平面磨床的電氣控制機電課程設計

1、<p><b>　　機床電氣控制技術</b></p><p><b>　　設計說明書</b></p><p><b>　　機械工程學院</b></p><p>　　2009年 6月21日</p><p><b>　　目錄</b></p>

2、;<p><b>　　一、緒論4</b></p><p><b>　　二 設計要求4</b></p><p>　　三、電力拖動及控制要求4</p><p>　　四、M7130型平面磨床電氣控制電路的確定6</p><p>　　五、繼電器-接觸器控制線路的設計8</p&g

3、t;<p>　　六、可編程控制器PLC控制系統(tǒng)的設計12</p><p><b>　　七、設計總結16</b></p><p><b>　　參考文獻16</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梯形圖和PLC接線圖<

4、;/p><p><b>　　一 緒論</b></p><p>　　本次設計是對M7130型平面磨床的電氣控制設計，根據(jù)設計要求設計電氣控制系統(tǒng)及連接，使其能實現(xiàn)自動完成各個工作要求，達到要求的精度。</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>&

5、lt;p>　　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(tǒng)。</p><p><b>　　二 設計要求：</b></p><p>　　M7130型平面磨床主要由床身、工作臺、電磁吸盤、砂輪架、滑座、立柱等部分組成。</p><p

6、>　　在床身上裝有液壓傳動裝置，以便工作臺在床身導軌上通過壓力油推動活塞作往復直線運動，實現(xiàn)水平方向進給運動。工作臺面上有T形槽，用以安裝電磁吸盤或直接安裝大型工件。</p><p>　　床身上固定有立柱，滑座安裝在立柱的垂直導軌上，實現(xiàn)垂直方向進給。在滑座的水平導軌上安裝砂輪架，砂輪架由裝入式電動機直接拖動，通過滑座內部的液壓傳動機構實現(xiàn)橫向進給。</p><p>　　平面磨床砂輪

7、的旋轉運動為主運動，工作臺完成一次往復運動時，砂輪架作一次間斷性的橫向進給，直至完成整個平面的磨削，然后砂輪架連同滑座沿垂直導軌作間斷性的垂直進給，直至達到工件加工尺寸。</p><p>　　平面磨床的輔助運動，如砂輪架在滑座的水平導軌上作快速橫向移動，滑座在立柱的垂直導軌上作快速垂直移動，以及工作臺往復運動速度的調整等。</p><p>　　三 電力拖動及控制要求</p>

8、<p>　　基于上述磨床的工作性質和加工精度要求，對電力拖動控制方案提出如下要求：</p><p>　　1）平面磨床是一種精密加工機床，為了保證其加工精度要求，機床運行時要求平穩(wěn)。工作臺往復運動在換向時要求慣性要小，無沖擊力，因此，工作臺的往復運動采用液壓傳動。由電動機拖動液壓泵，供應壓力油，通過液壓傳動裝置實現(xiàn)工作臺的縱向進給運動，并通過工作臺上的撞塊操縱床身上的液壓換向閥（開關），改變壓力油的流向，

9、實現(xiàn)工作臺的換向和自動往復運動。</p><p>　　2）為了簡化磨床的機械傳動機構，采用多電動機單獨拖動。M7130型平面磨床采用三臺電動機拖動，砂輪的旋轉運動由裝入式電動機直接拖動。液壓泵由液壓泵電動機拖動，經液壓傳動裝置完成工作臺的往復（縱向進給）運動，砂輪架的橫向進給運動，砂輪架的快速橫向移動以及工作臺導軌的潤滑等。拖動冷卻泵的電動機為磨削加工提供冷卻液。</p><p>　　3）

10、為了提高磨削質量，要求砂輪有較高轉速，通常采用兩極（理想空載轉速為3000r/min50Hz）的籠型異步電動機拖動。為了提高調整運轉的砂輪主軸的風度，采用裝入式電動機拖動，電動機與砂輪主軸同軸，從而提高了磨床的加工精度。</p><p>　　4）平面磨削加工中，由于磨削溫度高，為減少工件的熱變形，必須使工件得到充分的冷卻，同時冷卻液能沖走磨屑和砂粒，以保證磨削精度。</p><p>　　5

11、）平面磨床常用電磁吸盤，利用電磁吸力很方便地安裝和加工小工件，且工件在加工過程中由于發(fā)熱變形，電磁吸盤允許工件有自由伸縮余地，從而保證加工精度。</p><p>　　為了滿足上述電力拖動控制方案的要求，對M7130型平面磨床的電力拖動控制系統(tǒng)提出以下幾點要求：</p><p>　　1）砂輪、液壓泵、冷卻泵三臺電動機都只要求單方向旋轉。</p><p>　　2）冷卻泵

12、電動機應隨砂輪電動機的開動而開動，若加工中不需要冷卻液時，可單獨斷開冷卻泵電動機。</p><p>　　3）在正常加工中，若電磁吸盤吸力不足或消失時，砂輪電動機與液壓泵電動機應立即停止工作，以防止工件被砂輪切身力打飛而發(fā)生人身和設備事故。不加工時，即電磁吸盤不工作的情況下，允許砂輪電動機與液壓泵電動機開支，機床作調整運動。</p><p>　　4）電磁吸盤勵磁線圈具有吸牢工件的正向勵磁、松

13、開工件的斷開勵磁、以及為抵消剩磁便于取下工件的反勵磁控制環(huán)節(jié)。</p><p>　　5）具有完善的保護環(huán)節(jié)。各電路的短路保護，各電動機的長期過載保護，零壓、欠壓保護，電磁吸力不足的欠電流保護，以及線圈斷開時產生高電壓，而危及電路中其它電器設備的過壓保護等等。</p><p>　　6）機床照明電路與工件去磁的控制環(huán)節(jié)。</p><p>　　四 M7130型平面磨床電氣

14、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。三臺電動均要求單向旋轉，M1砂輪電動機、M2冷卻泵電動機，同時由接觸器KM1控制，而M2電動機再經過X1插銷實現(xiàn)單獨判斷控制，M3液壓泵電動機由接觸器KM2控制。</p><p>　　2.控制電路 電動機控制電路的控制電源直接采用交

15、流380V，由按鈕SB1、SB2和接觸器KM2構成了砂輪電動機M1單向起支和停止控制電路。由按鈕SB3、SB4和接觸器KM2構成了液壓泵電動機M3單向旋轉起動和停止控制電路。實現(xiàn)兩臺電動機獨立操作控制。</p><p>　　3.聯(lián)鎖、保護環(huán)節(jié) 平面磨床在加工中出現(xiàn)電磁吸盤吸力不足或消失時，為確保人身和設備的安全，不允許繼續(xù)加工。因此，在兩臺電動機的控制電路中應使欠電流繼電器KA常開觸點，達到欠磁聯(lián)鎖保護。在不加

16、工時又能單獨控制砂輪與液壓泵電動機運轉工作，因此，在控制電路中KA（3-4）觸點處并接轉換開關SA1于“去磁”位置時，觸點（3-4）接通來實現(xiàn)。</p><p>　　主電路與控制電路由熔斷器FU1、FU2分別實現(xiàn)適中保護。砂輪與液壓泵電動機利用熱繼電器KR1、KR2實現(xiàn)長期過載保護。為了保護工件與砂輪的安全，當有一臺電動機過載停機時，另一臺電動機也應停止。因此，應將KR1、KR2常閉觸點串接在總控制電路中。<

17、;/p><p>　?。?）電磁吸盤控制電路</p><p>　　電磁吸盤又稱為電磁工作臺，它也是安裝工件的一種夾具。具有夾緊迅速、不損傷工件、且一次能吸牢若干個工件，工作效率高，加工精度高等優(yōu)點。但它的夾緊程度不可調整，電磁吸盤要用直流電源，且不能用于加工非磁性材料的工件。</p><p>　?。?）照明電路與去磁器</p><p>　　照明電路

18、由照明變壓器T1，將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(xiàn)保護。</p><p>　　在平面磨床上加工的零件可能存在有剩磁，若零件對剩磁有嚴格要求，應在電磁吸盤取下工件后進行去磁處理。交流去磁器是平面磨床的一個附件。使用時，將交流去磁器插頭插在床身的X2插座上，再將工件放在去磁器上處理即可去磁。</p>&

19、lt;p>　　五 繼電器-接觸器控制線路的設計</p><p>　?。ㄒ唬┻x用控制線路的設計方法</p><p>　　控制線路的設計大體可分為二種，分別為經驗設計法和邏輯設計法</p><p>　　1 經驗設計法的基本步驟</p><p>　?。?）收集分析國內外現(xiàn)有同類設備的相關資料，使所設計的控制系統(tǒng)合理，滿足設計要求。</p

20、><p>　?。?）控制線路設計，一般的機床控制線路設計包括主電路，控制電路和輔助電路的設計。</p><p>　　首先進行主電路設計：主要是考慮從電源到執(zhí)行元件（例如電動機）之間的線路設計。然后進行控制線路設計：主要考慮如何滿足電動機的各種運動功能及生產工藝要求，包括實現(xiàn)加工過程自動化或半自動化的控制等，也就是完成正確地“選擇”和有機地“組合”的任務；</p><p>

21、;　　最后考慮如何完善整個控制電路的設計，各種保護，聯(lián)瑣以及信號，照明等輔助電路的設計。</p><p>　?。?）全面檢查所設計電路，有條件時，可以進行模擬試驗，以進一步完善設計。</p><p>　　2 經驗設計法的基本特點</p><p>　　（1）設計過程是逐步完善的，一般不易獲得最佳的設計方案。但該方法簡單易行，應用很廣。</p><p

22、>　?。?）需反復修改，這樣會影響設計速度。</p><p>　?。?）需要一定的經驗，設計中往往會因考慮不周而影響電路的可靠性。</p><p>　?。?）一般需要進行模擬試驗。</p><p>　　3 邏輯設計法的基本概念</p><p>　　邏輯設計法，主要是根據(jù)生產工藝的要求（工作循環(huán)，液壓系統(tǒng)圖等），將控制線路中的接觸器，繼電

23、器線圈的通電與斷電，觸點的閉合與斷開，以及主令元件的接通和斷開等看成邏輯變量，并將這些邏輯變量關系表示為邏輯函數(shù)的關系式，再運用邏輯函數(shù)基本公式和運算規(guī)律，對邏輯函數(shù)式進行簡化，然后根據(jù)簡化的邏輯函數(shù)式畫出相應的線路原理圖，最后再進一步檢查，化簡和完善，以期獲得既滿足工藝要求，又經濟合理的最佳設計方案。</p><p>　　4 邏輯設計法的一般步驟</p><p>　?。?）按工藝要求作出

24、工作循環(huán)圖。</p><p>　　（2）確定執(zhí)行元件與檢測元件，并作出執(zhí)行元件節(jié)拍表和檢測元件狀態(tài)表。</p><p>　?。?）根據(jù)檢測元件狀態(tài)表寫出各程序的特征數(shù)，并確定分組，設置中間記憶元件，各分組所有程序能區(qū)分開。</p><p>　?。?）列寫中間記憶元件開關函數(shù)及其執(zhí)行元件動作邏輯函數(shù)表達式，并畫出相應的電路圖。</p><p>

25、　?。?）對按邏輯函數(shù)表達式畫出的控制邏輯電路圖進行檢查，化簡和完善。</p><p>　　邏輯設計法與經驗設計法相比，采用邏輯設計的電路較為合理，能節(jié)省所用元件的數(shù)量，能獲得某種邏輯功能的最簡電路，但是邏輯設計法整個設計過程較為復雜，對于一些復雜的控制要求，還必須設計許多新的條件，同時對電路競爭問題也較難處理。因此，在一般的電器控制線路設計中，邏輯設計法僅為經驗設計法的輔助和補充。</p><

26、;p>　　（二）繼電器——接觸器控制線路</p><p>　　通過上面的分析，對于線路的設計我們采用的是經驗設計法。其控制線路設計圖如下：</p><p>　?。ㄈ┮恍┑蛪弘娖鞯倪x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

27、的保護環(huán)節(jié)還應當自動切斷電路，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(tǒng)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(jù)是電器產品目錄上的各項指標或數(shù)據(jù)。正確合理地選擇低壓電器是電氣系統(tǒng)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：&

28、lt;/p><p>　　根據(jù)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(jù)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>

29、<p>　　掌握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(shù)，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

30、前按鈕在結構上有多種形式：旋鈕式——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(jù)所需要的觸點數(shù)，使用場合及顏色來選擇。</p><p>　　在這里選用四個控制按鈕SB1、SB2、SB3、SB4，兩個黑色兩個紅色，選用LA10。</p><p><b>　　2 組合開關</b>

31、;</p><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(shù)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(jù)電源種類，電壓等級，所需觸點數(shù)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

32、下，支流電壓220V以下的電氣設備中。</p><p>　　組合開關Q，選用HZ1-25/3，為三極，額定電壓380V，額定電流25A。選擇開關SA1,SA2,選用HZ1-2/3，為三極，額定電壓380V，額定電流2A。</p><p><b>　　3 接觸器的選用</b></p><p>　　選擇接觸器主要依據(jù)以下數(shù)據(jù)：電源種類（直流或交流）

33、；主觸點額定電流；輔助觸點的種類、數(shù)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(jù)控制回路的電壓決定接觸器的線圈電壓。為保證

34、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(jù)接觸器負擔的工作任務來選用相應的產品系列。</p><p>　　接觸器輔助觸點的數(shù)量、種類滿足線路的需要。</p><p>　　這里有交流接觸器KM1，選用CJ10-40，額定電流40A, 線圈電壓127V,交流中間接觸器

35、KM2，選用CJ10-5，額定電流5A, 線圈電壓127V.</p><p><b>　　4 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

36、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。</p><p>　　常用的熱繼電器有JRl、JR2，JR0，JRl6等系列。JRl6B系列</p><p>　　雙金屬片式熱繼電器，它電流整定范圍廣，并有溫度補償裝置，適</p><p>　　用于長期工作或間歇工作的交流電動機的過載保護，而且具有斷相</p>

37、;<p>　　運轉保護裝置。JRl6B是由JR0改進而來的。該系列產品用來代替JR0的三極和帶斷相保護的熱繼電器。 </p><p>　　熱元件選好后，還需根據(jù)電動機的額定電流來調整它的整定值。</p><p>　　主電動機1M額定電流23.0A，F(xiàn)R1應選用JR0—40型熱繼電器，</p><p>　　熱元件電流為25A，整定電流調節(jié)范圍為16~25

38、A，工作時將額定電</p><p>　　流調整為23.0A。</p><p>　　同理，F(xiàn)R2應選用JR10—10型熱繼電器，選用l號元件，整定</p><p>　　電流凋節(jié)范圍是0.40~0.64A，整定在0.43A。</p><p><b>　　5 熔斷器的選擇</b></p><p>　　熔

39、斷器是對電氣設備的電流起過載延時和短路瞬時保護作用。熔斷</p><p>　　器的種類很多，其結構也不同，主要有插入式、螺旋式、填料封閉管式</p><p>　　等。機床電氣線路中常用的是RLl系列，</p><p>　　熔斷器的主要元件是熔斷體(熔絲或熔片）。每一種電流等級的熔斷</p><p>　　器都可選配多種不同電流的熔體。如RL1-

40、100型有60、80、100A三種熔</p><p><b>　　體電流等級。</b></p><p>　　選擇熔斷器，實際上主要是選擇種類、額定電壓，熔斷器額定電</p><p>　　流等級及熔體的額定電流。而熔斷體電流是選擇熔斷器的關鍵，熔體</p><p>　　的選擇又與負載性質有關。</p><

41、;p>　　這里根據(jù)電動機的額定電流，熔斷器FU1選用RL1-15,額定電壓500V,熔體額定電流10A3個, 額定電壓500V,熔體額定電流2A的FU2選2個，F(xiàn)U3選1個，F(xiàn)U4選1個</p><p>　　6 控制變壓器的選擇</p><p>　　當機床的控制電器較多，線路又比較復雜時，最好采用經變壓</p><p>　　器降壓的控制電源，以提高工作的可靠性

42、。</p><p>　　變壓器最大負載時是1KM、2KM及3KM同時工作：</p><p>　　可知變壓器容量應大于68.4VA。考慮到照明燈等其它電器容量，</p><p>　　可選用BK-100型變壓器或BK-150型變壓器，電壓等級：380V/127-</p><p>　　36-6.3V，可滿足輔助回路的各種電壓需要。</p>

43、;<p>　　根據(jù)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</p><p>　　表1 平面磨床電氣元件表</p><p>　　六 可編程控制器PLC控制系統(tǒng)的設計</p><p>　?。ㄒ唬┛删幊炭刂破骺刂葡到y(tǒng)設計的基本原則。</p><p>　　在設計可編程控制器系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則。</p>

44、;<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(xiàn)場進行調查研究，收集資料。同時要注意和現(xiàn)場工程管理和技術人員及操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問題。</p><p><b>　　保證系統(tǒng)安全可靠</b></p><p

45、>　　保證可編程控制器控制系統(tǒng)能夠長期安全，可靠，穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)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>

46、</p><p>　　適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。</p><p>　?。ǘ┛删幊炭刂破飨到y(tǒng)設計的步驟</p><p>　　1）分析被控對象并提出控制要求</p><p>　　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

47、輸入/輸出設備</p><p>　　根據(jù)壓力機液壓系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)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</p><p>　　輸出設備：電動機M1,M2,M3和燈EL</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

48、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。見圖1</p><p>　　圖1 可編程控制器硬件接線圖</p>

49、<p>　　輸入輸出的地址分配如下：</p><p><b>　　5）軟件編制</b></p><p>　　根據(jù)分析進行梯形圖的繪制，見下圖。</p><p>　　根據(jù)梯形圖寫出指令表見下表</p><p><b>　　七 設計總結</b></p><p>　　

50、在這次課程設計中，通過吳吉平老師的悉心指導和組員的共同合作，將課程設計的所有要求通過控制電路實現(xiàn)，通過繼電器-接觸器的設計，使磨床的工作符合設計要求。在繼電器-接觸器的設計中，需要考慮每一步之間的關系，做到不多用一個元件，也不少用一個元件。將繼電器-接觸器控制電路改造成PLC控制電路，由于可編程控制器的優(yōu)點，在控制電路中，PLC占據(jù)了重要的地位。PLC控制電路簡單且容易實現(xiàn)，也不容易出錯。所以可編程控制器在控制電路中廣泛應用。通過這次的

51、課程設計，我們深深體會到了PLC優(yōu)越性。鞏固了我們在課堂上學到的控制電路的知識。理論跟實際緊緊的連接在一起，讓我們更深的了解了控制電路。并對控制電路的設計有了深刻的體會。</p><p>　　通過這次課程設計，我們學到了很多，也得到了不少設計經驗，然而，我們同時也深深感到自己知識上的不足，無論在查閱資料及處理資料信息還是在設計過程中都遇到了一些問題，這些暴露出來的問題是我們清楚地看到了自己的缺點。今后我們將及時糾

52、正錯誤，努力學習，全面提升自己的知識水平。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］機床電氣控制技術/張萬奎主編.—北京：中國林業(yè)出版社；北京大學出版社，2006.8</p><p>　　［2］機床設計手冊（第5冊）.電力傳動及控制系統(tǒng)設計/編寫組編. 機械工業(yè)出版社，1976</p><p&