基于PLC的C650立式机床电气系统的设计Word格式文档下载.docx
- 文档编号:19148845
- 上传时间:2023-01-04
- 格式:DOCX
- 页数:29
- 大小:534.80KB
基于PLC的C650立式机床电气系统的设计Word格式文档下载.docx
《基于PLC的C650立式机床电气系统的设计Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于PLC的C650立式机床电气系统的设计Word格式文档下载.docx(29页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
lathe;
powerdistribution;
ProgrammableLogicController;
ladderdiagram
摘要…………………………………………………………………………1
引言…………………………………………………………………………4
1绪论…………………………………………………………………………5
1.1车床的历史及发展……………………………………………………………4
1.2车床结构……………………………………………………………………5
1.3设计要求………………………………………………………………………5
2车床主回路设计……………………………………………………………7
2.1主电机功率…………………………………………………………………8
2.2主电机主回路的设计…………………………………………………………9
2.3主要材料的选择、配置………………………………………………………9
2.4冷却泵电机的设计…………………………………………………………10
2.5机床主回路图………………………………………………………………11
3车床电气控制设计………………………………………………………12
3.1控制要求……………………………………………………………………13
3.2控制方案选择………………………………………………………………13
3.3PLCI/O测点清单及硬件选…………………………………………………16
3.5控制回路原理………………………………………………………………17
3.6梯形图程序………………………………………………………………18
4模拟样机…………………………………………………………………23
4.1仪器及设备………………………………………………………………23
4.2电动机的选择……………………………………………………………24
4.3模拟样机运行……………………………………………………………25
4.4试机中遇到的问题………………………………………………………26
结论……………………………………………………………………………27
谢辞……………………………………………………………………………28
参考文献…………………………………………………………………29
附件……………………………………………………………………………30
引言
在机床工业不断发展的今天,如何提高机床的精度和加工速度,仍然是人们致力于解决和不断完善的课题,它不仅是机床技术发展的动力来源,还是使得机床电气控制系统不断改进的动力。
计算机和控制理论的发展和完善,电力拖动、电力电子技术的日益发展,都为机床电气控制系统的改进奠定了理论和实践基础。
上世纪四十年代之前,机床的控制主要是以继电器-接触器控制为主,而且由于技术限制,那时的交流电机无法实现调速功能,只能通过机械手段,通过齿轮、皮带来实现有级变速,这样一来,机床系统庞大而复杂,加工精度也局限在一定的范围以内。
继电器-接触器控制系统技术简单、成本低廉,可以实现机床的各种运动控制(如启动、制动、反转、变速等),并可实现逻辑控制、联锁控制、异地控制等,在很长一段时间里是车床电气控制系统的不二选择,但随着可编译逻辑控制器的出现和技术成熟,继电器-接触器的各种弊病及不足显露无疑,如结构复杂、接线庞大、故障率高、检修不便,另外,根据加工工艺的要求,需要改变控制逻辑关系时,必须修改线路,重新安装配线,这对现代机床的控制要求是很不适应的。
而通过PLC技术改进车床的电气控制系统后,这些问题迎刃而解,同时还提高了车床的加工精度。
基于PLC的电气控制系统,通过运行事先编译好的逻辑控制程序能很好的实现车床电气控制要求的各种功能,而且可以随便编程,自动诊断,系统体积缩小,可靠性也随之提高,在安装使用系统以后如果要改进系统功能只需要重新对程序进行编译,而不需要改变接线的逻辑控制,据此,可编译逻辑控制器正在不断取代传统的继电器-接触器控制系统。
本设计就是以C650普通车床为对象,进行基于PLC的电气系统控制设计。
第一章为绪论,第二章讨论了主回路的设计,第四章阐述了电气系统控制部分,最后对模拟样机的设计、安装和调试运行进行了说明。
1绪论
1.1车床的历史及发展
C650车床是国内广泛使用的切削机床,有重要的用途,是现代工业生产中必不可少的一种加工设备。
它的由来是一个漫长的演变过程,是人们从漫长的历史中积累的生产经验中慢慢总结,改进而来的。
早在公元前两千多年就能找到它的原形。
公元两千多年前出现的树木机床,在使用时,用脚踩踏作为动力,利用树枝的弹性带动工件旋转,将贝壳石片等加工成刀具。
近代以来,随着工业革命的兴起,各种金属制品大量被使用于生活和生产中,对于金属零件的加工,车床是十分关键的设备,但尤为科技发展的限制,直到十九世纪完全由金属组成的车床出现,随着如丝杆等传动零件的不断出现,车床才算初具生产能力。
到二十世纪中叶,睡着计算机的诞生与完善,世界工业逐步开启现代化进程,车床也随之被不断完善和改进。
本次设计,主要是以C650车床为载体,进行一次内容丰富,涉及知识面广泛的电气控制系统设计。
车床工作时需要电动机带动卡盘上的工件做回转运动,这就设计到电机正转、反转、停车以及一系列的保护问题。
所以,本次设计涉及电机主回路的设计、电气控制系统的设计、PLC的运用以及配电的安装于调试,知识涵盖面广泛、工作量饱满。
1.2车床结构
C650车床由床身、进给箱、变速箱、溜板箱、刀架配以丝杆、光杆、尾架等辅助设备组成。
主轴箱又称床头箱,它的主要功能是通过一系列的变速机将主电机的转动传递到主轴从而得到所需的不同的转速,于此同时主轴箱的部分动力传递给进给箱。
主轴箱中的主轴是车床的最重要的组成部分。
一旦主轴的回转精度降低,则机床的实用价值将会大打折扣。
刀架用于装夹刀具,实现纵向、横向和斜向移动的部件
光杆和丝杆用来连接进给箱与溜板箱,溜板箱的动力就来自进给箱,由丝杆和光杆传递,使溜板箱得以纵向直线运动。
当需要车削各种螺纹时才用到丝杆在进行工件的其他表面车削时,只用光杆,不需要丝杆。
冷却泵机床重要的组成部分,在工件切削时会产生十分巨大的热量。
所以要辅以冷却液降温,否则不仅会损坏工件还会大大减小刀具的使用寿命,使得车床失去其使用性,故此冷却泵是机床必不可少的辅助设备。
1.2.1车床的电机拖动
(1)主运动:
工件的回转运动就是车床的主运动,运动的方式是由主轴带动卡盘或顶尖从而带动工件旋转。
电动机的动力需要通过通过主轴箱传递到主轴,一般加工要求下,主轴只需要单方向的旋转运动,但在车螺纹时则需要用反转来退刀。
(2)进给运动:
车床的进给运动是溜板带纵向或横向的直线移动来带动刀具运动,是使得切削能连续进行下去的运动。
所谓纵向运动是指相对于操作者的左右运动即车床的Z轴运动,横向运动是指相对于操作者的前后运动即车床的X轴运动。
车螺纹时要求主轴的旋转速度和进给的移动距离之间保持一定的比例,所以主运动和进给运动要由同一台电动机拖动,主轴箱和车床的溜板箱之间通过齿轮传动来联接,刀架再由溜板箱带动,沿着床身导轨作直线走刀运动。
(3)辅助运动:
车床的辅助运动包括刀架的快进与快退,尾架的移动与工件的夹紧与松开等。
1.3设计要求
车床不仅有主电动机和冷却泵电动机,还有许多辅助电动机,比如刀架快速移动电机。
由于本次设计材料等方面原因的限制,本次设计中不考虑这些设备。
只是针对机床电气控制系统进行设计,相比传统的接触器/继电器控制系统,以可编译逻辑控制器取而代之,改良与优化机床电气控制系统。
PLC英文全称ProgrammableLogicController,定义为一种通过数字预算的电子系统,为现代化、自动化工业环境而设计的。
它采用可编程的存储器,将程序储存于内部,通过CPU进行逻辑运算,顺序控制、定时、计数与算术操作等,并通过数字或模拟式I/O控制各种机械或生产过程。
随着工业现代化的近程,传统控制系统可靠性差、寿命短、故障率高的缺点日益凸显,所以基于PLC的控制系统是大势所驱动。
故本次设计采用基于PLC的控制回路来设计机床的控制系统。
所以本次设计要求设计完整的车床电气控制系统,首先要完成电机主回路的设计,保证电动机的基本电气性能,然后对控制回路进行设计,实现对C650普通车床的控制。
要求能够在PLC的控制下,实现冷却泵电机的启停功能并能启动电机使其正转和反转,停车等基本功能,于此同时要设计欠压保护和过流保护,当在电网电压过低,低于电机额定电压的的75%时,电气控制系统产生欠压保护,同时发出声光报警信号并跳闸。
而当工作电流大于电机额定电流的1.1倍时电气控制系统产生过流保护,发出警示灯信号,如果过流的情况持续一分钟仍然没有排除则跳闸并发出声光报警信号。
当电流过大时,系统要有及时响应的短路保护。
2C650车床主回路设计
2.1主回路电机
经查阅C650车床资料,其最大加工工件的尺寸为直径1020mm,长度为3000mm的回转工件,带动如此大转动惯量的工件需要配备一台30KW的电动机,故此车床采用一台鼠笼型三相异步电动机:
Y200L-4/30KW
Y系列电动机是一种鼠笼型三相异步电动机。
符合IEC标准,可以用于驱动各种机械设备,如机床、水泵、压缩机、鼓风机、运输机械、农机、包装机等。
Y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音和振动比较小,运行安全可靠。
符合三相异步电动机技术条件JB5274-91。
Y80~315电动机采用B级绝缘。
Y355电动机采用F级绝缘。
额定电压为380V,额定频率为50Hz。
功率3kW及以下为Y接法;
其它功率均为△接法。
电动机运行地点的海拔不超过1000m;
环境空气温度随季节变化,但不超过40℃;
最低环境空气温度为-15℃;
最湿月月平均最高相对湿度为90%;
同时该月月平均最低温度不高于25℃。
电动机有一个轴伸,按用户需要,可制成双轴伸,第二轴伸亦能传递额定功率,但只能用联轴器传动。
Y200L-4/30KW按额定功率连续运行的条件:
①海拔:
不超过1000米;
②环境空气温度随季节而变化,但不超过+40℃。
③频率:
50赫兹,60赫兹
④电压:
380V/220,380/440,380/660V(变电压要订做)
⑤接法:
功率在3千瓦及以下为Y接法,4千瓦及以上为△接法
⑥工作方式:
S1
⑦绝缘等级:
B级、F级
⑧防护等级:
IP44,IP54或IP55
冷却泵由电动机M2拖动,车床工作时只需要M2单向旋转。
车削加工时,由于刀具及弓工件的温度过高,需要冷却,否则对工件和车床都会造成损坏,因而必须配有冷却泵电动机,冷却泵电动机与主轴电动机有连锁关系,即冷却泵电动机应在主轴电动机之前启动,并在冷却泵电动机停车时,主轴电动机也应立即停车。
2.2主电机主回路的设计:
在实际生产中,工件的旋转需要正向、反向不断变换方向,即车床的主运动是正反转的过程,电气回路必须设计成正反转控制回路。
另外,主电机功率很大,额定电流达到60A,若直接启动电机,将产生6~7倍的瞬时电流即高达300A的电流,对电网的冲击十分严重,不仅如此,还会影响周围设备的正常运转,使起工作电压降低,电机产生的力矩成平方倍降低,甚至给工程现场带来安全隐患。
故此,必须采用降压启动。
电机降压启动的方式有很多种,比如自偶降压、星形转三角形降压启动、软启动器启动、变频器启动等方式。
各种降压启动方式各有优缺点,其中星形转三角形降压启动方式的方案,用于电机相对较小的场合,成本低,实现简单又能满足C650车床的实际启动要求。
在本方案中采用星形转三角形换降压启动方式。
最后,当电机断开电源后,要求尽快停止,但是由于加工工件转动惯性大,自由停车的时间会很长,因此必须带有电气制动。
本方案中采用电气反接制动。
综上所述,主电机主回路如图2.2所示
图2.2主电机主回路图
如主回路图所示,Q1为空气开关,接入动力电并提供短路保护。
电机的运行通过两组接触器来控制。
接触器KM1是主回路正转接触器、KM2是主回路反转接触器,KM3是三角形接法接触器、KM4是星形接法接触器。
KM5是限流电阻旁路接触器,R是限流电阻,JR1是热继电器,KS是速度传感器。
在按下电动机正向启动按钮后,接触器KM1、KM5、接触器KM4线圈通电,触点吸合,接触器KM2、KM3线圈失电触点断开。
电机星形启动。
当接触器KM1、KM4吸合并延时五秒后,断开接触器KM4,吸合接触器KM3,主电机转成三角形接法正常运行。
这就是星形转三角形转换启动过程。
在按下主电动机停止按钮是,接触器KM1、KM5断开,接触器KM2接通,电源通过限流电阻反向接入电机反接制动,当转速传感器所检测速度降到低速后,断开接触器KM2,电机停车。
这就是反接制动停车过程。
当加工螺纹时,我们需要工件反转。
按下反转按钮,接触器KM2、KM5、KM4吸合,与正转启动同理,接触器KM2、KM4吸合,延时五秒后,断开接触器KM4,吸合KM3,实现星形转三角形反向启动,电机正常运行。
按下停车按钮,接触器KM2、KM5断开,KM1接通,反接制动停车。
2.3主要材料的选择、配置:
2.3.1电流的计算
星形接法:
线电流I(线)’=相电流I(相)’=U(N)/√3/Z;
三角形接法:
相电流I(相)=U(N)/Z
线电流I(线)=I(相)*√3,即I(线)=U(N)/Z*√3。
经过比较,星形接法线电流I(线)’是三角形接法线电流I(线)的三分之一
I(线)’/I(线)=U(N)/√3/Z/U(N)/Z*√3=1/3
计算电机额定线电流:
三相电机功率的计算公式是:
p=1.732iucosφ
线电流公式可由三相电机功率公式推导而来:
I=P/1.732Ucosφ
式中:
P为电机功率30KW;
U为线电压,取380v;
cosφ是电机功率因素,一般取0.75。
经过计算得知:
I=60.78A≈60A
即三角形接法状态下,额定线电流是60A,三角形接法下的相电流I(相)’=线电流I(线)/√3=35A,,星形接法下的线电流I(线)’=相电流I(相)’=20A;
2.3.2接触器的计算及选型
在本电路中,接触器KM1、KM2、KM5位于主回路中,星形接法时通过的电流是相电流为20A,当三角形接法时经过的电流是相电流为60A。
因此这三个接触器最少应该采用63A接触器。
KM3位于三角形回路中,经过的电流是线电流35A,因此最少应该采用40A接触器。
KM4位于星形回路中,经过的电流是线电流20A,因此最少应该采用25A接触器。
2.3.3空气断路器与热继电器的计算及选型
空气断路器QF1、热继电器都位于主回路中,额定状态下流过的电流是60A,最少应该采用63A断路器。
热元件的额定电流应略大于电动机额定电流,当电动机的启动时间较长或拖动冲击性负载时,热元件整定电流必须设定在额定电流的1.1-1.15倍。
即本方案中热继电器的整定值应该是60*1.15=69A,可以选择JR36-160系列的53~85A热继电器。
2.3.4电流互感器和电流表的计算
经上述计算得出,主电机额定线电为60A,应该选择60A以上的电流互感器和电流表。
经查,60A以上的量程是100A的,其二次电流是5A。
所以电流互感器选用100/5的3个;
电流表选用信号0-5A,量程0-100A的3个。
2.3.5导线的计算
导线截面积S=ρ(L/R)电阻R=U/I导线电阻率:
ρ为导线的电阻率,L为导线的长度,R为电阻,U为允许电压降,I为电流。
本方案中采用铜质导线(经查导线电阻率当温度为20摄氏度时,铜导线的电阻率ρ=0.0172Ω·
mm2/m)、导线长度按10米计算,允许电压降为1V,经过计算得线电流为60A时S=10.32mm2≈10mm2,相电流为35A时S=6.06mm2≈6mm2星形接法线电流为20A时S=3.44mm2≈4mm2。
所以主回路的线(即配电柜内QF1、KM1、KM2、JR1之间的线,以及JR1到电机的线)应选10mm2以上的;
三角形接线回路的线(即KM3前后的线,以及KM3到电机的线)应选6mm2以上的;
星形接线回路的线(即KM4上的短接线)应选4mm2的。
2.4冷却泵电机的设计
在车床运行时,刀具和工件的接触位置温度往往很高。
为了及时降低温度,车床上都带有冷却泵,当车床启动后,冷却泵就一直连续运行。
2.4.1冷却电机的计算
机床冷却泵是机床上独立的辅助设备,经查资料,口径DN25mm、流量22L/min的机床冷却泵可以满足需求。
其具体资料如图2.4
型号
口径(mm)
流量(L/M)
扬程(M)
电压(V)
功率(W)
JCB-22
25
22
3.3
380
125
JCB-45
45
150
JCB-90
90
5
500
PJ25
15
8
180
PJ50
20
50
12
370
图2.4冷却泵型号
选JCB-22冷却泵,其对应电机功率125W、电压380V。
这样的小电机一般都采用星形接法。
P=UIcosφ。
根据三相电机功率公式可知线电流公式为:
I=P/Ucosφ
式中:
P为电机功率0.125KW;
U为380v;
I=0.44A。
2.4.2冷却电机主回路的设计及材料选型
冷却电机作为一种单独、连续、小型的设备,采用一般的电机主回路即可,配置空气断路器、交流接触器、热继电器。
根据上面的电流计算结果,选择这几种元件参数如下:
空气断路器:
额定电流0.5A;
交流接触器:
热继电器:
设定电流范围0.53~0.8A。
电线规格:
1.0mm
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 PLC C650 立式 机床 电气 系统 设计