专业软启动器及成套控制设备生产厂家
专业软启动器及成套控制设备生产厂家（二）、下面是同学们必须掌握的知识点，在复习中一定要真正理解，并能灵活运用。图号为教材中的图号
一、数控机床来加工时，对机床的运动来控制，归纳起来可分为哪几种类别的控制？
答：数字控制机床来加工时，数控系统一定要按照工件加工的要求对机床的运动来控制，归纳起来可分为三种类别的控制：
2、进给控制即用电气自控驱动替代了人工机械驱动，数字控制机床的进给运动是由进给伺服系统完的。
3、辅助控制数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外，还要对机床的各种开关状态来控制，这部分功能一般由可编程序逻辑控制器（PLC）实现。
答：数字控制机床控制管理系统的基本组成包括输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电气逻辑控制装置、位置检测装置，如图1.3所示。
点位控制数字控制机床的数控装置只要求能够精确地控制从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不管是按什么轨迹运动，在移动过程中不进行任何加工。
直线控制数字控制机床一般要在两点间移动的同时来加工，所以不仅要求有准确的定位功能，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动，而且对运动的速度也要进行控制。
轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制功能。其特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。它不仅控制起点和终点位置，而且要控制工艺流程中每一点的位置和速度，加工出任意形状的曲线或曲面组成的复杂零件。
这类数字控制机床没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号流程是单向的，其精度主要决定于驱动元件和伺服电机的性能，开环数字控制机床所用的电动机主要是步进电动机。
闭环控制管理系统是指在机床的运动部件上安装位置测量装置。伺服系统采用交伺服电动机、直流伺服电动机。
半闭环控制管理系统是在开环系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置。位置检测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上，而是中间经过物理运动部件的位置转换（称为间接测量）。
答：低压断路器又称自动空气开关，它不但能用于正常工作时不频繁接通和断开的电路，而且当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备。因此，低压断路器在机床上使用得越来越广泛。
答：接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载（如电动机）的主电路自动控制电器。接触器按其主触头通过电流的种类不同，分为交流、直流两种，机床上应用最多的是交流接触器。
三、继电器的作用是什么？电流继电器与电压继电器在结构上的主要区别是什么？
答：继电器是一种根据某种输入信号的变化，而接通或断开控制电路，实现控制目的的电器。继电器的输入信号可以是电流、电压等电学量，也可以是温度、速度、时间、压力等非电量，而输出通常是触头的动作（断开或闭合）。
电流继电器与电压继电器在结构上的区别主要是线圈不同。电流继电器的线圈匝数少、导线粗，与负载串联以反映电路电流的变化。电压继电器的线圈匝数多、导线细，与负载并联以反映其两端的电压。
中间继电器实际上也是一种电压继电器，只是它具有数量较多、容量较大的触点，起到中间放大的作用。
答：接近开关又称无触点行程开关。当运动着的物体在一些范围内与之接近时，接近开关就会发生物体接近而“动作”的信号，以不直接接触方式控制运动物体的位置。
接近开关多为三线制。三线制接近开关有二根电源线V）和一根输出线。输出有常开、常闭两种状态。
答：热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器，大多数都用在电动机或其他负载的过载保护。当负载电流大于整定电流值并经过一段时间后，发热元件所产生的热量使双金属片受热弯曲，带动动触点与静触点分断，切断电动机的控制回路，使接触器线圈断电释放，从而断开主电路，实现对电动机的过载保护。由此可见，热继电器由于热惯性，当电路短路时不能立即动作使电路立即断开，因此不能作短路保护。
答：电气控制管理系统图有三类：电气原理图、电器元件布置图和电气安装接线．电气原理图
电气原理图是表达所有电器元件的导电部件和接线端子之间的相互关系。根椐便于阅读和分析线路及简单清晰的原则，采用标准电气元件图形符号绘制。
电气元件布置图主要用来表明各种电气元件在机械设备上和电气控制柜中的实际安装的地方，为机械电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料。
电气安装接线图是用规定的图形符号，根据原理图，按各电器元件相对位置绘制的实际接线图，它清楚地表明了各电器元件的相对位置和它们之间的电路连接的详细信息。
答：为了减小起动电流，电动机在起动时应采取了适当的措施。三相笼型电动机有直接起动（全电压起动）和间接起动（降压起动）两种方式。直接起动是一种简单、可靠、经济的起动方式，适合小容量电动机。对于较大容量（大于10KW）的电动机，因起动电流大（可达额定电流的4～7倍），一般都会采用减压起动方式来降低起动电流。
答：闭环伺服系统的一般结构通常由位置环和速度环组成。速度环速度控制单元是一个独立的单元部件，它由伺服电动机、伺服驱动装置、测速装置及速度反馈组成；位置环由数控系统中的位置控制、位置检测装置及位置反馈组成。
图4.2a)为三相反应式步进电动机的结构图。它是由转子、定子及定子绕组所组成。定子上有六个均布的磁极，直径方向相对的两个极上的线圈串联，构成电动机的一相控制绕组。下面我们分析步进电动机的工作原理：
图4.2b)所示为反应式步进电动机工作原理示意图。其定子、转子是用硅钢片等软磁材料制造成的，定子上有A、B、C三对磁极，分别绕有A、B、C三相绕组。三对磁极在空间上相互错开120°。转子上有4个齿，无绕组，它在定子磁场中被磁化而呈现极性。当定子A相绕组通电时，形成以A-A′为轴线的磁场，转子受磁场拉力作用而产生转矩，使转子的1、3齿和定子的A—A’极对齐，如图4.2b)所示；当A相断电、B相绕组通电时，以B-B′为轴线齿和定子的B-B′极对齐，转子将在空间逆时针转过30°角；当B相断电，C相绕组通电时，以C-C′为轴线齿和定子的C-C′极对齐，转子将在空间又逆时针转过30°角。如此按A→B→C→A的顺序通电，转子就会不断地按逆时针方向转动；如按A→C→B→A的顺序通电，转子就会不断地按顺时针方向转动。
从一相通电换到另一相通电，叫一拍；每一拍转子转动一步，每步转过角度叫步距角，用α表示。
答：步进电机的运行性能，不仅与步进电机本身和负载有关，而且与配套的驱动装置有着十分密切的关系。步进电动机驱动装置由脉冲分配器、功率放大电路两大部分所组成，如图4.5所示。其中，步进电动机功率放大驱动电路完成由弱电到强电的转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需的具有一定功率的电流信号。
四、进给伺服装置和主轴伺服装置分别采取了什么伺服电动机？数字控制机床常用的位移执行机构有哪些种类？并比较直流与交流伺服电动机的优劣。
答：主轴伺服装置一般都会采用交流异步伺服电动机，进给伺服装置一般都会采用永磁同步伺服电动机。
由于直流伺服电动机存在着一些固有的缺点，（比如，有电刷，限制了转速的提高，而且结构较为复杂，价格贵），使其应用环境受到限制。交流伺服电动机没有这些缺点，且转子惯量较直流电动机小，使得动态响应好，因此，交流伺服系统得到了迅速发展，已形成潮流。从20世纪80年代后期开始，大量使用交流伺服系统，目前，已基本取代了直流电动机。
五、试阐述交流伺服电动机的工作原理。并分析如图4.20所示的θ夹角与负载转矩的关系。
答：如图4.20所示，交流伺服电动机的转子是一个具有两个极的永磁体(也可以是多极的)。按照电动机学原理，当同步型电动机的定子三相绕组接通三相交流电源时，就会产生旋转磁场(Ns，Ss)以同步转速ns逆时针方向旋转。根据两异性磁极相吸的原理，定子磁极Ns(或Ss)紧紧吸住转子，以同步转速ns在空间旋转，即转子和定子磁场同步旋转。
当转子加上负载转矩后，转子磁极轴线将落后定子磁场轴线一个θ夹角。转子的负载转矩增大时，定子磁极轴线与转子磁极轴线间的夹角θ增大；当负载转矩减小时θ角减小。
从上面的公式能看出：平滑改变定子供电频率f1而使转速平滑变化，这就是变频调速方法。这是交流电动机的一种理想调速方法。目前，数字控制机床主要是采用变频调速等先进交流调速技术。
七、正弦波脉宽调制(SPWM)变频器采用的重要理论基础是什么？并以此阐述正弦波脉宽调制(SPWM) 逆变器的基本原理。
答：在采样控制理论中有一个重要结论，冲量(窄脉冲的面积)相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。电动机就是一个惯性的环节，该结论是SPWM控制的重要理论基础。
SPWM逆变器输出的是正弦脉宽调制波,如图4.24b)所示。其工作原理是若把一个正弦半波分成N等分，然后把每一等分的正弦曲线与横坐标轴所包围的面积，都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，这样可得到N个等高而不等宽的脉冲序列。根据上述冲量相等效果相同的原理，该矩形脉冲序列与正弦半波是等效的。如果对正弦波的负半周也做同样处理，即可得到相应的2N个脉冲，这就是与正弦波等效的正弦脉宽调制波，如图4.24所示。通过对等效的正弦脉宽调制波的脉冲调制，就等于调整了输出的正弦波频率。
1、稳定可靠、抗干扰能力强。数字控制机床的工作环境存在油污、潮湿、灰尘、冲击振动等，检测装置要能够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受环境和温度影响小，能够抵抗较强的电磁干扰。
2、满足精度和速度的要求。为保证数字控制机床的精度和效率，检测装置一定要有足够的精度和检测速度，位置检测装置分辨率应高于数字控制机床的分辨率一个数量级。
3、安装维护方便、成本低廉。受机床结构和应用环境的限制，要求位置检测装置体积小巧，便于安装调试。尽量选用价格低，性能价格比高的检测装置。
数字控制机床加工精度，在很大程度上取决于数字控制机床位置检测装置的精度，因此，位置检测装置是数控机床的核心部件之一，它对于提高数字控制机床的加工精度有决定性的作用。
答：根据位置检测装置安装形式和测量方式, 数字控制机床测量方式可按以下几种方式分类：
增量式位置检测是：只测位移增量，每检测到位置移动一个基本单位时，输出一个脉冲波，通过脉冲计数便可得到位移量。
2、直接测量和间接测量按被测量和所用检测元件的位置关系，可分为直接测量和间接测量。
若位置检测装置所测量的对象就是被测量本身，叫做直接测量。采用安装在电机或丝杠轴端的回转型检测元件间接测量机床直线位移的检测的新方法，叫做间接测量。
答：位置检测装置安装在伺服驱动系统中，由于所测量的各种物理量是一直在变化的，因此传感器的测量输出必须能准确、快速地跟随并反映这些被测量的变化。位置检测装置的主要性能指标包括如下几项内容。
1、精度符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确程度称作精度，数字控制机床用传感器要满足高精度和高速实时测量的要求。数字控制机床加工精度，在很大程度上取决于数字控制机床位置检测装置的精度。
2、分辨率位置检测装置能检测的最小位置变化量称作分辨率。分辨率应适应机床精度和伺服系统的要求。分辨率的高低，对系统的性能和运行平稳性具有很大的影响。一般按机床加工精度的1／3～1／10选取检测装置的分辨率。
3、灵敏度输出信号的变化量相对于输入信号变化量的比值为灵敏度。实时测量装置不但要灵敏度较高，而且输出、输入关系中各点的灵敏度应该是一致的。
答：旋转编码器是一种旋转式的角位移检测装置，在数字控制机床中得到了广泛的使用。旋转编码器通常安装在被测轴上，随被测轴一起转动，直接将被测角位移转换成数字(脉冲)信号，所以也称为旋转脉冲编码器，这种测量方式没有累积误差。旋转编码器也可用来检测转速。
当光电盘随被测工作轴一起转动时，每转过一个缝隙，光电管就会感受到一次光线的明暗变化，使光电管的电阻值改变，这样就把光线的明暗变化转变成电信号的强弱变化，而这个电信号的强弱变化近似于正弦波的信号，经过整形和放大等处理，变换成脉冲信号。通过计数器计量脉冲的数目，即可测定旋转运动的角位移；通过计量脉冲的频率，即可测定旋转运动的转速，测量结果能通过数字显示装置进行显示或直接输入到数控系统中。
增量式光电编码器外形结构见图5.2。实际应用的光电编码器的光栏板上有两组条纹A、A和B、B，A组与B组的条纹彼此错开1／4节距，两组条纹相对应的光敏元件所产生的信号彼此相差90°相位，用于辨向。
此外，在光电码盘的里圈里还有一条透光条纹C(零标志刻线)，用以每转产生一个脉冲，该脉冲信号又称零标志脉冲，作为测量基准。
第6章数字控制机床的可编程控制器（PLC）一、最初，可编程控制器是用来替代哪类传统控制电器的？目前它一般用来实现数字控制机床的哪类控制功能？
答：传统的继电接触器控制具有结构相对比较简单、易于掌握、价格实惠公道等优点，在工业生产里应用甚广。但是，这些控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是传统的继电器—接触器控制采用的是固定接线方式，一旦生产的全部过程有所变动，就得重新设计线路和连线安装，不利于产品的更新换代，目前大都用可编程控制器取代。
可编程控制器用来实现控制数字控制机床的主轴起／停、换刀、冷却液开／停等辅助控制功能。
答：PLC内部硬件结构框图如图6.1所示。硬件主要由中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出接口、编程器、电源等几部分组成。
工业生产一般对控制设备的可靠性有很高的要求：要能够在恶劣的环境中可靠地工作，控制设备应有着非常强的抗干扰能力。
PLC是一种存储程序控制器，其输入和输出设备与继电接触器控制管理系统类似，但它们可直接连接在PLC的I/O端。
编程简单是PLC优于微机的另一特点。PLC的设计宗旨之一是方便使用，目前大多数的PLC均可采用与实际电路接线图非常接近的梯形图编程，这种编程语言形象直观，易于掌握，只要具有一定电工和工艺知识的人就可在短时间内学会。
现代的PLC不仅仅具备逻辑运算、定时、计数、步进等功能，而且还能完成A/D（模拟量/数字量）、D/A（数字量/模拟量）转换，数字运算和数据处理以及通信联网、生产的全部过程控制等。
PLC采用了半导体集成电路，外观尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约l.2W。
答：1、梯形图中仍然采用了“继电器”这一名称，但它们不是真正的物理继电器，而是PLC内部的编程元件，称为“软继电器”。每一个编程元件与PLC元件映像器的一个存储单元对应，当相应存储单元为“l”时，表示继电器线圈“通电”，则其动合触点闭合，动断触点断开，反之亦然。
2、继电器控制电路中继电器触点作为客观存在的物理触点，其数量是有限的。而梯形图中触点的状态实际是指PLC内部相应存储单元的状态，而存储单元的状态是可以无限次读取的，所以梯形图中“软继电器”的触点在编程时可无限次使用，但正常的情况下，某个编号的继电器线圈只可以使用一次。
梯形图是各种PLC通用的一种图形编程语言，在形式上类似于继电器控制电路，它直观、易懂，是目前应用最多的一种编程语言。
语句表又叫做指令表，在形式上类似于计算机汇编语言，它是用指令的助记符来编程的，通常一条指令由步序号、助记符和元件号三部分组成。
如图6.10所示的逻辑操作指令功能是：当输入点I0.0与输入点I 0.1的状态都为“1”（即接通状态）时，输出Q 0.0为“l”，上面的输入点I0.0与输入点I 0.1的逻辑关系为“与”；而输入点I0.0或输入点I0.1只要某一个为“l”状态，即可使Q 0.2输出“l”，这时输入点I0.0与输入点I 0.1的逻辑关系为“或”。
分析：图6.13所示的程序中第一段为“或”装载关系，第二段为“与”装载关系。也就是说：第一段的OLD指令把两个串联环节“并联”起来，而第二段的ALD指令把两个并联环节“串联”起来。
图6.14所示为S／R指令应用，实例中，当I0.O、I0.1都为低电平时，QO.O保持原来的状态；当I0.O、I0.1有一个高电平时，高电平的信号影响Q0.O的状态；当I0.0、I0.1都为高电平时，写在后面的指令优先影响Q0.0的状态。