电大数控机床电气控制形成性考核参考答案

4/61．按钮开关和行程开关的作用分别是什么？如何确定按钮开关的选用原则？答：按钮开关通常用作短时接通或断开小电流控制电路的开关，用于控制电路中发出起动或停止等指令，通过接触器、继电器等控制电器接通或断开主电路。行程开关又称限位开关，是根据运动部件位置而切换电路的自动控制电器。动作时，由挡块与行程开关的滚轮相碰撞，使触头接通或断开用来控制运动部件的运动方向、行程大小或位置保护。按钮开关的选用原则①根据用途选择开关的形式，如紧急式、钥匙式、指示灯式等。②根据使用环境选择按钮开关的种类，如开启式、防水式、防腐式等。③按工作状态和工作情况的要求，选择按钮开关的颜色。2．低压断路器在电路中的作用是什么？答：低压断路器又称自动空气开关，它不但能用于正常工作时不频繁接通和断开电路，而且当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备，因此，低压断路器在机床上使用得越来越广泛。3．接触器的用途是什么？它由哪几部分组成？答：接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）的主电路自动控制电器。接触器按其主触头通过电流的种类不同，分为交流、直流两种，机床上应用最多的是交流接触器。它由电磁机构、触头系统、灭弧装置及其他部件等四部分组成。4．接近开关与行程开关相比有哪些优点？若接近开关为三线制输出，一般为哪三根输出线？答：接近开关又称无触点行程开关。与行程开关相比，接近开关具有工作稳定可靠、使用寿命长、重复定位精度高、操作频率高等优点。接近开关多为三线制。三线制接近开关有二根电源线（通常为24V）和一根输出线，输出有常开、常闭两种状态。5．中间继电器的作用是什么？它和交流接触器有何区别？答：中间继电器实质上是电压继电器的一种，其触点数量多（多至6对或更多），触点电流容量大（额定电流5～10A）,动作时间不大于0.05s。其主要用途是当其他继电器的触头数量或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触点数或触点容量，起到中间转换和放大作用。接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）的主电路自动控制电器。而继电器是一种根据某种输入信号的变化，而接通或断开控制电路，实现控制目的的电器，中间继电器实质上是电压继电器的一种。6．电动机起动电流很大，当电动机起动时，热继电器会不会动作？为什么？答：热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器，主要用于电动机或其他负载的过载保护。电动机起动电流很大，但是，当电动机起动时，热继电器不会动作。因为，热继电器由于热惯性，其双金属片在短时间内不会弯曲，当电路短路时不能立即动作使电路立即断开，因此不能作短路保护。7．在下表中填上电器的图形符号和文字符号。涉及的知识点及答题分析：这个题的考核知识点是常用低压电器地图形符号及文字表示。名称文字符号图形符号线圈（元件）常开触点常闭触点刀开关QS

接触器KM

时间继电器延时闭合ST

延时断开

延时闭合和延时断开空气断路器QF

按钮SB

速度继电器KS

热继电器FR

熔断器FU

行程开关SQ

8．三相异步电动机的起动控制采用哪两种方式？答：三相笼型电动机有直接起动（全电压起动）和间接起动（降压起动）两种方式。直接起动是一种简单、可靠、经济的起动方式，适合小容量电动机。对于较大容量（大于10KW）的电动机，因起动电流大（可达额定电流的4～7倍），一般采用减压起动方式来降低起动电流。9.自锁环节怎样组成？它起什么作用？并具有什么功能？答：一般可用起动按钮和接触器的常开触点并联，然后再和接触器的线圈串联可得。当按下起动按钮后，可实现长动，它又具有失压保护功能。10．什么是互锁环节，它起到什么作用？答：将两个接触器的常闭触点分别串联到对方的线圈回路中，即可得到互锁。它用来防止两个接触器同时得电。11．这是采用接触器直接起动的电动机单向全电压起动控制线路，请说明其主电路由哪些器件组成？并分析该控制方式的工作原理。

a）主电路b）控制电路答：如图1所示，主电路由刀开关QS、熔断器FU、接触器KM的主触点、热继电器FR的热元件与电动机M组成。控制电路由起动按钮SB2、停止按钮SB1、接触器KM的线圈及其常开辅助触点、热继电器FR的常闭触点和熔断器FU2组成。三相电源由QS引入，按下起动按钮SB2，接触器KM的线圈通电，其主触点闭合，电动机直接起动运行。同时与SB2并联的辅助触点KM闭合，将“SB2”短接，其作用是当放开起动按钮SB2后，仍可使KM线圈通电，电动机继续运行。这种依靠接触器自身的辅助触点来使其线圈保持通电的现象称为自锁或自保。带有自锁功能控制线路具有失压保护作用，起自锁作用的辅助触点称为自锁触点。按停止按钮SB1，接触器KM的线圈断电，其常开主触点断开，电动机停止转动。同时KM的自锁触点断开，故松手后SB1虽仍闭合，但KM的线圈不能继续得电。12.交流异步电动机的定子绕组在脱离电源后，由于机械惯性的作用，转子需要一段时间才能完全停止，而生产中一般都要求机床能迅速停车和准确定位，因此可采用能耗制动控制线路进行电气制动。试分析时间原则控制的单向能耗制动线路。答：能耗制动是在按停止按钮切断电动机三相电源的同时，定子绕组接通直流电源，产生静止磁场，利用转子感应电流与静止磁场的作用，产生电磁制动转矩而制动。如图2所示，是按能耗制动时间控制原则用时间继电器进行控制的单向能耗制动控制线路。停车时，a)交一交变频器b)交一直一交变频器图题5两种类型的变频器

6.正弦波脉宽调制(SPWM)变频器有什么特点？简述其工作原理。P101答：正弦波脉宽调制(SPWM)变频器结构简单，电网功率因数接近于1，且不受逆变器负载大小的影响，系统动态响应快，输出波形好，使电机可在近似于正弦波的交变电压下运行，脉动转矩小，扩展了调速范围，提高了调速性能，因此，在数控机床的交流驱动中广泛使用。基本工作原理是先将50Hz交流电经整流变压器变压得到所需电压，经二极管不可控整流和电容滤波，形成恒定直流电压，而后送入由大功率晶体管构成的逆变器主电路，输出三相电压和频率均可调整的等效于正弦波的脉宽调制波(SPWM波)，即可拖动三相电机运转。7.何谓主轴定向控制？简述其作用。答：主轴定向控制又称主轴准停控制，即当主轴停止时能控制其停在固定位置。其作用如下。①刀具交换:在加工中心中，当主轴停转进行刀具交换时，主轴需停在一个固定不变的位置上，从而保证主轴端面上的键也在一个固定的位置，这样，换刀机械手在交换刀具时，能保证刀柄上的键槽对正主轴端面上的定位键。②镗孔退刀:在精镗孔退刀时，为了避免刀尖划伤已加工表面，采用主轴准停控制，使刀尖停在一个固定位置(X轴或y轴上)，以便主轴偏移一定尺寸后，使刀尖离开工件表面进行退刀。8．为什么数控机床主轴要进行分段无级变速控制？数控机床主轴要采用分段无级变速控制，是为了既能在低档时主轴输出大扭矩，又能在高档时主轴转速可达到最高转速的要求。9．位置检测装置在数控机床控制中的主要作用是什么?答：位置检测装置是数控系统的重要组成部分，在闭环或半闭环控制的数控机床中，必须利用位置检测装置把机床运动部件的实际位移量随时检测出来，与给定的控制值(指令信号)进行比较，从而控制驱动元件正确运转，使工作台(或刀具)按规定的轨迹和坐标移动。

10．何谓绝对式测量和增量式测量，间接测量和直接测量?答：绝对式位置检测是：每个被测点的位置都从一个固定的零点算起；增量式位置检测是：只测位移增量，每检测到位置移动一个基本单位时，输出一个脉冲波或正弦波，通过脉冲计数便可得到位移量。位置检测装置所测量的对象就是被测量本身，叫做直接测量。采用安装在电机或丝杠轴端的回转型检测元件间接测量机床直线位移的检测方法，叫做间接测量。数控机床电气控制作业41.PLC有何主要特点?答:(1)可靠性高,抗干扰能力强；(2)控制系统构成简单,通用性强；(3)编程简单,使用,维修方便；(4)组合方便,功能强,应用范围广；(5)体积小,质量轻,功耗低。2.PLC的硬件结构与软件由哪几部分组成？各有什么作用？答：PLC的硬件结构由中央处理器(CPU)、存储器、I/O接口、电源、编程器等几部分组成。中央处理器(CPU)的主要作用是执行系统控制软件,从输入接口读取各开关状态,根据梯形图程序进行逻辑处理,并将处理结果输送到输出接口；存储器的作用是用来存储数据或者程序的；I/O接口的作用是连接CPU与现场I/O设备；电源的作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源；编程器主要用来输入和编辑用户程序,也可用来监视PLC运行时各编程元件的工作状态。PLC软件分为系统软件和用户软件,系统软件由PLC制造商固化在机内,用以控制PLC本身的运作;用户软件由PLC的使用者编制并输入，用于控制外部被控对象的运行。3.PLC采用什么工作方式？简述其工作过程。答：PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。4.PLC中常用的编程语言有哪些？请说明梯形图中“能流”的概念。答：PLC中常见的编程语言有梯形图、语句表(指令表)、功能表图等。由于梯形图是一种编程语言,其母线端无任何电源,为了便于理解,在梯形图中引入了一个假象的电流,称为”能流”。”能流”在梯形图中只能从左向右单向流动。

5.输入映像寄存器I（输入继电器）能否由程序指令驱动？答：输入继电器线圈不能由程序指令驱动，而只能由外部信号驱动，常开触点和常闭触点供用户编程使用。外部信号传感器主要用来检测外部信号的变化，它们与输入模块的输入端相连，以驱动输入继电器线圈。6.S7-200系列PLC共有几种类型定时器？答：S7-200系列PLC按工作方式分共有三种类型定时器：接通延时TON、断开延电TOF、有记忆接通延时TONR；按时基等级也可分为三种：分别为1ms、10ms、100ms。7.S7-200系列PLC共有几种类型的计数器？答：S7-200系列PLC共有三种类型的计数器：增计数器CTU、减计数器CTD和增/减计数器CTUD。8．根据梯形图和I0.0、I0.1的时序，画出Q0.0

的时序。9．根据梯形图和I0.0的时序，画出Q0.0

的时序。时序图如上所示,I0.0接通时间应远大于扫描周期时间.在I0.0第一次接通及断开时间内(I0.0第1个脉冲内):在第1个扫描周内，I0.0接通上升沿脉冲→M0.0通(1个扫描周)→Q0.0通,本扫描周输出刷新为:M0.0通,M0.1断,Q0.0通;第2个扫描周内,I0.0仍通但无上升沿脉冲→M0.0断(1扫描周到时断开)→M0.1断→Q0.0通(自保),本扫描周输出刷新为:M0.0断,M0.1断,Q0.0通;在以后的扫描周内,保持第2个扫描周的输出状态.(二)在I0.0第二接通及断开内第1个扫描周内,I0.0通电并上升沿脉冲M0.0通(通一个扫描周)→M0.1通(串接的两触点同时通)→Q0.0断;本周扫描刷新输出为:M0.0通;M0.1通;Q0.0断;第2个扫描周内,I0.0通但没有上升沿,M0.0断→M0.1断→Q0.0断;本周输出刷新为:M0.0断;M0.1断,Q0.0断;以后的扫描周内,保持第2个扫描周的输出状态.(三)在I0.0第三次接通及断开内,重复I0.0第一次接通及断开的状态.因此,本电路相当于一个I0.0的触发番转电路.10.分析梯形图，详细说明梯形图的功能。分析:在I0.0接通,I0.1未接通的情况下,本电路相当于一个200秒的延时输出电路.答：当I