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1、机床电气控制技术课程教学大纲机床电气控制技术课程教学大纲课程类别：课程类别：专业基础课适用专业：适用专业：机电一体化技术适用层次：适用层次：高起专适用教育形式：适用教育形式：网络教育/成人教育考核形式：考核形式：考试所属学院：所属学院：制造科学与工程学院先修课程：先修课程：电工电子学一、课程简介一、课程简介机床电气控制技术是机电一体化技术专业的一门主干专业课。本课程主要学习、研究、解决机床电气控制的有关问题。它以机床电气控制为主导，通过机床电气控制线路的典型环节及典型机床控制线路分析，阐述机床电气控制原理、实际机床控制线路及其设计方法，常用电气元件的选择，交、直流调速系统，可编程序控制器等，学
2、习和掌握机床电力拖动系统所需的电气控制技术知识。二、课程学习目标二、课程学习目标1、掌握机床电气控制的基本原理、机床电气控制系统典型基本环节的使用方法和相关知识，学会解决问题的基本原则和方法。2、学会分析、设计基本的机床电气控制系统，能正确选用电气元件及电气参数，提高动手能力。3、掌握 PLC 的基础知识，编程的基本指令及其应用，熟悉机床电气调速系统的基本内容和调速方法。三、与其他课程的关系三、与其他课程的关系先修课程为：电工电子学后续课程为：数控技术基础四、课程主要内容和基本要求四、课程主要内容和基本要求本课程以机床电气为主线展开，学习和掌握机床电力拖动系统所需的电气控制技术知识。主要内容分
3、为三篇六章，包括机床电气、调速系统与 PLC 编程。主要内容分为以下几个模块：模块一：机床电气具体包括机床常用低压电器、机床电气控制线路基本环节与典型机床控制电路分析与设计等内容，主要介绍低压电器的分类、结构与原理，基本控制环节和典型机床控制线路。要求掌握在掌握机床电气控制线路基本环节的机床上，能分析、设计典型的机床电气控制线路。模块二：调速系统包括第四章和第五章，具体包括直流调速系统和交流调速系统等内容。本部分是针对电动机调速进行，主要介绍调速系统的组成、基本原理以及适用场合。模块三：PLC 编程主要介绍逻辑可编程控制器在机床电气控制系统方面的应用。主要介绍了 PLC 的基础知识、编程代码、
4、梯形图等内容，熟悉PLC 开发应用的方法及应用场所。第一章第一章机床电气控制线路的基本环节机床电气控制线路的基本环节知识点知识点本章以机床电气控制展开阐述，主要是：绘制电气原理图的原则与要求，机床电路的逻辑表示，电气控制的基本环节。电气原理图的画法及阅读方法，电动机的启动、制动、调速控制线路，电动机正反转控制线路，时间控制、行程控制以及控制线路的保护装置。基本要求基本要求通过本章的学习，掌握继电器-接触器控制线路的基本环节的构成和工作原理。熟悉电气原理图的画法及阅读方法，绘制电气原理图的基本规则。学会分析和设计一些较简单的控制线路。关键知识关键知识1、电气原理图（Electrical Sche
5、matic Diagram）：是用来表明设备电气的工作原理及各电器元件的作用，相互之间的关系的一种表示方式。一般由主电路、控制电路、保护、配电电路等几部分组成。2、自锁（Self Locking）：所谓自锁，即依靠接触器自身的辅助触点而使其线圈保持通电的现象。3、互锁(Interlocking)：是几个回路之间，利用某一回路的辅助触点，去控制对方的线圈回路，进行状态保持或功能限制。一般对象是对其他回路的控制。作用：实现相互制约。场合：凡是有相反动作的控制线路，如:工作台上下左右移动，电动机正反转等等。4、保护装置(Relay Protection Equipment)：当电力系统中的电力元件（
6、如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套设备，一般通称为继电保护装置。5、自动循环(Automatic circulation)：能自动重复完成的工作循环。6、点动控制（Inching）：用于机床刀架、横梁、立柱等快速移动和机床对刀等场合。点动控制的一般步骤为：按下点动按钮（即SB 点动按钮）-接触器 KM 线圈导通-KM 主触点闭合-电动机 M 通电启动运行；当手松开按钮SB 时-接触器 KM 线圈断电-KM 主触点断开-电动机
7、M 失电停机。7、两地控制(Two land control)：两地控制是电路中两地控制线的简称，其原则是即先串联后并联。重点重点应当理解机床电气控制的基本要求，侧重于对机床电气逻辑控制的理解，对电路图阅读分析有一个基本认识，在此基础上掌握电气控制的基本环节。这是本章的重点。1、阅读、分析和绘制电气原理图。2、掌握自锁、互锁环节，按时间、按顺序和按行程的自动控制。3、熟悉并准确地应用各种保护装置。第二章第二章机床电气控制线路的分析机床电气控制线路的分析知识点知识点本章以机床电气控制分析展开阐述，主要知识点是：继电器接触器控制线路分析方法，生产机械的工艺过程，机床电气的基本环节，机床的主要技术性
8、能。常用的卧式车床、铣床、镗床等机床电气线路分析。基本要求基本要求阅读分析机床的电气电路图时，应先从主电路入手，了解电机的动作要求。分析控制电路时，可把它分解为各种基本电路或局部电路，即化整为零，最后再统观整个电路，注意各基本电路之间的联锁关系及主电路、控制电路之间的对应关系。熟悉机床继电器接触器控制方案的选择。关键知识关键知识1、主电路（Power Circuit）：是指在电器设备或电力系统中，直接承担电能的交换或控制任务的电路。2、控制电路(Control Circuit)：一般指能够实现自动控制功能的电路，工作电路指的是实现某些功能的电路。3、信号电路(Signal Circuit)：是
9、指把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号的电路。重点重点1、继电器接触器控制线路分析方法。难点难点1、具体机床电气线路分析。一般说来，对于一台机床，只要根据它的控制要求，正确地选用、组合相应的基本控制环节，就能设计出满足需要的电气控制线路。第三章第三章机床电气控制线路设计及电气元件的选择机床电气控制线路设计及电气元件的选择知识点知识点本章主要学习机床电气线路设计，包括：电动机的容量选择、发热、过载、启动能力、寄生电路、电路竞争等，控制电器、执行电器和保护电器的结构、工作原理、作用、特点、分类、技术数据、表示符号和应用范围。基本要求基本要求学习本章后，能够了
10、解机床电气设计的一般内容；熟悉机床电气控制线路的设计方法；掌握电力拖动电动机的选择方法和机床电气控制线路设计的典型应用，具备一般电气控制线路设计的能力。关键知识关键知识1、控制线路设计(Control Line Design)：设计出具体机床的电气控制线路，包括主回路、控制回路，完成电器元件选择和实现各种保护的过程。2、电器元件(Electrical Components)：是各种机床控制电路及电力拖动-自动控制系统的基本组成元件，起通断、保护、控制或调节作用。3、低压保护电器(Electrical Protective Devices)：主要用来获取、转换和传递信号，井通过其他电器对电路实现
11、控制，熔断器和热继电器属于最常见的低压保护电器。4、控制电器(Control Electrical Apparatus)：用来接通或断开电路，以及用来控制、调节和保护用电设备的电器。重点重点1、电动机的选择。2、电气控制线路的设计要求。3、常用控制电器之间的关系。难点难点继电器接触器控制线路设计思路和应注意的一些问题。第四章第四章直流自动调速系统直流自动调速系统知识点知识点本章主要学习直流电机调速系统。包括：调速控制系统方案、静差度、系统调速范围、最高转速、转速降、恒转矩型、恒功率型、有静差调速系统、无静差调速系统、PWM。基本要求基本要求学习本章应该领会在保证一定静差度的前提下，扩大系统调速
12、范围的方法。掌握调速控制系统方案的确定原则，能对有静差调速系统和无静差调速系统进行分析，掌握其工作原理与应用。理解晶体管电动机直流脉宽调速系统原理。关键知识关键知识1、静差度(Static Difference Degree)：是指负载从理想空载转速到额定负载所对应的转速降落于理想空载转速之比。2、有静差调速系统(Static differential speed control system)：有静差调速系统是依靠偏差进行调节，最终一定存在静差。3、无静差调速系统(No static difference speed control system)：无静差调速系统是依靠偏差的积累进行调节的，
13、最终一定会消除静差。4、晶体管脉宽调速（Transistor pulse width modulation）：脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS 管栅极的偏置，来实现晶体管或 MOS 管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。重点重点1、静差的概念，有、无静差调速系统使用应注意哪些问题。2、脉宽调速系统原理及其特点。3、自动调速系统中各个基本环节，各种反馈环节的作用及特点；难点难点本章的难点是各种常用的自动调速系统的调速原理、特点及适用场所。第五章第五章交流调速系统交流调速系统知识点知识点本章主要学习交流电机调速系统，包括：串级调速方法、变频调
14、速、矢量变换控制系统、交一直一交电压型和电流型变频调速系统、脉宽型变频调速系统、交一交变频调速系统等。基本要求基本要求通过学习，了解交流调速系统的基本原理与类型。熟悉调速系统的基本组成。掌握交流电动机调速的特性、特点以及适用场合。关键知识关键知识1、调速系统 (Adjustable Speed Drives System)：通过控制改变电动机的转速已达到机械设备的工艺要求，这种装置称为调速系统。2、串级调速(Cascade Control)：指当时异步机转子与外附的直流电动机两级联接所形成的调速，虽然后来改进，用静止的电力电子变流装置和变压器取代直流电动机，但串级调速的称谓被习惯地沿用下来。3
15、、变频调速(Frequency Control)：是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。重点重点1、根据实际要求确定系统的调速方法。2、串级调速和变频调速系统的原理、工作方式、特点及其应用。难点难点异步电动机矢量变换控制系统。第六章第六章可编程控制器可编程控制器知识点知识点本章主要学习逻辑可编程控制器及其应用，包括逻辑可编程控制器的结构和、特点、功能和工作原理，继电器梯形图、PLC 外部接线图、PLC 设计方法等。基本要求基本要求通过本章学习，了解可编程序控制器的基本组成、工作原理、特点和用途。熟悉梯形图编程的指令格式及有关规定。熟练掌
16、握可编程序控制器的指令系统和编程方法。利用PLC系统掌握其设计、编程应用方法。关键知识关键知识1、PLC(Programmable Logic Controller)：可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。2、编程元件（Programming Element）：PLC 内部有许多具有不同功能的器件，这些器件通常都是有一些电子电路和存储器组成，它们都可以作为指令中的操作数地址，我们把这些软元件称为 PLC
17、 的编程元件。3、梯形图(LadderLogic Programming Language)：梯形图语言沿袭了继电器控制电路的形式，梯形图是在常用的继电器与接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，具有形象、直观、实用等特点，电气技术人员容易接受，是目前运用上最多的一种PLC 的编程语言。4、等效继电器(Equivalent relay)：PLC 内部有很多存储器，每个存储器单元由8 位触发器组成，一个触发器等效为1 个继电器，其通断是由软件控制的，故称为软继电器。5、外部接线图(External wiring diagram)：PLC 只是个控制器，要控制外部器件的话要通过PLC给出的开关信
18、号和驱动信号来控制外部电气。PLC自身只能控制，不能做开关。所谓外部接线图就是说根据程序的设定通过 PLC 自身的控制点接到被控制电气上的电气连接图。重点重点1、PLC 的基本结构和工作原理，基本指令系统与编程方法。2、绘制出梯形图。3、PLC 的开发应用。难点难点1、理解 PC 的内部等效继电器电路定义和与传统继电器的区别。五、课程学习的方法及特点五、课程学习的方法及特点机床是机械制造行业最主要的生产设备，电动机是工业生产中使用最广的动力机。各种不同的生产过程对电动机提出了启动、停止（包括制动急停）、换向、调速及其保护等诸方面的控制要求。“机床电气控制技术”是以机床为主要媒介来研究电动机控制
19、技术的一门课程。本课程是专业技术课程，内容广泛，课程的实践性很强，只有在学习中密切联系实际，加强实验，注意前后课程之间的知识连贯，才能真正掌握有关知识。始终明确本课程的主线是机床电气控制，应重在控制线路分析与设计方法，结合典型案例进行认真学习，一方面从概念上进行理解，另一方面通过作业练习和案例分析加深理解和运用，注重实际问题的解决。机床电气控制技术课程和机械类专业的其他课程相比，有其显著特点，在学习时要注意：1、理解机床电气控制技术是解决机床电力拖动自动控制的概念。2、注重实际机床控制线路，熟悉最基本、最典型的控制线路及控制实例。掌握机床电气控制的基本原理和方法。3、注重实践，以深入领会机床电
20、气控制原理与应用方法。六、课程学习材料六、课程学习材料1 1、课程基本教材、课程基本教材齐占庆主编 机床电气控制技术 机械工业出版社 1993.52 2、课程主要辅导材料、课程主要辅导材料（1）机床电气控制技术教学实录光盘，马有良、岳大鑫等主讲（2）机床电气控制技术课程学习指导书，马有良主编（3）西南科技大学继续教育网（）的学习平台3 3、参考资料、参考资料（1）齐占庆，机床电气自动控制M，北京：机械工业出版社 1987 年（2）朱英韬，工厂电气控制技术M，北京：北京工业大学出版社（3）杨长能，可编程序控制器基础及其应用M，重庆：重庆大学出版社4 4、其他辅助学习材料、其他辅助学习材料（1）制
21、造技术与机床杂志（2）组合机床与自动化杂志（3）机床与液压杂志七、课程结构导航与学习建议七、课程结构导航与学习建议篇章篇章篇篇章章第一章机床控制线路的基本环节第二章机床电气控制线路分析教学内容教学内容机床电气控制系统图控制线路基本环节车床电气控制线路铣床电气控制线路组合机床电气控制线路低压电器的基本知识第三章机床电气控制线路的设计及电气元件的选择常用低压电器的选择控制线路设计的一般内容控制线路设计综述电气调速系统概述第四章直流自动调速系统直流调速原理SCR-M 调速系统PWM 调速系统第五章交流调速系统PLC编程篇交流调速系统概述串级调速系统变频调速系统PLC 的原理与特点编程语言与指令PLC 的开发应用合计合计理论学时理论学时比例比例8%20%6%4%2%2%4%2%4%2%2%2%2%2%2%2%2%4%12%84%实践学时实践学时比例比例8%8%16%机床电气篇调速系统篇第六章可编程序控制器及其应用八、考核要求、方式与成绩评定八、考核要求、方式与成绩评定考核要求：考核要求：教材中教学大纲所要求掌握的内容。考核方式：考核方式：笔试。成绩评定：成绩评定：选用百分制模式，平时考查与期末考试相结合。