基于PLC的C650立式車床機(jī)床電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含4張CAD圖紙+帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】

基于PLC的C650立式機(jī)床電氣系統(tǒng)的【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含4張CAD圖紙+帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】

基于PLC的C650立式機(jī)床電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘    要

車床是廣泛應(yīng)用的一種技術(shù)成熟的切削機(jī)床，C650車床是一種中型車床，可用于加工回轉(zhuǎn)直徑1020mm以內(nèi),長(zhǎng)度3000mm以內(nèi)的工件。是車床中極具代表性的一種設(shè)備。

此次設(shè)計(jì)是對(duì)C650車床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)和模擬，運(yùn)用可編譯邏輯控制器實(shí)現(xiàn)各種控制、自鎖、聯(lián)鎖、報(bào)警功能，優(yōu)化控制系統(tǒng)的性能，提高穩(wěn)定性，降低故障率。

主電機(jī)的電氣設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。主電機(jī)的主回路要求帶有正反轉(zhuǎn)、Y-Δ轉(zhuǎn)換、帶限流電阻電氣反接制動(dòng)。系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)欠壓飽和和過(guò)流保護(hù)。在模擬樣機(jī)中通過(guò)電位器經(jīng)AD擴(kuò)展模塊模擬。

本次設(shè)計(jì)是一個(gè)完整的電氣控制系統(tǒng)，涵蓋了電機(jī)的計(jì)算、元件的選型、控制方案的設(shè)計(jì)、圖紙的繪制、電氣主回路的設(shè)計(jì)，配電系統(tǒng)接線、調(diào)試，是專業(yè)知識(shí)的一次總結(jié)和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：機(jī)床；配電；PLC；Y-Δ轉(zhuǎn)換

Abstract

The lathe is one of the most widely used metal cutting lathe, C650 lathe is a medium-sized lathe, the diameter of workpiece up to 1020mm, length up to 3000mm. It is a kind of equipment which is widely used. 

Lathe work when the most basic of two kinds of sports: Chuck axle drives the workpiece rotation, called main movement (cutting movement), second is slide carriage thimble drives the cutter to the linear motion, known as a feed movement. The two movements are carried out at the same time. In order to ensure the synchronization between the two, the two movements are driven by the same motor (the main motor), but have their own transmission. Through the respective transmission adjustment to adjust the different spindle speed and feed speed, you can process a variety of different needs of the workpiece.

Cooling pump is also an indispensable equipment of the machine tool. After starting the machine, cooling pump started running, the cooling liquid spray to work cutting noodles, to play to the role of cooling the workpiece, the cutter protection.

The design of the traditional C650 lathe electrical control system to improve the design and simulation, using compiled logic controller to achieve a variety of control, self-locking, interlocking, alarm function, the optimization of the performance of the control system, improve the stability, reduce the failure rate.

The electrical design of the main motor is the key point of the whole machine tool electrical design. The main circuit of the main motor is a kind of positive inversion and Y- delta conversion, with current limiting resistance of electric braking of complex loop.

 This design is a complete electrical control system, covering motor calculation, component selection, control scheme design and drawings of the drawing, the main electrical circuit design, distribution system wiring and debugging, which is extensively involved in knowledge is a summary and practice of professional knowledge.

Key words: lathe; power distribution; Programmable Logic Controller;ladder diagram

目    錄

摘要 …………………………………………………………………………1

引言 …………………………………………………………………………4

1  緒論  …………………………………………………………………………5

1.1 車床的歷史及發(fā)展……………………………………………………………4

1.2 車床結(jié)構(gòu)  ……………………………………………………………………5

1.3 設(shè)計(jì)要求………………………………………………………………………5

2  車床主回路設(shè)計(jì)……………………………………………………………7

2.1 主電機(jī)功率  …………………………………………………………………8

2.2 主電機(jī)主回路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………9

2.3 主要材料的選擇、配置………………………………………………………9

2.4 冷卻泵電機(jī)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………10

2.5 機(jī)床主回路圖………………………………………………………………11

3  車床電氣控制設(shè)計(jì)………………………………………………………12

3.1 控制要求……………………………………………………………………13

3.2 控制方案選擇………………………………………………………………13

3.3 PLCI/O測(cè)點(diǎn)清單及硬件選…………………………………………………16

3.5 控制回路原理………………………………………………………………17

3.6 梯形圖程序………………………………………………………………18

4  模擬樣機(jī) …………………………………………………………………23

4.1儀器及設(shè)備 ………………………………………………………………23

4.2電動(dòng)機(jī)的選擇 ……………………………………………………………24

4.3模擬樣機(jī)運(yùn)行 ……………………………………………………………25

4.4試機(jī)中遇到的問(wèn)題 ………………………………………………………26

結(jié)論……………………………………………………………………………27

謝辭……………………………………………………………………………28

參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………29

附件……………………………………………………………………………30

【詳情如下】【需要咨詢購(gòu)買全套設(shè)計(jì)請(qǐng)加QQ1459919609】

C650立式機(jī)床電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc

plc接線圖-cpu模塊.dwg

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基于PLC的C650立式機(jī)床電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

基于PLC的C650立式機(jī)床電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū).doc

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- 1 - 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)等 主要內(nèi)容：設(shè)計(jì) 式車床電氣控制系 統(tǒng)，包括電氣回路系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng) ，編制 式車床電氣控制系統(tǒng) 序清單 ；依據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)制作 設(shè)計(jì)重點(diǎn)：計(jì)算、分析并 選擇電動(dòng)機(jī)、 斷路器、交流 接觸器、繼電器、 互感器、電纜線等主要 電器 的 電流。 功率、型號(hào) 、等級(jí) 等 具體數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)過(guò)流保護(hù)： 運(yùn)行中當(dāng)電機(jī)電流大于額 定 電流的 且持續(xù)時(shí)間達(dá) 1 分鐘則 產(chǎn)生過(guò)流跳閘 ,同時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)；設(shè)計(jì)主電機(jī) 短路保護(hù) ；設(shè)計(jì)電源電壓欠壓保護(hù)：當(dāng)電源電壓小 于額定電壓的 時(shí)，電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生欠壓保護(hù)，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警信號(hào)； 設(shè)計(jì)難點(diǎn)： （ 1）電機(jī)起?？刂疲? ①如何來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)的啟動(dòng)，停止 ; ②冷卻泵電機(jī)的 啟動(dòng)于停止的控制 ; ③刀架電機(jī)的啟動(dòng)于停止的控制 ; 以上這些都將給我們的設(shè)計(jì) 帶來(lái)難度。 （ 2） 步進(jìn)指令編程方面： ①首先要把整個(gè)控制過(guò)程按任務(wù)要求分解，如 何畫(huà)出車床電氣系統(tǒng)控制過(guò)程的流程圖 ②分配，確定狀態(tài)器元件，弄清每個(gè)被分配狀態(tài)器的功能 - 2 - 2．準(zhǔn)備情況（查閱過(guò)的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、 實(shí)驗(yàn)條件等） 調(diào)研情況： 采用傳統(tǒng)的繼電器控制的普通車床在中小型企業(yè)仍大量使用，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易掌握、價(jià)格便宜，在一定的范圍內(nèi)能滿足控制要求，對(duì)于控制過(guò)程不太復(fù)雜的系統(tǒng)還是適合的。 業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提升，傳統(tǒng)的繼電器 設(shè)備體積大、壽命短、可靠性差、動(dòng)作速度慢、功能少、程序不可變的缺點(diǎn)尤為突出；由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，所以當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制柜就要改接或更改，通用性 和靈活性很差。同時(shí)存在：①觸點(diǎn)易被電弧燒壞而導(dǎo)致接觸不良，②機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)的觸點(diǎn)控制反映速度慢，③繼電器的控制功能被固定在線路中，功能單一、靈活性差等缺點(diǎn)。因而造成了這些企業(yè)的生產(chǎn)率低下，效益差，反過(guò)來(lái)這些企業(yè)又沒(méi)有足夠的資金購(gòu)買新的數(shù)控車床。由于可編程控制器（ 有：①通用性、適應(yīng)性強(qiáng)，②完善的故障自診斷能力且維修方便，③可靠性高及柔性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且小型 價(jià)格目前亦很便宜，因此在車床的控制電路改造中可以發(fā)揮極其重要的作用。故從實(shí)際出發(fā)，以 式車床電氣控制系統(tǒng)為畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題，設(shè)計(jì)并制作基于 控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，可以把所學(xué)知識(shí)整并運(yùn)用于解決實(shí)際問(wèn)題，做到學(xué)以致用。 參考文獻(xiàn)： [1]楊林建 M]京理工大學(xué)出版社 ,2008 [2]盛炳乾 ,李軍 M]國(guó)輕工業(yè)出版社， 1996 [3]楊興瑤 M]學(xué)工業(yè)出版社， 1994. [4]顧繩谷 ） [M]肥工業(yè)大學(xué)， 2000. [5]陳隆昌 ,閻治安 ,劉新正 M]安電子科技大學(xué)出版社， 2000 [6]齊從謙，王士蘭 . 術(shù)及應(yīng)用 [M]械工業(yè)出版社， 7]程周，毛臣健，章小印 . 電氣控制與 理及應(yīng)用 [M]子工業(yè)出版社，2003 [8]李乃夫 用、實(shí)驗(yàn) [M]國(guó)輕工業(yè)出版社 ,9]鄒金慧 ,黃宋魏 ,楊曉洪 理及應(yīng)用 [M]械工業(yè)出版社 ,2001 [10] A J]1995,35(4):1— 10 現(xiàn)有設(shè)備： 流接觸器、熱繼電器、互感器、按鈕等 模塊、 D/A 模塊 烙鐵等常用工具 - 3 - 3、實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料 進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃： 第一階段：（ 3 月 1 日至 3 月 16 日）查找相關(guān)資料文獻(xiàn)，熟悉理解有關(guān)內(nèi)容，完成 四萬(wàn)字英文資料翻譯。 第二階段：（ 3 月 17 日至 3 月 31 日）制定設(shè)計(jì)方案并論證。 第三階段：（ 4 月 01 日至 4 月 16 日）設(shè)計(jì) 式車床 電氣回路系統(tǒng)以及電氣控制 系統(tǒng) ，編制 式車床電氣控制系統(tǒng) 序清單 。用計(jì)算機(jī)繪制相應(yīng)圖紙。 第四階段：（ 4 月 17 日至 5 月 30 日）設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)制作 式車床電氣控制系統(tǒng) 模擬樣機(jī)，修改、調(diào)試控制程序。完成設(shè)機(jī)論文 預(yù)期提交資料： 式 車床 電氣系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 式車床 電氣主回路圖紙 式車床 電氣控制系統(tǒng)圖紙 式車床電氣控制系統(tǒng) 序清單 式車床電氣控制系統(tǒng)模擬樣機(jī) - 4 - 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師（簽字）： 2016 年 03 月 01 日 開(kāi)題小組意見(jiàn) 開(kāi)題小組組長(zhǎng)（簽字）： 2016 年 03 月 01 日 院（系、部）意見(jiàn) 主管院長(zhǎng)（系、部主任）簽字： 2016 年 03 月 01 日 第 1 頁(yè) 共 33 頁(yè) 摘 要 車床是廣泛應(yīng)用的一種技術(shù)成熟的切削機(jī)床， 用于加工回轉(zhuǎn)直徑 1020內(nèi) ,長(zhǎng)度 3000內(nèi)的工件。是車床中極具代表性的一種設(shè)備。 此次設(shè)計(jì)是對(duì) 床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)和模擬，運(yùn)用可編譯邏輯控制器實(shí)現(xiàn)各種控制、自鎖、聯(lián)鎖、報(bào)警功能，優(yōu)化控制系統(tǒng)的性能，提高穩(wěn)定性，降低故障率。 主電機(jī)的電氣設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。主電機(jī)的主回路要求帶有正反轉(zhuǎn)、 限流電阻電氣反接制動(dòng)。系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)欠壓飽和和過(guò)流保護(hù)。在模擬樣機(jī)中通過(guò)電位器經(jīng) 模擬。 本次設(shè)計(jì)是一個(gè)完整的電氣控制系統(tǒng)，涵蓋了電機(jī)的計(jì)算、元件的選型、控制方案的設(shè)計(jì)、圖紙的繪制、電氣主回路的設(shè)計(jì)，配電系統(tǒng)接線、調(diào)試，是專業(yè)知識(shí)的一次總結(jié)和實(shí)踐。 關(guān)鍵詞：機(jī)床；配電； 第 2 頁(yè) 共 33 頁(yè) he is of is a of up 020up 000It is a of is of of is to as a at In to by to a of of is an of to to to of of 650 to to a of of of of is of of is a of - of of is a of is in is a of 第 3 頁(yè) 共 33 頁(yè) 目 錄 摘要 ………………………………………………………………………… 1 引言 ………………………………………………………………………… 4 1 緒論 ……………………………………… ………………………………… 5 床的歷史及發(fā)展 …………………………………………………………… 4 床結(jié)構(gòu) …………………………………………………………………… 5 計(jì)要求 ……………………………………………………………………… 5 2 車床主回路設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 7 電機(jī)功率 ………………………………………………………………… 8 電機(jī)主回路的設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 9 要材料的選擇、配置 …………… ………………………………………… 9 卻泵電機(jī)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 10 床主回路圖 ……………………………………………………………… 11 3 車床電氣控制設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 12 制要求 …………………………………………………………………… 13 制方案選擇 ……………………………………………………………… 13 測(cè)點(diǎn)清單及硬件選 ………………………………………………… 16 制回路原理 …………… ………………………………………………… 17 形圖程序 ……………………………………………………………… 18 4 模擬樣機(jī) ………………………………………………………………… 23 器及設(shè)備 ……………………………………………………………… 23 動(dòng)機(jī)的選擇 …………………………………………………………… 24 擬樣機(jī)運(yùn)行 …………………………………………………………… 25 機(jī)中遇到的問(wèn)題 ……………………………………………………… 26 結(jié)論 ………………………………………… ………………………………… 27 謝辭 …………………………………………………………………………… 28 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………… 29 附件 …………………………………………………………………………… 30 第 4 頁(yè) 共 33 頁(yè) 引 言 在機(jī)床工業(yè)不斷發(fā)展的今天，如何提高機(jī)床的精度和加工速度，仍然是人們致力于解決和不斷完善的課題，它不僅是機(jī)床技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力來(lái)源，還是使得機(jī)床電氣控制系統(tǒng)不斷改進(jìn)的動(dòng)力。計(jì)算機(jī)和控制理論的發(fā)展和完善，電力拖動(dòng)、電力電子技術(shù)的日益發(fā)展，都為機(jī)床電氣控 制系統(tǒng)的改進(jìn)奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。上世紀(jì)四十年代之前，機(jī)床的控制主要是以繼電器 且由于技術(shù)限制，那時(shí)的交流電機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，只能通過(guò)機(jī)械手段，通過(guò)齒輪、皮帶來(lái)實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速，這樣一來(lái)，機(jī)床系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，加工精度也局限在一定的范圍以內(nèi)。繼電器 本低廉，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)控制（如啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、變速等），并可實(shí)現(xiàn)邏輯控制、聯(lián)鎖控制、異地控制等，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里是車床電氣控制系統(tǒng)的不二選擇，但隨著可編譯邏輯控制器的出現(xiàn)和技術(shù)成熟，繼電器 露無(wú)疑，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、接線龐大、故障率高、檢修不便，另外，根據(jù)加工工藝的要求，需要改變控制邏輯關(guān)系時(shí)，必須修改線路，重新安裝配線，這對(duì)現(xiàn)代機(jī)床的控制要求是很不適應(yīng)的。而通過(guò) 些問(wèn)題迎刃而解，同時(shí)還提高了車床的加工精度?；?電氣控制系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)行事先編譯好的邏輯控制程序能很好的實(shí)現(xiàn)車床電氣控制要求的各種功能，而且可以隨便編程，自動(dòng)診斷，系統(tǒng)體積縮小，可靠性也隨之提高，在安裝使用系統(tǒng)以后如果要改進(jìn)系統(tǒng)功能只需要重新對(duì)程序進(jìn)行編譯，而不需要改變接線的邏輯控制，據(jù)此，可編譯邏輯控制器正在不斷取代傳統(tǒng)的繼電器 設(shè)計(jì)就是以行基于 一章為緒論，第二章討論了主回路的設(shè)計(jì)，第四章闡述了電氣系統(tǒng)控制部分，最后對(duì)模擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試運(yùn)行進(jìn)行了說(shuō)明。 第 5 頁(yè) 共 33 頁(yè) 1 緒論 床的歷史及發(fā)展 重要的用途，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的一種加工設(shè)備。它的由來(lái)是一個(gè)漫長(zhǎng)的演變過(guò)程，是人們從漫長(zhǎng)的歷史中積累的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)中慢慢總結(jié)，改進(jìn)而來(lái)的。早在公元前兩千多年就能 找到它的原形。公元兩千多年前出現(xiàn)的樹(shù)木機(jī)床，在使用時(shí)，用腳踩踏作為動(dòng)力，利用樹(shù)枝的彈性帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，將貝殼石片等加工成刀具。近代以來(lái)，隨著工業(yè)革命的興起，各種金屬制品大量被使用于生活和生產(chǎn)中，對(duì)于金屬零件的加工，車床是十分關(guān)鍵的設(shè)備，但尤為科技發(fā)展的限制，直到十九世紀(jì)完全由金屬組成的車床出現(xiàn)，隨著如絲桿等傳動(dòng)零件的不斷出現(xiàn)，車床才算初具生產(chǎn)能力。到二十世紀(jì)中葉，睡著計(jì)算機(jī)的誕生與完善，世界工業(yè)逐步開(kāi)啟現(xiàn)代化進(jìn)程，車床也隨之被不斷完善和改進(jìn)。 本次設(shè)計(jì)，主要是以 行一次內(nèi)容豐富，涉及知識(shí)面廣泛的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。車床工作時(shí)需要電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)卡盤(pán)上的工件做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就設(shè)計(jì)到電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停車以及一系列的保護(hù)問(wèn)題。所以，本次設(shè)計(jì)涉及電機(jī)主回路的設(shè)計(jì)、電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 運(yùn)用以及配電的安裝于調(diào)試，知識(shí)涵蓋面廣泛、工作量飽滿。 床結(jié)構(gòu) 床由床身、進(jìn)給箱、變速箱、溜板箱、刀架配以絲桿、光桿、尾架等輔助設(shè)備組成。 第 6 頁(yè) 共 33 頁(yè) 主軸箱又稱床頭箱，它的主要功能是通過(guò)一系列的變速機(jī)將主電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到主軸從而得到所需的不同的轉(zhuǎn)速，于此同時(shí)主軸箱的部分動(dòng)力傳遞給進(jìn)給箱。主軸箱中的主軸是車床的 最重要的組成部分。一旦主軸的回轉(zhuǎn)精度降低，則機(jī)床的實(shí)用價(jià)值將會(huì)大打折扣。 刀架用于裝夾刀具，實(shí)現(xiàn)縱向、橫向和斜向移動(dòng)的部件 光桿和絲桿用來(lái)連接進(jìn)給箱與溜板箱，溜板箱的動(dòng)力就來(lái)自進(jìn)給箱，由絲桿和光桿傳遞，使溜板箱得以縱向直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要車削各種螺紋時(shí)才用到絲桿在進(jìn)行工件的其他表面車削時(shí)，只用光桿，不需要絲桿。 冷卻泵機(jī)床重要的組成部分，在工件切削時(shí)會(huì)產(chǎn)生十分巨大的熱量。所以要輔以冷卻液降溫，否則不僅會(huì)損壞工件還會(huì)大大減小刀具的使用壽命，使得車床失去其使用性，故此冷卻泵是機(jī)床必不可少的輔助設(shè) 備。 床的電機(jī)拖動(dòng) （ 1）主運(yùn)動(dòng)：工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就是車床的主運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的方式是由主軸帶動(dòng)卡盤(pán)或頂尖從而帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力需要通過(guò)通過(guò)主軸箱傳遞到主軸，一般加工要求下，主軸只需要單方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但在車螺紋時(shí)則需要用反轉(zhuǎn)來(lái)退刀。 （ 2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是溜板帶縱向或橫向的直線移動(dòng)來(lái)帶動(dòng)刀具運(yùn)動(dòng)，是使得切削能連續(xù)進(jìn)行下去的運(yùn)動(dòng)。所謂縱向運(yùn)動(dòng)是指相對(duì)于操作者的左右運(yùn)動(dòng)即車床的 Z 軸運(yùn)動(dòng)，橫向運(yùn)動(dòng)是指相對(duì)于操作者的前后運(yùn)動(dòng)即車床的 X 軸運(yùn)動(dòng)。車螺紋時(shí)要求主軸的旋轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給的移動(dòng)距 離之間保持一定的比例，所以主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要由同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，主軸箱和車床的溜板箱之間通過(guò)齒輪傳動(dòng)來(lái)聯(lián)接，刀架再由溜板箱帶動(dòng)，沿著床身導(dǎo)軌作直線走刀運(yùn)動(dòng)。 （ 3）輔助運(yùn)動(dòng)：車床的輔助運(yùn)動(dòng)包括刀架的快進(jìn)與快退，尾架的移動(dòng)與工件的夾緊與松開(kāi)等。 計(jì)要求 車床不僅有主電動(dòng)機(jī)和冷卻泵電動(dòng)機(jī)，還有許多輔助電動(dòng)機(jī)，比如刀架快速移動(dòng)電機(jī)。由于本次設(shè)計(jì)材料等方面原因的限制，本次設(shè)計(jì)中不考慮這些設(shè)備。只是針對(duì)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，相比傳統(tǒng)的接觸器 /繼電器控制系統(tǒng)，以可編譯邏輯控制器取而代之，改良與優(yōu)化機(jī) 床電氣控制系統(tǒng)。 文全稱 定義為一種通過(guò)數(shù)字預(yù)算的電子系統(tǒng)，為現(xiàn)代化、自動(dòng)化工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的。它采用可編程的存儲(chǔ)器，將程序儲(chǔ)存于內(nèi)部，通過(guò) 順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等，并通過(guò)數(shù)字或模擬式 I/O 控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的近程，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可靠性差、壽命短、故障率高的缺點(diǎn)日益凸顯，所以基 第 7 頁(yè) 共 33 頁(yè) 于 控制系統(tǒng)是大勢(shì)所驅(qū)動(dòng)。故本次設(shè)計(jì)采用基于 控制回路來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)床的控制系統(tǒng)。 所以本次設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)完整的車床電 氣控制系統(tǒng)，首先要完成電機(jī)主回路的設(shè)計(jì)，保證電動(dòng)機(jī)的基本電氣性能，然后對(duì)控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)求能夠在 現(xiàn)冷卻泵電機(jī)的啟停功能并能啟動(dòng)電機(jī)使其正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，停車等基本功能，于此同時(shí)要設(shè)計(jì)欠壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)，當(dāng)在電網(wǎng)電壓過(guò)低，低于電機(jī)額定電壓的的 75%時(shí)，電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生欠壓保護(hù)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并跳閘。而當(dāng)工作電流大于電機(jī)額定電流的 時(shí)電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)流保護(hù)，發(fā)出警示燈信號(hào)，如果過(guò)流的情況持續(xù)一分鐘仍然沒(méi)有排除則跳閘并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，系統(tǒng) 要有及時(shí)響應(yīng)的短路保護(hù)。 2 床主回路設(shè)計(jì) 回路電機(jī) 經(jīng)查閱 床資料，其最大加工工件的尺寸為直徑 1020度為3000回轉(zhuǎn)工件，帶動(dòng)如此大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的工件需要配備一臺(tái) 30電動(dòng)機(jī)，故此車床采用一臺(tái)鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)： 0 系列電動(dòng)機(jī)是一種鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。 符合 準(zhǔn)，可以用于驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械設(shè)備，如機(jī)床、水泵、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、農(nóng)機(jī)、包裝機(jī)等。 Y 系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音和振動(dòng)比較小，運(yùn)行安全可靠。符合三相 異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件 15 電動(dòng)機(jī)采用 動(dòng)機(jī)采用 F 級(jí)絕緣。額定電壓為 380V，額定頻率為 50率 3以下為 Y 接法；其它功率均為△接法。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔不超過(guò) 1000m；環(huán)境空氣溫度隨季節(jié)變化，但不超過(guò) 40℃；最低環(huán)境空氣溫度為 最濕月月平均最高相對(duì)濕度為 90%；同時(shí)該月月平均最低溫度不高于 25℃。 電動(dòng)機(jī)有一個(gè)軸伸，按用戶需要，可制成雙軸伸，第二軸伸亦能傳遞額定功率，但只能用聯(lián)軸器傳動(dòng)。 第 8 頁(yè) 共 33 頁(yè) 0 ①海拔：不超過(guò) 1000米； ②環(huán)境空氣溫度隨季節(jié)而變化，但不超過(guò)＋ 40℃。 ③頻率： 50赫茲， 60赫茲 ④電壓： 380V/220， 380/440， 380/660V （變電壓要訂做） ⑤接法：功率在 3千瓦及以下為 4千瓦及以上為△接法 ⑥工作方式： 絕緣等級(jí)： B 級(jí)、 F 級(jí) ⑧防護(hù)等級(jí)： 卻泵由電動(dòng)機(jī) 動(dòng)，車床工作時(shí)只需要 削加工時(shí)，由于刀具及弓工件的溫度過(guò)高，需要冷卻，否則對(duì)工件和車床都會(huì)造成損壞，因而必須配有冷卻泵電動(dòng)機(jī)，冷卻泵電動(dòng)機(jī) 與主軸電動(dòng)機(jī)有連鎖關(guān)系，即冷卻泵電動(dòng)機(jī)應(yīng)在主軸電動(dòng)機(jī)之前啟動(dòng)，并在冷卻泵電動(dòng)機(jī)停車時(shí)，主軸電動(dòng)機(jī)也應(yīng)立即停車。 電機(jī)主回路的設(shè)計(jì)： 在實(shí)際生產(chǎn)中，工件的旋轉(zhuǎn)需要正向、反向不斷變換方向，即車床的主運(yùn)動(dòng)是正反轉(zhuǎn)的過(guò)程，電氣回路必須設(shè)計(jì)成正反轉(zhuǎn)控制回路。另外，主電機(jī)功率很大，額定電流達(dá)到 60A，若直接啟動(dòng)電機(jī)，將產(chǎn)生 6~7 倍的瞬時(shí)電流即高達(dá) 300A 的電流，對(duì)電網(wǎng)的沖擊十分嚴(yán)重，不僅如此，還會(huì)影響周圍設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使起工作電壓降低，電機(jī)產(chǎn)生的力矩成平方倍降低，甚至給工程現(xiàn)場(chǎng)帶來(lái)安全隱患。故此，必須采 用降壓?jiǎn)?dòng)。電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)的方式有很多種，比如自偶降壓、星形轉(zhuǎn)三角形降壓?jiǎn)?dòng)、軟啟動(dòng)器啟動(dòng)、變頻器啟動(dòng)等方式。各種降壓?jiǎn)?dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中星形轉(zhuǎn)三角形降壓?jiǎn)?dòng)方式的方案，用于電機(jī)相對(duì)較小的場(chǎng)合，成本低，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單又能滿足 床的實(shí)際啟動(dòng)要求。在本方案中采用星形轉(zhuǎn)三角形換降壓?jiǎn)?dòng)方式。最后，當(dāng)電 第 9 頁(yè) 共 33 頁(yè) 機(jī)斷開(kāi)電源后，要求盡快停止，但是 由于加工工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大，自由停車的時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，因此必須帶有電氣制動(dòng)。本方案中采用電氣反接制動(dòng)。 綜上所述，主電機(jī)主回路如圖 示 圖 電機(jī)主回路圖 如主回路圖所示， 空氣開(kāi)關(guān)，接入動(dòng)力電并提供短路保護(hù)。電機(jī)的運(yùn)行通過(guò)兩組接觸器來(lái)控制。接觸器 主回路正轉(zhuǎn)接觸器、 主回路反轉(zhuǎn)接觸器， 星形接法接觸器。 限流電阻旁路接觸器， R 是限流電阻， 在按下電動(dòng)機(jī)正向啟動(dòng)按鈕后，接觸器 觸器 點(diǎn)吸合，接觸器 圈失電觸點(diǎn)斷開(kāi)。電機(jī)星形啟動(dòng)。當(dāng)接觸器合并延時(shí)五秒后，斷開(kāi)接觸器 合接觸器 電機(jī)轉(zhuǎn)成三角形接法正常運(yùn)行。這就是星形轉(zhuǎn) 三角形轉(zhuǎn)換啟動(dòng)過(guò)程。 在按下主電動(dòng)機(jī)停止按鈕是，接觸器 觸器 源通過(guò)限流電阻反向接入電機(jī)反接制動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速傳感器所檢測(cè)速度降到低速后，斷開(kāi)接觸器 機(jī)停車。這就是反接制動(dòng)停車過(guò)程。 當(dāng)加工螺紋時(shí)，我們需要工件反轉(zhuǎn)。按下反轉(zhuǎn)按鈕，接觸器 正轉(zhuǎn)啟動(dòng)同理，接觸器 合，延時(shí)五秒后，斷開(kāi)接觸器 合 現(xiàn)星形轉(zhuǎn)三角形反向啟動(dòng)，電機(jī)正常運(yùn)行。按下停車按鈕，接觸器 接制動(dòng)停車。 要材料的選擇 、配置： 流的計(jì)算 星形接法： 線電流 I（線）’ =相電流 I（相）’ = U（ N） /√ 3/Z ； 第 10 頁(yè) 共 33 頁(yè) 三角形接法： 相電流 I(相 )=U(N)/Z 線電流 I(線 )=I(相 )*√ 3 ，即 I(線 )＝ U(N)/Z*√ 3。 經(jīng)過(guò)比較，星形接法線電流 I（線）’ 是三角形接法線電流 I(線 )的三分之一 I（線）’ / I（線） =U（ N） /√ 3/Z / U(N)/Z*√ 3 =1/3 計(jì)算電機(jī)額定線電流：三相電機(jī)功率的計(jì)算公式是： p=線電流公式可由三相電機(jī)功率公式推導(dǎo)而來(lái) ： I=P/式中： P 為電機(jī)功率 30 U 為線電壓，取 380v ； 般取 經(jīng)過(guò)計(jì)算得知： I=0A 即三角形接法狀態(tài)下，額定線電流是 60A，三角形接法下的 相電流 I（相）’＝線電流 I(線 )/√ 3＝ 35A,，星形接法下的 線電流 I（線）’ =相電流 I（相）’=20A； 觸器的計(jì)算及選型 在本電路中，接觸器 于主回路中，星形接法時(shí)通過(guò)的電流是相電流為 20A， 當(dāng)三角形接法時(shí)經(jīng)過(guò)的電流是相電流為 60A。因此 這 三個(gè)接觸器最少應(yīng)該采用 63A 接觸器。 于三角形回路中，經(jīng)過(guò)的電流是線電流 35A，因此最少應(yīng)該采用 40A 接觸器。 于星形回路中，經(jīng)過(guò)的電流是線電流 20A，因此最少應(yīng)該采用 25A 接觸器。 氣斷路器與熱繼電器的計(jì)算及選型 空氣斷路器 繼電器都位于主回路中，額定狀態(tài)下流過(guò)的電流是60A，最少應(yīng)該采用 63A 斷路器。熱元件的額定電流應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)額定電流，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)或拖動(dòng)沖擊性負(fù)載時(shí)，熱元件整定電流必須設(shè)定在額定電流的 。即本方案中熱繼電器的整定值應(yīng)該是60*9A，可以選擇 列的 53~85A 熱繼電器。 流互感器和電流表的計(jì)算 經(jīng)上述計(jì)算得出，主電機(jī)額定線電為 60A，應(yīng)該選擇 60A 以上的電流互感器和電流表。經(jīng)查， 60A 以上的量程是 100A 的，其二次電流是 5A。所以電流互感器選用 100/5 的 3 個(gè)；電流表選用信號(hào) 0程 0 3 個(gè)。 線的計(jì)算 第 11 頁(yè) 共 33 頁(yè) 導(dǎo)線截面積 S=ρ (L/R) 電阻 R=U/I 導(dǎo)線電阻率：ρ為導(dǎo)線的電阻率，L 為導(dǎo)線的長(zhǎng)度， R 為電阻， U 為允許電壓降， I 為電流。本方案中采用銅質(zhì)導(dǎo)線（ 經(jīng)查導(dǎo)線電阻率 當(dāng)溫度為 20 攝氏度時(shí)，銅導(dǎo)線的電阻率ρ =m）、導(dǎo)線長(zhǎng)度按 10 米計(jì)算，允許電壓降為 1V，經(jīng)過(guò)計(jì)算得線電流為 60A 時(shí) S=0 電流為 35A 時(shí) S=60A 時(shí) S=4以主回路的線（即配電柜內(nèi) 間的線，以及 電機(jī)的線）應(yīng)選 10 角形接線回路的線（即 后的線，以及 電機(jī)的線）應(yīng)選 6 形接線回路的線（即 的短接線）應(yīng)選 4 卻泵電機(jī)的設(shè)計(jì) 在車床運(yùn)行時(shí)，刀具和工件的接觸位置溫度往往很高。為了及時(shí)降低溫度，車床上都帶有冷卻泵，當(dāng)車床啟動(dòng)后，冷卻泵就一直連續(xù)運(yùn)行。 卻電機(jī)的計(jì)算 機(jī)床冷卻泵是機(jī)床上獨(dú)立的輔助設(shè)備，經(jīng)查資料，口徑 量22L/機(jī)床冷卻泵可以滿足需求。其具體資料如圖 號(hào) 口徑( 流量(L/M) 揚(yáng)程(M) 電壓(V) 功率(W) 5 22 80 125 5 45 150 5 90 5 500 5 25 8 180 0 50 12 370 圖 卻泵型號(hào) 選 22冷卻泵，其對(duì)應(yīng)電機(jī)功率 125W、電壓 380V。這樣 的小電機(jī)一般都采用星形接法。 計(jì)算電機(jī)額定線電流：三相電機(jī)功率的計(jì)算公式是： P=據(jù)三相電機(jī)功率公式可知線電流公式為： I=P/ 式中 : P 為電機(jī)功率 U 為 380v ； 般取 經(jīng)過(guò)計(jì)算得知： I= 卻電機(jī) 主回路的設(shè)計(jì)及材料選型 冷卻電機(jī)作為一種單獨(dú)、連續(xù)、小型的設(shè)備，采用一般的電機(jī)主回路即可，配置空氣斷路器、交流接觸器、熱繼電器。根據(jù)上面的電流計(jì)算結(jié)果，選擇這幾種元件參數(shù)如下：空氣斷路器：額定電流 流接觸器：額定 第 12 頁(yè) 共 33 頁(yè) 電流 繼電器：設(shè)定電流范圍 線規(guī)格： 650 機(jī)床主回路圖如圖所示： 圖 床主回路圖 3. 床電氣控制設(shè)計(jì) 車床這種加工設(shè)備對(duì)加工精度有著很高的要求。傳統(tǒng)的車床采用繼電器控制。繼電器控制具有很多的缺點(diǎn)：安裝好后，功 能單一、產(chǎn)量和質(zhì)量嚴(yán)重依賴于工人的操作水平、故障率高，嚴(yán)重制約了工業(yè)水平的發(fā)展?；诳删幾g邏輯器件的電氣控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大地完善了傳統(tǒng)車床。基于可編譯邏輯器件的電氣控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比，有許多優(yōu)勢(shì)： （ 1）可靠性及抗干擾能力強(qiáng) 隨著可編譯可編程邏輯控制器 生產(chǎn)廠家在硬件和軟件上采取了一系列的優(yōu)化措施，抗干擾能力十分強(qiáng)，其勝任各種現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)并穩(wěn)定的運(yùn)行。 （ 2）通用性強(qiáng) 易改變控制方案，功能豐富。傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)利用繼電器輔助觸點(diǎn)的串、并聯(lián)實(shí)現(xiàn)邏輯控 制，控制方法為硬件接線。接線復(fù)雜而龐大，功耗也十分巨大，系統(tǒng)一旦構(gòu)成，日后的檢修、維護(hù)、改進(jìn)都非常困難，不夠靈活。與之相比 用計(jì)算機(jī)技術(shù)，其控制邏輯存放咋儲(chǔ)存器總，要改變控制邏 第 13 頁(yè) 共 33 頁(yè) 輯只需修改程序，可以輕而易舉的修改和新增功能，在設(shè)計(jì)階段也可以更輕易的通過(guò)測(cè)試來(lái)實(shí)現(xiàn)新的功能。 統(tǒng)的接線少而簡(jiǎn)單、體積小并且功耗也小等特點(diǎn)是傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。 （ 3）故障率小 采用硬件接線的 傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)利用繼電器輔助觸點(diǎn)的串、并聯(lián)實(shí)現(xiàn)邏輯控制，連線龐大而復(fù)雜 很容易因?yàn)榻泳€松動(dòng)等原因出現(xiàn)故障，而 且出現(xiàn)故障后排查問(wèn)題也需要較長(zhǎng)時(shí)間。而采用 話，大部分的控制邏輯都是由 部?jī)H有少量的接觸器等元件，大大降低了故障率，并且出現(xiàn)故障后可以在電腦上查看梯形圖在線狀態(tài)，故障點(diǎn)一目了然。 (4)工作效率高 繼電器控制系統(tǒng)的原理是基于機(jī)械觸電的動(dòng)作，工作效率并不高，系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至?xí)霈F(xiàn)很嚴(yán)重的抖動(dòng)問(wèn)題，而 統(tǒng)則不同，它通過(guò) 行邏輯看運(yùn)算，指令控制的執(zhí)行時(shí)間大大降低，達(dá)到微秒級(jí)，也自然不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)等隱患。 鑒于以上原因，本次設(shè)計(jì)采用 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本內(nèi)容 選擇 綜合設(shè)計(jì)要求，需要使用一臺(tái)高性能的小型化高速程序裝置。而三菱輸入輸出 16可以適用于在多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的 在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行 16選用 16/32/48/64/80/128 點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小 8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。 程序容量：內(nèi)置 800 步儲(chǔ)存器（可輸入注釋），還可外接存儲(chǔ)盒，擴(kuò)充至 16K 步。豐富的軟元件應(yīng)用指令中有多個(gè)可使用的簡(jiǎn)單指令、高速處理指令、輸入過(guò)濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。還可運(yùn)用于脈沖輸出（ 20脈寬調(diào)制， 制指令等。另可掛接 A/現(xiàn)電流、電壓信號(hào)的采集處理，實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)。 制設(shè)計(jì)的流程 制系統(tǒng)由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備連接，通過(guò) 預(yù)先編譯的邏輯進(jìn)行運(yùn)算、分析和輸出，達(dá)到控制目的，故此 制系統(tǒng)的基本步驟包括以下內(nèi) 容： （ 1）明確設(shè)備工作原理，對(duì)控制要求進(jìn)行分析，充分考慮設(shè)備主要?jiǎng)幼鞯耐瑫r(shí)還要考慮必要的自鎖、互鎖等保護(hù)措施。據(jù)此明確控制方案的脈絡(luò)， 第 14 頁(yè) 共 33 頁(yè) 在進(jìn)行逐步分析，設(shè)計(jì)，最后得到一個(gè)完整可行的 （ 2）基于 要以設(shè)備的正常、高效運(yùn)行為指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)明確了設(shè)備的工作流程以相關(guān)保護(hù)，在通過(guò) I/O 點(diǎn)進(jìn)行連接，使用 可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 （ 3）選擇用戶輸入設(shè)備，比如按鈕、限位器、行程開(kāi)關(guān)等。而輸出設(shè)備則要考慮相應(yīng)的中間繼電器、交流接觸器、 號(hào)燈、蜂鳴器等執(zhí)行元 件，與此同時(shí)還要考慮到諸如繼電器、接觸器等電氣元件需要驅(qū)動(dòng)的對(duì)象，諸如電動(dòng)機(jī)、電磁閥等 （ 4）根據(jù)控制要求基本確定 I/行 I/制 I/ （ 5）控制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的核心條件，軟元件的分配、繪制控制系統(tǒng)流程圖以及設(shè)計(jì)梯形圖是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。只有控制程序設(shè)計(jì)完整、邏輯正確才能保證整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行良好。 （ 6）最后一步是調(diào)試。將編寫(xiě)好的控制程序下載至 接各種電氣設(shè)備，開(kāi)機(jī)進(jìn)行調(diào)試，如果不滿足控制要求且接線正確，那么就要修改程序，反復(fù)測(cè)試、 修改，最終得到一個(gè)滿足控制系統(tǒng)的方案。 制要求 主電動(dòng)機(jī) 功率為 30它完成主運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。要求：星形轉(zhuǎn)三角形起動(dòng)方式、連續(xù)運(yùn)行、并有點(diǎn)動(dòng)功能以便調(diào)整；能正反轉(zhuǎn)以滿足螺紋加工需要；由于加工工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大，停車時(shí)帶有制動(dòng)，此外，還要顯示電動(dòng)機(jī)的工作電流以監(jiān)視切削狀況。所以要滿足車床的車削工藝，就要求各電氣控制系統(tǒng)滿足以下要求： 冷卻電動(dòng)機(jī) 在加工大型工件是提供冷卻液，由于電機(jī)容量較小，可以采用直接起動(dòng)、單向運(yùn)行、連續(xù)工作的方式。 要求有必要的電氣保護(hù)與聯(lián)鎖： （ 1） 過(guò)載 保護(hù)：運(yùn)行中若電機(jī)電流達(dá)到額定電流的 卻又沒(méi)有達(dá)到短路的電流水平，視為過(guò)流，若 持續(xù)時(shí)間達(dá) 1 分鐘尚未解除就有可能對(duì)電機(jī)造成傷害甚至燒毀，此時(shí) 過(guò)流 保護(hù)必須動(dòng)作 ,斷開(kāi)主回路所以接觸器， 同時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)； （ 2）設(shè)計(jì)主電機(jī)短路保護(hù)； （ 3）設(shè)計(jì)電源電壓欠壓保護(hù)：在電機(jī)工作是，由于電網(wǎng)的供電不穩(wěn)定或者沖擊等原因，可能出現(xiàn)電源電壓降低的情況，當(dāng)電源電壓降低到額定電壓的 75%時(shí)，視作欠壓狀態(tài)，在欠壓狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)亦會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)造成傷害，此時(shí)欠壓保護(hù)必須即使動(dòng)作 同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警信號(hào) 。 制方案選 擇： 第 15 頁(yè) 共 33 頁(yè) （ 1）在電源進(jìn)線母線上并接電壓變送器，把 0壓變換成 4~20入 擬量輸入模塊。 （ 2）在主電機(jī)回路上加電流互感器，主回路計(jì)算中得出主電機(jī)線電流額定值是 60A，所以互感器選擇規(guī)格為 100/5，把 0成 0－ 5A 電流。互感器二次側(cè)電路中應(yīng)串聯(lián)接入電流變送器，并配備電流表顯示數(shù)據(jù)，通過(guò)電流變送器把 0－ 5A 電流變換成 4準(zhǔn)電流信號(hào)，接入 擬量輸入模塊。 （ 3）主電機(jī)采用星 —— 三角轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，轉(zhuǎn)換時(shí)間由 部不另配時(shí)間繼電器。 （ 4）主 電機(jī)的啟動(dòng)、聯(lián)鎖條件：母線電壓正常，允許啟動(dòng)冷卻泵；母線電壓正常、冷卻泵處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，允許啟動(dòng)主電機(jī)。母線欠電壓、主電機(jī)電流極大（主電機(jī)短路保護(hù)）、冷卻泵停止時(shí)主電機(jī)立即停止并聲光報(bào)警；主電機(jī)過(guò)流過(guò)大（過(guò)載保護(hù)）持續(xù) 1分鐘，主電機(jī)停止并聲光報(bào)警。 （ 5）主電機(jī)的制動(dòng)采用電氣反接制動(dòng)。采用一臺(tái)速度傳感器，當(dāng)要求主電機(jī)停止時(shí)，正轉(zhuǎn)接觸器斷開(kāi)、反轉(zhuǎn)接觸器接通，同時(shí)限流電阻接通。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時(shí)，反轉(zhuǎn)接觸器斷開(kāi)。 (個(gè)) 軟元件名稱 電 機(jī)停止按鈕 1 電機(jī)點(diǎn)動(dòng)按鈕 1 電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕 1 電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕 1 卻泵停止按鈕 1 卻泵啟動(dòng)按鈕 1 電機(jī)轉(zhuǎn))閉合信號(hào) 1 電機(jī)轉(zhuǎn))閉合信號(hào) 1 電機(jī)角形)閉合信號(hào) 1 電機(jī)形)閉合信號(hào) 電機(jī)過(guò)載故障信號(hào) 1 卻泵運(yùn)行信號(hào) 1 卻泵過(guò)載故障信號(hào) 1 速傳感器 低信號(hào) 1 O 主電機(jī)轉(zhuǎn)) 1 第 16 頁(yè) 共 33 頁(yè) 主電機(jī)轉(zhuǎn)) 1 電機(jī)角形) 1 電機(jī)形) 1 電機(jī)動(dòng)電阻旁路) 1 卻泵接觸器 1 電機(jī)正轉(zhuǎn)信號(hào)燈 1 電機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)燈 1 電機(jī)停機(jī)信號(hào)燈 1 泵電機(jī)運(yùn)行信號(hào)燈 1 泵電機(jī)停機(jī)信號(hào)燈 1 壓報(bào)警型號(hào)燈 1 流報(bào)警信號(hào)燈 1 警蜂鳴器 1 I 母線電壓信號(hào) 1 電機(jī)電流信號(hào) 1 計(jì)： 4點(diǎn)， 4點(diǎn)， 點(diǎn)。 根據(jù)以上測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用三菱 展一塊 有 6點(diǎn)、 6點(diǎn)、 點(diǎn)，滿足要求。 ： 第 17 頁(yè) 共 33 頁(yè) 圖 塊接線圖 圖 I 擴(kuò)展模塊接線圖 第 18 頁(yè) 共 33 頁(yè) 序動(dòng)作過(guò)程詳解 （ 1）由于設(shè)置程序互 鎖，母線電壓正常的情況下，允許啟動(dòng)冷卻泵。按下冷卻泵啟動(dòng)按鈕，冷卻泵啟動(dòng)。按下冷卻泵停止按鈕，冷卻泵停止運(yùn)行。 （ 2）母線電壓正常、冷卻泵運(yùn)行信號(hào)正常，允許啟動(dòng)主電機(jī)。按住主電機(jī)點(diǎn)動(dòng)按鈕， 合，主電機(jī)星形接法慢速運(yùn)行；松手點(diǎn)動(dòng)按鈕，這三個(gè)接觸器斷開(kāi)，主電機(jī)停止。按下主電機(jī)正向啟動(dòng)按鈕， 合，主電機(jī)星形啟動(dòng)。 觸器吸合后，延時(shí)一段時(shí)間（ 5S）后，斷開(kāi) 合 電機(jī)轉(zhuǎn)成三角形接法正常運(yùn)行。按下主電機(jī)停止按鈕， 開(kāi)， 通，反 向電源通過(guò)限流電阻接入電機(jī)實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)；延時(shí)一段時(shí)間（ 2S）或者轉(zhuǎn)速傳感器低速信號(hào)回來(lái)后，斷開(kāi) 機(jī)停車。如果要反向運(yùn)轉(zhuǎn)，按下反向按鈕， 合，之后轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)啟動(dòng)順序一樣延時(shí)轉(zhuǎn)成三角形接法，電機(jī)正常運(yùn)行。按下停車按鈕， 接制動(dòng)、停車。 （ 3）母線電壓、主電機(jī)電流接入 先進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)類型、量程轉(zhuǎn)換，把采集回來(lái)的 00流數(shù)據(jù)。再經(jīng)過(guò)比較，產(chǎn)生出電流上限（ 電流上上限（ 電壓下限（ 個(gè)變量。 （ 4）當(dāng)主電機(jī)電流達(dá)到上限（ ，程序判斷主電機(jī)過(guò)流，延時(shí) 1分鐘，如果仍然過(guò)流，則強(qiáng)行進(jìn)入停車流程，反接制動(dòng)后停車。當(dāng)電流達(dá)到上上限（ ，程序判斷主電機(jī)短路，立即斷開(kāi) 有接觸器，電機(jī)自由停車。如果冷卻泵意外停止，程序判斷冷卻泵故障，立即斷開(kāi) 機(jī)自由停車。如果母線電壓小于下限（ ，程序判斷母線欠電壓，主電機(jī)、冷卻泵全部聯(lián)鎖停車，主電機(jī)回路立即斷開(kāi) 機(jī)自由停車。冷卻泵 止運(yùn)行。 制回路外圍設(shè)計(jì) 為了降低設(shè)備的故障率、減小電氣柜占地面積，外圍電氣元件及接線做到最簡(jiǎn)化，只留了必須的外圍元件。邏輯控制功能只有正反轉(zhuǎn)互鎖、星 ——三角互鎖，以及熱繼電器過(guò)載保護(hù)功能，其他的包括星 —— 三角轉(zhuǎn)換、反接制動(dòng)停車、主電機(jī)和冷卻泵的聯(lián)鎖等都在 序內(nèi)部完成。外圍原理圖如 第 19 頁(yè) 共 33 頁(yè) 下： 形圖程序組態(tài)： （ 1）母線電壓、主電機(jī)電流的轉(zhuǎn)換及相關(guān)上下限聯(lián)鎖的生成 采集 0 號(hào)模塊 1 通道實(shí)際值到 儲(chǔ)器。因?yàn)?塊 4~20~4000，而電壓變送器量程是 0~400V，所 以 數(shù)據(jù)是實(shí)際電壓3 10。當(dāng)母線電壓小于標(biāo)準(zhǔn)電壓 380285V）時(shí)，輸出 出聲光報(bào)警，消除欠壓后，按下停機(jī)按鈕復(fù)位。 采集 0號(hào)模塊 2通道實(shí)際值到 流變送器量程是 0~100A 對(duì)應(yīng)數(shù)是 0~4000，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后電流值存在 電流值大于額定電流的 66A）時(shí)，延時(shí) 60S 后輸出 延時(shí)器件過(guò)流信號(hào)消失則恢復(fù)正常運(yùn)行；當(dāng)電流值大于額定電流的 （ 90A）時(shí)，立即輸出 （ 2）冷卻泵啟停 當(dāng)母線電壓正常、冷卻泵熱繼電器正常時(shí)，按 下冷卻泵啟動(dòng)按鈕，冷卻泵開(kāi)始運(yùn)行；按下停止按鈕，冷卻泵停止。當(dāng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)欠電壓或者冷卻泵過(guò)載情況，冷卻泵立即停止。 （ 3）主電機(jī)啟動(dòng) 當(dāng)電壓正常、冷卻泵已經(jīng)運(yùn)行時(shí)，主電機(jī)可以啟動(dòng)。如果出現(xiàn)欠電壓、過(guò)電流、電機(jī)短路、冷卻泵停機(jī)、主電機(jī)熱繼電器跳閘等情況出現(xiàn)時(shí)，主電機(jī)聯(lián)鎖停車。按住點(diǎn)動(dòng)按鈕，電機(jī)以星形正轉(zhuǎn)的狀態(tài)動(dòng)作，正轉(zhuǎn)指示燈閃爍。按下正轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)進(jìn)入星形正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)，正轉(zhuǎn)指示燈閃爍；延時(shí) 5S 后，轉(zhuǎn)入三角形正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)，正轉(zhuǎn)指示燈常亮。 星形運(yùn)行狀態(tài)下，接觸器 合 ;三角形運(yùn)行狀態(tài)下，接 觸器 合 . （ 4）主電機(jī)停車 正常運(yùn)行時(shí)按下主電機(jī)停止按鈕，進(jìn)入停車模式。停車模式下，正向接觸器斷開(kāi)、反向接觸器閉合、三角接觸器繼續(xù)保持閉合、限流電阻旁路接觸器斷開(kāi)，電機(jī)反向制動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降到低速后，退出停車模式，所有接觸器斷開(kāi)，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 第 20 頁(yè) 共 33 頁(yè) 第 21 頁(yè) 共 33 頁(yè) 第 22 頁(yè) 共 33 頁(yè) 第 23 頁(yè) 共 33 頁(yè) 第 24 頁(yè) 共 33 頁(yè) 4 床模擬樣機(jī) 器及設(shè)備 模擬樣機(jī)制作使用的儀器及設(shè)備： （ 1） 計(jì)算機(jī)一臺(tái)（ 2）三菱 編輯程序控制器（ 3） 2A/D 模塊一個(gè)（ 4）三相異步電機(jī)兩臺(tái)（ 5）空氣開(kāi)關(guān)一個(gè)（ 6）交流接觸器、中間繼電器、型號(hào)燈、按鈕開(kāi)關(guān)各若干（ 7）剝線鉗、導(dǎo)軌、線槽等常用電氣工具 氣開(kāi)關(guān)的選擇 空氣開(kāi)關(guān)也就是空氣斷路器，是最常用的也是功能最完善的配電系統(tǒng)保護(hù)電器之一，可以實(shí)現(xiàn)短路、過(guò)載、接地故障、失壓以及欠電壓保護(hù)。根據(jù)不同需要，空 氣開(kāi)關(guān)可配備不同的脫扣器或繼電器。脫扣器是空氣開(kāi)關(guān)總體的一個(gè)組成部分。脫扣器來(lái)可以實(shí)現(xiàn)空氣開(kāi)關(guān)的保護(hù)功能。 自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)通常選用電動(dòng)機(jī)保護(hù)型，應(yīng)按 來(lái)選擇。在 動(dòng)時(shí)，為滿足電機(jī)的超載運(yùn)行，最大電流選擇電動(dòng)機(jī)額定電流 的 。 自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)的電流 = （ A=90A~150A 應(yīng)該選?。旱铝ξ麟姎庾詣?dòng)空氣開(kāi)關(guān) 交流接觸器的選擇 交流接觸器 的構(gòu)成分為四個(gè)部分，電磁系統(tǒng)、 觸頭 、 滅弧裝置 以及 絕緣外殼 。電磁系統(tǒng)又由線圈、動(dòng)鐵芯和靜鐵芯組成。觸頭指的是是三組主觸頭和一組常開(kāi)或常閉的輔助觸頭，觸頭和鐵芯是相互聯(lián)動(dòng)的 。 一般容量較大的交流接觸器都設(shè)有滅弧裝置 ,大容量的接觸器在觸點(diǎn)分離時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧而帶來(lái)高熱，對(duì)觸 頭帶來(lái)致命的損壞，所以大容量的接觸器必須配備滅弧裝置，用于 迅速切斷電弧 ,免于燒壞主觸頭 。 當(dāng)線圈通電時(shí) ,靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力 ,將動(dòng)鐵芯吸合 ,由于觸頭系統(tǒng)是與動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)的 ,因此動(dòng)鐵芯帶動(dòng)三條動(dòng)觸片同時(shí)動(dòng)作 ,主觸點(diǎn)閉合 ,和主觸點(diǎn)機(jī)械相連的輔助常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，從而接通電源。當(dāng)線圈斷電時(shí) ,吸力消失 , 動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)部分依靠彈簧的反作用力而分離 ,使主觸頭斷開(kāi) ,和主觸點(diǎn)機(jī)械相連的輔助常閉觸點(diǎn)閉合，輔助常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，從而切斷電源。 根據(jù) 模擬樣機(jī) 工作參數(shù) ， 如電壓、電流、功率、頻率及工作制等 可以 確定 選用 交流接觸器， 觸器 為防護(hù)式，動(dòng)作結(jié)構(gòu)為直動(dòng)式，觸頭為雙斷點(diǎn)，具有體積小，重量輕、功耗低、壽命長(zhǎng)、安全可靠等特點(diǎn) ，適用于模擬樣機(jī)的電氣參數(shù)和工程要求。 空氣溫度 24小時(shí)內(nèi)其平均值不超過(guò)+35 ℃ ； 海拔 不超過(guò)2000m 第 25 頁(yè) 共 33 頁(yè) 大氣條件 在40 攝氏度 時(shí) 的大氣相對(duì)溫度不超過(guò)50%，在較低溫度下可以比較高的相對(duì)濕度，最濕月的平均最低溫 度不超過(guò)+25 ℃ ，該月的月平均最大相對(duì)濕度不超過(guò)90%。并考慮因溫度變化發(fā)生在產(chǎn)品上凝露 污染等級(jí) 3級(jí) 安裝類別 Ⅲ 類 安裝條件 安裝面與垂直面傾斜度不超過(guò)±5° 沖擊振動(dòng) 產(chǎn)品應(yīng)安裝和使用在無(wú)顯著搖動(dòng)、沖擊和振動(dòng)的地方。 安裝方式 接觸器除用螺釘安裝外，還可用35標(biāo)準(zhǔn)卡軌安裝。交流操作40 流保護(hù)的模擬 模擬樣機(jī)采用可調(diào)電位器模擬電流變送器送出的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，經(jīng) 現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的模擬。主電機(jī)額定電流 60A，當(dāng)工作電流大于額定電流 分鐘是，過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。 過(guò)流保護(hù)動(dòng)作最小電流： 60*6A 根據(jù) 制方案的設(shè)計(jì)，使用規(guī)格為 100 比 5 的電流互感器，通過(guò)電流變送器把 0電流變換成 4準(zhǔn)電流信號(hào)。故經(jīng)計(jì)算，過(guò)流保護(hù)的跳閘電流為 擬樣機(jī)的制作 器件準(zhǔn)備 60流接觸器 間繼電器 5 米（紅綠黃各 10 米），空氣開(kāi)關(guān) 個(gè)，線槽兩米，按鈕 號(hào)燈 鳴器一個(gè)。 10觸點(diǎn)端子 10鈕盒 軌兩根。 擬樣機(jī)安裝 將所有元器件合理布局并擺放于木板上，用筆大致標(biāo)注其位置。首先固定導(dǎo)軌，并將空氣開(kāi)關(guān)，接觸器、繼電器、 裝于導(dǎo)軌上，按照主電路圖接線。安裝按鈕盒和指示燈，按照 中間繼電器線圈正極從 4極短接接零線，實(shí)現(xiàn) 所以添加中間繼電器環(huán)節(jié) 第 26 頁(yè) 共 33 頁(yè) 是為了有效的保護(hù) 觸點(diǎn)，因?yàn)榻涣鹘佑|器線圈工作電壓及電流都較大，萬(wàn)一發(fā)生故障有 可能對(duì) 生傷害，加入中間繼電器，確保 出觸點(diǎn)始終工作在弱電流的環(huán)境下，即使線路出現(xiàn)問(wèn)題或者交流接觸器發(fā)生故障，也只會(huì)燒毀價(jià)錢(qián)低廉得多的中間繼電器，從工程角度出發(fā)，有效的節(jié)約了成本。 交流接觸器進(jìn)線及出現(xiàn)按照主回路圖構(gòu)架，以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、星形轉(zhuǎn)三角形啟動(dòng)，常開(kāi)輔助觸點(diǎn)作為反饋信號(hào)回到 應(yīng)的輸入點(diǎn)，作為互鎖的控制信號(hào)。線圈觸點(diǎn) 于實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備限制，6個(gè)交流接觸器中使用了 4個(gè)線圈為 380它們的線圈 所有按鈕對(duì) 照 I/O 表一端接到對(duì)應(yīng)的 入點(diǎn)，另一端短接接地。指示燈亦是如此，一端接入對(duì)應(yīng)的 一端短接零線。 由于 4此 4+觸點(diǎn)； 動(dòng) 220V 信號(hào)燈與蜂鳴器，故此 出端 觸點(diǎn)。 擬樣機(jī)的測(cè)試 使用萬(wàn)用表測(cè)試各觸點(diǎn)確保接觸良好。 電，用短接線連接輸入端試各 I/線正確。 接入三相電源，空氣開(kāi)關(guān)合閘，測(cè)試各交流接觸器吸合正 常且邏輯正確，各項(xiàng)聯(lián)鎖、保護(hù)運(yùn)行正常，方可斷電并按照主回路圖連接三相異步電機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)。 擬樣機(jī)運(yùn)行 （ 1） 斷開(kāi)空氣開(kāi)關(guān)，插上三相電源插頭，合上自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，啟動(dòng) （ 2）由于程序互鎖，當(dāng)母線電壓正常的情況下，才允許啟動(dòng)冷卻泵。按下冷卻泵啟動(dòng)按鈕，冷卻泵啟動(dòng)，冷卻泵電機(jī)星形正轉(zhuǎn)。按下冷卻泵停止按鈕，冷卻泵停止運(yùn)行。 （ 2）當(dāng)母線電壓正常卻冷卻泵運(yùn)行信號(hào)正常，方可允許啟動(dòng)主電機(jī)。 （ 3）按住主電機(jī)點(diǎn)動(dòng)按鈕，接觸器 合，主電機(jī)以星形接法慢速運(yùn)行。松手點(diǎn)動(dòng)按鈕，這三個(gè)接觸器斷開(kāi)，主電機(jī)停止。 （ 4）按下主電機(jī)正向啟動(dòng)按鈕， 合，主電機(jī)星形啟動(dòng)。 時(shí)一段時(shí)間（ 5S）后，斷開(kāi) 合 電機(jī)轉(zhuǎn)成三角形接法正常運(yùn)行。 （ 5）按下主電機(jī)停止按鈕， 開(kāi)， 通，反向電源通過(guò)限流電阻接入電機(jī)實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)；延時(shí)一段時(shí)間（ 2S）或者轉(zhuǎn)速傳感器低速信號(hào)回來(lái)后，斷開(kāi) 機(jī)停車。 第 27 頁(yè) 共 33 頁(yè) （ 6）按下反向按鈕， 后轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)啟動(dòng)順序一樣延時(shí)轉(zhuǎn)成三角形接法，電機(jī)正常運(yùn)行。按下停車按鈕， 接制動(dòng)、停車。 （ 7）調(diào)節(jié)電位器 1，使經(jīng) 模擬電流信號(hào)大于經(jīng) 流警示燈亮起，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，延時(shí)一分鐘，接觸器斷開(kāi)，電機(jī)自由停車并發(fā)出報(bào)警，如在一分鐘延時(shí)時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)電位器減小電流信號(hào)，過(guò)流報(bào)警燈熄滅，電機(jī)繼續(xù)正常運(yùn)行。按停機(jī)按鈕復(fù)位并回復(fù)電位器，重新啟動(dòng)電機(jī)，使經(jīng) 斷為系統(tǒng)短路，立刻斷開(kāi)所以接觸器，自由停車。 （ 8）恢復(fù)電機(jī)正常運(yùn)行，調(diào)節(jié)電位器 2，使經(jīng) 壓保護(hù)動(dòng)作，接觸器斷開(kāi)，電機(jī)自由停車 并發(fā)出報(bào)警。 機(jī)中遇到的問(wèn)題 （ 1） 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)按鈕無(wú)法動(dòng)作。用短接線連接 常工作，有動(dòng)作信號(hào)輸出，再次按下正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)按鈕， 輸入信號(hào)。打開(kāi)開(kāi)關(guān)盒檢查線路，發(fā)現(xiàn)接線良好。用萬(wàn)用表蜂鳴器檔位測(cè)試 入端觸點(diǎn)與端子上按鈕接線連接良好，測(cè)試按鈕開(kāi)關(guān)與 線觸點(diǎn)接觸不良。找到故障原因：端子上三個(gè)零線觸點(diǎn)間的短接線接觸不良，重新擰緊螺絲后