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电气自动化教案

第一周第一次课

绪论

一、课程的性质和任务（第一学时）

1、性质：

“工厂电气控制技术”是一门实践性较强的专业课。

该技术在生产过程、科学研究及其他各领域应用十分广泛。

2、主要内容：

以电动机或其他执行电器为控制对象，介绍电气控制的基本原理、线路、程序及控制装置的设计方法。

3、基本任务：

1）熟悉常用控制电器的结构原理、用途及型号，达到能正确使用和选用的目的。

2）熟练掌握电气控制的基本线路，具有对一般电气控制线路的独立分析能力。

3）熟悉典型生产设备电气控制系统，具有从事电气设备的安装调试、运行和维护等技术工作能力。

4）具有设计和改进一般生产设备电气控制线路的基本能力。

5）掌握可编程序控制器的基本原理及应用发展情况，做到能根据工艺过程和控制要求正确选用PC、设计控制系统、编制用户程序，经调试应用于生产过程控制。

二、电力拖动的组成

三、电气控制技术的发展概况

1、在控制方法上主要是从手动控制到自动控制；

2、在控制功能上是从简单到复杂（智能化）；

3、在操作方式上由笨重到轻巧（信息化处理）；

4、从控制原理上，由单一的有触点硬接线继电器控制系统转向以微处理器或计算机为中心的网络化控制系统。

目前，电气控制技术已发展为集微电子技术、电力电子技术、自动控制技术、计算机技术、网络通信技术、测试技术和可靠性技术为一体的综合技术

四、控制技术的发展过程

继电—接触器控制顺序控制器电机放大机和磁放大器晶闸管控制系统可编程序控制器（PC）

五、电器产品的发展

有触头电器电子化电器集成化电器智能化电器

第一章常用低压控制电器

§1.1电器的基本知识（第二学时）

一、电器的定义及分类

1.定义：

电器是一种能根据外界信号，手动或自动地接通或断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气器件。

2.电器的分类

1）按工作电压等级分类：

—1500V，∼1200V以上为高压，以下为低压。

2）按用途分类

二、电磁式电器的工作原理与结构特点

（一）电磁机构

1．常用的磁路结构：

如右图所示

2．吸引线圈

（二）电磁吸力与吸力特性

1、电磁铁的吸力

2、吸力特性

（三）反力特性和返回系数

（四）交流电磁机构上短路环的作用

1、交流电磁机构实际吸力曲线

2、交流电磁机构上短路环的作用

三、电器的触头系统和电弧

（一）电器的触头系统

（二）电弧的产生及灭弧方法

第一周第二次课

§1.2开关电器（第一学时）

一、开关电器的作用、类型、典型结构、常用的产品、型号含义和图形文字符号等

二、转换开关的作用、基本结构和图形文字符号等

三、自动开关

1、低压断路器的类型、结构和作用、图形文字符号

2、四连杆机构及其工作原理

3、低压断路器的三段保护特性

4、电子式、智能化的低压断路器简介

5、漏电断路器的结构、工作原理和作用

6、常用典型低压断路器型号和主要技术参数

7、选用原则

§1.3熔断器

1、熔断器的结构和工作原理、图形文字符号

2、使用类别和分类

3、常用型号和主要技术参数

4、选用原则

§1.4主令电器（第二学时）

1、控制按钮、行程开关、接近开关、转换开关、主令控制器与凸轮控制器、指示灯的结构原理、分类、常用型号和图形文字符号

2、主令电器的一般选用原则

§1.5接触器

1、接触器的结构及工作原理、图形文字符号

2、使用类别及其代号和作用

3、常用典型低压接触器型号介绍

（1）空气电磁式

（2）机械联琐式

（3）切换电容

（4）真空交流式

（5）直流接触器

（6）智能化接触器的组成、结构特点及其应用

4、接触器的主要特性和参数

5、选用原则

6、常见故障分析

第二周第一次课

§1.6继电器（第一学时）

一、热继电器

1、热继电器的作用、工作原理、图形文字符号

2、带断相保护热继电器的结构原理及差动机构的动作原理

3、常用型号和主要技术参数

5、选用原则

二、电磁式继电器

1、电磁式继电器的结构原理、图形文字符号

2、常用典型继电器型号和主要技术参数

三、时间继电器

1、空气阻尼式的结构特点、工作原理等

2、电子式继电器的结构特点、工作原理等

3、电动式继电器的结构特点、工作原理等

4、固态式继电器的结构特点、工作原理等

5、时间继电器的选用原则和图形文字符号

四、速度继电器简介（第二学时）

1、速度继电器的组成与工作原理

2、速度继电器的使用场所

§1.6其他电器

1、电磁铁、电磁阀的结构原理、图形文字符号、类型及其作用

2、几种液压元件及其符号及功能

参观实验室低压电器

第三周第一次课

第二章基本电气控制线路（第一学时）

§2.1电气控制系统图的类型及有关规定

一、图形文字符号的类型及有关规定：

P33~40，见表2-1

二、电气原理图的类型及有关规定

1、绘制电气原理图时应遵循的原则

2、图面区域的划分

3、符号位置的索引

4、电气原理图中技术数据的标注

三、电器布置图

四、电气安装接线图

§2.2三相异步电动机的起动控制线路（第二学时）

一、单向全压起动控制线路

1、单向全压起动控制线路

2、点动的控制电路

3、既能长期工作又能点动的控制电路

4、电机的顺序控制：

电机的顺序起动与顺序停止

5、两地控制线路

二、电动机的正反转控制线路

1．电动机“正一停一反”控制线路如下图a）

2．电动机“正一反一停”控制线路如下图b）

1）电器元件在线路中的作用；2）线路动作过程分析；3）互锁的概念与应用

3．倒顺开关正反转控制线路分析（如下左图）

1）倒顺开关的应用场所

2）线路动作过程分析

三、自动往复行程控制线路（如上右图）

1）SQ1、SQ2的作应用

2）线路动作过程分析

第三周第二次课

§2.3三相鼠笼式异步电动机减压起动线路（第一学时）

一、定子串电阻（或电抗）减压起动控制线路

1、线路设计思想：

起动时，起动电流在电阻或电抗上产生电压降使加在电机定子绕组上的电压低于电源电压，使起动电流减小，待电动机转速接近额定转速时，再将电阻或电抗短接，使电动机在额定电压下运行。

2、典型线路介绍：

如下左图所示

二、Y-Δ减压起动控制线路

1、线路设计思想：

起动时，定子绕组首先接成星形，待转速上升到接近额定转速时，将定子绕组的接线由星形接成三角形，电动机便进入全电压正常运行状态。

2、Y-Δ降压启动适应范围

1、典型线路介绍：

如上右图所示

三、自耦变压器减压起动控制线路（第二学时）

1、线路设计思想：

电机起动电流的限制依靠自耦变压器的降压作用来实现。

2、典型线路介绍

2、一般工厂常用的自耦变压器起动方法：

如下左图所示

四、Δ-Δ（又称延边三角形）减压起动控制线路

1、线路设计思想：

通过改变定子绕组的大小来改变电动机的外加电压。

2、典型线路介绍：

如上右图所示

五、几种减压起动方法的比较及其适应范围

第四周第一次课

§2.4三相绕线式转子异步电动机起动控制线路（第一学时）

一、转子回路串接电阻起动控制线路

1、线路设计思想：

利用转子回路可以通过滑环外串电阻来达到减小起动电流，提高转子电路功率因数和起动转矩的目的。

2．典型线路介绍

1）按时间原则组成的绕线式异步电动机启动控制线路

2）按电流原则组成的绕线式异步电动机启动控制线路

3）转子回路串频敏变阻器起动控制线路

§2.5三相异步电动机的调速控制线路（第二学时）

1、变级数调速原理

2、变级数调速方法

（1）改变定子绕阻的接法，或者变更定子绕阻每相电流方向

（2）在定子上设置具有不同极对数的两套互相独立的绕阻

3、双速电动机控制线路如上右图所示

（1）双速异步电动机定子绕组接线示意图如上左图所示

（2）KM1~KM3在电路中的作用

（3）高、低速转向一致时双速电动机的接线方式

第五周第二次课（第五周第一次课是五一长假）

2.6三相交流电动机的制动控制线路（第一学时）

一、电磁机械制动控制线路

电磁抱闸制动线路：

（1）断电电磁抱闸制动

（2）通电电磁抱闸制动

二、反接制动控制线路

1、反接制动的概念

2、反接制动电阻值的确定方法

3、反接制动控制的特点及适应场所

4、电动机可逆运行反接制动控制线路

三、能耗制动控制线路：

如下左图所示（第二学时）

1、能耗制动控制的概念

2、能耗制动控制的特点及适应场所

3、电动机可逆运行能耗制动控制线路——速度原则控制或时间原则控制

4、无变压器单管能耗制动控制线路：

如上右图所示

（1）无变压器单管能耗制动的指导思想

（2）无变压器单管能耗制动的特点及适应场所

5、反接制动控制与能耗制动的比较

第六周第一次课

§2.7直流电动机的控制线路（第一学时）

一、概述

1、直流电动机分类

2、直流电动机电源的分类

3、工厂常用的直流电动机起动、正反转、调速及制动的特点

1）直流电动机转速调节主要有以下四种方法

2）制动控制特点

二、他励（包括并励）直流电动机的控制线路（第一学时）

1．电枢回路串电阻的起动与调速控制线路

（1）电器元件在线路中的作用

（2）线路特点

（3）动作过程分析

2．直流电动机改变励磁电流进行调速的控制线路

（1）电器元件在线路中的作用

（2）线路特点

（3）动作过程分析

3．直流电动机改变励磁电压极性的正反转控制线路（第二学时）

（1）电器元件在线路中的作用

（2）线路特点

（3）动作过程分析

4．带有能耗制动的正反转控制线路

（1）电器元件在线路中的作用

（2）线路特点

（3）动作过程分析

§2.8电气控制线路的保护环节（自修）

1、短路保护

2、过电流保护

3、过载保护

4、断相保护

5、失压保护

6、欠电压保护

7、过电压保护

8、位置控制与保护

9、温度、压力、流量、转速等物理量的控制与保护

第七周第一次课

第三章典型生产机械电气控制线路分析

§3.1电气控制线路分析基础（第一学时）

一、电气控制分斩的内容与要求

1、设备说明书

2、电气控制原理图

3、电气设备的总装接线图

4、电器元件布置图与接线图

二、电气原理图的阅读分析方法

1、电气原理图的分析方法与步骤

（1）分析主电路

（2）分析控制电路运用“化整为零”、“顺藤模瓜”的原则，将控制电路按功能划分为若干个局部控制线路，从电源和主令信号开始，经过逻辑判断，写出控制流程，以简便明了的方式表达出电路的自动工作过程。

（3）分析辅助电路

（4）分析联锁与保护环节

（5）分析特殊控制环节

（6）总体检查经过“化整为零”，逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还必须用“集零为整”的方法检查整个控制线路，看是否有遗漏。

3、C650普通卧式车床电气原理图的分析过程（第二学时）

一、主要结构及运动特点

运动形式：

1）主运动（切削运动）：

即轴卡盘带动工件的旋转运动

2）进给运动：

溜板刀架或尾架顶针带动刀具的直线运动

3）辅助运动：

刀架的快速移动

二、拖动方式与控制要求

三、电气控制线路分析

第七周第二次课

§3.2T68型卧式镗床电气控制线路分析（第一学时）

一、主要结构和运动形式

1、主要结构：

T68型卧式镗床主要由床身、前立柱、镗头架、工作台、后立柱和尾架等部分组成。

2、运动形式主运动

（1）镗轴与花盘的旋转运动。

（2）进给运动镗轴的轴向进给、花盘上刀具的径向进给、镗头的垂直进给、工作台的横向和纵向进给。

（3）辅助运动工作台的旋转、后立柱的水平移动、尾架的垂直移动及各部分的快速移动。

二、电力拖动方式和控制要求：

P75页

三、电气控制线路分析：

T68型卧式镗床电气控制线路如图3-4所示

1、主电路分析

2、控制电路分析：

控制线路如下图所示（第二学时）

（1）线路中SQ1~SQ6的作用

SQ1——与“高低速”变速操作手柄连动的行程开关（置“高速”时受压，常开触点闭合，常闭触点断开；置“低速”时复位，常开触点断开，常闭触点闭合。

）

SQ2——与“主轴变速”和“进给变速”操作手柄连动的行程开关（当主轴或进给变速手柄拉出时SQ2受压，当主轴或进给转速选择好以后，推回调速手柄SQ2复位。

）

SQ3、SQ4——与主轴箱、工作台和主轴机动进给操作手柄连动的行程开关（当工作台及主轴箱进给操作手柄扳到“进给”位置时，SQ4受压；当主轴及花盘进给操作手柄扳到“进给”位置时，SQ3受压。

）

SQ5、SQ6——与快速移动操作手柄连动的正反转控制行程开关。

（2）主轴点动控制

（3）主拖动电动机起动控制

（4）主轴的停车和制动

（5）主轴变速和进给变速控制

（6）快速移动电动机M2的控制

3、辅助电路分析

4、联锁保护环节分析

（1）主轴箱和工作台与主轴机动进给联锁（SQ3、SQ4的作用）

（2）其他联锁环节

（3）保护环节

四、T68型卧式镗床电气控制线路的特点

第八周第一次课

§3.3万能铣床电气控制系统

一、主要结构及运动特点（第一学时）

1）主运动：

主轴带动铣刀的旋转运动；

2）进给运动：

长工作台带动工件的上下、左右、前后移动或圆工作台的旋转运动；

3）辅助运动：

工作台带动工件在三个方向的快速移动。

二、拖动方式与控制要求

三、电气控制线路分析：

X62W卧式万能铣床电气控制原理图如图3-6所示。

该机床控制线路的显著特点是控制由机械操作和电气操作密切配合进行。

**工作台纵向（左右）进给行程开关SQl、SQ2的工作状态

**工作台横向（前后），升降（上下由十字开关控制）进给行程开关SQ3、SQ4的工作状态

**圆工作台转换开关SA1的工作状态

1、主电路分析：

如下左图所示

（1）SA的作用

（2）SA的作用

2、控制电路分析：

如上右图所示

（1）电路元件作用介绍

（2）主轴电机控制电路分析

a、主轴电动机的起停控制

b、主轴变速冲动控制

X62W卧式万能铣床主轴的变

速采用孔盘机构，集中操纵。

从

控制电路的设计结构来看，既可

以在停车时变速，也可以在M1运

转时进行变速。

右图为主轴变速

机构简图。

（4）进给电机控制电路分析（第二学时）

a、X62W卧式万能铣床电气控制特点

b、升降台升降、纵向、横向行程开关工作状态介绍

c、工作台移动控制

1）工作台左右（纵向）移动

2）工作台前后（横向）和上下（升降）进给控制

d、工作台各运动方向的联锁

e、工作台进给变速冲动控制

f、圆工作台控制

3）冷却泵电动机阳的控制

4）辅助电路及保护环节分析

g、冷却泵电动机的控制

四、X62W卧式万能铣床电气控制线路的特点

第九周第一次课

§3.4B2012A系列龙门刨床电气控制线路分析

一、龙门刨床的主要结构及运动形式（第一学时）

1.龙门刨床的主要结构

2.龙门刨床的运动形式

（1）主运动是指加工过程中工作台连续的往复运动。

每一个工作循环包含工作行程和返回行程，在工作行程内对工件进行切削，返回行程为空载退回。

工作台循环速度曲线如下图所示

（2）进给运动指对应工作台的每一个运动循环，刀架的垂直或水平方向的进给移动。

该运动发身在工作台后退越位行程之中，并要求在前进切削前结束。

（3）辅助运动包括工作台的步进、步退、刀架各方向的快速移动和抬刀、横梁的夹紧、放松和升降等。

辅助运动用于检修和调整机床或工件的对刀调整。

二、拖动方式与控制要求

1、电力拖动分布如图所示

2、对电气控制提出的主要要求

1）工作台应能在一定范围内进行无级调速

2）工作台在加工过程中，每一个往复循环应能根据图3-9速度曲线要求自动地进行变速

3）各刀架既能自动进给又能快速移动

4）系统应具备完善的联锁与保护

5）切削速度、主拖动电动机电流等主要参数有显示

三、电气控制系统的组成与几种反馈控制的应用（第二学时）

根据机床的拖动方式和控制要求，B2010A龙门刨床电气控制线路可分为两

大部分。

1.直流拖动与控制

（1）工作台往复运动控制

**采用了以电机扩大机为放大器件的AR-G-M自动调速系统。

**控制上引入电流正反馈和电压负反馈。

**控制线路还采用了桥式稳定环节和电流截止负反馈

（2）抬刀控制各加工刀架在工作台一个加工循环动作两次。

后退转前进，刀架放下；前进转后退，刀架抬起。

第九周第二次课

2．交流拖动与控制（第一学时）

（1）M1机组运行控制由于M1容量大，要求采用Y-A减压起动控制。

（2）刀架控制各刀架有两种不同的运动，一是加工中的自动进给，另一个是点动和快速移动。

由各自的电动机M5、M6、M7拖动，相对独立。

自动进给运动控制要求是：

在工作台前进换向期间，进刀机构复位，为下一次进刀作好准备。

在后退换向期间进刀，在切削及返回程中不允许刀架动作。

快速运动只允许在非加工状态手动操作，由此可见，两种运动都与工作台有严格的联锁关系。

各刀架通过各自的操作手柄选择自动进给或快速移动。

（3）横梁控制高低不同的工件可以通过升降横粱来调整刀具与工件的相对位置。

其控制程序与要求是

（4）工作台导轨润滑油泵控制运行中要求导轨保持良好的润滑，由润滑液压泵通包M4驱动，单方向连续运行。

其工作状态可通过一个主令开关来选择。

四、交流拖动控制线路分析

1.发电机组起动控制（第二学时）

其主要特点是：

1）增加断电延时时间继电器KT2作换

接必要条件之一，保证只有在励磁电压建

立以后（75％UN以上），主拖动电动机才能

转入三角形接法正常运行，因此KT2线圈

应并接在励磁发电机输出端。

2）由于KM4控制电机扩大机原动机M2

只有在电机扩大机AR正常运行后主拖动电

动机才能正常运行。

3）FRl、FR2、FR3串联后再与KA3、KA9、

KA5串联支路相并联作为过载保护条件。

起动控制工作过程

第十周第一次课

2.刀架控制（第一学时）

刀架运动有两种方式，一是在台面

自动循环加工过程中的正常进给，另一

种是调整对刀时的点动快速移动。

两者

都要求与自动循环有一定的联锁与配合

关系。

刀架运动有工作状态（快速移动或

自动进给）和水平、垂直进刀两个选择

手柄。

刀架控制电路如右图所示

3.横梁控制（第二学时）

横梁控制包括横梁升降、夹紧与放松，均属点动控制（辅助运动），其控制线路如下图

第十一周第一次课

4.工作台控制电路（第一学时）

（1）工作台运动规律

（2）工作台控制电路分析

工作台交流逻辑控制电路见下图1）

工作台直流拖动控制电路见下图2

图1

图2

1）工作台点动控制以点动前进（步进）为例，其工作过程是：

此时电机扩大机给定励磁电流的通路与流向是：

如右图所示，给定电压Ug取自板形电阻

R1上以207为正、210为负二点之间的

直流压降，控制绕组WIII的电流为

2）工作台自动循环中的速度自动控制

控制工作台运动的6个行程开关的动作情况如图3-16所示

工作台在一个往复循环中，它的动作顺序与各行程开关的控制作用是：

在一个往复循环中，按速度变化要求，控制过程又可分为以下几个阶段：

**工作台自动往复循环前的准备

**工作台自动往复循环的控制

a、前进起动控制

b、前进减速控制

c、前进换向控制

d、后退减速控制

e、后退换向控制

3）工作台控制电路中的联锁与保护

5.刨台的停车制动控制（第二学时）

龙门刨床停车时要求台面能迅速而平稳地停止移动，不允许有爬行与后冲。

为此，线路设计成二级制动控制，如图3-20所示

制动电路工作原理分析如下：

6.低速切削与磨削控制

7.抬刀控制

第十一周第二次课

§3.5组合机床的电气控制线路分析

一、概述（第一学时）

1、组合机床的组成：

由大量的通用部件和少量的专用部件组成。

2、组合机床的功能：

钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、车削、铣削、磨削及精加工等工序。

3、组合机床的特点：

一般采用多轴、多刀、多工序、多面同时加工。

4、组合机床的优点：

高效、优质、便于产品更新并适用于大批量产品的生产。

5、组合机床控制系统的特点：

大多采用机、液（气）、电相结合的控制方式，其中，电气控制又往往起着中枢联接作用。

6、组合机床电气控制线路的特点：

由通用部件的典型控制线路和一些基本控制线路，根据加工、操作要求以及自动循环的不同，在无需或只需少量修改后组合而成。

二、组合机床通用部件的控制线路

1、通用部件的类型：

*动力部件：

如动力头、动力滑台；

*支承部件：

如滑座、床身、立柱和中间底座；

*传送部件：

如回转分度工作台、回转鼓轮、自动线工作回转台及零件输送装置；

*控制部件：

如液压元件、控制板、按钮台及电气挡铁；

*其它部件、如机械扳手、气动扳手、排屑装置和润滑装置。

2、机械动力滑台控制线路

机械动力滑台由滑台、机械滑座及双电动机（快速电动机和进给电动机）传动装置等三部分组成，滑台的进给运动的自动循环是靠传动装置将动力传递给丝杠的。

典型工作循环如表3-6

（1）具有一次工作进给的控制线路

（2）具有正反向工作进给的控制线路

一个加工循环电路的控制过程分析：

3、液压动力滑台控制线路（第二学时）

1）液压系统工作原理介绍

2）电路分析

第十二周第一次课

4、液压回转工作台的控制线路（第一学时）

*特点：

多个加工工位的夹具就安放在工作台台面上，一次转位就完成一个工位的加工工序，被加工零件在回转台上回转一周，就完成了在该机床上的全部加工工序。

并且回转工作台的转位动作是自动进行的。

*分类：

回转工作台可分为液压回转工作台和机械回转工作台。

*组成：

由台体和回转装置两部分组成。

（近年来回转装置中多采用多齿盘定位分度机构，这种分度机构具有定位精度高，重复定位精度高，磨损小和寿命长等优点）。

多齿盘定位液压回转台的电气控制线路

工作自动循环过程如下：

（1）花盘抬起

（2）花盘回转

（3）花盘夹紧

（4）液压缸复位

图中5YA和6YA是控制工件夹紧和放松的电磁块，分别由SB2、SB3控制。

三、组合机床单机自动化的电气控制线路分析（第二学时）

四工位回转台组合机床单机自动化控制线路的工作原理分析

1.主电路：

由KM1、KM2、KM3分别控制M1、M2、M3

2.主控电路：

由SB作为主控电路的停止按钮，SB1作为M1、M2的同时起动或单独调整按钮，SB2作为M3的手动操作按钮；SA2为冷却泵自动与手动控制转换开关，SA5为冷却泵起停开关；SA3、SA4分别为M1、M2的工作位与调整位控制转换开关；FR1、FR2、FR3分别为M1、M2、M3的热继电器）

3.自动工作循环控制线路：

由多齿盘分度液压回转台的控制线路（见图3-28）和具有延时停留的液压滑台一工进控制线路（见图3-27）组合而成。

4.辅助电路（由VC、R、FU4、FU5等组成）

第十三周第一次课

§3.6起重机械电气控制线路分析

一、概述（第一学时）

1.用途和类型

2.桥式起重机的结构及