《机电传动控制》2010版图书

绪论

第1章 机电传动断续控制

1.1 三相异步电动机

1.1.1 三相异步电动机的工作原理

1.1.2 三相异步电动机特性分析

1.1.3 异步电动机的起动和制动

1.2 常用低压电器

1.2.1 执行电器

1.2.2 检测电器

1.2.3 控制电器

1.2.4 保护电器

1.3 基本控制电路

1.3.1 电气控制原理图

1.3.2 三相异步电动机起动控制电路

1.3.3 三相异步电动机正反向运行控制电路

1.3.4 三相异步电动机制动控制电路

1.3.5 双速电动机控制电路

1.3.6 其它基本控制电路

1.3.7 电气保护电路

1.4 机电传动断续控制电路分析

1.4.1 通用机械设备电路分析

1.4.2 专用机械设备电路分析

1.5 机电传动断续控制电路设计

1.5.1 电气设计的一般原则

1.5 。2电动机容量的选择

1.5.3 电气原理图设计

1.5.4 常用电气元件选择

思考题和习题

第2章 可编程序控制器（H￡）及其应用

2.1 PLC的基本结构和工作方式

2.1.1 PLC的基本结构

2.1.2 PI』C的工作方式

2.2 PLC的编程器件和编程方式

2.2.1 PLC的编程器件

2.2.2 眦的编程方式

2.3 F1系列PLC及其指令系统

2.3.1 Fl系列PLc系统构成

2.3.2 Fl系列眦编程器件

2.3.3 Fl系列PIJC基本指令

2.4 PLC控制系统设计

2.4.1 眦控制系统设计步骤

2.4.2 PIJC移位寄存器控制方式应甩实戳

2.4.3 PLc步进梯形指令控制方式

应用实例

思考题和习题

第3章 步进电动机传动控制

3.1 步进电动机

3.1.1 步进电动机的结构与工作原理

3.1.2 小步距角步进电动机

3.1.3 步进电动机的分类

3.2 步进电动机的环形分配器

3.2.1 步进电动机的驱动方式

3.2.2 步进电动机的环形分配器

3.3 步进电动机的驱动电路

3.3.1 单电压限流型驱动电路

3.3.2 双电压驱动电路

3.3.3 斩波驱动电路

3.3.4 升频升压驱动电路

3.3.5 细分驱动电路

3.4 步进电动机的运行特性及使用

3.4.1 步进电动机的运行特性及影响因素

3.4.2 步进电动机的主要性能指标和应用

3.5 步进电动机的控制

3.5.1 步进电动机的开环控制

3.5.2 步进电动机的闭环控制

3.6 步进电动机驱动系统设计举例及传动控制应用实例

3.6.1 步进电动机传动控制在XY平面绘图机中的设计举例

3.6.2 步进电动机传动控制在数控立式铣床中的应用实例

3.6.3 步进电动机的PLC传动控制应用实例

思考题和习题

第4章 机电传动速度连续控制

4.1 概述

4.1.1 无级调速

4.1.2 调速静态技术指标

4.2 电力电子器件简介

4.2.1 电力电子器件的分类

4.2.2 电力电子器件的开关特性

4.3 直流电动机无级调速系统

4.3.1 他励直流电动机基本结构

4.3.2 他励直流电动机调速方法

4.3.3 可控整流电路

4.3.4 闭环控制直流调速系统

4.3.5 直流脉宽调速系统

4.4 交流电动机无级调速系统

4.4.1 交流变频调速和控制方式

4.4.2 晶闸管变频器异步电动机调速

系统

思考题和习题

第5章 机电传动伺服系统

5.1 伺服系统中主要元器件

5.1.1 直流伺服电动机

5.1.2 交流伺服电动机

5.1.3 伺服系统的测速与测角（位移）

5.2 伺服控制系统设计方法

5.2.1 伺服系统的组成

5.2.2 系统品质与系统特性

5.2.3 常用的线性补偿

5.2.4 复合控制技术

5.2.5 非线性补偿技术

5.3 伺服系统应用举例

5.3.1 运动控制专用微处理器

5.3.2 火炮方位伺服系统

思考题和习题

附录

参考文献

《机电传动控制》紧密结合典型机电自动控制系统，详细介绍了控制系统的组成以及设计方法。既有常用的电气控制方法，又有先进的控制技术。具有系统性、实用性和先进性。全书除绪论和附录外共分5章，第1章机电传动断续控制，第2章可编程序控制器（PLC）及其应用，第3章步进电动机传动控制，第4章机电传动速度连续控制，第5章机电传动伺服系统。每章末均有思考题和习题，也可供机电相关专业选用及有关科研和工程技术人员参考。

第1章 概述 1

1.1 机电传动控制的目的和任务 1

1.2 机电传动控制系统的发展 2

1.3 机电传动控制系统的基本要素和功能 4

1.4 控制系统的基本概念 6

1.5 机电传动控制系统的设计方法 7

习题与思考题 9

第2章 机电传动控制的数学模型 10

2.1 概述 10

2.1.1 数学模型的概念 10

2.1.2 机电控制系统数学模型的种类 11

2.2 机械传动系统的数学模型 15

2.2.1 机械移动系统 15

2.2.2 机械转动系统 19

2.3 电气传动系统的数学模型 21

2.3.1 电路网络 21

2.3.2 控制电动机 23

2.4 机电系统相似模型 26

2.5 机电一体化系统模型 30

2.5.1 直流伺服电动机 31

2.5.2 机械传动链 32

小结 36

习题与思考题 37

第3章 机电传动系统的驱动电动机 38

3.1 直流电动机 38

3.1.1 直流电动机的构造 38

3.1.2 直流电动机的工作原理 39

3.1.3 直流电动机的分类 40

3.1.4 直流电动机的特性 40

3.1.5 直流电动机的运行与控制 42

3.2 三相异步电动机 43

3.2.1 三相异步电动机的结构与转动原理 43

3.2.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 47

3.2.3 三相异步电动机的铭牌和技术数据 49

3.2.4 三相异步电动机的选择 50

3.3 单相异步电动机 51

3.3.1 单相异步电动机的工作原理 52

3.3.2 单相异步电动机的主要类型 53

3.3.3 单相异步电动机的应用 55

3.4 伺服电机 55

3.4.1 直流伺服电机 56

3.4.2 交流伺服电机 59

3.5 步进电机 61

3.5.1 步进电机的结构与工作原理 62

3.5.2 反应式步进电机的特性 64

3.5.3 驱动电源 67

3.6 自整角机 68

3.6.1 自整角机的结构与工作原理 68

3.6.2 自整角机的误差分析与选用时应注意的问题 72

小结 72

习题与思考题 73

第4章 机电控制系统中的传感器技术 75

4.1 传感器的组成及分类 75

4.1.1 传感器的组成 75

4.1.2 传感器的分类 76

4.2 传感器的一般特性 77

4.2.1 传感器的静态特性 77

4.2.2 传感器的动态特性 79

4.3 常用传感器及应用 79

4.3.1 位移传感器 79

4.3.2 速度传感器 85

4.3.3 物位传感器 93

4.3.4 压力传感器 95

4.3.5 温度传感器 111

小结 124

习题与思考题 124

第5章 继电接触控制系统的设计 125

5.1 常用低压电器 125

5.1.1 电器的定义及分类 125

5.1.2 电磁式电器的工作原理与结构特点 126

5.1.3 电弧 128

5.1.4 电器的基本特性 130

5.1.5 常用低压电器的类型、结构及使用 132

5.2 电气控制系统图 154

5.2.1 电气控制系统图的符号 155

5.2.2 电气原理图 155

5.2.3 电气安装图 156

5.3 异步电动机的启动控制线路 158

5.3.1 直接启动控制电路 158

5.3.2 减压启动控制电路 161

5.4 异步电动机的正反转控制线路 164

5.4.1 电动机正、反转控制线路 164

5.4.2 自动往复行程控制线路 165

5.5 异步电动机的调速控制线路 167

5.5.1 异步电动机的调速方法 167

5.5.2 异步电动机的变极调速 167

5.6 异步电动机的制动控制线路 170

5.6.1 异步电动机的机械制动 170

5.6.2 异步电动机的电气制动 171

5.7 液压控制 176

5.8 其他基本控制线路 177

5.8.1 多地联锁控制 177

5.8.2 顺序控制环节 178

小结 179

习题与思考题 179

第6章 可编程控制器原理 182

6.1 概述 182

6.1.1 可编程控制器的产生与发展 182

6.1.2 可编程控制器的用途与特点 184

6.2 可编程控制器的基本构成 186

6.2.1 PLC的控制功能 186

6.2.2 PLC系统的组成及功能 187

6.2.3 PLC的分类 191

6.2.4 PLC的性能指标 192

6.2.5 PLC的发展趋势及对工业发展的影响 193

6.3 可编程控制器的工作原理及编程语言 195

6.3.1 可编程控制器的等效电路 195

6.3.2 PLC的扫描技术 197

6.3.3 PLC的编程语言 201

6.4 FX2N系列可编程控制器的编程器件及基本指令 205

6.4.1 PLC内部的编程器件 205

6.4.2 PLC的基本指令 216

6.5 FX2N系列步进指令 226

6.5.1 状态流程图的编制方法 226

6.5.2 状态的详细动作说明 230

6.6 FX2N功能指令的使用 232

6.6.1 功能指令形式 232

6.6.2 程序流程指令 233

6.6.3 算术运算指令 234

6.6.4 比较指令 237

6.6.5 特殊功能指令——传送指令MOV 239

6.6.6 数制转换指令 239

6.6.7 解码和编码指令 241

6.6.8 数据输入、输出指令——七段译码指令SEGD 242

6.7 PLC控制系统的设计 243

6.7.1 概述 243

6.7.2 PLC的编程方法及程序设计注意事项 251

小结 259

习题与思考题 259

第7章 机电传动控制系统 262

7.1 机电传动控制系统的组成和分类 262

7.1.1 机电传动控制系统的组成 262

7.1.2 机电传动控制系统的分类 262

7.2 直流传动控制系统 264

7.2.1 概述 264

7.2.2 直流电动机闭环调速系统 267

7.2.3 直流电动机脉宽调速系统 277

7.3 交流传动控制系统 285

7.3.1 概述 285

7.3.2 异步电动机的调压调速系统 286

7.3.3 异步电动机的变频调速系统 291

7.4 步进电动机的驱动与控制系统 300

7.4.1 步进电动机的控制系统及功率驱动电源 300

7.4.2 步进电动机的运行特性及影响因素 305

7.5 单片机在机电传动系统中的应用 306

7.5.1 组成高分辨率的数字触发器 307

7.5.2 数字测速的实现 310

7.5.3 单片机在交、直流调速系统中的应用 312

小结 317

习题与思考题 317

第8章 机电传动控制设计范例 320

8.1 概述 320

8.1.1 问题提出 320

8.1.2 PLC控制系统设计的基本步骤 320

8.1.3 PLC硬件系统设计 322

8.1.4 PLC软件系统设计 323

8.1.5 PLC控制系统设计的注意事项 324

8.2 PLC在机械手搬运控制系统中的应用 325

8.2.1 机械结构和控制要求 325

8.2.2 PLC的I/O分配 326

8.2.3 PLC程序设计 327

8.3 用PLC技术改造普通车床的电气控制系统 331

8.3.1 C650普通车床的电气控制要求 331

8.3.2 PLC控制电路 332

8.4 皮带运输机的PLC控制系统设计 335

8.4.1 皮带运输机的控制要求 335

8.4.2 PLC程序设计 336

小结 338

习题与思考题 339

参考文献 342 2100433B

前言

第1章常用低压电器1

11概述1

111常用低压电器的分类1

112我国低压电器发展概况2

113国内外低压电器发展趋势2

12刀开关5

121开启式刀开关5

122开启式负荷开关5

123封闭式负荷开关6

124组合开关7

125刀开关的图形符号和文字符号8

13熔断器8

131熔断器的结构及工作原理8

132常用低压熔断器9

133熔断器的图形符号和文字符号12

134熔断器的选用12

14断路器13

141断路器的分类13

142断路器的结构及工作原理13

143断路器的保护特性14

144常用典型断路器15

145断路器的图形符号和文字符号15

146断路器的选用16

15电磁执行机构16

151电磁机构16

152电磁铁20

153电磁阀21

154电磁制动器23

16接触器23

161交流接触器23

162直流接触器25

163接触器的图形符号和文字符号27

164接触器的选用27

17继电器28

171电磁式电流、电压和中间继

电器28

172热继电器31

173速度继电器35

174时间继电器35

175干簧继电器39

176固态继电器40

18主令电器42

181控制按钮42

182行程开关43

183接近开关44

184主令控制器44

185万能转换开关45

186光电开关46

187指示灯46

19常用低压电器故障及排除47

191触点系统的故障及排除47

192电磁机构的故障及排除48

110练习题48

第2章电气控制线路的基本环节50

21控制线路的原理图、安装图与互

连图50

211控制线路的图形符号和文字

符号50

212电气线路图的分类与作用52

22三相异步电动机的全压起动控制

线路54

221刀开关控制线路54

222点动控制线路55

223自锁(长动)控制线路55

224正反转控制线路56

225顺序控制与多地控制线路58

23三相笼型异步电动机的减压起动控制

线路59

231定子电路串电阻减压起动控制

线路59

232星形-三角形减压起动控制线路61

233自耦变压器减压起动控制线路62

234延边三角形减压起动控制线路64

235软起动器控制线路65

24三相异步电动机的调速控制线路67

241笼型异步电动机多速控制线路67

242电磁转差离合器调速电动机控制

线路70

25三相异步电动机的制动控制线路73

251笼型异步电动机能耗制动控制

线路73

252笼型异步电动机反接制动控制

线路76

26行程控制线路77

261可逆行程控制线路77

262行程控制线路应用举例78

27电动机的综合保护81

28练习题82

第3章典型机械设备电气控制线路84

31绘制和阅读机械设备电气原理图的基

本知识84

32卧式车床的电气控制线路85

321CA6140型卧式车床的主要结构及

运动形式85

322CA6140型卧式车床的电气控制

线路分析86

33平面磨床的电气控制线路87

331M7120A型平面磨床的主要结构及

运动形式87

332M7120A型平面磨床的电气控制线

路分析87

34钻床的电气控制线路90

341Z37型摇臂钻床的主要结构及运动

形式90

342Z37型摇臂钻床的电气控制线路

分析91

343Z37型摇臂钻床的电气故障

分析94

35万能铣床的电气控制线路94

351X6132型卧式万能铣床的主要结

构及运动形式94

352X6132型卧式万能铣床的电气控

制线路分析95

353X6132型卧式万能铣床的电

气故障分析100

36电动葫芦的电气控制线路101

361电动葫芦的结构101

362电动葫芦的控制线路分析102

37练习题102

第4章可编程控制器的结构及特点103

41可编程控制器概述103

411PLC的由来103

412PLC的定义、分类及特点104

413PLC的功能和应用105

414PLC的发展趋势106

415PLC的组成与基本结构106

42S7-200系列PLC介绍110

421S7-200系列PLC系统110

422S7-200系列PLC的工作原理112

43S7-200 PLC的内部元件113

431数据类型113

432寻址方式114

433元件功能及地址分配115

44STEP7-Micro/WIN V40编程软件的

使用118

441STEP7-Micro/WIN V40编程

软件介绍118

442STEP7-Micro/WIN V40主要

编程功能119

45练习题126

第5章PLC基本指令的应用127

51PLC的编程语言与程序结构127

52基本位逻辑指令及应用129

521基本位逻辑指令129

522基本位逻辑指令应用举例136

53定时器指令的应用140

531定时器指令140

532定时器指令应用举例142

54计数器指令的应用146

541计数器指令146

542计数器指令应用举例147

55梯形图的编辑方法149

56练习题150

第6章PLC的功能指令及其应用153

61程序控制类指令153

611有条件结束（END）指令153

612暂停（STOP）指令153

613跳转（JMP）与标号（LBL）

指令154

614循环指令（FOR、NEXT)154

615子程序指令155

62步进顺序控制指令159

621功能流程图简介159

622顺序控制指令159

623顺序功能图的基本结构160

624顺序控制系统的编程应用举例161

63功能指令171

64PLC应用的若干问题179

641控制系统的设计与调试步骤179

642节省PLC输入输出点的方法180

643控制系统抗干扰措施181

644PLC的安全保护182

65PLC的通信与自动化通信网络183

66S7-200 PLC的通信功能185

67S7-200 PLC的串行通信网络188

68S7-200 PLC的通信指令189

69使用自由端口模式的计算机与PLC

的通信190

610练习题193

第7章伺服电动机及变频器原理与

应用196

71步进电动机196

711步进电动机概述196

712步进电动机结构和工作原理197

713步进电动机驱动201

714三相步进电动机的使用注意

事项207

72交流伺服电动机207

721交流伺服电动机概述207

722交流伺服电动机结构和工作

原理209

723交流伺服电动机的驱动215

724交流伺服电动机的使用注意

事项235

73变频器原理及应用235

731变频器概述235

732变频器的基本结构组成和原理237

733变频器的应用241

734变频器的使用注意事项260

74练习题261

第8章数控机床电气控制系统262

81机床数控系统基本结构及概述262

811机床数控系统结构262

812计算机数控系统的总体结构及

各部分功能266

813伺服电动机的特性及选型269

814数控系统的部件连接271

82数控系统基本参数的调试285

821调试前的准备工作285

822数控系统的初次通电287

823系统初始化288

824PLC应用程序的设计与调试291

825驱动器的调试297

826NC调试304

83数控系统举例：碳电极自动加工系统

（车外圆专机）328

831碳电极自动加工系统328

832系统调试333

833伺服控制系统特殊功能调试336

84练习题339

附录341

附录A电气图中常用图形符号和文字符号

新旧对照表341

附录B西门子S7-200系列PLC指

令表348

参考文献358