绪论

一、电气控制技术发展概况

随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求，电气控制技术得到了迅速的发展。所谓电气控制技术是指对生产现场中所使用的各种设备进行控制，从而使设备按照规定的加工与制造工艺要求完成相应动作的技术。它包括机械运动、液压传动、气压传动和电气传动及其控制等实用技术。这些技术的集成使用，大大提高了生产设备的制造能力、技术水平和控制的自动化程度，其电气控制技术的发展与应用更为突出。

19世纪末，直流发电机、交流发电机、直流电动机、交流电动机相继问世，揭开了电气控制技术的序幕。作为生产机械动力的电力拖动，其发展经历了成组拖动方式—单独拖动方式—生产机械的不同运动部件分别由不同电机拖动等多种电动机拖动方式，多种电动机拖动的电气控制系统不但可对各台电动机的启动、制动、正转、反转、停车等进行控制，还具有对各台电动机之间实行协调、联锁、顺序切换、显示工作状态等功能。对生产过程比较复杂的系统还要求对影响产品质量的各种工艺参数（如温度、压力、流量、速度、时间等）能够自动测量和自动调节，这样就构成了功能相当完善的电气自动化控制系统。总之，电气控制技术从最早的手动控制发展到自动控制，从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触点的硬接线继电器控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。

继电接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。由于这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和其它许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。这种控制系统的缺点是采用固定接线方式，灵活性差，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。

从20 世纪30 年代开始，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的生产方式，对不同类型的零件分别组成自动生产线。随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触式控制系统是采用固定接线的，很难适应这个要求。大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多，这种有触点的电器工作频率较低，在频繁动作情况下寿命较短，从而造成系统故障，使生产线的运行可靠性降低。为了解决这个问题，20世纪60年代初期人们利用电子技术研制出矩阵式顺序控制器和晶体管逻辑控制系统来代替继电接触式控制系统，对复杂的自动控制系统则采用电子计算机控制，由于这些控制装置本身存在某些不足，均未能获得广泛应用。1968年美国最大的汽车制造商—通用汽车（GM）公司为适应汽车型号不断更新的情况，提出把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电接触式控制系统的简单易懂、操作方便、价格低等优点结合起来，做成一种能适应工业环境的通用控制装置，并把编程方法和程序输入方式加以简化，使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。根据这一设想，美国数字设备公司（DEC）于1969年率先研制出第一台可编程控制器（简称PLC），在通用汽车公司的自动装配线上试用获得成功。从此以后，许多国家的著名厂商竞相研制，各自形成系列，而且品种更新很快，功能不断增强，从最初的逻辑控制为主发展到能进行模拟量控制，具有数据运算、数据处理和通信联网等多种功能。PLC另一个突出优点是可靠性很高，平均无故障运行时间可达10万小时以上，可以大大减少设备维修费用和停产造成的经济损失。当前PLC已经成为电气自动控制系统中应用最为广泛的核心装置。

液压传动具有易于实现直线往复运动、旋转运动和摆动，运动平稳，冲击小，易于实现无级调速且调速范围宽等优点。因此，液压传动在运输机械、起重机械、矿山机械、农业机械、各种加工机床、机械手与机器人、飞行器等各种场合都有广泛应用。随着计算机技术的发展，液压技术开始向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、高度集成化等方向发展。

数控技术在电气自动控制中占有十分重要的地位。1952年美国研制成第一台三坐标数控铣床，它综合应用了当时电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面最新技术成就，成为一种新型的通用性很强的高效自动化机床，它标志着机械制造技术进入了一个新阶段。随着微电子技术的发展，由小型或微型计算机再加上通用或专用大规模集成电路组成的计算机数控装置（CNC）性能更为完善，几乎所有的机床品种都实现了数控化，出现了能自动更换刀具的数控加工中心机床（MC），工件在一次装夹过程中可以完成多种工序的加工。数控技术还在绘图机械、坐标测量机、激光加工机、火焰切割机等设备上得到了广泛的应用，取得了良好的效果。

70年代出现了计算机群控系统，即直接数控（DNC）系统，由一台较大型的计算机控制与管理多台数控机床和数控加工中心，能完成多品种、多工序的产品加工。在此基础上增加了装卸输送系统及必要的检测设备，由计算机对整个系统进行控制和管理，这样就构成了柔性制造系统（FMS）。近年来又出现了计算机集成制造系统（CIMS），综合运用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、智能机器人等多项高技术，形成了从产品设计到制造的智能化生产的完整体系，将自动制造技术推进到更高的水平。

回顾一个世纪以来电气控制技术的发展概况，设备控制的发展始终是伴随着社会生产规模的扩大、生产水平的提高而前进的。电气控制技术的进步反过来又促进了社会生产力的进一步提高；从另一方面看，电气控制技术又是与微电子技术、电力电子技术、检测传感技术、机械制造技术、机械传动、液压及气压传动等紧密联系在一起的。当前科学技术继续在突飞猛进地向前发展，电气控制技术必将达到更高的水平。

二、课程的性质与任务

本课程是一门实用性很强的专业课，是一门工程技术人员的必修课。主要内容是以电动机或其它执行电器为控制对象，介绍继电器、接触器控制系统和PLC控制系统的工作原理、典型机械的电气控制线路。另外，还介绍了设备控制技术中液压元件及液压传动系统，对计算机控制技术也进行了简单介绍。当前PLC控制系统应用十分普遍，已经成为实现工业自动化的主要手段。但是，一方面，根据我国当前情况，继电接触式控制系统仍然是机械设备中最常用的电气控制方式，而且低压电器正在向小型化、长寿命发展，出现了功能多样的电子式电器，使继电接触式控制系统性能不断提高，因此它在今后的电气控制技术中仍然占有相当重要的地位；另一方面，PLC是计算机技术与继电接触器控制技术相结合的产物，而且PLC的输入、输出仍然与低压电器密切相关，因此掌握继电接触式控制技术也是学习和掌握PLC应用技术所必需的基础。

该专业课程的目标是培养实际应用的能力，具体要求是：熟悉常用控制电器的结构原理、用途，具有合理选择、使用主要控制电器的能力。熟练掌握继电器接触器控制线路的基本环节，具有阅读和分析电气控制线路的工作原理的能力。熟悉典型设备的电气控制系统，具有从事电气设备安装、调试、维修和管理等知识。能够根据工艺过程和控制要求进行系统设计和说明控制工作原理。了解计算机控制应用技术。具有设计和改进一般安全机械设备电气控制线路的基本能力。