電機與電氣控制及PLC

前言

　　目前，電氣控制技術(shù)在現(xiàn)代化生產(chǎn)和實踐中發(fā)揮著越來越大的作用。電機與電氣控制技術(shù)是綜合了機床設(shè)備、電氣控制和PLC應(yīng)用的一門新興技術(shù)，是實現(xiàn)機械加工、工業(yè)生產(chǎn)及其他各個領(lǐng)域自動化的重要技術(shù)之一，是機械設(shè)計制造及其自動化、機械電子工程（機電一體化）、數(shù)控機床、工業(yè)自動化等專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，應(yīng)用特別廣泛。該課程的教學目的是使學生掌握典型機床加工設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)組成、生產(chǎn)工藝過程、對電氣控制的要求，以及傳統(tǒng)機床設(shè)備電氣控制特點，并了解傳統(tǒng)機電技術(shù)上的不足，從而采用先進的PLC技術(shù)加以改造和研發(fā)創(chuàng)新，是一門工學結(jié)合、學用一致、理論聯(lián)系生產(chǎn)實際、能有效培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)的應(yīng)用技術(shù)?！　∽畛醯碾姎饪刂浦饕抢^電接觸器邏輯控制系統(tǒng)，隨著生產(chǎn)技術(shù)的進步和生產(chǎn)過程的復(fù)雜化，可編程序控制器（PLC）技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并且發(fā)展極為迅速，現(xiàn)已成為電氣控制技術(shù)的主流。PLC被排在現(xiàn)代工業(yè)四大支柱（PLC、數(shù)控機床、工業(yè)機器人、CAD/CAM）之首位，其推廣應(yīng)用的程度已被作為衡量一個國家先進水平的重要標志。雖然PLC可以取代繼電接觸器邏輯控制，但在傳統(tǒng)的機電傳動控制中，繼電接觸器邏輯控制仍是主要的電氣控制方式。而PLC本身就是在繼電接觸器邏輯控制技術(shù)上發(fā)展起來的，學好繼電接觸器邏輯控制系統(tǒng)也是學習PLC的基礎(chǔ)。此外，電氣控制系統(tǒng)中對電機的啟動、調(diào)速和制動控制也是控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容之一，因此對于電氣控制系統(tǒng)設(shè)計，電機的原理和特性也是必備的基本內(nèi)容?！　∧壳皥D書市場上很少有將機床電機、電氣控制和PLC應(yīng)用技術(shù)三者融會貫通的教材。大部分電氣控制和PLC教材中缺少對電機特性的介紹，使得學生在設(shè)計電機啟動、調(diào)速、制動控制時欠缺必要的理論基礎(chǔ)?？紤]到大多數(shù)機械類專業(yè)缺乏控制理論和電機知識，因此本書將電機的工作原理、啟動、調(diào)速、制動及控制方法作了必要的介紹。然后介紹繼電接觸器邏輯控制系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上介紹PLC的原理和應(yīng)用?！　〈髮W生素質(zhì)和技能教育的教學改革必須從教材改革入手，電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)課程的教學目的和宗旨就是要學生學會機床電氣控制技術(shù)和PLC應(yīng)用技術(shù)，并把兩種技術(shù)能有機地融合在一起，用先進的PLC技術(shù)改造傳統(tǒng)落后的機床及機械設(shè)備，設(shè)計出現(xiàn)代化的機床PLC控制系統(tǒng)，達到工學結(jié)合、理論教學服務(wù)于生產(chǎn)實踐的目的。　　本書編者多年來一直從事“機電一體化”新學科的教學和科研工作，一直承擔著電氣控制與PLC技術(shù)這門新專業(yè)課的教學任務(wù)。本書的編寫正是從實際的工程應(yīng)用出發(fā)，努力培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和技能，力求設(shè)計實例豐富，可讀性、可用性和實踐性強，學生通過學習和參考此書，能對傳統(tǒng)機床及機械設(shè)備進行PLC技術(shù)改造和創(chuàng)新設(shè)計，將機床電機、電氣控制和PLC應(yīng)用技術(shù)三者融合，尤其是把PLC技術(shù)真正用在機床設(shè)備的技術(shù)改造和創(chuàng)新設(shè)計上?！　”緯鴮膶嵱玫慕嵌瘸霭l(fā)，以培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和工程實踐創(chuàng)新能力為主線，突出工藝要領(lǐng)與操作，既注重傳統(tǒng)技能的培養(yǎng)，又注重高新技術(shù)應(yīng)用能力的開發(fā)。書中詳細介紹機床中常用交直流電動機的工作原理和特性，低壓電器的結(jié)構(gòu)組成、圖形符號、工作原理、使用說明，機床電氣控制的基本電路環(huán)節(jié)，西門子S7－200系列PLC的原理與應(yīng)用，典型機床電氣控制電路和PLC控制電路的分析與設(shè)計等內(nèi)容。重點放在PLC程序的設(shè)計方法上，因而具有知識新、實用性和綜合性強等特點?！　∮捎陔姎饪刂婆cPLC控制本是起源于同一體系，只是發(fā)展的階段不同，在理論和應(yīng)用上是一脈相承的，因此本書將機床電氣控制技術(shù)和PLC應(yīng)用技術(shù)的內(nèi)容編寫在一起，能夠更好地體現(xiàn)出它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，使本書的結(jié)構(gòu)和理論基礎(chǔ)系統(tǒng)化，并更具有科學性和先進性。本書注意精選內(nèi)容，結(jié)合實際，突出應(yīng)用，注重實例。在內(nèi)容編排上循序漸進、由淺入深，在內(nèi)容闡述上力求簡明扼要、圖文并茂、通俗易懂，便于教學和自學。　　本書可作為普通高等院校機械電子工程、機械設(shè)計制造及自動化、數(shù)控機床、汽車專業(yè)等相關(guān)專業(yè)的本、?？平滩募皡⒖紩?；也可供工礦企事業(yè)單位的工程技術(shù)人員學習掌握機床電氣控制與PLC技術(shù)以及在設(shè)計改造傳統(tǒng)機床、機電控制設(shè)備的應(yīng)用中參考；尤其是在該課程計劃教學課時普遍不足的情況下，適合廣大初中級電工及工控技術(shù)愛好者自學之用，也可作為技術(shù)培訓及在職技術(shù)人員進修學習之用，是一部理想的自學專業(yè)教材。　　本書的編寫既是編者多年來教學和實踐經(jīng)驗的概括和總結(jié)，又博采了目前各教材和著作的精華。參加該書編寫工作的有趙俊生（選題、立項、制定編寫大綱和前言、第1、8、9章）、樊文欣（第6章）、張保成（第2、7章）、原霞（第3、4、5章），全書由趙俊生主持編寫和負責統(tǒng)稿。本書由王愛玲教授擔任主審，她對本書的編寫提供了大力支持，并提出了寶貴的意見，在此表示衷心的感謝！　　一本新書的出版一般都是在認真總結(jié)和引用前人知識和智慧的基礎(chǔ)上創(chuàng)新發(fā)展起來的，本書的編寫也參考和引用了許多前人優(yōu)秀教材與研究成果的精華。在此向本書所參考和引用的資料、文獻、教材和專著的編著者表示誠摯的敬意和感謝！　　本書是21世紀新編教材，既要凸現(xiàn)工學結(jié)合、學用一致、理論密切聯(lián)系生產(chǎn)實際、“教、學、做”一體化等教學特色，又要注重對大學生素質(zhì)和技能的培養(yǎng)和提高，所以難度較大。鑒于編者的水平和經(jīng)驗有限，書中難免有不足、疏漏之處，懇請專家和讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書以機床常用電機為對象，以電氣控制為主線，對工業(yè)中廣泛應(yīng)用的電氣與PLC控制技術(shù)進行分析和講解，主要由電機原理及特性、電氣控制、PLC控制三部分內(nèi)容組成。    第一部分在闡述交、直流電機工作原理的基礎(chǔ)上，分析講解了交、直流電機的啟動、制動、調(diào)速特性，為后續(xù)的電機控制奠定了理論基礎(chǔ)。第二部分選取目前常用的低壓電器進行講解，精選大量基本控制電路進行分析，突出電氣控制的基本原理和邏輯控制思想；并通過對典型電氣控制系統(tǒng)的分析及設(shè)計方法的講解，增強讀者對工程控制電路的分析能力和實際設(shè)計能力。第三部分在傳統(tǒng)的電氣控制基礎(chǔ)上，對PLC的工作原理及控制方法進行闡述，并以西門子S7-200為例，重點介紹了PLC控制的編程方法，并通過工程應(yīng)用實例，使讀者進一步加強PLC的應(yīng)用能力。    本書可作為普通高等院校機械電子工程、機械設(shè)計制造及其自動化、數(shù)控機床、汽車等專業(yè)的相關(guān)教材，也可選作相關(guān)專業(yè)高職高專教材，亦可供工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 概述  1.1 電機與電氣控制的目的和任務(wù)  1.2 電機與電氣控制技術(shù)的發(fā)展概況    1.2.1 電機拖動的發(fā)展    1.2.2 電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展  1.3 課程的性質(zhì)和任務(wù)  1.4 課程的內(nèi)容安排第2章 電機拖動系統(tǒng)的動力學基礎(chǔ)  2.1 單軸電機拖動系統(tǒng)    2.1.1 單軸電機拖動系統(tǒng)的運動方程式    2.1.2 系統(tǒng)的運動狀態(tài)分析    2.1.3 系統(tǒng)運動方向  2.2 多軸電機拖動系統(tǒng)    2.2.1 負載轉(zhuǎn)矩的折算    2.2.2 轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算  2.3 典型負載的機械特性    2.3.1 恒轉(zhuǎn)矩型機械特性    2.3.2 離心機型機械特性    2.3.3 恒功率型機械特性    2.3.4 直線型機械特性  2.4 電機拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件  習題與思考題第3章 控制系統(tǒng)常用低壓電器  3.1 低壓電器分類    3.1.1 低壓電器的組成    3.1.2 低壓電器的分類    3.1.3 對低壓電器的要求及選用原則  3.2 開關(guān)及主令電器    3.2.1 刀開關(guān)    3.2.2 組合開關(guān)    3.2.3 自動空氣開關(guān)    3.2.4 按鈕    3.2.5 行程開關(guān)  3.3 熔斷器    3.3.1 熔斷器的工作原理    3.3.2 熔斷器的選擇與使用    3.3.3 熔斷器的型號含義和技術(shù)參數(shù)  3.4 交流接觸器    3.4.1 交流接觸器的組成和工作原理    3.4.2 交流接觸器的選擇和使用    3.4.3 交流接觸器的型號含義和技術(shù)參數(shù)  3.5 繼電器    3.5.1 電磁式繼電器    3.5.2 時間繼電器    3.5.3 熱繼電器    3.5.4 速度繼電器  3.6 常用低壓電器基本控制線路    3.6.1 點動控制    3.6.2 聯(lián)鎖控制線路    3.6.3 多點控制線路    3.6.4 順序控制線路    3.6.5 正反轉(zhuǎn)控制線路    3.6.6 自動往復(fù)循環(huán)控制  習題與思考題第4章 直流電機特性及控制  4.1 直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理    4.1.1 直流電機的基本結(jié)構(gòu)    4.1.2 直流電機的工作原理    4.1.3 感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩    4.1.4 直流電動機的分類  4.2 直流他勵電動機的機械特性    4.2.1 機械特性的一般形式    4.2.2 固有機械特性    4.2.3 人為機械特性  4.3 直流他勵電動機的啟動特性及控制    4.3.1 啟動特性    4.3.2 啟動方法    4.3.3 啟動控制  4.4 直流他勵電動機的調(diào)速特性  ……第5章 三相異步電動機特性及控制第6章 生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計第7章 PLC結(jié)構(gòu)與工作原理第8章 S7-200PLC編程元件及指令系統(tǒng)第9章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用實例參考文獻

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