速计数器错误的驱动方式单相双计数输入高速计数器第111页/共183页寄存器（D/V/Z）1、数据寄存器（D）（1）普通型数据寄存器D0~D199（200点)（2）停电保持型数据寄存器D200~D7999（7800点）（3）特殊型数据寄存器D8000~D8255（256点）2、变址寄存器（V、Z）

数据寄存器是PLC用来存储数值数据的软元件，用于存储模拟量控制、位置控制、数据I/O时的参数及工作数据。每个数据寄存器都是16位。

变址寄存器V和Z也是16位的数据寄存器，其地址编号为：V7~V0、Z7~Z0，共16点。第112页/共183页指针（P、I）1、分支用指针（P）编号：P0~P62，P64~P127，共127点指针：在执行PLC程序过程中，当某条件满足时，需要跳过一段不需要执行的程序，或者条用一个子程序，或者执行制定的中断程序，这时需要用一“操作标记”来标明所操作的程序段，这一“操作标记”就是指针。

指针P用于跳转指令

指针P用于子程序调用指令举例第113页/共183页2、中断指针（I）（1）输入中断用指针只接收来自特定的输入地址号（X000~X005）的输入信号而不受PLC扫描周期的影响。（2）定时器中断用指针

地址编号：I00□(X000)、I10□(X001)、I20□(X002)、I30□(X003)、I40□(X004)、I50□X005)共6点。例如：指针I100，表示输入X001从ONOFF变化时，执行标号I100之后的中断程序，并由IRET指令结束该中断程序。地址编号：I6□□、I7□□、I8□□，共3点。（3）高速计数器中断用指针

根据PLC内部的高速计数器的比较结果执行中断子程序，用于利用高速计数器优先处理计数结果的控制。

地址编号：I010、I020、I030、I040、I050、I060，共6点。用于在各制定的中断循环时间（10~99ms）执行中断子程序。第114页/共183页举例第115页/共183页一.LD/LDI、AND/ADI、OR/ORI、ANB/ORB、OUT指令二.LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令三.SET、RST指令四.PLS、PLF指令五.MPS、MRD、MPP指令六.MC、MCR指令七.INV反第三节基本顺控指令及编程第116页/共183页LD、LDI指令的编程

AND/ANI指令的编程第117页/共183页OR/ORI指令的编程

ANB/ORB指令的编程第118页/共183页(a)梯形图举例(b)指令表第119页/共183页LDP、ANDP、ORP指令LDF、ANDF、ORF指令第120页/共183页

SET和RST指令(a)梯形图及指令表(b)时序图第121页/共183页PLS与LDP指令比较(a)LDP指令(b)脉冲指令(PLS)(c)时序图PLS/PLF指令的用法(a)梯形图及指令表(b)时序图第122页/共183页MPS、MRD、MPP指令MPS：入栈指令MRD：读栈指令MPP：出栈指令堆栈器X0X0MPSX0MRDMPPX0第123页/共183页

MPS/MPP指令的应用举例（三层栈）

三层栈对应的连续输出方式第124页/共183页MC/MCR指令的用法X0X0X0X0X0X0X0X0X0X0原梯形图MC：主控指令MCR：主控结束指令第125页/共183页MC/MCR指令的嵌套结构第126页/共183页

多级嵌套在同一地方使用MCR指令第127页/共183页

INV指令的用法(a)梯形图及指令表；(b)时序图第128页/共183页一.接通延时断开延时定时器的编程二.计数器的编程三.定时范围和计数范围的扩展第四节定时器与计数器的编程第129页/共183页back

接通延时定时器(a)梯形图(b)时序图(c)指令表

断开延时定时器第130页/共183页LDX3LDX4LDC5RSTC5OUTC5K5OUTY2back第131页/共183页

定时器与定时器的串接使用

定时器与计数器的串接使用第132页/共183页

计数器与计数器的串接使用(a)梯形图；(b)时序图；(c)指令表back第133页/共183页一.脉冲发生器（也叫振荡器）二.利用脉冲发生器实现顺序控制三.对有限循环次数的顺序控制的编程四.利用定时器和计数器实现顺序控制五.通风机监视六.交通灯控制第五节编程举例back第134页/共183页(a)时序图(b)梯形图(a)时序图(b)梯形图＜“先断后通”的脉冲发生器“先通后断”的脉冲发生器第135页/共183页例题一：

两台电动机动作的时序图如下图所示。试用PLC实现其控制。解：＜第136页/共183页

运行状态相反的两台电机时序例题二：

两台电动机相互协调运转3次，其动作要求时序图如下图所示，试用PLC实现其控制。注意＜第137页/共183页三台电动机顺序控制的时序图例题三：

三台电动机顺序控制的时序图如下图所示。试用PLC实现其控制。

解：＜第138页/共183页例题四：

这类问题主要是输入输出的关系问题，应把风机的输出作为监控装置的输入来处理。要点

控制要求：用一台信号灯来监视三台风机的运行状态。当监视装置投入运行时，若两台以上风机运行，则信号灯常亮；若一台风机运行，则信号灯以0.5HZ的频率闪光；若一台风机也不运行，则信号灯以2HZ的频率闪光。试用PLC实现其控制。

解：＜第139页/共183页交通灯的动作过程图

十字路口的车行灯和人行灯的动作过程如下图所示。其中，车行道有红、黄、绿三种颜色的指示灯；人行道有红、绿两种颜色的指示灯（下图所示即为各交通灯在一个周期内的动作情况）。例题五：交通灯控制第140页/共183页

交通灯控制的梯形图＜第141页/共183页第六节FX系列PLC的步进指令及其编程一、步进控制及状态转移图二、步进梯形图和步进指令三、步进指令的编程要点四、多流程步进控制五、控制实例第142页/共183页机械手动作示意图第143页/共183页转移条件开始状态状态1驱动负载转到下一状态S0S20状态转移图绘制规则步进控制是指在多工步的控制中，按照一定的顺序分步动作，即上一动作结束后，下一动作才开始。第144页/共183页机械手状态转移图第145页/共183页对步进控制进行编程时需要两步：第一步：根据工艺流程画出状态转移图第二步：根据状态转移图画出步进梯形图，并写出指令表。步进梯形图的画法：SETS0SETS20S20S0S0S20步进指令：STL步进返回指令：RET步进指令只可使用状态（S）作为其操作数。步进指令是专门用于步进控制的指令。第146页/共183页步进梯形图状态转移图第147页/共183页步进梯形图对应的指令表第148页/共183页1、状态也可作普通的辅助继电器使用。但作为辅助继电器使用时，不能提供步进接点。2、输出的驱动方法：(a)Y22不能编程(b)Y22可以编程输出的驱动方法第149页/共183页3、栈指令的位置：4、状态的转移方法：5、在不同的步进段，允许有重号的输出（注意：状态号不能重