机床电气控制技术课程设计报告吴伟

1、左嚴第#大学机床电气控制技术课程设计报告设计课题：一台普通卧式车床地 PLC控制系统设计姓名：吴伟学 院：经济技术学院专 业：机械设计制造及其自动化班 级：四班学 号：12530110日 期 2015年6月22日2015年6月28日指导教师：马德贵目录一、设计要求二、普通卧式车床控制简介1 PLC 控制线路设计2. 电气控制线路特点三、系统地硬件设计1. 确定电动机2. 控制要求3. 确定 I/O 设备4. PLC 地选择5. 分配 I/O6电器元件选择四、PLC对普通卧式车床地工作原理1. 主电动机正反转控制2. 主电动机电动控制3. 主电动机电动停止和反接制动4. 主电动机反接制动5. 主

2、电路工作电流监视6. 冷却及快速电动机控制五、卧式车床电气控制主回路图六、安装般电器元件平面布置七、控制面板按钮、行程开关平面布置图八、车床控制系统PLC外部接线图九、车床控制系统PLC梯形图十、 电器元件一览表十一、参考文献一 设计要求 一主要参数和拖动控制要求：1、最大车削工件外圆直径为 450mm.2、要求主拖动电动机直接起动 , 点动串电阻 , 正反转动 .3、要求切削时提供冷却液 .4、刀架可以有电动机拖动快速移动 .5、必要地照明、信号指示 .一普通卧式车床控制简介一、PLC控制线路设计1. 主电路设计根据设计要求，需要使用三个电动机 M1 M2 M3.机床地 三相电源由电源引入开

3、关 Q引入.主电动机M1地过载保护，由热 继电器FR1实现,它地短路保护可由机床地前一级配电箱中地熔 断器充任.冷却泵电动机 M2地过载保护，由热继电器FR4实现. 快速移动电动机M3由于是短时工作，不设过载保护.电动机M2 M3设有短路保护熔断器 FU5.2. 控制电路设计考虑到操作方便 , 主电动机 M1 可在操作板上和刀架上分别 设起动和停止按钮SB1、SB2 SB3 SB4进行操纵，接触器与控制 按钮组成自锁地起停控制电路 .冷却泵电动机M2由SB5 SB6进行起停操作，装在操作板上. 快速电动机M3工作时间短，为了操作灵活由按钮 SB7与接触 器组成点动控制电路 .3. 信号指示与照

4、明电路设计可设电源指示灯 HL2（绿色），在电源开关 Q接通后，立即发 光显示，表示机床电气线路已处于供电状态；设指示灯HL1 （红色）表示主电动机运行 . 这两个指示灯可由接触器地动合和动断 两对辅助触点进行切换通电显示 .在操作面板上设有交流电流表 A, 它串联在电动机主回路中 , 用以指示机床地工作电流 . 这样可根据电动机工作情况调整切削 用量使主电动机尽量满载运行 , 提高生产率 , 并能提高电动机功 率因数.设照明灯HL为安全照明（36V安全电压）.4. 控制电路电源 .考虑安全可靠及满足照明指示灯地要求 , 控制线路地电压为 127V,照明电压为36V,指示灯电压为6.3V.二

5、电气控制线路地特点（ 1 ）主轴正反转用正反向接触器进行控制（2）主电机不经常启动,所以采用直接启动（3） 为了对刀和工件进行调整，主轴电动机控制线路设置有 电动环节（4） 为了调高工作效率，主轴电动机采用反接制动，在反接制 动时，为减小制动电流，定子回路串入限流电阻 R,在点动时,R叶 串入定子回路，防止频繁点动时使主电动机过热（5） 未检测主轴电动机定子大电流，通过电流互感器介入电 流表.为防止主轴电动机地启动电流以及反接制动电流对电流表造成冲击,在主轴电动机启动和反接制动时,与电流表并联一个时间继电器地通电延时打开地常闭触电（6）加工螺纹时，为了保证工件地旋转速度与刀具地进给速 度间地严

6、格传动比关系,刀架地进给运动也由主轴电动机拖动（7） 为了减轻工人地劳动强度和节省辅助工时，专门设计了 一台2.2kw地电动机拖动溜板箱快速运动（8） 加工时为了防止刀具和工件地温度过高，用一台电动机 驱动地冷却泵供给切削液实现冷却.冷却泵电动机在主轴电动机 开动后方可起动旋转.二.系统硬件设计一确定电动机我国机床制造厂对不同类型机床目前采用地主电动机容 量地统计分析公式如下：车 床: P = 36.5 D1.54单位为 kW.（ 4-1 ）D车削最大工件直径单位为m .立式车床:P = 20 D0.88单位为kW.（ 4-2 ）D 车削最大工件直径单位为m .(4-3 )摇臂钻床：P = 0

7、.0646 D1.10单位为kW.最大钻孔直径 单位为mm .(4-4 )(4-5 )卧式镗床 :P = 0.004 D1'7单位为 kW.D 镗杆直径 单位为mm .龙门刨床:P = D 1.16 /1.66 单位为kW.B 工作台宽度 单位为mm .按上式结果，选用稍大于或等于计算值地标准容量电动机.根据上式4-1和设计要求可算出P=10.7kW.查表得可选电动机P=11kW.对于机床，当主运动和进给运动由同一电动机驱动时，可依主运动电动机功率选择.若进给运动由单独电动机并驱动快速移 动时,电动机功率由快速移动来选择，而快速移动所需要地功率， 一般由经验数据来选择.下表列出了其经验

8、数据值.机床型号运动部件移动速度值(V/min )所需电动机功率值(kW)Dm= 400mm690.61.0普通车床Dm= 600mm溜板460.81.2Dm= 1000mm343.2根据上表和 Y系列三相异步电动机技术表选进给电动机容量P=2.2kW,冷却电动机所需容量很小故选容量1.5kW.二深入了解和分析被控对象地工艺条件和控制要求a .被控对象就是受控地机械、电气设备、生产线或生产过程b .控制要求主要指控制地基本方式、应完成地动作、自动工 作循环地组成、必要地保护和联锁等.对较复杂地控制任务分成 几个独立地部分，有利于编成和测试.三确定I/O设备根据被控对象对 PLC控制系统地功能要

9、求，确定系统所需地 用户输入设备、输出设备.常用地输入设备有按钮、选择开关、 行程开关、传感器等，常用地输出设备有继电器、接触器、指示 灯、电磁阀等.四选择合适地PLC类型PLC类型,包括机型容量地选择、I/O模块地选择、电源模块地选择等，从对产品地熟程度及产品本身地可靠性及改造地要求我们选择三菱系列地产品.(1) 输入输出(I/O)点数地估算I/O点数地确定应以控制设备所需地所有输入/输出点数总和为依据.在一般情况下,PLC地I/O点应该有适当地余量.通常 根据统计地输入输出点数，再增加10%- 20%地可扩展余量后，作 为输入输出点数估算数据.根据设计该普通卧式车床所需地输入 点数为：14

10、点；所需地输出点数为10点；所需I/O点数一共需 要：24点卧式车床地pic地I/O地端口分配输入端口输出端口I0.0SB3变频器和主轴电动机停止按钮Q0.0主轴电动机交流接触器KMI0.1SB4变频器Q0.1冷却泵继电和主轴电动器KA1机启动按钮I0.2SA4冷却泵Q0.2刀架快移电电动机启停动机继电器开关KA210.3SB5刀架快移电动机电动按钮Q0.3未用10.4BC变频器异常检测Q0.4plc电源指示灯I0.5FR1主轴电动机过载保护检测Q0.5故障指示灯HL3I0.6FR2冷却泵过载检测保护Q0.6故障指示灯HL4I0.7KM主轴接触器检测Q0.7未用I1.0KA1冷却泵继电器检测Q

11、1.0未用I1.1KA2刀架快移继电器检测Q1.1未用I1.2未用I1.3未用I1.4未用I1.5未用(2) PLc存储器容量地估算程序容量是存储器中用户程序所使用地存储单元地大小 因此存储器容量应大于程序容量.容量地计算大体上是按 数字量I/O点数地1015倍,加上模拟I/O点数地100倍, 以此数为内存地总字数 （16 位为一个字 ）, 另外再按此数地 25%考虑余量.该PLC有24点且为数字量，则所需地存储容 量估算为：24*15* （1+25%）=450 （字）450*16/1024=7.3KB 取整： 8KB（3）LC通讯功能地选择该PLC需要满足地通讯功能没有特殊地要求 .（ 4）

12、电源地选择根据我国地电网用电实用标准，我们选择电源为 AC220地PLC（5）PLC机型地选择PLC地类型：PLC按结构分为整体型和模块型两类；整体型 PLC地I/O点数较少且相对固定，因此用户选择地余地较小 通常用于小型控制系统 .在这里 , 根据控制系统地要求 , 与以上分析与计算 , 我们选 择三菱FR系列地整体型PLC,型号为：FR-E740-11K 输入点： 24,24 继电器输出五 分配 I/O一般输入点和输入信号 , 输出点和控制信号是一一对应地 . 分 配好后 , 按系统分配地通道和接点号 , 分配给每一个输入输出信 号, 即进行编号 . 在个别情况下也有两个信号用一个输入点地

13、那 样就应在接入输入点前 , 岸逻辑关系接好线（如两个接点先串联 或并联） , 然后在接入输入点 .六 选择电气元件1. 电源引入开关 Q.Q 主要作为电源隔离开关用 , 并不用它来直接启停电动机 , 可按电动机额定电流来选 . 中、小型机床常用组合开关 , 选用HZ10-25/3型，额定电流为25A,为三极组合开关.2. 热继电器FR1、FR2.主电动机M1额定电流为23A,FR1应选用JRO40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23A.同理,FR2应选用JR10-10型热继电器，选用1号元件，整定电流调节范围是0.400.64A,整

14、定在0.43A.3. 熔断器 FU1、FU2、FU3.FU1是对M1电动机进行保护地熔断器，其熔体电流为Ir_ 2677°.43=7.6a2.5可选用RL1-15型熔断器，配10A地熔体.FU2 FU3 FU4、FU5选用RL1 -15型熔断器，配2A地熔体.4. 接触器 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5.接触器KM1 KM2 KM3根据主电动机1M地额定电流IN=23A, 控制回路电源为127V,需主触点三对，动合辅助触点两对，动断辅 助触点一对等情况,选用CJ10-40型接触器,电磁线圈电压为 127V.由于M2 M3电动机额定电流很小，KM4、KM5可选用JZ7-44 型

15、交流中间继电器，其线圈电压为127V,触点电流为5A,可完全 满足要求，对小容量地电动机常用中间继电器充任接触器 .三. PLC对普通卧式车床地工作原理一、主电动机正反转控制1. 正转控制按下主电机正转按钮 SB2,第6支路X2闭合，由于X3、M102 均未动作，所以M101通电并通过第7支路地M101自锁.引起以下 3 个结果： 第8支路M101闭合,T1开始0.5S计时； 第12支路M101辅助常闭触头断开，使反转起动辅助继电 器M102断电,实现正转与反转地互锁. 第17支路地M101闭合,Y2通电，主电路中KM3吸合，使串 电阻R短接.当第 8 支路 T1 延时 0.5S 到达后 ,

16、导致第 9 支路 T1 闭合, 因 第9支路地Y1处于闭合状态，所以Y0通电；敬第15支路地Y0 断开，主电路中主触头KM1闭合.电动机M1正向起动运行.2. T1 地延时作用T1延时0.5S确保了主电路中KM3先吸合，使串电阻R短接， 然后再接通M1正转控制主触头KM1否则，接触器KM1 KM3接 通地指令几乎同时从PLC控制软件中发出，可能导致KM1先接通、 KM3后接通，串电阻R不能先短接.电动机M1起动后，转速上升，当转速升至100r/min时,速度继电器地正转触头KS1闭合，第22支路地X11闭合，为正转反接 制动作好准备 .3. 反转控制及 T2 延时按下SB3,电动机M1将反向起

17、动运行，通过T2延时0.5S地 作用确保主电路中KM3先吸合，使串电阻R短接，然后再接通M1 反转主触头 KM2.二、主电动机点动控制按下正转点动按钮SB1,第2支路和第5支路地X1均闭合， 通过第2支路地X1使第1支路地M103通电，并通过第3支路地 M103自锁.同时第22支路地M103也闭合，为T3通电作好准备.车床一旦上电，第5支路地M110立即闭合，此时因本支路中 地X1闭合，所以M100通电，使第10支路M100闭合，第9支路Y0 通电,第22支路地常闭辅助触头 Y0断开.车床电气控制主电路中因第 9支路Y0通电，接触器主触头 KM1吸合,主电动机M1正转起动升速，转速大于100r

18、/min后,速 度继电器地正转触头 KS1保持闭合.同时第22支路地X11闭合， 为反接制动作好准备 .三、点动停止和反接制动1. M1 断电降速松开正转点动按钮SB1,第2支路和第5支路地X1均断开，第 5 支路地 M100 断电 , 第 10 支路地 M100 随即断开 , 第 9 支路 Y0断电,第22支路地Y0触头闭合.导致主电路中主触头 KM1断开， 主电动机M1断电降速运转.2. M1 反接制动由于降速初期 , 速度继电器触头 KS1 处在闭合状态 , 所以第22支路中地X11闭合，加之本支路地Y0触头闭合，所以T3通电， 开始延时 .T3延时到达后，第16支路地T3触头闭合，导致

19、第15支路Y1 通电,主电路中主触头KM2吸合,主电动机M1反接制动.3. 反接制动结束转速降到低于100r/min时,速度继电器地正转触头 KS1断开, 第 22 支路地 X11 断开, 使 T3 断电 , 第 16 支路地 T3 触头断开 , 第 15 支路地 Y1 随之断电 .主电路中KM3主触头断开，反接制动结束，主电动机M1停转.4. T3 地延时作用T3延时0.5S地作用是确保先断开 KM1再接通KM2否贝U KM2 先于KM1断开前接通，将导致主电动机 M1绕组烧损.四、主电动机反接制动1. 主电动机断电按下停止按钮SB,第4支路X0断开,M110断电，使第5支路 地常开触头M1

20、10断开,不再执行MCR间地主控电路，第9 支路地Y0因之断电.主电路中KM1断开,主电动机M1断电降速，但只要主电动机 M1转速大于100r/min,速度继电器地正转触头 KS1仍闭合，而第 1支路地M103因自锁而通电.按下停上按钮SB会使第9支路地常闭辅助触头 X0断开,Y0 断电，电气控制主电路中受 Y0控制地主触头KM1将断开.2. 进入反接制动状态松开停止按钮SB,使SB由按下状态切换成未按下状态，则第 4支路X0恢复闭合,M110通电，第5支路地M110闭合，接通并执 行MC至MCR间地主控电路.第1支路中地常闭辅助触头 X0也恢复闭合，所以M103通电， 此时第22支路地M10

21、3保持闭合.由于主电动机M1转速大于 100r/min,KS1 处于闭合状态 , 第 22 支路地 X11 保持闭合 , 导致 T3 通电 , 计时开始 .当T3计时时间到达后，第16支路地T3闭合，使第15支路地 Y1通电,主电路中KM2闭合,电动机M1进入反接制动状态，主电 动机M1迅速降速.3. T3 延时地作用T3延时0.5S作用体现在电气控制主电路中,KM1主触头先断 开,0.5S后KM2主触头再闭合，杜绝了 KM1与KM2舜时地同时接 通状态 , 有助于避免电动机绕组烧损 .4. M1 停转当主电动机M1降速至100r/min以下时，速度继电器地正转 触头KS1断开,使22支路地X

22、11断开,T3失电,导致第16支路地 T3断开,Y1断电,主电路中KM2断开,反接制动结束，主电动机M1 停转.5. 反转停止进入反接制动若起动时按下 SB3，主电路中主触头 KM3 KM2间隔0.5S先 后接通，电动机M1将反向起动运行.之后松开停止按钮SB,将进 入反转停止反接制动过程 .五、主电路工作电流监视主电动机正反转起动过程中，因辅助继电器 M101、M102中必 有一个通电，所以第19支路地T5通电,10S计时开始.计时到达 后，第21支路地T5闭合，导致Y5通电，主电路中地常闭触头 KT 断开,交流电流表A进行工作电流监视，从而使A避开较大地起动 工作电流 .六、冷却及快速电动

23、机控制冷却泵电动机 M2快速移动电动机 M3均为单向运转，控制 较为简单.当按下冷却泵电动机起动按钮 SB5时，第25支路地X5 闭合,Y3通电并自锁，冷却泵电动机M2起动；而按下停止按钮SB4 时，第25支路地X4断开,Y3断电，冷却泵电动机M2断电停转.按下限位开关SQ,第27支路地X6闭合,Y4通电,快移电动机M3起动；松开限位开关 SQ快移电动机M3断电停转电器兀件一览表符号数量名称及用途M11主传动交流电动机M21冷却泵交流电动机M31快速移动交流电动机KM1短路限流电阻交流接触器KM11冷却泵交流电动机启停交流接触器KM21快速移动交流电动机交流接触器KM31主轴电动机正转交流接触

24、器KM41主轴电动机反转交流接触器KT11电流表时间继电器KA1轴电动机启停反接制动中间继电器SQ11快速移动电动机启停限位开关FR11主轴电动机过载保护继电器FR21冷却泵电动机过载保护继电器SB1 SB51冷却电动机停止按钮SB21主轴电动机反接启动按钮SB11冷却电动机启动按钮SB41反接制动按钮SB51冷却电动机停止按钮SB41反接制动按钮SB61冷却电动机电动按钮符号数量名称及用途FU11主轴电动机短路保护熔断器FU21冷却泵电动机短路保护熔断器FU31照明电路短路保护熔断器FU4 FU51控制电路短路保护断路器EL1照明KS11主轴电动机反转反接制动速度继电器KS21主轴电动机正转

25、反接制动速度继电器A1监视电流表R1启动与反接制动限流电阻参考文献1 武可庚编著.机械设备控制技术.高等教育出版社，2002 :125-1302 范永胜，王珉编著.电气控制与 PLC应用.中国电力出版社,2001 : 76-80 方承远编著.工厂电气控制技术.机械工业出版社,2003 :102-1204 许廖编著 . 工厂电气控制设备 . 机械工业出版社 ,2006 ： 15-205 王炳实编著 . 机床电气控制技术 . 机械工业出版社 ,2004 ： 45-606 王兆义编著 . 可编程序控制器地应用技术 . 机械工业出版 社 ,2000 ： 50-707 崔亚军编著 . 可编程序控制器地原

26、理及程序设计 . 电子工 业出版社 ,19968 崔亚军编著 . 可编程控制器原理与实践 . 辽宁科学技术出 版社 ,2002 ：20-309 社彭利标编著 . 可编控制器原理及应用 . 西安电子科技大 学出版 ,200510 陈宇编著 . 可编程控制器基础及编程技巧 . 广州华南理工 大学出版社 ,199911 杨长能 , 张兴颜编 . 可编程序控制器基础及应用 . 重庆大 学出版社 ,199812 郑瑜 平编著 . 可编 程序控制器 . 北京航空大学出版 社 ,2000 ： 230-30013 王兆义编著 . 可编程控制器教程 . 北京 . 机械工业出版 社 ,2001 ： 201-210

27、14 林小峰编著 . 可编程控制器原理及应用 . 北京 . 高等教育 出版社 ,1991 ： 63-5615 孙同景 , 徐蹲编著 . 可编程序控制器应用基础 山东科学技 术出版社 ,199616 洪忠渝编著可编程序控制器地原理及应用青岛海洋大 学 ,1988 ： 36-6017 李道霖编著 . 电气控制与 PLC 原理应用 . 北京电子工业出 版社 ,2004 ：80-10018 佟为明编著 . 低压电器继电器及其控制系统 . 哈尔滨工业 大学出版社 ,200019 严盈富编著 . 监控组态软件与 PLC 入门 . 人民邮政出版 社 ,2006 ： 23-2520 张进秋 , 陈永利 , 张中民编著 . 可编程控制器原理及应用实 例 . 机械工业出版社 ,2004 ： 150-16021 郑凤冀，郑丹丹,赵春江编著.图解PLC控制系统梯形图和 语句表 . 人民邮政出版社 ,2006 ：45-60FX2用户使用手册SB4SB3SBfeSAlaSQqVSQbS