機床電氣控制技術課程設計--z3040型搖臂鉆床的電氣控制設計

1、<p>　　機床電氣控制技術課程設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、設計前言2</b></p><p><b>　　二 設計說明2</b></p><p>　　三、夾緊機構液壓系統原理示意圖3</p>&

2、lt;p><b>　　四、工作流程圖4</b></p><p>　　五、電氣控制電路的確定4</p><p>　?。ㄒ唬╇妱訖C控制電路4</p><p>　　（二）照明電路與去磁器8</p><p>　　六、一些低壓電器的選擇8</p><p>　　七、可編程控制器PLC控制系統的

3、設計11</p><p><b>　　八、設計總結13</b></p><p><b>　　九、參考文獻14</b></p><p>　　附圖一、接觸器-繼電器電氣控制原理圖</p><p>　　附圖二、PLC狀態(tài)轉移圖</p><p>　　附圖三、PLC梯形圖<

4、/p><p><b>　　一：設計前言：</b></p><p>　　本次設計是對Z3040型搖臂鉆床的電氣控制設計，根據設計要求設計電氣控制系統及連接，使其能實現自動完成各個工作要求。</p><p>　　設計的主要內容包括對繼電器電氣原理圖的設計及繪制，對PLC電器原理圖的設計與繪制，制成控制板并進行連接。</p><p&g

5、t;　　這次設計的目的在于通過完成設計，了解可編程控制器的結構、工作原理、特點和用途，掌握對繼電器的選型和各型號繼電器的用途和作用，掌握可編程控制器的編程方法和指令系統。</p><p><b>　　二：設計說明：</b></p><p>　　Z3040型搖臂鉆床結構示意圖如下圖所示：</p><p>　　主軸箱上的四個按鈕依次為主電動機停止、

6、啟動按鈕、搖臂上升、下降按鈕。分別對應原理圖中的、、、。主軸箱轉盤上的兩個按鈕為立柱、主軸箱的松開按鈕及夾緊按鈕，對應原理圖中的，。轉盤為主軸箱左右移動手柄，操縱桿則操縱主軸的垂直移動，兩者均為手動。</p><p>　　Z3040型搖臂鉆床的的運動有：搖臂的松開，搖臂下降及上升，搖臂加緊，主軸箱與立柱的松開夾緊。</p><p>　　如上圖所示Z3040型搖臂鉆床有四臺工作電動機，一般采

7、用籠型異步電動機，其中，為主電動機：控制主軸旋鉆運動和進給運動，單向旋轉，用機械變換完成加工螺紋所需的正、反向；為搖臂升降電動機：控制搖臂升降運動，雙向旋轉；為液壓泵電動機：控制搖臂夾緊、放松，雙向旋轉；為冷卻泵電動機：手動控制，單向旋轉。</p><p>　　三：夾緊機構液壓系統原理示意圖：</p><p><b>　　四、工作流程圖：</b></p>

8、<p>　　五：電氣控制電路的確定：</p><p>　?。?）電動機控制電路</p><p>　　1、主電路 由電源引入開關Q控制整機電源的接通與斷開。</p><p>　　為主軸電動機動，由接觸器控制；</p><p>　　為搖臂升降電動機，由接觸器控制搖臂下降，由接觸器控制搖臂下降；</p><p>

9、;　　為液壓泵電動機，由接觸器控制搖臂松開，由接觸器控制搖臂上升；</p><p>　　為電源冷卻泵電動機，由開關接觸器控制其開閉。</p><p>　　2、控制電路 電動機控制電路的控制電源直接采用交流380V，由按鈕SB1、SB2和接觸器KM1構成了主軸電動機M1單向起支和停止控制電路。由按鈕SB3、SB4（SB5、SBH6）和接觸器KM4，KM5構成了液壓泵電動機M3單向旋轉起動和

10、停止控制電路。實現兩臺電動機獨立操作控制，由按鈕SB3、SB4和接觸器KM3,KM2構成了搖臂升降電動機M2下降和上升。</p><p>　?、伲鬏S電動機控制 主軸電動機為單向旋轉，由按鈕、和接觸器實現起動和停止控制。主軸的正、反轉則由電動機拖動齒輪泵送出壓力油，通過液壓系統操縱機構，配合正、反轉摩擦離合器驅動主軸正轉或反轉。</p><p>　?、冢畵u臂升降控制 搖臂鉆床在加工時，

11、要求搖臂應處于夾緊狀態(tài)，才能保證加工精度。但在搖臂需要升降時，又要求搖臂處于松開狀態(tài)，否則電動機負載大，機械磨損嚴重，無法升降工作。搖臂上升或下降時，其動作過程是，隨著升降指令發(fā)出，先使搖臂與外立柱處于松開狀態(tài)，而后上升或下降，待升降到位時，要自行重新夾緊。由于松開與夾緊工作是由液壓系統實現，因此，升降控制必須與松緊機構液壓系統緊密配合。</p><p>　　為升降電動機，由按鈕、點動控制接觸器、接通或斷開，使電

12、動機正、反向旋轉，拖動搖臂上升或下降移動。</p><p>　　為液壓泵電動機，通過接觸器，接通或斷開，使電動機正向帶動雙向液壓泵送出壓力油，經二位六通閥至搖臂夾緊機構實現夾緊與松開。</p><p>　　下面以搖臂下降為例簡述動作過程：按下按鈕，時間繼電器線圈通電，瞬時常開觸點(13-14)閉合，接觸器線圈得電，液壓泵電動機起動旋轉帶動液壓泵送出壓力油，同時斷電延時斷開的常開觸點(1-1

13、7)閉合，使電磁閥線圈得電，液壓泵輸出的壓力油經二位六通閥進入搖臂夾緊機構的松開油腔，推動活塞和菱形塊，將搖臂松開。同時，活塞桿通過彈簧片壓上行程開關發(fā)出搖臂已松開信號。此時，觸點(6-13)斷開，使接觸器線圈斷電，液壓泵電動機停轉，油路單向閥保壓，搖臂處于松開狀態(tài)。與此同時，觸點(6-7)閉合，接觸器線圈得電，升降電動機得電起動旋轉，帶動搖臂下降，待搖臂下降至所需位置時，松開按鈕，線圈斷電，電動機停轉，搖臂停止下降。同時線圈也斷電，常

14、閉觸點(17-18)瞬時閉合，而其延時斷開的常開觸點(1-17)仍未打開，使電磁閥繼續(xù)得電，同時接觸器線圈得電，液壓泵電動機反轉，反向送出壓力油，經二位六通閥反方向推動活塞和菱形塊，將搖臂夾緊。延時打開觸點，經過1~3延時后斷開，同時活塞桿通過彈簧壓下行程開關，使觸點 (1-17)也斷開，電磁閥、線圈斷電。液壓泵電動機停轉，搖臂下降后重新夾緊過程結束。行程開關為搖臂放松信</p><p>　　③．夾緊、松開控制

15、 Z3040型搖臂鉆床除了上述搖臂上升下降過程需要夾緊、松開控制外，還有主軸箱和立柱的松開、夾緊控制。主軸箱和主柱的松開、夾緊從液壓系統中看出二者是同時進行的。</p><p>　　當按下松開按鈕，接觸器線圈得電，液壓泵電動機正轉，拖動液壓泵輸送出壓力油，經二位六通閥，進入主軸箱與立柱的松開油缸推動活塞和菱形塊，使主軸箱與立柱實現松開，此時由于不得電，壓力油不會進入搖臂松開活塞，搖臂仍處于夾緊狀態(tài)。當主軸箱與立柱

16、松開時，行程開關不受壓，觸點(10l-102)閉合，指示燈亮，表示主軸箱與立柱處于松開狀態(tài)，可以手動操作主軸箱在搖臂的水平導軌上移動至適當位置。同時推動搖臂(套在內立柱上)使外立柱繞內立柱旋轉至適當的位置，按下夾緊按鈕，接觸線圈得電，電動機反轉，拖動液壓泵輸送出反向壓力油至夾緊油缸，使主軸箱和立柱夾緊。同時行程開關壓下，觸點(101-102)斷開，燈暗，而(101-103)閉合，燈亮，指示主軸箱與立柱處于夾緊狀態(tài)，可以進行鉆削加工。&l

17、t;/p><p>　　④．冷卻泵電動機控制 冷卻泵電動機容量小(0.125)，由開關控制單向旋轉。</p><p>　　⑤．聯鎖、保護環(huán)節(jié) 電路中利用實現搖臂松開到位，開始升降的聯鎖控制，利用，實現搖臂完全夾緊的聯鎖控制。通過延時斷開的常開觸點實現搖臂松開后自動夾緊的聯鎖控制。搖臂升降除了按鈕、機械互鎖外，還采用、電氣的雙重互鎖控制。主軸箱與立柱進行松開、夾緊工作時，為保證壓力油不供給搖臂

18、夾緊油路，通過、常閉觸點切斷線圈電路，達到聯鎖目的。</p><p>　　電路利用熔斷器作為總電路和電動機、的短路保護。利用熔斷器作為電動機、及控制變壓器一次側的短路保護，利用熱繼電器為電動機的過載保護，為電動機的過載保護。組合行程開關作為搖臂上升、下降的極限位置保護，有兩對常閉觸點，當搖臂上升下降至極限位置時，相應觸點動作切斷與其對應的上升下降接觸器、，使電動機停止轉動，搖臂停止升降，實現升降極限位置保護，電路

19、中失壓或欠壓保護由各接觸器實現。</p><p>　　⑥．照明與信號指示電路 通過控制變壓器降壓提供照明燈安全電壓，由SA2開關操作。熔斷器作為短路保護。</p><p>　　當主軸電動機工作時，觸點(101-104)接通，指示燈亮，表示主軸工作；</p><p>　　當主軸箱、立柱處于夾緊狀態(tài)時，觸點(101-l03)接通，燈亮。主軸箱、立柱處于松開狀態(tài)，觸點(

20、101-102)接通，燈亮。</p><p><b>　　3、聯鎖、保護環(huán)節(jié)</b></p><p>　　主電路與控制電路由熔斷器FU1、FU2分別實現適中保護。搖臂升降與液壓泵電動機利用熱繼電器KR1、KR2實現長期過載保護。</p><p>　?。?）照明電路與去磁器</p><p>　　照明電路由照明變壓器T1，將

21、380V電壓降為24V，并由開關SA2控制照明燈EL，照明變壓器二次側裝有熔斷器FU3作為短路保護。其一次側短路可由熔斷器FU2實現保護。</p><p>　　六、一些低壓電器的選擇：</p><p>　　在設備電氣控制線路中，為了滿足生產工藝及電力拖動的需要，電動機要經常地起動、制動、改變運動方向、調節(jié)轉速；當電路發(fā)生過載、短路、欠壓或失壓等情況時，控制電路的保護環(huán)節(jié)還應當自動切斷電路，

22、保護線路和設備。所有這些要求都需要借助于電器來完成。</p><p>　　由于各類電器在設備電氣控制系統中所處的位置和所起的作用不同，其因此選用的方法也不盡相同。生產機械常用低壓電器的選擇，主要依據是電器產品目錄上的各項指標或數據。正確合理地選擇低壓電器是電氣系統安全運行、可靠工作的保證。</p><p>　　對于電氣元件的選擇，在選擇時我們應注意以下幾點：</p><

23、p>　　根據對控制元件功能的要求，確定電氣元件功能的要求，確定電氣元件類型。如繼電器與接觸器，當元件用于通，斷功率較大的主電路時，應選擇交流接觸器；若元件用于切換功率較小的電路（如控制電路）時，則應選擇中間繼電器；若伴有延時要求時，則應選用時間繼電器。</p><p>　　根據電氣控制的電壓，電流及功率的大小來確定元件的規(guī)格，滿足元器件的負載能力及使用壽命。</p><p>　　掌握

24、元器件預期的工作環(huán)境及供應情況，如防油，防塵，貨源等。</p><p>　　為了保證一定的可靠性，采用相應的降額系數，并進行一些必要的技術和校核。</p><p><b>　　1 按鈕 </b></p><p>　　按鈕通常是用來短時間接通或斷開小電流控制電路的開關。</p><p>　　目前按鈕在結構上有多種形式：旋鈕

25、式——手動旋轉進行操作；指示燈——按鈕內裝入了信號指示燈；緊急式——裝有蘑菇形式旋帽，用于緊急操作；等等。一般來說，停止按鈕采用紅色。按鈕主要根據所需要的觸點數，使用場合及顏色來選擇。</p><p><b>　　2 低壓開關</b></p><p>　　低壓開關主要包括如下幾種。</p><p><b>　　刀開關</b>

26、;</p><p>　　刀開關主要用于接通或切斷長期改組設備的電源。一般刀開關的額定電壓不超過500V額定電流為10A到上千安多種等級。有些刀開關附有熔斷器。不帶熔斷器式刀開關主要有HD型及HS型，帶熔斷器式開關有HK，HR3系列等。刀開關主要根據電源種類，電壓等級，電動機容量，所需極數及使用場來選擇。</p><p><b>　　組合開關</b></p>

27、<p>　　組合開關主要是作為電源引入開關，所以也稱電源隔離開關。它可以啟停5KW以下的異步電動機，但每小時的接通次數不宜超過10次，開關的額定電流一般取電動機額定電流的1.5~2.5倍。</p><p>　　組合開關主要根據電源種類，電壓等級，所需觸點數及電動機容量進行選用。常用的組合開關為HZ-10系列，額定電流10A，25A，60A和100A四種，適用于交流電壓380V以下，支流電壓220V以

28、下的電氣設備中。</p><p>　　限位開關（行程開關）</p><p>　　限位開關是依據生產機械運動的行程位置而動作的小電流開關。它的選用主要根據機械位置對開關形式的要求，對觸點數目，電壓種類，電壓與電流等級的要求來確定。機床常用的有LX2型，LX19型，JLXK1型，LXW11型和JLXK-111型微動開關等。對于要求動作快，靈敏度高的行程控制，可采用接近開關。接近開關也稱為無觸點

29、限位開關，它是通過運動部件引起的電磁場變化而動作的。接近開關壽命長，可靠性好，但精度和價格不如限位開關。</p><p><b>　　自動開關</b></p><p>　　自動開關又稱自動空氣斷路器，自動開關在壓力機上應用的很廣泛。這是因為自動開關既接通或分斷正常工作電流，也能自動分斷過載或短路電流，分斷能力強，有欠壓和過載短路保護作用。</p><

30、;p>　　選擇自動開關應考慮其主要技術參數：額定電壓，額定電流和允許切斷的極限電流等。自動開關拖扣器的額定電流應等于或大于負載允許的長期平均電流；自動開關的極限分斷能力要大于，至少要等于電路最大短路電流；自動開關拖扣器電流整定應按下面的原則：欠電壓拖扣器額定電壓等于主電路等于主電路額定電壓；熱拖扣器的整定電流與被控對象（負載）額定電流相等；電磁拖扣器的瞬時拖扣器整定電流應大于負載正常工作時的尖峰電流；保護電動機時，電磁拖扣器的瞬時

31、拖扣電流為電動機啟動電流的1.7倍。</p><p><b>　　3 接觸器的選用</b></p><p>　　選擇接觸器主要依據以下數據：電源種類（直流或交流）；主觸點額定電流；輔助觸點的種類、數量和觸點的額定電流；電磁線圈的電源種類、頻率和額定電壓；額定操作頻率等。機床用的最多的是交流接觸器。</p><p>　　交流接觸器的選擇主要考慮主

32、觸點的額定電流、額定電壓、線圈電壓等。</p><p>　　交流接觸器主觸點的額定電壓一般按高于線路額定電壓來確定。</p><p>　　根據控制回路的電壓決定接觸器的線圈電壓。為保證安全，一般接觸器吸引線圈選擇較低的電壓。但如果在控制線路比較簡單的情況下，為了省去變壓器，可選用380V電壓。值得注意的是，接觸器產品系列是按使用類 別設計的，所以要根據接觸器負擔的工作任務來選用相應的產品系

33、列。</p><p>　　接觸器輔助觸點的數量、種類滿足線路的需要。</p><p><b>　　4 繼電器的選用</b></p><p>　　1）一般繼電器的選用</p><p>　　一般繼電器是指具有相同電磁系統的繼電器，又稱電磁繼電器。選用時，除滿足繼電器線圈電壓或線圈電流的要求外，還應按照控制需要分別選用過電流繼

34、電器、欠電流繼電器、過電壓繼電器、欠電壓繼電器中間繼電器等。另外電壓、電流繼電器還有交流、直流之分，選擇時也應當注意。</p><p>　　2）時間繼電器的選擇</p><p>　　時間繼電器是壓力機控制線路中常用電器之一。它的類型有：電磁式，空氣阻尼式，電動式及電子式等。用的較多的是空氣阻尼式時間繼電器，它的特點是工作可靠，結構簡單，延時整定范圍較寬（可達0.4s～180s）</p

35、><p>　　時間繼電器型式多樣，各具特點，選擇時應從以下幾方面考慮。</p><p>　　(1) 根據控制線路的要求來選擇延時方式，即通電延時型或斷電延時型。</p><p>　　(2) 根據延時準確度要求和延時時間的長短來選擇。</p><p>　　(3) 根據使用場合、工作環(huán)境選擇合適的時間繼電器。</p><p>

36、<b>　　3）熱繼電器的選擇</b></p><p>　　熱繼電器的選擇應按電動機的工作環(huán)境、起動情況、負載性質等因素來考慮。一方面要充分發(fā)揮電動機的過載能力，另一方面，對電動機在短時過載與起動瞬間不受影響。</p><p>　　熱繼電器結構形式的選擇。星形連接的電動機可以選擇兩相或三相結構的熱繼電器，三角形連接的電動機應當選擇帶斷相保護裝置的三相結構熱繼電器。&l

37、t;/p><p>　　熱元件選好后，還需根據電動機的額定電流來調整它的整定值。</p><p>　　根據以上步驟及參考資料的查找，制定了本課程設計中繼電器元件表。（見下表所示） </p><p><b>　　搖臂鉆床電氣元件表</b></p><p>　　七、可編程控制器PLC控制系統的設計</p><p

38、>　?。ㄒ唬┛删幊炭刂破骺刂葡到y設計的基本原則。</p><p>　　在設計可編程控制器系統時，應遵循以下基本原則。</p><p>　　最大限速地滿足控制要求</p><p>　　充分發(fā)揮可編程控制器功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計中最重要的一條原則。設計人員要深入現場進行調查研究，收集資料。同時要注意和現場工程管理和技術人員及操作人員緊密配合

39、，共同解決重點問題和疑難問題。</p><p><b>　　保證系統安全可靠</b></p><p>　　保證可編程控制器控制系統能夠長期安全，可靠，穩(wěn)定運行，是設計控制系統的重要原則。</p><p>　　3）力求簡單，經濟，使用與維修方便</p><p>　　在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷擴大工程的效益，另

40、一方面也要注意不斷降低工程的成本，不宜盲目追求自動化和高指標。</p><p><b>　　4）適應發(fā)展的需要</b></p><p>　　適當考慮到今后控制系統發(fā)展和完善的需要。</p><p>　?。ǘ┛删幊炭刂破飨到y設計的步驟</p><p>　　1）分析被控對象并提出控制要求</p><p&

41、gt;　　在設計繼電器-接觸器的時候我們已經對平面磨床的控制電路進行了的分析，確定了其控制方案并擬訂了任務書。</p><p>　　2）確定輸入/輸出設備</p><p>　　根據壓力機液壓系統的控制要求，確定系統所需的全部輸入設備和輸出設備。</p><p>　　輸入設備：開關SB1，SB2，SB3，SB4，SB5,SB6</p><p>

42、　　輸出設備：電動機M1,M2,M3,M4和燈HL,HL1,HL2,HL3</p><p>　　3）選擇可編程控制器</p><p>　　選擇可編程控制器包括對可編程器的機型，容量，輸入/輸出模塊，電源等的選擇。為此我們選擇了FX2N-32MR</p><p>　　4）分配輸入/輸出點并設計可編程控制器的外圍硬件線路</p><p>　　分配

43、輸入/輸出點：畫出可編程控制器的輸入/輸出點與輸入/輸出設備的連接圖或對應關系表，畫出可編程控制器硬件接線圖。見下圖</p><p>　　可編程控制器硬件接線圖</p><p><b>　　5）軟件編制</b></p><p>　　根據分析進行梯形圖的繪制（見附圖三）。根據梯形圖寫出指令表見下表所示：</p><p>&

44、lt;b>　　系統指令表</b></p><p><b>　　八、設計總結：</b></p><p>　　通過這次課程設計，我對繼電器、控制器、PLC有了進一步的了解。多虧了孫老師課堂上的仔細講解，使我能在設計時回想起他的講解，才得以順利完成了本次課程設計。課堂上的知識有時感覺很抽象，在實踐中，我不可避免地遇到一系列的問題，繼而又進一步加深和鞏固了所

45、學知識，不僅對機器控制系統的工作原理和特點有了深入認識，而且對各類元器件的作用及選用也進行了仔細研究。</p><p>　　Z3040搖臂鉆床看似簡單，但其電氣控制實現起來也比較困難，著實讓我費了一番心思。正所謂理論與實踐相結合，才使我更好地了解了這一門課程的知識。最重要的是我們體會到了集體的力量，學會了集中團隊力量解決問題，培養(yǎng)了一定的團隊意識，在此我還要多謝在整個設計過程中給過我?guī)椭耐瑢W們?？傊舜握n程設