《机床电气控制与PLC》教学大纲

《机床电气控制与PLC》教学大纲
课程名称：《机床电气控制与PLC》
课程编码：
适用专业：机电一体化、数控技术、电气技术
学时：80或64
学分：5或4
编写者：刘祖其
一、课程性质与任务
课程性质：《机床电气控制与PLC》课程综合了《电气控制与PLC》、《数控机床电气控制》两门课程的知识。

主要研究低压控制电器、机床强电控制电路、可编程控制器及编程、数控系统、伺服系统。

是机电一体化、数控技术、电气技术、电子技术等专业的职业技术课。

通过本课程的学习，应使学生初步掌握机床电气控制系统的结构组成及工作原理，可编程控制器的结构及工作原理、指令系统及编程方法，数控系统结构与接口，伺服驱动技术、光栅与编码器等方面的知识。

培养学生初步具有认知、测试及设置机床电气控制系统中控制元件、部件的能力，最终能够掌握普通机床、数控机床电气控制系统的整体结构和工作原理，为今后在工作中操作、调试、维修机床打下较坚实基础。

二、教学目的与基本要求
了解数控装置的软件、硬件组成；了解可编程控制器的的结构和工作原理；了解接口信号相互作用，典型数控装置特性、功能，选用方法、系统连接、调试方法。

了解电磁兼容概念，运用电磁兼容采取抗干扰措施。

掌握《机床电气控制与PLC》的基本理论，常用电器的结构、工作原理及用途；掌握普通机床、数控机床电气控制电路的基本分析方法；掌握进给及主轴驱动系统，常用位置检测装置的结构、原理及其应用知识，掌握数控系统I/O接口、信号功能，电气系统的基本测试技术。

重点掌握机床电路的安装调试及检修，可编程控制器的编程方法。

为今后学生能测试、改造、检修机床电气控制系统打下
较好的基础。

三、教学主要内容、要点和课时安排
目录
绪论
[学习目标与要求]
了解数控机床的产生及发展，了解FMC、FMS、CIMS、适应控制系统的概念，了解数控机床的组成及特点、数控机床伺服驱动系统的基本要求、伺服系统对伺服电机的要求、伺服系统的组成、伺服系统的分类。

第1章常用低压控制电器
1.1 概述
1.2接触器
1.3 继电器
1.4熔断器
1.5低压开关和低压断路器
1.6主令电器
1.7低压电器的产品型号
[学习目标与要求]
掌握接触器、热继电器等常用低压电器的工作原理与选用；了解电弧的形成与灭弧机理；了解低压电器的基本作用与功能和继电特性与返回系数。

第2章机床电气基本控制线路
2.1电气控制线路图的绘制
2.2三相异步电动机的起动控制
2.3三相笼型电动机降压起动控制线路
2.4三相异步电动机的制动控制
2.5电气控制的保护环节
[学习目标与要求]
掌握机床强电控制系统的基本环节；三相异步电动机降压起动控制线路，三相笼型异步电动机制动控制线路，三相交流异步电动机调速控制线路。

尤其是掌握降压起动控制作用与功能，调速控制线路。

第3章典型机床控制线路
3.1电气控制线路分析基础
3.2 CA6140车床的电气控制
3.3 M7120平面磨床控制线路分析
3.4 X62W铣床结构及电气控制线路
[学习目标与要求]
掌握电器控制线路的设计原则；熟练掌握电动机的起动、自保、停车电器控制线路；熟练掌握组成电器控制线路的基本规律；理解控制线路的一般设计方法；了解控制线路的逻辑设计方法；
尤其是掌握控制线路的设计原则，基本规律以及一般和逻辑设计方法。

及互锁、自锁电路，保护环节，选择控制参量确定原则。

第4章可编程序控制器
4.1概述
4.2可编程序控制器的基本结构
4.3 PLC的基本工作原理
4.4 PLC的主要性能指标和分类
4.5 三菱FX系列PLC
[学习目标与要求]
教学要求：掌握可编程序控制器的工作过程，熟练掌握可编程序控制器的输
入/输出模块。

尤其是掌握可编程序控制器的基本工作过程。

第5章三菱FX系列PLC及指令系统
5.1 PLC的常用编程语言
5.2 FX1S PLC型机的基本指令及编程
5.3 步进指令及编程
5.4 PLC梯形图编程的基本规则
5.5基本指令应用程序举例
5.6常用功能指令
5.7 FX系列PLC常用基本逻辑指令表
[学习目标与要求]
掌握FX系型机的技术指标，内部资源(存储区)的分配，输入、输出继电器，内部继电器，专用内部辅助继电器内部继电器，定时器、计数器
在以三菱PLC典型机Fx的基础上掌握元素种类及其编号、基本逻辑指令及方法以及多流程步进顺序控制方法。

（1）三菱PLC简介；（2）、Fx系列PLC的元素种类及其编号；（3）、基本逻辑指令及其编程方法；（4）、计时／计数指令及编程方法；（5）、编程举例；（6）、步进功能指令及程序方法。

第6章数控系统
6.1CNC系统的结构
6.2数控CNC系统的硬件
6.3数控装置的软件结构
6.4数控装置的信息处理
6.5数控装置的通信
[学习目标与要求]
了解CNC系统硬件结构的分类，掌握单微处理器结构及各组成部分的原理和作用，了解多微处理器结构及特点，掌握经济型CNC装置的硬件结构及组成原理。

了解CNC系统的软硬件配置关系及软件结构类型和特点，了解位置控制软件及故障诊断软件的作用。

单微处理器CNC、经济型CNC装置的硬件结构及组成原理。

难点：多微处理器结构。

第7章 PLC与数控机床
7.1概述
7.2PLC与数控机床的控制
7.3PLC与CNC及机床之间的信号处理
7.4PLC在数控机床中的应用
[学习目标与要求]教学要求：
1.了解PLC与数控机床的控制原理。

2.了解内装型PLC与CNC的关系和独立型PLC与CNC的关系，PLC在数控机床中的控制功能，PLC与CNC及机床之间的信号处理，PLC与CNC及机床间的信息交换，PLC 与CNC及机床之间的信号处理过程，数控系统PLC的工作过程。

3.掌握PLC在数控机床中的应用实例
第8章伺服系统
8.1概述
8.2步进电动机进给驱动系统
8.3直流伺服电机及其速度控制系统
8.4交流伺服电机及其速度控制
8.5数控机床位置检测
[学习目标与要求]
掌握步进电机的结构原理，掌握环形分配器的组成原理，掌握步进电机驱动电路的原理。

掌握位置检测装置的要求，了解位置检测装置的分类，掌握光栅位置检测的原理，掌握磁尺位置检测的原理，掌握码盘的检测原理，了解旋转变压器及感应同步器的检测原理。

掌握数字脉冲比较伺服系统的构成、原理及主要环节的原理，掌握数字相位比较伺服系统的构成、原理及主要环节的原理。

步进电机的结构原理，环形分配器的组成原理，步进电机驱动电路的原理。

光栅位置检测的原理、码盘的检测原理。

难点：步进电机的结构原理检测元件，光栅位置检测、磁尺位置检测闭环伺服系统
第10章实验学时：
一、示波器、万用表的使用方法
二、三相异步电动机的点动、长动控制
三、三相异步电动机的正、反转控制
四、三相异步电动机的顺序控制
五、电动机的PLC自动控制实验
六、步进电机的PLC控制实验
七、加工中心刀具库选择控制实验
八、交通信号灯PLC自动控制实验
四、作业设计
根据本课程的授课内容每章都布置有综合训练题作业，
该课程的作业，主要布置一些对课堂讲授有直接帮助意义的题目，有些作业要求学生翻阅图书资料来完成。

五、教学方法
本课程的教学环节由课堂讲授、现场参观、实验教学、课外作业等几部分组成。

课堂教学贯穿一个思路，既数控机床怎样将数控加工程序通过数控系统及其驱动装置变为数控机床各工作轴的运动。

为此，教学过程中主要是对数控机床进行解剖，要让学生了解数控机床控制系统的软硬件组成及其工作原理，要多采用多媒体教学措施，要图文并茂，要现场参观。

本课程课堂讲授60或48学时，课堂实验或讨论20或16学时。

通过对本课程的学习，学生应该对常用电气控制电路有一定程度的理论和感性认识，能够独立维修简单电气控制电路的故障。

本课程的教学方法，采用多媒体教学方式课堂讲授、习题及讨论课，期末考试等方面
（一）课堂讲授
（二）实验教学
实验教学是充实理论、提高学习兴趣的有效措施。

本大纲列出的实验，采取实际操作为主要方式，通过实验让学生了解数控系统的设置过程、了解开环系统的组成、闭环系统的组成，了解部分常用检测器件的工作原理。

六、考核方式
考试方式为闭卷，学生总评成绩可按平时成绩占40%，期末考察占60%计算。

考试可采用闭卷、平时作业、实验操作结合的形式。

闭卷部分的考试题包括基本概念、基本理论、基本分析方法等，题型可采用填空题、简答题、选择题、分析计算题等多种形式。

理论总评成绩：平时作业占（20%）、实验占（20%）期末闭卷考试占60%。

七、教材的删减与增补
根据授课内容的知识点、重点和难点对综合实例教学内容进行了删减，同时适当地增补了上机操作实验。

八、教材与教学参考书
l.刘祖其刘海编.数控机床电气控制. 北京:高等教育出版社,2013.1
2.廖兆荣主编.数控机床电气控制. 北京:高等教育出版社,2005.1
3.张永飞主编.数控机床电气控制.大连：大连理工大学出版社,2006.8
4.夏燕兰主编.数控机床电气控制. 北京:机械工业出版社,2006.4
5.杜柳青主编.数控机床电气控制.重庆：重庆大学出版社,200
6.4。