平面磨床的电气控制机电课程设计.docx
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平面磨床的电气控制机电课程设计
ﻫ
机床电气控制技术
设计说明书
图 2—3 — 9 44 1–48—85
学生姓名
班级
学号
成绩
指导教师(签字)
机械工程学院
2009年6月21日
一、绪论ﻩ4
设计要求ﻩ4
三、电力拖动及控制要求4
四、M7130型平面磨床电气控制电路的确定ﻩ6
五、继电器-接触器控制线路的设计8
六、可编程控制器PLC控制系统的设计12
七、设计总结16
参考文献16
附图一、接触器—继电器电气控制原理图
附图二、PLC梯形图和PLC接线图
一 绪论
本次设计是对M7130型平面磨床的电气控制设计,根据设计要求设计电气控制系统及连接,使其能实现自动完成各个工作要求,达到要求的精度。
设计的主要内容包括对继电器电气原理图的设计及绘制,对PLC电器原理图的设计与绘制,制成控制板并进行连接。
这次设计的目的在于通过完成设计,了解可编程控制器的结构、工作原理、特点和用途,掌握对继电器的选型和各型号继电器的用途和作用,掌握可编程控制器的编程方法和指令系统。
设计要求:
M7130型平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮架、滑座、立柱等部分组成。
在床身上装有液压传动装置,以便工作台在床身导轨上通过压力油推动活塞作往复直线运动,实现水平方向进给运动。
工作台面上有T形槽,用以安装电磁吸盘或直接安装大型工件。
床身上固定有立柱,滑座安装在立柱的垂直导轨上,实现垂直方向进给.在滑座的水平导轨上安装砂轮架,砂轮架由装入式电动机直接拖动,通过滑座内部的液压传动机构实现横向进给。
平面磨床砂轮的旋转运动为主运动,工作台完成一次往复运动时,砂轮架作一次间断性的横向进给,直至完成整个平面的磨削,然后砂轮架连同滑座沿垂直导轨作间断性的垂直进给,直至达到工件加工尺寸.
平面磨床的辅助运动,如砂轮架在滑座的水平导轨上作快速横向移动,滑座在立柱的垂直导轨上作快速垂直移动,以及工作台往复运动速度的调整等。
电力拖动及控制要求
基于上述磨床的工作性质和加工精度要求,对电力拖动控制方案提出如下要求:
1)平面磨床是一种精密加工机床,为了保证其加工精度要求,机床运行时要求平稳.工作台往复运动在换向时要求惯性要小,无冲击力,因此,工作台的往复运动采用液压传动。
由电动机拖动液压泵,供应压力油,通过液压传动装置实现工作台的纵向进给运动,并通过工作台上的撞块操纵床身上的液压换向阀(开关),改变压力油的流向,实现工作台的换向和自动往复运动。
2)为了简化磨床的机械传动机构,采用多电动机单独拖动。
M7130型平面磨床采用三台电动机拖动,砂轮的旋转运动由装入式电动机直接拖动。
液压泵由液压泵电动机拖动,经液压传动装置完成工作台的往复(纵向进给)运动,砂轮架的横向进给运动,砂轮架的快速横向移动以及工作台导轨的润滑等.拖动冷却泵的电动机为磨削加工提供冷却液.
3)为了提高磨削质量,要求砂轮有较高转速,通常采用两极(理想空载转速为3000r/min50Hz)的笼型异步电动机拖动。
为了提高调整运转的砂轮主轴的风度,采用装入式电动机拖动,电动机与砂轮主轴同轴,从而提高了磨床的加工精度。
4)平面磨削加工中,由于磨削温度高,为减少工件的热变形,必须使工件得到充分的冷却,同时冷却液能冲走磨屑和砂粒,以保证磨削精度。
5)平面磨床常用电磁吸盘,利用电磁吸力很方便地安装和加工小工件,且工件在加工过程中由于发热变形,电磁吸盘允许工件有自由伸缩余地,从而保证加工精度。
为了满足上述电力拖动控制方案的要求,对M7130型平面磨床的电力拖动控制系统提出以下几点要求:
1)砂轮、液压泵、冷却泵三台电动机都只要求单方向旋转。
2)冷却泵电动机应随砂轮电动机的开动而开动,若加工中不需要冷却液时,可单独断开冷却泵电动机。
3)在正常加工中,若电磁吸盘吸力不足或消失时,砂轮电动机与液压泵电动机应立即停止工作,以防止工件被砂轮切身力打飞而发生人身和设备事故。
不加工时,即电磁吸盘不工作的情况下,允许砂轮电动机与液压泵电动机开支,机床作调整运动.
4)电磁吸盘励磁线圈具有吸牢工件的正向励磁、松开工件的断开励磁、以及为抵消剩磁便于取下工件的反励磁控制环节。
5)具有完善的保护环节。
各电路的短路保护,各电动机的长期过载保护,零压、欠压保护,电磁吸力不足的欠电流保护,以及线圈断开时产生高电压,而危及电路中其它电器设备的过压保护等等.
6)机床照明电路与工件去磁的控制环节.
M7130型平面磨床电气控制电路的确定
(1)电动机控制电路
1。
主电路 由电源引入开关Q控制整机电源的接通与断开.三台电动均要求单向旋转,M1砂轮电动机、M2冷却泵电动机,同时由接触器KM1控制,而M2电动机再经过X1插销实现单独判断控制,M3液压泵电动机由接触器KM2控制。
2。
控制电路电动机控制电路的控制电源直接采用交流380V,由按钮SB1、SB2和接触器KM2构成了砂轮电动机M1单向起支和停止控制电路。
由按钮SB3、SB4和接触器KM2构成了液压泵电动机M3单向旋转起动和停止控制电路.实现两台电动机独立操作控制。
3.联锁、保护环节平面磨床在加工中出现电磁吸盘吸力不足或消失时,为确保人身和设备的安全,不允许继续加工。
因此,在两台电动机的控制电路中应使欠电流继电器KA常开触点,达到欠磁联锁保护.在不加工时又能单独控制砂轮与液压泵电动机运转工作,因此,在控制电路中KA(3—4)触点处并接转换开关SA1于“去磁"位置时,触点(3—4)接通来实现。
主电路与控制电路由熔断器FU1、FU2分别实现适中保护。
砂轮与液压泵电动机利用热继电器KR1、KR2实现长期过载保护。
为了保护工件与砂轮的安全,当有一台电动机过载停机时,另一台电动机也应停止。
因此,应将KR1、KR2常闭触点串接在总控制电路中。
(2)电磁吸盘控制电路
电磁吸盘又称为电磁工作台,它也是安装工件的一种夹具。
具有夹紧迅速、不损伤工件、且一次能吸牢若干个工件,工作效率高,加工精度高等优点。
但它的夹紧程度不可调整,电磁吸盘要用直流电源,且不能用于加工非磁性材料的工件。
(3)照明电路与去磁器
照明电路由照明变压器T1,将380V电压降为24V,并由开关SA2控制照明灯EL,照明变压器二次侧装有熔断器FU3作为短路保护.其一次侧短路可由熔断器FU2实现保护.
在平面磨床上加工的零件可能存在有剩磁,若零件对剩磁有严格要求,应在电磁吸盘取下工件后进行去磁处理。
交流去磁器是平面磨床的一个附件。
使用时,将交流去磁器插头插在床身的X2插座上,再将工件放在去磁器上处理即可去磁。
五 继电器-接触器控制线路的设计
(一)选用控制线路的设计方法
控制线路的设计大体可分为二种,分别为经验设计法和逻辑设计法
1经验设计法的基本步骤
(1)收集分析国内外现有同类设备的相关资料,使所设计的控制系统合理,满足设计要求.
(2)控制线路设计,一般的机床控制线路设计包括主电路,控制电路和辅助电路的设计。
首先进行主电路设计:
主要是考虑从电源到执行元件(例如电动机)之间的线路设计。
然后进行控制线路设计:
主要考虑如何满足电动机的各种运动功能及生产工艺要求,包括实现加工过程自动化或半自动化的控制等,也就是完成正确地“选择”和有机地“组合”的任务;
最后考虑如何完善整个控制电路的设计,各种保护,联琐以及信号,照明等辅助电路的设计。
(3)全面检查所设计电路,有条件时,可以进行模拟试验,以进一步完善设计。
2经验设计法的基本特点
(1)设计过程是逐步完善的,一般不易获得最佳的设计方案。
但该方法简单易行,应用很广.
(2)需反复修改,这样会影响设计速度.
(3)需要一定的经验,设计中往往会因考虑不周而影响电路的可靠性.
(4)一般需要进行模拟试验。
3 逻辑设计法的基本概念
逻辑设计法,主要是根据生产工艺的要求(工作循环,液压系统图等),将控制线路中的接触器,继电器线圈的通电与断电,触点的闭合与断开,以及主令元件的接通和断开等看成逻辑变量,并将这些逻辑变量关系表示为逻辑函数的关系式,再运用逻辑函数基本公式和运算规律,对逻辑函数式进行简化,然后根据简化的逻辑函数式画出相应的线路原理图,最后再进一步检查,化简和完善,以期获得既满足工艺要求,又经济合理的最佳设计方案.
4逻辑设计法的一般步骤
(1)按工艺要求作出工作循环图。
(2)确定执行元件与检测元件,并作出执行元件节拍表和检测元件状态表。
(3)根据检测元件状态表写出各程序的特征数,并确定分组,设置中间记忆元件,各分组所有程序能区分开。
(4)列写中间记忆元件开关函数及其执行元件动作逻辑函数表达式,并画出相应的电路图。
(5)对按逻辑函数表达式画出的控制逻辑电路图进行检查,化简和完善。
逻辑设计法与经验设计法相比,采用逻辑设计的电路较为合理,能节省所用元件的数量,能获得某种逻辑功能的最简电路,但是逻辑设计法整个设计过程较为复杂,对于一些复杂的控制要求,还必须设计许多新的条件,同时对电路竞争问题也较难处理。
因此,在一般的电器控制线路设计中,逻辑设计法仅为经验设计法的辅助和补充.
(二)继电器——接触器控制线路
通过上面的分析,对于线路的设计我们采用的是经验设计法。
其控制线路设计图如下:
(三)一些低压电器的选择
在设备电气控制线路中,为了满足生产工艺及电力拖动的需要,电动机要经常地起动、制动、改变运动方向、调节转速;当电路发生过载、短路、欠压或失压等情况时,控制电路的保护环节还应当自动切断电路,保护线路和设备。
所有这些要求都需要借助于电器来完成.
由于各类电器在设备电气控制系统中所处的位置和所起的作用不同,其因此选用的方法也不尽相同。
生产机械常用低压电器的选择,主要依据是电器产品目录上的各项指标或数据。
正确合理地选择低压电器是电气系统安全运行、可靠工作的保证。
对于电气元件的选择,在选择时我们应注意以下几点:
(1)根据对控制元件功能的要求,确定电气元件功能的要求,确定电气元件类型。
如继电器与接触器,当元件用于通,断功率较大的主电路时,应选择交流接触器;若元件用于切换功率较小的电路(如控制电路)时,则应选择中间继电器;若伴有延时要求时,则应选用时间继电器。
(2)根据电气控制的电压,电流及功率的大小来确定元件的规格,满足元器件的负载能力及使用寿命.
(3)掌握元器件预期的工作环境及供应情况,如防油,防尘,货源等。
(4)为了保证一定的可靠性,采用相应的降额系数,并进行一些必要的技术和校核。
1按钮
按钮通常是用来短时间接通或断开小电流控制电路的开关。
目前按钮在结构上有多种形式:
旋钮式——手动旋转进行操作;指示灯——按钮内装入了信号指示灯;紧急式——装有蘑菇形式旋帽,用于紧急操作;等等。
一般来说,停止按钮采用红色。
按钮主要根据所需要的触点数,使用场合及颜色来选择。
在这里选用四个控制按钮SB1、SB2、SB3、SB4,两个黑色两个红色,选用LA10。
2组合开关
组合开关主要是作为电源引入开关,所以也称电源隔离开关。
它可以启停5KW以下的异步电动机,但每小时的接通次数不宜超过10次,开关的额定电流一般取电动机额定电流的1。
5~2.5倍。
组合开关主要根据电源种类,电压等级,所需触点数及电动机容量进行选用。
常用的组合开关为HZ-10系列,额定电流10A,25A,60A和100A四种,适用于交流电压380V以下,支流电压220V以下的电气设备中。
组合开关Q,选用HZ1—25/3,为三极,额定电压380V,额定电流25A。
选择开关SA1,SA2,选用HZ1-2/3,为三极,额定电压380V,额定电流2A。
3接触器的选用
选择接触器主要依据以下数据:
电源种类(直流或交流);主触点额定电流;辅助触点的种类、数量和触点的额定电流;电磁线圈的电源种类、频率和额定电压;额定操作频率等.机床用的最多的是交流接触器。
交流接触器的选择主要考虑主触点的额定电流、额定电压、线圈电压等.
交流接触器主触点的额定电压一般按高于线路额定电压来确定。
根据控制回路的电压决定接触器的线圈电压。
为保证安全,一般接触器吸引线圈选择较低的电压。
但如果在控制线路比较简单的情况下,为了省去变压器,可选用380V电压。
值得注意的是,接触器产品系列是按使用类别设计的,所以要根据接触器负担的工作任务来选用相应的产品系列。
接触器辅助触点的数量、种类满足线路的需要。
这里有交流接触器KM1,选用CJ10—40,额定电流40A, 线圈电压127V,交流中间接触器KM2,选用CJ10-5,额定电流5A, 线圈电压127V.
4热继电器的选择
热继电器的选择应按电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素来考虑。
一方面要充分发挥电动机的过载能力,另一方面,对电动机在短时过载与起动瞬间不受影响。
热继电器结构形式的选择。
星形连接的电动机可以选择两相或三相结构的热继电器,三角形连接的电动机应当选择带断相保护装置的三相结构热继电器。
常用的热继电器有JRl、JR2,JR0,JRl6等系列.JRl6B系列
双金属片式热继电器,它电流整定范围广,并有温度补偿装置,适
用于长期工作或间歇工作的交流电动机的过载保护,而且具有断相
运转保护装置。
JRl6B是由JR0改进而来的.该系列产品用来代替JR0的三极和带断相保护的热继电器。
热元件选好后,还需根据电动机的额定电流来调整它的整定值.
主电动机1M额定电流23.0A,FR1应选用JR0—40型热继电器,
热元件电流为25A,整定电流调节范围为16~25A,工作时将额定电
流调整为23。
0A。
同理,FR2应选用JR10—10型热继电器,选用l号元件,整定
电流凋节范围是0。
40~0.64A,整定在0.43A。
5熔断器的选择
熔断器是对电气设备的电流起过载延时和短路瞬时保护作用。
熔断
器的种类很多,其结构也不同,主要有插入式、螺旋式、填料封闭管式
等。
机床电气线路中常用的是RLl系列,
熔断器的主要元件是熔断体(熔丝或熔片)。
每一种电流等级的熔断
器都可选配多种不同电流的熔体.如RL1—100型有60、80、100A三种熔
体电流等级。
选择熔断器,实际上主要是选择种类、额定电压,熔断器额定电
流等级及熔体的额定电流。
而熔断体电流是选择熔断器的关键,熔体
的选择又与负载性质有关。
这里根据电动机的额定电流,熔断器FU1选用RL1-15,额定电压500V,熔体额定电流10A3个,额定电压500V,熔体额定电流2A的FU2选2个,FU3选1个,FU4选1个
6控制变压器的选择
当机床的控制电器较多,线路又比较复杂时,最好采用经变压
器降压的控制电源,以提高工作的可靠性.
变压器最大负载时是1KM、2KM及3KM同时工作:
可知变压器容量应大于68.4VA。
考虑到照明灯等其它电器容量,
可选用BK-100型变压器或BK—150型变压器,电压等级:
380V/127—
36—6.3V,可满足辅助回路的各种电压需要。
根据以上步骤及参考资料的查找,制定了本课程设计中继电器元件表
表1 平面磨床电气元件表
符号
名称
型号
规格
数量
M1
砂轮电动机
Y160M—4
11KW380V 3000r/min
1
M2
冷却泵电动机
JCB—22
0.125KW380V2790r/min
1
M3
液压泵电动机
JO2—21—4
1.1KW380V1410 r/min
1
SA1、SA2
选择开关
HZ1—2/3
三极380V2A
2
Q
组合开关
HZ1—25/3
三极380V25A
1
KM1
交流接触器
CJ10—40
40A线圈电压127V
1
KM2
交流中间接触器
CJ10-5
5A线圈电压127V
1
KA
交流中间继电器
JZ7—44
5A线圈电压127V
1
FU1
熔断器
RL1-15
500V熔体10A
3
FU2
熔断器
RL1-15
500V熔体2A
2
FU3
熔断器
RL1—15
500V熔体2A
1
FU4
熔断器
RL1-15
500V熔体2A
1
FR1
热继电器
JR0-40
额定电流25A整定电流23。
0A
1
FR2
热继电器
JR10—10
额定电流0.64A整定电流0。
43A
1
T1T2
控制变压器
BK—100
100VA380V/127—36-6。
3V
2
SB3SB4
控制按钮
LA10
红色
2
SB1 SB2
控制按钮
LA10
黑色
2
六可编程控制器PLC控制系统的设计
(一)可编程控制器控制系统设计的基本原则。
在设计可编程控制器系统时,应遵循以下基本原则。
1)最大限速地满足控制要求
充分发挥可编程控制器功能,最大限度地满足被控对象的控制要求,是设计中最重要的一条原则.设计人员要深入现场进行调查研究,收集资料.同时要注意和现场工程管理和技术人员及操作人员紧密配合,共同解决重点问题和疑难问题。
2)保证系统安全可靠
保证可编程控制器控制系统能够长期安全,可靠,稳定运行,是设计控制系统的重要原则。
3)力求简单,经济,使用与维修方便
在满足控制要求的前提下,一方面要注意不断扩大工程的效益,另一方面也要注意不断降低工程的成本,不宜盲目追求自动化和高指标。
4)适应发展的需要
适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
(二)可编程控制器系统设计的步骤
1)分析被控对象并提出控制要求
在设计继电器—接触器的时候我们已经对平面磨床的控制电路进行了的分析,确定了其控制方案并拟订了任务书.
2)确定输入/输出设备
根据压力机液压系统的控制要求,确定系统所需的全部输入设备和输出设备。
输入设备:
开关SB1,SB2,SB3,SB4
输出设备:
电动机M1,M2,M3和灯EL
3)选择可编程控制器
选择可编程控制器包括对可编程器的机型,容量,输入/输出模块,电源等的选择。
为此我们选择了FX2N—32MR
4)分配输入/输出点并设计可编程控制器的外围硬件线路
分配输入/输出点:
画出可编程控制器的输入/输出点与输入/输出设备的连接图或对应关系表,画出可编程控制器硬件接线图.见图1
图1可编程控制器硬件接线图
输入输出的地址分配如下:
名称
外接器件
地址
自动
KA
X1
手动
SA
X2
砂轮启动
SB1
X3
砂轮停止
SB2
X4
液压泵启动
SB3
X5
液压泵停止
SB4
X6
过载保护
FR1
X7
过程保护
FR2
X10
继电器
KM1
Y1
继电器
KM2
Y2
电源指示
HL
Y3
砂轮运行
HG1
Y4
液压泵运行
HG2
Y5
砂轮停止
HR1
Y6
液压泵停止
HR2
Y7
5)软件编制
根据分析进行梯形图的绘制,见下图。
根据梯形图写出指令表见下表
七设计总结
在这次课程设计中,通过吴吉平老师的悉心指导和组员的共同合作,将课程设计的所有要求通过控制电路实现,通过继电器—接触器的设计,使磨床的工作符合设计要求。
在继电器—接触器的设计中,需要考虑每一步之间的关系,做到不多用一个元件,也不少用一个元件.将继电器—接触器控制电路改造成PLC控制电路,由于可编程控制器的优点,在控制电路中,PLC占据了重要的地位.PLC控制电路简单且容易实现,也不容易出错.所以可编程控制器在控制电路中广泛应用.通过这次的课程设计,我们深深体会到了PLC优越性。
巩固了我们在课堂上学到的控制电路的知识。
理论跟实际紧紧的连接在一起,让我们更深的了解了控制电路。
并对控制电路的设计有了深刻的体会。
通过这次课程设计,我们学到了很多,也得到了不少设计经验,然而,我们同时也深深感到自己知识上的不足,无论在查阅资料及处理资料信息还是在设计过程中都遇到了一些问题,这些暴露出来的问题是我们清楚地看到了自己的缺点。
今后我们将及时纠正错误,努力学习,全面提升自己的知识水平。
参考文献
[1]机床电气控制技术/张万奎主编.—北京:
中国林业出版社;北京大学出版社,2006.8
[2]机床设计手册(第5册).电力传动及控制系统设计/编写组编。
机械工业出版社,1976
[3]机床设计手册(第9篇)。
电动机和常用低压电器/编写组编.北京:
机械工业出版社,2000
[4]机床电器与PLC主编李伟 西安电子科技大学出版社 2006
[5]齐占庆主编。
机床电气控制。
北京:
机械工业出版社,2001。
2
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