《機電控制技術(shù)》教學(xué)課件

《機電控制技術(shù)》電子課件《機電控制技術(shù)》電子課件第一章緒論

第一節(jié)機電控制技術(shù)簡介第一章緒論

第一節(jié)機電控制技術(shù)簡介一、機電控制技術(shù)的發(fā)展過程

機電傳動控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段。繼電接觸器控制順序控制器控制可編程序控制器(PLC)數(shù)字控制技術(shù)(NC)一、機電控制技術(shù)的發(fā)展過程

機電傳動控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了四個二、機電控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

主要三個方面(1)從性能上:向高精度、高效率、高性能、智能化的方向發(fā)展。(2)從功能上:向小型化、輕型化、多功能方向發(fā)展。(3)從層次上:向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化方向發(fā)展。二、機電控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

主要三個方面(1)從性能上系統(tǒng)優(yōu)化措施(1)提高精度。(2)增強功能。(3)提高生產(chǎn)效率，降低成本。(4)節(jié)約能源，降低消耗。(5)提高安全性、可靠性。(6)改善操作性和使用性。(7)減輕勞動強度，改善勞動條件。(8)簡化結(jié)構(gòu)，減輕質(zhì)量。(9)降低價格。由于結(jié)構(gòu)簡化。(10)增強柔性應(yīng)用功能。系統(tǒng)優(yōu)化措施(1)提高精度。第二節(jié)機電控制系統(tǒng)的基本組成及原理一、控制系統(tǒng)的基本組成控制裝置應(yīng)具備的三種基本功能是測量、計算和執(zhí)行系統(tǒng)控制的來源有三個給定量、干擾和被控量第二節(jié)機電控制系統(tǒng)的基本組成及原理一、控制系統(tǒng)的基本組成開環(huán)控制系統(tǒng)：如果系統(tǒng)的輸出量和輸入量之間沒有反饋作用，輸出量對系統(tǒng)的控制過程不發(fā)生影響，這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)：如果系統(tǒng)的輸出量和輸入量之間沒有反饋作用，輸出如果系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間具有反饋聯(lián)系，即輸出量對系統(tǒng)的控制過程有直接影響，這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋是指對系統(tǒng)的被控制量進行測量，并加以處理(取其一部分或全部信息等)后，再返回輸入端與系統(tǒng)給定量進行比較的過程。

閉環(huán)(反饋)控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸出量與輸入量之間具有反饋聯(lián)系，即輸出量對系統(tǒng)的控復(fù)合控制系統(tǒng)如果在輸出和輸入之間同時存在開環(huán)控制和閉環(huán)控制的系統(tǒng)，稱為復(fù)合控制系統(tǒng)。復(fù)合控制系統(tǒng)如果在輸出和輸入之間同時存在開環(huán)控制和閉環(huán)控自動控制系統(tǒng)的基本要求1．穩(wěn)定性2．快速性3．準確性自動控制系統(tǒng)的基本要求1．穩(wěn)定性2．快速性3．準確性機電控制系統(tǒng)的基本組成機械本體動力裝置傳感及檢測裝置控制裝置執(zhí)行裝置機電控制系統(tǒng)的基本組成機械本體動力裝置傳感及檢測裝置控制裝置機電控制系統(tǒng)的分類1．按給定量的特征分類(1)恒值給定控制系統(tǒng)。(2)隨動控制系統(tǒng)。(3)程序控制系統(tǒng)。2．按系統(tǒng)中元件的特性分類(1)線性控制系統(tǒng)。(2)非線性控制系統(tǒng)。3．按系統(tǒng)中信號的形式分類按機電控制系統(tǒng)中信號在時間上是連續(xù)還是離散的形式來分類，可分為以下兩種。（1）連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）離散控制系統(tǒng)。機電控制系統(tǒng)的分類1．按給定量的特征分類2．按系統(tǒng)中元件的第三節(jié)機電控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)機電系統(tǒng)的核心是控制，因此，人們常將機電系統(tǒng)稱為機電控制系統(tǒng)。就技術(shù)而言，當(dāng)今的機電控制技術(shù)是微電子、電力電子、計算機、信息處理、通信、傳感檢測、過程控制、伺服傳動、精密機械及自動控制等多種技術(shù)相互交叉、滲透、融合而成的一種綜合性技術(shù)。機電控制的共性相關(guān)技術(shù)可以歸納為六個方面：檢測傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、精密機械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)。第三節(jié)機電控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)機電系統(tǒng)的核心是控制，因一、自動控制技術(shù)自動控制技術(shù)就是通過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。由于被控對象種類繁多，所以控制技術(shù)的內(nèi)容極其豐富，包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補償、示教再現(xiàn)、檢索等技術(shù)。自動控制技術(shù)能協(xié)調(diào)機械、電器各部分來正確地完成動作過程，因此在機電控制系統(tǒng)中起到很重要的作用。一、自動控制技術(shù)二、計算機與信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)包括信息的輸入、識別、交換、運算、存儲及輸出技術(shù)，它們大都依靠計算機來進行，因此計算機技術(shù)與信息處理技術(shù)是密切相關(guān)的。它可分為硬件和軟件兩大部分。硬件包括計算機及外圍設(shè)備、微處理機及可編程序控制器(PLC)、接口技術(shù)等。軟件包括操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、程序設(shè)計語言、編譯程序、檢查程序及應(yīng)用程序等。在機電控制系統(tǒng)中，信息處理部分相當(dāng)于人的大腦，指揮整個系統(tǒng)的運行。信息處理是否正確、及時，直接影響到系統(tǒng)工作的質(zhì)量和效率，因此，希望能提高信息處理速度、運行的可靠性和抗干擾能力。二、計算機與信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)包括信息的輸入、識別、交三、檢測傳感技術(shù)為提高產(chǎn)品的性能、擴展功能，通常需對機械進行實時控制、監(jiān)視、安全檢查等，以提高其自動化和智能化的程度，這些都要通過檢測傳感手段來實現(xiàn)。因此，檢測傳感技術(shù)是機電控制系統(tǒng)安全運行與提高產(chǎn)品質(zhì)量的有力保證。三、檢測傳感技術(shù)四、伺服系統(tǒng)技術(shù)伺服系統(tǒng)是指以機械參數(shù)，如位移、速度等作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件，對整個機電控制系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能具有決定性的影響。伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床、機器人、精密跟蹤和測量儀、自動化武器系統(tǒng)和各種自動裝卸系統(tǒng)等許多方面都有廣泛的應(yīng)用。伺服系統(tǒng)包括運算處理環(huán)節(jié)、功率放大環(huán)節(jié)、驅(qū)動環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)及反饋環(huán)節(jié)等幾部分。當(dāng)然簡單的開環(huán)伺服系統(tǒng)中沒有檢測環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)。伺服系統(tǒng)的主要性能指標有三個：穩(wěn)定性、動態(tài)品質(zhì)和精度。四、伺服系統(tǒng)技術(shù)伺服系統(tǒng)是指以機械參數(shù)，如位移、速度等作為控五、機械技術(shù)與精密機械技術(shù)機械技術(shù)是歷史最悠久的應(yīng)用技術(shù)之一，是機電控制系統(tǒng)最重要的基礎(chǔ)技術(shù)。系統(tǒng)中的一些最重要功能，基本上都是以機械技術(shù)為主實現(xiàn)的。傳統(tǒng)的機械技術(shù)已經(jīng)在以材料、能源為對象的處理系統(tǒng)中做出了卓越的貢獻。例如，用于材料加工的機床，實現(xiàn)能源變換的發(fā)動機、電動機都是典型機械技術(shù)的結(jié)晶。近幾十年來，隨著各種新興技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機械技術(shù)受到了猛烈的沖擊，它的主要支柱，如應(yīng)用力學(xué)、機械設(shè)計、制造工藝等出現(xiàn)了可喜的變革和發(fā)展，為機電控制系統(tǒng)的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。五、機械技術(shù)與精密機械技術(shù)機械技術(shù)是歷史最悠久的應(yīng)用技術(shù)之一六、接口技術(shù)根據(jù)接口的作用及其所受的約束的不同，我們可將接口分為以下4類。(1)機械接口(2)物理接口(3)信息接口(4)環(huán)境接口。接口按照其轉(zhuǎn)換調(diào)整的功能可以分為以下四類。（1）零接口(2)被動接口(3)能動接口(4)智能接口六、接口技術(shù)接口按照其轉(zhuǎn)換調(diào)整的功能可以分為以下四類。七、系統(tǒng)總體技術(shù)機電控制技術(shù)不是幾種技術(shù)的簡單疊加，而是通過系統(tǒng)總體設(shè)計使它們形成一個有機整體。系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點和方法，將總體分解成若干功能單元，找出能完成各個功能的技術(shù)方案，再將各個功能與技術(shù)方案組合成方案組進行分析、評價、優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)?？傮w技術(shù)包括機電一體化機械的優(yōu)化設(shè)計、CAD／CAM技術(shù)、研究和解決各組成部件之間的功能上的協(xié)調(diào)、可靠性設(shè)計及價值工程等。顯然，即使各部分技術(shù)都已掌握，性能、可靠性都很好，如果整個系統(tǒng)不能很好地協(xié)調(diào)，則它仍然不可能正常、可靠地運行。由此可見系統(tǒng)總體技術(shù)的重要性。七、系統(tǒng)總體技術(shù)第二章機電控制技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)常用低壓電器簡介用于接通和斷開電路或?qū)﹄娐泛碗姎庠O(shè)備進行保護、控制和調(diào)節(jié)的電工器件稱為電器。第二章機電控制技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)常用低壓電器簡介一、電器的類別1．按工作電壓等級可分為高壓電器和低壓電器2．按觸點的動力來源可分為手動電器和自動電器3．按用途可分為配電電器和控制電器4.按工作環(huán)境可分為一般用途低壓電器和特殊用途低壓電器。一、電器的類別二、低壓電器品種和用途

低壓電器是一種能根據(jù)外界的信號和要求，手動或自動地接通、斷開電路，以實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測、變換和調(diào)節(jié)的元件或設(shè)備。廣泛應(yīng)用于工廠供配電系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備自動控制系統(tǒng)。在工廠機電設(shè)備自動控制領(lǐng)域，低壓電器是構(gòu)成設(shè)備自動化的主要控制器件和保護器件。二、低壓電器品種和用途

低壓電器是一種能根據(jù)外界的信號和要求三、低壓電器的型號表示法我國低壓電器型號的編制適用于下述各類產(chǎn)品。產(chǎn)品型號采用漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組合表示，其組合方式如下：三、低壓電器的型號表示法四、低壓電器的主要性能參數(shù)1．額定工作電壓2．額定工作電流3．通斷能力4．額定絕緣電壓5．額定發(fā)熱電流6．電氣壽命7．機械壽命四、低壓電器的主要性能參數(shù)第二節(jié)刀開關(guān)的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用一、開啟式負荷開關(guān)二、封閉式負荷開關(guān)三、組合開關(guān)四、刀開關(guān)常見故障的處理方法第二節(jié)刀開關(guān)的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用一、開啟式負荷開關(guān)第三節(jié)主令電器的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用

主令電器主要用于切換控制電路，用它來命令電動機及其他控制對象的起動、停止或工作狀態(tài)的變換，因此，稱這類發(fā)布命令的電器為主令電器。主令電器的種類很多，常用的主令電器有控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)及萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)等。第三節(jié)主令電器的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用

主令電器主要用于切換控制一、控制按鈕

控制按鈕在低壓控制電路中用于手動發(fā)出控制信號及遠距離控制，也稱為按鈕。用于接通、分斷5A以下的小電流電路。按用途和觸點結(jié)構(gòu)的不同，分起動按鈕、停止按鈕和復(fù)合按鈕。一、控制按鈕

控制按鈕在低壓控制電路中用于手動發(fā)出控制信號及二、行程開關(guān)行程開關(guān)又稱為限位開關(guān)，它的作用是將機械位移轉(zhuǎn)變?yōu)橛|點的動作信號，以控制機械設(shè)備的運動，它在機電設(shè)備的行程控制中起到很大的作用。行程開關(guān)的工作原理與控制按鈕相同，不同之處在于行程開關(guān)是利用機械運動部分的碰撞而使其動作；按鈕則是通過人力使其動作。二、行程開關(guān)三、接近開關(guān)接近開關(guān)是一種無機械觸點的開關(guān)，它的功能是當(dāng)物體在一定距離范圍內(nèi)接近開關(guān)時發(fā)出動作信號，而不需要機械式行程開關(guān)所必須施加的機械外力。接近開關(guān)可當(dāng)作行程開關(guān)使用，它還廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品計數(shù)、測速、液面控制、金屬檢測等設(shè)備中。三、接近開關(guān)四、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主要用作控制電路的轉(zhuǎn)換或功能切換、電氣測量儀表的轉(zhuǎn)換以及配電設(shè)備(高壓油斷路器、低壓空氣斷路器等)的遠距離控制，亦可用于控制伺服電機和其他小容量電動機的起動、換向以及變速等。由于這種開關(guān)觸點數(shù)量多，因而可同時控制多條控制電路，用途較廣，故稱為萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)。四、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)第四節(jié)熔斷器的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用熔斷器廣泛用于低壓供配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)中。當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴重過載時，熔斷器中的熔體將自動熔斷，從而切斷電路，起到保護作用。第四節(jié)熔斷器的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用一、熔斷器的基本結(jié)構(gòu)二、熔斷器的主要參數(shù)三、常用熔斷器簡介四、低壓熔斷器型號含義低壓熔斷器的型號表達方法及意義如下：一、熔斷器的基本結(jié)構(gòu)五、熔斷器的選用六、各種熔斷器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)七、熔斷器使用注意事項五、熔斷器的選用第五節(jié)交流接觸器的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用接觸器是一種用途最為廣泛的開關(guān)電器。它利用電磁、氣動或液動原理，通過控制電路來實現(xiàn)主電路的通斷。接觸器具有通斷電流能力強，動作迅速，操作安全，能頻繁操作和遠距離控制等優(yōu)點，但不能切斷短路電流，因此接觸器通常需與熔斷器配合使用。接觸器的主要控制對象是電動機，也可用來控制其他電力負載。接觸器按通斷電流的種類可分為交流接觸器和直流接觸器兩大類，平時使用最多的是交流接觸器。它主要用于接通和分斷電壓為1140V、電流為630A以下的交流電路，可實現(xiàn)對電動機和其他電氣設(shè)備的頻繁操作和遠距離控制。第五節(jié)交流接觸器的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用接觸器是一種用途最為廣一、交流接觸器的結(jié)構(gòu)特點和工作原理二、交流接觸器的主要數(shù)據(jù)三、交流接觸器的型號及含義四、交流接觸器的選用五、交流接觸器的技術(shù)數(shù)據(jù)六、交流接觸器的安裝技巧七、交流接觸器的常見故障的處理方法一、交流接觸器的結(jié)構(gòu)特點和工作原理第六節(jié)斷路器的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用斷路器通常也稱為自動空氣開關(guān)，它主要用在交、直流低壓電網(wǎng)中，既可手動又可電動分合電路，且可對電路或用電設(shè)備實現(xiàn)過載、短路和欠電壓等保護，也可以用于不頻繁起動電動機，是一種重要的控制和保護電器。斷路器都裝有滅弧裝置，因此，它可以安全地帶負荷合閘與分閘。第六節(jié)斷路器的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用斷路器通常也稱為自動空氣一、斷路器的分類和結(jié)構(gòu)組成1．?dāng)嗦菲鞯姆诸?．?dāng)嗦菲鞯幕窘Y(jié)構(gòu)一、斷路器的分類和結(jié)構(gòu)組成二、斷路器的基本工作原理通過手動或電動等操作機構(gòu)可使斷路器合閘，從而使電路接通。當(dāng)電路發(fā)生故障如短路、過載、欠電壓等情況，通過脫扣裝置使斷路器自動跳閘，達到故障保護的目的。二、斷路器的基本工作原理三、斷路器的型號含義塑料外殼式斷路器的型號含義如下：三、斷路器的型號含義四、斷路器的選用選用斷路器時首先確定斷路器的類型，然后確定的具體數(shù)據(jù)。四、斷路器的選用五、斷路器使用安全事項為保證低壓斷路器可靠工作，使用時要注意以下事項：1.斷路器要按規(guī)定垂直安裝，連接導(dǎo)線必須符合規(guī)定要求。2.脫扣器的整定值一經(jīng)調(diào)好就不要隨意變動，但應(yīng)做定期檢查，以免脫扣器誤動作或不動作。3.分斷短路電流后應(yīng)及時檢查主觸點，若發(fā)現(xiàn)弧煙痕跡，可用干布擦凈；若發(fā)現(xiàn)觸點灼傷應(yīng)及時修復(fù)。4.工作時不可將滅弧罩取下，滅弧罩損壞應(yīng)及時更換，以免發(fā)生短路時電弧不能熄滅的事故。5.應(yīng)定期給操作機構(gòu)添加潤滑油。6.應(yīng)定期清除斷路器的塵垢，以免影響操作和絕緣。五、斷路器使用安全事項六、斷路器的常見故障及處理方法見表2-8。七、斷路器的技術(shù)數(shù)據(jù)塑料外殼式斷路器的技術(shù)數(shù)據(jù)見附表2-11和附表2-12。六、斷路器的常見故障及處理方法見表2-8。第七節(jié)繼電器的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用繼電器是一種根據(jù)外界輸入信號來控制電路接通或斷開的一種自動電器，主要用于控制、線路保護或信號轉(zhuǎn)換。繼電器的種類很多，分類方法也較多。按反映的信號可分為電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、熱繼電器和速度繼電器等；按用途可分為控制繼電器和保護繼電器；按動作原理可分為電磁式、電子式和電動式等。第七節(jié)繼電器的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用一、電磁式繼電器電磁式繼電器是電壓繼電器、電流繼電器和中間繼電器的總稱。1．通用繼電器2．電流繼電器3．電壓繼電器4．中間繼電器一、電磁式繼電器二、熱繼電器熱繼電器是利用電流通過發(fā)熱元件時所產(chǎn)生的熱量使雙金屬片受熱彎曲而推動觸點動作的一種保護電器。它主要用于電動機的過載保護、斷相保護以及電流不平衡運行保護，也可用于其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制。1．熱繼電器的結(jié)構(gòu)特點和工作原理2．熱繼電器的技術(shù)數(shù)據(jù)3．熱繼電器主要技術(shù)數(shù)據(jù)4．熱繼電器常見故障的處理二、熱繼電器三、時間繼電器1．時間繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理時間繼電器也稱延時繼電器，它在電路中起著使控制電路延時動作的作用，即當(dāng)繼電器的感測機構(gòu)接收到外界動作信號后，要經(jīng)過一段時間延時后觸點才動作并輸出信號去操縱控制電路。時間繼電器按動作原理可分為電磁式、空氣阻尼式、電動式和電子式；按延時方式可分為通電延時和斷電延時兩種。2．時間繼電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)三、時間繼電器時間繼電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)見附表2-14和附表2-15。3．時間繼電器的選用延時方式的選用:根據(jù)控制電路的需要選擇通電延時型或斷電延時型，瞬時動作觸點的數(shù)目也要滿足要求。類型的選用:對延時精度要求不高的場合，可選用空氣阻尼式；對延時精度要求較高的場合，一般可選用晶體管式。工作電壓的選用:根據(jù)控制電路電壓選擇吸引線圈或工作電源的電壓。4．時間繼電器的常見故障的處理方法時間繼電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)見附表2-14和附表2-15四、速度繼電器速度繼電器主要用于電動機反接制動，所以也稱反接制動繼電器。電動機反接制動時，為防止電動機反轉(zhuǎn)，必須在反接制動結(jié)束時或結(jié)束前及時切斷電源。1.速度繼電器的結(jié)構(gòu)2．速度繼電器的工作原理3．速度繼電器的技術(shù)數(shù)據(jù)4．速度繼電器常見故障的排除方法四、速度繼電器第八節(jié)電氣控制系統(tǒng)圖的畫法規(guī)則電氣控制系統(tǒng)是由許多電氣元件按一定要求連接而成的。電氣控制系統(tǒng)中各電氣元件及其連接，可用一定的圖形表達出來，這種圖就是電氣控制系統(tǒng)圖。電氣控制系統(tǒng)圖中，電氣元件必須使用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號和文字符號。國家規(guī)定從1990年1月1日起，今后電氣系統(tǒng)圖中的圖形符號和文字符號必須符合最新的國家標準。當(dāng)前推行的最新標準是國家標準局頒布的GB4728-1984《電氣圖用圖形符號》、GB6988-1987《電氣制圖》和GB7159-1987《電氣技術(shù)中的文字符號制訂通則》。電氣控制系統(tǒng)圖有三類：電氣原理圖、電器元件布置圖及電氣安裝接線圖。第八節(jié)電氣控制系統(tǒng)圖的畫法規(guī)則電氣控制系統(tǒng)是由許多電氣元一、電氣原理圖電氣原理圖是為了便于閱讀和分析控制線路，根據(jù)簡單清晰的原則，采用電氣元件展開的形式繪制成的表示電氣控制線路工作原理的圖形。1．繪制電氣原理圖的基本規(guī)則(1)原理圖一般分主電路和輔助電路兩部分畫出。(2)原理圖中，各電器元件不畫實際的外形圖，而采用國家規(guī)定的圖形符號來畫，文字符號也要符合國家標準。(3)原理圖中，各電器元件的導(dǎo)電部件，如線圈和觸點的位置，應(yīng)根據(jù)便于閱讀和分析的原則來安排，繪在它們完成作用的地方。同一電器元件的各個部件可以不畫在一起。(4)原理圖中所有電器的觸點，都按沒有通電或沒有外力作用時的開閉狀態(tài)畫出。如繼電器、接觸器的觸點，按線圈未通電時的狀態(tài)畫；按鈕、行程開關(guān)的觸點按不受外力作用時的狀態(tài)畫；控制器按手柄處于零位時的狀態(tài)畫等。(5)原理圖中，有直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線的連接點，要用黑圓點表示。無直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線，交叉處不能畫黑圓點。(6)原理圖中，無論是主電路還是輔助電路，各電氣元件一般應(yīng)按動作順序從上到下，從左到右依次排列，可水平布置或垂直布置。一、電氣原理圖2．圖面區(qū)域的劃分在原理圖上方將圖分成若干功能圖區(qū)，下方的1，2，3，…數(shù)字是圖區(qū)編號，它是為便于檢索電氣線路及方便閱讀分析設(shè)置的。2．圖面區(qū)域的劃分3．符號位置的索引并標明該區(qū)電路的用途與作用。原理圖在較復(fù)雜的電氣原理圖中，對繼電器、接觸器線圈的文字符號下方要標注其觸點位置的索引；而在觸點文字符號下方要標注其線圈位置的索引。3．符號位置的索引并標明該區(qū)電路的用途與作用。原理圖在較復(fù)4．電氣原理圖中技術(shù)數(shù)據(jù)的標注電氣元件的技術(shù)數(shù)據(jù)，除在電氣元件明細表中標明外，有時也可用小號字體注在其圖形符號的旁邊，如圖區(qū)2熱繼電器FR1的動作電流值范圍為6.8～11A，整定值為8.4A。圖中標注的l.5mm2、2.5mm2等字樣表明該導(dǎo)線的截面積。4．電氣原理圖中技術(shù)數(shù)據(jù)的標注二、電氣元件布置圖電氣元件布置圖主要用來表明各種電氣設(shè)備在機械設(shè)備上和電氣控制柜中的實際安裝位置，為機械電氣控制設(shè)備的制造、安裝及維修提供必要的資料。各電氣元件的安裝位置是由生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作要求決定的，如電動機要和被拖動的機械部件在一起，行程開關(guān)應(yīng)放在要取得信號的地方，操作元件要放在操縱臺及懸掛操縱箱等操作方便的地方，一般電氣元件應(yīng)放在控制柜內(nèi)。電氣元件布置圖主要由電氣設(shè)備布置圖、控制柜與控制板電氣設(shè)備布置圖及操縱臺與懸掛操縱箱電氣設(shè)備布置圖等組成。在繪制電氣設(shè)備布置圖時，所有能見到的以及需表示清楚的電氣設(shè)備均用粗實線繪制出簡單的外形輪廓，其他設(shè)備(如機床)的輪廓用雙點劃線表示。二、電氣元件布置圖三、電氣安裝接線圖電氣安裝接線圖是為了安裝電氣設(shè)備和電氣元件時進行配線或檢查維修電氣控制線路故障服務(wù)的。在圖中要表示出各電氣設(shè)備之間的實際接線情況，并標注出外部接線所需的數(shù)據(jù)。在接線圖中各電氣元件的文字符號、元件連接順序及線路號碼編制都必須與電氣原理圖一致。三、電氣安裝接線圖第九節(jié)機電控制系統(tǒng)的基本控制電路一、啟動、自鎖與停止控制電路生產(chǎn)設(shè)備在使用中，一般都必須有啟動與停止按鈕，用以控制電動機的啟動與停止。第九節(jié)機電控制系統(tǒng)的基本控制電路一、啟動、自鎖與停止控制電二、長動與點動控制生產(chǎn)設(shè)備在正常情況下需要連續(xù)不停地工作，即所謂長動，而點動則是指手按下按鈕時，電動機轉(zhuǎn)動工作，手松開按鈕時，電動機立即停止工作。點動多用于生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)整或某些需手動操作的場合。長動與點動的主要區(qū)別是控制電器能否自鎖。圖2-39為實現(xiàn)長動與點動的幾種電路，圖(a)為用按鈕實現(xiàn)長動與點動的控制電路；圖(b)為用開關(guān)SA實現(xiàn)長動與點動轉(zhuǎn)換的控制電路；圖(c)為利于中間繼電器KA實現(xiàn)長動與點動的控制電路。二、長動與點動控制《機電控制技術(shù)》教學(xué)課件三、多點控制在較大型生產(chǎn)設(shè)備中，為了操作方便，常要求能在多個地點進行控制，實現(xiàn)的方法是將分散在各操作站上的啟動按鈕引線并聯(lián)起來，停止按鈕的引線作串聯(lián)連接。三、多點控制四、聯(lián)鎖控制聯(lián)鎖控制是自動控制中一個很重要的環(huán)節(jié),如兩(多)臺電動機不準同時工作。圖2-41所示四、聯(lián)鎖控制五、順序啟動控制在控制電路中，經(jīng)常要求電動機有順序地啟動。五、順序啟動控制第十節(jié)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計常用的繼電器接觸器控制，也稱常規(guī)控制或傳統(tǒng)控制。當(dāng)前用工業(yè)微機和可編程控制器(PLC)控制的生產(chǎn)設(shè)備越來越多。但是，傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備的使用現(xiàn)在仍占絕大多數(shù)，而且一些簡單系統(tǒng)根本不需要微機控制。因此，學(xué)習(xí)和掌握繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計非常實用。本節(jié)主要敘述電氣控制設(shè)計的基本原則、基本內(nèi)容、電力拖動方案和電動機的選擇、電氣原理圖的設(shè)計以及電氣的工藝設(shè)計。第十節(jié)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計常用的繼電器接觸器一、電氣控制設(shè)計的基本原則1．最大限度滿足生產(chǎn)設(shè)備和工藝對電氣控制的要求；2．在滿足控制要求的前提下，設(shè)計方案應(yīng)力求簡單、經(jīng)濟及實用，不宜盲目追求自動化和高指標；3．把電氣系統(tǒng)的安全性和可靠性放在首位，確保使用安全、可靠；4．妥善處理機械與電氣的關(guān)系，要從工藝要求、制造成本、機械電氣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及使用維護等方面綜合考慮。一、電氣控制設(shè)計的基本原則二、電氣控制設(shè)計的基本內(nèi)容

電氣控制設(shè)計包含原理設(shè)計與工藝設(shè)計兩個基本部分。1．原理設(shè)計的內(nèi)容(1)擬訂電氣控制設(shè)計任務(wù)書；(2)選擇拖動方案、控制方式及電動機；(3)設(shè)計并繪制電氣原理圖和選擇電器元件并制訂元器件目錄表；(4)對原理圖各連接點進行編號。二、電氣控制設(shè)計的基本內(nèi)容

電氣控制設(shè)計包含原理設(shè)計2．工藝設(shè)計內(nèi)容(1)根據(jù)電氣原理圖(包括元器件表)，繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖及總接線圖；(2)電器元件布置圖的設(shè)計與繪制；(3)電氣組件和元件接線圖的繪制；(4)電氣箱及非標準零件圖的設(shè)計；(5)各類元器件及材料清單的匯總；(6)編寫設(shè)計說明書和使用維護說明書。2．工藝設(shè)計內(nèi)容三、電氣控制設(shè)計的一般程序設(shè)計程序一般是先進行原理設(shè)計再進行工藝設(shè)計，詳細的設(shè)計程序同上述設(shè)計內(nèi)容的排序相同。在此重點介紹電氣設(shè)計任務(wù)書的擬訂。設(shè)計任務(wù)書是整個系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)，同時又是今后設(shè)備竣工驗收的依據(jù)。基本內(nèi)容一般為：1．給出機械及傳動簡圖、工藝過程、負載特性、動作要求、控制方式、調(diào)速要求及工作條件；2．給出電氣保護、控制精度、生產(chǎn)效率、自動化程度、穩(wěn)定性及抗干擾要求；3．給出設(shè)備布局、安裝、照明、顯示及報警方式等要求；4．目標成本與經(jīng)費限額、驗收標準及方式等。三、電氣控制設(shè)計的一般程序四、電力拖動方案確定原則由于交流電動機特別是籠型異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格低廉、維修方便及應(yīng)用廣泛，所以在選擇電力拖動方案時，首先應(yīng)盡量考慮籠型異步電動機，只有那些要求調(diào)速范圍大和頻繁啟動、制動的生產(chǎn)設(shè)備，才考慮采用直流或交流無級調(diào)速系統(tǒng)。因此，應(yīng)依生產(chǎn)設(shè)備對調(diào)速的要求來考慮電力拖動方案。1．對于一般無特殊調(diào)速指標要求的設(shè)備，應(yīng)優(yōu)先采用籠型異步電動機。2．對于要求電氣調(diào)速的設(shè)備，應(yīng)根據(jù)調(diào)速技術(shù)要求來選擇拖動方案。若調(diào)速范圍D=2～3，調(diào)速級數(shù)≤4，一般采用可變極數(shù)的雙速或多速籠型異步電動機。若D=3～10，且要求平滑調(diào)速時，在容量不大的情況下，應(yīng)采用帶滑差電磁離合器的籠型異步電動機拖動方案。若D=10～100，可采用晶閘管直流或交流調(diào)速拖動系統(tǒng)。3．電動機的調(diào)速性質(zhì)應(yīng)與負載特性相適應(yīng)。調(diào)速性質(zhì)是指在整個調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩和功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，有恒功率和恒轉(zhuǎn)矩輸出兩種。以數(shù)控車床為例，其主運動需要恒功率傳動，進給運動則要求恒轉(zhuǎn)矩傳動。若采用雙速籠型異步電動機，當(dāng)定子繞組由三角形改成雙星形連接時，轉(zhuǎn)速由低速升為高速，而功率卻增加很少，適用于恒功率傳動。但當(dāng)定子繞組由低速的星形連接改成雙星形連接后，轉(zhuǎn)速和功率都增加一倍，而電動機輸出轉(zhuǎn)矩卻保持不變，適用于恒轉(zhuǎn)矩傳動。四、電力拖動方案確定原則(四)、電動機的選擇電動機結(jié)構(gòu)形式一般來說，應(yīng)采用通用系列的普通電動機，以便于安裝，只有在特殊場合才采用某些特殊結(jié)構(gòu)的電動機。如在通常的環(huán)境條件下，應(yīng)盡量選用一般防護式電動機。對易產(chǎn)生飛揚的鐵屑或廢料，或者切削液、工業(yè)用水等有損于絕緣介質(zhì)能侵入電動機的場合，應(yīng)選用封閉式為宜。煤油冷卻切削刀具或加工易燃合金的機床應(yīng)選用防爆式電動機。(四)、電動機的選擇五、控制線路的設(shè)計及元件選擇電氣原理圖包括電氣控制線路圖和電氣元器件目錄表，它的設(shè)計是電氣系統(tǒng)設(shè)計的中心環(huán)節(jié)，而電氣控制線路的設(shè)計又是這一環(huán)節(jié)的核心內(nèi)容。在總體方案確定之后的具體設(shè)計是從電氣原理圖開始的，各項設(shè)計要求和指標主要是通過電氣原理圖來實現(xiàn)的，同時，它又是工藝設(shè)計和編制各種技術(shù)資料的依據(jù)。五、控制線路的設(shè)計及元件選擇（一）、電氣原理圖設(shè)計的基本方法電氣原理圖的設(shè)計是在拖動方案及控制方式確定之后進行的。可通過功能表圖法、經(jīng)驗設(shè)計法、邏輯設(shè)計法等方法獲得電氣原理圖，在此只介紹經(jīng)驗設(shè)計法。所謂經(jīng)驗沒計法，也就是利用學(xué)過的基本電路的知識，按照主電路→控制電路→輔助電路→聯(lián)鎖與保護→總體檢查→反復(fù)修改與完善的步驟進行。這對于控制系統(tǒng)較簡單的場合很適用。（一）、電氣原理圖設(shè)計的基本方法（二）、電氣原理圖設(shè)計的注意事項在實際設(shè)計過程中，有時設(shè)計出來的實際線路會出現(xiàn)不正確、不合理或不經(jīng)濟等現(xiàn)象，因此在設(shè)計過程中，應(yīng)注意：1．避免“臨界競爭和冒險現(xiàn)象”的產(chǎn)生2．盡量減少電器元件觸點數(shù)量3．合理安排電器元件觸點位置4．盡量減少電氣線路的電源種類5．盡量減少電器元件的品種、規(guī)格、數(shù)量及觸點數(shù)量6．盡可能減少通電電器數(shù)量（二）、電氣原理圖設(shè)計的注意事項（三）、電器元件選擇如何正確選用好元件，對控制系統(tǒng)電路的設(shè)計是很重要的。電器元件選擇的基本原則如下：1．根據(jù)對控制元件功能的要求，確定電器元件類型。以繼電接觸器控制系統(tǒng)為例，當(dāng)元件用于通、斷功率較大的動力電路時，應(yīng)選交流接觸器；若元件用于切換功率較小的電路時，則應(yīng)選擇中間繼電器；若還伴有延時要求，則應(yīng)選用時間繼電器；伴有限位控制，則應(yīng)選用行程開關(guān)等。2．確定元器件承載能力的臨界值及使用壽命。主要是根據(jù)電器控制的電壓、電流及功率的大小來確定元件的規(guī)格。3．確定元器件預(yù)期的工作環(huán)境及供應(yīng)情況。如防油、防塵、防爆等。4．確定元器件在應(yīng)用時所需要的可靠性等。采用與可靠性預(yù)計相適應(yīng)的降額系數(shù)。進行一些必要的計算或校核。（三）、電器元件選擇六、控制系統(tǒng)的工藝設(shè)計控制系統(tǒng)要做到操作方便、運行可靠、便于維修，不僅需要有正確的原理性設(shè)計，而且需要有合理的工藝設(shè)計。工藝設(shè)計的目的是為了滿足電氣控制設(shè)備的制造和使用要求。工藝設(shè)計的依據(jù)是電氣原理圖及電氣元件目錄表。工藝設(shè)計時，一般先進行電氣設(shè)備總體配置設(shè)計，而后進行電氣元件布置、操作臺面板布置、組件連接與導(dǎo)線選擇、電氣箱及非標準零件圖的設(shè)計，再進行各類元器件及材料清單的匯總，最后還要編寫設(shè)計說明書和使用說明書，從而形成一套完整的設(shè)計技術(shù)文件。工藝設(shè)計的主要內(nèi)容包括總體配置、分部(柜，箱、面板等)裝配設(shè)計、導(dǎo)線連接方式等方面。六、控制系統(tǒng)的工藝設(shè)計（一）、總體布置電控設(shè)備的每一個元器件都有一定的安裝位置，有些元器件安裝在控制柜中，如繼電器、接觸器、控制調(diào)節(jié)器、儀表等；有些元器件應(yīng)安裝在設(shè)備的相應(yīng)部位上，如傳感器、行程開關(guān)、接近開關(guān)等；有些元器件則要安裝在操作面板上，如按鈕、指示燈、顯示器、指示儀表等。對于一個比較復(fù)雜的電控系統(tǒng)，需要分成若干個控制柜、操作臺、接線箱等，因而系統(tǒng)所用的元器件需要劃分為若干組件，在劃分時應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)流程、調(diào)試、操作、維修等因素。一般來說劃分原則是：（一）、總體布置1．功能類似的元器件組合放在一起；2．盡可能減少組件之間的連線數(shù)量，接線關(guān)系密切的元器件置于同一組件中；3．強弱電分離，盡量減少系統(tǒng)內(nèi)部的干擾影響等。1．功能類似的元器件組合放在一起；（二）、電氣柜內(nèi)的元器件布置同一個電氣柜、箱內(nèi)的元器件布置的原則是：1．重量、體積大的器件布置在控制柜下部，以降低柜體重心；2．發(fā)熱元器件宜安裝在控制柜上部，以避免對其他器件有不良影響；3．經(jīng)常需要調(diào)節(jié)、更換的元器件安裝在便于操作的位置上；4．外形尺寸和結(jié)構(gòu)類似的元器件放在一起，便于配接線和使外觀整齊；5．電元器件布置不宜過密，要留有一定的間距。（二）、電氣柜內(nèi)的元器件布置（三）、操作臺面板布置操作臺面板上布置操作件和顯示件，通常按下述規(guī)律布置：操作件一般布置在目視的前方，元器件按操作順序由左向右、從上到下布置，也可按生產(chǎn)工藝流程布置，盡可能將高精度調(diào)節(jié)、連續(xù)調(diào)節(jié)、頻繁操作的器件配置在右側(cè)；急停按鈕應(yīng)選紅色蘑菇按鈕并放置在不易被碰撞的位置；按鈕應(yīng)按其功能選用不同的顏色，既增加美觀又易于區(qū)別；操作件和顯示件通常還要附有標示牌，用簡明扼要的文字或符號說明它的功能。顯示器件通常布置在面板的中上部，指示燈也應(yīng)按其含義選用適當(dāng)?shù)念伾?dāng)顯示器件特別是指示燈數(shù)量比較多時，可以在操作臺的上方設(shè)置模擬屏，將指示燈按工藝流程或設(shè)備平面圖形排布，使操作者可以通過指示燈及時掌握生產(chǎn)設(shè)備運行狀態(tài)。（三）、操作臺面板布置（四）、組件連接與導(dǎo)線選擇電氣柜、操作臺、控制箱等部件進出線必須通過接線端子，端子規(guī)格按電流大小和端子上進出線數(shù)目選用，一般一只端子最多只能接兩根導(dǎo)線。電氣柜、操作臺內(nèi)部配件應(yīng)采用銅芯塑料絕緣導(dǎo)線，截面積應(yīng)按其載流量大小進行選擇，考慮到機械強度，控制電路通常采用l.5mm2以上的導(dǎo)線，單芯銅線不宜小于0.75mm2，多芯軟銅線不宜小于0．5mm2；對于弱電線路，不得小于0．2mm2。另外，進行柜內(nèi)配線時每根導(dǎo)線的兩端均應(yīng)有標號，導(dǎo)線的顏色在GB／T2618《電工成套裝置中的導(dǎo)線顏色》中有明確的規(guī)定，例如，內(nèi)部布線一般用黑色；黃、綠、紅色分別表示交流電路的第一、二、三相；棕、藍色分別表示直流電路的正、負極；黃綠雙色銅芯軟線是安全用的接地線(PE線)，其截面積不得小于2.5mm2。（四）、組件連接與導(dǎo)線選擇（五）、電氣箱及非標準零件圖的設(shè)計通常，電氣箱設(shè)計要考慮以下幾方面問題：1．根據(jù)控制面板及箱內(nèi)各電器板和電源板的尺寸確定電氣箱總體尺寸及結(jié)構(gòu)方式。2．根據(jù)各電氣組件的安裝尺寸，設(shè)計箱內(nèi)安裝支架(采用角鐵、槽鋼和扁鐵等)。3．從方便安裝、調(diào)整及維修要求出發(fā)，設(shè)計電氣箱門。為利于通風(fēng)散熱，應(yīng)設(shè)計通風(fēng)孔或通風(fēng)槽。為便于搬動，應(yīng)設(shè)計起吊勾、起吊孔、扶手架或箱體底部活動輪。4．結(jié)構(gòu)緊湊外形美觀，要與生產(chǎn)設(shè)備本體配合和協(xié)調(diào)，并提出一定的裝飾要求。（五）、電氣箱及非標準零件圖的設(shè)計（六）、各類元器件及材料清單的匯總在電氣系統(tǒng)原理設(shè)計及工藝設(shè)計結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)各種圖樣，對所需的元器件及材料進行綜合統(tǒng)計，按類別分別作出元器件及材料清單表，以便供銷和生產(chǎn)管理部門進行備料，這些資料也是成本核算的依據(jù)。（六）、各類元器件及材料清單的匯總（七）、設(shè)計說明書及使用說明書的編寫設(shè)計說明書及使用說明書是設(shè)計審定及調(diào)試、安裝、使用及維護過程中必不可少的技術(shù)資料。使用說明書應(yīng)提供給用戶。（七）、設(shè)計說明書及使用說明書的編寫第十一節(jié)機電控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及步驟

機電控制系統(tǒng)是由相互制約的有關(guān)要素組成的具有一定功能的整體，不但要求每個要素具有高性能和高功能，更強調(diào)它們之間的協(xié)調(diào)與配合，以便更好地實現(xiàn)預(yù)期的功能，特別是在機電一體化傳動系統(tǒng)設(shè)計中，存在著機電有機結(jié)合如何實現(xiàn)，機、電、液傳動如何匹配，機電控制系統(tǒng)如何進行整體優(yōu)化等問題，以達到系統(tǒng)整體最佳的目標。第十一節(jié)機電控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及步驟

機電控制系統(tǒng)是由相一、機電控制系統(tǒng)的設(shè)計方法

（一）、取代設(shè)計方法取代設(shè)計方法又稱為機電互補設(shè)計方法。該方法的主要特點是利用通用或?qū)Ｓ秒娮悠骷〈鷤鹘y(tǒng)機械產(chǎn)品中的復(fù)雜機械部件，以便簡化結(jié)構(gòu)，獲得更好的功能和特性。(1)用電力電子器件或部件與計算機及其軟件相結(jié)合取代機械式變速機構(gòu)。如用變頻調(diào)速器或直流調(diào)速裝置代替機械減速器、變速箱。(2)用可編程控制器取代傳統(tǒng)的繼電器控制柜，大大地減小了控制模塊的質(zhì)量和體積，并具有柔性化。可編程控制器便于嵌入機械結(jié)構(gòu)內(nèi)部。(3)用電子計算機及其控制程序取代凸輪機構(gòu)、插銷板、撥碼盤、步進開關(guān)、時間繼電器等，以彌補機械技術(shù)的不足。(4)用數(shù)字式、集成式或智能式傳感器取代傳統(tǒng)的傳感器，以提高檢測精度和可靠性。一、機電控制系統(tǒng)的設(shè)計方法

（一）、取代設(shè)計方法（二）、柔性化設(shè)計方法

將機電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)中完成某一功能的檢測傳感元件、執(zhí)行元件和控制器做成機電控制的功能模塊，如果控制器具有可編程的特點，則該模塊就成為柔性模塊。例如，采用繼電器可以實現(xiàn)位置控制，但這種控制是剛性的，一旦運動改變時難以調(diào)節(jié)。若采用伺服電動機驅(qū)動，則可以使機械裝置簡化，且利用電子控制裝置可以進行復(fù)雜的運動控制以滿足不同的運動和定位要求；采用PLC還可以進一步提高該驅(qū)動模塊的柔性。（二）、柔性化設(shè)計方法

將機電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)中完成某一功能（三）、模塊化設(shè)計方法機電控制系統(tǒng)由相互制約的有關(guān)要素的功能部件組成，也可以設(shè)計成由若干功能子系統(tǒng)組成，而每個功能部件或功能子系統(tǒng)又包含若干組成要素。這些功能部件或功能子系統(tǒng)經(jīng)過標準化、通用化和系列化，就成為功能模塊。每一個功能模塊可視為一個獨立體，在設(shè)計時只需了解其性能規(guī)格，按其功能來選用，而無須了解其結(jié)構(gòu)細節(jié)。（三）、模塊化設(shè)計方法（四）、融合設(shè)計方法融合設(shè)計方法把機電一體化產(chǎn)品的某些功能部件或子系統(tǒng)設(shè)計成該產(chǎn)品所專用的。用這種方法可以使該產(chǎn)品各要素和參數(shù)之間的匹配問題考慮得更充分、更合理、更經(jīng)濟、更能體現(xiàn)機電控制的優(yōu)越性。融合設(shè)計方法還可以簡化接口，使彼此融為一體。（五）、系統(tǒng)整體設(shè)計方法系統(tǒng)整體設(shè)計方法是以優(yōu)化的工藝為主線，以控制理論為指導(dǎo)，以計算機應(yīng)用為手段，以系統(tǒng)整體最佳為目標的一種綜合設(shè)計方法。（四）、融合設(shè)計方法二、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計步驟

機電設(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計工作一般分為初步設(shè)計和技術(shù)設(shè)計兩個階段。電氣控制系統(tǒng)制作完成后技術(shù)人員往往還要參加安裝調(diào)試，直到全套設(shè)備投入正常生產(chǎn)為止。二、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計步驟

機電設(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計工作一般分（一）、初步設(shè)計階段在初步設(shè)計階段，對電氣控制系統(tǒng)來說，應(yīng)收集下列資料：1．設(shè)備名稱、用途、工藝流程、生產(chǎn)能力、技術(shù)性能以及現(xiàn)場環(huán)境條件，如溫度、濕度、粉塵濃度、電磁場干擾及振動情況等。2．供電電網(wǎng)種類、電壓等級、電源容量、頻率等。3．電氣負載的基本情況，如電動機型號、功率、傳動方式、調(diào)速和制動要求等。4．需要檢測和控制的工藝參數(shù)性質(zhì)、數(shù)值范圍、精度要求等。5．對電氣控制的技術(shù)要求，如手動調(diào)整和自動運行的操作方法，電氣保護及連鎖設(shè)置等。6．生產(chǎn)設(shè)備的電動機、電熱裝置、控制柜、操作臺、按鈕站以及檢測用傳感器、行程開關(guān)等元器件的安裝位置。（一）、初步設(shè)計階段在初步設(shè)計階段，對電氣控制系統(tǒng)來說，應(yīng)收（二）、技術(shù)設(shè)計階段根據(jù)用戶確定采用的初步設(shè)計方案進行技術(shù)設(shè)計，主要有下列內(nèi)容：1．給出電氣控制系統(tǒng)的電氣原理圖。2．選擇整個系統(tǒng)設(shè)備的儀表、電氣元器件，并編制明細表，詳細列出名稱、型號規(guī)格、主要技術(shù)參數(shù)、數(shù)量、供貨廠商等。3．繪制電氣控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖、安裝接線圖、出線端子圖和現(xiàn)場配線圖(表)等。4．編寫技術(shù)設(shè)計說明書，介紹系統(tǒng)工作原理、主要技術(shù)性能指標、對安裝施工調(diào)試的要求。（二）、技術(shù)設(shè)計階段第三章電機驅(qū)動控制基本技術(shù)第一節(jié)直流電機的基本控制第三章電機驅(qū)動控制基本技術(shù)一、直流電機的起動

直流電機由靜止狀態(tài)加速達到正常運轉(zhuǎn)的過程，稱為起動過程。在起動過程中要求電動機有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩和適當(dāng)?shù)钠饎与娏?。過大的起動電流將導(dǎo)致?lián)Q向困難，換向器表面產(chǎn)生強烈的電火花或環(huán)火；電樞繞組流過過大的電流會燒毀繞組，瞬間過大的起動電流將產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)動力矩使機械傳動機構(gòu)受到強烈的沖擊；此外過大的起動電流還會引起電網(wǎng)電壓降落，影響其他設(shè)備的正常運行。所以在直流電機起動過程中必須合理的控制起動電流的大小，保證電動機平穩(wěn)起動。一、直流電機的起動

直流電機由靜止狀態(tài)加速達到正常運轉(zhuǎn)的過程通常采用的起動方法有兩種：降低電源電壓起動和在電樞回路串電阻起動。(一)、降低電源電壓起動原理：在直流電機起動的瞬間，將電源電壓降低，使起動電流減小。隨著轉(zhuǎn)速的不斷增加，反電動勢也將逐步增大．此時適當(dāng)增加電源電壓，直至額定電壓。目前，經(jīng)常采用的是晶閘管可控整流電路作為直流電機的可調(diào)電壓電源。（二）、電樞回路串電阻起動原理：要限制起動電流，還可以在電樞回路中串接電阻。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動后，隨著轉(zhuǎn)速升高，反電動勢增大，電樞電流減少，再逐步減少起動電阻阻值，直到電機穩(wěn)定運行，起動電阻全部切除。通常采用的起動方法有兩種：降低電源電壓起動和在電樞回路串電阻二、直流電機的調(diào)速所謂調(diào)速，是指根據(jù)實際需要人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)直流電動機的工作原理可知，直流電機的調(diào)速方法有三種：改變電樞電壓U；改變電樞回路串入的外加電阻R；改變勵磁電流，即改變每極磁通Φ。二、直流電機的調(diào)速（一）、改變電樞電壓調(diào)速這種調(diào)速方法電源電壓是不能改變的，這是因為如果調(diào)節(jié)電源電U時，磁通Φ將與電壓U同時增減，故對調(diào)速無效。所以只能改變電樞的端電壓；這樣在一定的負載轉(zhuǎn)矩下，電動機的轉(zhuǎn)速將相應(yīng)電樞端電壓的變化發(fā)生變化，從而達到調(diào)速的目的。屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，電動機不允許電壓超過額定值，只能由額定值往下降低電壓調(diào)速，即只能減速。工作過程中其調(diào)速的方法，通常是由單獨的可調(diào)整流裝置供電的。（一）、改變電樞電壓調(diào)速（二）、改變電樞回路串電阻調(diào)速在其他參數(shù)不變的條件下，改變電樞回路串聯(lián)電阻R，使特性曲線的斜率改變，而空載轉(zhuǎn)速n。，保持不變。（二）、改變電樞回路串電阻調(diào)速（三）、改變勵磁回路電阻調(diào)速在其他參數(shù)不變的條件下，減少主磁通Φ，會使空載轉(zhuǎn)速n。增大；同時特性曲線的斜率也增大，對應(yīng)不同的主磁通Φ，可以得到不同空載轉(zhuǎn)速和不同斜率的特性曲線，如圖3-5所示（三）、改變勵磁回路電阻調(diào)速三、直流電機的制動所謂的制動指為了盡快地使電動機停轉(zhuǎn)，或者從高速運行降低到低速運行，都需要在電動機軸上施加一個與轉(zhuǎn)向相反的制動轉(zhuǎn)矩。直流電機的制動可以分為機械制動和電氣制動，其中電氣制動又可以分為再生制動、能耗制動和反接制動等。三、直流電機的制動（一）、機械制動：在電動機進行制動時，斷開電動機電源和電磁抱閘線圈的電源，使電磁抱閘閘瓦依靠彈簧壓力與電動機聯(lián)軸器抱緊，并產(chǎn)生摩擦，從而克服電動機轉(zhuǎn)動慣性，起到減速或停車的作用。其特點是：1．制動力矩可調(diào)，可根據(jù)實際需要設(shè)定制動效果。2．有機械磨損，要經(jīng)常檢查閘皮磨損情況。3．設(shè)備安裝調(diào)試、維護保養(yǎng)比較復(fù)雜。（一）、機械制動：在電動機進行制動時，斷開電動機電源和電磁抱（二）、再生制動：再生制動又稱為回饋制動、發(fā)電制動。當(dāng)電動機車下坡運行或起重機重物下落時，由于重力的作用，可能會出現(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)速超過了它的空載轉(zhuǎn)速。此時電機就處在發(fā)電機狀態(tài)下運行，這時電動機把機械能轉(zhuǎn)換成電能，反送到電網(wǎng)中去，并產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，從而限制了電動機轉(zhuǎn)動的速度。（二）、再生制動：再生制動又稱為回饋制動、發(fā)電制動。當(dāng)電動機（三）、能耗制動：能耗制動就是把一臺正在轉(zhuǎn)動的電動機切斷電樞上電源，而接到一個適當(dāng)?shù)闹苿与娮鑂上去，此時因仍有勵磁電流(即保持了磁場)，而轉(zhuǎn)子因慣性在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，切割勵磁磁場，使電動機實質(zhì)上變成了一臺他勵發(fā)電機繼續(xù)運行，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩就由原先電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩變成了現(xiàn)在發(fā)電機的制動轉(zhuǎn)矩，使電動機較快地停止轉(zhuǎn)動，電樞發(fā)出的電能消耗在電阻上。（三）、能耗制動：能耗制動就是把一臺正在轉(zhuǎn)動的電動機切斷電樞（四）、反接制動：反接制動是把電樞繞組或勵磁繞組兩端反接到電源上，而使電樞電流或勵磁電流反向，達到電磁轉(zhuǎn)矩反向的目的。實質(zhì)上已相當(dāng)于把原先的驅(qū)動電磁轉(zhuǎn)矩變成了現(xiàn)在的制動轉(zhuǎn)矩，使電動機停轉(zhuǎn)。使用反接制動時應(yīng)注意的兩點：其一，由于電樞電勢在反接時使其方向與端電壓的方向一致，所以剛反接的瞬間，加在電樞繞組上的電壓為2U，將產(chǎn)生很大的沖擊電流，使電刷與換向器表面產(chǎn)生強烈的電火花而損壞；而且機械沖擊力太大，容易損壞轉(zhuǎn)軸。所以，反接制動時一定要在電樞回路中串接電阻以限制電樞。其二，當(dāng)反接后轉(zhuǎn)速接近零時，必須馬上切斷電源，否則電動機又會反向旋轉(zhuǎn)。（四）、反接制動：反接制動是把電樞繞組或勵磁繞組兩端反接到電反接制動特點：1．制動轉(zhuǎn)矩比較恒定，制動較強烈，操作比較方便2．需要從電網(wǎng)吸取大量的電能，而且對機械負載有較強的沖擊作用。它一般應(yīng)用在快速制動的小功率直流電機上。反接制動特點：第二節(jié)單相感應(yīng)電動機的控制單相異步電動機一般使用單相220V交流電源供電。其結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維修方便，所以廣泛應(yīng)用在家用電器和工業(yè)企業(yè)的機電設(shè)備中。第二節(jié)單相感應(yīng)電動機的控制一、單相感應(yīng)電動機的運行(一)、電容分相單相感應(yīng)電動機的運行1．運行原理2．電容分相單相感應(yīng)電動機的起動電容分相單相感應(yīng)電動機可根據(jù)起動繞組是否參與正常運行而分成三類，即電容運行單相感應(yīng)電動機、電容起動單相感應(yīng)電動機和雙電容單相感應(yīng)電動機。(1)電容運行單相感應(yīng)電動機的起動(2)電容起動單相感應(yīng)電動機的起動(3)雙電容單相感應(yīng)電動機起動（二）、電阻分相單相感應(yīng)電動機的運行（三）、單相罩極異步電動機的運行單相罩極異步電動機是結(jié)構(gòu)最簡單的一種單相異步電動機，它的定子鐵心部分通常由0.5mm厚硅鋼片疊壓而成。一、單相感應(yīng)電動機的運行二、單相感應(yīng)電動機的反轉(zhuǎn)單相感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同，因此要使單相感應(yīng)電動機反轉(zhuǎn)就必須改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向。1、電容運轉(zhuǎn)式單相電動機的反轉(zhuǎn)控制這類電動機實際上是借電容器將“單相”交流電分裂為相位接近90度的“兩相”交流電，從而使電動機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。因此，把兩相繞組中任一相繞組的頭和尾進行對調(diào)，即可改變磁場的旋轉(zhuǎn)方向，從而使電動機的旋向也發(fā)生改變，如圖3-13。二、單相感應(yīng)電動機的反轉(zhuǎn)《機電控制技術(shù)》教學(xué)課件2、電阻分相啟動的單相電動機的反轉(zhuǎn)這類電動機中的輔助繞組只是在起動過程中接入電器，所以又稱起動繞組。起動過程中，在輔助繞組與主繞組的共同作用下，像電容運轉(zhuǎn)式電動機一樣產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場，使電動機開始進行旋轉(zhuǎn)。輔助繞組斷電后，由主繞組產(chǎn)生的交變脈動磁場，繼續(xù)維持電動機保持方向不變的連續(xù)轉(zhuǎn)動。故想讓這類電動機改變旋向，只需將主繞組或輔助繞組的首、尾端接頭反接即可。注意兩繞組不可同時反接。2、電阻分相啟動的單相電動機的反轉(zhuǎn)3、罩極式單相電動機的反轉(zhuǎn)這類電動機的定子用硅鋼片疊壓成具有突出形狀的“凸極”，主繞組就繞在凸極上。每一極的一側(cè)開有小槽，嵌放副繞組——短路銅環(huán)，通常稱“罩極圈”。這類電動機依靠其結(jié)構(gòu)上的這種特點形成“旋轉(zhuǎn)磁場”，使轉(zhuǎn)子起動。如果要改變電動機的轉(zhuǎn)向，則需拆下定子上葉凸極鐵心，調(diào)轉(zhuǎn)方向再裝進去，也就是把罩極圈由一側(cè)換到另一側(cè)，電動機的旋向就會與原旋向相反。3、罩極式單相電動機的反轉(zhuǎn)三、單相異步電動機的調(diào)速單相異步電動機和三相異步電動機一樣，恒轉(zhuǎn)矩負載的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是較困難的。對容量較小的通風(fēng)機類負載，如吊扇、臺扇等，一般采用電容運行單相異步電動機，為了達到控制其風(fēng)量和風(fēng)速的目的，大多帶有調(diào)速裝置，而且大多采用改變定子繞組電壓的方法來調(diào)速。三、單相異步電動機的調(diào)速1、串電抗器調(diào)速2、電動機繞組內(nèi)部抽頭調(diào)速3、采用PTC元件調(diào)速4、晶閘管調(diào)速1、串電抗器調(diào)速第三節(jié)三相感應(yīng)電動機的控制一、三相感應(yīng)電動機直接起動控制額定電壓直接加到電動機的定子繞組上而使電動機起動的過程稱為直接起動或全壓起動。三相籠型感應(yīng)電動機的直接起動是一種簡單、經(jīng)濟、可靠的起動方法，這種方法的優(yōu)點是電路簡單，所需電氣設(shè)備少；但是起動電流過大會造成電網(wǎng)電壓顯著下降，影響到在同一電網(wǎng)工作的其他電動機，甚至?xí)?dǎo)致它們停止轉(zhuǎn)動或無法起動；而起動電流的大小又與電動機的額定功率近似成正比，故直接起動時電動機的容量應(yīng)受到一定的限制，一般規(guī)定，功率小于10kW的電動機可以采用直接起動的方式。第三節(jié)三相感應(yīng)電動機的控制(一)、手動控制直接起動所謂手動控制是指用手動電器進行電動機直接起動操作?？梢允褂玫氖謩与娖饔械堕_關(guān)、低壓斷路器、轉(zhuǎn)換開關(guān)和組合開關(guān)等(一)、手動控制直接起動（二）、接觸器控制的直接起動電路接觸器具有電流通斷能力大，操作頻率高以及可實現(xiàn)遠距離控制等特點。在自動控制系統(tǒng)中，它主要承擔(dān)接通和斷開主電路的任務(wù)。1．電動機正轉(zhuǎn)控制電路（1）點動控制電路所謂點動，即按下按鈕時電動機起動工作，松開按鈕時電動機停止工作。點動控制多用于機床刀架、橫梁、立柱等快速移動和機床對刀等場合（2）電動機的長動控制電路如果要求電動機在起動后能連續(xù)地運行，這時采用點動控制電路就不合理了，因為操作人員的手始終不能離開點動按鈕，否則，電動機立即斷電停轉(zhuǎn)。為克服這種現(xiàn)象，我們采用了另一種具有自鎖環(huán)節(jié)的控制電路，即電動機的長動控制電路。（二）、接觸器控制的直接起動電路2．電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路在機械加工中，許多生產(chǎn)機械的運動部件都有正、反向運動的要求，如機床的主軸要求能改變方向旋轉(zhuǎn)，工作臺要求能往返運動等，這些要求都可以通過電動機的正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。從電動機的原理可知，若將接到電動機的三相電源進線中的任意兩相對調(diào)，就可以改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。電動機正、反轉(zhuǎn)控制電路正是利用這一原理而設(shè)計的。常見的正、反轉(zhuǎn)控制電路有萬能開關(guān)正、反轉(zhuǎn)控制電路，接觸器互鎖正、反轉(zhuǎn)控制電路，接觸器、按鈕雙重互鎖的正、反轉(zhuǎn)電路。（1）、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)控制正、反轉(zhuǎn)控制電路（2）、接觸器互鎖正、反轉(zhuǎn)控制電路（3）、按鈕聯(lián)鎖正、反轉(zhuǎn)控制電路（4）、按鈕與接觸器雙重互鎖的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制電路2．電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路3．點動與兩地控制電路在電動機的控制電路中有時還需要進行點動控制和兩地控制。(1)點動控制(2).兩地控制3．點動與兩地控制電路4.自動往返控制電路有些生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動電動機一旦起動后要求能自動進行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)自動換接(例如，機械傳動的自動往返工作臺等)。實現(xiàn)電動機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)自動換接的方法很多，其中，用行程開關(guān)發(fā)出換接信號的控制電路最為常見。4.自動往返控制電路二、三相感應(yīng)電動機降壓起動控制線路三相籠型感應(yīng)電動機的降壓起動方法主要有星形-三角形降壓起動、定子串電阻(或串電抗)降壓起動、自耦變壓器降壓起動和延邊三角形降壓起動等。三相籠型感應(yīng)電動機采用不同的降壓起動方法時，起動轉(zhuǎn)矩也有程度不同的下降，對起動性能而言這是不好的一方面；當(dāng)負載較大時，有可能無法實現(xiàn)起動。因此，確定起動方法時要進行負載轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩的計算(或估算)，確保能順利起動電動機。二、三相感應(yīng)電動機降壓起動控制線路（一）、籠型感應(yīng)電動機星形-三角形降壓起動星形-三角形降壓起動的基本原理是利用電動機定子繞組連接方法的改變來達到降壓起動的目的：如果三相感應(yīng)電動機在正常運行時定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)，則可以在起動時先將定子繞組接成星形，待起動后再接回三角形。常用的有手動星形-三角形起動器控制和自動星形-三角形起動器控制兩種方法。1．手動星形一三角形起動器2．自動星形-三角形起動器（一）、籠型感應(yīng)電動機星形-三角形降壓起動（二）、籠型感應(yīng)電動機定子串電阻降壓起動籠型感應(yīng)電動機定子串電阻通常有兩種控制方法，即手動切除電阻和按時間原則自動切除電阻。1、手動切除電阻的控制電路2、用時間繼電器按時間原則自動切除電阻的控制電路（二）、籠型感應(yīng)電動機定子串電阻降壓起動（三）、自耦變壓器降壓起動串電阻降壓起動時起動轉(zhuǎn)矩損失過大；而采用星形-三角形降壓起動時起動轉(zhuǎn)矩又無法調(diào)節(jié)，因而這兩種起動方法的使用受到一定的限制。自耦變壓器降壓起動控制電路已經(jīng)形成定型產(chǎn)品，稱為自耦減壓起動器(或稱補償器)。自耦減壓起動器有手動式和自動式兩種。1．手動控制2．自動控制（三）、自耦變壓器降壓起動三、三相感應(yīng)電動機制動控制線路三相感應(yīng)電動機除了運行于電動機狀態(tài)外，還時常運行于制動狀態(tài)。所謂電動機的制動是指在電動機的軸上加一個與其旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，使電動機減速或停止，對位能性負載(起重機下放重物)，制動運行可獲得穩(wěn)定的下降速度。三相感應(yīng)電動機的電氣制動有反接制動、能耗制動和再生制動三種。(一)、三相感應(yīng)電動機的機械制動(二)、三相感應(yīng)電動機電源反接制動1.三相感應(yīng)電動機單向運行時的電源反接制動電路2.三相感應(yīng)電動機可逆運行時的電源反接制動電路三、三相感應(yīng)電動機制動控制線路（三）、三相感應(yīng)電動機能耗制動能耗制動的方法是電動機脫離三相交流電源后，給定子繞組加一直流電源，以產(chǎn)生靜止的磁場，當(dāng)電動機旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割該靜止磁場時產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩，從而達到制動的目的。能耗制動通常有兩種控制方案，即按時間原則控制和按速度原則控制。(1)按時間原則控制的單向運行能耗制動控制電路(2)按速度原則控制的可逆運行能耗制動控制電路（三）、三相感應(yīng)電動機能耗制動四、三相多速感應(yīng)電動機控制線路有些生產(chǎn)設(shè)備要求調(diào)速范圍寬，速度擋數(shù)多，若僅采用機械調(diào)速，則必將使變速箱的體積增大，結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。此時，若在機械調(diào)速的基礎(chǔ)上配以雙速電動機或多速電動機，則可在機械變速裝置不變的前提下使調(diào)速范圍和速度擋數(shù)成倍地增加。四、三相多速感應(yīng)電動機控制線路(一)、雙速籠型電動機的控制雙速電動機通過改變電動機繞組的連接方式獲得不同的極對數(shù)，使電動機同步轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，從而達到電動機調(diào)速的目的。1．按鈕控制直接起動的雙速電動機控制電路2．低速直接起動、高速自動加速控制電路(一)、雙速籠型電動機的控制(二)、三速籠型感應(yīng)電動機的控制1．變極調(diào)速原理大部分變極三速感應(yīng)電動機都在定子鐵心槽內(nèi)嵌放兩套獨立的繞組，利用改變其接法來獲得三種不同的速度。也有部分三速感應(yīng)電動機定子鐵心槽內(nèi)只嵌放一組三相繞組，利用改變其接法獲得三種不同的速度。2．三速感應(yīng)電動機按鈕控制電路(二)、三速籠型感應(yīng)電動機的控制第四節(jié)步進電機的控制

步進電機是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移(或線位移)的電磁裝置，是一種特殊的電動機。一般電動機都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進電機則有定位和運轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時步進電機一步一步地轉(zhuǎn)動，每輸入一個脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進電機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。脈沖分配器可以將指令脈沖按一定規(guī)律分配給電機各相繞組，由硬件電路來實現(xiàn)分配的稱硬件脈沖分配器，由軟件程序來實現(xiàn)脈沖分配的稱軟件脈沖分配器。第四節(jié)步進電機的控制

步進電機是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)一、步進電動機的控制方式由于步進電動機能直接接收數(shù)字量信號，所以被廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。較簡單的控制電路是一些數(shù)字邏輯單元組成，即采用硬件的方式。但要改變系統(tǒng)的控制功能，一般都要重新設(shè)計硬件電路，因此控制電路的靈活性較差。同時以微型計算機為核心的計算機控制系統(tǒng)來作為步進電動機的控制系統(tǒng)開辟了新的途徑，利用計算機的軟件或軟、硬件相結(jié)合的方法能使系統(tǒng)的功能大大增強，同時也提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。以步進電動機作為執(zhí)行元件的數(shù)字控制系統(tǒng)，有開環(huán)和閉環(huán)兩種形式。一、步進電動機的控制方式（一）、開環(huán)控制系統(tǒng)步進電動機系統(tǒng)能實現(xiàn)精確位移、精確定位，且無積累誤差等特點。這是因為步進電動機的運動受輸入脈沖控制，其位移量是斷續(xù)的，嚴格來說，總的位移量等于輸入的指令脈沖數(shù)或平均轉(zhuǎn)速與輸入指令脈沖的頻率成正比；若能準確控制輸入指令脈沖的數(shù)量或頻率，就能夠完成精確的位置或速度控制，無需系統(tǒng)的反饋，形成開環(huán)控制系統(tǒng)。步進電機的開環(huán)控制系統(tǒng)，由控制器(包括變頻信號源)、脈沖分配器、驅(qū)動電路及步進電動機四部分組成（二）、閉環(huán)控制系統(tǒng)在開環(huán)控制系統(tǒng)中，電動機響應(yīng)控制指令后的實際運行情況，控制系統(tǒng)是無法預(yù)測和監(jiān)控的。在某些運行速度范圍寬、負載大小變化頻繁的場合，步進電動機很容易失步，使整個系統(tǒng)趨于失控。另外，對于高精度的控制系統(tǒng)，采用開環(huán)控制往往滿足不了精度的要求。（一）、開環(huán)控制系統(tǒng)（三）、步進電動機的步數(shù)與速度控制1．步數(shù)控制步進電動機在用于軟盤驅(qū)動、打印機或數(shù)控機床進給系統(tǒng)中，都需要精確定位，所以在編寫程序時，需先給定應(yīng)走的步數(shù)。2．速度的控制通過控制脈沖分配頻率可實現(xiàn)步進電動機的速度控制。速度控制也有硬、軟件兩種方法。硬件方法是在硬件脈沖分配器的脈沖輸入端接一個可變頻率脈沖發(fā)生器，改變其振蕩頻率，即可改變步進電動機速度。3．自動升降速控制步進電動機允許的啟動頻率一般較低(100～250步／s)。當(dāng)運行時，必須從低頻啟動，然后逐漸加速，否則不能正常啟動。制動時也應(yīng)逐漸降到較低的頻率后再制動，否則定位不準。因此步進電動機實際運行時的頻率變化含升頻區(qū)和降頻區(qū)，頻率按照上升－平穩(wěn)－下降的規(guī)律變化，就可以最快的速度走完規(guī)定的步數(shù)，而又不失步。（三）、步進電動機的步數(shù)與速度控制三、步進電動機的驅(qū)動電路要使控制脈沖驅(qū)動步進電動機旋轉(zhuǎn)，必須對它進行功率放大，實現(xiàn)這一功能的電路稱為驅(qū)動電路，常用的驅(qū)動電路有單極性驅(qū)動和雙極性驅(qū)動兩種。（一）、單極性驅(qū)動1．單相電壓驅(qū)動方式2．雙電壓驅(qū)動電路3．?dāng)夭ㄏ蘖黩?qū)動電路4．調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動方式5．細分驅(qū)動方式三、步進電動機的驅(qū)動電路（二）、雙極性驅(qū)動前面介紹的各種驅(qū)動電路只能使控制繞組中的電流以相同的方向流動，適用于反應(yīng)式步進電動機。而對于永磁式或混合式步進電動機要求在工作時定子磁極的極性交變，即繞組由雙極性驅(qū)動電路驅(qū)動，形成繞組電流的正、反方向流動。大大提高了繞組利用率，增大低速時的轉(zhuǎn)矩。（二）、雙極性驅(qū)動四、步進電動機的驅(qū)動與控制應(yīng)用

（一）、步進電動機的應(yīng)用（二）、步進電動機的驅(qū)動控制合理選擇步進電動機的控制方法，對于充分發(fā)揮步進電動機的工作性能，促進步進電動機的發(fā)展會起到積極的作用。幾種常見步進電動機的驅(qū)動控制應(yīng)用有：新型的步進電動機驅(qū)動方式；采用單片機AT89C51來控制步進電動機；可變細分型電源驅(qū)動步進電動機的驅(qū)動。1．用于驅(qū)動三相反應(yīng)式步進電動機的新驅(qū)動器2.基于單片機AT89C51設(shè)計的四相步進電動機的驅(qū)動系統(tǒng)步進電動機的控制信號一般都使用AT89C51單片機，通過發(fā)送脈沖信號的個數(shù)和頻率來分別控制角位移和速度。3.可變細分型電源驅(qū)動步進電動機可變細分型電源用于驅(qū)動三相反應(yīng)式步進電動機，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-63所示，由電源板、控制板和功放板三部分構(gòu)成了整個驅(qū)動電源電路。電源板的功能是將外部220V的交流電源進行整流、濾波和穩(wěn)壓，輸出下面三路直流電壓進行使用。四、步進電動機的驅(qū)動與控制應(yīng)用

（一）、步進電動機的應(yīng)用第四章單片機控制及應(yīng)用第一節(jié)單片機應(yīng)用的基本知識第四章單片機控制及應(yīng)用單片機是單片微型計算機的簡稱，是超大規(guī)模集成電路，生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟的計算機向微型化方向發(fā)展的產(chǎn)物，它將中央處理器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、定時／計數(shù)器、輸入／輸出(I／O)接口以及中斷系統(tǒng)等電路集成到一塊芯片上，構(gòu)成了一個小巧卻完善的計算機系統(tǒng)，如圖4-1所示。單片機是單片微型計算機的簡稱，是超大規(guī)模集成電路，生產(chǎn)技術(shù)日一、單片機的結(jié)構(gòu)組成單片機是單片微型計算機的簡稱。它采用了超大規(guī)模集成技術(shù)，將微型計算機的中央處理器、存儲器、輸入／輸出接口電路集成在同一塊芯片上，構(gòu)成一個既小巧又完善的計算機硬件系統(tǒng)，在單片機應(yīng)用軟件的控制下，準確、迅速、高效地完成規(guī)定的控制任務(wù)。所以一片單片機芯片就具有組成計算機的全部功能。1.中央處理器一、單片機的結(jié)構(gòu)組成中央處理器，即CPU(CentralProcessingUnit)，是單片機的核心部件。包括算術(shù)邏輯單元ALU(ArithmeticLogicUnit)和控制器。ALU完成算術(shù)運算和邏輯運算?？刂破魍瓿扇≈噶?、將指令譯碼形成各種微操作并執(zhí)行指令，同時控制計算機的各個部件有條不紊地工作。2.存儲器計算機的記憶部件，用于存放程序和數(shù)據(jù)。一般分為只讀存儲器(ROM)和隨機存儲器(RAM)，它們用于不同的場合。3.輸入/輸出接口電路輸入/輸出接口電路．又稱為I/0接口電路，用來連接CPU和輸入/輸出設(shè)備，完成信號轉(zhuǎn)換與驅(qū)動、數(shù)據(jù)傳輸和控制等功能。中央處理器，即CPU(CentralProcessing二、單片機的特點單片機芯片作為控制系統(tǒng)的核心，除了具有通用微機CPU的數(shù)值計算功能，還必須具備靈活、強大的控制功能。由于單片機主要面向工業(yè)控制，工作環(huán)境比較惡劣，因此單片機與通用微機具有以下不同的技術(shù)特征：1．抗干擾性與工作溫度范圍抗干擾性強，工作溫度范圍寬。相對而言，通用微機一般要求在室溫下工作，抗干擾能力較低。2．可靠性高可靠性。在工業(yè)控制中，任何細微的差錯都可能造成極其嚴重的后果，困此，單片機一般都具有較高的可靠性。3．控制功能與數(shù)值計算功能控制功能強，數(shù)值計算能力相對較差。相比之下，通用微機具有很強的數(shù)值汁算能力，但是其控制功能較弱．因此，如果使用通用微機進行工業(yè)控制，必須增加一些專用的接口電路。4．指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)比通用微機簡單，并具有許多面向控制的指令。例如：豐富的位操作指令。二、單片機的特點三、單片機的應(yīng)用領(lǐng)域

單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用3.在家用電器中的應(yīng)用4.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用5.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用6.在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用7.單片機在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用三、單片機的應(yīng)用領(lǐng)域

單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)四、單片機的發(fā)展趨勢單片機的發(fā)展經(jīng)歷了4位機、8位機、l6位機到32位機，由于應(yīng)用的目的和使用范圍的不同，單片機的發(fā)展呈多樣化的趨勢。目前，單片機的廠家努力開發(fā)各種系列的單片機，以適應(yīng)不同的需求，運行速度快、I／0接口功能強大、低功耗、大存儲容量、體積小、高性能的通用或?qū)Ｓ脝纹瑱C是生產(chǎn)廠家共同追求的目標。1．低功耗CMOS化2．微型單片化3．主流與多種產(chǎn)品共存四、單片機的發(fā)展趨勢五、MCS-51系列單片機產(chǎn)品簡介MCS-51系列單片機是美同Intel公司于1980年推出的產(chǎn)品，8051是早期的最典型的代表，由于MCS-51系列單片機影響極深遠，許多公司都推出了兼容系列單片機，就是說MCS-51的內(nèi)核實際上已成為一個8位單片機的標準。五、MCS-51系列單片機產(chǎn)品簡介六單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)

單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)是指維持單片機正常工作所必需的電路連接。對于含有片內(nèi)程序存儲器的單片機，將時鐘電路和復(fù)位電路接入即可構(gòu)成單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)接+5V電源就能夠獨立工作，完成一定的功能。六單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)

單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)是指維持單片機正七、單片機應(yīng)用系統(tǒng)的實用接口技術(shù)在單片機測控系統(tǒng)中，被控對象往往是強電設(shè)備，負載功率較大。順此功率接口電路的功能就是能夠?qū)⑤敵龅牡碗妷骸⑿‰娏餍盘栟D(zhuǎn)換成高電壓、大電流信號。由于功率接口直接控制沒備的啟停，往往會產(chǎn)生十分強烈的瞬變脈沖干擾，因此在設(shè)計功率接口電路的同時，應(yīng)該考慮如何提高抗干擾能力的問題。常用的接口電路有三種：1．光電耦合器輸出接口電路2．繼電器輸出接口電路3．晶閘管輸出接口電路七、單片機應(yīng)用系統(tǒng)的實用接口技術(shù)第二節(jié)單片機工具軟件簡介目前最常用的單片機應(yīng)用開發(fā)工具軟件是仿真軟件Proteus和編譯軟件Keil，Proteus軟件對所設(shè)計的單片機系統(tǒng)進行計算機仿真運行測試，Keil軟件對所編寫的C語言程序進行編譯調(diào)試。1．仿真軟件Proteus2．Keil軟件第二節(jié)單片機工具軟件簡介第三節(jié)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的組成單片機應(yīng)用系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)．軟件則是在硬件的基礎(chǔ)上對其進行合理地調(diào)配和使用。這兩部分必須相輔相成、協(xié)調(diào)工作。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是隨著應(yīng)用目的的不同而千差萬別的，由于各個系統(tǒng)的控制過程不同，軟件系統(tǒng)也同樣有很大差別第三節(jié)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)1．硬件系統(tǒng)的組成盡管各系統(tǒng)之間存在差異，但總的來說，一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件一般包括以下幾部分：(1)單片機芯片及其時鐘、復(fù)位電路。(2)存儲器電路。(3)接口電路。(4)外圍電路。如：鍵盤與顯示電路、模擬放大電路、各種高速或低速數(shù)字電路、隔離電路．大功率電路等。2．軟件系統(tǒng)組成軟件系統(tǒng)是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一個重要組成部分，只有在軟件的協(xié)調(diào)控制下才能充分發(fā)揮硬件功能的作用；軟件部分一般包括系統(tǒng)自檢、初始化、鍵盤與顯示監(jiān)控以及相應(yīng)的控制程序，這其中包括一些中斷服務(wù)程序和運算子程序等。1．硬件系統(tǒng)的組成二、單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)過程

一套單片機應(yīng)用系統(tǒng)從設(shè)計到形成產(chǎn)品要經(jīng)歷許多環(huán)節(jié)，為了縮短研制周期、降低開發(fā)成本，研制開發(fā)過程應(yīng)當(dāng)有計劃有步驟。其研制方法和設(shè)計過程大致如下：1．可行性調(diào)研2.系統(tǒng)總體方案設(shè)計3．硬件系統(tǒng)設(shè)計4．軟件系統(tǒng)設(shè)計5．系統(tǒng)調(diào)試6．產(chǎn)品批量生產(chǎn)二、單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)過程

一套單片機應(yīng)用系統(tǒng)從設(shè)計到形成三、單片機開發(fā)系統(tǒng)（一）、單片機開發(fā)的概念1．開發(fā)的目的單片機應(yīng)用的開發(fā)要達到編程、排錯和仿真三個目的。2．開發(fā)系統(tǒng)的組成與功能能夠承擔(dān)單片機開發(fā)(調(diào)試、檢測、軟件編寫)工作的儀器或系統(tǒng)稱為單片機開發(fā)系統(tǒng)或單片機仿真器。單片機仿真器一般具有以下基本功能：(1)能夠進行匯編語言程序的編輯。(2)具有匯編與反匯編功能。(3)能夠提供多種控制測試系統(tǒng)運行的手段，例如：單步執(zhí)行、斷點控制、寄存器存儲器的讀寫、實時監(jiān)控及EPROM或EEPROM，寫入或ISP下載驅(qū)動等。(4)有良好的用戶界面，便于操作。(5)能夠仿真的單片機型號盡可能多，價格適中。(二)、單片機實驗開發(fā)系統(tǒng)實例三、單片機開發(fā)系統(tǒng)第四節(jié)單片機控制系統(tǒng)的應(yīng)用

目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。