專用鏜孔機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

. 目錄一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的2專用鏜孔機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)32.1控制要求分析32.2系統(tǒng)硬件配置及組成原理42.3系統(tǒng)變量定義及分配表5三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1 原理圖63.1.1 主電路原理圖63.1.2 控制電路原理圖73.2 PLC程序設(shè)計(jì)103.3 元件選型11四、設(shè)計(jì)心得12.一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的專用鏜孔機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)床概況：該設(shè)備用于大批量生產(chǎn)某零件的鏜孔與鉸孔加工工序。機(jī)床主運(yùn)動(dòng)采用動(dòng)力頭，由Y100L6型(1.5kW-4A)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)。該設(shè)備能進(jìn)行鏜孔加工，當(dāng)更換刀具和改變進(jìn)給速度時(shí)，又能進(jìn)行鉸孔加工(有鏜孔與鉸孔加工選擇)，加工動(dòng)作流程如圖2-1所示。快進(jìn)快退（手動(dòng)操作）原位起動(dòng)SQ5SQ1工進(jìn)1SQ3（停）快進(jìn)快退（手動(dòng)操作）原位起動(dòng)SQ5SQ2工進(jìn)2SQ4（停）a鏜孔）b鉸孔）圖1 加工動(dòng)作流程圖進(jìn)給系統(tǒng)采用液壓控制，為提高工效，進(jìn)給速度分快進(jìn)與工進(jìn)兩種且自動(dòng)變換。液壓系統(tǒng)中的液壓泵拖動(dòng)電機(jī)為Y801-2型(750W、1.9A)，由電磁閥(YVlYV4)控制進(jìn)給速度，動(dòng)作要求如表1所示。表1 液壓控制動(dòng)作要求YV1YV2YV3YV4快進(jìn)工進(jìn)1（鏜孔）工進(jìn)2（鉸孔）?？焱藶樘岣呒庸ぞ?，主軸采用靜壓軸承，由Y801-2型電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)高壓液壓泵產(chǎn)生靜壓油膜。2設(shè)計(jì)要求1)主軸為單向運(yùn)轉(zhuǎn)，停車要求制動(dòng)(采用能耗制動(dòng))。2)主軸電動(dòng)機(jī)與靜壓電動(dòng)機(jī)的聯(lián)鎖要求是：先開(kāi)靜壓電動(dòng)機(jī)，靜壓建立后(由油壓繼電器控制)才能起動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)，而停機(jī)時(shí)，要求先停主軸電動(dòng)機(jī)，后停靜壓電動(dòng)機(jī)。3)主軸加工操作，采用兩地控制。加工結(jié)束自動(dòng)停止，手動(dòng)快退至原位。4)根據(jù)加工動(dòng)作流程要求，設(shè)置鏜孔加工及鉸孔加工選擇。5)應(yīng)有照明及工作狀態(tài)顯示。6)有必要的電氣保護(hù)和聯(lián)鎖。本課程設(shè)計(jì)的目的是：通過(guò)對(duì)與學(xué)生所修專業(yè)有關(guān)的某一生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制裝置的實(shí)踐，掌握簡(jiǎn)單電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)要求分析、應(yīng)完成的工作內(nèi)容及具體的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)對(duì)平時(shí)所學(xué)專業(yè)課程知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)、鞏固和提高，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。電氣設(shè)計(jì)必須滿足現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝需要的要求，此外，設(shè)計(jì)前還需了解該設(shè)備的結(jié)構(gòu)、用途、操作要求，在此過(guò)程中培養(yǎng)設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)工作的整體觀念。二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1控制要求分析任務(wù)書(shū)中的控制要求有：1)主軸為單向運(yùn)轉(zhuǎn)，停車要求制動(dòng)(采用能耗制動(dòng))。2)主軸電動(dòng)機(jī)與靜壓電動(dòng)機(jī)的聯(lián)鎖要求是：先開(kāi)靜壓電動(dòng)機(jī)，靜壓建立后(由油壓繼電器控制)才能起動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)，而停機(jī)時(shí)，要求先停主軸電動(dòng)機(jī)，后停靜壓電動(dòng)機(jī)。3)主軸加工操作，采用兩地控制。加工結(jié)束自動(dòng)停止，手動(dòng)快退至原位。4)根據(jù)加工動(dòng)作流程要求，設(shè)置鏜孔加工及鉸孔加工選擇。5)應(yīng)有照明及工作狀態(tài)顯示。6)有必要的電氣保護(hù)和聯(lián)鎖。由此，可以簡(jiǎn)單分析出：1）不需對(duì)主軸進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，而只需要對(duì)主電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)和停止控制設(shè)計(jì)；2）主軸電動(dòng)機(jī)和靜壓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止順序有要求，因此要進(jìn)行聯(lián)鎖控制和保護(hù)： 3）液壓回路應(yīng)添加油壓繼電器，并在液壓控制回路的首端加入該壓力繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)滿足油壓后才能進(jìn)行其他控制的要求； 4）照明用燈泡可添加輔助回路； 5）在每個(gè)電動(dòng)機(jī)的連接處，均接入一個(gè)適合的熱繼電器，以實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)，在主回路中各個(gè)支路與主電源相連接處均接入一個(gè)適合的熔斷器，以實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)（短路保護(hù)），而在控制回路與變壓器相連處也應(yīng)接入適合的熔斷器，同樣實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。2.2系統(tǒng)硬件配置及組成原理1、PLC的選型；2、I/O點(diǎn)數(shù)的確定；3、PLC存儲(chǔ)容量的確定；4、輸入接口電路形式的選擇；5、輸出接口電路形式的選擇；6、PLC拓展模塊的選擇；7、PLC的I/O地址分配表，根據(jù)實(shí)際所需分配地址；1)本設(shè)計(jì)中，輸入輸出點(diǎn)數(shù)較少，可以選用小型PLC，型號(hào)FX2N。2） PLC輸入/輸出點(diǎn)確定：I/O點(diǎn)數(shù)選擇時(shí)要留出適當(dāng)余量；由控制要求可知有8個(gè)輸入口，則輸入的點(diǎn)數(shù)可選擇8點(diǎn)或16點(diǎn)；控制對(duì)象可知有8個(gè)，則輸出點(diǎn)數(shù)可選擇8點(diǎn)。綜合以上兩點(diǎn)，選擇輸入輸出點(diǎn)數(shù)16點(diǎn)。 3）PLC存儲(chǔ)容量：系統(tǒng)有模擬量信號(hào)存在或進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理時(shí)容量應(yīng)選擇大一些；專用鏜孔機(jī)床PLC控制程序設(shè)計(jì)步驟200步之內(nèi)存儲(chǔ)容量小于20K，選擇8K即可。 4）輸入接口用來(lái)完成輸入信號(hào)的引入、濾波及電平轉(zhuǎn)換。輸入接口電路的主要器件是光電耦合器。光電耦合器可以提高PLC的抗干擾能力和安全性能，進(jìn)行高低電平(24V5V)轉(zhuǎn)換。 5）輸出類型：通常由于專用鏜孔機(jī)床由交流220V三相異步電機(jī)拖動(dòng)，則選擇繼電器輸出型繼電器輸出MR（有觸點(diǎn)，可帶交直流負(fù)載或交流）或雙向晶閘管輸出型MS(無(wú)觸點(diǎn)，響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高， 只能用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載)都可。 6）主體CPU已足夠設(shè)計(jì)所需，無(wú)需拓展模塊。2.3系統(tǒng)變量定義及分配表 本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)變量有電磁閥（YV1-YV4）所控制的機(jī)床的工進(jìn),鉸或鏜，快退，顯示燈的切換，壓力繼電器所控制的靜壓電機(jī)和主軸電機(jī)開(kāi)啟和關(guān)閉的順序等，其中，顯示燈和電磁閥用PLC來(lái)控制，而兩電機(jī)的順序用的是外部繼電器，不在程序范圍之內(nèi)。 表2 專用鏜孔機(jī)床PLC控制I/O分配表I口接線端O口接線端X000啟動(dòng)按鈕SB1Y001電磁閥YV1X001行程開(kāi)關(guān)SQ1Y002電磁閥YV2X002行程開(kāi)關(guān)SQ2Y003電磁閥YV3X003行程開(kāi)關(guān)SQ3Y004電磁閥YV4X004行程開(kāi)關(guān)SQ4Y005快進(jìn)顯示燈L1X005手動(dòng)操作按鈕SB2Y006工進(jìn)顯示燈L2（鉸）X006行程開(kāi)關(guān)SQ5Y007工進(jìn)顯示燈L3（鏜）X007鏜孔選擇開(kāi)關(guān)SAY008快退顯示燈L4三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 原理圖3.1.1 主電路原理圖主電路的設(shè)計(jì)中主要應(yīng)滿足一下幾點(diǎn)要求：1)動(dòng)力頭電機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)；2)動(dòng)力頭電機(jī)、液泵電機(jī)兩者應(yīng)分開(kāi)接向主電源，并由不同的接觸器控制；3）兩種電機(jī)均應(yīng)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)（過(guò)流保護(hù)）與過(guò)熱保護(hù)中間加一個(gè)繼電器與熔斷器；4）電源處應(yīng)有一個(gè)總閘控制電源的關(guān)斷，設(shè)置為刀開(kāi)關(guān)。對(duì)于要求（1），動(dòng)力頭的電機(jī)接在一個(gè)接觸器上進(jìn)行控制，然后在接觸器的首位接上一個(gè)可控的直流電源（由變壓器和整流橋組成）來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于要求（2），選用二個(gè)接觸器來(lái)控制二種不同功率的電動(dòng)機(jī)，并分開(kāi)二個(gè)回路來(lái)控制即可。對(duì)于要求（3），選用合適的熔斷器，在三個(gè)回路接向電源出接上相應(yīng)的熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)；再選用合適的熱繼電器，在接向電動(dòng)機(jī)處接如相應(yīng)熱繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。對(duì)于要求（4），在電源處，添加一個(gè)刀開(kāi)關(guān)QG。 3.1.2 控制電路原理圖（1）電機(jī)控制回路在控制電機(jī)時(shí)，為滿足動(dòng)力頭電機(jī)的能耗制動(dòng)，利用時(shí)間繼電器來(lái)控制直流電源的延時(shí)斷開(kāi)。在二種電機(jī)的啟?？刂粕希媒佑|器的“起保?！彪娐穪?lái)控制，分別加入啟停按鈕。而在動(dòng)力頭電機(jī)的停止上，利用聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制，以其常閉觸點(diǎn)為停止，常開(kāi)觸點(diǎn)為直流電源的接入。這樣，保證了動(dòng)力頭電機(jī)的停止，同時(shí)也接入了能耗制動(dòng)。（2）液壓控制回路在液壓控制回路中，應(yīng)分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩部分。在自動(dòng)控制中，主要由行程開(kāi)關(guān)（SQ1到SQ4）、和按鈕SB1來(lái)共同控制電磁閥（YV1到Y(jié)V4）來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)動(dòng)作。在手動(dòng)控制中有啟動(dòng)和復(fù)位按鈕。其動(dòng)作表如表3所示：表3 液壓控制動(dòng)作表YV1YV2YV3YV4快進(jìn)（SB1）工進(jìn)1 (SQ1鏜孔旋鈕）工進(jìn)2（SQ2鉸孔旋鈕）停止(SQ3，SQ4)快退(SB2) 由上表可知，在設(shè)計(jì)液壓控制回路時(shí)。在表中，SQ1,SQ2為工進(jìn)信號(hào)，SQ3，SQ4為工進(jìn)停止信號(hào)。則只要有一個(gè)行程開(kāi)關(guān)的信號(hào)，則應(yīng)該立即動(dòng)作。然后自動(dòng)結(jié)束。 在手動(dòng)控制中，利用選擇開(kāi)關(guān)SA的轉(zhuǎn)換控制機(jī)床鏜孔鉸孔動(dòng)作。另外，在控制PLC上加入SB2來(lái)手動(dòng)復(fù)位。 圖4 PLC程序框圖3.2 PLC程序設(shè)計(jì)3.3 元件選型（1）電動(dòng)機(jī)的選型根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)M1為Y100L6型(1.5kW-4A)三相異步拖動(dòng)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)；液泵電動(dòng)機(jī)M2為Y801-2型(750W、1.9A)。(2)熔斷器的選型根據(jù)選擇出的電機(jī)型號(hào)，可大致計(jì)算該電機(jī)工作時(shí)的最大電流： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算熔斷器的最大允許電流值： 故計(jì)算得： I= 8A I= 4A由經(jīng)驗(yàn)可知，控制回路中的電流最大不會(huì)超過(guò)5A，故查取設(shè)計(jì)手冊(cè)，并選擇熔斷器結(jié)果如下：FU0：RL-60/25,最大熔斷電流25A；FU1：RL-160/25,最大熔斷電流25A；FU2：RL-160/25,最大熔斷電流25A； （3）熱繼電器的選型根據(jù)前面算出的電動(dòng)機(jī)工作電流，查手冊(cè)可直接選出熱繼電器，得如下結(jié)果：FR1：JR20-10，整定電流范圍35A；FR2：JR20-10，整定電流范圍35A；（4）交流接觸器選型根據(jù)前面計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)工作電流值，可知交流接觸器的工作電流應(yīng)在4A以內(nèi)，而由設(shè)計(jì)的原理圖知交流接觸器所需要的主觸點(diǎn)為4對(duì)輔助觸點(diǎn)不超過(guò)3常開(kāi)2常閉，再根據(jù)380V三相交流電的要求，查手冊(cè)，可選出交流接觸器為：KM1KM5型號(hào)為CJ020，線圈電壓為110V。 （5）壓力繼電器與電磁閥的選型在整個(gè)過(guò)程中，壓力繼電器起到一個(gè)傳感器的作用，它將靜壓電機(jī)開(kāi)啟后建立的靜壓達(dá)到一定程度傳給主軸電機(jī)控制回路，無(wú)特殊要求；電磁閥在220V電壓下工作，故選其電磁線圈電壓應(yīng)為220V，查手冊(cè)可得： 壓力繼電器：PS6439，額定電壓110V 電磁閥 KP ：2W-250-25，AC220V DC24V DC12V（7）照明與顯示燈的選型一般照明燈使用的是36V交流電，手工控制閉啟。查手冊(cè)得，選照明燈型號(hào)為：PZ22060。在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，由于在每一個(gè)指示燈的地方都有標(biāo)注，所以統(tǒng)一選為灰色，即H1H4，型號(hào)：AD122/212 電壓6V。 （8）變壓器的選型由于設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，需要將380V三相交流電轉(zhuǎn)換成110V、36V、24V等三種不同壓值的交流電，故選擇變壓器時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮考慮變壓器的容量與接處的點(diǎn)數(shù)。查手冊(cè)，選擇變壓器結(jié)果如下：TC：JBK3-2500，4變壓接出頭。（9）按鈕及刀開(kāi)關(guān)的選型在電路控制中SB7,SB8為手動(dòng)開(kāi)關(guān)，SB1,SB2,SB6為電機(jī)啟動(dòng)按鈕，SB3,SB4,SB5 為電機(jī)停止按鈕。 電路中照明電路開(kāi)關(guān)為旋鈕開(kāi)關(guān)，查手冊(cè)得：QS：DZ20-100/3，；而總電源開(kāi)關(guān)選擇的是一個(gè)刀開(kāi)關(guān)QG. SQ1SQ5為行程開(kāi)關(guān)，在電路中的功能幾乎相同，故選擇型號(hào)也相同，查手冊(cè)可得：型號(hào)為JW211Z。四、設(shè)計(jì)心得 為期一周的機(jī)械設(shè)備控制課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這一周中我收獲到的比預(yù)想的要多很多。在課程設(shè)計(jì)中，我們根據(jù)題目根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的過(guò)程設(shè)計(jì)鏜床機(jī)床控制系統(tǒng)的PLC的設(shè)計(jì)。從剛開(kāi)始手忙腳亂的到處翻書(shū)，無(wú)厘頭的亂畫圖。到后來(lái)的熟練檢查分析，以及修改以前的圖紙。直到最后，學(xué)會(huì)了如何去設(shè)計(jì)一個(gè)電路系統(tǒng)，它的步驟，參考，工具和設(shè)計(jì)思路都了然于胸。我覺(jué)得這是我們最應(yīng)該學(xué)習(xí)的地方，理所當(dāng)然也是我們收獲最大的地方。分開(kāi)設(shè)計(jì)各部分功能，然后慢慢的有機(jī)結(jié)合起來(lái)，這個(gè)方法格外的重要。在這一周中我收獲到的本預(yù)想的要多很多。在課程設(shè)計(jì)中，我們根據(jù)題目根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的過(guò)程設(shè)計(jì)鏜床機(jī)床控制系統(tǒng)的RLC和PLC的設(shè)計(jì)。我們要分清他所有的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并根據(jù)所學(xué)習(xí)的機(jī)電設(shè)備控制的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這個(gè)過(guò)程中，我才意識(shí)到知識(shí)不是學(xué)會(huì)就是真的掌握了，只有經(jīng)過(guò)真正完全獨(dú)立的設(shè)計(jì)才知道自己究竟差距在哪里。參考文獻(xiàn)1 趙春華編著.可編程控制器及其工程應(yīng)用.華中科技大學(xué)出版社.20122 鄧星鐘等編著.機(jī)電傳動(dòng)控制.華中科技大學(xué)出版社.20073 齊占慶.王振臣.編著電氣控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.20024工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)編寫組.工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè).中國(guó)電力出版社.19985 楊國(guó)福編著.化學(xué)工業(yè)出版社.常用低壓電器手冊(cè).2009