電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)試題

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[填空題]

1試設(shè)計(jì)兩臺(tái)籠型電動(dòng)機(jī)M1和M2的順序啟動(dòng)、停止的控制電路。具體要求如下：（1）M1、M2能順序啟動(dòng)，并能同時(shí)或分別停止。（2）M1啟動(dòng)后M2啟動(dòng)，M1可點(diǎn)動(dòng)，M2可單獨(dú)停止。（3）M1先啟動(dòng)，經(jīng)10s后M2自行啟動(dòng)。（4）M1啟動(dòng)后M2才能啟動(dòng)，停止時(shí)，M2停止后M1才能停止。

參考答案：1、主回路及控制電路原理圖

圖中：

QF為低壓斷路器，起開關(guān)，以及短路、過(guò)載或欠電壓保護(hù)功能。

KM1為M1電機(jī)接觸器

KM2為M2電機(jī)接觸器。

FR1、FR2為熱繼電器，起電機(jī)過(guò)載保護(hù)。

FU1、FU2為保險(xiǎn)絲，起短路保護(hù)作用。

SB1為總停止按鈕，按下后M1、M2同時(shí)停止。

SB2：M1啟動(dòng)按鈕

SB3：M1停止按鈕

SB4：M1點(diǎn)動(dòng)按鈕

SB5：M2啟動(dòng)按鈕

SB6：M2停止按鈕

KT1：通電延時(shí)繼電器

2、工作原理分析

（1）啟動(dòng)

合上QF斷路器，按下SB2電機(jī)M1啟動(dòng)，此時(shí)，若再按下SB5，電機(jī)M2啟動(dòng)。

要想啟動(dòng)M2電機(jī)，必須先啟動(dòng)M1電機(jī)。

M1電機(jī)啟動(dòng)后，KT1通電延時(shí)繼電器線圈得電，經(jīng)10s延時(shí)，KT1延時(shí)閉合常開觸點(diǎn)閉合，M2電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。

（2）停止

若停止M2電機(jī)，可按下SB6按鈕，KM2線圈失電，M2接觸器主觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)斷開，為停止M1電機(jī)做準(zhǔn)備。

若停止M1電機(jī)，必須先按下SB6停止M2電機(jī)，KM2常開觸點(diǎn)斷開，此時(shí)按下SB3，可停止M1電動(dòng)機(jī)。

[填空題]

2設(shè)計(jì)工作臺(tái)前進(jìn)－退回控制路。工作臺(tái)由電動(dòng)機(jī)M驅(qū)動(dòng)，行程開關(guān)SQ1、SQ2分別裝在工作臺(tái)的原位和終點(diǎn)。要求：（1）實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)（2）有終端保護(hù)

參考答案：1、電路圖原理圖

工作臺(tái)電路原理圖如圖3-5所示。

圖中：

QF://低壓斷路器

FU1、FU2保險(xiǎn)絲

KM1：電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器（前進(jìn)）

KM2：電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器（后退）

SQ1、SQ2、SQ3、SQ4：行程開關(guān)，其中SQ1、SQ2起點(diǎn)和終點(diǎn)。SQ3、SQ4起終端保護(hù)作用。

將這兩個(gè)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(gè)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的常開觸頭及接觸器KM1的常開自鎖觸頭并聯(lián)接在正轉(zhuǎn)電路中，將SQ1常開與按鈕SB3的常開觸頭及接觸器KM2的常開自鎖觸頭并聯(lián)接在反轉(zhuǎn)電路中。當(dāng)位置開關(guān)動(dòng)作后，常閉觸頭先分?jǐn)?，工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)；常開觸頭后閉合，工作臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)。

2、工作原理

該線路的工作原理簡(jiǎn)述如下：

[填空題]

3說(shuō)明機(jī)床電氣原理圖分析的基本方法？

參考答案：對(duì)生產(chǎn)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，首先需要對(duì)設(shè)備整體有所了解，在此基礎(chǔ)上，才能有效地針對(duì)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(gè)方面：

（1）機(jī)械設(shè)備概況調(diào)查。通過(guò)閱讀生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的有關(guān)技術(shù)資料，了解設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及工作原理、設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)類型及驅(qū)動(dòng)方式、主要技術(shù)性能和規(guī)格、運(yùn)動(dòng)要求等。

（2）電氣控制系統(tǒng)及電氣元件的狀況分析。明確電動(dòng)機(jī)的用途、型號(hào)規(guī)格以及控制要求，了解各種電器的工作原理、控制作用及功能。

（3）機(jī)械系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)的關(guān)系分析。明確機(jī)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(yùn)動(dòng)輸出的形式和方法。

[填空題]

4分析機(jī)床電氣原理圖電氣控制系統(tǒng)的步驟？

參考答案：（1）設(shè)備運(yùn)動(dòng)分析。

分析生產(chǎn)工藝要求的各種運(yùn)動(dòng)及其實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)有液壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)備要進(jìn)行液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)分析。

（2）主電路分析。

確定動(dòng)力電路中用電設(shè)備的數(shù)目、接線狀況及控制要求，控制執(zhí)行件的設(shè)置及動(dòng)作要求，包括交流接觸器主觸點(diǎn)的位置，各組主觸點(diǎn)分、合的動(dòng)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(shí)現(xiàn)的方法及其電路工作原理和特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)“化整為零”，分析每一個(gè)局部電路的工作原理以及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(gè)電路的保護(hù)環(huán)節(jié)以及電氣原理圖中其他輔助電路（如檢測(cè)、信號(hào)指示、照明等電路）。檢查整個(gè)控制線路，看是否有遺漏，特別要從整體角度，進(jìn)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(gè)元件所起的作用。

[填空題]

5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(guò)主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即通過(guò)控制正轉(zhuǎn)接觸器KM1、反轉(zhuǎn)接觸器KM2實(shí)現(xiàn)。主電動(dòng)機(jī)M1的額定功率為30kW，但只是車削加工時(shí)消耗功率較大，而啟動(dòng)時(shí)負(fù)載很小，因此啟動(dòng)電流并不很大，在非頻繁點(diǎn)動(dòng)的情況下，仍可采用全壓直接起動(dòng)。

（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(dòng)機(jī)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(guò)程中是不改變的，因此可用電源相序轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)主軸電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，簡(jiǎn)化了電路。對(duì)于臥式萬(wàn)能升降臺(tái)銑床，其主電動(dòng)機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)通過(guò)組合開關(guān)手動(dòng)切換，交流接觸器KM1的主觸點(diǎn)只控制電源的接入與切除。

[填空題]

6試述C650車床主電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)過(guò)程。

參考答案：圖4-1為主電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)的局部控制電路。

C650車床停車時(shí)采用反接制動(dòng)方式，用速度繼電器BS進(jìn)行檢測(cè)和控制，下面以正轉(zhuǎn)狀態(tài)下的反接制動(dòng)為例說(shuō)明電路的工作過(guò)程。

當(dāng)主電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，由速度繼電器工作原理可知，此時(shí)BS的動(dòng)合觸點(diǎn)BS-2閉合。當(dāng)按下總停止按鈕SB1后，原來(lái)通電的KM1、KM3、KT和KA線圈全部斷電，它們的所有觸點(diǎn)均被釋放而復(fù)位。當(dāng)松開SB1后，由于主電動(dòng)機(jī)的慣性轉(zhuǎn)速仍很大，BS-2的動(dòng)合觸點(diǎn)繼續(xù)保持閉合狀態(tài)，使反轉(zhuǎn)接觸器KM2線圈立即通電，其電流通路是：SB1→BTE1→KA動(dòng)斷觸點(diǎn)→BS-2→KM1動(dòng)斷觸點(diǎn)→KM2線圈。這樣主電動(dòng)機(jī)M1開始反接制動(dòng)，反向電磁轉(zhuǎn)矩將平衡正向慣性轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)速很快降下來(lái)。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近于零時(shí)，BS-2動(dòng)合觸點(diǎn)復(fù)位斷開，從而切斷了KM2線圈通路，至此正向反接制動(dòng)結(jié)束。反轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)過(guò)程與上述過(guò)程類似，只是在此過(guò)程中起作用的為速度繼電器的BS-1動(dòng)合觸點(diǎn)。

反接制動(dòng)過(guò)程中由于KM3線圈未得電，因此限流電阻R被接入主電動(dòng)機(jī)主電路，以限制反接制動(dòng)電流。

通過(guò)對(duì)主電動(dòng)機(jī)控制電路的分析，我們看到中間繼電器KA在電路中起著擴(kuò)展接觸器KM3觸點(diǎn)的作用。

[填空題]

7在C650車床電氣控制線路中，可以用KM3的輔助觸點(diǎn)替代KA的觸點(diǎn)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(diǎn)替代KA的觸點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)主電動(dòng)機(jī)控制電路的分析，我們看到中間繼電器KA在電路中起著擴(kuò)展接觸器KM3觸點(diǎn)的作用。只要KM3的輔助觸點(diǎn)數(shù)量滿足要求，可以代替KA的觸點(diǎn)。

[填空題]

8請(qǐng)簡(jiǎn)述X62W萬(wàn)能銑床電氣控制線路中主軸變速時(shí)瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)控制的工作原理？

參考答案：

主軸變速時(shí)瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)控制過(guò)程如下：

實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)是由復(fù)位手柄與行程開關(guān)SQ7共同控制的。當(dāng)變速手柄復(fù)位時(shí)，在推進(jìn)的過(guò)程中會(huì)壓動(dòng)瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)行程開關(guān)SQ7，使其動(dòng)斷觸點(diǎn)先斷開，切斷KM1線圈電路的自鎖；SQ7的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，使接觸器KM1線圈得電，主軸電動(dòng)機(jī)M1轉(zhuǎn)動(dòng)。變速手柄復(fù)位后，行程開關(guān)SQ7被釋放，因此電動(dòng)機(jī)M1斷電。此時(shí)并未采取制動(dòng)措施，電動(dòng)機(jī)M1產(chǎn)生一個(gè)沖動(dòng)齒輪系統(tǒng)的力，使齒輪系統(tǒng)微動(dòng)，保證了齒輪的順利嚙合。

在變速操作時(shí)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沒能及時(shí)松開，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，在齒輪未嚙合好的情況下打壞齒輪。一次瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)齒輪良好的嚙合時(shí)，應(yīng)立即拉出復(fù)位手柄，重新進(jìn)行復(fù)位瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)的操作，直至完全復(fù)位，齒輪正常嚙合工作。

[填空題]

9X62W萬(wàn)能銑床電氣控制線路中設(shè)置主軸及進(jìn)給瞬時(shí)點(diǎn)動(dòng)控制環(huán)節(jié)的作用是什么？

參考答案：銑床主軸的變速由機(jī)械系統(tǒng)完成，在變速過(guò)程中，當(dāng)選定嚙合的齒輪沒能進(jìn)入正常嚙合時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)能點(diǎn)動(dòng)至合適的位置，保證齒輪正常嚙合。

與主軸變速類似，水平工作臺(tái)變速同樣由機(jī)械系統(tǒng)完成。為了使變速時(shí)齒輪易于嚙合，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M3控制電路中也設(shè)置了點(diǎn)動(dòng)控制環(huán)節(jié)。

[填空題]

10X62W萬(wàn)能銑床是如何實(shí)現(xiàn)水平工作臺(tái)各方向進(jìn)給聯(lián)鎖控制的？

參考答案：X62W萬(wàn)能銑床是如何實(shí)現(xiàn)水平工作臺(tái)的操作手柄如圖4-3所示。

工作臺(tái)控制電路圖如圖4-4所示。

水平工作臺(tái)橫向和垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的選擇和聯(lián)鎖通過(guò)十字復(fù)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(gè)工作位置和一個(gè)中間不工作位置。當(dāng)操作手柄向下或向前扳動(dòng)時(shí)，通過(guò)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)將控制垂直或橫向運(yùn)動(dòng)方向的機(jī)械離合器合上，即可接通該運(yùn)動(dòng)方向的機(jī)械傳動(dòng)鏈。同時(shí)壓動(dòng)行程開關(guān)SQ3，使SQ3動(dòng)合觸點(diǎn)SQ3－1閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)SQ3－2斷開，于是接通進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M3正轉(zhuǎn)接觸器KM2線圈電路，其主觸點(diǎn)閉合，M3正轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向下或向前移動(dòng)進(jìn)給。KM2線圈通電的電流通路仍從KM1輔助動(dòng)合觸點(diǎn)開始，電流經(jīng)SA1－3→SQ2－2→SQ1－2→SA1－1→SQ3－1→KM3輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)到KM2線圈。上述電流通路中的動(dòng)斷觸點(diǎn)SQ2－2和SQ1－2用于工作臺(tái)前后及上下移動(dòng)同左右移動(dòng)之間的聯(lián)鎖控制。

當(dāng)十字復(fù)合操作手柄向上或向后扳動(dòng)時(shí)，將壓動(dòng)行程開關(guān)SQ4，使得控制進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M3反轉(zhuǎn)的接觸器KM3線圈得電，M3反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向上或向后移動(dòng)進(jìn)給。其聯(lián)鎖控制原理與向下或向前移動(dòng)控制類似。

十字復(fù)合操作手柄扳在中間位置時(shí)，橫向或垂直方向的機(jī)械離合器脫開，行程開關(guān)SQ3與SQ4均不受壓，因此進(jìn)給電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，工作臺(tái)停止移動(dòng)。在床身上同樣也設(shè)置了上、下和前、后限位保護(hù)用的終端撞塊，當(dāng)工作臺(tái)移動(dòng)到極限位置時(shí)，擋塊撞擊十字手柄，使其回到中間置，切斷電路，使工作臺(tái)在進(jìn)給終點(diǎn)停車。

在同一時(shí)間內(nèi)，工作臺(tái)只允許向一個(gè)方向移動(dòng)，為防止機(jī)床運(yùn)動(dòng)干涉造成設(shè)備事故，各運(yùn)動(dòng)方向之間必須進(jìn)行聯(lián)鎖。而操作手柄在工作時(shí)，只存在一種運(yùn)動(dòng)選擇，因此銑床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)鎖由兩操作手柄之間的聯(lián)鎖來(lái)實(shí)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(dòng)斷觸點(diǎn)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(dòng)斷觸點(diǎn)串聯(lián)在另一條支路上。進(jìn)行某一方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，需扳動(dòng)一個(gè)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(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)由于誤操作扳動(dòng)另一個(gè)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(tái)停止移動(dòng)，從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行了保護(hù)。

[填空題]

11組合機(jī)床常用在什么場(chǎng)合？通常由哪些部件組成？其控制線路有什么特點(diǎn)？

參考答案：1、組合機(jī)床的應(yīng)用場(chǎng)合

組合機(jī)床是根據(jù)給定工件的加工工藝而設(shè)計(jì)制造的一種高效率自動(dòng)化專用加工設(shè)備?？蓪?shí)現(xiàn)多刀（多軸）、多面、多工位同時(shí)進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、銑等加工，并具有自動(dòng)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(jī)床的組成部件

組合機(jī)床由具有一定功能的通用部件（如動(dòng)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(dòng)力部件是組合機(jī)床通用部件中最主要的一類部件。動(dòng)力部件常采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，由電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)的控制，是典型的機(jī)電或機(jī)電液一體化的自動(dòng)化加工設(shè)備。

3、組合機(jī)床控制線路的特點(diǎn)

各標(biāo)準(zhǔn)通用動(dòng)力部件的控制電路是獨(dú)立完整的，當(dāng)一臺(tái)組合機(jī)床由多個(gè)動(dòng)力部件組合構(gòu)成時(shí)，該機(jī)床的控制電路即由各動(dòng)力部件各自的控制電路通過(guò)一定的聯(lián)接電路組合而成。對(duì)于此類由多動(dòng)力部件構(gòu)成的組合機(jī)床，其控制通常有三方面的工作要求：

（1）動(dòng)力部件的點(diǎn)動(dòng)及復(fù)位控制。

（2）動(dòng)力部件的單機(jī)自動(dòng)循環(huán)控制（也稱半自動(dòng)循環(huán)控制）。

（3）整機(jī)全自動(dòng)工作循環(huán)控制。

[填空題]

12說(shuō)明凸輪控制器控制的起重電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向控制與調(diào)速控制過(guò)程。

參考答案：主鉤升降機(jī)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。

主鉤升降電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖4-6所示。

主鉤升降主令控制器SA1觸點(diǎn)狀態(tài)表如表4-1所示。

1、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前的準(zhǔn)備

當(dāng)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(shí)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(zhǔn)備工作狀態(tài)。當(dāng)SA1控制手柄處于工作位置時(shí)，雖然SA1-1斷開，但不影響B(tài)V的吸合狀態(tài)。但當(dāng)電源斷電后，卻必須使控制手柄回到零位后才能再次起動(dòng)。這就是零壓和零位保護(hù)作用。

2、提升時(shí)電路工作情況

當(dāng)主令控制器SA1手柄扳到“上升1”擋時(shí)，SA1-3、SA1-4、SA1-6、SA1-7觸點(diǎn)閉合，使得接觸器KM1、KM3、KM4線圈得電。電動(dòng)機(jī)接通正轉(zhuǎn)電源，制動(dòng)電磁鐵通電，松開制動(dòng)閘YB1、YB2，同時(shí)切除轉(zhuǎn)子串接的第一段電阻R1，電動(dòng)機(jī)M1正向啟動(dòng)，運(yùn)行在圖4-6所示的特性曲線1上。此時(shí)對(duì)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(dòng)級(jí)。

當(dāng)SA1手柄扳到“上升2”擋時(shí)，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(diǎn)吸合，轉(zhuǎn)子電路短接電阻R2，此時(shí)電動(dòng)機(jī)M1加速，運(yùn)行在圖4-6特性曲線2上。

當(dāng)SA1手柄扳到“上升3”擋時(shí)，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(diǎn)吸合，轉(zhuǎn)子電路切除電阻R3，此時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在圖4-6特性曲線3上。

當(dāng)SA1手柄依次扳到“上升4”、“上升5”、“上升6”擋時(shí)，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(diǎn)吸合，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子電路逐漸短接電阻R4、R5、R6，使電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)從第3條特性向第4、第5條并最終向第6條特性過(guò)渡，提升速度逐漸增加。

此過(guò)程可獲得五種提升速度。在“上升6”擋時(shí)，電動(dòng)機(jī)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(shí)電動(dòng)機(jī)可獲得最大轉(zhuǎn)速。

3、下降時(shí)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(dòng)機(jī)工作在不同狀態(tài)。

（1）當(dāng)主令控制器SA1手柄置于“下降C”擋時(shí)，SA1-1斷開，BV通過(guò)自鎖電路保持吸合。同時(shí)SA1-3觸點(diǎn)接通電源，SA1-6觸點(diǎn)閉合使接觸器KM1線圈得電，于是電動(dòng)機(jī)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(dòng)輪，電動(dòng)機(jī)只能向提升方向產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而不能運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)吊鉤上重物力矩與電磁抱閘制動(dòng)力矩及提升轉(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(zhǔn)備，防止所吊重物突然快速運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械受到損傷。該擋實(shí)際上是齒輪等傳動(dòng)件嚙合的準(zhǔn)備擋，由于受制動(dòng)器的限制，操作時(shí)停留時(shí)間不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)。

“下降C”擋的另一個(gè)作用是在下放重物時(shí)，手柄由下降擋的任何一位置扳回零位時(shí)，都要經(jīng)過(guò)此擋，這時(shí)既有電動(dòng)機(jī)的倒拉反接制動(dòng)，又有電磁抱閘的機(jī)械制動(dòng)，在兩者共同作用下，可以防止重物的溜鉤，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車。

在“下降C”擋，SA1-7、SA1-8觸點(diǎn)也閉合，使接觸器KM4、KM5通電吸合，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路電阻短接情況與“上升2”擋時(shí)相同，因此機(jī)械特性應(yīng)為“上升2”機(jī)械特性向第四象限的延伸，如圖4-6中的7段。

（2）當(dāng)SA1手柄扳至“下降1”擋時(shí)，SA1-3觸點(diǎn)仍接通電源。SA1-4觸點(diǎn)閉合，接觸器KM3線圈通電，觸點(diǎn)吸合，此時(shí)電磁抱閘松開，電動(dòng)機(jī)可以自由運(yùn)轉(zhuǎn)。SA1-6觸點(diǎn)閉合使接觸器KM1通電，電動(dòng)機(jī)的電源接法和上升時(shí)相同。SA1-7觸點(diǎn)閉合使接觸器KM4線圈通電，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路中電阻R1被短接，轉(zhuǎn)子電阻串入情況與“上升1”擋時(shí)相同。由于轉(zhuǎn)子串入電阻比“下降C”擋時(shí)增加了，因此電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩減小。如果重物的重力轉(zhuǎn)矩大于電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，將使電動(dòng)機(jī)處于倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在圖4-6“上升1”機(jī)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(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，則重物不但不下降反而被提起，電動(dòng)機(jī)則運(yùn)行到圖4-6“上升1”特性上。

這時(shí)必須迅速將控制器手柄推到下一擋。

（3）當(dāng)SA1手柄扳至“下降2”擋時(shí)，SA1-3、SA1-4、SA1-6觸點(diǎn)繼續(xù)閉合，SA1-7觸點(diǎn)斷開，使得轉(zhuǎn)子外接電阻全部接入，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步減小。若此時(shí)重力轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，則獲得低速下降，電動(dòng)機(jī)在圖4-6特性曲線9上運(yùn)行。若重物過(guò)輕或空鉤，重力轉(zhuǎn)矩小于電磁轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)將運(yùn)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(shí)應(yīng)立即將手柄推到“下降3”擋。

（4）當(dāng)SA1手柄置于“下降3”擋時(shí)，SA1-6觸點(diǎn)斷開，接觸器KM1線圈斷電，觸點(diǎn)釋放。同時(shí)SA1-5觸點(diǎn)閉合，使接觸器KM2線圈通電，觸點(diǎn)吸合。SA1-3觸點(diǎn)斷開，SA1-2觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)則由下降“C”、“1”、“2”擋時(shí)上升方向的運(yùn)轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆捣较虻倪\(yùn)轉(zhuǎn)。觸點(diǎn)SA1-7、SA1-8的閉合，使接觸器KM4、KM5線圈通電，觸點(diǎn)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(shí)相同。由于電動(dòng)機(jī)工作在反轉(zhuǎn)下降電動(dòng)狀態(tài)，故電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在圖4.5.6第三象限特性曲線10上?？刂破魇直诖宋恢檬菑?qiáng)迫下放，所以下放速度與重力負(fù)載有關(guān)。若重物較輕，電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)；若重物較重，則下降速度將超過(guò)電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速，而進(jìn)入再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(shí)應(yīng)立即將手柄推向“下降4”擋。

（5）當(dāng)SA1手柄依次置于“下降4”、“下降5”擋時(shí)，除上述已閉合的觸點(diǎn)外，SA1-9、SA1-10、SA1-11、SA1-12觸點(diǎn)也相繼閉合，使得接觸器KM6、KM7、KM8、KM9線圈通電，觸點(diǎn)吸合，轉(zhuǎn)子電路電阻R3、R4、R5、R6分別被短接切除。此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路中只剩一段電阻R7，電動(dòng)機(jī)則分別運(yùn)行在圖4-6特性曲線11、12上。若重物較輕或空鉤，電

動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，可分別獲得兩種低速下降；若為重載，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，以高于電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速下降，但下降速度比手柄置于前擋時(shí)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(shí)，電動(dòng)機(jī)相序接法與上升時(shí)相同，其中C擋實(shí)現(xiàn)重物安全停留空中或作平移運(yùn)動(dòng)；當(dāng)重載下降時(shí)，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(dāng)負(fù)載較重，若SA1手柄置于下降“3”、“4”、“5”擋時(shí)，可獲得超過(guò)電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速的高速下降，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。

[填空題]

13CNC裝置各部分有何作用？其工作過(guò)程是什么？

參考答案：（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(jì)算機(jī)的基本硬件結(jié)構(gòu)，如微處理器（CPU）、總線、存儲(chǔ)器、I／O接口等；以及完成數(shù)控機(jī)床特有功能所需的功能模塊和接口單元，如手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入（MDI）接口、PLC接口等。

（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(lái)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(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能的專用系統(tǒng)軟件，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(gè)系統(tǒng)建立一個(gè)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(shí)時(shí)性不太強(qiáng)的軟件功能，如數(shù)控加工程序的輸入／輸出及其管理、人機(jī)對(duì)話顯示及診斷等；控制軟件的作用是根據(jù)用戶編制的加工程序，控制機(jī)床運(yùn)行，主要完成系統(tǒng)中一些實(shí)時(shí)性要求較高的關(guān)鍵控制功能，如譯碼、刀具補(bǔ)償、插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制等。

2、CNC裝置的工作過(guò)程

在進(jìn)行零件加工時(shí)，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(jìn)行譯碼和預(yù)處理，然后按照一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，用運(yùn)算結(jié)果實(shí)時(shí)地對(duì)機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)進(jìn)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(guò)程，對(duì)于一個(gè)通用數(shù)控系統(tǒng)來(lái)講，一般要完成以下工作：

（1）零件程序的輸入。

數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件時(shí)，首先將反映零件加工軌跡、尺寸、工藝參數(shù)及輔助功能等各種信息的零件程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償量等指令和數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)。在輸入過(guò)程中CNC裝置還需完成代碼校檢、代碼轉(zhuǎn)換和無(wú)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(lái)由譯碼程序進(jìn)行譯碼處理。它是將零件程序以一個(gè)程序段為單位進(jìn)行處理，把其中的零件輪廓信息（如起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線、圓弧等）、加工速度信息（F代碼）以及輔助功能信息（M、S、T代碼等），按照一定的語(yǔ)法規(guī)則翻譯成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)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(guò)程中，還要對(duì)程序段的語(yǔ)法進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤，立即報(bào)警。

（3）數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)處理即進(jìn)行預(yù)計(jì)算，就是將經(jīng)過(guò)譯碼處理后存放在指定存儲(chǔ)空間的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。主要包括刀具補(bǔ)償（刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、刀具半徑補(bǔ)償）、進(jìn)給速度處理、反向間隙補(bǔ)償、絲杠螺距補(bǔ)償、機(jī)床輔助功能處理等等。

（4）插補(bǔ)運(yùn)算。

插補(bǔ)是數(shù)控系統(tǒng)中最重要的計(jì)算工作之一，是在已知起點(diǎn)、終點(diǎn)、曲線類型和走向的運(yùn)動(dòng)軌跡上實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)點(diǎn)密化”，即計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡所要經(jīng)過(guò)的中間點(diǎn)坐標(biāo)。

插補(bǔ)計(jì)算結(jié)果傳送到伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以控制機(jī)床坐標(biāo)軸做相應(yīng)的移動(dòng)，使刀具按指定的路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(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算的指令位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值去控制伺服電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而控制機(jī)床工作臺(tái)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(biāo)方向的螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償，以提高數(shù)控機(jī)床的定位精度。

（6）I／O處理。

I/O處理主要是對(duì)CNC裝置與機(jī)床之間來(lái)往信息進(jìn)行輸入、輸出和控制的處理。它可實(shí)現(xiàn)輔助功能控制信號(hào)的傳遞與轉(zhuǎn)換，如實(shí)現(xiàn)主軸變速、換刀、冷卻液的開停等強(qiáng)電控制，也可接受機(jī)床上的行程開關(guān)、按鈕等各種輸入信號(hào)，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了解機(jī)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(dòng)態(tài)加工軌跡顯示、機(jī)床狀態(tài)顯示、報(bào)警顯示等。

（8）診斷。

CNC裝置利用內(nèi)部自診斷程序?qū)C(jī)床各部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障診斷，并對(duì)故障加以提示。診斷不僅可防止故障的發(fā)生或擴(kuò)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(jī)時(shí)間。

[填空題]

14CNC裝置有哪些部分組成？

參考答案：計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部分，其主要任務(wù)是控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，完成各種零件的自動(dòng)加工。計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)由硬件和軟件組成，是一種采用存儲(chǔ)程序的專用計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)運(yùn)行存儲(chǔ)器內(nèi)的程序，使數(shù)控機(jī)床按照操作者的要求，有條不紊地進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的數(shù)字控制功能。

[填空題]

15簡(jiǎn)述組合機(jī)床控制線路的特點(diǎn)是什么？

參考答案：各標(biāo)準(zhǔn)通用動(dòng)力部件的控制電路是獨(dú)立完整的，當(dāng)一臺(tái)組合機(jī)床由多個(gè)動(dòng)力部件組合構(gòu)成時(shí)，該機(jī)床的控制電路即由各動(dòng)力部件各自的控制電路通過(guò)一定的聯(lián)接電路組合而成。對(duì)于此類由多動(dòng)力部件構(gòu)成的組合機(jī)床，其控制通常有三方面的工作要求：

（1）動(dòng)力部件的點(diǎn)動(dòng)及復(fù)位控制。

（2）動(dòng)力部件的單機(jī)自動(dòng)循環(huán)控制（也稱半自動(dòng)循環(huán)控制）。

（3）整機(jī)全自動(dòng)工作循環(huán)控制。

[填空題]

16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(dòng)電路、執(zhí)行元件（伺服電機(jī)）、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)元件及反饋電路等部分。

2、工作原理

閉環(huán)伺服系統(tǒng)是在機(jī)床工作臺(tái)（或刀架）上安裝一個(gè)位置檢測(cè)裝置，該裝置可檢測(cè)出機(jī)床工作臺(tái)（或刀架）實(shí)際位移量或者實(shí)際所處位置，并將測(cè)量值反饋給CNC裝置，與CNC裝置發(fā)出的指令位移信號(hào)進(jìn)行比較，求得偏差。伺服放大器將差值放大后用來(lái)控制伺服電動(dòng)機(jī)，使系統(tǒng)向著減小偏差的方向運(yùn)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(gè)誤差控制隨動(dòng)系統(tǒng)。

[填空題]

17數(shù)控機(jī)床的開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)有何特點(diǎn)？分別適用于什么場(chǎng)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(jiǎn)單，易于控制，但精度較低，低速時(shí)不穩(wěn)定，高速時(shí)扭矩小，一般用于中、低檔數(shù)控機(jī)床或普通機(jī)床的數(shù)控改造上。

2、閉環(huán)伺服系統(tǒng)

閉環(huán)伺服系統(tǒng)的反饋信號(hào)取自機(jī)床工作臺(tái)（或刀架）的實(shí)際位置，所以系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的誤差、環(huán)內(nèi)各元件的誤差以及運(yùn)動(dòng)中造成的誤差都可以得到補(bǔ)償，使得跟隨精度和定位精度大大提高。但由于受機(jī)械變形、溫度變化、振動(dòng)等因素的影響，系統(tǒng)的穩(wěn)定性難以調(diào)整，且機(jī)床運(yùn)行一段時(shí)間后，在機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)部件精密度高、性能穩(wěn)定，使用過(guò)程溫差變化不大的大型、精密數(shù)控機(jī)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(diǎn)在于閉環(huán)系統(tǒng)環(huán)內(nèi)包括較多的機(jī)械傳動(dòng)部件，傳動(dòng)誤差均可被補(bǔ)償，理論上精度可以達(dá)到很高。而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)由于坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈有一都分在位置閉環(huán)以外，因此環(huán)外的傳動(dòng)誤差得不到系統(tǒng)的補(bǔ)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(jiǎn)單，造價(jià)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(jī)床上。

[填空題]

18生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)的內(nèi)容

繼電器－接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容可以分為電氣原理圖設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩大部分。

（1）電氣原理圖設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

電氣原理圖設(shè)計(jì)是繼電器－接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，是工藝設(shè)計(jì)和制定其他技術(shù)資料的依據(jù)。主要包括以下設(shè)計(jì)內(nèi)容：

①制定電氣設(shè)計(jì)技術(shù)條件，即任務(wù)書；

②選擇電氣傳動(dòng)方案與控制方式；

③確定或核對(duì)電動(dòng)機(jī)的類型及技術(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(jì)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(jì)說(shuō)明書。

（2）工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

工藝設(shè)計(jì)的主要目的是便于組織電氣控制裝置的制造與施工，實(shí)現(xiàn)電氣原理圖設(shè)計(jì)的功能和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，為設(shè)備的制造、調(diào)試、維護(hù)和使用提供必要的圖紙資料。主要包括以下

設(shè)計(jì)內(nèi)容：

①根據(jù)電氣原理圖及選定的電器元件，設(shè)計(jì)、繪制電氣控制系統(tǒng)的總裝配圖及接線圖；

②按照電氣原理圖或劃分的組件進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，編寫各部分元件目錄表，并根據(jù)總圖編號(hào)統(tǒng)計(jì)出各組件的進(jìn)出線號(hào)；

③根據(jù)組件電氣原理及選定的元件目錄表，設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)的電器安裝零件圖，標(biāo)明技術(shù)要求，以便制造、加工；

⑤根據(jù)組件尺寸及安裝要求，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(fēng)散熱以及維修操作位置、方式等；

⑥匯總電氣控制系統(tǒng)原理圖、總裝配圖及各組件原理圖等資料，列出需購(gòu)買的元器件清單；

⑦編制調(diào)試、實(shí)驗(yàn)、使用、維護(hù)技術(shù)說(shuō)明書。

2、繼電器－接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

由于繼電器－接觸器控制系統(tǒng)是整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的一部分，所以在設(shè)計(jì)前要收集相關(guān)資料，進(jìn)行必要的調(diào)查研究。

應(yīng)遵循的基本原則是：

①最大限度地滿足生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械和加工工藝對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求。

②在滿足控制要求前提下，電氣控制電路應(yīng)力求安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、使用維護(hù)方便，不要盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的、常用的或經(jīng)過(guò)實(shí)際考驗(yàn)的電路和環(huán)節(jié)。

③正確、合理地選用電氣元件，確保控制系統(tǒng)安全可靠地工作。

④為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇控制設(shè)備時(shí)，設(shè)備能力留有適當(dāng)裕量。

⑤謹(jǐn)慎積極地采用新技術(shù)、新工藝。

⑥設(shè)計(jì)中貫徹最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。電路圖中的圖形符號(hào)及文字符號(hào)一律按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪制。

[填空題]

19電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有哪些，各有什么特點(diǎn)？

參考答案：電氣控制系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)方法有2種，即經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法（又稱—般設(shè)計(jì)法）和邏輯設(shè)計(jì)法。

1、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求和加工過(guò)程，利用各種典型的基本控制環(huán)節(jié)，加以修改、補(bǔ)充、完善，最后得出最佳方案。若沒有典型的控制環(huán)節(jié)可以采用，則按照生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求逐步進(jìn)行設(shè)計(jì)。

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但必須熟悉大量的基本控制電路，掌握多種典型電路的設(shè)計(jì)資料，同時(shí)具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法由于是靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，靈活性很大，設(shè)計(jì)出來(lái)的電路可能不是最簡(jiǎn)潔的，所用的電器及觸點(diǎn)不一定最少，所得出的方案也不一定是最佳方案。

2、邏輯設(shè)計(jì)法

邏輯設(shè)計(jì)法即邏輯分析設(shè)計(jì)方法，是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，利用邏輯代數(shù)來(lái)分析、化簡(jiǎn)、設(shè)計(jì)控制電路的方法，這種設(shè)計(jì)方法能夠確定實(shí)現(xiàn)一個(gè)開關(guān)量邏輯功能的自動(dòng)控制電路所必須的、最少的中間繼電器的數(shù)目，以達(dá)到使控制電路最簡(jiǎn)潔的目的。

總的來(lái)說(shuō)，邏輯設(shè)計(jì)法較為科學(xué)，設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制電路比較簡(jiǎn)潔、合理，但是當(dāng)自動(dòng)控制電路比較復(fù)雜時(shí)，設(shè)計(jì)工作量比較大，過(guò)程繁瑣，容易出錯(cuò)，因此用于簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

[填空題]

20試設(shè)計(jì)游泳池自動(dòng)進(jìn)水控制電路，要求池內(nèi)水位低于最低水位時(shí)能自動(dòng)進(jìn)水，池內(nèi)的水位高于最高水位時(shí)能自動(dòng)停止進(jìn)水。

參考答案：控制電路原理圖如圖5-2所示，圖中：

M1：水泵電機(jī)

QF1：低壓斷路器

FU1、FU2保險(xiǎn)絲

FR1：熱繼電器

KM1：水泵電機(jī)接觸器

SQ1：浮球開關(guān)，最高水位檢測(cè)，高于最高水位，SQ1斷開

SQ2：浮球開關(guān)，最低水位檢測(cè)，低于最低水位，SQ2閉合

SB1：停止按鈕

SB2：起動(dòng)按鈕

工作原理：

按下啟動(dòng)按鈕SB2，若水池水位低于最高水位，SQ1常閉觸點(diǎn)閉合，KM1接觸器線圈得電，水泵電機(jī)M1啟動(dòng)，直到水位高于最高水位，SQ1常閉觸點(diǎn)斷開，KM1接觸器線圈失電，泵電機(jī)M1停止。

當(dāng)水位低于最低水位時(shí)，SQ2常開觸點(diǎn)閉合，KM1接觸器線圈得電，水泵電機(jī)M1啟動(dòng)，直到水位高于最高水位。

[填空題]

21PLC主要由哪幾部分組成，各有什么作用？

參考答案：P.LC的硬件結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)相似，主要由CPU模塊、存儲(chǔ)器模塊、專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口、電源模塊、編程器、通信接口等組成。內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。

1、中央處理單元（CPU模塊）

C.PU是PLC的核心部件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算并對(duì)整機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。主要功能有：在編程時(shí)接受并存儲(chǔ)從編程器輸入或從計(jì)算送來(lái)的用戶程序和數(shù)據(jù)。進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，CPU以掃描方式接收用戶現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)并存入輸入狀態(tài)表和數(shù)據(jù)寄存器中；再?gòu)拇鎯?chǔ)器逐條讀取用戶程序，經(jīng)命令解釋后，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再根據(jù)輸出狀態(tài)表的位狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)輸出控制、數(shù)據(jù)通訊等功能。在每個(gè)工作循環(huán)中要對(duì)PLC進(jìn)行自我診斷，若無(wú)故障繼續(xù)進(jìn)行工作，否則保持現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出通道后停止運(yùn)行，等待處理，避免故障擴(kuò)散造成大的事故。

2、存儲(chǔ)器模塊

P.LC中的存儲(chǔ)器有2種，即只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM、EPROM或EEPROM和可讀/寫存儲(chǔ)器RAM。PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序（主要包括自診斷程序和監(jiān)控程序）固化在只讀存儲(chǔ)器中，用戶不能更改。用戶程序存放在隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中。用戶程序是使用者根據(jù)PLC應(yīng)用系統(tǒng)的控制要求編寫的符合PLC語(yǔ)法規(guī)則的一組控制程序。

3、輸入單元

P.LC的輸入單元包括輸入部件和輸入接口電路。輸入部件用于檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種開關(guān)量、數(shù)字量或模擬量等，如限位開關(guān)、操作按鈕以及其他傳感器的輸出信號(hào)。輸入接口電路用于現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與CPU之間的連接和信號(hào)轉(zhuǎn)換?！闶峭ㄟ^(guò)光電隔離和濾波把PLC和外部電路隔開，以提高PLC的抗干擾能力。輸入信號(hào)包括數(shù)字量和模擬量2種類型。

4、輸出單元

P.LC的輸出單元包括輸出部件和輸出接口電路。輸出部件用于控制或驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如繼電器線圈、接觸器線圈、電磁閥線圈、信號(hào)指示燈等。輸出接口電路用于CPU與現(xiàn)場(chǎng)輸出部件之間的連接和信號(hào)轉(zhuǎn)換。輸出信號(hào)包括開關(guān)量和模擬量2種，故輸出接口電路也分為開關(guān)量和模擬量2種。

5、電源模塊

PLC的電源是將交流電源經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后變換成供CPU、存儲(chǔ)器等工作所需的直流電壓。

6、編程器

編程器是PLC的一個(gè)附件，通過(guò)接口與PLC的CPU聯(lián)系，完成人機(jī)對(duì)話。用于向PLC的用戶存儲(chǔ)器寫入或讀出用戶程序，也可以對(duì)用戶程序進(jìn)行修改或編輯。PLC運(yùn)行時(shí)，可通過(guò)編程器測(cè)試、監(jiān)控PLC的輸入輸出接點(diǎn)及其他內(nèi)部資源的狀態(tài)。編程器通常由PLC的生產(chǎn)廠家提供，不同廠家的編程器一般不兼容。編程器分簡(jiǎn)易型、智能型和計(jì)算機(jī)3類。

7、通信接口

通信接口電路是專門用于數(shù)據(jù)通信的一種智能模板。為了實(shí)現(xiàn)“人--機(jī)”或“機(jī)--機(jī)”之間的對(duì)話，PLC配有多種通信接口電路，可以與監(jiān)視器、打印機(jī)、其他的PLC或上位計(jì)算機(jī)相連接。通信接口一般分為通用接口和專用接口2種。

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[填空題]

22請(qǐng)細(xì)說(shuō)明PLC的掃描工作原理。在掃描工作過(guò)程中，輸入映像寄存器和輸出映像寄存器各起什么作用？

參考答案：1、PLC的掃描工作原理

在運(yùn)行狀態(tài)下，PLC的工作流程主要包括內(nèi)部處理、通信處理、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新5個(gè)階段，其掃描過(guò)程如圖6-1所示。

（1）內(nèi)部處理階段。內(nèi)部處理包括PLC自檢、對(duì)警戒時(shí)鐘WDT（WatchDogTimer）清零等。CPU檢測(cè)PLC各器件的狀態(tài)，如出現(xiàn)異常再進(jìn)行診斷，并給出故障信號(hào)，或自行處理，這樣有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。

（2）通信處理階段。在CPU對(duì)PLC自檢、對(duì)警戒時(shí)鐘WDT清零結(jié)束后，PLC檢查是否有與編程器、智能模塊或上位機(jī)等的通信請(qǐng)求，如果沒有，則自動(dòng)進(jìn)入下一循環(huán)周期。

（3）輸入采樣階段。在此階段，PLC按順序逐個(gè)采集所有輸入端子上的信號(hào)，而不論輸入端子上是否接線。CPU將順序讀取的全部輸入信號(hào)寫入到輸入映像寄存器中。只有在采樣刷新時(shí)刻，輸入映像寄存器中的內(nèi)容才與輸入信號(hào)一致，其他時(shí)間范圍內(nèi)無(wú)論輸入接點(diǎn)狀態(tài)作如何變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段，才讀入輸入接點(diǎn)的新狀態(tài)。

（4）程序執(zhí)行階段。在執(zhí)行階段，CPU對(duì)用戶程序按順序進(jìn)行掃描，掃描順序總是從上到下，從左至右。并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器及其他寄存器中獲得所需的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，再將程序執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)的元件寄存器中保存。

（5）輸出刷新階段。當(dāng)CPU對(duì)全部用戶程序掃描結(jié)束后，將元件映像寄存器中所有輸出映像繼電器的狀態(tài)同時(shí)送到輸出鎖存器中，再通過(guò)信號(hào)隔離電路驅(qū)動(dòng)功率放大電路，由輸出端子向外部輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。輸出刷新階段也是集中批處理過(guò)程。

2、輸入映像寄存器和輸出映像繼電器的作用

在輸入采樣階段，CPU將順序讀取的全部輸入信號(hào)寫入到輸入映像寄存器中。在程序圖6-1PLC的掃描過(guò)程執(zhí)行階段，CPU對(duì)用戶程序按順序進(jìn)行掃描，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器及其他寄存器中獲得所需的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，再將程序執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)的元件寄存器中保存。在輸出刷新階段，當(dāng)CPU對(duì)全部用戶程序掃描結(jié)束后，將元件映像寄存器中所有輸出映像繼電器的狀態(tài)同時(shí)送到輸出鎖存器中，再通過(guò)信號(hào)隔離電路驅(qū)動(dòng)功率放大電路，由輸出端子向外部輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

[填空題]

23在特殊功能模塊中經(jīng)常要用到PLC的功能指令FROM和TO指令，解釋這兩條指令的含義？

參考答案：1、FROM和TO指令格式

讀/寫特殊功能模塊指令格式如圖6-2。

2、讀特殊功能模塊指令FROM（FNC78）

讀特殊功能模塊指令FROM的目標(biāo)操作數(shù)為KnY，KnM，KnS，T，C，D，V和Z。

圖6-2中的X003為ON時(shí)，將編號(hào)為[m1]（0～7）的特殊功能模塊內(nèi)編號(hào)為[m2]（0～32767）開始的n個(gè)緩沖寄存器的數(shù)據(jù)讀入PLC，并存入[D]開始的n個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中。

接在FX系列PLC基本單元右邊擴(kuò)展總線上的功能模塊，從最靠基本單元的那個(gè)開始，其編號(hào)依次為0～7。n是待傳送數(shù)據(jù)的字?jǐn)?shù)，n＝1～32（16位操作）或l～16（32位操作）。

3、寫特殊功能模塊指令TO（FNC79）

寫特殊功能模塊指令TO的源操作數(shù)可取所有的數(shù)據(jù)類型，[m1]、[m2]、[n]取值范圍與讀特殊功能模塊指令相同。

圖6-2中的X000為ON時(shí)，將PLC基本單元中從[S]指定的元件開始的n個(gè)字的數(shù)據(jù)寫到編號(hào)為[m1]的特殊功能模塊中編號(hào)[m2]開始的n個(gè)緩沖寄存器中。

M.8028為ON時(shí)，在FROM和TO指令執(zhí)行過(guò)程中，禁止中斷；在此期間發(fā)生的中斷在FROM和TO指令執(zhí)行完后執(zhí)行。M8028為OFF時(shí)，在FROM和TO指令執(zhí)行過(guò)程中則允許中斷。

[填空題]

24FX2N－4AD和FX2N－4DA各自的識(shí)別碼為多少？

參考答案：FX2N－4AD的識(shí)別碼是：K2010

FX2N－4DA的識(shí)別碼是：K3020

[填空題]

25試比較PLC控制系統(tǒng)與繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)？

參考答案：PLC在長(zhǎng)期應(yīng)用中不斷得到完善，已形成以下顯著特點(diǎn)。

（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。

在惡劣工作環(huán)境中能夠保持高可靠性是PLC主要的特點(diǎn)，因?yàn)樵谲浖陀布煞矫娑歼M(jìn)行了完善的可靠性設(shè)計(jì)。軟件方面除了采用數(shù)字濾波技術(shù)和數(shù)字校驗(yàn)等技術(shù)外，還設(shè)置了自檢和故障診斷程序。硬件方面采用電磁屏蔽、光電隔離、硬件濾波和接地等技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)器件，簡(jiǎn)化安裝，對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)、加工和焊接工藝嚴(yán)格要求。對(duì)模板和機(jī)箱進(jìn)行完善的電磁兼容性設(shè)計(jì)等

（2）功能強(qiáng)大，擴(kuò)展靈活方便。

PLC不僅具有基本的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和順序控制功能，還有網(wǎng)絡(luò)通信、故障診斷與自檢、數(shù)值處理、A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換等能力。由于采用模塊化設(shè)計(jì)，可以方便的擴(kuò)展多種特殊功能模塊，如觸摸屏、高速計(jì)數(shù)、位置控制、運(yùn)動(dòng)控制等，可根據(jù)不同的需求方便地進(jìn)行組合，構(gòu)成滿足各種控制要求的自動(dòng)化系統(tǒng)。

（3）編程簡(jiǎn)單，修改方便。

PLC大多采用梯形圖進(jìn)行編程，因梯形圖符號(hào)及其含義與傳統(tǒng)的電器控制線路相似，形象直觀，易學(xué)易懂。

（4）體積小，質(zhì)量小，功耗低。

[填空題]

26什么是功能指令？功能指令共有幾大類？

參考答案：F.X系列PLC除了基本指令和步進(jìn)指令外，還有許多功能指令。功能指令實(shí)際上就是許多功能不同的子程序。

F.X系列的功能指令可分為程序控制、傳送與比較、算術(shù)與邏輯運(yùn)算、移位與循環(huán)、數(shù)據(jù)處理、高速處理、方便指令、外部輸入輸出處理、FX系列外部設(shè)備指令等幾類。

[填空題]

27有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，要求當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)10s，停止5s，重復(fù)執(zhí)行6次操作，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)停機(jī)。試畫出梯形圖，并寫出指令表。

參考答案：1、軟元件定義

2、梯形圖

3、指令表

[填空題]

28用PLC實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的控制。控制要求為，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)互不影響地獨(dú)立操作；能同時(shí)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止；當(dāng)一臺(tái)過(guò)載時(shí)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均停機(jī)。試畫出主電路和PLC外部接線圖，并用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)出梯形圖程序。

參考答案：1、電氣原理圖

兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的主回路原理圖如圖6-5所示。

PLC控制電路原理圖如圖6-6所示。

2、梯形圖

3、指令表

[填空題]

29PLC的X000～X004接有輸入信號(hào)，Y000接有輸出信號(hào)，當(dāng)X000～X003中任何兩個(gè)輸入端同時(shí)有信號(hào)時(shí)Y000都有輸出，X004有信號(hào)時(shí)Y000封鎖輸出。根據(jù)上述要求用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)控制程序。

參考答案：控制程序的梯形圖如下:

[填空題]

30試設(shè)計(jì)一個(gè)PLC控制系統(tǒng)，要求第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)10s后，第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)自行啟動(dòng)，運(yùn)行5s后，第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)停止并同時(shí)使第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)自行啟動(dòng)，再運(yùn)行15s后，電動(dòng)機(jī)全部停止。設(shè)計(jì)梯形圖并寫出指令表。

參考答案：1、梯形圖

2、指令表

[填空題]

31試設(shè)計(jì)一梯形圖程序，計(jì)算數(shù)據(jù)寄存器D10和D20中儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的差的絕對(duì)值？

參考答案：數(shù)據(jù)寄存器D30中存放D10和D20中儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的差的絕對(duì)值。

梯形圖程序如下：

[填空題]

32變頻調(diào)速的基本原理是什么？

參考答案：電機(jī)轉(zhuǎn)速的公式：n=n11（1-s）中：n1為電機(jī)的同步速n1=120f/p

從以上公式看，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的最佳方法是調(diào)節(jié)供電電源的頻率。調(diào)節(jié)供電電源頻率的裝置就稱為變頻器。用變頻器調(diào)速的優(yōu)勢(shì)是控制簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，效率高。

變頻器的英文標(biāo)識(shí)為VSD，VFD，Converter，Inverter，SpeedDrive等

實(shí)際也稱為VVVF://即VariableVoltageVariableFrequency，原因是在改變電源頻率的同時(shí)，必須保證供電電壓同時(shí)改變。

[填空題]

33基頻以下調(diào)速與基頻以上調(diào)速有什么不同？

參考答案：在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素是：希望保持電機(jī)中每極磁通量Φm為額定值不變。定子每相電動(dòng)勢(shì)：

由上式可知，只要控制好Es和f1，便可達(dá)到控制磁通Φm的目的，對(duì)此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。

1、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式

由上式可知，要保持Φm不變，當(dāng)頻率f1從額定值f1N向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低Es：Es/f1常值，即采用恒電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式。

如果是V/F控制，基頻以下是恒轉(zhuǎn)矩控制，電壓V和頻率f是成正比關(guān)系

2、基頻以上的變頻調(diào)速控制方式

基頻以上的變頻調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從f1N向上升高，但定子電壓Us卻不可能超過(guò)額定電壓UsN，最多只能保持Us=UsN，這將迫使磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于直流電機(jī)若磁升速的情況。

事實(shí)上，電壓不變，升高頻率的調(diào)速方式是近似恒功率調(diào)速方式。

[填空題]

34矢量控制的基本思想是什么？

參考答案：矢量控制也稱磁場(chǎng)定向控制，矢量控制的基本點(diǎn)是控制轉(zhuǎn)子磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。

但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際控制效果往往難以達(dá)到理論分析的效果，這是矢量控制技術(shù)在實(shí)踐上的不足。此外，必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能實(shí)現(xiàn)定子電流解耦控制，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配置轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器，給許多應(yīng)用場(chǎng)合帶來(lái)不便。后來(lái)又提出了無(wú)速度傳感器矢量控制。

矢量控制是一種高性能異步電動(dòng)機(jī)控制方式，它基于電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流，具有與直流電動(dòng)機(jī)相類似的控制性能。

[填空題]

35變頻器的主電路由哪幾部分組成？各部分都有什么作用？

參考答案：變頻器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖7-1所示。

1、進(jìn)線端子

變頻器的進(jìn)線電源可以是三相380-500V，或三相200－240V，也可以是單相200－240V；也可以是690V。電源電壓在690V以下稱為低壓變頻器，1000V以上稱為中壓或高壓變頻器。進(jìn)線電源的相序不影響電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

2、EMC濾波器

把電網(wǎng)中及變頻器等干擾源產(chǎn)生的電磁干擾加以抑制，從而達(dá)到EMC（電磁兼容）。

3、整流橋

大多數(shù)變頻器采取三相全波整流，整流器件為功率二極管。三相全波整流獲得的直流輸出電壓為進(jìn)線電壓有效值的1.35倍，例如電網(wǎng)電壓為400V，則這時(shí)直流母線電壓為540V左右。但隨著負(fù)載的波動(dòng)，直流母線電壓也會(huì)波動(dòng)。

4、預(yù)充電回路

上電瞬間，整流橋輸出端將產(chǎn)生峰值1.414U的電壓，對(duì)儲(chǔ)能電容快速充電。為了保護(hù)儲(chǔ)能電容，需要在直流母線中串聯(lián)一個(gè)電阻。在變頻器上電時(shí)，整流橋通過(guò)該電阻向整流橋充電，充電結(jié)束后，用接觸器將該電阻旁路掉。該電阻稱為預(yù)充電電阻，該接觸器稱為預(yù)充電接觸器或預(yù)充電繼電器。

5、儲(chǔ)能電容

變頻器運(yùn)行過(guò)程中需要相對(duì)穩(wěn)定的直流母線電壓，用儲(chǔ)能電容保證。該電容的形式為電解電容，對(duì)于中大功率變頻器，需要將多個(gè)電容并聯(lián)。當(dāng)變頻器處于過(guò)載的過(guò)程中，瞬間會(huì)把直流母線電壓拉低；處于發(fā)電（制動(dòng)）過(guò)程中，瞬間會(huì)升高直流母線電壓，若太高變頻器則停止輸出。有些應(yīng)用中，為了提高變頻器的動(dòng)態(tài)能力，或者在斷電瞬間保持變頻器斜坡停車，需要外加蓄電池或電容，需要考慮回路其它部件的承受能力。

6、制動(dòng)電阻及其保護(hù)

7、制動(dòng)晶體管

制動(dòng)電阻及其保護(hù)、制動(dòng)晶體管組成制動(dòng)單元，接在直流母線上。

當(dāng)直流母線電壓超過(guò)某規(guī)定電壓時(shí)，制動(dòng)晶體管導(dǎo)通，直流母線電容和電機(jī)向制動(dòng)電阻釋放能量，使直流母線電壓降低，降低到另一規(guī)定電壓后，制動(dòng)晶體管截止。所以制動(dòng)電阻的作用是能耗制動(dòng)。

圖中Tfr為制動(dòng)晶體管，PA-PB連接制動(dòng)電阻。

8、逆變橋

逆變橋是變頻器的核心部分，其作用是將直流電壓通過(guò)6個(gè)橋臂可控硅的反復(fù)輪流通斷形成所需要的幅值和頻率變化的三相交流輸出電壓。逆變橋的橋臂的可控硅的類型主要是IGBT—絕緣珊雙極型晶體管。

9、電流互感器

檢測(cè)變頻器電流，起顯示及保護(hù)作用。

10、出線端子

[填空題]

36三菱FR－A540系列變頻器有哪幾種操作模式，各操作模式有什么不同？

參考答案：1、面板（PU）操作模式

變頻器的操作可以直接在變頻器面板（PU）上進(jìn)行，也可以將操作面板摘下來(lái)，通過(guò)專用標(biāo)準(zhǔn)接口（RS－232或RS－485）用電纜連接進(jìn)行不同距離的操作。

2、外部操作模式

外部操作模式通常在出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)定。也可通過(guò)功能與參數(shù)設(shè)定Pr79＝2來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種模式用外接啟動(dòng)開關(guān)和頻率設(shè)定電位器來(lái)控制變頻器的運(yùn)行。

3、組合操作模式

外部操作模式與控制面板（PU）組合操作時(shí)，可按下列兩種方法中的任意一種操作來(lái)控制變頻器。

（1）啟動(dòng)信號(hào)用外部信號(hào)設(shè)定。啟動(dòng)信號(hào)用外部信號(hào)設(shè)定，采用按鈕、繼電器、PLC指令等控制STF和STR。頻率信號(hào)由PU操作設(shè)定。這種模式的功能與參數(shù)設(shè)定通過(guò)Pr79＝3來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）啟動(dòng)信號(hào)用控制面板（PU）設(shè)定。啟動(dòng)信號(hào)用控制面板（PU）設(shè)定，采用外部頻率設(shè)定電位器設(shè)定頻率。這種模式的功能與參數(shù)設(shè)定通過(guò)Pr79＝4來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4、計(jì)算機(jī)通信模式

通過(guò)RS－232或RS－485接口電路和通信電纜可將變頻器的PU接口與PLC、數(shù)字化儀表和計(jì)算機(jī)（稱為上位機(jī)）相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。當(dāng)上位機(jī)的通信接口為RS－232接口時(shí)，應(yīng)加接一個(gè)RS－232與RS－485的轉(zhuǎn)換器。計(jì)算機(jī)通信模式可通過(guò)功能與參數(shù)設(shè)定Pr79＝6來(lái)實(shí)現(xiàn)

[填空題]

37變頻器所帶負(fù)載的主要類型有哪些？

參考答案：在電力拖動(dòng)中，存在兩個(gè)主要轉(zhuǎn)矩：一個(gè)是生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL；一個(gè)是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te，這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系稱為負(fù)載的機(jī)械特性n=f（TL）和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f（Te），電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作情況取決于電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性，因此選擇變頻器的類型，合理地配置一個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)，必須要了解負(fù)載的機(jī)械特性。

負(fù)載可以分為三大類：

1、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

在整個(gè)運(yùn)行的速度范圍內(nèi)，需要相同大小的負(fù)載；當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變；

所需功率與轉(zhuǎn)速成正比；通常轉(zhuǎn)速限制在基本頻率以內(nèi)。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載及其特性如圖7-2所示。例如：帶式輸送機(jī)、提升機(jī)、鉆床、擠出機(jī)等

2、變轉(zhuǎn)矩負(fù)載（風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載）

變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，也稱為風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載，或二次方律負(fù)載。負(fù)載轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，在低速下需要較小的轉(zhuǎn)矩，而在高速下需要較大的轉(zhuǎn)矩。變轉(zhuǎn)矩負(fù)載及其特性如圖7-3所示。

額定轉(zhuǎn)速以下：

（1）設(shè)備產(chǎn)生的流量與泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比

（2）設(shè)備產(chǎn)生的壓力與泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成正比

（3）設(shè)備消耗的功率與泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比

只有兩類典型的負(fù)載：離心泵和離心風(fēng)機(jī)。

對(duì)于變轉(zhuǎn)矩的離心風(fēng)機(jī)和泵，所需功率與流量成正比是節(jié)能的原理所在。當(dāng)所需的流量為額定流量的一半時(shí)，意味著所需要的功率僅僅為額定功率的八分之一。成年累月地積累下來(lái)，形成巨大的節(jié)能潛力。

3、恒功率負(fù)載

通常恒功率段是指在電機(jī)的基本頻率之上；對(duì)于一個(gè)恒功率負(fù)載，實(shí)際上負(fù)載轉(zhuǎn)矩是負(fù)載物理尺寸的函數(shù)；在轉(zhuǎn)速較低時(shí)需要的轉(zhuǎn)矩較高，在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，需要的轉(zhuǎn)矩較低。負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，其乘積，亦即功率為恒定值，稱為恒功率負(fù)載。

恒功率負(fù)載及其特性如圖7-3所示。

例如：磨床、高速車床、繞線筒等

變頻器的選用應(yīng)根據(jù)不同的負(fù)載類型，以及其它功能和性能的要求，選擇對(duì)應(yīng)系列的變頻器。

[填空題]

38變頻器的安裝環(huán)境應(yīng)該滿足什么條件？

參考答案：為保證變頻器可靠工作，必須注意環(huán)境溫度、濕度和冷卻通風(fēng)等對(duì)變頻器的影響。

（1）環(huán)境溫度和濕度

變頻器一般適宜在－10～40℃環(huán)境中工作，對(duì)于單元型變頻器裝入控制柜內(nèi)使用時(shí)，考慮到柜內(nèi)10℃的預(yù)測(cè)溫升，則上限溫度定為50℃，環(huán)境溫度的下限是－10℃，以不凍結(jié)為前提。在環(huán)境溫度高于40℃時(shí)，每升高1℃，變頻器應(yīng)降額5％使用。變頻器安裝環(huán)境的相對(duì)濕度不允許越過(guò)90％，要注意防止水或水蒸氣的直接侵入，以免引起漏電、打火、擊穿。

周圍環(huán)境濕度越高，電氣絕緣程度越低，金屬部分越容易腐蝕。因此，要盡量安裝在相對(duì)濕度適宜的場(chǎng)合。

（2）安裝現(xiàn)場(chǎng)的要求

一是無(wú)腐蝕、無(wú)易燃和易爆氣體、液體。

二是無(wú)灰塵、無(wú)漂浮性的纖維及金屬微型顆粒。

三是安裝場(chǎng)所的基礎(chǔ)和墻壁應(yīng)堅(jiān)固無(wú)損傷、無(wú)震動(dòng)。四是避免陽(yáng)光直射。五是無(wú)強(qiáng)電磁干擾。

（3）變頻器的安裝空間與通風(fēng)

變頻器具有很好的外殼，一般情況下可以直接靠墻安裝，稱為壁掛式安裝。因?yàn)樽冾l器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)熱，所以變頻器內(nèi)部都裝有冷卻風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。為了使冷卻循環(huán)效果良好，通常要求將變頻器垂直安裝。其四周與相鄰物體間必須留有足夠的空間。上下留空大于150mm，左右留空大于100mm。多臺(tái)變頻器安裝在同一裝置或控制柜里時(shí)，為減少相互散熱影響，應(yīng)盡量橫向并列安裝。必須上下安裝時(shí)，為了使下面的變頻器散發(fā)的熱量不至影響上面的變頻器，應(yīng)設(shè)置橫隔板。在控制柜頂部安裝有排風(fēng)機(jī)的，排風(fēng)量必須大于各變頻器排風(fēng)量的總和。

[填空題]

39變頻器安裝時(shí)周圍的空間最少應(yīng)為多少？為什么？

參考答案：變頻器的四周與相鄰物體間必須留有足夠的空間。上下留空大于150mm，左右留空大于100mm。

因?yàn)樽冾l器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)熱，所以變頻器內(nèi)部都裝有冷卻風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。為了使冷卻循環(huán)效果良好，通常要求將變頻器垂直安裝。其多臺(tái)變頻器安裝在同一裝置或控制柜里時(shí)，為減少相互散熱影響，應(yīng)盡量橫向并列安裝。必須上下安裝時(shí)，為了使下面的變頻器散發(fā)的熱量不至影響上面的變頻器，應(yīng)設(shè)置橫隔板。在控制柜頂部安裝有排風(fēng)機(jī)的，排風(fēng)量必須大于各變頻器排風(fēng)量的總和。

[填空題]

40變頻調(diào)速系統(tǒng)主回路電纜與控制回路電纜在安裝時(shí)有什么要求？

參考答案：（1）主回路電纜

為使電壓下降在2%以內(nèi)，應(yīng)用適當(dāng)型號(hào)的電線接線。變頻器和電機(jī)間的接線距離較長(zhǎng)時(shí)，特別是低頻率輸出情況下，會(huì)由于主電路電纜的電壓下降而導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降。布線距離最長(zhǎng)為500m。對(duì)于長(zhǎng)距離布線，由于布線寄生電容所產(chǎn)生的沖擊電流會(huì)引起過(guò)電流保護(hù)可能誤動(dòng)作，輸出側(cè)連接的設(shè)備可能運(yùn)行異常或發(fā)生故障。因此，最大布線距離長(zhǎng)度必須按變頻器的規(guī)定進(jìn)行。當(dāng)變頻器連接兩臺(tái)以上電機(jī)，總布線距離必需在要求范圍以內(nèi)。

（2）控制回路接線的注意事項(xiàng)。

一是控制回路與主回路的接線及其它動(dòng)力線、電力線應(yīng)分開走線，并保持一定距離。二是變頻器控制回路中的繼電器觸點(diǎn)端子引線，與其它控制回路端子的連線要分開走線，以免觸點(diǎn)閉合或斷開時(shí)產(chǎn)生干擾信號(hào)。三是為了防止噪聲等信號(hào)引起的干擾，使變頻器產(chǎn)生誤動(dòng)作，控制回路應(yīng)該采用屏蔽線或雙絞線。

[填空題]

41試畫出某機(jī)床主電動(dòng)機(jī)控制電路圖。要求：①可正反轉(zhuǎn)；?②可點(diǎn)動(dòng)、兩處起停；③可反接制動(dòng)；④有短路和過(guò)載保護(hù)；⑤有安全工作照明及電源信號(hào)燈。

參考答案：1、主回路及控制電路原理圖

圖3-2所示為交流異步電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行反接制動(dòng)主回路，圖3-3為其控制回路。圖中：

QF1為低壓斷路器，起開關(guān)，以及短路、過(guò)載或欠電壓保護(hù)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(dòng)與制動(dòng)電阻。

FR為熱繼電器，起過(guò)載保護(hù)。

FU1、FU2、FU3為保險(xiǎn)絲，起短路保護(hù)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(diǎn)，KS2為反轉(zhuǎn)閉合觸點(diǎn)

SB1為就地停止，SB11為遠(yuǎn)程停止。

SB2為就地正轉(zhuǎn)，SB13為遠(yuǎn)程正轉(zhuǎn)，SB12為點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)。

SB3為就地反轉(zhuǎn)，SB15為遠(yuǎn)程反轉(zhuǎn)，SB14為點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)。

TC為控制變壓器，HL為電源指示燈，EL為照明指示燈。

2、控制線路工作原理分析

（1）正向就地啟動(dòng)

（4）遠(yuǎn)程反接制動(dòng)?

遠(yuǎn)程反接制動(dòng)過(guò)程與該過(guò)程一樣，只需要相應(yīng)的按下遠(yuǎn)程反接制動(dòng)按鈕SB11。?

（5）電動(dòng)機(jī)反向啟動(dòng)和停車反接制動(dòng)過(guò)程?

電動(dòng)機(jī)反向啟動(dòng)和停車反接制動(dòng)過(guò)程與正向啟動(dòng)和停車反接制動(dòng)過(guò)程相同，請(qǐng)讀者自己分析。

[填空題]

42試敘述“自鎖”、“互鎖”的含義？

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?jǐn)嚅_了。一旦按下開關(guān)，就能夠自動(dòng)保持持續(xù)通電，直到按下其它開關(guān)使之?dāng)嗦窞橹梗贿@樣的電路，稱為自鎖電路。

2、互鎖

互鎖實(shí)際上是一種連鎖關(guān)系，兩個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)各自串聯(lián)在對(duì)應(yīng)在電路中互相制約。

[填空題]

43三相籠型異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式有哪兩種？各有什么特點(diǎn)？分別適用于什么場(chǎng)合？

參考答案：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檎＿\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的過(guò)程?；\型異步電動(dòng)機(jī)有兩種啟動(dòng)方式：

（1）直接啟動(dòng)（或全壓?jiǎn)?dòng)）

（2）降壓?jiǎn)?dòng)。

直接啟動(dòng)是一種簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)的啟動(dòng)方法，在小型（容量一般在10kW以下）電動(dòng)機(jī)中廣泛使用。電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流為額定電流的4~7倍，過(guò)大的啟動(dòng)電流一方面將會(huì)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(yùn)行，另一方面電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，加速線圈老化，縮短電動(dòng)機(jī)的壽命。

因而對(duì)容量較大的電動(dòng)機(jī)，采用降壓?jiǎn)?dòng)，以減小啟動(dòng)電流。

[填空題]

44試說(shuō)出交流接觸器與中間繼電器的相同及不同之處？

參考答案：接觸器是一種根據(jù)外來(lái)輸入信號(hào)利用電磁鐵操作，頻繁地接通或斷開交、直流主電路及大容量控制電路的自動(dòng)切換電器，主要用于控制電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、電熱設(shè)備、電容器組等。接觸器主接點(diǎn)一般只有常開接點(diǎn)，而輔助接點(diǎn)常有兩對(duì)具有常開和常閉功能的接點(diǎn)，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(hù)與自動(dòng)控制系統(tǒng)中，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量及容量。它用于在控制電路中傳遞中間信號(hào)。

（1）相同點(diǎn)

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(guò)控制線圈來(lái)控制觸點(diǎn)的斷開和閉合，它們都有常開、常閉點(diǎn)。

（2）不同點(diǎn)

接觸器的主觸頭可以通過(guò)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(diǎn)來(lái)開閉電路，用輔助接點(diǎn)來(lái)執(zhí)行控制指令。

中間繼電器沒有主觸點(diǎn)，觸頭只能通過(guò)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。

[填空題]

45一臺(tái)長(zhǎng)期工作的三相交流異步電動(dòng)機(jī)的額定功率13KW，額定電壓380V，額定電流25.5A，按電動(dòng)機(jī)需要選擇接觸器和熱繼電器的型號(hào)、規(guī)格分別是什么？

參考答案：交流接觸器按負(fù)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(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)可選用三類交流接觸器。

根據(jù)被控對(duì)象和工作參數(shù)如電壓、電流、功率、頻率及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(diǎn)的額定電壓：AC380V

（3）主觸點(diǎn)的額定電流：25.5A

（4）對(duì)于長(zhǎng)時(shí)工作制和重任務(wù)型電機(jī)，接觸器額定電流大于電動(dòng)機(jī)的額定電流。接觸器可選擇CJ20-40，可控制的三相鼠籠型電動(dòng)機(jī)的最大功率33KW，額定發(fā)熱電流55A。主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)能滿足控制系統(tǒng)的需要。

熱繼電器的保護(hù)對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，故選用時(shí)應(yīng)了解電動(dòng)機(jī)的技術(shù)性能、啟動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)以及電動(dòng)機(jī)允許過(guò)載能力等。

長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的電動(dòng)機(jī)，可按電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)額定電流。使用時(shí)要將熱繼電器的整定電流調(diào)至電動(dòng)機(jī)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。

[填空題]

46畫出下列電器元件的圖形符號(hào)，并標(biāo)出其文字符號(hào)，請(qǐng)?zhí)钊氡砀裰?。?）熔斷器（2）熱繼電器（3）按鈕（4）時(shí)間繼電器（5）中間繼電器（6）過(guò)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：

[填空題]

47低壓斷路器在電路中可以起到哪些保護(hù)作用？

參考答案：低壓斷路器俗稱自動(dòng)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(guò)載或欠電壓等故障時(shí)能自動(dòng)分?jǐn)喙收想娐?，是一種控制兼保護(hù)電器。

[填空題]

48比較熔斷器與熱繼電器作用的不同？?jī)烧呖梢韵嗷ヌ娲鷨幔?/p>

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(guò)載、短路保護(hù)。

在電動(dòng)機(jī)為負(fù)載的電路中，熔斷器是一種廣泛應(yīng)用的最簡(jiǎn)單有效的短路保護(hù)電器，它串聯(lián)在電路中，當(dāng)通過(guò)的電流大于規(guī)定值時(shí)，使熔體熔化而自動(dòng)分?jǐn)嚯娐?，要求它作用的時(shí)間短，以保護(hù)負(fù)載。

（2）熱繼電器主要用于過(guò)載保護(hù)。

熱繼電器是一種利用流過(guò)繼電器的電流所產(chǎn)生的熱效應(yīng)而反時(shí)限動(dòng)作的過(guò)載保護(hù)電器，在電動(dòng)機(jī)為負(fù)載的電路中，熱繼電