机床电气控制技术副本PPT课件

1、机床电气控制技术 （40 学时）,主讲教师：聂宇峰 单 位：机电系 电 话主要参考书,1.齐占庆主编.机床电气控制技术(第三版).北京:机械工业出版社.2004年6月. 2.陈伯时主编.电力拖动自动控制系统(第三版).北京:机械工业出版社.2003年8月. 3.邓星钟主编,机电传动控制(第三版)武汉:华中科技大学出版社,2001年9月. 3.程宪平主编.机电传动与控制(第二版).武汉:华中科技大学出版社.2003年9月. 4.魏炳贵主编.电力拖动基础.北京:机械工业出版社.2000年8月.,绪 论,机床是机械制造业中的主要加工设备，机床的质量、数量及自动化水平，直接影

2、响整个机械工业的发展。 虽然目前机床使用各种不同的动力设备，如液压装置、气压装置及电气设备等，但其中电气设备使用最广泛。,什么叫电力拖动？ 由电动机通过传动机构带动工作机构进行工作，这种拖动方式称为电力拖动。 电力拖动系统：可以将电能转换成机械能，使机器动作的电动机以及电气控制线路称为电力拖动系统。,一、机床电力拖动的基本概念,电气控制系统由两部分组成。 1、电力拖动部分：电动机、传动机构。 2、电气自动控制部分：自动控制元件、自动控制装置。,1.机床电力拖动系统的发展 电力拖动系统主要分为直流拖动和交流拖动两大类。 直流拖动是以直流电动机为动力，交流拖动是以交流 电动机为动力。 机床电力拖动

3、系统的发展经历了成组拖动、单电动机 拖动和多电动机拖动三个阶段：,二、机床电气控制技术的发展,1.成组拖动： 由一台电动机拖动一组机床构成成组拖动，就是一台电动机拖动一根天轴，然后再由天轴通过带轮和传送带分别拖动各台机床。 这种拖动方式机构复杂，传递路径长，损耗大，生产效率低，劳动条件差一旦电动机发生故障，将造成成组的机床停车，不适应现代设备发展的需要。,2.单电动机： 就是用一台电动机拖动一台机床。这种拖动方式比成组拖动前进了一步，但是，当一台机床的运动部件较多时，机械的传动机构会非常复杂，而且还很难满足设备的生产工艺需求，这种拖动方式不适应现代化生产的需要。 3.多电机拖动 就是一台机床的

4、每一个运动部件分别由一台专门的电动机拖动。例如，龙门刨床的刨台，左右垂直刀架，侧刀架，横梁及其夹紧机构，分别由一台电动机拖动，多电机的拖动方式大大简化了机床的传动机构，控制灵活，为机床的自动化提供了有利条件。,对于电动机，我们应该了解下列几方面的问题： 基本构造； 工作原理； 表示转速与转矩之间关系的机械特性； 启动，反转，调速及制动的基本原理和方法； 应用场合及其如何正确使用。,2.机床电气控制系统发展,机床电气控制系统应用的控制方法很多，由电气的，液压的，气动的，机械的或综合配用等，其中，以电气控制应用最为普遍。,对机床电气控制系统一般要求：最大限度满足生产工艺的要求，力求简单经济，保证安

5、全，可靠，操作，维修方便。,机床电气控制是采用电气元件对控制对象进行控制， 如继电器，接触器，交磁放大机，半导体器件等都可以 作为控制装置的元件，它们根据生产工艺的要求，按一 定的线路组成电气控制系统，自动控制电动机的启动， 制动，正反转，按给定程序改变速度，运动方向和机床 工作部件的位置，以及工作循环自动化等。,2机床电气控制系统的发展概况,继电器-接触器控制系统 使用按钮，开关，继电器，接触器，行程开关等组成的 电气控制系统，称为“继电器接触器控制系统”或“继 电接触式控制系统”。通过电气接触点（触头）的闭合与 分断来控制电路转换（接通或断开），实现对电动机运转 和机床工作机构运动的自动控

6、制，故，又称为“有触点控 制系统”。,这种控制是由操作者通过主令电气（例如按钮）接通或断开继电器，接触器电路，使它们的触点闭合或分断，来接通或断开电动机电路的。控制系统的工作框图如图所示。 能对控制对象实现起动,制动,有级调速控制;结构简单，价格低廉，维护方便，抗干扰强，工作稳定，能控制较大功率。 只能按固定的程序进行控制，改变程序不方便，灵活性差；采用有触头地开关动作，工作频率低，控制速度慢,控制精度差，触头易损坏，使用寿命短，噪声大。,行程开关,接触器,电动机,电磁铁,机床工作机构,信号,对于继电接触式控制系统，我们应该了解以下几个方面的问题： 1.各种低压电器的基本结构和工作原理； 2.

7、对电动机启动，制动，反转，速度调节的基本控制电路的工作原理； 3.典型机床电气控制线路是电动机基本控制电路的组合，控制线路中还具有对各个电动机动作的配合，自保，联锁，顺序，切换等功能，同时有各种行程，时间，速度，电流，温度，压力等基本控制方式，机床的运动形式及对电力拖动的要求。,2) 连续控制方式和自动控制系统 20世纪30年代，在龙门刨床上出现了电动机放大机控 制，它使控制系统从继电器接触器控制这种断续发展 到连续控制，连续控制系统可随时检查控制对象的工作 状态，并根据输出量与给定量的偏差对控制对象进行自 动调整，它的快速性和控制精度都大大超过了最初的断 续控制，并简化了控制系统，减少了电路

8、中的触点，提 高了工作的可靠性，使生产效率大为提高。 控制简单,可靠性高,连续控制,拖动性能好,机床电气控制系统的发展概况,3) 可编程序控制器(PLC) PLC是继电器常规控制技术与微机技术的结合,是一台按开 量输入的工业控制专用计算机;具有逻辑运算功能,定时/计 数功能,数字运算功能,通信功能。 PLC是专为工业生产控制需要而设计的，采用于继电接触 式控制线路相类似的线路，指令简单，它兼备了计算机的编 程灵活，功能齐全，应用面广和继电接触式控制简单，使用 方便，抗干扰强的特点，同时，PLC具有体积小，耗电省， 容易更改程序的特点，目前已成为一种标准化通用设备用于 工业生产控制。,对于可编程

9、序控制器PLC，我们应了解： 1.PLC的硬件组成，各组成部分的功用及相互连接关系； 2.PLC的指令系统，各条指令的格式及作用； 3.PLC程序的基本编制方法和步骤，流程图，梯形图及功能图的作用。,4) 计算机数字控制系统 1952年美国出现第一台数控铣床, 1958年出现加工中心, 20世纪70年代CNC应用于数控机床和加工中心, 80年代出现了柔性制造系统(FMS);提高了生产机械的通用 性和效率,实现机械加工全盘自动化.,3) 课程学习任务 掌握继电器-接触器控制系统的工作原理和元件选择, 掌握PLC的编程方法与应用, 掌握闭环控制系统的工作原理与性能及其应用场所. 了解电力拖动的一般

10、知识, 了解最新电气控制技术在生产机械上的应用.,电器： 根据外界特定信号自动或手动地接通或断开电路，实现对电能的生产、输送、分配和使用起控制、调节、检测、转换及保护作用的电工器械统称为电器。 （1）开关电器（2）熔断器（3）主令电器（4）接触器（5）继电器,四、常用低压电器 (补充）,电器类型 1按工作电压等级分 低压电器： 高压电器： 注：分界电压交流50Hz额定电压1200V 、直流额定电压1500V 2.按工作原理分 电磁式电器：依据电磁感应原理来工作。 如交、直流接触器、各种电磁式继电器。 非电量控制电器：靠外力或某种非电物理量变化而动作。 如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器等。,

11、3按用途分 控制电器：如接触器、控制继电器等。 主令电器：如控制按钮、主令开关、行程开关等。 保护电器：如熔断器、热继电器、各种保护继电器等。 配电电器：如高压断路器、隔离开关、刀开关、断路器等。 执行电器：如电磁铁、电磁离合器等。,电磁式电器 感应部分 电磁机构 执行部分 触头系统 1、电磁机构 组成：吸引线圈、铁心（静铁心）、 衔铁（动铁心）等。 作用：带动触头动作，完成接通 或分断电路。,直流,交流,触头,灭弧装置,电磁机构的结构形式 (a)、(d) 螺管式 (c)、(f)、(g) 转动式 (b)、(e) 直动式,按衔铁的运动方式分为：,2、电器的触头系统和电弧 （1） 触头系统 触头：

12、起接通和分断电路的作用。 要求：触头导电、导热性能良好，通常用银或铜制成。 按应用场合分： 主触头：一般串接在控制对象的主电路中控制其通断。 辅助触头：一般容量比较小，用来切换控制电路。 按原始状态分：常开触头和常闭触头。 按结构型式分：桥形触头和指形触头。,a、桥形触头 点接触：适用于电流不大，触头压力小的场合。 面接触：适用于大电流的场合。 b、指形触头 接触区一直线：适用通电次数多、电流大的场合。,（2）电弧 开关电器切断电流电路时，触头间电压大于10V，电流超过80mA时，触头间会产生蓝色的光柱，即电弧。 电弧的危害 ： 延长了电路切断的时间； 高温引起电弧附近电气绝缘材料烧坏（即烧坏

13、触头）； 造成电源短路事故。,1、刀开关 作用：隔离电源或不频繁通断电路。,（一）开关电器,(1)开启式负荷开关 ,结构： 分类：单极、双极和三极,(2)封闭式负荷开关（铁壳开关）,安装方法： 1）合闸时手柄应向上； 2）电源进线接在刀开关上端，负 载接在下端。,图形和文字符号：,2、组合开关（转换开关）,结构 工作原理 图形和文字符号,用途：电源的引入开关；通断小 电流电路；控制以下 小容量异步电动机。,3、低压断路器(自动空气开关） 功能： 1）手动开关 2）自动进行欠压、失压、过流、过载和短路保护的电器。 结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、操作机构。 图形和文字符号：,塑壳式低压断路器

14、原理图,1主触头2自由脱扣器 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,工作原理,塑壳式低压断路器原理图,线路短路或严重过载保护,3过电流脱扣器,塑壳式低压断路器原理图,远距离控制分断电路，对电路不起保护作用,4分励脱扣器,塑壳式低压断路器原理图,线路过载保护,5热脱扣器,塑壳式低压断路器原理图,电动机的失压保护,6失压脱扣器,结构 熔体：由易熔金属材料铝、锡、锌、银、铜及其合金组成，通常为丝状或片状。 熔壳：是安装熔体的外壳，在熔体熔断时兼有灭弧作用。 工作原理：电流热效应 正常： I= IN 温度 熔点 熔体不熔断 短路： I IN 温度 熔点 熔体熔断 切断电路 作用

15、：短路保护。,（二） 熔断器,符号:FU,保护特性：,瓷插式熔断器,一般用于民用和工业照明电路中。,分类,螺旋式熔断器,多用于机床电气中。,无填料封闭管式熔断器熔片装在纤维管内，熔片熔断时，由于电弧的高温使纤维管管壁材料分解，产生大量气体，管内形成很大压力而使电弧很快熄灭。,无填料封闭管式熔断器,填料为填充石英砂，具有较高的分断能力，用于大容量的电力网和配电设备中。,有填料式熔断器,主要用于保护半导体元件。,快速熔断器,利用钠为熔体，短路时钠气化，冷却后固化，可重复使用，只能限制故障电流，不能切断电路。,自恢复熔断器,作用：发送控制命令或信号的电器 分类：3.1 控制按钮 3.2 万能转换开关

16、 3.3 主令控制器 3.4 行程开关 3.5 接近开关,（三） 主令电器,3.1、控制按钮 作用：手动发布控制指令。 组成：由按钮帽、复位弹簧、 桥式触头、外壳组成。 图文符号：SB,3.2、行程开关（有触点） 结构：推杠代替按钮帽 原理：由移动物体碰压推杠使触点动作。 分类：直杠式、滚轮式 符号：,3.3、接近开关（无触点） 原理：电磁感应 作用：行程控制和限位保护，高速计数、测速、检测零件尺寸等。 优点：具有工作稳定可靠、寿命长、重复定位精度高以及能适应恶劣工作环境。 图文符号：,3.4、万能转换开关 作用：是一种多档位、控制多回路（最多可达32条）的组合开关。 组成：触点座、凸轮、转轴

17、、手柄 工作原理：触头座可有110层，每层可装3对触头，由其中的凸轮进行控制。当操作手柄转动时，带动开关内部的凸轮转动，从而使触头按规定顺序闭合或断开。 符号:SA,万能转换开关,与转换开关比较： 1）层数多（110层） 2）触点多（每层3对） 3）手柄转换位多 （212）,3.5、主令控制器 作用：频繁地按预定顺序切换多个控制电路。 触点容量大些，操纵档位也较多。 广泛用于对各类起重机械（如起重机、轧钢机等）的拖动电动机的起动、制动、调速及换向实行远距离控制。,（四） 接触器,作用：能频繁地接通或断开交、直流主电路，实现远距离自动 控制。 结构：,电磁机构：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧。

18、 触头系统：主触头（3对常开）、辅助触头(常开触头、常闭触头）,接触器的符号,（五） 继电器,继电器： 是根据某种输入信号接通或断开小电流控制电路，实现远距离自动控制和保护的自动控制电器。 分类： 按用途分：控制继电器和保护继电器 按动作原理分：电磁式、感应式、电子式、机械式、热继电器 按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力 按动作时间分：瞬时、延时继电器,5.1、电流继电器 特点：线圈串接于电路中，根据线圈电流的大小而动作。这 线圈导线粗、匝数少、线圈阻抗小。 分类： 过电流继电器： 当电路发生短路或过载时将电路切断。,过电流继电器电流整定值： 交流过电流继电器： （110350）IN,欠

19、电流继电器： 当电路电流过低时将电路切断。 故只有当继电器线圈中通过的电流大于或等于整定电流时，继电器触点吸合。 欠电流继电器整定电流值： 吸合电流为额定电流的3050% 释放电流为额定电流的1020%,5.2、电压继电器 特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细。 根据线圈两端电压的大小接通或断开电路。 分类： 过电压继电器在电压为UN的105-120%以上时动作。 欠电压继电器的吸合整定电压为UN的30-50%， 释放整定电压为UN的7-20%。,特点：触点多(六对甚至更多) 触点电流大(额定电流为510A) 动作灵敏(动作时间小于0.05s) 作用：放大触点容量、 扩充触点数量。,5.3、中间继电器,作用：电动机的过载及断相保护,利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作,利用电阻值随温度变化而变化的特性制成,利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作,5.4、热继电器,型式：双金属片式,热敏电阻式,易熔合金式,结构：由发热元件、双金属 片和触头及动作机构 等部分组成 。,双金属片式热继电器,双金属片式热继电器原理示意图,对于某一热元件的热继电器，可手动调节整定电流旋钮，通过偏心轮机构调整双金属