《電氣控制系統(tǒng)設(shè)計》題解答要點

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1、《電氣控制系統(tǒng)設(shè)計》 習題解答 張宏偉 王得勝 主編 目錄 第1章緒論3 第2章常用低壓電器6 第3章基本控制電路12 第4章典型電氣控制系統(tǒng)分析20 第5章繼電器-接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計32 第6章可編程控制器與其應(yīng)用37 第7章電氣調(diào)速系統(tǒng)與變頻器49 第1章 緒 論 習題與思考題 1－1什么是低壓電器?低壓電器按用途分哪幾類?低壓電器的主要技術(shù)參數(shù)有哪些?選用低壓電器時應(yīng)注意什么問題? [參考答案] 1、什么是低壓電器? 低壓電器通常是指工作在交流1200V或直流1500V以下的電器. 2、低壓電器按用途分哪幾類? 按用途分為低壓配電電器和低壓控制電

2、器.低壓配電電器主要用于低壓配電系統(tǒng)中,實現(xiàn)電能的輸送和分配,以與系統(tǒng)保護.低壓控制電器主要用于電氣控制系統(tǒng). 3、低壓電器的主要技術(shù)參數(shù)有哪些? 〔1〕額定電壓. 一般指額定工作電壓.指在規(guī)定條件下,保證電器正常工作的工作電壓值. 〔2〕額定電流 一般指額定工作電流.指在規(guī)定條件下,保證開關(guān)電器正常工作的電流值. 〔3〕操作頻率與通電持續(xù)率 開關(guān)電器每小時內(nèi)可能實現(xiàn)的最高操作循環(huán)次數(shù)稱為操作頻率.通電持續(xù)率是電器工作于斷續(xù)周期工作制時有載時間與工作周期之比,通常以百分數(shù)表示. 〔4〕機械壽命和電壽命 機械開關(guān)電器在需要修理或更換機械零件前所能承受的無載操作次數(shù),稱為機械壽命

3、.在正常工作條件下,機械開關(guān)電器無需修理或更換零件的負載操作次數(shù)稱為電壽命. 4、選用低壓電器時應(yīng)注意什么問題? 〔1〕安全原則.安全可靠是對任何電器的基本要求,保證電路和用電設(shè)備的可靠運行是正常生活與生產(chǎn)的前提. 〔2〕經(jīng)濟原則.經(jīng)濟性包括電器本身的經(jīng)濟價值和使用該種電器產(chǎn)生的價值.前者要求合理適用,后者必須保證運行可靠,不能因故障而引起各類經(jīng)濟損失. 〔3〕選用低壓電器的注意事項. 在選用低壓電器時,必須明確被控制對象的類型和使用環(huán)境；明確有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù),如被控制對象的額定電壓、額定功率、操作要求和工作制等；電器的工作環(huán)境,如周圍溫度、濕度、海拔高度、震動和有害氣體等方面的情況；

4、電器的技術(shù)性能,如用途、種類、控制能力、通斷能力和使用壽命等. 1－2 電磁機構(gòu)有哪些組成部分?鐵心和銜鐵的結(jié)構(gòu)形式分哪幾種? [參考答案] 1、電磁機構(gòu)有哪些組成部分? 電磁系統(tǒng)是各種自動化電磁式電器的感測部分,其作用是產(chǎn)生電磁吸力<動力> ,將電磁能轉(zhuǎn)換成機械能,帶動觸點實現(xiàn)閉合或斷開.一般由電磁線圈<吸力線圈>、動鐵芯<銜鐵>和靜鐵芯等組成. 2、鐵心和銜鐵的結(jié)構(gòu)形式分哪幾種? 鐵心和銜鐵的結(jié)構(gòu)形式分拍合式電磁鐵和直動式電磁鐵. 1－3觸頭的形式有哪幾種?常見滅弧方法有哪些? [參考答案] 1、觸頭的形式有哪幾種? 觸頭〔觸點〕是用來接通或斷開電路的,其結(jié)構(gòu)形式很多.

5、按其接觸形式分為點接觸、線接觸和面接觸3種. 2、常見滅弧方法有哪些? 〔1〕電動力吹弧. 〔2〕窄縫滅弧. 〔3〕柵片滅弧. 〔4〕磁吹滅弧. 1－4 電氣控制系統(tǒng)的電路圖中的SB、KM、KT、QS、SQ、FU、BTE分別是什么電器的文字符號？ [參考答案] SB：按鈕開關(guān) KM：接觸器 KT：時間繼電器 QS：手動三極開關(guān) SQ：行程開關(guān) FU：保險絲 BTE：熱繼電器 1－5 請畫出3種電氣元件的圖形符號. [參考答案] 接觸器動合觸點 籠型三相異步電動機 按鈕動合觸點 1－6 請寫出閱讀電氣控制系統(tǒng)電路圖的一般步驟. [參考答

6、案] 閱讀和分析電氣控制電路圖的方法主要有兩種,即查線看圖法<直接看圖法>和邏輯代數(shù)法<間接讀圖法>.以查線看圖法為例說明閱讀電氣控制系統(tǒng)電路圖的一般步驟. 1、看主電路的步驟 〔1〕看清主電路中的用電設(shè)備. 〔2〕要弄清楚用電設(shè)備是用什么電氣元件控制的. 〔3〕了解主電路中所用的控制電器與保護電器. 〔4〕看電源.要了解電源電壓等級,是380V還是220V,是配電屏供電還是從發(fā)電機組接出來的. 2、看輔助電路的步驟 〔1〕 看電源.首先看清電源的種類,是交流的還是直流的.其次,要看清輔助電路的電源是從什么地方接來的,與其電壓等級. 〔2〕了解控制電路中所采用的各種繼電器、接

7、觸器的用途. 〔3〕根據(jù)控制電路來研究主電路的動作情況. 〔4〕研究電氣元件之間的相互關(guān)系. 〔5〕研究其他電氣設(shè)備和電氣元件. 第2章 常用低壓電器 習題與思考題 2－1交流接觸器在銜鐵吸合前的瞬間,為什么在線圈中產(chǎn)生很大的電流沖擊？直流接觸器會不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？為什么？ [參考答案] 1、交流接觸器在銜鐵吸合前的瞬間,為什么在線圈中產(chǎn)生很大的電流沖擊？ 交流接觸器的線圈是一個電感,是用交流電工作的,吸合前線圈內(nèi)部沒有鐵心,電感很小,阻抗也就很小,所以電流大；吸合后鐵心進入線圈內(nèi)部,電感量增大,阻抗增大,所以電流就降下來了. 2、直流接觸器會不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？為什么？

8、直流接觸器線圈通的是直流電,受頻率變化的影響小,直流接觸器工作電流主要取決于其內(nèi)部電阻,所以不會產(chǎn)生沖擊電流. 2－2交流接觸器和直流接觸器能否互換使用?為什么？ [參考答案] 按照接觸器的主觸點控制的主回路電流是交流還是直流分為交流或直流接觸器,與接觸器線圈中電流的形式無關(guān).交流接觸器與直流接觸器結(jié)構(gòu)大體相同,都由電磁動作機構(gòu)、觸點系統(tǒng)和滅弧裝置三大部分構(gòu)成,其工作原理完全相同,控制方式完全相同,但具體結(jié)構(gòu)和用途存在差異. 〔1〕電磁機構(gòu)不同.交流接觸器的電磁鐵由E型鐵芯和線圈構(gòu)成,鐵芯中通過交變磁通；直流接觸器電磁部分的采用轉(zhuǎn)動式動鐵芯,鐵芯中磁通恒定. 〔2〕滅弧措施不同.

9、〔3〕自身耗能不同. 〔4〕選用方法不同. 交流接觸器和直流接觸器一般情況下是不能混用的,在特殊場合,交流接觸器與直流接觸器可以相互代用,但代用時需增設(shè)輔助電路. 2－3閘刀開關(guān)在安裝時,為什么不得倒裝？如果將電源線接在閘刀下端,有什么問題？ [參考答案] 1、閘刀開關(guān)在安裝時,為什么不得倒裝？ 使用刀開關(guān)時的應(yīng)注意,刀開關(guān)在安裝時,手柄要向上,不得倒裝或平裝,以避免由于重力自動下落而引起誤動合閘；接線時,應(yīng)將電源線接在上端,負載線接在下端,這樣拉閘后刀開關(guān)的刀片與電源隔離,既便于更換熔絲,又可防止可能發(fā)生的意外事故. 2、如果將電源線接在閘刀下端,有什么問題？ 如果將電源線接

10、在閘刀下端,可能會由于重力自動下落而引起誤動合閘. 2－4哪些低壓電器可以保護線路的短路？ [參考答案] 〔1〕熔斷器 熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一定時間后,以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化,從而使電路斷開的原理制成的一種電流保護器.熔斷器廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)與用電設(shè)備中,作為短路和過電流保護. 〔2〕低壓斷路器 低壓斷路器俗稱自動開關(guān)或空氣開關(guān),用于低壓配電電路中不頻繁通斷的控制.在電路發(fā)生短路、過載或欠電壓等故障時能自動分斷故障電路,是一種控制兼保護電器. 〔3〕隔離開關(guān)熔斷器組和熔斷器式隔離開關(guān) 隔離開關(guān)在電路中主要起到接通和分斷電源的作用,廣泛應(yīng)用于開關(guān)柜或與終

11、端電器配套的配電裝置中.其中隔離開關(guān)熔斷器組和熔斷器式隔離開關(guān)不但具有隔離電源的作用,還具有短路保護的功能,所以在低壓配電系統(tǒng)中較為常用. 2－5兩個線圈為AC110V的交流接觸器同時動作時,能否將兩個接觸器的線圈串聯(lián)到AC220V的控制回路中? [參考答案] 不能將兩個線圈為AC110V接觸器的線圈串聯(lián)到AC220V的控制回路中. 如果兩個接觸器的線圈串聯(lián),通電后,兩個線圈可視作同時得電.但由于靜鐵心磁化后產(chǎn)生的吸力不可能完全相等,所以兩個動鐵心吸合必定有快有慢.鐵心先吸合的接觸器在鐵心吸合后線圈電感增大,其端電壓也大,這就可能導致另一個接觸器線圈壓降過低,鐵心一直吸合不上.這就相當

12、于單獨的一個110V接觸器接在220V電路中了,當然導致控制電路回路中電流過大,時間一長可能會燒毀線圈. 2－6時間繼電器和中間繼電器在電路中各起什么作用？ [參考答案] 〔1〕中間繼電器本質(zhì)上是電壓繼電器,在控制電路中起邏輯變換和狀態(tài)記憶的功能,當其它繼電器的觸點數(shù)或觸點容量不夠時,可借助中間繼電器來擴大它們的觸點數(shù)或觸點容量,從而起到中間轉(zhuǎn)換的作用. 〔2〕時間繼電器是一種利用電磁原理、機械原理或電子原理實現(xiàn)延時控制的控制電器.時間繼電器的特點是：當?shù)玫娇刂菩盘柡蟆踩缋^電器線圈接通或斷開電源〕,其觸點狀態(tài)并不立即改變,而是經(jīng)過一段時間的延遲之后,觸點才閉合或斷開,因此這種繼電器又稱

13、為延時繼電器.時間繼電器的種類很多,按延時方式分為通電延時型和斷電延時型兩種. 2－7熱繼電器在電路中起什么作用？其工作原理是什么？熱繼電器觸點動作后,能否自動復(fù)位？ [參考答案] 1、熱繼電器在電路中起什么作用？其工作原理是什么？ 熱繼電器是一種電氣保護元件,是利用電流的熱效應(yīng)來推動動作機構(gòu)使觸點閉合或斷開的保護電器,主要用于電動機的過載保護、斷相保護、電流不平衡保護以與其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)時的控制. 2、熱繼電器觸點動作后,能否自動復(fù)位？ 熱繼電器動作后一般不能自動復(fù)位,要等雙金屬片冷卻后才能復(fù)位.分為手動和自動兩種形式,通過調(diào)整復(fù)位螺釘可自行選擇.手動復(fù)位時間一般不大于5mi

14、n,自動復(fù)位時間不大于2min. 2－9帶斷相保護和不帶斷相保護的三相式熱繼電器各用在什么場合？ [參考答案] 熱繼電器有兩相結(jié)構(gòu)和三相結(jié)構(gòu)之分,其中三相熱繼電器又有帶斷相保護裝置和不帶斷相保護裝置之分. 若用熱繼電器作電動機缺相保護,應(yīng)考慮電動機的接線方式. 〔1〕對于Y形接法的電動機,當某一相斷線時,其余未斷相繞組的電流與流過熱繼電器電流的增加比例相同.一般的三相式熱繼電器,只要整定電流調(diào)節(jié)合理,均可實現(xiàn)對Y形接法的電動機的斷相保護. 〔2〕對于Δ形接法的電動機,其某一相斷線時,流過未斷相繞組的電流與流過熱繼電器的電流增加比例不同.也就是說,流過熱繼電器的電流不能反映斷相后繞組

15、的過載電流,因此,一般的熱繼電器,即使是三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器,也不能為Δ形接法的三相異步電動機的提供斷相保護.此時應(yīng)選用JR20型或T系列這類帶有差動斷相保護機構(gòu)的熱繼電器. 2－10熔斷器在電路中的作用是什么? [參考答案] 熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一定時間后,以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化,從而使電路斷開的原理制成的一種電流保護器.熔斷器廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)與用電設(shè)備中,作為短路和過電流保護,是應(yīng)用最普遍的保護器件之一. 2－11比較熔斷器與熱繼電器作用的不同？兩者可以相互替代嗎？ [參考答案] 熔斷器和熱繼電器的作用各不相同,兩者不可以替換. 〔1〕熔斷器用于過載

16、、短路保護. 在電動機為負載的電路中,熔斷器是一種廣泛應(yīng)用的最簡單有效的短路保護電器,它串聯(lián)在電路中,當通過的電流大于規(guī)定值時,使熔體熔化而自動分斷電路,要求它作用的時間短,以保護負載. 〔2〕熱繼電器主要用于過載保護. 熱繼電器是一種利用流過繼電器的電流所產(chǎn)生的熱效應(yīng)而反時限動作的過載保護電器,在電動機為負載的電路中,熱繼電器用來對連續(xù)運行的電動機進行過載保護,以防止電動機過熱而造成絕緣破壞或燒毀電動機. 據(jù)此,使熔斷器作用的電流很大,過載電流不足以使其作用,所以它不能代替熱繼電器實施過載保護.而由于熱慣性,熱繼電器內(nèi)金屬片加熱需要幾秒鐘,雖然短路電流很大,但也不能使熱繼電器瞬間動作

17、,因此它不能代替熔斷器用作短路保護.在電動機主電路中既要裝熔斷器,實現(xiàn)短路保護,也要裝熱繼電器,實現(xiàn)過載保護. 2－12低壓斷路器在電路中可以起到哪些保護作用? [參考答案] 低壓斷路器俗稱自動開關(guān)或空氣開關(guān),用于低壓配電電路中不頻繁通斷的控制.在電路發(fā)生短路、過載或欠電壓等故障時能自動分斷故障電路,是一種控制兼保護電器. 2－13畫出下列電器元件的圖形符號,并標出其文字符號. <1> 熔斷器,<2>熱繼電器,<3>按鈕,<4> 時間繼電器,<5> 中間繼電器,<6> 過電流繼電器,<7> 限位開關(guān),<8> 速度繼電器,<9>斷路器,〔10〕接觸器. [參考答案] 名稱 圖形

18、符號 文字符號 熔斷器 FU 熱繼電器 熱元件 BTE 動斷觸點 按鈕 動合觸點 SB 動斷觸點 時間繼電器 斷電延時線圈 KT 通電延時線圈 延時斷開的動合觸點 延時閉合的動斷觸點 延時閉合的動合觸點 延時斷開的動斷觸點 接觸器 接觸器線圈 KM 接觸器主觸點 接觸器動斷輔助觸點 接觸器動合輔助觸點 中間繼電器 繼電器線圈 KA 繼電器動斷觸點 繼電器動合觸點 過電流繼電器 BC 限位開關(guān) 動斷觸點 SQ 動合觸點 速度繼電器

19、 轉(zhuǎn)子 常開觸點 常閉觸點 斷路器 QF 2－14一臺長期工作的三相交流異步電動機的額定功率13KW,額定電壓380V,額定電流25.5A,試按電動機需要選擇接觸器和熱繼電器的型號、規(guī)格. [參考答案] 交流接觸器按負荷種類一般分為一類、二類、三類和四類,控制鼠籠型異步電動機的運轉(zhuǎn)可選用三類交流接觸器. 根據(jù)被控對象和工作參數(shù)如電壓、電流、功率、頻率與工作制等確定接觸器的額定參數(shù). 〔1〕接觸器的線圈電壓：AC220V 〔2〕主觸點的額定電壓：AC380V 〔3〕主觸點的額定電流：25.5A 〔4〕對于長時工作制和重任務(wù)型電機,接觸器額定

20、電流大于電動機的額定電流. 接觸器可選擇CJ20-40,可控制的三相鼠籠型電動機的最大功率33KW,額定發(fā)熱電流55A.主觸點和輔助觸點的數(shù)量應(yīng)能滿足控制系統(tǒng)的需要. 熱繼電器的保護對象是電動機,故選用時應(yīng)了解電動機的技術(shù)性能、啟動情況、負載性質(zhì)以與電動機允許過載能力等. 長期穩(wěn)定工作的電動機,可按電動機的額定電流選用熱繼電器.取熱繼電器整定電流的0.95～1.05倍或中間值等于電動機額定電流.使用時要將熱繼電器的整定電流調(diào)至電動機的額定電流值. 熱繼電器可選擇JR16-60,額定電壓AC 380V,額定電流20A,熱元件最小規(guī)格14～22A,最大規(guī)格10～63,檔數(shù)4檔. 2－16

21、試說出交流接觸器與中間繼電器的相同與不同之處. [參考答案] 接觸器是一種根據(jù)外來輸入信號利用電磁鐵操作,頻繁地接通或斷開交、直流主電路與大容量控制電路的自動切換電器,主要用于控制電動機、電焊機、電熱設(shè)備、電容器組等.接觸器主接點一般只有常開接點,而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點,小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用. 中間繼電器：用于繼電保護與自動控制系統(tǒng)中,以增加觸點的數(shù)量與容量. 它用于在控制電路中傳遞中間信號. 〔1〕相同點 中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相同,都是通過控制線圈來控制觸點的斷開和閉合,它們都有常開、常閉點. 〔2〕不同點 接觸器

22、的主觸頭可以通過大電流,交流接觸器是廣泛用作電力的開斷和控制電路.它利用主接點來開閉電路,用輔助接點來執(zhí)行控制指令. 中間繼電器沒有主觸點,觸頭只能通過小電流.所以,輔助觸頭數(shù)量比較多,中間繼電器它只能用于控制電路中.另外,中間繼電器一般是直流電源供電,少數(shù)使用交流供電. 第3章 基本控制電路 習題與思考題 3－1 三相籠型異步電動機啟動方式有哪兩種?各有什么特點?分別適用于什么場合? [參考答案] 電動機啟動是指電動機的轉(zhuǎn)子由靜止狀態(tài)變?yōu)檎＿\轉(zhuǎn)狀態(tài)的過程.籠型異步電動機有兩種啟動方式： 〔1〕直接啟動<或全壓啟動> 〔2〕降壓啟動. 直接啟動是一種簡單、可靠、經(jīng)濟的啟動

23、方法,在小型<容量一般在10kW以下>電動機中廣泛使用.電動機直接起動時,起動電流為額定電流的4~7倍,過大的啟動電流一方面將會造成電網(wǎng)電壓顯著下降,影響在同一電路上的其他用電設(shè)備的正常運行,另一方面電動機頻繁啟動會嚴重發(fā)熱,加速線圈老化,縮短電動機的壽命. 因而對容量較大的電動機,采用降壓啟動,以減小啟動電流. 3－2試敘述"自鎖"、"互鎖"的含義,并舉例說明各自的作用. [參考答案] 1、自鎖 在通常的電路中,按下開關(guān),電路通電；松開開關(guān),電路又斷開了.一旦按下開關(guān),就能夠自動保持持續(xù)通電,直到按下其它開關(guān)使之斷路為止；這樣的電路,稱為自鎖電路. 圖3-1 接觸器互鎖正反轉(zhuǎn)控

24、制電路 2、互鎖 互鎖實際上是一種連鎖關(guān)系,兩個不同的節(jié)點各自串聯(lián)在對應(yīng)在電路中互相制約. 例如,常常有這種要求,兩臺接觸器KM1和KM2只能有一臺工作,不允許同時工作.當KM1線圈通電時,KM2線圈不能通電. 如圖3-1電機正反轉(zhuǎn)電路. 合上電源開關(guān)QF.當需要電動機正轉(zhuǎn)時,按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2,接觸器KM1線圈得電吸合,其主觸點閉合接通電動機M的正轉(zhuǎn)電源,電動機M啟動正轉(zhuǎn).同時,接觸器KM1的輔助常開觸點閉合自鎖,使得松開按鈕SB2時,接觸器KM1線圈仍然能夠保持通電吸合.而串接在接觸器KM2線圈回路的接觸器KM1輔助常閉觸點斷開,切斷接觸器KM2線圈回路的電源,使得在接觸器K

25、M1得電吸合,電動機M正轉(zhuǎn)時,接觸器KM2不能得電,電動機M不能接通反轉(zhuǎn)電源.這種利用接觸器常閉觸點互相控制的方法叫接觸器互鎖,實現(xiàn)互鎖作用的輔助常閉觸點叫做互鎖觸點.當電動機M需要停車時,按下停車按鈕SB1,接觸器KM1線圈失電釋放,所有常開、常閉觸點復(fù)位,電動機M停車. 3－3試畫出某機床主電動機控制電路圖.要求： ①可正反轉(zhuǎn)； ②可點動、兩處起停； ③可反接制動； ④有短路和過載保護； ⑤有安全工作照明與電源信號燈. [參考答案] 1、主回路與控制電路原理圖 圖3-2所示為交流異步電動機可逆運行反接制動主回路,圖3-3為其控制回路. 圖中： QF1為低壓斷路器,起開

26、關(guān),以與短路、過載或欠電壓保護功能. KM1、KM2為正、反轉(zhuǎn)接觸器,KM3為短接電阻接觸器,R為啟動與制動電阻. FR為熱繼電器,起過載保護. FU1、FU2、FU3為保險絲,起短路保護作用. KA1~KA3為中間繼電器 KS為速度繼電器,其中,KS1為正轉(zhuǎn)閉合觸點,KS2為反轉(zhuǎn)閉合觸點 SB1為就地停止,SB11為遠程停止. SB2為就地正轉(zhuǎn),SB13為遠程正轉(zhuǎn),SB12為點動正轉(zhuǎn). SB3為就地反轉(zhuǎn),SB15為遠程反轉(zhuǎn),SB14為點動反轉(zhuǎn). TC為控制變壓器,HL為電源指示燈,EL為照明指示燈. 圖3-2 電機主回路 圖3-3 電機控制回路 2、控制線路工作原理分

27、析 〔1〕正向就地啟動 〔2〕正向遠程啟動 正向遠程啟動與正向就地啟動過程一樣,只需要相應(yīng)的按下遠程啟動按鈕SB13. 〔3〕正向就地點動 〔4〕就地反接制動 〔4〕遠程反接制動 遠程反接制動過程與該過程一樣,只需要相應(yīng)的按下遠程反接制動按鈕SB11. 〔5〕電動機反向啟動和停車反接制動過程 電動機反向啟動和停車反接制動過程與正向啟動和停車反接制動過程相同,請讀者自己分析. 3－4試設(shè)計兩臺籠型電動機M1和M2的順序啟動、停止的控制電路.具體要求如下： 〔1〕M1、M2能順序啟動,并能同時或分別停止. 〔2〕M1啟動后M2啟動,M1可點動,M2可單獨停止. 〔3

28、〕M1先啟動,經(jīng)10s后M2自行啟動. 〔4〕M1啟動后M2才能啟動,停止時,M2停止后M1才能停止. [參考答案] 1、主回路與控制電路原理圖 圖3-4 三相異步電動機的順序控制原理圖 圖中： QF為低壓斷路器,起開關(guān),以與短路、過載或欠電壓保護功能. KM1為M1電機接觸器 KM2為M2電機接觸器. FR1、FR2為熱繼電器,起電機過載保護. FU1、FU2為保險絲,起短路保護作用. SB1為總停止按鈕,按下后M1、M2同時停止. SB2：M1啟動按鈕 SB3：M1停止按鈕 SB4：M1點動按鈕 SB5：M2啟動按鈕 SB6：M2停止按鈕 KT1：通電延時

29、繼電器 2、工作原理分析 〔1〕啟動 合上QF斷路器,按下SB2電機M1啟動,此時,若再按下SB5,電機M2啟動. 要想啟動M2電機,必須先啟動M1電機. M1電機啟動后,KT1通電延時繼電器線圈得電,經(jīng)10s延時,KT1延時閉合常開觸點閉合,M2電機自動啟動. 〔2〕停止 若停止M2電機,可按下SB6按鈕,KM2線圈失電,M2接觸器主觸點斷開,常開觸點斷開,為停止M1電機做準備. 若停止M1電機,必須先按下SB6停止M2電機,KM2常開觸點斷開,此時按下SB3,可停止M1電動機. 3－6設(shè)計工作臺前進－退回控制路.工作臺由電動機M驅(qū)動,行程開關(guān)SQ1、 SQ2分別裝在工作臺

30、的原位和終點.要求： 〔1〕實現(xiàn)工作臺的往復(fù)運動 〔2〕有終端保護 [參考答案] 1、電路圖原理圖 工作臺電路原理圖如圖3-5所示. 圖3-5工作臺電路原理圖 圖中： QF：低壓斷路器 FU1、FU2保險絲 KM1：電機正轉(zhuǎn)接觸器〔前進〕 KM2：電機正轉(zhuǎn)接觸器〔后退〕 SQ1、SQ2、SQ3、SQ4：行程開關(guān),其中SQ1、SQ2起點和終點.SQ3、SQ4起終端保護作用. 將這兩個位置開關(guān)SQ1、SQ3的常閉觸頭分別串接在正轉(zhuǎn)控制電路中,將另兩個位置開關(guān)SQ2、SQ4的常閉觸頭分別串接在反轉(zhuǎn)控制電路中,將SQ2常開與按鈕SB2的常開觸頭與接觸器KM1的常開自鎖觸頭并聯(lián)

31、接在正轉(zhuǎn)電路中,將SQ1常開與按鈕SB3的常開觸頭與接觸器KM2的常開自鎖觸頭并聯(lián)接在反轉(zhuǎn)電路中.當位置開關(guān)動作后,常閉觸頭先分斷,工作臺停止運動；常開觸頭后閉合,工作臺反向運動. 2、工作原理 該線路的工作原理簡述如下： 第4章 典型電氣控制系統(tǒng)分析 習題與思考題 4－1說明機床電氣原理圖分析的基本方法與步驟. [參考答案] 1、電氣控制系統(tǒng)分析的方法 對生產(chǎn)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)進行分析時,首先需要對設(shè)備整體有所了解,在此基礎(chǔ)上,才能有效地針對設(shè)備的控制要求,分析電氣控制系統(tǒng)的組成與功能. 設(shè)備整體分析包括如下三個方面： 〔1〕機械設(shè)備概況調(diào)查.通過閱讀生產(chǎn)機械設(shè)備的有關(guān)技術(shù)

32、資料,了解設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)與工作原理、設(shè)備的傳動系統(tǒng)類型與驅(qū)動方式、主要技術(shù)性能和規(guī)格、運動要求等. 〔2〕電氣控制系統(tǒng)與電氣元件的狀況分析.明確電動機的用途、型號規(guī)格以與控制要求,了解各種電器的工作原理、控制作用與功能. 〔3〕機械系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的關(guān)系分析.明確機械系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)之間的聯(lián)接關(guān)系,即信息采集傳遞和運動輸出的形式和方法. 2、分析電氣控制系統(tǒng)的步驟 〔1〕設(shè)備運動分析. 分析生產(chǎn)工藝要求的各種運動與其實現(xiàn)方法,對有液壓驅(qū)動的設(shè)備要進行液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)分析. <2〕主電路分析. 確定動力電路中用電設(shè)備的數(shù)目、接線狀況與控制要求,控制執(zhí)行件的設(shè)置與動作要求,包括交流接

33、觸器主觸點的位置,各組主觸點分、合的動作要求,限流電阻的接入和短接等. <3〕輔助電路分析. 分析各種控制功能實現(xiàn)的方法與其電路工作原理和特點.經(jīng)過"化整為零",分析每一個局部電路的工作原理以與各部分之間的控制關(guān)系之后,還必須"集零為整",統(tǒng)觀整個電路的保護環(huán)節(jié)以與電氣原理圖中其他輔助電路〔如檢測、信號指示、照明等電路〕.檢查整個控制線路,看是否有遺漏,特別要從整體角度,進一步檢查和理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系,理解電路中每個元件所起的作用. 4－2試述車床主軸正反轉(zhuǎn)控制與銑床主軸正反轉(zhuǎn)控制有何不同. [參考答案] 〔1〕車床主軸正反轉(zhuǎn)控制 車床主軸的正反轉(zhuǎn)是通過主電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)

34、的,即通過控制正轉(zhuǎn)接觸器KM1、反轉(zhuǎn)接觸器KM2實現(xiàn).主電動機M1的額定功率為30kW,但只是車削加工時消耗功率較大,而啟動時負載很小,因此啟動電流并不很大,在非頻繁點動的情況下,仍可采用全壓直接起動. 〔2〕銑床主軸正反轉(zhuǎn)控制 由于大多數(shù)情況下一批或多批工件只用一種銑削方式,并不需要經(jīng)常改變電動機轉(zhuǎn)向,即銑床是以順銑方式加工還是逆銑方式加工,開始工作前已選定,在加工過程中是不改變的,因此可用電源相序轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)主軸電動機的正反轉(zhuǎn)控制,簡化了電路.對于臥式萬能升降臺銑床,其主電動機M1的正反轉(zhuǎn)通過組合開關(guān)手動切換,交流接觸器KM1的主觸點只控制電源的接入與切除. 4－3 試述C650車床

35、主電動機的制動過程. [參考答案] 圖4-1為主電動機反接制動的局部控制電路. 〔a〕主電路 〔b〕控制電路 圖4-1 C650車床主電動機M1的控制電路 C650車床停車時采用反接制動方式,用速度繼電器BS進行檢測和控制,下面以正轉(zhuǎn)狀態(tài)下的反接制動為例說明電路的工作過程. 當主電動機M1正轉(zhuǎn)運行時,由速度繼電器工作原理可知,此時BS的動合觸點BS-2閉合.當按下總停止按鈕SB1后,原來通電的KM1、KM3、KT和KA線圈全部斷電,它們的所有觸點均被釋放而復(fù)位.當松開SB1后,由于主電動機的慣性轉(zhuǎn)速仍很大,BS-2的動合觸點繼續(xù)保持閉合狀態(tài),使反轉(zhuǎn)接觸器KM2線圈立即通電,其電

36、流通路是：SB1→BTE1→KA動斷觸點→BS-2→KM1動斷觸點→KM2線圈.這樣主電動機M1開始反接制動,反向電磁轉(zhuǎn)矩將平衡正向慣性轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩,電動機正向轉(zhuǎn)速很快降下來.當轉(zhuǎn)速接近于零時,BS-2動合觸點復(fù)位斷開,從而切斷了KM2線圈通路,至此正向反接制動結(jié)束.反轉(zhuǎn)時的反接制動過程與上述過程類似,只是在此過程中起作用的為速度繼電器的BS-1動合觸點. 反接制動過程中由于KM3線圈未得電,因此限流電阻R被接入主電動機主電路,以限制反接制動電流. 通過對主電動機控制電路的分析,我們看到中間繼電器KA在電路中起著擴展接觸器KM3觸點的作用. 4－4在C650車床電氣控制線路中,可以用KM3的

37、輔助觸點替代KA的觸點嗎？為什么？ [參考答案] 在C650車床電氣控制線路中,可以用KM3的輔助觸點替代KA的觸點. 通過對主電動機控制電路的分析,我們看到中間繼電器KA在電路中起著擴展接觸器KM3觸點的作用.只要KM3的輔助觸點數(shù)量滿足要求,可以代替KA的觸點. 4－5 X62W萬能銑床電氣控制線路中設(shè)置主軸與進給瞬時點動控制環(huán)節(jié)的作用是什么？請簡述主軸變速時瞬時點動控制的工作原理. [參考答案] 1、軸與進給瞬時點動控制環(huán)節(jié)的作用 銑床主軸的變速由機械系統(tǒng)完成,在變速過程中,當選定嚙合的齒輪沒能進入正常嚙合時,要求電動機能點動至合適的位置,保證齒輪正常嚙合. 與主軸變速類

38、似,水平工作臺變速同樣由機械系統(tǒng)完成.為了使變速時齒輪易于嚙合,進給電動機M3控制電路中也設(shè)置了點動控制環(huán)節(jié). 2、主軸變速時瞬時點動控制的工作原理 圖4-2 X62W萬能銑床電氣控制線路 主軸變速時瞬時點動控制過程如下： 實現(xiàn)瞬時點動是由復(fù)位手柄與行程開關(guān)SQ7共同控制的.當變速手柄復(fù)位時,在推進的過程中會壓動瞬時點動行程開關(guān)SQ7,使其動斷觸點先斷開,切斷KM1線圈電路的自鎖；SQ7的動合觸點閉合,使接觸器 KM1線圈得電,主軸電動機M1轉(zhuǎn)動.變速手柄復(fù)位后,行程開關(guān)SQ7被釋放,因此電動機M1斷電.此時并未采取制動措施,電動機M1產(chǎn)生一個沖動齒輪系統(tǒng)的力,使齒輪系統(tǒng)微動,保證了齒

39、輪的順利嚙合. 在變速操作時要注意,手柄復(fù)位要求迅速、連續(xù),一次不到位應(yīng)立即拉出,以免行程開關(guān)SQ7沒能與時松開,使電動機轉(zhuǎn)速上升,在齒輪未嚙合好的情況下打壞齒輪.一次瞬時點動不能實現(xiàn)齒輪良好的嚙合時,應(yīng)立即拉出復(fù)位手柄,重新進行復(fù)位瞬時點動的操作,直至完全復(fù)位,齒輪正常嚙合工作. 4－6 X62W萬能銑床是如何實現(xiàn)水平工作臺各方向進給聯(lián)鎖控制的？ [參考答案] X62W萬能銑床是如何實現(xiàn)水平工作臺的操作手柄如圖4-3所示. 工作臺控制電路圖如圖4-4所示. 圖4-3 水平工作臺的操作手柄 圖4-4 工作臺控制電路圖 水平工作臺橫向和垂直進給運動的選擇和聯(lián)鎖通過十字復(fù)

40、合手柄和行程開關(guān)SQ3、SQ4聯(lián)合控制,該十字復(fù)合手柄有上、下、前、后四個工作位置和一個中間不工作位置.當操作手柄向下或向前扳動時,通過聯(lián)動機構(gòu)將控制垂直或橫向運動方向的機械離合器合上,即可接通該運動方向的機械傳動鏈.同時壓動行程開關(guān)SQ3,使SQ3動合觸點SQ3－1閉合,動斷觸點SQ3－2斷開,于是接通進給電動機M3正轉(zhuǎn)接觸器KM2線圈電路,其主觸點閉合,M3正轉(zhuǎn),驅(qū)動工作臺向下或向前移動進給.KM2線圈通電的電流通路仍從KM1輔助動合觸點開始,電流經(jīng)SA1－3→SQ2－2→SQ1－2→SA1－1→SQ3－1→KM3輔助動斷觸點到KM2線圈.上述電流通路中的動斷觸點SQ2－2和SQ1－2用于

41、工作臺前后與上下移動同左右移動之間的聯(lián)鎖控制. 當十字復(fù)合操作手柄向上或向后扳動時,將壓動行程開關(guān)SQ4,使得控制進給電動機M3反轉(zhuǎn)的接觸器KM3線圈得電,M3反轉(zhuǎn),驅(qū)動工作臺向上或向后移動進給.其聯(lián)鎖控制原理與向下或向前移動控制類似. 十字復(fù)合操作手柄扳在中間位置時,橫向或垂直方向的機械離合器脫開,行程開關(guān)SQ3與SQ4均不受壓,因此進給電動機停轉(zhuǎn),工作臺停止移動.在床身上同樣也設(shè)置了上、下和前、后限位保護用的終端撞塊,當工作臺移動到極限位置時,擋塊撞擊十字手柄,使其回到中間置,切斷電路,使工作臺在進給終點停車. 在同一時間內(nèi),工作臺只允許向一個方向移動,為防止機床運動干涉造成設(shè)備事故

42、,各運動方向之間必須進行聯(lián)鎖.而操作手柄在工作時,只存在一種運動選擇,因此銑床進給運動之間的聯(lián)鎖由兩操作手柄之間的聯(lián)鎖來實現(xiàn). 聯(lián)鎖控制電路由兩條電路并聯(lián)組成,縱向操作手柄控制的行程開關(guān)SQ1、SQ2的動斷觸點串聯(lián)在一條支路上,十字復(fù)合操作手柄控制的行程開關(guān)SQ3、SQ4的動斷觸點串聯(lián)在另一條支路上.進行某一方向的進給運動時,需扳動一個操作手柄,這樣只能切斷其中一條支路,另一條支路仍能正常通電,使接觸器KM2或 KM3的線圈得電.若進給運動時由于誤操作扳動另一個操作手柄,則兩條支路均被切斷,接觸器KM2或KM3立即斷電,使工作臺停止移動,從而對設(shè)備進行了保護. 4－8組合機床常用在什么場合

43、？通常由哪些部件組成？其控制線路有什么特點？ [參考答案] 1、組合機床的應(yīng)用場合 組合機床是根據(jù)給定工件的加工工藝而設(shè)計制造的一種高效率自動化專用加工設(shè)備.可實現(xiàn)多刀〔多軸〕、多面、多工位同時進行鉆、擴、鉸、鏜、銑等加工,并具有自動循環(huán)功能,在成批或大量生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用. 2、組合機床的組成部件 組合機床由具有一定功能的通用部件〔如動力部件、支撐部件、輸送部件、控制部件等〕和加工專用部件〔如夾具、多軸箱等〕組成,其中動力部件是組合機床通用部件中最主要的一類部件.動力部件常采用電動機驅(qū)動或液壓系統(tǒng)驅(qū)動,由電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動循環(huán)的控制,是典型的機電或機電液一體化的自動化加工設(shè)備.

44、 3、組合機床控制線路的特點 各標準通用動力部件的控制電路是獨立完整的,當一臺組合機床由多個動力部件組合構(gòu)成時,該機床的控制電路即由各動力部件各自的控制電路通過一定的聯(lián)接電路組合而成.對于此類由多動力部件構(gòu)成的組合機床,其控制通常有三方面的工作要求： 〔1〕動力部件的點動與復(fù)位控制 . 〔2〕動力部件的單機自動循環(huán)控制 <也稱半自動循環(huán)控制> . 〔3〕整機全自動工作循環(huán)控制. 4－11 說明凸輪控制器控制的起重電動機轉(zhuǎn)向控制與調(diào)速控制過程. [參考答案] 主鉤升降機構(gòu)由主令控制器與PQR10控制盤組成的磁力控制器控制,其控制路線如圖4-5所示. 圖4-5 主鉤升降機構(gòu)電氣控

45、制電路 主鉤升降電動機的機械特性如圖4-6所示. 主鉤升降主令控制器SA1觸點狀態(tài)表如表4-1所示. 圖4-6 主鉤升降電動機的機械特性 表4-1主鉤升降主令控制器SA1觸點狀態(tài)表 觸點 下降 零位 上升 強力 制動 5 4 3 2 1 C 0 1 2 3 4 5 6 SA1-1 + SA1-2 + + + SA1-3 + + + + + + + + + SA1-4 + + + + + +

46、 + + + + + SA1-5 + + + SA1-6 + + + + + + + + + SA1-7 + + + + + + + + + + + SA1-8 + + + + + + + + + SA1-9 + + + + + + SA1-10 + + + + SA1-11 + + + SA1-1

47、2 + + 1、電動機起動前的準備 當電源隔離開關(guān)QS2、QS3合上后,將主令控制器SA1手柄置于"0"位,此時SA1-1接通,零電壓繼電器BV線圈得電并自鎖,控制電路便處于準備工作狀態(tài).當SA1控制手柄處于工作位置時,雖然SA1-1斷開,但不影響B(tài)V的吸合狀態(tài).但當電源斷電后,卻必須使控制手柄回到零位后才能再次起動.這就是零壓和零位保護作用. 2、提升時電路工作情況 當主令控制器SA1手柄扳到"上升1"擋時,SA1-3、SA1-4、SA1-6、SA1-7觸點閉合,使得接觸器KM1、KM3、KM4線圈得電.電動機接通正轉(zhuǎn)電源,制動電磁鐵通

48、電,松開制動閘YB1、YB2,同時切除轉(zhuǎn)子串接的第一段電阻R1,電動機M1正向啟動,運行在圖4-6所示的特性曲線1上.此時對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩較小,一般吊不起重物,只作張緊鋼絲繩和消除齒輪間隙的預(yù)備起動級. 當SA1手柄扳到"上升2"擋時,除上述"1"擋已閉合的部分外,SA1-8閉合,接觸器KM5線圈通電,觸點吸合,轉(zhuǎn)子電路短接電阻R2,此時電動機M1加速,運行在圖4-6特性曲線2上. 當SA1手柄扳到"上升3" 擋時,除上述兩擋已閉合的部分外,SA1-9閉合,接觸器KM6線圈通電,觸點吸合,轉(zhuǎn)子電路切除電阻R3,此時電動機運行在圖4-6特性曲線3上. 當SA1手柄依次扳到"上升4"、"上升5

49、"、"上升6"擋時,除上述3擋已閉合的部分外,SA1-10、SA1-11、 SA1-12相繼閉合,依次使接觸器KM7、KM8、KM9線圈通電,觸點吸合,對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電路逐漸短接電阻R4、R5、R6,使電動機的工作點從第3條特性向第4、第5條并最終向第6條特性過渡,提升速度逐漸增加. 此過程可獲得五種提升速度.在"上升6"擋時,電動機轉(zhuǎn)子各相電路中僅保留一段為軟化特性而固定接入的電阻R7,這時電動機可獲得最大轉(zhuǎn)速. 3、下降時電路工作情況 由圖4- 5可知,主鉤下降也分為6擋,根據(jù)重物重量和控制要求,可使電動機工作在不同狀態(tài). 〔1〕當主令控制器SA1手柄置于"下降C"擋時,SA1-1斷開

50、,BV通過自鎖電路保持吸合.同時SA1-3觸點接通電源,SA1-6觸點閉合使接觸器KM1線圈得電,于是電動機按正轉(zhuǎn)提升方向產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩.由于SA1-4斷開,接觸器KM3線圈不得電,因此電磁抱閘抱住制動輪,電動機只能向提升方向產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而不能運轉(zhuǎn).此時吊鉤上重物力矩與電磁抱閘制動力矩與提升轉(zhuǎn)矩相平衡,使重物能安全停留在空中. 這一擋是為下降做準備,防止所吊重物突然快速運動,使機械受到損傷.該擋實際上是齒輪等傳動件嚙合的準備擋,由于受制動器的限制,操作時停留時間不應(yīng)過長. "下降C"擋的另一個作用是在下放重物時,手柄由下降擋的任何一位置扳回零位時,都要經(jīng)過此擋,這時既有電動機的倒拉反接制動,又有電磁

51、抱閘的機械制動,在兩者共同作用下,可以防止重物的溜鉤,以實現(xiàn)準確停車. 在"下降C"擋,SA1-7、SA1-8觸點也閉合,使接觸器KM4、KM5通電吸合,此時電動機轉(zhuǎn)子電路電阻短接情況與"上升2"擋時相同,因此機械特性應(yīng)為"上升2"機械特性向第四象限的延伸,如圖4-6中的7段. 〔2〕當SA1手柄扳至"下降1"擋時,SA1-3觸點仍接通電源.SA1-4觸點閉合,接觸器KM3線圈通電,觸點吸合,此時電磁抱閘松開,電動機可以自由運轉(zhuǎn).SA1-6觸點閉合使接觸器KM1通電,電動機的電源接法和上升時相同.SA1-7觸點閉合使接觸器KM4線圈通電,電動機轉(zhuǎn)子電路中電阻R1被短接,轉(zhuǎn)子電阻串入情況與"

52、上升1"擋時相同.由于轉(zhuǎn)子串入電阻比"下降C"擋時增加了,因此電動機電磁轉(zhuǎn)矩減小.如果重物的重力轉(zhuǎn)矩大于電動機的電磁轉(zhuǎn)矩,將使電動機處于倒拉反接制動狀態(tài),此時電動機運行在圖4-6"上升1"機械特性向第四象限延伸的曲線8上,從而獲得較為低速的下放.若重力轉(zhuǎn)矩小于電動機的電磁轉(zhuǎn)矩,則重物不但不下降反而被提起,電動機則運行到圖4-6 "上升1"特性上.這時必須迅速將控制器手柄推到下一擋. 〔3〕當SA1手柄扳至"下降2"擋時,SA1-3、SA1-4、SA1-6觸點繼續(xù)閉合,SA1-7觸點斷開,使得轉(zhuǎn)子外接電阻全部接入,電動機電磁轉(zhuǎn)矩進一步減小.若此時重力轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩,則獲得低速下降,電動機在圖

53、4-6特性曲線9上運行.若重物過輕或空鉤,重力轉(zhuǎn)矩小于電磁轉(zhuǎn)矩,電動機將運行在圖4-6特性曲線9向第一象限的延伸段上,這樣重物不但不下降反而被提起.這時應(yīng)立即將手柄推到"下降3"擋. 〔4〕當SA1手柄置于"下降3"擋時,SA1-6觸點斷開,接觸器KM1線圈斷電,觸點釋放.同時SA1-5觸點閉合,使接觸器KM2線圈通電,觸點吸合.SA1-3觸點斷開,SA1-2觸點閉合,電動機則由下降"C"、"1"、"2"擋時上升方向的運轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆捣较虻倪\轉(zhuǎn).觸點SA1-7、SA1-8的閉合,使接觸器KM4、KM5線圈通電,觸點吸合,轉(zhuǎn)子電阻R1、R2被短接,轉(zhuǎn)子電路電阻接入情況與"上升2"擋時相同.由于電動

54、機工作在反轉(zhuǎn)下降電動狀態(tài),故電動機運行在圖第三象限特性曲線10上.控制器手柄在此位置是強迫下放,所以下放速度與重力負載有關(guān).若重物較輕,電動機處于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)；若重物較重,則下降速度將超過電動機同步轉(zhuǎn)速,而進入再生發(fā)電制動狀態(tài),電動機運行在圖4-6特性曲線10向第四象限延伸的曲線上,成為高速下放,且重物越重下放速度越快.此時應(yīng)立即將手柄推向"下降4"擋. 〔5〕當SA1手柄依次置于"下降4"、"下降5"擋時,除上述已閉合的觸點外,SA1-9、SA1-10、SA1-11、SA1-12觸點也相繼閉合,使得接觸器KM6、KM7、KM8、KM9線圈通電,觸點吸合,轉(zhuǎn)子電路電阻R3、R4、R5、R6分

55、別被短接切除.此時電動機轉(zhuǎn)子電路中只剩一段電阻R7,電動機則分別運行在圖4-6特性曲線11、12上.若重物較輕或空鉤,電動機處于反轉(zhuǎn)電動狀態(tài),可分別獲得兩種低速下降；若為重載,電動機運行在再生發(fā)電制動狀態(tài),以高于電動機同步轉(zhuǎn)速下降,但下降速度比手柄置于前擋時小多了. 由上述分析可知：主令控制器SA1置于下降前三擋〔C、1、2〕時,電動機相序接法與上升時相同,其中C擋實現(xiàn)重物安全停留空中或作平移運動；當重載下降時,主令控制器SA1手柄應(yīng)置于下降 "1"、"2"擋, 其中下"2"擋下降速度比下"1"擋速度高；當負載較重,若SA1手柄置于下降"3"、"4"、"5"擋時,可獲得超過電動機同步轉(zhuǎn)速的高

56、速下降,且下"3"擋速度最快,下"4"擋次之,下"5"擋最小.下"3"、下"4"兩擋下降速度太快,很不安全,因而只能選在下"5"擋工作；若是輕載或空鉤下降,SA1手柄應(yīng)置于后三擋,即下降"3"、"4"、"5"擋,其中下"5"擋下降速度最高,下"3"擋下降速度最低. 4－13 CNC裝置有哪些部分組成？各部分有何作用？其工作過程是什么？ [參考答案] 1、CNC裝置的組成部分與作用 計算機數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心部分,其主要任務(wù)是控制機床的運動,完成各種零件的自動加工.計算機數(shù)控〔CNC>系統(tǒng)由硬件和軟件組成,是一種采用存儲程序的專用計算機,計算機通過運行存儲器內(nèi)的程序,使數(shù)

57、控機床按照操作者的要求,有條不紊地進行加工,實現(xiàn)對機床的數(shù)字控制功能. 〔1〕CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu) 圖4-7為CNC裝置硬件的基本組成框圖,主要包括一般微型計算機的基本硬件結(jié)構(gòu),如微處理器、總線、存儲器、I／O接口等；以與完成數(shù)控機床特有功能所需的功能模塊和接口單元,如手動數(shù)據(jù)輸入接口、PLC接口等. 圖4-7 CNC裝置硬件的組成框圖 〔2〕CNC裝置的軟件 CNC裝置在上述硬件的基礎(chǔ)上,還必須配合相應(yīng)的系統(tǒng)軟件來指揮和協(xié)調(diào)硬件的工作,二者缺一不可. 數(shù)控裝置的軟件是實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能的專用系統(tǒng)軟件

58、,圖4-8是數(shù)控系統(tǒng)軟件組成框圖,主要由管理軟件和控制軟件兩部分組成.其中管理軟件主要為某個系統(tǒng)建立一個軟件環(huán)境,協(xié)調(diào)各軟件模塊之間的關(guān)系,并處理一些實時性不太強的軟件功能,如數(shù)控加工程序的輸入／輸出與其管理、人機對話顯示與診斷等；控制軟件的作用是根據(jù)用戶編制的加工程序,控制機床運行,主要完成系統(tǒng)中一些實時性要求較高的關(guān)鍵控制功能,如譯碼、刀具補償、插補運算、位置控制等. 圖4-8 數(shù)控系統(tǒng)軟件組成 2、CNC裝置的工作過程 在進行零件加工時,CNC裝置首先接收數(shù)字化的零件圖樣和工藝要求等信息,再進行譯碼和預(yù)處理,然后按照一定的數(shù)學模型進行插補運算,用運算結(jié)果實時地對機床的

59、各運動坐標進行速度和位置控制. CNC裝置的工作是在硬件環(huán)境的支持下執(zhí)行軟件控制功能的全過程,對于一個通用數(shù)控系統(tǒng)來講,一般要完成以下工作： 〔1〕零件程序的輸入.數(shù)控機床自動加工零件時,首先將反映零件加工軌跡、尺寸、工藝參數(shù)與輔助功能等各種信息的零件程序、控制參數(shù)和補償量等指令和數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng).在輸入過程中CNC裝置還需完成代碼校檢、代碼轉(zhuǎn)換和無效碼刪除等工作. 〔2〕譯碼處理.輸入到CNC裝置內(nèi)部的信息接下來由譯碼程序進行譯碼處理.它是將零件程序以一個程序段為單位進行處理,把其中的零件輪廓信息<如起點、終點、直線、圓弧等>、加工速度信息〔F代碼〕以與輔助功能信息〔M、S、T代碼等〕

60、,按照一定的語法規(guī)則翻譯成計算機能夠識別的數(shù)據(jù),存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)間.CNC裝置在譯碼過程中,還要對程序段的語法進行檢查,若發(fā)現(xiàn)語法錯誤,立即報警. 〔3〕數(shù)據(jù)處理.數(shù)據(jù)處理即進行預(yù)計算,就是將經(jīng)過譯碼處理后存放在指定存儲空間的數(shù)據(jù)進行處理.主要包括刀具補償〔刀具長度補償、刀具半徑補償〕、進給速度處理、反向間隙補償、絲杠螺距補償、機床輔助功能處理等等. 〔4〕插補運算.插補是數(shù)控系統(tǒng)中最重要的計算工作之一,是在已知起點、終點、曲線類型和走向的運動軌跡上實現(xiàn)"數(shù)據(jù)點密化",即計算出運動軌跡所要經(jīng)過的中間點坐標.插補計算結(jié)果傳送到伺服驅(qū)動系統(tǒng),以控制機床坐標軸做相應(yīng)的移動,使刀具按指定的路

61、線加工出所需要的零件. 〔5〕位置控制.位置控制的主要作用是在每個采樣周期內(nèi),將插補計算的指令位置與實際反饋位置相比較,用其差值去控制伺服電動機,進而控制機床工作臺或刀具的位移.在位置控制中,通常還應(yīng)完成位置回路的增益調(diào)整、各坐標方向的螺距誤差補償和反向間隙補償,以提高數(shù)控機床的定位精度. 〔6〕I／O處理.I/O處理主要是對CNC裝置與機床之間來往信息進行輸入、輸出和控制的處理.它可實現(xiàn)輔助功能控制信號的傳遞與轉(zhuǎn)換,如實現(xiàn)主軸變速、換刀、冷卻液的開停等強電控制,也可接受機床上的行程開關(guān)、按鈕等各種輸入信號,經(jīng)接口電路變換電平后送到CPU處理. 〔7〕顯示.CNC裝置的顯示主要是為操作者

62、了解機床的狀態(tài)提供方便,通常有零件加工程序顯示、各種參數(shù)顯示、刀具位置顯示、動態(tài)加工軌跡顯示、機床狀態(tài)顯示、報警顯示等. 〔8〕診斷.CNC裝置利用內(nèi)部自診斷程序?qū)C床各部件的運行狀態(tài)進行故障診斷,并對故障加以提示.診斷不僅可防止故障的發(fā)生或擴大,而一旦出現(xiàn)故障,又可幫用戶迅速查明故障的類型與部位,減少故障停機時間. 4－14 閉環(huán)伺服系統(tǒng)有哪幾部分組成？試述其工作原理. [參考答案] 1、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成 閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖4-8所示.主包含驅(qū)動電路、執(zhí)行元件〔伺服電機〕、傳動機構(gòu)、檢測元件與反饋電路等部分. 圖4-8 閉環(huán)伺服系統(tǒng)框圖 2、工作原理 閉環(huán)伺服系統(tǒng)

63、是在機床工作臺<或刀架>上安裝一個位置檢測裝置,該裝置可檢測出機床工作臺<或刀架>實際位移量或者實際所處位置,并將測量值反饋給CNC裝置,與CNC裝置發(fā)出的指令位移信號進行比較,求得偏差.伺服放大器將差值放大后用來控制伺服電動機,使系統(tǒng)向著減小偏差的方向運行,直到偏差為零,系統(tǒng)停止工作.因此閉環(huán)伺服系統(tǒng)是一個誤差控制隨動系統(tǒng). 4－15 數(shù)控機床的開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)有何特點？分別適用于什么場合？ [參考答案] 1、開環(huán)伺服系統(tǒng) 開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,易于控制,但精度較低,低速時不穩(wěn)定,高速時扭矩小,一般用于中、低檔數(shù)控機床或普通機床的數(shù)控改造上. 2、閉環(huán)伺服系統(tǒng) 閉環(huán)伺服

64、系統(tǒng)的反饋信號取自機床工作臺<或刀架>的實際位置,所以系統(tǒng)傳動鏈的誤差、環(huán)內(nèi)各元件的誤差以與運動中造成的誤差都可以得到補償,使得跟隨精度和定位精度大大提高.但由于受機械變形、溫度變化、振動等因素的影響,系統(tǒng)的穩(wěn)定性難以調(diào)整,且機床運行一段時間后,在機械傳動部件的磨損、變形等因素的影響下,系統(tǒng)的穩(wěn)定性易改變,使精度發(fā)生變化.因此只有在那些傳動部件精密度高、性能穩(wěn)定,使用過程溫差變化不大的大型、精密數(shù)控機床上才使用閉環(huán)伺服系統(tǒng). 3、半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)是一致的,不同點在于閉環(huán)系統(tǒng)環(huán)內(nèi)包括較多的機械傳動部件,傳動誤差均可被補償,理論上精度可以達到很高.而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)由于

65、坐標運動的傳動鏈有一都分在位置閉環(huán)以外,因此環(huán)外的傳動誤差得不到系統(tǒng)的補償,這種伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng).但半閉環(huán)系統(tǒng)比閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,造價低且安裝、調(diào)試方便,故這種系統(tǒng)被廣泛用于中小型數(shù)控機床上. 第5章 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計 習題與思考題 5－1生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計包括哪些內(nèi)容,遵循哪些原則? [參考答案] 1、繼電器－接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容 繼電器－接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容可以分為電氣原理圖設(shè)計和工藝設(shè)計兩大部分. 〔1〕電氣原理圖設(shè)計的主要內(nèi)容 電氣原理圖設(shè)計是繼電器－接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計的核心,是工藝設(shè)計和制定其他技術(shù)資料的依據(jù).主要包括以下設(shè)計內(nèi)容：

66、 ① 制定電氣設(shè)計技術(shù)條件,即任務(wù)書； ② 選擇電氣傳動方案與控制方式； ③ 確定或核對電動機的類型與技術(shù)參數(shù)； ④ 繪制電氣控制系統(tǒng)原理圖,確定各部分之間的關(guān)系,計算主要技術(shù)參數(shù)； ⑤ 選擇電氣元件,制定元器件目錄清單； ⑥ 編寫電氣控制系統(tǒng)設(shè)計說明書. 〔2〕工藝設(shè)計的主要內(nèi)容 工藝設(shè)計的主要目的是便于組織電氣控制裝置的制造與施工,實現(xiàn)電氣原理圖設(shè)計的功能和各項技術(shù)指標,為設(shè)備的制造、調(diào)試、維護和使用提供必要的圖紙資料.主要包括以下設(shè)計內(nèi)容： ① 根據(jù)電氣原理圖與選定的電器元件,設(shè)計、繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖與接線圖； ② 按照電氣原理圖或劃分的組件進行統(tǒng)一編號,編寫各部分元件目錄表,并根據(jù)總圖編號統(tǒng)計出各組件的進出線號； ③ 根據(jù)組件電氣原理與選定的元件目錄表,設(shè)計組件裝配圖<元件安裝方式>、接線圖,以便組件裝配和生產(chǎn)管理； ④ 根據(jù)組件裝配要求,繪制電氣安裝板和非標準的電器安裝零件圖,標明技術(shù)要求,以便制造、加工； ⑤ 根據(jù)組件尺寸與安裝要求,確定電氣控制柜結(jié)構(gòu)與外形尺寸、安裝支架、安裝尺寸、面板安裝方式、各組件的連接方式、通風散熱以與維修操作位置、