專用鏜孔機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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. 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) 3 2.1控制要求分析 3 2.2系統(tǒng)硬件配置及組成原理 4 2.3系統(tǒng)變量定義及分配表 5 三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 3.1 原理圖 6 3.1.1 主電路原理圖 6 3.1.2 控制電路原理圖 7 3.2 PLC程序設(shè)計(jì) 10 3.3 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Y100L—6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) SQ5 SQ1 工進(jìn)1 SQ3 （停） 快進(jìn) 快退 （手動(dòng)操作） 原位 起動(dòng) SQ5 SQ2 工進(jìn)2 SQ4 （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(YVl～YV4)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 YV1 YV2 YV3 YV4 快進(jìn) ＋ － － ＋ 工進(jìn)1（鏜孔） ＋ － － － 工進(jìn)2（鉸孔） ＋ ＋ － － 停 － － － － 快退 ＋ ＋ 為提高加工精度，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(24V／5V)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SB1 Y001 電磁閥YV1 X001 行程開(kāi)關(guān)SQ1 Y002 電磁閥YV2 X002 行程開(kāi)關(guān)SQ2 Y003 電磁閥YV3 X003 行程開(kāi)關(guān)SQ3 Y004 電磁閥YV4 X004 行程開(kāi)關(guān)SQ4 Y005 快進(jìn)顯示燈L1 X005 手動(dòng)操作按鈕SB2 Y006 工進(jìn)顯示燈L2（鉸） X006 行程開(kāi)關(guān)SQ5 Y007 工進(jìn)顯示燈L3（鏜） X007 鏜孔選擇開(kāi)關(guān)SA Y008 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)的啟停控制上，利用接觸器的“起保停”電路來(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 YV1 YV2 YV3 YV4 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)書要求，動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)M1為Y100L—6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3～5A； FR2：JR20-10，整定電流范圍3～5A； （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：KM1～KM5型號(hào)為CJ0—20，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：PS6—439，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：PZ220—60。 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H1～H4，型號(hào)：AD1—22/212 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. SQ1~SQ5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JW2—11Z。 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，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.2012 [2] 鄧星鐘等編著.機(jī)電傳動(dòng)控制.華中科技大學(xué)出版社.2007 [3] 齊占慶.王振臣.編著電氣控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2002 [4]《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.1998 [5] 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