重大2015年机械电气控制及自动化 ( 第3次作业 ).doc

1、 第 3 次作业 一、填空题（本大题共 10 分，共 5 小题，每小题 2 分） 1. 变频调速是以一个 _ 、 _ 可变的电源，向异步 (或同步 )电动机供电，从而调节电动机转速的方法。 2. 熔体的额定电流 _ 熔体的最小熔化电流。 3. 数控装置的存储器用于存储 _ 和 _ 。它一般包括存放系统程序的 _ 和存放中间数据的 _ 两部分。 4. 摇臂钻床的主运动包括两个方面，它们是 _ 运动和 _ 运动。 5. 要得到宽调速范围 ，且静差度又要可能小，只有减小 _ ，实现的方法是提高调速系统的 _ ，引入 _ 反馈环节。 二、计算题（本大题共 20 分，共 2 小题，每小题 10 分） 1

2、. 一个转速负反馈系统的总放大倍数为 15，额定负载下电动机的转速降落为10r/min，如果放大倍数提高到 30，它的转速降落为多少？在静差度不变的条件下，调速范围可以扩大多少倍？ 2. 如图所示为某一短时工作制电机的负载图，试就下述两种情况从发热验算的角度给出所需电动机的最小扭矩。 （ 1）若选过载系数为 2 的长期工作 制电机。 （ 2）若选专为短时工作制设计的电机。 三、简答题（本大题共 30 分，共 5 小题，每小题 6 分） 1. 什么是数控系统的进给驱动系统？进给驱动系统的作用是什么？ 2. 如图所示为速度继电器原理示意图，试回答：（ 1）速度继电器的用途是什么？（ 2）分析速度继

3、电器的工作原理。 速度继电器原理图 3. 电动机有哪几种工作制度？以工作时间和温升情况分别加以阐述。 4. 数控系统接口电路的主要任务是什么？ 5. 在数控机床中， CNC 装置和 PLC 各控制什么？如何协调协调配合共同完成数控的控制 ？ 四、分析题（本大题共 20 分，共 2 小题，每小题 10 分） 1. 什么叫零压保护？什么叫欠压保护？按钮自锁电路是否具有零压和欠压保护？ 2. 试比较 PLC 与单片机、单板机、个人计算机、工业控制计算机在工业控制方面有哪些优势？并列举 PLC 的主要用途？ 五、设计题（本大题共 20 分，共 2 小题，每小题 10 分） 1. 要求： SB1 实现电

4、机停止， SB2 实现电机起动，接触器 KM 用来实现自锁，试设计绘制异步电机直接起动控制线路原理图。 2. 设计某自动钻床的工作循环电气控制图，要求能实现从位置 1 到位置 2 的 工进，在 2 处设置行程开关 SQ2，到达位置 2 时自动返回，返回到 1 处自动停止。试设计控制电路图。 答案： 一、填空题（ 10 分，共 5 题，每小题 2 分） 1. 参考答案： 电压；频率 解题方案： 评分标准： 2. 参考答案： 小于 解题方案： 评分标准： 3. 参考答案： 系统软件（或控制软件）；零件加工程序； EPROM； RAM 解题方案： 评分标准： 4. 参考答案： 主轴的旋转运动；进给运

5、动 解题方案： 评分标准： 5. 参考答案： 静态转速降；机械特性硬度；负反馈 解题方案： 评分标准： 二、计算题（ 20 分，共 2 题，每小题 10 分） 1. 参考答案： 解题方案： 评分标准： 2. 参考答案： 解题方案： 评分标准： 三、简答题（ 30 分，共 5 题，每小题 6 分） 1. 参考答案： 进给驱动系统是 CNC 装置和机床的联系环节。 CNC 装置发出的控制信息，通过进给驱动系统，转换成坐标轴的运动，完成程序所规定的操作。进给驱动系统是数控的重要组成部件。进给驱动系统的作用可归纳如下： (1) 放大 CNC 装置的控制信号，具有功率输出的能力 。 (2) 根据 CNC

6、 装置发出的控制信号对机床移动部件的位置和速度进行控制。 解题方案： 评分标准： 2. 参考答案： （ 1）速度继电器用作笼型异步电机的反接制动控制； （ 2）当电动机转动时，速度继电器的转子随之转动，定子内的短路导体便切割磁场而产生感应电热和电流，此电流与旋转的转子磁场作用产生转矩，使定子转动。当转到一定角度时，装在定子轴上的摆锤拨动簧片式动触头动作，使常闭触头分断，常开触头闭合。当电机转速低于某一数值（一般为100r/min），所产生的转矩减小到一定程度时，簧片式触头复 位。 解题方案： 评分标准： 3. 参考答案： 电动机有以下三种工作制度： 长期工作制：工作时间长，温升可达到稳定值；

7、断续周期工作制：工作时间 和停歇时间 都很短，在工作时间内温升达不到稳定值，而在停歇时间 内又降不到零，经过一个周期后温升有所上升，最后温升将在某一范围内波动。 短时工作制：工作时间 很短，温升未达到稳定值，而停歇时间很长，温升可以降为 0。 解题方案： 评分标准： 4. 参考答案： (1) 进行电 平转换和功率放大。 (2) 提高数控装置的抗干扰性能，防止外界的电磁干扰噪声而引起误动作。 (3) 输入接口接收机床操作面板的各开关信号、按钮信号、机床上的各种限位开关信号及数控系统各个功能模块的运行状态信号，若输入的是触点输入信号，要消除其振动。 (4) 输出接口是将各种机床工作状态灯的信息送到

8、机床操作面板上显示，将控制机床辅助动作信号送至电柜，从而控制机床主轴单元、刀库单元、液压单元、冷却单元等的继电器和接触器。 解题方案： 评分标准： 5. 参考答案： CNC 装置和 PLC 协调配合共同完成数 控的控制，其中 CNC 装置主要完成与数字运算和管理等有关的功能，如零件程序的编辑、插补运算、译码、位置伺服控制等， PLC 主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求，它接受 CNC 装置的控制代码 M 指令（辅助功能）、 S 指令（主轴转速）、 T 指令（选刀、换刀）等动作信息，对其进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应开关动作，如工件的装夹、刀具的更换

9、、冷却液的开与关等一些辅助动作，它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往 CNC 装置，用于加工过程的控制。 解 题方案： 评分标准： 四、分析题（ 20 分，共 2 题，每小题 10 分） 1. 参考答案： 零压保护是指当设备在运转时，电源电压若因某种原因瞬时消失，机械停转，当电源电压恢复时，若电动机自行起动，可能造成设备的损坏甚至人身事故。防止这种现象的保护叫零压保护。 欠压保护是指因电源电压过分降低引起一些电器释放，造成控制线路工作不正常，可能引起事故。另一方面，电压降低，电动机转矩显著降低，影响电动机正常运行，严重时会引起 “ 堵转 ”( 即电动机

10、接通电源但不转动 )的现象，电动机长期处于 “ 堵转 ” 状态会损 坏电机。故需要在电源电压降到一定允许值以下将电源切断。 按钮自锁电路也具备零、欠压保护作用。当电源消失或电源电压过分降低时，按钮控制的接触器释放，切断电动机电源。当电压恢复，由于自锁触头仍断开，接触器线圈不会通电，电机不会自行起动。 解题方案： 评分标准： 2. 参考答案： PLC 与其他的计算机控制相比较具有显著的特点。 个人计算机 (如 IBM-PLC AT)具有很强的数据处理能力。如用于控制，还需附加专用的 I/O 接口。但它们对环境要求很高，抗干扰能力不强，一般不适于工业现场使用。 单板机开发能力弱、功能有限。不但难于

11、满足复杂控制的要求，而且还必须进行二次开发 (接口设计 )才能应用。 单片机要用于工业控制，一般还要附加配套的集成电路和 I/O 接口。用户必须完成大量的硬件设计和制作工作，这是甚为头疼的。 工业控制计算机也是为工业控制专门设计的。它的功能很强，但价格很高。若用于开关量控制有 “ 杀鸡用牛刀 ” 之感。 以上各种计算机用于控制的程序大多是用汇编语言写的，工厂的电气工程师和操作维护人员较难掌握。 PLC 是专门为工业控制设计的一种计算机系统，是一种通用的控制 产品。 PLC 由于具有前述的优点，在工业控制领域内具有不可比拟的竞争力。 PLC 的应用领域：（ 1）开关量逻辑控制 ；（ 2）运动控制

12、 ；（ 3）闭环过程控制 ；（ 4）数据处理 ；（ 5）通讯。 解题方案： 评分标准： 五、设计题（ 20 分，共 2 题，每小题 10 分） 1. 参考答案： 异步电机直接起动控制线路原理图如下 解题方案： 评分标准： 2. 参考答案： 按下 SB2， KM1 线圈通电，电机正转，钻床刀架实现正向工进运行，当到达 2 处时，压下行程开关 SQ2， KM1 线圈失电，电动机正转电 路断电。与此同时， SQ2的复合触头闭合， KM2 线圈接通，实现电动机的自动反转，电机从 2 位置往 1方向返回。到达位置 1 时，压下行程开关 SQ1， KM2 线圈失电，整个电路断电，钻床刀架停止在 1 处。 解题方案： 评分标准：