数控机床课件VIP

主題一數控機床電氣控制概述

要求：瞭解數控機床及其控制技術發展的歷史和現狀。瞭解數控機床的基本結構、結構特點和工作原理。掌握數控機床電氣控制系統的功能、結構、分類和性能指標。

1．1數控設備的基本結構

數控設備的基本結構通常由機床主體、數控裝置和伺服系統三部分組成。在結構上已普遍將其數控裝置與伺服系統（執行電機除外）進行了一體化設計因此機床有主體和數控系統兩大部分組成。

1．2數控設備的結構特點

1．高剛度2．高柔性3．高靈敏度4．熱變形小5．高抗振性6．高精度保持性7．高可靠性1．3數控設備的工作原理

1．4數控機床電氣控制系統

法蘭克1．5數控機床電氣控制系統的分類

1．

運動控制軌跡分類（1）點位控制系統（2）直線控制系統（3）輪廓控制系統2．按伺服系統分類開環控制系統

半閉環控制系統

閉環控制系統

1．6數控機床控制系統的性能指標

數控機床的可控軸數和聯動軸數主軸轉速進給速度座標行程刀庫容量和換刀時間解析度和脈衝當量定位精度重複定位精度

1．7數控機床的發展

1．高速、高效

高速主軸單元(電主軸，轉速15000－100000r/min)、高速且高加/減速度的進給運動部件(快移速度60～120m/min，切削進給速度高達60m/min)、車削和銑削的切削速度已達到5000～8000m/min以上；主軸轉數在30000轉/分(有的高達10萬r/min)以上；工作臺的移動速度(進給速度)：在解析度為1微米時，在100m/min(有的到200m/min)以上，在解析度為0.1微米時，在24m/min以上；自動換刀速度在1秒以內；小線段插補進給速度達到12m/min。

2．高精度當前，在機械加工高精度的要求下，普通級數控機床的加工精度已由±10μm提高到±5μm；精密級加工中心的加工精度則從±3～5μm，提高到±1～1.5μm3．高可靠性當前國外數控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅動裝置達30000小時以上。4．複合化複合加工概念是指將工件一次裝夾後，機床便能按照數控加工程式，自動進行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個複雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鑽、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴孔等多種加工工序。

5．多軸化6．智能化智能加工是一種基於神經網路控制、模糊控制、數位化網路技術和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預才能解決的問題。7.網路化數控機床的網路化，主要指機床通過所配裝的數控系統與外部的其他控制系統或上位電腦進行網路連接和網路控制。8．柔性化9．綠色化要實現切削加工工藝的綠色化。

作業:課後4、7題

目前常用的數控系統有哪些?主題二數控機床常用低壓電器

主要內容：2．1低壓電器的基本知識2．2電力開關電器2．3低壓控制電器2．4熱繼電器2．5低壓主令電器

2．6低壓執行電器

要求：

掌握常用的低壓電器元件原理、功能和圖形符號。

電器定義：所有電工器械的簡稱，即凡是根據外界特定的信號和要求自動或手動接通或斷開電路，斷續或連續地改變電路參數，實現對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測、和調節的電工器械統稱為電器。低壓電器：用於交流1200V、直流1500V級以下的電路中起通斷、保護、控制或調節作用的電器產品。高壓電器：交流1200V以上、直流1500V以上。2．1低壓電器的基本知識

1．低壓電器的分類

（1）按照用途來分類按用途來分類一般把低壓電器分為低壓配電電器、低壓控制電器及低壓執行電器（2）按照動作方式來分類按照動作方式來分類一般把低壓電器分為自動切換電器和非自動切換電器（3）按照執行功能來分類按照執行功能來分類一般把低壓電器分為有觸點電器和無觸點電器。

2．低壓電器的結構

電器一般都具有兩個基本組成部分電磁機構、觸頭系統。（1）電磁機構電磁機構將電能轉換成機械能，通過杠杆機構帶動觸頭的閉合和分開。電磁機構一般由線圈、鐵心和銜鐵三部分組成。其結構形式按照動作方式有直動式和轉動式電磁機構有直流和交流兩種。

（2）觸頭系統

觸頭是有觸點電器的執行部件用來接通和斷開電路。按照結構型式可分為橋式觸頭和指式觸頭。根據用途的不同，觸頭可以分為動合觸點和動斷觸頭。電器元件在沒有通電或不受外力作用的常態下處於斷開狀態的觸頭稱為動合觸點，反之則稱為動斷觸點。

（3）滅弧裝置

當觸頭分斷大電流電路時，會在動、靜觸頭間產生強烈的電弧。電弧會燒傷觸頭，並使電路的切斷時間延長，嚴重時甚至會引起觸電或其他事故。必須採用滅弧裝置來迅速熄滅觸點在分斷電路時所產生的電弧。

滅弧措施：

電動力滅弧

窄縫滅弧

柵片滅弧

磁吹滅弧

2．2電力開關電器

電力開關是數控機床的電源控制部件，通過電力開關保證設備、人身安全。

1．刀開關刀開關是一種手動電器又叫閘刀開關，廣泛應用於配電設備作隔離電源用，有時也用於小容量不頻繁起動停止的電動機直接起動控制。

刀開關結構簡單，操作方便。在安裝時，手柄向上不得倒裝或平裝。如果倒裝拉閘後手柄可能因自重下落引起誤合閘而造成人身設備安全事故。接線時必須將電源線接在上端，負載線接在下端來保證安全。

2．組合開關

組合開關又稱轉換開關它實質也是一種刀開關，只不過一般刀開關的操作手柄是垂直於安裝平面的平面內向上或向下轉動，而組合開關的操作手柄是平行於安裝平面的平面內向左或向右轉動。它具有多觸頭、多位置、體積小、性能可靠、操作方便、安裝靈活等特點。它常用在機床的控制電路中，作為電源的引入開關，也可控制小容量電動機的直接起動、反轉、調速和停止的控制開關等。

3．低壓斷路器

它相當於閘刀開關、熔斷器、熱繼電器、欠電壓繼電器等的組合，是一種既有手動開關作用又能進行欠壓、失壓、超載和短路保護的電器。正常工作時，可以人工操作接通或切斷電源與負載的聯繫，當出現短路、超載、欠壓等故障時能自動切斷故障電路。

低壓斷路器按照極數分有單極、雙極、三極、四極斷路器四種；按保護形式分有過電流脫扣器、熱脫扣器、複式脫扣器、分勵脫扣器、欠電壓脫扣器、無脫扣器六種；按結構形式分為塑殼式和框架式（框架式容量大工作電流在600A以上）。它可用於電源電路、照明電路、電動機主電路的分合及保護。（1）低壓斷路器的結構

低壓斷路器主要由主觸頭、操作機構、脫扣器和滅弧裝置等組成。

①主觸頭主觸頭用來接通和分斷主電路。

②操作機構操作機構是實現低壓斷路器閉合及斷開的機構。分為機械式和電動式。③脫扣器當電路出現故障，脫扣器會感測到故障信號而動作，經自由脫扣器將主觸頭斷開。④滅弧裝置主觸頭上裝有滅弧裝置，目的是為了提高分斷能力。

（2）工作原理

圖2．14

低壓斷路器工作原理圖1分閘彈簧2主觸頭3傳動杆4鎖扣5軸

6過電流脫扣器7熱脫扣器8欠壓失壓脫扣器9分勵脫扣器開關電器圖形符號QS4．熔斷器

熔斷器又叫保險絲，是一種用於超載與短路保護的電器。它具有結構簡單、體積小、重量輕、工作可靠、價格低等優點在強電、弱電系統中廣泛應用

熔斷器主要由熔體、放置熔體的絕緣管、觸頭及絕緣底板（底座）等部分組成。熔斷器的主要部件就是熔體。熔體的材料分為低熔點和高熔點材料。低熔點材料主要有鉛錫合金、鋅等，高熔點材料主要有銅、銀、鋁等。它通常製成的絲狀或片狀。熔斷管是由瓷質絕緣材料或硬質纖維製成的半封閉式管狀外殼，熔體裝在熔斷管中，在熔體熔斷時起滅弧作用。熔斷器按結構形式主要分為半封閉插入式、無填料密封管式、有填料密封管式和自複式四種。常見的是瓷插式熔斷器、螺旋式熔斷器、RT0系列有填料封閉管式熔斷器、快速熔斷器、自複式熔斷器

瓷插式熔斷器：結構簡單、更換方便、價格低螺旋式熔斷器：主要由瓷帽、熔斷體、瓷套、上接線柱、下接線柱及底座組成。分斷能力強、結構緊湊、體積小、安裝面積小、更換方便、安全可靠，熔絲熔斷後有明顯信號指示。它廣泛用於控制箱、配電屏、機床設備及震動較大的場所。RM10系列無填料封閉管式熔斷器多用於低壓電力網和成套配電裝置中

2．3低壓控制電器

1．接觸器接觸器廣泛應用於頻繁地接通和分斷帶有負載的主電路或大容量的控制電路，並可實現遠距離的自動控制。

接觸器根據操作原理的不同可分為：電磁式、氣動式和液壓式，絕大多數的接觸器為電磁式接觸器；根據接觸器觸頭控制負載的不同可分為：直流接觸器（用作接通和分斷直流電路的接觸器）和交流接觸器（用作接通和分斷交流電路的接觸器）兩種，此外接觸器還可按它的冷卻情況分為：自然空氣冷卻、油冷和水冷三種，絕大多數的接觸器是空氣冷卻式。按結構佈置形式有正裝和倒裝。

交流接觸器的構造和工作原理交流接觸器主要由以下四部分組成：電磁系統：包括線圈、銜鐵、鐵芯觸頭系統：包括主觸頭、輔助觸頭。輔助常開和常閉觸頭是聯動的，即常閉觸頭打開時常開觸頭閉合。接觸器的主觸頭的作用是接通和斷開主電路，輔助觸頭一般接在控制電路中，完成電路的各種控制要求。滅弧室：觸頭開關時產生很大電弧會燒壞主觸頭，為了迅速切斷觸頭開關時的電弧，一般容量稍大些的交流接觸器都有滅弧室。其他部分：包括反作用彈簧、緩衝彈簧、觸頭壓力彈簧片、傳動機構、短路環、接線柱等。KM2．電磁繼電器

電磁繼電器是自動控制電路中常用的一種元件。實際上它是用較小電流控制較大電流的一種自動開關

電磁繼電器的基本結構電磁繼電器一般由電磁系統、觸頭系統、調節系統等組成。電磁系統包括銜鐵、鐵心、軛鐵、線圈等，是反應繼電器輸入量的結構系統。

觸頭系統包括動、靜觸頭及其附件。觸頭一般為橋式觸頭，有常開和常閉兩種形式，沒有滅弧裝置。觸頭系統是反應輸出量的結構系統。調節系統繼電器中設有反作用彈簧，在繼電器斷電釋放時使得觸頭複位。一般設有改變反作用彈簧鬆緊程度的調節裝置和改變銜鐵釋放時初始狀態磁路氣隙大小的調節裝置，如調節螺母和非磁性墊片等。（2）電磁繼電器的分類：

按其用途不同可分為電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器、時間繼電器和速度繼電器等。3．時間繼電器

感受部分在感受外界信號後，經過一段時間才能使執行部分動作的繼電器，叫做時間繼電器。對於電磁式時間繼電器，當線圈在接受信號以後（通電或失電），其對應的觸頭使某一控制電路延時斷開或閉合。時間繼電器主要有空氣阻尼式、電動式、電晶體式及直流電磁式等幾大類。延時方式有通電延時和斷電延時兩種

（1）空氣阻尼式時間繼電器空氣阻尼式時間繼電器是根據空氣阻尼的原理製成的。它主要由電磁系統、工作觸頭（微動開關）、延時機構等組成。

KT(e)

線圈4．電流繼電器

電流繼電器根據輸入(線圈)電流大小而動作的繼電器。電流繼電器的線圈串接在被測電路中，以反應電流的變化。其觸點接在控制電路中，用於控制接觸器的線圈或信號指示燈的通斷。為了不影響電路正常工作電流繼電器的線圈阻抗小、導線粗、匝數少。

電流繼電器有過電流繼電器和欠電流繼電器兩種。

5．電壓繼電器電壓繼電器根據輸入電壓大小而動作的繼電器。電壓繼電器線圈與被測電路並聯。為減少分流電壓繼電器的線圈導線細、匝數多、阻抗高。電壓繼電器有過電壓繼電器和欠電壓繼電器

過電流繼電器線圈欠電流繼電器線圈過電壓繼電器線圈欠電壓繼電器線圈常開觸頭常閉觸頭6．中間繼電器中間繼電器是將一個輸入信號變成一個或多個輸出信號的繼電器。中間繼電器的特點是觸頭數目多（6對以上）觸點電流較大（5A）但與接觸器不同的是觸頭無主輔之分，當電機功率較小時，可代替接觸器的觸點。

7．速度繼電器速度繼電器是利用轉軸的一定轉速來切換電路的自動電器。它常用於電動機的反接制動的控制電路中，當反接制動的轉速下降到接近零時，它能自動地及時切斷電流。它由轉子、定子和觸頭三部分組成。速度繼電器與電動機同軸，觸頭串接在控制電路中。

2．4熱繼電器

熱繼電器是電流通過發熱元件產生熱量來使檢測元件受熱彎曲，推動執行機構動作的一種保護電器。主要用來保護電動機或其他負載免於超載以及作為三相電動機的斷相保護等。熱繼電器主要由感溫元件（或稱熱元件）、觸頭系統、動作機構、複位按鈕、電流調節裝置、溫度補償元件等組成。

1主雙金屬片2電阻絲3導板4補償雙金屬片5螺釘6推杆7靜觸頭8動觸頭9複位按鈕10調節凸輪11彈簧2．5低壓主令電器

低壓主令電器是用於發送控制指令的電器。它屬於非自動切換電器用於控制電路電源的控制，在控制系統中用來發佈命令，如按鈕、主令開關、行程開關、主令控制器

1．控制按鈕控制按鈕具有常開和常閉觸頭的複式按鈕。其觸頭對數有1常開1常閉，2常開2常閉，以至6常開6常閉。對複式按鈕來說，按下按鈕時，它的常閉觸頭先斷開，經過一個很短時間後，它的常開觸頭再閉合。

控制按鈕一般由按鈕、複位彈簧、觸頭和外殼等部分組成

“停止”和“急停”按鈕必須是紅色。當按下紅色按鈕時，必須使設備停止工作或斷電。“起動”按鈕的顏色是綠色“起動”與“停止”交替動作的按鈕必須是黑色、白色或灰色，不得用紅色和綠色。“點動”按鈕必須是黑色。“複位”(如保護繼電器的複位按鈕)必須是藍色。當複位按鈕還有停止的作用時，必須是紅色。2．萬能轉換開關萬能轉換開關採用疊裝式元件組成，能對電路進行多種轉換的控制，它是一種低壓控制電器，同時也是一種低壓主令電器。和組合開關相比是具有更多操作位置和觸點、能夠換接多條電路的手動控制電器。由於它能控制多條回路，適應控制複雜線路故而叫做萬能轉換開關。廣泛用於自動開關、高壓油斷路器等操作機構的合閘控制、電磁控制站中線路的換接以及電流、電壓換相測量等處，還可以用於不頻繁起動停止的小容量電動機的控制。

3．行程開關依據生產機械的行程發出命令，以控制其運動方向和行程長短的主令電器稱為行程開關。若將行程開關安裝於生產機械行程的終點處，用以限制其行程，則稱為限位開關。

行程開關按其結構分為機械結構的接觸式有觸點行程開關和電氣結構的非接觸式接近開關。機械接觸式行程開關分為直動式、滾動式和微動式三種。接近開關按照原理分為高頻振盪型、感應型、電容型、光電型、永磁及磁敏元件型、超聲波型等。接近開關工作穩定可靠、使用壽命長、操作頻率高、體積小因此在數控機床上廣泛使用。接近開關工作穩定可靠、使用壽命長、操作頻率高、體積小因此在數控機床上廣泛使用。（a）直動式行程開關（b）滾輪式行程開關（c）微動開關1頂杆2複位彈簧3靜觸頭4動觸頭5觸頭彈簧1滾輪2上轉臂3盤形彈簧4推杆5小滾輪6擒縱件7、8壓板9彈簧10彈11動觸頭12靜觸頭1常開靜觸頭2動觸頭3常閉靜觸頭4殼體5推杆6弓簧片2．6低壓執行電器

低壓執行電器用於完成某種動作或傳送功能的電器。1．電磁閥電磁閥是用電磁鐵推動滑閥移動來控制介質（氣體、液體）的方向、流量、速度等參數的工業裝置。2．電磁離合器

電磁離合器又稱電磁聯軸節。它是利用表面磨擦和電磁感應原理，在兩個作旋轉運動的物體間傳遞轉矩的執行電器。由於它便於遠距離控制，控制能量小，動作迅速、可靠、結構簡單，廣泛應用於機床的電氣控制。摩擦片式電磁離合器應用較為普遍。圖2．43多片式摩擦電磁離合器結構簡圖1主動軸2從動齒輪3套筒4銜鐵5從動磨擦片6主動磨擦片7電刷與滑環8線圈9鐵心作業：

課後3、14、16、24、27、32、34

補充作業：在實習車間數控車床的零點開關屬於哪種開關？查閱正泰電器中的空氣開關、接觸器的特點、種類、附件主題三典型機床電氣控制基本環節

主要內容3．1非同步電機的啟動3．2電機的正反轉控制3．3多地控制3．4順序控制環節3．5自動往復控制3．6三相非同步電機的降壓啟動3．7三相繞線型非同步電動機的啟動3．8三相非同步電動機的制動控制3．9三相非同步電動機的調速控制3．10直流電動機的電氣控制要求：①掌握機床電氣控制的典型環節的原理與方法即交流電機的啟動、制動、正反轉的原理方法及應用。②瞭解交流電機的調速原理方法。

3．1非同步電機的啟動啟動的方法有兩種：直接啟動降壓啟動起動時接在電機繞組上的電壓就是電機的額定電壓利用起動設備將電壓適當降低後加到電機繞組的上進行啟動，待電機起動運轉後轉速接近額定數值再將電壓恢復為額定電壓

判定一臺電機能否直接啟動可以用下麵的經驗公式來確定：電源1．手動控制電路電源還可用哪種電器？使用空氣開關後對電機具有哪些保護功能？應用：

對小型台鑽、砂輪機、冷卻泵、風扇等，可用鐵殼開關、膠蓋開關或用組合開關和熔斷器、空氣開關來直接控制三相非同步電機啟動和停止。特點：

這種手動運轉控制線路用的電器數量少，線路結構簡單，但在啟動、停止控制頻繁的場所這種手動控制方法既不方便，也不安全，操作強度大不能實現自動控制。

2.接觸器直接啟動控制接入按鈕此時電路有什麼特點？這就是點動控制

點動控制的應用：

主要實現位置的調整如：機床刀架、橫樑、立柱等的快速移動、對刀調整等缺點：

要使電機連續運轉，啟動按鈕就不能斷開，這不符合實際生產要求。附加電路按鈕熱繼電器接觸器KM自鎖增加停止按鈕長動控制線路

上述控制電路的中可以實現短路保護、超載保護、欠壓和失壓保護等。

（1）短路保護電動機、電器以及導線的絕緣損壞或線路發生故障時，都可能造成短路事故。很大的短路電流和電動力可能使電器設備損壞。因此要求一旦發生短路故障時，控制電路應能迅速、可靠地切斷電路進行保護，並且保護裝置不應受啟動電流的影響而誤動作。

常用的短路保護元件

熔斷器價格便宜，斷弧能力強。但是熔體的品質、老化及環境溫度等因素對其動作值影響較大，用其保護電動機時，可能會因一相熔體熔斷而造成電動機單相運行。因此熔斷器適用於對動作準確度和自動化程度較差的系統中，如小容量的籠型電動機、普通交流電源等。自動開關又稱自動空氣熔斷器，它有短路、超載和欠壓保護。這種開關能線上路發生短路故障時，其電流線圈動作，就會自動跳閘，將三相電源同時切斷。自動開關結構複雜，價格較貴，不宜頻繁操作，廣泛應用於要求較高的場合。

（2）超載保護

超載保護是指電機出現超載時能切斷電機電源，使電機停止轉動的一種保護措施。電動機不正確地啟動、運行中負載轉矩劇烈增加、長期負載過大或啟動操作頻繁、電機缺相運行會引起電動機過電流運行，超過額定數值。在這種情況下這種過電流比短路電流小，但比電動機額定電流卻大得多，此時熔斷器往往不會熔斷。但會造成電動機的繞組過熱使溫度升高，若溫度超過允許溫升會使絕緣損壞，縮短電機的使用壽命，嚴重時會燒毀電機繞組。因此對電機實施超載保護措施。

（3）零電壓保護

在電動機運行中，如果電源電壓因某種原因消失，那麼在電源電壓恢復時，如果電動機自行啟動將可能使生產設備損壞，也可能造成人身事故。對供電系統的電網來說，同時有許多電動機及其他用電設備自行啟動也會引起不允許的過電流及瞬間網路電壓下降。為防止電網失電後恢復供電時電動機自行啟動的保護叫做零電壓保護。（4）欠電壓保護電動機正常運行時，電源電壓過分地降低將引起一些電器釋放，造成控制電路工作不正常，甚至產生事故。電網電壓過低，如果電動機負載不變，由於三相非同步電動機的電磁轉矩與電壓的二次方成正比，則會因電磁轉矩的降低而帶不動負載，造成電動機堵轉停車，電動機電流增大使電動機發熱，嚴重時燒壞電動機。因此，在電源電壓降到允許值以下時，需要採用保護措施，及時切斷電源，這就是欠電壓保護。

常用元件在控制電路的主電路和控制電路由同一個電源供電時，具有電氣自鎖的接觸器兼有欠電壓和零電壓保護作用。若因故障電網電壓下降到允許值以下時，接觸器線圈也釋放，從而切斷電動機電源；當電網電壓恢復時，由於自鎖已解除，電動機也不會再自行啟動。欠電壓繼電器的線圈直接跨接在定子的兩相電源線上，其常開觸點串接在控制電動機的接觸器線圈控制電路中。自動開關的欠壓脫扣亦可作為欠壓保護。主令控制器的零位操作是零電壓保護的環節。

3．點動與連續運轉的控制在生產實踐中，某些生產機械常會要求既能正常啟動，以能實現位置調整的點動工作。所謂點動，即按按鈕時電動機轉動工作，鬆開按鈕後，電動機即停止工作。點動控制主要用於機床刀架、橫樑、立柱等的快速移動、對刀調整等。3．2電機的正反轉控制

在實際工作中，生產機械常常需要運動部件可以相反方向的運動，這就要求電動機能夠實現可逆運行。如：機床工作臺的前進和後退；銑床主軸的正反轉等。由電機原理可知，三相交流電動機可改變定子繞組相序來改變電動機的旋轉方向。因此，借助於接觸器來實現三相電源相序的改變，即可實現電動機的可逆運行。

在大型生產設備上，為使操作人員在不同方位均能進行控制操作，常常要求組成多地控制電路。3．3多地控制

從圖中可以看出，多地控制電路只需多用幾個啟動按鈕和停止按鈕，無需增加其他電器元件。啟動按鈕應並聯，停止按鈕應串聯，分別裝在幾個地方。3．4順序控制環節

要求電動機的啟動和停止按照一定的順序利用時間繼電器控制的順序啟動電路

3．5自動往復控制

利用行程開關來檢測往復運動的相對位置，進而控制電動機的正反轉來實現生產機械的往復運動。利用行程開關按照機械設備的運動部件的行程位置進行的控制，稱為行程控制原則3．6三相鼠籠非同步電機的降壓啟動

電動機減壓啟動可以減少啟動電流，減小線路電壓降，但電動機的電磁轉矩是與定子端電壓平方成正比，所以減壓啟動使得電動機的啟動轉矩相應減小，故減壓啟動適用於空載或輕載下啟動。三相籠型非同步電動機降壓啟動的方法有：定子繞組電路串電阻；Ｙ－△聯接降壓啟動；延邊三角形和使用自耦變壓器啟動等。

1．定子串電阻降壓啟動

2．星形－三角形聯接降壓啟動控制電路

啟動時，定子繞組接成星形，待轉速上升到接近額定轉速時，再將定子繞組的接線換接成三角形，電動機進入全電壓正常運行狀態。由電工基礎知識可知：啟動時加在定子繞組上的啟動電壓只有三角形接法的

啟動電流為三角形接法的1/3，相應的啟動轉矩也是三角形聯接時的1/3。

3．自耦變壓器降壓啟動控制

電動機自耦變壓器減壓啟動是將自耦變壓器一次側接在電網上，啟動時定子繞組接在自耦變壓器二次側上。啟動時定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次側電壓，待電動機轉速接近額定轉速時，切斷自耦變壓器電路，把額定電壓直接加在電動機的定子繞組上，電動機進入全壓正常運行。

圖

3．13XJ01系列自耦降壓啟動電路圖3．7三相繞線型非同步電動機的啟動

在生產中對要求啟動轉矩大、且能平滑調速的場合經常使用三相繞線型非同步電動機。它的優點是可以通過滑環在轉子繞組中串接外加電阻來改變電機的機械特性，從而減小啟動電流和提高轉子啟動轉矩。

1．按電流原則控制轉子電路串電阻啟動控制電路

2．按時間原則控制轉子串電阻啟動控制電路

3．8三相非同步電動機的制動控制

電動機採取有效的制動措施目的是能迅速停車和準確定位。制動控制的方法有兩大類：機械制動和電氣制動。機械制動是採用機械裝置產生機械力來強迫電動機迅速停車電氣制動是使電動機產生的電磁轉矩方向與電動機旋轉方向相反，起制動作用。電氣制動有反接制動、能耗制動、再生制動、以及派生的電容制動等.

1．反接制動控制電路

反接制動實質上是改變非同步電動機定子繞組中的三相電源相序，使定子繞組產生與轉子方向相反的旋轉磁場，因而產生制動轉矩的一種制動方法。

（1）電動機單向反接制動控制（2）電動機可逆運行反接制動控制

2．能耗制動控制電路

能耗制動就是在電動機脫離三相交流電源之後，向定子繞組內通入直流電流，建立靜止磁場，利用轉子感應電流與靜止磁場的作用產生制動的電磁轉矩，達到制動目的。（1）電動機單向運行能耗制動控制

(2)電動機可逆運行能耗制動控制

3．無變壓器單管能耗制動控制電路

3．9三相非同步電動機的調速控制

在生產實踐中，許多生產機械的運行速度需要根據工藝要求來人為的調節速度，這種負載不變人為調節轉速的過程叫調速。通過改變傳動機構轉速比的調速方法叫機械調速，通過改變電動機參數而改變系統運行轉速的調速方法叫電氣調速。生產機械調速可以提高產品品質、工作效率、節約能源。

電動機轉速與定子繞組的極對數、轉差率及電源頻率有關。因此，三相非同步電動機調速方法有變極對數、變轉差率和變頻調速三種。變極調速一般僅適用於籠型非同步電動機；變轉差率調速可通過調節定子電壓、改變轉子電路中的電阻以及採用串級調速來實現；變頻調速是現代電力傳動的一個主要發展方向，已廣泛應用於工業自動控制中。

1．三相籠型電動機變極調速控制

3．三相非同步電動機變頻調速控制

額定頻率以下的調速在調節電源頻率的同時，必須同時調節電動機的定子電壓，且始終保持常數，原因是根據電動機電動勢電壓平衡方程，當頻率下降時，若電壓不便則必須增加磁通，而在電機設計製造時，磁路設計已接近飽和，上升必然使磁路飽和，勵磁電流巨增，使電機無法正常工作。為此在調節中應使恒定不變，則必須保持常數。因此額定頻率以下的調速為恒磁通調速，由於Фm不變，調速過程中電磁轉不變，屬於恒轉矩調速。相當於直流電極的調壓調速。

②

額定頻率以上的調速當電源頻率在額定頻率以上調節時，電動機的定子相電壓是不允許在額定相電壓以上調節的，否則會超過電機絕緣耐壓限度危及電動機的絕緣。所以，電源頻率上調時，只能維持電動機定子額定相電壓不變。於是，隨著升高Фm將下降，但n上升，故屬於恒功率調速。相當於直流電極的調壓調速的弱磁調速。（2）變頻器分類

變頻器按變頻的原理分為交—交變頻器和交—直—交變頻器，使用最多的變頻器均為交—直—交變頻器。根據直流環切的儲能方式不同，交—直—交變頻器又分為電壓型和電流型兩種。電壓型變頻器是指變頻器整流後是由電容來濾波，現在使用的交—直—交變頻器大部分是電壓型變頻器。電流型變頻器是指變頻器整流後是由電感元件來濾波的目前少見。根據調壓方式不同，交—直—交變頻器又分為脈幅調製型和脈寬調製型。脈幅調製是指變頻器輸出電壓大小是通過改變直流電壓大小來實現的。常用PAM表示，這種調壓方式已很少使用。脈寬調製是指變頻器輸出電壓大小是通過改變輸出脈衝的占空比來實現的，常用PWM表示。目前使用最多的占空比按正弦規律變化的正弦脈寬調製，即SPWM方式。3．10直流電動機的電氣控制

直流電動機具有良好的啟動、制動與調速性能，容易實現各種運行狀態的自動控制。因此在工業生產中直流拖動系統得到了廣泛的應用，直流電動機的控制已成為電力拖動自動控制的重要組成部分。

1．直流電動機單向運轉啟動控制

直流電動機在額定電壓下直接啟動，啟動電流可高達額定電流的10～20倍，產生很大的啟動轉矩，導致電動機換向器和電樞繞組的損壞，必須採用加大電樞電阻或減低電樞電壓的方法來限制啟動電流。同時，他勵直流電動機在弱磁或零磁時會產生“飛車”現象，因此在接入電樞電壓前，應先接入額定勵磁電壓，並且在勵磁回路中設有弱磁保護環節。作業：習題1、2、7、9、12、16、17、補充：1．分析繞線電機轉子繞組串接電阻降壓啟動原理（按時間原則控制）

2．控制電路中自動控制的原則有哪幾種？

主題四典型機床的控制系統分析主要內容4．1電氣製圖基礎4．2車床電氣控制分析4．3銑床電氣控制分析

要求：掌握機床電氣圖的繪製方法。掌握機床電氣控制系統圖的組成和功能。掌握典型機床電氣控制系統的分析方法。瞭解車床和銑床的常見電氣故障與處理。

4．1電氣製圖基礎

機械運動形式對電氣控制系統的要求，採用國家統一規定的電氣圖形符號和文字元號，按照電氣設備和電器的工作順序，詳細表示電路、設備或成套裝置的全部基本組成和連接關係的圖形叫電氣控制系統圖。它清晰的表達了設備電氣控制系統的組成結構、設計意圖，系統工作原理及安裝、調試和檢修控制系統等技術要求。

電氣控制系統圖一般有三種：電氣原理圖電器元件佈置圖電氣安裝接線圖

1.電氣原理圖目的是便於閱讀和分析控制線路，應根據結構簡單、層次分明清晰的原則，採用電器元件展開形式繪製。它包括所有電器元件的導電部件和接線端子，但並不按照電器元件的實際佈置位置來繪製，也不反映電器元件的實際大小。繪製電氣原理圖時應遵循的原則電氣原理圖分主電路和輔助電路兩部分。主電路是電氣控制線路中大電流通過的部分。輔助電路是控制線路中除主電路以外的電路，其流過的電流比較小和輔助電路包括控制電路、照明電路、信號電路和保護電路。電氣原理圖中所有電器元件都應採用國家標準中統一規定的圖形符號和文字元號表示。電氣原理圖中電器元件的佈局電氣原理圖中電器元件的佈局，應根據便於閱讀原則安排。主電路安排在圖面左側輔助電路安排在圖面右側。無論主電路還是輔助電路，均按功能佈置，盡可能按動作順序從左到右排列。電氣原理圖中，當同一電器元件的不同部件（如線圈、觸點）分散在不同位置時，為了表示是同一元件，要在電器元件的不同部件處標注統一的文字符號。對於同類器件，要在其文字符號後加數字序號來區別。如兩個接觸器，可用KMI、KMZ文字符號區別。電氣原理圖中，所有電器的可動部分均按沒有通電或沒有外力作用時的狀態畫出。對於繼電器、接觸器的觸點，按其線圈不通電時的狀態畫出，控制器按手柄處於零位時的狀態畫出；對於按鈕、行程開關等觸點按未受外力作用時的狀態畫出。電氣原理圖中，應儘量減少線條和避免線條交叉。各導線之間有電聯系時，在導線交點處畫實心圓點。根據圖面佈置需要，可以將圖形符號旋轉繪製，一般逆時針方向旋轉90度，但文字符號不可倒置。圖面區域的劃分圖紙上方的1、2、3…等數字是圖區的編號，它是為了便於檢索電氣線路，方便閱讀分析從而避免遺漏設置的。圖區編號也可設置在圖的下方。圖區編號下方的的文字表明它對應的下方元件或電路的功能，使讀者能清楚地知道某個元件或某部分電路的功能，以利於理解全部電路的工作原理。符號位置的索引符號位置的索引用圖號、頁次和圖區編號的組合索引法，索引代號的組成如下：圖號是指當某設備的電氣原理圖按功能多冊裝訂時，每冊的編號，一般用數字表示。當某一元件相關的各符號元素出現在不同圖號的圖紙上，而當每個圖號僅有一頁圖紙時，索引代號中可省略“頁號”及分隔符號“·”。當某一元件相關的各符號元素出現在同一圖號的圖紙上，而該圖號有幾張圖紙時，可省略“圖號”和分隔符號“／”主電路的標記（1）三相交流電源引入線採用L1、L2、L3、N、PE自上而下標記依次畫出。直流電源“+”端在上“—”端在下；（2）電源開關之後的三相交流電源主電路分別按U11、V11、W11順序標記。（3）電動機繞組首端分別用U1、V1、W1標記，尾端分別用U2、V2、W2標記。雙繞組的中點則用U3、V3、W3標記。對與多臺惦記其三相繞組接線端標記以1U、1V、1W；2U、2V、2W…來區分。各電動機分支電路各接點標記採用三相文字代號後面加數字來表示，從上到下按數值大小順序標記。（5）控制電路採用阿拉伯數字編號，一般由三位或三位以下的數字組成，標注方法按“等電位”原則進行。在垂直繪製的電路中，標號順序一般由上而下編號，凡是被線圈、繞組、觸點或電阻、電容等元件所間隔的線段，都應標以不同的電路標號。2.電器位置圖

電器位置圖是用來詳細表明電氣原理圖中各電氣設備、元器件的實際安裝位置，為電器控制設備的製造、安裝、維修、提供必要的資料。

3.安裝接線圖

安裝接線圖用來表明電氣設備或裝置之間的接線關係，清楚的表明電氣設備外部元件的相對位置及它們之間的電氣連接，是實際安裝佈線的依據。安裝接線圖主要用於電器的安裝接線、線路檢查、線路維修和故障處理，通常接線圖與電氣原理圖和元件佈置圖一起使用。

4．2車床電氣控制分析

1．普通車床的主要結構及運行形式

2．電力拖動特點和控制要求

①主拖動電動機採用一般三相籠型非同步電動機，主軸採用機械調速其正反轉採用機械方式實現。②主拖電動機容量較小採用直接起動方式③車削加工時，需要冷卻液冷卻，因此需要一臺冷卻泵電機，其單方向旋轉與主拖電動機有聯鎖關係。④主拖電動機和冷卻泵電動機部分應具有短路和超載保護。⑤應具有局部安全照明裝置

CW6132普通車床電氣控制線路分析

電器位置圖安裝接線圖

CW6132型車床電氣互連圖CW6132普通車床電氣控制線路的故障與處理

電源正常，接觸器不吸合，主軸電動機不起動

電源正常，接觸器能吸合，但主軸電動機不起動

接觸器能吸合，但不能自鎖

主軸電動機缺相運行（主軸電動機轉速慢，併發出“嗡嗡”聲

主軸電動機不能停轉{按SB1電動機不停轉

4．3銑床電氣控制分析

1．X62W臥式萬能銑床的主要結構2．電力拖動特點和控制要求（1）銑床在銑削加工時，進到量小時用高速，反之用低速銑削。（2）為了能進行順銑和逆銑加工，要求主軸能夠實現正反轉（3）主軸變速時，為使變速箱內齒輪易於咬和，要求主軸電動機變速時有變速衝動。（4）銑床工作臺有前後、左右、上下6個方向的進給運動和快速移動，要求進給電動機實現正反轉，並通過操作手柄和機械離合器配合來實現。（5）為防止刀具、床體的損壞要求只有主軸起動後才允許有進給運動和進給方向的快速移（6）要求有冷卻系統、36V或24V照明安全電壓；交流控制回路採用變壓器127V供電控制。3．X62W臥式萬能銑床電氣控制線路分析

作業：課後習題：1、2、4、8、9、10、15主題五

可編程序控制器

主要內容5．1PLC概述5．2PLC的結構5．3常用週邊器件5．4PLC輸入輸出介面5．5PLC的工作原理5．6PLC的編程語言5．7PLC的性能指標5．8PLC與微機系統和繼電器系統的區別5．9數控機床的PLC要求①瞭解可編程序控制器的產生和發展趨勢。②掌握PLC的基本硬體結構、工作原理、性能指標。③掌握PLC在數控系統的形式和控制作用。

5．1PLC概述

1．

可編程序控制器的產生可編程序控制器是在繼電器順序控制基礎上發展起來的以微處理器為核心的通用自動控制裝置。以繼電器為核心元件的自動順序控制系統有許多固有的缺陷：⑴系統利用佈線邏輯來實現各種控制，需要使用大量的機械觸點，系統運行的可靠性差；⑵當生產的工藝流程改變時要改變大量的硬體接線，為此要耗費許多人力、物力和時間；⑶功能局限性大；⑷體積大、功耗多。1968年，美國通用汽車製造公司（GM）為適應汽車型號的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業控制器.（1）編程簡單，可在現場修改程式（2）維護方便，最好是插件式（3）可靠性高於繼電器控制櫃（4）體積小於繼電器控制櫃（5）可將數據直接送入管理電腦（6）在成本上可與繼電器控制櫃競爭（7）輸入可以是交流115V（8）輸出可以是交流115V，2A以上，直接驅動電磁閥（9）在擴展時，原有系統只要很小變更（10）用戶程式記憶體容量至少能擴展到4K位元組

1969年，美國數字設備公司（DEC）首先研製成功第一臺可編程序控制器2．可編程序控制器的定義

可編程序控制器是一種數字運算操作電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它採用了可編程序的記憶體，用來在其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的指令，並通過數字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關的週邊設備，都應按易於與工業控制系統形成一個整體、易於擴充其功能的原則設計。3．可編程序控制器的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強（2）通用性強，控制程式可變，使用方便（3）功能強，適應面廣（4）編程簡單，容易掌握（5）減少了控制系統的設計及施工的工作量（6）體積小、重量輕、功耗低、維護方便4．可編程序控制器的應用

（1）開關量的邏輯控制（2）運動控制（3）閉環過程控制（4）數據處理（5）通訊連網5．可編程序控制器的分類

按I/O點數可劃分成大、中、小型三類；按功能強弱又可分為低檔機、中檔機和高檔機三類；按結構分又分為整體式和模組式兩類。

6．可編程序控制器的發展

（1）產品規模向大、小兩個方向發展（2）PLC在閉環過程控制中應用日益廣泛，現代的可遍程式控制器提供專用於模擬量閉環控制的PID指令和智能PID模組，一些PLC還具有了模糊控制、自適應控制和參數自整定功能，使調整時間減少，控制精度提高。（3）不斷加強通訊聯網功能。（4）新器件和模組不斷推出（5）編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化（6）追求軟硬體的標準化。5．2PLC的結構

1．PLC的基本結構

（1）整體式PLC的結構：主機由CPU、記憶體、I/O介面、電源、通信介面等幾大部分組成。此外根據用戶需要而配備的各種外部設備如：編程器、圖形顯示器、微型電腦等都可以通過通信介面與主機相連。

（2）模組式PLC的結構大、中型PLC一般採用模組式結構。①機架②CPU模組③電源模組④輸入模組⑤輸出模組⑥功能模組2．中央處理器

（1）收、存儲用戶程式和數據，並通過顯示器顯示出程式的內容和存儲地址。（2）檢查、校驗用戶程式。對正在輸入的用戶程式進行檢查，發現語法錯誤立即報警，並停止輸入；在程式運行過程中若發現錯誤，則立即報警或停止程式的執行。（3）接收、調用現場資訊。將接收到現場輸入的數據保存起來，在需要改數據的時候將其調出、並送到需要該數據的地方。（4）

執行用戶程式。（5）

故障診斷。診斷電源、可編程控制器內部電路的故障，根據故障或錯誤的類型，通過顯示器顯示出相應的資訊，以提示用戶及時排除故障或糾正錯誤。3．記憶體

PLC的記憶體分為系統程式記憶體和用戶程式記憶體兩種。（1）系統程式記憶體用來存放製造商為用戶提供的監控程序、模組化應用功能副程式、命令解釋程式、故障診斷程式及其他各種管理程式。程式固化在ROM中，用戶無法改變。（2）用戶程式記憶體專門提供給用戶存放程式和數據(3)數據記憶體工作數據記憶體用來存儲工作數據。在工作數據區中開闢有元件映像寄存器和數據表

4．電源模組其主要用途是為PLC各模組的積體電路提工作電源。5．底板或機架其作用是實現各模組間的電氣聯繫6．輸入介面電路輸入介面電路用於採集輸入信號。輸入信號有開關量、模擬量、數字量三種。7．輸出介面電路輸出介面電路用於信號輸出，輸出信號控制執行部件完成各種動作。

8．模擬量輸入輸出模組輸入量是連續變化的模擬量變為數字量9．高速計數模組10．運動控制模組用來控制運動物體的位置、速度加速度11．通信模組通信模組用來完成與別的PLC、其他智能控制設備或主電腦之間的通信。遠程I/O系統也必須配備相應的通信介面模組。

12．人機介面（1）顯示模組（2）圖形操作終端（人機介面）圖形操作終端（人機介面），在液晶畫面中可以顯示各種資訊、圖形，還可以自由顯示指示燈、PLC內部數據、棒圖、時鐘等內容。同時，可以配備設備的狀態，使設備的運行狀況一目了然。圖形操作終端（人機介面），配置有觸摸屏，可以在畫面中設置開關鍵盤，只需觸按螢幕即可完成操作。畫面的內容可以通過專用的畫面製作軟體，非常簡便地創建。製作過程是從庫中調用、配置所需部件的設計過程。

13．編程器編程器用來對PLC進行編程、發出命令和監視PLC的工作狀態等。它通過通信端口與PLC的CPU連接，完成人機對話連接。

編程器的工作方式有下列三種：（1）編程方式編程器在這種方式下可以把用戶程式送入PLC的記憶體，也可對原有的程式進行顯示、修改、插入、刪除等編輯操作。（2）命令方式此方式可對PLC發出各種命令，如向PLC發出運行、暫停、出錯複位等命令。監視方式此方式可對PLC進行檢索，觀察各個輸入、輸出點的通、斷狀態和內部線圈、計數器、定時器、寄存器的工作狀態及當前值，也可跟蹤程式的運行過程，對故障進行監測等。目前常用的編程器有掌上型簡易編程器、可攜式圖形編程器和微型電腦等。

5.3常用週邊器件

1．輸入設備（1）按鈕與各類開關、限位開關（2）接近開關（無觸點行程開關）（3）感測器2．輸出裝置（執行裝置）(1)接觸器或繼電器是實現電氣控制中強電與弱電的介面(2)執行器由執行機構和調節閥（又稱調節機構）兩部分組成。

5．4PLC輸入輸出介面

輸入輸出介面是可編程控制器和工業控制現場各類信號連接的部分。輸入口用來接受生產過程的各種參數。輸出口用來送出可編程控制器運算後得出的控制資訊，並通過機外的執行機構完成工業現場各類控制。

1．開關量I/O介面

（1）開關量輸入模組的基本電路及工作原理

（2）開關量輸出模組的基本電路及工作原理

種類：按負載使用的電源直流輸出模組交流輸出模組交直流輸出模組按輸出的開關器件種類場效應電晶體輸出方式——直流輸出模組，回應速度最快（可帶高速小功率直流負載）可控矽輸出方式——交流輸出模組（可帶高速大功率交流負載）繼電器輸出方式——交直流輸出模組，回應速度較慢，但工作最可靠（可帶較低速大功率交、直流負載）2．模擬量I/O介面模組

（1）模擬量輸入介面模擬量輸入介面的作用是把現場連續變化的模擬量標準信號轉換成適合可編程序控制器內部處理的由若干位二進位數字表示的信號。

模擬量輸入介面的內部電路框圖（2）模擬量輸出介面

模擬量輸出介面的作用是將可編程控制器運算處理後的若干位數字量信號轉換為回應的模擬量信號輸出，以滿足生產過程現場連續控制信號的需求

模擬量輸出電路框圖

5．5PLC的工作原理

1．PLC的工作過程（1）初始操作（上電處理）

PLC未進入正式運行前，首先應確定自身的完好性。這就是接通電源後的初始操作。通電後，消除各元件的隨機狀態，進行清零或複位處理，檢查I/O單元的連接是否正確（I/O匯流排）。再做一道題，使它涉及各種指令和記憶體單元，若解題時間在to以內，則自身完好，否則系統關閉，解題結束，將監控定時器to複位，才開始正式運行。（2）運行

PLC的工作方式——（順序）週期迴圈掃描掃描——按分時操作的原理，每一時刻執行一個操作，順序進行，這種分時操作的過程稱“CPU對程式的掃描”它的工作特點是集中輸入，集中輸出（小型PLC）

2．PLC運行過程

四大類操作：公共操作——故障診斷及處理（自檢），一般故障，只報警，不停機I/O操作——聯繫現場的數據輸入及控制信號的輸出執行用戶程式——順序迴圈掃描

服務外設

（2）I/O處理過程

I/O處理過程包括以下三個階段：輸入採樣三個階段執行用戶程式輸出刷新M10元件映像寄存器輸出鎖存器輸出端子輸入端子輸入映像寄存器X1M10M10Y10輸入採樣階段執行用戶程式輸出刷新階段掃描週期I/O處理過程流程

(1)梯形圖（LadderDiagram）梯形圖是一種以圖形符號及圖形符號在圖中的相互關係表示控制關係的編程語言，它是從繼電器控制電路圖演變過來的。(2)指令表（InstructionList）梯形圖編程語言優點是直觀、簡便，但要求用帶CRT螢幕顯示的圖形編程器才能輸入圖形符號。(3)順序功能圖（SequentialChart）順序功能圖常用來編制順序控制類程式。它包含步、動作、轉換三個要素。

5．6PLC的編程語言

(4)功能塊圖（FunctionBlockDiagram）功能圖編程語言實際上是用邏輯功能符號組成的功能塊來表達命令的圖形語言，與數字電路中邏輯圖一樣，它極易表現條件與結果之間的邏輯功能。(5)結構文本（StructureText）隨著可編程控制器的飛速發展，如果許多高級功能還是用梯形圖來表示，會很不方便。為了增強可編程控制器的數字運算、數據處理、圖表顯示、報表列印等功能，方便用戶的使用，許多大中型可編程控制器都配備了PASCAL、BASIC、C等高級編程語言。這種編程方式叫做結構文本。

5．7PLC的性能指標

(1)輸入/輸出點數(2)掃描速度(3)記憶體容量(4)編程語言(5)指令功能5．8PLC與微機系統和繼電器系統的區別

1．PLC與微機控制系統的區別

(1)應用範圍(2)使用環境(3)輸入/輸出(4)程式設計(5)系統功能(6)運算速度和存儲容量(7)價格

2．PLC與繼電器接觸器系統的區別(1)控制邏輯(2)工作方式(3)控制速度(4)限時控制。(5)計數限制。(6)設計和施工。(7)可靠性和可維護性。(8)價格。3．PLC串行工作方式帶來的特殊性

（1）輸入/輸出滯後現象

Y1XY1Y1Y2Y0不允許雙重輸出

X1Y0Y0Y1X2Y05．9數控機床的PLC

1．數控機床PLC的控制對象數控機床的控制可分為兩個部分:一是坐標軸運動的位置控制,另一部分是數控機床加工過程的順序控制。

PLC處於CNC和MT之間，對CNC側和MT側的輸入、輸出信號進行處理。

PLC可控制主軸的正、反轉和停止。主軸齒輪箱的換擋變速，主軸准停，切削液的開關，卡盤的夾緊、鬆開，機械手的取刀、歸刀、機床操作面板上各開關、按鈕2．數控機床PLC的形式

數控機床用PLC分為兩大類：一類是專為數控機床應用面設計製造的內裝型PLC；另一類是輸入/輸出介面技術規範、輸入/輸出點數、程式存儲容量以及運算和控制功能等均滿足數控機床控制要求的獨立型PLCNCPLC輸入/輸出電路CRT/MDI面板機床操作面板強電、氣、液動控制刀庫伺服單元主軸伺服單元進給伺服單元位置檢測機床電氣櫃PLC裝置NCPLC輸入/輸出電路CRT/MDI面板機床操作面板強電、氣、液動控制刀庫伺服單元主軸伺服單元進給伺服單元位置檢測機床電氣櫃輸入/輸出電路輸入/輸出電路作業：課後習題1、2、5、6、10、11、13、14、16補充：數控系統中PLC的主要功能是什麼？

主題六三菱FX系列PLC主要內容：6．1FX系列PLC簡介6．2FX2N系列硬體簡介6．3三菱PLC梯形圖的編程元件6．4PLC的基本指令及其編程6．5常用的基本控制程式

6．6編程注意事項

要求：掌握三菱PLC的基本操作指令。掌握梯形圖的繪製方法。

6．1FX系列PLC簡介

FX系列PLC的特點⑴體積小⑵外型美觀⑶多個子系列⑷系統配置靈活⑸功能強，使用方便

FX系列PLC型號名稱的含義如下：FX□□-□□□□-□

⑴⑵⑶⑷⑸⑴子系列名稱，如：1S，1N，2N等。⑵I/O的總點數。如：16、32、48、128等。⑶單元類型：M為基本單元，E為輸入輸出混合擴展單元與擴展模組，EX為輸入專用擴展模組，EY為輸出專用擴展模組。⑷輸出形式：R為繼電器輸出、T為電晶體輸出、S為雙相晶閘管輸出。⑸電源和輸入輸出類型等特徵。D和DS為DC24V電源；DSS為DC24V電源6．2FX2N系列硬體簡介

1．

三菱FX2N-64MR的結構2．

輸入、輸出信號接線示例6．3三菱PLC梯形圖的編程元件

1．輸入繼電器（X）輸入繼電器是PLC接受外部輸入信號的窗口。PLC通過光電耦合器，將外部信號的狀態讀入並存儲在輸入鏡象寄存器中。輸入端可以外接常開觸點或常閉觸點，也可以接多個觸點組成的串並聯電路或電子感測器（如接近開關）。在梯形圖中，可以多次使用輸入繼電器的常開觸點和常閉觸點。輸入繼電器的元件號為8進制。輸入繼電器的線圈在程式中不允許出現

FX2N-64MRX0----X372．輸出繼電器（Y）輸出繼電器是PLC向外部負載發送信號的窗口。輸出繼電器用來將PLC的輸出信號通過輸出電路硬體驅動外部負載。輸出繼電器的線圈在程式設計時只能使用一次，不可重複使用。但觸點可以多次使用。輸出繼電器的線圈“通電”後，繼電器型輸出模組中對應的硬體輸出繼電器的常開觸點閉合，使外部負載工作。硬體輸出繼電器只有一個常開觸點，接在PLC的輸出端子上。輸出繼電器的元件號為8進制

FX2N-64MRY0----Y373．輔助繼電器（M）

PLC內有很多輔助繼電器。它們是用軟體實現的，它與PLC外部無任何聯繫輔助繼電器的線圈，可以由PLC內部各軟繼電器的觸點驅動，它們不能象輸入繼電器那樣接收外部的輸入信號，也不能象輸出繼電器那樣直接驅動外部負載，而是一種內部的狀態標誌，起到相當於繼電器控制系統中的中間繼電器的作用。（1）通用輔助繼電器（M0到M499）（2）斷電保持輔助繼電器（M500到M3071）斷電保持輔助繼電器並非斷電後真正能在自身電源也切斷的條件下保存原工作狀態，而是靠PLC內部的備用電池供電而已。

（3）特殊輔助繼電器

PLC內有256個特殊輔助繼電器，地址編號為M8000到M8255。這些特殊輔助繼電器各自具有特定的功能。可以分為兩大類：只能利用觸點型、線圈驅動型。只能利用觸點型這類特殊輔助繼電器的線圈由PLC自動驅動，用戶只能利用其觸點。例如：M8000—運行監控（PLC運行時自動接通，停止時斷開）。M8002—初始脈衝（僅在PLC運行開始時接通一個掃描週期）。M8005—PLC後備鋰電池電壓過低時接通。M8011—10ms時鐘脈衝。M8012—100ms時鐘脈衝。M8013—1s時鐘脈衝。M8014—1min時鐘脈衝。線圈驅動型這類特殊輔助繼電器的線圈可由用戶驅動，而線圈被驅動後，PLC將作特定動作。M8030—線圈被驅動後使後備鋰電池欠電壓指示燈熄滅。M8033—線圈被驅動後PLC由RUN進入STOP狀態後，映像寄存器與數據寄存器的內容不變。M8034—線圈被驅動後禁止所有的輸出。M8039—線圈被驅動後PLC以D8039中指定的掃描時間工作。應注意，沒有定義的特殊輔助繼電器不可在用戶程式中出現。

（4）狀態繼電器（S）狀態繼電器S在步進順控程式的編程中是的軟元件，它與後述的步進順控指令STL組合使用。狀態繼電器有以下五種類型：（1）初始狀態S0~S9共10點。（2）回零S10~S19共10點。（3）通用S20~S499共480點。（4）失電保持S500~S899共400點。（5）報警器S900~S999共100點。通用狀態繼電器沒有失電保持功能。在使用IST（初始化狀態功能）指令時，S0~S9供初始狀態使用。失電保持狀態繼電器S500~S899在斷電時依靠後備鋰電池供電保持。在使用應用指令ANS（信號報警器置位）和ANR（信號報警器複位）時，報警器S900~S999可用作外部故障診斷輸出。報警器為失電保持型。（5）定時器（T）

PLC內有幾百個定時器，其功能相當於繼電控制系統中的時間繼電器。定時器是根據時鐘脈衝的累積計時的。時鐘脈衝有1ms、10ms、100ms三種，當所計時間到達設定值時，其輸出觸點動作。定時器有一個設定值寄存器（一個字長）、一個當前值寄存器（一個字長）和一個用來存儲其輸出觸點狀態的映像寄存器（占二進位的一位），這三個單元使用同一個元件號。

FX系列PLC的定時器分為非積算定時器和積算定時器。①非積算定時器FX2N型PLC內有100ms非積算定時器200點（T0～T199），時間設定值為0.1～3276.7s。其中T192～T199為副程式中斷服務程式專用的定時器。10ms非積算定時器46點（T200～T245），時間設定值為0.01～327.67s。非積算定時器沒有失電記憶功能。②積算定時器

FX2N型PLC內有1ms積算定時器4點（T246～T249），時間設定值為0.001～32.767s；100ms積算定時器6點（T250～T255），時間設定值為0.1～3276.7s。積算定時器具有失電記憶功能。

（6）計數器（C）①內部計數器內部計數器是在執行掃描操作時對內部元件（如X、Y、M、S、T、C）的信號進行計數的計數器。因此，其接通和斷開時間應長於PLC的掃描週期。16位增計數器

FX系列PLC有兩種類型的16位增計數型計數器，一種為通用型，一種為失電保持型。C0～C99為通用型16位增計數器，共100點，

C100～C199為失電保持型16位增計數器，共100點

增計數器的動作時序32位雙向計數器雙向計數器就是既可以設置為增計數又可以設置為減計數的計數器。32位雙相計數器計數值設定範圍為-2147483648～+2147483647。FX系列PLC有兩種32位雙相計數器，一種為通用型，一種為失電保持型共35個。C200～C219為通用型32位雙向計數器，共20點。作增計數或減計數（計數方向）由特殊輔助繼電器M8200～M8219設定C220～C234為失電保持型32位雙向計數器，共15點。作增計數或減計數（計數方向）由特殊輔助繼電器M8220～M8234設定。

32位雙向計數器的動作時序②高速計數器

FX系列PLC中共有21點高速計數器，元件編號為C235～C255。這些計數器在PLC中共享8個高速計數器輸入端X0～X7。當一個輸入端被某個高速計數器佔用時，這個輸入端就不能再用於另一個高速計數器，也不能用作其他的輸入。即，由於只有6個高速計數的輸入，因此，最多只能同時用6個高速計數器。高速計數器是按中斷方式運行的，與掃描週期無關。

6．4PLC的基本指令及其編程

FX2NPLC共有基本指令27條，基本指令一般由助記符和操作元件組成，助記符是每一條基本指令的符號，它表明操作功能；操作元件是被操作的對象。有些基本指令只有助記符，沒有操作元件。1．［LD］、［LDI］、［OUT］指令OUT指令使用說明：①OUT指令不能用於驅動輸入繼電器，因為輸入繼電器的狀態由輸入信號決定；②OUT指令可以連續使用，相當於線圈的並聯，切不受使用次數的限制。③定時器（T）及計數器（C）使用OUT指令後，必須有常數設定值語句。

圖6．17

步序助記符運算元

0LDX01OUTY12OUTT0K205LDIT06OUTY22．［AND］、［ANI］指令

0LDX01ANDX12ANIX23OUTY0AND、ANI指令使用說明：①用AND、ANI指令可進行1個觸點的串聯連接。串聯觸點的數量不受限制，該指令可以多次使用。②OUT指令後，通過觸點對其他線圈使用OUT指令，稱之為縱接輸出。如圖6．22所示，X1的常開觸點與Y1線圈串聯後，又與Y0線圈並聯，就是縱接輸出。這時

X1的常開觸點仍可以用AND指令。如果順序不錯可多次重複

3．［OR］、［ORI］指令

0

LDX01

ORX32

ORIX43

ANDX14

ANIX25OUTY0圖6．27圖6．284．［LDP］、［LDF］、［ANDP］、［ANDF］、［ORP］、［ORF］指令

⑴LDP、ANDP、ORP指令

LDP、ANDP、ORP指令是進行上升沿檢測的觸點指令，僅在指定位軟元件上升沿時（由OFF→ON變化時）接通一個掃描週期。表示方法為觸點的中間有一個向上的箭頭。⑵LDF、ANDF、ORF指令LDF、ANDF、ORF指令是進行下降沿檢測的觸點指令，僅在指定位軟元件下降沿時（由OFF→ON變化時）接通一個掃描週期。表示方法為觸點的中間有一個向下的箭頭。a）b）0LDPX00LDFX01ORPX11ORFX12OUTM02OUTM03LDM80003LDM80004ANDPX24ANDFX25OUTM15OUTM15．［ANB］、［ORB］指令

電路塊的含義：所謂電路塊就是由幾個觸點按一定方式連接成的梯形圖。由兩個以上觸點串聯而成的電路塊就是串聯電路塊；由兩個以上觸點並聯而成的電路塊就是並聯電路塊。觸點的混聯就形成了混聯電路塊。

6．［MPS］、［MRD］、［MPP］指令

MPS、MPP必須成對使用7．［MC］、［MCR］指令

8、［INV］指令

該指令執行之前的運算結果取反。

LDX1ANDX2INVOUTY0X1和X2同時ON，Y0為OFF，X1和X2只要有一個為OFF，Y0就為ON。

9、［PLS］、［PLF］指令

PLS指令稱為“上升沿脈衝微分指令”。功能：在脈衝信號的上升沿時，其操作元件的線圈得電一個掃描週期，產生一個掃描週期的脈衝輸出。PLF指令稱為“下降沿脈衝微分指令”。功能：在脈衝信號的下降沿時，其操作元件的線圈得電一個掃描週期，產生一個掃描週期的脈衝輸出。操作元件：Y、MLDX1PLSM10LDX1PLFM2010、［SET］、［RST］指令在PLC控制系統中，許多情況需要自鎖，利用SET和RST指令便可以方便地進行自鎖和解鎖控制。⑴SET指令SET指令稱為“置位指令”。功能：驅動線圈，使其保持接通狀態。操作元件：Y、M、S。

⑵RST指令RST指令稱為“複位指令”。功能：清除線圈保持接通狀態，使其複位。操作元件：Y、M、S、T、C、D、V、Z。

對同一元件，SET、RST指令可以多次使用，順序也可以隨意，但最後執行的指令為有效；可以使用RST指令