平面磨床的电气控制机电课程设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上机床电气控制技术设计说明书平面磨床的电气控制图 2- 3 - 9 4 4 1 4 8 -8 5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日目录一、绪论4二 设计要求4三、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6五、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。

2、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。二 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

3、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。三 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

4、，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

5、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

6、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

7、的控制环节。 四 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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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，

13、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

14、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

15、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

16、的额定电流一般取电动机额定电流的1.52.5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

17、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.

18、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

19、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JR040型热继电器，热元件电流为25A，整定电流调节范围为1625A，工作时将额定电流调整为23.0A。 同理，FR2应选用JR1010型热继电器，选用l号元件，整定电流凋节范围是0.400.64A，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

20、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-1

21、00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-411KW 380V 3000r/min1 M2 冷却泵电动机JCB-220.125KW380V2790 r/min1M3液压泵电动机JO2-21-41.1KW380V 1410 r/min1SA1、SA2选择开关HZ1-2/3三极 380V 2A2Q组合开关HZ1-25/3三极 380V 25A1KM1交流接触器CJ10-4040A 线圈电压127V1K

22、M2交流中间接触器CJ10-55A 线圈电压127V1KA交流中间继电器JZ7-445A 线圈电压127V1FU1熔断器RL1-15500V 熔体10A3FU2熔断器RL1-15500V 熔体2A2FU3 熔断器RL1-15500V 熔体2A1 FU4熔断器RL1-15500V 熔体2A1FR1热继电器JR0-40额定电流25A 整定电流23.0A1FR2热继电器JR10-10额定电流0.64A整定电流0.43A1T1 T2控制变压器BK-100100VA 380V/127-36-6.3V2SB3 SB4控制按钮LA10红色2SB1 SB2控制按钮LA10黑色2六 可编程控制器PLC控制系统的

23、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

24、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KAX1手动S