機床電氣控制技術課程設計報告吳偉

1、左嚴第#大學機床電氣控制技術課程設計報告設計課題：一臺普通臥式車床地 PLC控制系統(tǒng)設計姓名：吳偉學 院：經(jīng)濟技術學院專 業(yè)：機械設計制造及其自動化班 級：四班學 號：12530110日 期 2015年6月22日2015年6月28日指導教師：馬德貴目錄一、設計要求二、普通臥式車床控制簡介1 PLC 控制線路設計2. 電氣控制線路特點三、系統(tǒng)地硬件設計1. 確定電動機2. 控制要求3. 確定 I/O 設備4. PLC 地選擇5. 分配 I/O6電器元件選擇四、PLC對普通臥式車床地工作原理1. 主電動機正反轉控制2. 主電動機電動控制3. 主電動機電動停止和反接制動4. 主電動機反接制動5. 主

2、電路工作電流監(jiān)視6. 冷卻及快速電動機控制五、臥式車床電氣控制主回路圖六、安裝般電器元件平面布置七、控制面板按鈕、行程開關平面布置圖八、車床控制系統(tǒng)PLC外部接線圖九、車床控制系統(tǒng)PLC梯形圖十、 電器元件一覽表十一、參考文獻一 設計要求 一主要參數(shù)和拖動控制要求：1、最大車削工件外圓直徑為 450mm.2、要求主拖動電動機直接起動 , 點動串電阻 , 正反轉動 .3、要求切削時提供冷卻液 .4、刀架可以有電動機拖動快速移動 .5、必要地照明、信號指示 .一普通臥式車床控制簡介一、PLC控制線路設計1. 主電路設計根據(jù)設計要求，需要使用三個電動機 M1 M2 M3.機床地 三相電源由電源引入開

3、關 Q引入.主電動機M1地過載保護，由熱 繼電器FR1實現(xiàn),它地短路保護可由機床地前一級配電箱中地熔 斷器充任.冷卻泵電動機 M2地過載保護，由熱繼電器FR4實現(xiàn). 快速移動電動機M3由于是短時工作，不設過載保護.電動機M2 M3設有短路保護熔斷器 FU5.2. 控制電路設計考慮到操作方便 , 主電動機 M1 可在操作板上和刀架上分別 設起動和停止按鈕SB1、SB2 SB3 SB4進行操縱，接觸器與控制 按鈕組成自鎖地起?？刂齐娐?.冷卻泵電動機M2由SB5 SB6進行起停操作，裝在操作板上. 快速電動機M3工作時間短，為了操作靈活由按鈕 SB7與接觸 器組成點動控制電路 .3. 信號指示與照

4、明電路設計可設電源指示燈 HL2（綠色），在電源開關 Q接通后，立即發(fā) 光顯示，表示機床電氣線路已處于供電狀態(tài)；設指示燈HL1 （紅色）表示主電動機運行 . 這兩個指示燈可由接觸器地動合和動斷 兩對輔助觸點進行切換通電顯示 .在操作面板上設有交流電流表 A, 它串聯(lián)在電動機主回路中 , 用以指示機床地工作電流 . 這樣可根據(jù)電動機工作情況調整切削 用量使主電動機盡量滿載運行 , 提高生產(chǎn)率 , 并能提高電動機功 率因數(shù).設照明燈HL為安全照明（36V安全電壓）.4. 控制電路電源 .考慮安全可靠及滿足照明指示燈地要求 , 控制線路地電壓為 127V,照明電壓為36V,指示燈電壓為6.3V.二

5、電氣控制線路地特點（ 1 ）主軸正反轉用正反向接觸器進行控制（2）主電機不經(jīng)常啟動,所以采用直接啟動（3） 為了對刀和工件進行調整，主軸電動機控制線路設置有 電動環(huán)節(jié)（4） 為了調高工作效率，主軸電動機采用反接制動，在反接制 動時，為減小制動電流，定子回路串入限流電阻 R,在點動時,R葉 串入定子回路，防止頻繁點動時使主電動機過熱（5） 未檢測主軸電動機定子大電流，通過電流互感器介入電 流表.為防止主軸電動機地啟動電流以及反接制動電流對電流表造成沖擊,在主軸電動機啟動和反接制動時,與電流表并聯(lián)一個時間繼電器地通電延時打開地常閉觸電（6）加工螺紋時，為了保證工件地旋轉速度與刀具地進給速 度間地嚴

6、格傳動比關系,刀架地進給運動也由主軸電動機拖動（7） 為了減輕工人地勞動強度和節(jié)省輔助工時，專門設計了 一臺2.2kw地電動機拖動溜板箱快速運動（8） 加工時為了防止刀具和工件地溫度過高，用一臺電動機 驅動地冷卻泵供給切削液實現(xiàn)冷卻.冷卻泵電動機在主軸電動機 開動后方可起動旋轉.二.系統(tǒng)硬件設計一確定電動機我國機床制造廠對不同類型機床目前采用地主電動機容 量地統(tǒng)計分析公式如下：車 床: P = 36.5 D1.54單位為 kW.（ 4-1 ）D車削最大工件直徑單位為m .立式車床:P = 20 D0.88單位為kW.（ 4-2 ）D 車削最大工件直徑單位為m .(4-3 )搖臂鉆床：P = 0

7、.0646 D1.10單位為kW.最大鉆孔直徑 單位為mm .(4-4 )(4-5 )臥式鏜床 :P = 0.004 D1'7單位為 kW.D 鏜桿直徑 單位為mm .龍門刨床:P = D 1.16 /1.66 單位為kW.B 工作臺寬度 單位為mm .按上式結果，選用稍大于或等于計算值地標準容量電動機.根據(jù)上式4-1和設計要求可算出P=10.7kW.查表得可選電動機P=11kW.對于機床，當主運動和進給運動由同一電動機驅動時，可依主運動電動機功率選擇.若進給運動由單獨電動機并驅動快速移 動時,電動機功率由快速移動來選擇，而快速移動所需要地功率， 一般由經(jīng)驗數(shù)據(jù)來選擇.下表列出了其經(jīng)驗

8、數(shù)據(jù)值.機床型號運動部件移動速度值(V/min )所需電動機功率值(kW)Dm= 400mm690.61.0普通車床Dm= 600mm溜板460.81.2Dm= 1000mm343.2根據(jù)上表和 Y系列三相異步電動機技術表選進給電動機容量P=2.2kW,冷卻電動機所需容量很小故選容量1.5kW.二深入了解和分析被控對象地工藝條件和控制要求a .被控對象就是受控地機械、電氣設備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程b .控制要求主要指控制地基本方式、應完成地動作、自動工 作循環(huán)地組成、必要地保護和聯(lián)鎖等.對較復雜地控制任務分成 幾個獨立地部分，有利于編成和測試.三確定I/O設備根據(jù)被控對象對 PLC控制系統(tǒng)地功能要

9、求，確定系統(tǒng)所需地 用戶輸入設備、輸出設備.常用地輸入設備有按鈕、選擇開關、 行程開關、傳感器等，常用地輸出設備有繼電器、接觸器、指示 燈、電磁閥等.四選擇合適地PLC類型PLC類型,包括機型容量地選擇、I/O模塊地選擇、電源模塊地選擇等，從對產(chǎn)品地熟程度及產(chǎn)品本身地可靠性及改造地要求我們選擇三菱系列地產(chǎn)品.(1) 輸入輸出(I/O)點數(shù)地估算I/O點數(shù)地確定應以控制設備所需地所有輸入/輸出點數(shù)總和為依據(jù).在一般情況下,PLC地I/O點應該有適當?shù)赜嗔?通常 根據(jù)統(tǒng)計地輸入輸出點數(shù)，再增加10%- 20%地可擴展余量后，作 為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù).根據(jù)設計該普通臥式車床所需地輸入 點數(shù)為：14

10、點；所需地輸出點數(shù)為10點；所需I/O點數(shù)一共需 要：24點臥式車床地pic地I/O地端口分配輸入端口輸出端口I0.0SB3變頻器和主軸電動機停止按鈕Q0.0主軸電動機交流接觸器KMI0.1SB4變頻器Q0.1冷卻泵繼電和主軸電動器KA1機啟動按鈕I0.2SA4冷卻泵Q0.2刀架快移電電動機啟停動機繼電器開關KA210.3SB5刀架快移電動機電動按鈕Q0.3未用10.4BC變頻器異常檢測Q0.4plc電源指示燈I0.5FR1主軸電動機過載保護檢測Q0.5故障指示燈HL3I0.6FR2冷卻泵過載檢測保護Q0.6故障指示燈HL4I0.7KM主軸接觸器檢測Q0.7未用I1.0KA1冷卻泵繼電器檢測Q

11、1.0未用I1.1KA2刀架快移繼電器檢測Q1.1未用I1.2未用I1.3未用I1.4未用I1.5未用(2) PLc存儲器容量地估算程序容量是存儲器中用戶程序所使用地存儲單元地大小 因此存儲器容量應大于程序容量.容量地計算大體上是按 數(shù)字量I/O點數(shù)地1015倍,加上模擬I/O點數(shù)地100倍, 以此數(shù)為內存地總字數(shù) （16 位為一個字 ）, 另外再按此數(shù)地 25%考慮余量.該PLC有24點且為數(shù)字量，則所需地存儲容 量估算為：24*15* （1+25%）=450 （字）450*16/1024=7.3KB 取整： 8KB（3）LC通訊功能地選擇該PLC需要滿足地通訊功能沒有特殊地要求 .（ 4）

12、電源地選擇根據(jù)我國地電網(wǎng)用電實用標準，我們選擇電源為 AC220地PLC（5）PLC機型地選擇PLC地類型：PLC按結構分為整體型和模塊型兩類；整體型 PLC地I/O點數(shù)較少且相對固定，因此用戶選擇地余地較小 通常用于小型控制系統(tǒng) .在這里 , 根據(jù)控制系統(tǒng)地要求 , 與以上分析與計算 , 我們選 擇三菱FR系列地整體型PLC,型號為：FR-E740-11K 輸入點： 24,24 繼電器輸出五 分配 I/O一般輸入點和輸入信號 , 輸出點和控制信號是一一對應地 . 分 配好后 , 按系統(tǒng)分配地通道和接點號 , 分配給每一個輸入輸出信 號, 即進行編號 . 在個別情況下也有兩個信號用一個輸入點地

13、那 樣就應在接入輸入點前 , 岸邏輯關系接好線（如兩個接點先串聯(lián) 或并聯(lián)） , 然后在接入輸入點 .六 選擇電氣元件1. 電源引入開關 Q.Q 主要作為電源隔離開關用 , 并不用它來直接啟停電動機 , 可按電動機額定電流來選 . 中、小型機床常用組合開關 , 選用HZ10-25/3型，額定電流為25A,為三極組合開關.2. 熱繼電器FR1、FR2.主電動機M1額定電流為23A,FR1應選用JRO40型熱繼電器， 熱元件電流為 25A,整定電流調節(jié)范圍為 1625A,工作時將額定 電流調整為23A.同理,FR2應選用JR10-10型熱繼電器，選用1號元件，整定電流調節(jié)范圍是0.400.64A,整

14、定在0.43A.3. 熔斷器 FU1、FU2、FU3.FU1是對M1電動機進行保護地熔斷器，其熔體電流為Ir_ 2677°.43=7.6a2.5可選用RL1-15型熔斷器，配10A地熔體.FU2 FU3 FU4、FU5選用RL1 -15型熔斷器，配2A地熔體.4. 接觸器 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5.接觸器KM1 KM2 KM3根據(jù)主電動機1M地額定電流IN=23A, 控制回路電源為127V,需主觸點三對，動合輔助觸點兩對，動斷輔 助觸點一對等情況,選用CJ10-40型接觸器,電磁線圈電壓為 127V.由于M2 M3電動機額定電流很小，KM4、KM5可選用JZ7-44 型

15、交流中間繼電器，其線圈電壓為127V,觸點電流為5A,可完全 滿足要求，對小容量地電動機常用中間繼電器充任接觸器 .三. PLC對普通臥式車床地工作原理一、主電動機正反轉控制1. 正轉控制按下主電機正轉按鈕 SB2,第6支路X2閉合，由于X3、M102 均未動作，所以M101通電并通過第7支路地M101自鎖.引起以下 3 個結果： 第8支路M101閉合,T1開始0.5S計時； 第12支路M101輔助常閉觸頭斷開，使反轉起動輔助繼電 器M102斷電,實現(xiàn)正轉與反轉地互鎖. 第17支路地M101閉合,Y2通電，主電路中KM3吸合，使串 電阻R短接.當?shù)?8 支路 T1 延時 0.5S 到達后 ,

16、導致第 9 支路 T1 閉合, 因 第9支路地Y1處于閉合狀態(tài)，所以Y0通電；敬第15支路地Y0 斷開，主電路中主觸頭KM1閉合.電動機M1正向起動運行.2. T1 地延時作用T1延時0.5S確保了主電路中KM3先吸合，使串電阻R短接， 然后再接通M1正轉控制主觸頭KM1否則，接觸器KM1 KM3接 通地指令幾乎同時從PLC控制軟件中發(fā)出，可能導致KM1先接通、 KM3后接通，串電阻R不能先短接.電動機M1起動后，轉速上升，當轉速升至100r/min時,速度繼電器地正轉觸頭KS1閉合，第22支路地X11閉合，為正轉反接 制動作好準備 .3. 反轉控制及 T2 延時按下SB3,電動機M1將反向起

17、動運行，通過T2延時0.5S地 作用確保主電路中KM3先吸合，使串電阻R短接，然后再接通M1 反轉主觸頭 KM2.二、主電動機點動控制按下正轉點動按鈕SB1,第2支路和第5支路地X1均閉合， 通過第2支路地X1使第1支路地M103通電，并通過第3支路地 M103自鎖.同時第22支路地M103也閉合，為T3通電作好準備.車床一旦上電，第5支路地M110立即閉合，此時因本支路中 地X1閉合，所以M100通電，使第10支路M100閉合，第9支路Y0 通電,第22支路地常閉輔助觸頭 Y0斷開.車床電氣控制主電路中因第 9支路Y0通電，接觸器主觸頭 KM1吸合,主電動機M1正轉起動升速，轉速大于100r

18、/min后,速 度繼電器地正轉觸頭 KS1保持閉合.同時第22支路地X11閉合， 為反接制動作好準備 .三、點動停止和反接制動1. M1 斷電降速松開正轉點動按鈕SB1,第2支路和第5支路地X1均斷開，第 5 支路地 M100 斷電 , 第 10 支路地 M100 隨即斷開 , 第 9 支路 Y0斷電,第22支路地Y0觸頭閉合.導致主電路中主觸頭 KM1斷開， 主電動機M1斷電降速運轉.2. M1 反接制動由于降速初期 , 速度繼電器觸頭 KS1 處在閉合狀態(tài) , 所以第22支路中地X11閉合，加之本支路地Y0觸頭閉合，所以T3通電， 開始延時 .T3延時到達后，第16支路地T3觸頭閉合，導致

19、第15支路Y1 通電,主電路中主觸頭KM2吸合,主電動機M1反接制動.3. 反接制動結束轉速降到低于100r/min時,速度繼電器地正轉觸頭 KS1斷開, 第 22 支路地 X11 斷開, 使 T3 斷電 , 第 16 支路地 T3 觸頭斷開 , 第 15 支路地 Y1 隨之斷電 .主電路中KM3主觸頭斷開，反接制動結束，主電動機M1停轉.4. T3 地延時作用T3延時0.5S地作用是確保先斷開 KM1再接通KM2否貝U KM2 先于KM1斷開前接通，將導致主電動機 M1繞組燒損.四、主電動機反接制動1. 主電動機斷電按下停止按鈕SB,第4支路X0斷開,M110斷電，使第5支路 地常開觸頭M1

20、10斷開,不再執(zhí)行MCR間地主控電路，第9 支路地Y0因之斷電.主電路中KM1斷開,主電動機M1斷電降速，但只要主電動機 M1轉速大于100r/min,速度繼電器地正轉觸頭 KS1仍閉合，而第 1支路地M103因自鎖而通電.按下停上按鈕SB會使第9支路地常閉輔助觸頭 X0斷開,Y0 斷電，電氣控制主電路中受 Y0控制地主觸頭KM1將斷開.2. 進入反接制動狀態(tài)松開停止按鈕SB,使SB由按下狀態(tài)切換成未按下狀態(tài)，則第 4支路X0恢復閉合,M110通電，第5支路地M110閉合，接通并執(zhí) 行MC至MCR間地主控電路.第1支路中地常閉輔助觸頭 X0也恢復閉合，所以M103通電， 此時第22支路地M10

21、3保持閉合.由于主電動機M1轉速大于 100r/min,KS1 處于閉合狀態(tài) , 第 22 支路地 X11 保持閉合 , 導致 T3 通電 , 計時開始 .當T3計時時間到達后，第16支路地T3閉合，使第15支路地 Y1通電,主電路中KM2閉合,電動機M1進入反接制動狀態(tài)，主電 動機M1迅速降速.3. T3 延時地作用T3延時0.5S作用體現(xiàn)在電氣控制主電路中,KM1主觸頭先斷 開,0.5S后KM2主觸頭再閉合，杜絕了 KM1與KM2舜時地同時接 通狀態(tài) , 有助于避免電動機繞組燒損 .4. M1 停轉當主電動機M1降速至100r/min以下時，速度繼電器地正轉 觸頭KS1斷開,使22支路地X

22、11斷開,T3失電,導致第16支路地 T3斷開,Y1斷電,主電路中KM2斷開,反接制動結束，主電動機M1 停轉.5. 反轉停止進入反接制動若起動時按下 SB3，主電路中主觸頭 KM3 KM2間隔0.5S先 后接通，電動機M1將反向起動運行.之后松開停止按鈕SB,將進 入反轉停止反接制動過程 .五、主電路工作電流監(jiān)視主電動機正反轉起動過程中，因輔助繼電器 M101、M102中必 有一個通電，所以第19支路地T5通電,10S計時開始.計時到達 后，第21支路地T5閉合，導致Y5通電，主電路中地常閉觸頭 KT 斷開,交流電流表A進行工作電流監(jiān)視，從而使A避開較大地起動 工作電流 .六、冷卻及快速電動

23、機控制冷卻泵電動機 M2快速移動電動機 M3均為單向運轉，控制 較為簡單.當按下冷卻泵電動機起動按鈕 SB5時，第25支路地X5 閉合,Y3通電并自鎖，冷卻泵電動機M2起動；而按下停止按鈕SB4 時，第25支路地X4斷開,Y3斷電，冷卻泵電動機M2斷電停轉.按下限位開關SQ,第27支路地X6閉合,Y4通電,快移電動機M3起動；松開限位開關 SQ快移電動機M3斷電停轉電器兀件一覽表符號數(shù)量名稱及用途M11主傳動交流電動機M21冷卻泵交流電動機M31快速移動交流電動機KM1短路限流電阻交流接觸器KM11冷卻泵交流電動機啟停交流接觸器KM21快速移動交流電動機交流接觸器KM31主軸電動機正轉交流接觸

24、器KM41主軸電動機反轉交流接觸器KT11電流表時間繼電器KA1軸電動機啟停反接制動中間繼電器SQ11快速移動電動機啟停限位開關FR11主軸電動機過載保護繼電器FR21冷卻泵電動機過載保護繼電器SB1 SB51冷卻電動機停止按鈕SB21主軸電動機反接啟動按鈕SB11冷卻電動機啟動按鈕SB41反接制動按鈕SB51冷卻電動機停止按鈕SB41反接制動按鈕SB61冷卻電動機電動按鈕符號數(shù)量名稱及用途FU11主軸電動機短路保護熔斷器FU21冷卻泵電動機短路保護熔斷器FU31照明電路短路保護熔斷器FU4 FU51控制電路短路保護斷路器EL1照明KS11主軸電動機反轉反接制動速度繼電器KS21主軸電動機正轉

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