#專用榫齒銑電氣控制系統(tǒng)

1、目錄第 1章引言 11.1 選題背景及意義 11.2 設(shè)計要求及任務(wù) 2第 2 章 專用榫齒銑電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 42.1 根據(jù)要求繪制電器原理圖 4第 3 章 選擇電器元件 73.1 主要電器元件的選擇 73.2 電器元件目錄清單 11第 4 章 PLC 的選擇 12 TOC o 1-5 h z 總 結(jié) 13附圖 114附圖 215附圖 316附表 417參考文獻(xiàn) 18第 1 章 引言選題背景及意義在自動化控制領(lǐng)域， PLC是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有 200 多廠家 生產(chǎn) 300多品種 PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車 23%）、糧食加工 16.4%）、化學(xué) /制藥 14.6%）、金屬 / 礦

2、山11.5%）、紙漿 / 造紙11.3%）等行業(yè)。為了使各位初學(xué)者更 方便地了解 PLC，本文對 PLC 的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應(yīng)用等基本知識作一簡介，0 / 17以期對各位網(wǎng)友有所幫助隨著時代的發(fā)展，工業(yè)自動化程度的不斷提高，電器控制行業(yè)已經(jīng)在工業(yè)市場 上占有一大片領(lǐng)地。在此次設(shè)計中，我將利用電器元件來實現(xiàn)對榫齒銑工作路徑的 自動和手動控制。對于榫齒銑工作路徑的控制，可選用繼電 -接觸系統(tǒng)完成。繼電 - 接觸系統(tǒng)：它 的優(yōu)點是線路直觀，大部分電器均為常用電器，更換方便，價格較便宜?？删幊炭?制器技術(shù)發(fā)展很快，給它下一個確切的定義很困難，因此，到目前為止，還未能對 其下一最后的定義。 198

3、5年國際電工委員會 IEC）對 PLC做了如下定義：“可編程 序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用 可編程序的存儲器。用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時，計算和算 術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式，模擬式的輸入和輸出，控制各類行型的機(jī)械 或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)該按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一 個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。” 1968 年，美國最大的汽車制造商通用 汽車公司 能用于工業(yè)現(xiàn)場；2 能改變其控制“邏輯”，而不需要變動組成他的元件和修改內(nèi)部接線；3 出現(xiàn)故障時易于發(fā)現(xiàn)和維修。1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司 DEC）研

4、制出了世界上第一臺可編程序控制器。限 于當(dāng)時的元器件條件和計算機(jī)的發(fā)展水平，早期的可編程序控制器主要由分立元件 和中小規(guī)模集成電路組成。它簡化了計算機(jī)的內(nèi)部電路，為了適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境， 對接口電路作了一些改進(jìn)。20 世紀(jì) 70 年代初期出現(xiàn)了微處理器，它的體積小，功能強(qiáng)，價格便宜，很快 被用于可編程序控制器，使可編程序控制器的功能增強(qiáng) .工作速度加快 . 體積減小， 可靠性提高，成本下降?，F(xiàn)代可編程序控制器不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量的邏輯控制，還 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理，運(yùn)算控制，模擬量 PID 控制，聯(lián)網(wǎng)通信等功能。在發(fā)達(dá) 的工業(yè)化國家，可編程序控制器已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。在全世界上百個

5、可編程序控制器制造廠中，有幾家舉足輕重的公司。他們是美 國 Rock-well 自動化公司所屬的 A-BAllen & Bradly ）公司， GE-Fanuc 公司，德國 1 / 17的西門子 Siemens）公司和法國的施耐德 Schneider ）自動化公司，日本的三菱公 司和歐姆龍 OMRO）N公司。這幾家公司控制著全世界 80%以上的可編程序控制器市 場，他們的系列產(chǎn)品有其技術(shù)深度和廣度，從微型可編程序控制器到有上萬個 I/O具有兩種控制選擇 ,即加工時的連動循環(huán)及調(diào)整中的點動 設(shè)計帶有照明系統(tǒng)。（3設(shè)計應(yīng)有必要的電氣保護(hù)與互鎖。啟動壓 SQ1松開 SQ1壓 SQ2壓 SQ3圖 1-

6、2-1 加工循環(huán)圖設(shè)計任務(wù)本文針對設(shè)計要求而要完成的設(shè)計任務(wù)主要有以下三點：/ 17(1 設(shè)計并繪制電器原理圖。(2 選擇電器元件及編制元件目錄清單。(3 設(shè)計并繪制控制面板布置圖。(4 編制設(shè)計論文。第 2 章 專用榫齒銑電氣控制系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)要求繪制電器原理圖 電氣原理圖是用來表明設(shè)備電氣的工作原理及各電器元件的作用，相互之間的 關(guān)系的一種表示方式。運(yùn)用電氣原理圖的方法和技巧，對于分析電氣線路，排除機(jī) 床電路故障是十分有益的。電氣原理圖一般由主電路、控制電路、保護(hù)、配電電路 等幾部分組成。畫電氣原理圖的一般規(guī)律如下： (1 畫主電路 繪制主電路時，應(yīng)依 規(guī)定的電氣圖形符號用粗實線畫出主要控制

7、、保護(hù)等用電設(shè)備，如斷路器、熔斷器、 變頻器、熱繼電器、電動機(jī)等，并依次標(biāo)明相關(guān)的文字符號。 (2 畫控制電路 控制 電路一般是由開關(guān)、按鈕、信號指示、接觸器、繼電器的線圈和各種輔助觸點構(gòu)成， 無論簡單或復(fù)雜的控制電路，一般均是由各種典型電路 ( 如延時電路、聯(lián)鎖電路、順 控電路等 組合而成，用以控制主電路中受控設(shè)備的“起動”、“運(yùn)行”、“停止” 使主電路中的設(shè)備按設(shè)計工藝的要求正常工作。對于簡單的控制電路：只要依據(jù)主 電路要實現(xiàn)的功能，結(jié)合生產(chǎn)工藝要求及設(shè)備動作的先、后順序依次分析，仔細(xì)繪 制。對于復(fù)雜的控制電路，要按各部分所完成的功能，分割成若干個局部控制電路， 然后與典型電路相對照，找出

8、相同之處，本著先簡后繁、先易后難的原則逐個畫出 每個局部環(huán)節(jié)，再找到各環(huán)節(jié)的相互關(guān)系。主電路電器原理圖 榫齒機(jī)是用于某型發(fā)動機(jī)葉片根部榫齒銑削加工的一種高效專用銑床，有四臺 電動機(jī)拖動即：(1 銑刀主軸拖動電機(jī) M1：主要負(fù)責(zé)主軸的拖動。(2 銑刀架工進(jìn)拖動電機(jī) M2：主要負(fù)責(zé)刀架的工進(jìn)拖動。(3 銑刀架快進(jìn)拖動電機(jī) M3：主要負(fù)責(zé)刀架的快進(jìn)拖動和快退拖動。(4 冷卻泵拖動電機(jī) M4：主要負(fù)責(zé)冷卻泵的拖動。/ 17因此可設(shè)計出主電路電氣原理圖如圖 2-1-1 ：控制電路原理分析：由圖 2-1-1 可以看出刀開關(guān) QS控制整個電路的總電源。熔斷器 Fu1 在電路中起 到保護(hù)整個電路防止各電氣設(shè)備

9、的電流過載或短路時破壞損失的進(jìn)一步擴(kuò)大。將四 臺電動機(jī)并聯(lián)到電路上以使電動機(jī)可以同時啟動。由交流接觸器KM1對主軸拖動電機(jī) M1進(jìn)行控制同時又由熱繼電器 FR1對主軸拖動電機(jī) M1進(jìn)行保護(hù)；由交流接觸器 KM2對銑刀架工進(jìn)拖動電機(jī) M2進(jìn)行控制同時又由熱繼電器 FR2對銑刀架工進(jìn)拖動電 機(jī) M2進(jìn)行保護(hù)；由交流接觸器 KM3對銑刀架快進(jìn)拖動電機(jī) M3進(jìn)行正轉(zhuǎn)控制由交流 接觸器 KM5對銑刀架快進(jìn)拖動電機(jī) M3進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制同時又讓交流接觸器 KM3和 KM5 構(gòu)成互鎖又由熱繼電器 FR3對銑刀架快進(jìn)拖動電機(jī) M3進(jìn)行保護(hù)；交流接觸器 KM4對/ 17冷卻泵拖動電機(jī) M4進(jìn)行控制又由熱繼電器 FR

10、4對冷卻泵拖動電機(jī)進(jìn)行保護(hù) .控制電路電器原理圖為了便于對設(shè)備的維修檢測，控制系統(tǒng)一般設(shè)有手動自動兩種模式。手動模式 控制系統(tǒng)中單臺設(shè)備的運(yùn)行，以便對單臺設(shè)備進(jìn)行維護(hù)檢修；自動模式為整套系統(tǒng) 按各工藝流程自動完成全部過程。根據(jù)設(shè)計要求可設(shè)計出控制電路原理圖如圖 2-1-2 ：圖 2-1-2 控制電路電氣原理圖控制電路原理分析：M1開當(dāng)開啟榫齒機(jī)后，按按鈕開關(guān) SB2交流接觸器自鎖 KM1銑刀主軸拖動電機(jī)始轉(zhuǎn)動從而帶動主軸轉(zhuǎn)動，按下開關(guān) SB1則銑刀主軸拖動電機(jī) M1停轉(zhuǎn)。按手動選擇開關(guān) SA則可以設(shè)置照明電燈 EL 的開啟或關(guān)閉。按按鈕開關(guān) SB7交流接觸器 KM4自/ 17 鎖冷卻泵拖動電機(jī)

11、 M4開始轉(zhuǎn)動帶動冷卻泵運(yùn)轉(zhuǎn)工作，按下開關(guān) SB6則冷卻泵拖動電 機(jī) M4停轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動后，按按鈕 SB9中間繼電器接通，進(jìn)入自動控制循環(huán)：銑刀架由銑 刀架快進(jìn)拖動電機(jī) M3拖動，當(dāng)銑刀架行進(jìn)到指定位置時壓行程開關(guān) SQ1使銑刀架快 進(jìn)拖動電機(jī) M3停轉(zhuǎn)而銑刀架工進(jìn)拖動電機(jī) M2啟動帶動銑刀架工進(jìn)，當(dāng)銑刀架工進(jìn) 一段路徑后行程開關(guān) SQ1被松開使銑刀架工進(jìn)拖動電機(jī) M2停轉(zhuǎn)而銑刀架快進(jìn)拖動電 機(jī) M3再次啟動帶動銑刀架快進(jìn)，在銑刀架快進(jìn)一段路徑后壓壓行程開關(guān)SQ2使銑刀架快進(jìn)拖動電機(jī) M3反轉(zhuǎn)帶動銑刀架快退，直至回到初始位置壓行程開關(guān) SQ3使銑刀 架快進(jìn)拖動電機(jī) M3反轉(zhuǎn)帶動銑刀架快進(jìn)，從

12、而進(jìn)入下一個循環(huán)。第 3 章 選擇電器元件主要電器元件的選擇 已知的四臺電動機(jī)的參數(shù)為： M1： P 1=1.5KWn1=940r/min M2： P 2=1.1KWn2=1400r/min M3： P 3=1.1KWn3=2825r/min M4： P 4=120Wn4=2800r/min 以上參數(shù)可代入公式熔斷器的選擇 熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一定時間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化， 從而使電路斷開的原理制成的一種電流保護(hù)器。熔斷器廣泛應(yīng)用于低壓配電系統(tǒng)和 控制系統(tǒng)及用電設(shè)備中，作為短路和過電流保護(hù)，是應(yīng)用最普遍的保護(hù)器件之一。 熔斷器是一種過電流保護(hù)電器。熔斷器主要由熔體和熔管兩個部

13、分及外加填料等組 成。使用時，將熔斷器串聯(lián)于被保護(hù)電路中，當(dāng)被保護(hù)電路的電流超過規(guī)定值，并 經(jīng)過一定時間后，由熔體自身產(chǎn)生的熱量熔斷熔體，使電路斷開，起到保護(hù)的作用。 以金屬導(dǎo)體作為熔體而分?jǐn)嚯娐返碾娖?。串?lián)于電路中，當(dāng)過載或短路電流通過熔 體時，熔體自身將發(fā)熱而熔斷，從而對電力系統(tǒng)、各種電工設(shè)備及家用電器起到保 護(hù)作用。具有反時延特性，當(dāng)過載電流小時，熔斷時間長；過載電流大時，熔斷時/ 17間短。因此，在一定過載電流范圍內(nèi)至電流恢復(fù)正常，熔斷器不會熔斷，可以繼續(xù) 使用。熔斷器主要由熔體、外殼和支座 3 部分組成，其中熔體是控制熔斷特性的關(guān) 鍵元件。因為各種電器設(shè)備都有一定的過載能力，當(dāng)過載較

14、輕時可以允許較長時間 運(yùn)行，而超過某一過載倍數(shù)時，相應(yīng)要求熔斷器在一定時間內(nèi)熔斷。選擇熔斷器保 護(hù)過載和短路，必須了解用電設(shè)備的過載特性，使這一特性恰當(dāng)?shù)靥幵谌蹟嗥髅? 安特性的保護(hù)范圍之內(nèi)。選用熔斷器的一般原則為：(1 熔斷器的保護(hù)特性應(yīng)與被保護(hù)對象的過載特性有良好的配合。(2 按線路電壓等級選用相應(yīng)等級的熔斷器，一般熔斷器額定電壓不應(yīng)低與線 路額定電壓。(3 根據(jù)配電系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最大短路電流，選擇具有相應(yīng)分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟?器。(4 各級熔斷器應(yīng)相應(yīng)配合，一般要求前一級熔體比后一級熔體的額定電流大23 倍，以免發(fā)生越級動作而擴(kuò)大停電范圍。(5 熔體的額定電流應(yīng)小于或等于熔斷器的額定電流。

15、熔斷器的額定電流與熔體的額定電流不同，某一額定電流等級的熔斷器可以裝 設(shè)不同額定電流的熔體。選擇熔斷器作線路和設(shè)備的保護(hù)時，首先要明確選用熔體 的規(guī)格，然后再根據(jù)熔體選擇熔斷器。本設(shè)計屬于對多臺電動機(jī)負(fù)載的短路保護(hù)其計算公式為I FU (1.5 2.5I M+I注：其中 I M 為最大一臺電動機(jī)的額定電流， I 為其余幾臺電動機(jī)總的計算電流。 將設(shè)計的數(shù)值代入得：I FU (1.5 2.5*4+2.7+2.6+0.372=13.672可以選用熔體為 15A 的熔斷熱繼電器的選擇熱繼電器是一種電氣保護(hù)元件。它是利用電流的熱效應(yīng)來推動動作機(jī)構(gòu)使觸頭 閉合或斷開的保護(hù)電器，主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)、

16、斷相保護(hù)、電流不平衡保護(hù) 以及其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)時的控制。/ 17由電阻絲做成的熱元件，其電阻值較小，工作時將它串接在電動機(jī)的主電路中，電阻絲所圍繞的雙金屬片是由兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片壓合而成，左端與外殼 固定。當(dāng)熱元件中通過的電流超過其額定值而過熱時，因為雙金屬片的上面一層熱 膨脹系數(shù)小，而下面的大，使雙金屬片受熱后向上彎曲，導(dǎo)致扣板脫扣，扣板在彈 簧的拉力下將常閉觸點斷開。觸點是串接在電動機(jī)的控制電路中的，使得控制電路 中的接觸器的動作線圈斷電，從而切斷電動機(jī)的主電路。熱繼電器的基本結(jié)構(gòu)包括加熱元件、主雙金屬片、動作機(jī)構(gòu)和觸頭系統(tǒng)以及溫度補(bǔ)償元件。保護(hù)長期工作或間斷長期工作的電動機(jī)時

17、熱繼電器的選用計算方法是： 一般情況下，按電動機(jī)的額定電流選取，使熱繼電器的整定值為Iset=(0.95-1.05)I N( IN 為電動機(jī)的額定工作電流 或選取整定范圍的中值為電動機(jī)的額定工作電流。所以將本設(shè)計數(shù)據(jù)代入公式可得：I set1 =4(AI set2 =2.7(AI set3 =2.6(AI set4=0.372(A所以FR1可以選用 JR16-6/3-5 熱繼電器。FR2可以選用 JR16-4/3-3 熱繼電器FR3可以選用 JR16-4/3-3 熱繼電器FR4可以選用 JR16-1/3-1 熱繼電器交流接觸器的選擇在電氣設(shè)備應(yīng)用中，為了控制較大電流的通斷，需用一種具有很好滅弧

18、能力的 開關(guān)，這就是交流接觸器。交流接觸器是用來頻繁控制接通或斷開交流主電路的自 動控制電器，它不同于刀開關(guān)這類手動切換電器，它具有手動切換電器所不能實現(xiàn) 的遙控功能，并具有一定的斷流能力。交流接觸器不僅能遙控通斷電路，還具有欠/ 17 壓、零電壓釋放保護(hù)功能，它具備頻繁操作、工作可靠和性能穩(wěn)定等優(yōu)點。 交流接觸器的結(jié)構(gòu) 接觸器主要由電磁機(jī)構(gòu)、觸點系統(tǒng)和滅弧裝置等主要部件組成。電磁機(jī)構(gòu)包括 吸引線圈、靜鐵心和動鐵心，動鐵心與動觸點相聯(lián)。觸頭分為主觸頭和輔助觸頭，主觸頭用于通斷電流較大的主電路，體積較大， 一般由三對常開觸頭組成；輔助觸頭用于通斷電流較小的控制電路，體積較小，一 般由兩對常開觸頭

19、和兩對常閉觸頭組成。所謂觸頭的常開和常閉，是指接觸器未通 電動作前觸頭的原始狀態(tài)。當(dāng)線圈通電時,靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力 ,將動鐵芯吸合 ,因為觸頭系統(tǒng)是與動鐵芯聯(lián) 動的,因此動鐵芯帶動三條動觸片同時運(yùn)行 ,觸點閉合 ,從而接通電源。當(dāng)線圈斷電時 , 吸力消失 , 動鐵芯聯(lián)動部分依靠彈簧的反作用力而分離 ,使主觸頭斷開 , 切斷電源。 交流接觸器的選擇：1）持續(xù)運(yùn)行的設(shè)備。接觸器按 67-75%算.即 100A的交流接觸器，只能控制最 大額定電流是 67-75A 以下的設(shè)備。2）間斷運(yùn)行的設(shè)備。接觸器按 80%算. 即100A的交流接觸器，只能控制最大 額定電流是 80A以下的設(shè)備。3）反復(fù)短時工作

20、的設(shè)備。接觸器按 116-120%算。即 100A 的交流接觸器，只 能控制最大額定電流是 116-120A 以下的設(shè)備。本設(shè)計被控制設(shè)備的運(yùn)行線路比較簡單、所用交接觸器數(shù)量較少，所以交流接 觸器吸引線圈的額定電壓選用被控設(shè)備的電源電壓 即 380V）。根據(jù)以上交流接觸器的選用原則，本設(shè)計的交流接觸器KM1、KM2 、KM4 KM3、ZKM3F都選用 CJ10-10 型號交流接觸器。3.2 電器元件目錄清單電器元件的明細(xì)表文字符號名稱型號規(guī)格M1主軸拖動電機(jī)Y100L-61.5kw,940r/minM2刀架工進(jìn)Y90S-41.1kw,1400r/min9 / 17拖動電機(jī)M3刀架快進(jìn) 快退拖到

21、電機(jī)Y802-21.1kw,2825r/minM4冷卻泵電機(jī)A056120.12kw,2800r/minKM1交流接觸器CJO-10線圈電壓 380VKM2交流接觸器CJO-10線圈電壓 380VKM3Z,KM3F交流接觸器CJO-10線圈電壓 380VKM4交流接觸器CJO-10線圈電壓 380VTC變壓器BK-5050VA,380V/36VQS閘刀開關(guān)HD9SA自動手動選擇開關(guān)SQ1,SQ2,SQ3行程開關(guān)JKXK1-311FU熔斷器EL照明燈A19交流 36VFR1-FR4熱繼電器JB2-20/383 號熱元件SB1-SB9按鈕開關(guān)LA10-1表 3-1 )第 4 章 PLC 的選擇根據(jù)

22、 I/O 接線圖可知輸入點數(shù)為 6，輸出點數(shù)為 14，所以選擇 FX2-32MT型 PLC,其輸入點數(shù)為 16，輸出點為 16，擴(kuò)展模塊最大 I/O 點數(shù)為 16。.I/O 接線圖：見 附圖 110 / 17狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖：見 附圖 2梯形圖：見附圖 3指令表：見附表 4通過這次課程設(shè)計，很大提高了自己獨(dú)立完成某項任務(wù)的辦事能力，能使大學(xué) 所學(xué)書本上的理論知識與實際很好的結(jié)合起來，也能很熟練的操作應(yīng)用軟件和辦公 自動化軟件，了解了寫一篇機(jī)械論文的步驟和格式，有了這次設(shè)計，相信對以后的 工作會很有幫助，感覺什么事情都會做的很好的。此次設(shè)計是專用榫齒銑電氣控制系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計中通過經(jīng)驗設(shè)計法對其電氣控 制系統(tǒng)進(jìn)行本次設(shè)計設(shè)件，計，并選擇電器元合理配置，使其達(dá)到最優(yōu)化。其后， 應(yīng)用科學(xué)的計算方法選用各種型號的電器元件。最后，對控制面板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。本設(shè)計在考慮設(shè)計其控制電路和電器元件的選用時，運(yùn)用經(jīng)驗設(shè)計法，是可行 的。此方法電氣項目人員易于接受，便于普及、推廣。具有一定的通用性。對于提 高我國的生產(chǎn)裝備水平具有現(xiàn)實的意義。附圖 111 / 1712 / 17附圖 313 / 17附表 4LDM8002SETS0STLS0LDX1SETS20STLS20OUTY1LDX2SETS21STLS21OUTY2LDX3SETS22STLS22OUTY314 /