成型磨床控制系统设计说明书

珞旅％#大亭$山亭久maCOLLEGEOFmsAGUCOOTEANDF08ESTOONIVlffl设计说明书《电气控制与仪表》课程设计设计题目 成型磨床控制系统设计所在系 姓 名 学 号 指导老师 专业年级 电气工程及其自动化2008级2011年12月16日电气控制与仪表课程设计说明书（一） 设计题目成型磨床电气控制系统设计（二） 情况简介设备概况介绍磨床是用砂轮周边或端面进行机械加工的精密机床。他不但能加工一般金属材料，而且能加工一般金属刀具难以加工的硬材（如淬火钢，硬质合金等）。利用磨削可获得较高加工精度和光洁度，而且加工余量较其它加工方法小的多。所以磨床广泛用于零件加工。由于精密铸造和精密锻造工艺的进步，使得零件不经其它切削加工而直接磨削成成品。随着告诉磨削和强力磨削工艺的发展，进一步提高了磨削的效率。因此磨床的使用范围日益扩大，在金属切削床中所占比重不断上升，在工业发达国家占金属切削机床的13%一27%。磨床种类很多，按其工艺分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床以及一些专用磨床，如螺纹磨床、齿轮磨床、球面磨床、花键磨床、导轨磨床与无心磨床等。其中以平面磨床最为普通。由于企业中很多磨床年代久远，其工作已远远达不到现代生产的要求。因此有必要对旧式的常规电动机控制系统进行改造，以可编过程控制器取代常规的继电器，以达到磨床的自动化控制。本文介绍了用可编过程控制器来对平面磨床控制系统进行现代化改造，简要叙述了老式成型平面磨床的工作原理级用PLC进行改造设计的方法和步骤，并给出PLC编程程序梯形图。改造后的磨床工作安全可靠，系统运行情况良好，磨面精度更高；利用PLC控制磨床运行，实现了磨床启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有手动控制和自动控制两种控制方式，可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式；提供过载、轻载，断相和电压不平衡保护；现场显示运行状态，实现智能化监控。并因所吸工作的不灵活电磁吸盘的电流，并且显示数值大小。从而实现了磨床运行的自动化°PLC控制的特点使原机床控制大大简单化，并且维修方便，易于检查。节省大量的继电器组件，使机床的工作效率更高。该项技术还可推广应用于其它辅机设备或其它领域的自动化控制改造中。设备概况介绍：本机床用与各种特殊要求型面的磨削加工，机床由四台电动机拖动，即磨头电动机拖动砂轮高速旋转，采用JW11—4（0..6KW），单向连续工作。液压泵电动机拖动油泵向液压系统供油，采用Y802—4（0.75KW）单向连续工作。磨头升降电动机带动砂轮架上下移动，采用JW11—4正反向工作。吸尘电动机供磨削加工中吸尘用，采用JW11—4驱动。加工时，工件置于电磁吸盘（DC36V/1.2A）上，加工完毕退磁取下工件』（三）设计要求设计任务1）为调整砂轮位置，磨头升降采用点动控制。为了保证停位准确，应有制动控制（采用能耗制动）。上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。2） 磨头砂轮运转与电磁吸盘之间，应有电其联锁环节，其要求是：只有在电磁吸盘通电，并处于充磁吸着工作时，才能起动砂轮电动机。磨削中，一旦发生失磁，砂轮电动机应自动停止运转，以确保安全。为了休整砂轮，在吸盘不通电时，应能单独起动砂轮电动机。3） 要有照明和必要的灯光显示。4） 设置必要的电气保护联锁。总体方案说明1） 油泵电动机、磨头电动机、磨头升降电动机、吸尘电动机分别由电动机MA1、MA2、MA3、MA4拖动。2） 砂轮位置调整，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有采用能耗制动。3） 上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。4） 采用热继电器实现过载保护，用以完成各个电动机系统的过载保护。5） 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔断器，实现短路保护。6） 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用BVR型铜导线连接，电控箱与执行装置之间采用端子板连接。7） 使用说明书8） 设计小结9） 参考资料目录成型磨床电气控制系统原理图成型磨床控制系统主电路分析（1） 主电路中KM1、KM2接触器分别控制M1油泵电动机、M2砂轮电动机外加M3吸尘电动机；KM3、KM4接触器控制M4磨头电动机的升降。（2） 电动机M1、M2、M3、M4分别由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。（3） 熔断器FU1、FU2、FU3分别实现各回路的短路保护。FU4、FU5分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。（4） QS1为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修，使之更加方便的运用于生活。（5） 主要参数计算1） 断路器QG为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。成型磨床有0.75kW负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为0.6kW，起动电流较小，而且工艺要求4台电动机单独起动运行，因此可根据0.75kW电动机选择自动开关QG脱扣电流I：QGIqg=1.7In，选用Iqg的断路器。2） 熔断器FU熔体额定电流Ifu。以曝气风机为例，IfuN2In，选用Ifu的熔体。其余熔体额定电流的选择。3） 热继电器的选择请参考有关技术手册，负载额定电流的1.2倍。4） 能耗制动参数计算制动电流ID=1.5In直流电压U=rinDD整流变压器二次侧交流电流I2=Id/0.9电压U=U/0.92D

整流变压器容量S=I2U2成型磨床控制系统电路分析控制电路可分为电动机控制电路和电磁吸盘控制电路两部分。由控制按钮SB2、SB3与接触器KM1构成砂轮电动机M1的单向旋转直接启动油泵控制；由控制按钮SB4、SB5与接触器KM2单向旋转直接启动砂轮控制电路；（1）工作台往返电动机M1合上总开关QS1后，整流变压器输出130V交流电压，经桥式整流器VC整流后得到直流电压，使电压继电器KA获电动作，通过常开触头闭合，为启动电机做好准备。如果^不能可靠动作，各电机均无法运行。因为平面磨床的工件靠直流电磁吸盘的吸力将工件吸牢在工作台上，只有具备可靠的直流电压后，才允许启动砂轮和液压系统，以保证安全。当KA吸合后，按下启动按钮SB3，接触器KM1通电吸合并自锁，工作台电机M1启动自动往返运转，HL2灯亮。若按下停止按钮SB2,接触器KM1线圈断电释放，电动机M1断电停转。（2） 砂轮电动机M2和吸尘电机M3按下启动按钮SB7，接触器KM3线圈获电动作，砂轮电动机M2启动运转。由于吸尘电动机M3与M2联动控制，所以M3与M2同时启动运转。按下停止按钮SB6时，接触器KM3线圈断电释放，M2与M3同时断电停转。两台电动机的热断电器FR2和FR3的常闭触头都串联在KM3中，只要有一台电动机过载，就使KM3失电。因冷却液循环使用，经常混有污垢杂质，很容易引起电动机13过载，故使热继电器FR3进行过载保护。（3） 砂轮升降电动机M4砂轮升降电动机只有在调整工件和砂轮之间位置时使用，所以用点动控制。当按下点动按钮SB6，接触器KM3线圈获电吸合，电动机M4启动正转，砂轮上升。到达所需位置时，

松开SB6,KM3线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮停止上升。按下点动按钮SB7,接触器KM4线圈获电吸合，电动机M4启动反转，砂轮下降。到达所需位置时，松开SB7,KM4线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮停止下降。为了防止电动机M4的正、反转线路同时接通，故在对方线路中串入接触器KM3和KM4的常闭触头进行联锁控制。（4）电磁吸盘控制电磁吸盘是固定加工工件的一种夹具。利用通电导体在铁心中产生的磁场吸牢铁磁材料的工件，以便加工。它与机械夹具比较，具有夹紧迅速，不损伤工件，一次能吸牢若干个小工件，以及工件发热可以自由伸缩等优点。因而电磁吸盘在平面磨床上用得十分广泛。电磁吸盘的控制电路包括整流装置、控制装置和保护装置三个部分。整流装置由变压器TC和单相桥式全波整流器VC组成，供给120直流电源。控制装置由按钮SB8、SB9、SB10和接触器KM5、KM6等组成。充磁过程如下:按下充磁按钮SB8，接触器KM5线圈获电吸合，KM5主触头（15、18区）闭合，电磁吸盘YH线圈获电，工作台充磁吸住工件。同时其自锁触头闭合，联锁触头断开。磨削加工完毕，在取下加工好的工件时，先按SB9，切断电磁吸盘YH的直流电源，由于吸盘和工件都有剩磁，所以需要对吸盘和工件进行去磁。去磁过程如下：按下点动按钮SB10，接触器KM6线圈获电吸合，KM6的两付主触头（15、18区）闭合，电磁吸盘通入反相直流电，使工作台和工件去磁。去磁时，为防止因时间过长使工作台反向磁化，再次吸住工件，因而接触器KM6采用点动控制。保护装置由放电电阻R和电容C以及零压继电器KA组成。电阻R和电容C的作用是：电磁吸盘是一个大电感，在充磁吸工件时，存贮有大量磁场能量。当它脱离电源时的一瞬间，吸盘YH的两端产生较大的自感电动势，会使线圈和其他电器损坏，故用电阻和电容组成放电回路。利用电容C两端的电压不能突变的特点，使电磁吸盘线圈两端电压变化趋于缓慢，利用电阻R消耗电磁能量，如果参数选配得当，此时R-L-C电路可以组成一个衰减振荡电路，对去磁将是十分有利的。零压继电器KA的作用是：在加工过程中，若电源电压不足，则电磁吸盘将吸不牢工件，会导致工件被砂轮打出，造成严重事故，因此，在电路中设置了零压继电器KA，将其线圈并联在直流电源上，其常开触头（7区）串联在液压泵电机和砂轮电机的控制电路中，若电磁吸盘吸不牢工件，KA就会释放，使液压泵电机和砂轮电机停转，保证了安全。（5）照明和指示灯电路

HL[LIELHL[LIEL图中EL为照明灯，其工作电压为36伏，由变压器TC供给。QS2为照明开关。HL1、HL2、HL3、HL4HL1、Hl2、HL3、Hl4和Hl5为指示灯，'其工作电压为6.3伏，也由变压器TC供给，五个指示灯的作用是：HL1、HL2、HL3、HL4HL1亮，表示控制电路的电源正常；不亮，表示电源有故障。HL2亮，表示工作台电动机M1处于运转状态，工作台正在进行往复运动；不亮，表示M1停转。HL3、HL4亮，表示砂轮电动机M2及冷却泵电动机M3处于运转状态；不亮，表示M2、M3停转。HL5亮，表示砂轮升降电动机M4处于上升工作状态，；不亮，表示M4停转。HL6亮，表示砂轮升降电动机M4处于下降工作状态，；不亮，表示M4停转。HL7亮，表示电磁吸盘YH处于工作状态（充磁和去磁）；不亮，表示电磁吸盘未工作电气元件目录表成型磨床电气控制系统元器件目录表序号符号名称型号规格用途数量1M1磨头砂轮电动机JW11-4驱动磨头砂轮转动12M2液压泵电动机Y802-4（0.75）砂轮架、立柱、滑座的松开、夹紧13M4吸尘电动机JW11-4磨削加工中吸尘用14M3磨头升降电动机JW带动砂轮架上下移动15YH电磁吸盘DC36V/1.2A吸紧工件16SQ1磨头上升极限位置行程开关LX2上极限位置保护1

7SQ2磨头下降极限位置行程开关LX2下极限位置保护18SB1总开关按钮LA20（红色）总开关19SB2油泵电动机启动按钮LA20（绿色）油泵电动机启动110SB3油泵电动机停止按钮LA20（红色）油泵电动机关闭111SB4磨头砂轮电机启动按钮LA20（绿色）磨头砂轮电机启动112SB5修整砂轮启动按钮LA20（绿色）修整砂轮启动113SB6磨头砂轮电动机停止按钮LA20（红色）磨头砂轮电动机停止114SB7磨头上升点动按钮LA20（绿色）磨头上升点动115SB8磨头下降点动按钮LA20（绿色）磨头下降点动116SB9电磁吸盘断电按钮LA20（红色）电磁吸盘断电117SB10电磁吸盘充磁按钮LA20（绿色）电磁吸盘充磁118SB11电磁吸盘退磁点动按钮LA20（黄色）电磁吸盘退磁点动119FR1〜FR4热继电器4JR16B-20/3参照电动机整定电流20FU1熔断器3RL1-15熔体2〜10A21FU2、FU3熔断器2RT16-32X熔体2A22QS1断路器1C45AD脱扣电流10A23SQ1磨头上升极限位置行程开关1LAY37上极限位置保护24SQ2磨头下降极限位置行程开关1LAY37下极限位置保护25SB8电磁吸盘断电按钮1LAY37红色26SB9电磁吸盘充1LAY37绿色

磁按钮27SB10电磁吸盘退磁点动按钮1LAY37黄色28SA1照明开关1LAY37-D2黑色29KM1油泵电动机启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V30KM2磨头砂轮电动机启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V31KM3磨头上升点动启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V32KM4磨头下降点动启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V33KM5能耗制动启动接触器1DJX-9线圈电压：DC36V34KM6电磁吸盘充磁接触器1DJX-9线圈电压：DC36V35KM7电磁吸盘退磁接触器1DJX-9线圈电压：DC36V36KV1欠电压继电器1JT3线圈电压：DC36V37HL1〜HL7指示灯7AD16-22指示灯电压，DC6.3V38EL1照明灯1JL40A照明灯电压，DC36V39HL5电源指示灯1AD16-22指示灯电压，AC220V40TC隔离变压器1BK-100380v/135v41YA电磁铁1DJX-9线圈电压：DC36V（四）成型磨床系统工艺设计按设计要求设计绘制电器板电器元器件平面图、控制面板电器平面图及相关电气接线图。1） 先根据控制系统要求和电气设备的结构，确定电器元器件的总体布局以及控制面板上应安装的电器元件。本系统在成型磨床现场设计安装的电器元件和动力设备有:电动机等。电控箱内电器板上安装的电器元件有：断路器、熔断器、隔离变压器、PLC、接触器、中间继电器、热继电器和端子板等。在控制面板上设计安装的电器元件有：控制按钮、旋钮开关、各色指示灯等。2） 依据用户要求满足操作方便、美观大方、布局均匀对称等设计原则，绘制电控箱电

器板元件布置图、电器面板元件布置图，如图1-6〜图1-7所示。进出引线采用接线端子板连接，接线图略。依据电器元件布置图及电器元器件的外形尺寸、安装尺寸，绘制电器板(绝缘板、镀锌铁板或架)、控制面板(有机玻璃板、铝板或铁板等、垫板(有机械强度的绝缘板或镀锌板)等零部件加工图。图中应注明外形尺寸、安装孔径、定位尺寸与公差、板材厚度以及加工要求等。本设计所涉及的钣金加工技术图从略。4)依据电器安装板、控制面板尺寸设计电控箱，绘制电控箱安装图。至此，基本完成了成型磨床气控制原理设计和工艺设计任划分组件的原则是：(1)把功能类似的元件组合(2)尽可能减少组件之间的把接线关系密切的控制电器置于让强弱电控制器分离，为力求整齐美观，可把相近的电器组合在一起；为便于检查与调试，把护和易损元件组合在一起。电气元件布置图是某些电器则的组合。电器元件布置图的设原理图、组件的划分情况等。设下原则：(1)同一组件中电器元件的体积大和较重的电器元件安装在而发热元件应安装在电气箱(柜)但热继电器宜放在其下部，因为线端直接与电动机相连便于出与接触器直接相连接，便于接线且宜于散热；(2)强电弱电分开并注意屏0备费©4)依据电器安装板、控制面板尺寸设计电控箱，绘制电控箱安装图。至此，基本完成了成型磨床气控制原理设计和工艺设计任划分组件的原则是：(1)把功能类似的元件组合(2)尽可能减少组件之间的把接线关系密切的控制电器置于让强弱电控制器分离，为力求整齐美观，可把相近的电器组合在一起；为便于检查与调试，把护和易损元件组合在一起。电气元件布置图是某些电器则的组合。电器元件布置图的设原理图、组件的划分情况等。设下原则：(1)同一组件中电器元件的体积大和较重的电器元件安装在而发热元件应安装在电气箱(柜)但热继电器宜放在其下部，因为线端直接与电动机相连便于出与接触器直接相连接，便于接线且宜于散热；(2)强电弱电分开并注意屏0备费©)◎(00油/盛示和)"。砂轮指示。滞◎上升o照闲灯开("■］电源指示灯充©©启动砂轮修整©下碾开电原拜美本设计从略。系统要求的电务。在一起；连线数量，同时同一组件中；以减少干扰；外形尺寸、重量需经常调节、维元件按一定原计依据是部件计时应遵循以布置应注意将电器板的下面，的上部或后部，热继电器的出线，而其进线端并使走线最短，蔽，防止外界干扰；需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低，人力操作开关及需经常监视的仪表的安装位置应符合人体工程学原理；电器元件的布置应考虑安全间隙，并做到整齐、美观、对称，外形尺寸与结构类似的电器可安放在一起，以利加工、安装和配线。若采用行线槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利布线和维护课程设计小结本次课程设计遇到的最大问题是电气控制电路与绘制各个工艺图，我采用的是CAD做图，无形中让我对CAD知识也有了进一步的加深。经过一周的设计圆满的完成了这次课程设计，本次课程设计让我受益匪