全自動(dòng)雙面鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 (2).doc

學(xué) 號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)課程名稱NGW行星輪減速器設(shè)計(jì)教學(xué)院專 業(yè)班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師 2014年5月8日 2總體設(shè)計(jì)32.1 控制要求的分析32.2液壓控制回路中電磁閥被控邏輯表達(dá)式43局部設(shè)計(jì)43.1 原理圖43.1.1 主電路43.1.2 控制電路53.1.3 輔助電路（照明顯示）73.2 接線圖83.3 元件選型8（1） 電動(dòng)機(jī)的選型8（2） 熔斷器的選型8（3） 熱繼電器的選型9（4） 交流接觸器、中間繼電器與時(shí)間繼電器的選型9（5） 照明與顯示燈的選型9（6） 變壓器的選型9（7） 按鈕及刀開關(guān)的選型94小結(jié)105參考文獻(xiàn)106附錄11附表1：元器件選型明細(xì)表11附圖1：原理圖12附圖2：接線圖13全自動(dòng)雙面鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.課程設(shè)計(jì)在本次課程設(shè)計(jì)中，我們完成的是“全自動(dòng)雙面鉆床控制系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)任務(wù)。此次課程設(shè)計(jì)的目的旨在學(xué)會(huì)利用電氣元件（繼電器接觸器）的控制方法，故在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求使用的元件為傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的繼電器、接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆床的全自動(dòng)工作過(guò)程。另外，在本次課程設(shè)計(jì)中，我們還應(yīng)學(xué)會(huì)如何設(shè)計(jì)主回路、控制回路以及輔助回路（照明與顯示）。同時(shí)，在回路的總體連接上，要熟悉設(shè)計(jì)的技巧；在液壓控制回路的設(shè)計(jì)中，要學(xué)會(huì)利用“起保?！彪娐穪?lái)實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的控制。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，除了復(fù)習(xí)掌握已學(xué)過(guò)的電氣知識(shí)外，還應(yīng)熟悉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)方法，從而增加自己的閱歷，提高自己的工作能力。2.總體設(shè)計(jì)2.1 控制要求的分析任務(wù)書中的控制要求有以下幾點(diǎn)：（1） 動(dòng)力頭位單向運(yùn)轉(zhuǎn)，停車采用能耗制動(dòng)；（2） 只有在油泵工作，油壓達(dá)到一定壓力后（由油壓繼電器控制）才能進(jìn)行其他的控制；（3） 專業(yè)機(jī)床能進(jìn)行半自動(dòng)循環(huán)，又能各個(gè)動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整；（4） 需要一套局部照明裝置以及工作狀態(tài)指示燈；（5） 有必要地過(guò)電流保護(hù)和連鎖；（6） 鉆孔過(guò)程中需用冷卻泵進(jìn)行冷卻，冷卻泵電動(dòng)機(jī)功率為0.125kW。由上述控制要求，可分析出以下幾點(diǎn)：（1） 在主回路中僅需對(duì)電機(jī)的啟停進(jìn)行控制和對(duì)動(dòng)力頭電機(jī)進(jìn)行能耗制動(dòng)的設(shè)計(jì)，不需控制正反轉(zhuǎn)；（2） 在液壓回路的液壓泵附近處應(yīng)添加壓力繼電器，并在液壓控制回路的首端加入該壓力繼電器的常開觸點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)滿足油壓后才能進(jìn)行其他控制的要求；（3） 對(duì)于機(jī)床的半自動(dòng)循環(huán)，可以采用起保停電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于各個(gè)動(dòng)作的單獨(dú)調(diào)整則可在控制首端加入萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)，并對(duì)各個(gè)動(dòng)作設(shè)置手動(dòng)按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)該控制要求；（4） 控制回路中可添加輔助回路，以控制照明和顯示功能；（5） 在每個(gè)電動(dòng)機(jī)的連接處，均接入一個(gè)適合的熱繼電器，以實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)，在主回路中各個(gè)支路與主電源相連接處均接入一個(gè)適合的熔斷器，以實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)（短路保護(hù)），而在控制回路與變壓器相連處也應(yīng)接入適合的熔斷器，同樣實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)；（6） 增選一個(gè)冷卻泵，并接入主回路，在控制回路中加設(shè)一支路，通過(guò)按鈕控制冷卻泵的啟停。2.2 液壓控制回路中電磁閥被控邏輯表達(dá)式據(jù)分析，電磁閥被控邏輯表達(dá)式如下：3.局部設(shè)計(jì)在局部設(shè)計(jì)中，我們主要完成三部分內(nèi)容：原理圖、設(shè)計(jì)元器件選型、接線圖的設(shè)計(jì)。這三部分內(nèi)容是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分，通過(guò)這部分，我們得出了整個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)果：兩張A3圖紙，一張?jiān)骷骷?xì)表。（見附錄）3.1 原理圖在原理圖的設(shè)計(jì)部分，我們將其分為3大模塊進(jìn)行分工設(shè)計(jì)。其中包括有主電路模塊的設(shè)計(jì)、控制電路模塊的設(shè)計(jì)與輔助電路模塊的設(shè)計(jì)三部分。而在控制電路模塊中，我們將其又分為電機(jī)控制電路與液壓控制回路兩部分。輔助回路中主要包括有照明與顯示電路部分。3.1.1 主電路主電路的設(shè)計(jì)中主要應(yīng)滿足一下幾點(diǎn)要求：（1） 動(dòng)力頭電機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)；（2） 動(dòng)力頭電機(jī)、液泵電機(jī)、冷卻泵電機(jī)三者應(yīng)分開接向主電源，并由不同的接觸器控制；（3） 三種電機(jī)君應(yīng)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)（過(guò)流保護(hù)）與 過(guò)熱保護(hù)；（4） 電源處應(yīng)有一個(gè)總閘控制電源的關(guān)斷。對(duì)于要求（1）我們將左右動(dòng)力頭的兩電機(jī)接在同一個(gè)接觸器上進(jìn)行控制，然后在接觸器的首位接上一個(gè)可控的直流電源（由變壓器和整流橋組成）來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于要求（2）我們選用三個(gè)接觸器來(lái)控制三種不同功率的電動(dòng)機(jī)，并分開三個(gè)回路來(lái)控制即可。對(duì)于要求（3）我們選用合適的熔斷器，在三個(gè)回路接向電源出接上相應(yīng)的熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)；再選用合適的熱繼電器，在接向電動(dòng)機(jī)處接如相應(yīng)熱繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。對(duì)于要求（4）我們?cè)陔娫刺帲砑右粋€(gè)刀開關(guān)QS即可。具體電路圖如下：圖1 主回路電路設(shè)計(jì)圖3.1.2 控制電路在控制回路中，主要有兩部分：電機(jī)控制回路與液壓控制回路。這兩部分均應(yīng)接向110V交流電壓，故該回路與主回路相連接時(shí)，應(yīng)將主電源的L1、L2相接如變壓器來(lái)降壓，以提供110V的兩相交流電。（1）電機(jī)控制回路在控制電機(jī)時(shí)，為滿足動(dòng)力頭電機(jī)的能耗制動(dòng)，我們利用時(shí)間繼電器來(lái)控制直流電源的延時(shí)斷開。在三種電機(jī)的啟?？刂粕?，我們利用接觸器的“起保?！彪娐穪?lái)控制，我們分別加入啟停按鈕。而在動(dòng)力頭電機(jī)的停止上，我們利用聯(lián)動(dòng)開關(guān)來(lái)控制，以其常閉觸點(diǎn)為停止，常開觸點(diǎn)為直流電源的接入。這樣，保證了動(dòng)力頭電機(jī)的停止，同時(shí)也接入了能耗制動(dòng)。另外，我們?cè)谥麟娐返淖詈蠹由狭艘粋€(gè)急停回路，利用接觸器KM0與刀開QS0關(guān)來(lái)控制。同時(shí)，在控制回路的起始端接入接觸器KM0的常閉觸點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)急停功能。具體電路圖如下： 圖2 電機(jī)控制回路設(shè)計(jì)圖（2） 液壓控制回路在液壓控制回路中，應(yīng)分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩部分。在自動(dòng)控制中，主要由行程開關(guān)（SQ1到SQ6）、壓力繼電器（YJ1與YJ2）和按鈕SB1來(lái)共同控制電磁閥（YV1到Y(jié)V5）來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)動(dòng)作。其動(dòng)作表如下：YV1YV2YV3YV4YV5定位（SB1）+-夾緊（YJ1）+-入位（YJ2）-+-工進(jìn)（SQ1SQ5）-+-退位（SQ2SQ4）-+-+復(fù)位（SQ3SQ6）-表1 液壓回路電磁閥被控一覽表由上表可知，在設(shè)計(jì)液壓控制回路時(shí)，可以直接利用起保停電路直接控制電磁閥的動(dòng)作。在表中，每一列以第一個(gè)“+”為該電磁閥的得電信號(hào)，而以連續(xù)“+”后的第一個(gè)“-”為失電信號(hào)。但應(yīng)該注意的是行程開關(guān)的串并聯(lián)關(guān)系：在夾緊動(dòng)作時(shí)（YV2），若要使其失電，則應(yīng)兩動(dòng)力頭均達(dá)復(fù)位位置才可松開，故此時(shí)SQ3與SQ6應(yīng)為并聯(lián)關(guān)系；在工進(jìn)或退位時(shí)（YV4、YV5），若要使其得電，則只要有一個(gè)行程開關(guān)的信號(hào)，則應(yīng)該立即動(dòng)作，故SQ1與SQ5或SQ2與SQ4應(yīng)為并聯(lián)關(guān)系；在要求入位、工進(jìn)或退位（YV3、YV4、YV5）的停止信號(hào)時(shí)，必須兩個(gè)行程開關(guān)均有信號(hào)才可失電，故此時(shí)SQ2與SQ4或SQ3與SQ6應(yīng)為串聯(lián)關(guān)系。在手動(dòng)控制中，我們利用萬(wàn)能選擇開關(guān)來(lái)控制自動(dòng)與手動(dòng)的轉(zhuǎn)換。另外，在控制電磁閥（YV1到 YV5）的電路上，我們直接設(shè)計(jì)5個(gè)按鈕（SB2到SB6）來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)。在萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)與110V交流電源連接的部分，我們?cè)黾右粋€(gè)壓力繼電器YJ0，以實(shí)現(xiàn)在液壓回路中達(dá)到一定壓力才進(jìn)行控制動(dòng)作的要求。具體電路圖如下：圖3 液壓控制回路設(shè)計(jì)圖3.1.3 輔助電路（照明顯示）在輔助回路中，主要包含有照明燈的控制與顯示燈的控制。照明燈所需電源為24V交流電，而顯示燈所需電源為6V交流電。故將它們分別有變壓器TC的不同變壓接口引出即可。照明燈應(yīng)與總電源開關(guān)相同時(shí)亮滅，故在電源刀開關(guān)QS選型的時(shí)候應(yīng)選擇有三個(gè)主觸點(diǎn)并帶有一對(duì)常開常閉輔助觸點(diǎn)的刀開關(guān)，并將照明燈的控制接入刀開關(guān)QS的輔助常開觸點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中，我們共設(shè)置了3個(gè)指示燈（HL1、HL2、HL3），分別為啟動(dòng)、工進(jìn)與急停。故它們分別由交流接觸器KM1、KM3、KM0的輔助常開觸點(diǎn)來(lái)控制。另外，在控制回路的起始端（即由變壓器TC引出的3端110V、24V、6V）應(yīng)設(shè)置短路保護(hù)。故在該處分別接上相合適的熔斷器。具體電路圖如右：3.2 接線圖在接線圖的設(shè)計(jì)上，我們首先對(duì)箱體內(nèi)元器件進(jìn)行排版：第一排為總閘、變壓器與熔斷器；第二排為時(shí)間繼電器、交流接觸器；第三排為急停閘、整流橋與熱繼電器；第四排為中間繼電器?？偣?排，并在每排間安排走線槽，便于安裝與維修。然后，我們?cè)谙渖w上按功能將按鈕與指示燈排列出來(lái)。另外對(duì)于放置在其他設(shè)備上的器件，我們也一同畫在了接線圖的左端。在以上兩部分的中間，我們選用一個(gè)接線端子來(lái)將其進(jìn)行連接。該接線端子的作用主要是將電柜箱體內(nèi)的線走出來(lái)，防止因?qū)Ь€雜亂而造成的事故發(fā)生。在接線圖的下部分，放置了萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)與接地銅板，它同樣是放在箱體內(nèi)部的。這樣排版是為了方便接線工人識(shí)圖。最后我們將原理圖中各線編號(hào)，以該編號(hào)對(duì)應(yīng)在接線圖上進(jìn)行連線。另外，在萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)的編號(hào)中，由于該開關(guān)有外線與內(nèi)線之分，故我們以4位數(shù)將其編號(hào)，前兩位為外線號(hào)，后兩位為內(nèi)線號(hào)。3.3元件選型（1） 電動(dòng)機(jī)的選型根據(jù)任務(wù)書中要求得知液泵電動(dòng)機(jī)M1的功率為370W，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2的功率為0.125kW，動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)M3、M4的功率均為1.5kW。而工業(yè)用電一般都為380V三相交流電，故查3，選擇功率相近的電動(dòng)機(jī)得一下結(jié)果：M1：Y2-90L-8M2：Y2-801-8M3、M4：Y2-100L1-4其中，M1功率0.55kW，轉(zhuǎn)速660r/min；M2功率0.18kW，轉(zhuǎn)速630r/min；M3、M4功率2.2kW，轉(zhuǎn)速1430r/min。（注：在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)同時(shí)考慮工況、班制等選擇因素）（2） 熔斷器的選型根據(jù)選擇出的電機(jī)型號(hào)，可大致計(jì)算該電機(jī)工作時(shí)的最大電流：再根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出所需熔斷器的最大允許電流值：故計(jì)算得：另外，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，控制回路中的電流最大不會(huì)超法國(guó)5A，照明顯示回路電流最大不會(huì)超過(guò)2A，故查2，并選擇熔斷器結(jié)果如下FU1：RL-15/4,最大熔斷電流4A；FU2：RL-15/2,最大熔斷電流2A；FU3：RL-60/25,最大熔斷電流25A；FU4：RL-15/6,最大熔斷電流6A；FU5：RL-15/2最大熔斷電流2A。（3） 熱繼電器的選型根據(jù)前面算出的電動(dòng)機(jī)工作電流，查2可直接選出熱繼電器，得如下結(jié)果：FR1：LR1-D09307，整定電流范圍1.62.5；FR2：LR1-D09306，整定電流范圍11.6；FR3：LR1-D09310，整定電流范圍46；FR4：LR1-D09310，整定電流范圍46。（4） 交流接觸器、中間繼電器與時(shí)間繼電器的選型根據(jù)前面計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)工作電流值，可知交流接觸器的工作電流應(yīng)在10A以內(nèi)，而由設(shè)計(jì)的原理圖知交流接觸器所需要的主觸點(diǎn)為3對(duì)輔助觸點(diǎn)不超過(guò)2常開2常閉，再根據(jù)380V三相交流電的要求，查2，可選出交流接觸器如下：KM04：CJ20-10，允許功率4kW，輔助觸點(diǎn)2常開2常閉。由于控制回路中，電壓為110V交流電，且根據(jù)控制回路設(shè)計(jì)圖得知中間繼電器所需觸點(diǎn)不超過(guò)4常開4常閉，故查2，可選擇中間繼電器如下：KA15：JZ14-44J/Z，110V吸引線圈電壓，觸點(diǎn)數(shù)4常開4常閉。由于動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)時(shí)間較短，故可確定在0.460s的范圍內(nèi)。根據(jù)110V交流電，同樣查2，選擇時(shí)間繼電器如下：KT：JS7-1A，110V吸引線圈電壓，定時(shí)時(shí)間調(diào)節(jié)范圍0.460s。（5） 照明與顯示燈的選型根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般照明燈使用的是24V交流電，故查2得，照明燈選擇型號(hào)為：AD1-22/11。在我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，有三種指示燈：?jiǎn)?dòng)、工進(jìn)以及急停。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，啟動(dòng)指示燈一般用綠色，工進(jìn)用黃色，急停用紅色。而工廠中，一般指示燈使用電壓為6V。故查2，選擇指示燈型號(hào)如下：?jiǎn)?dòng)：AD1-22/11，電壓6V，綠色；工進(jìn)：AD1-22/11，電壓6V，黃色；急停：AD1-22/11，電壓6V，紅色。（6） 變壓器的選型由于我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，需要將380V三相交流電轉(zhuǎn)換成110V、24V、6V等三種不同壓值的交流電，故選擇變壓器時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮考慮變壓器的容量與接處的點(diǎn)數(shù)。查3，選擇變壓器結(jié)果如下：TC：BK-100，4變壓接出頭。（7） 按鈕及刀開關(guān)的選型在液壓控制回路中，共有6個(gè)常開按鈕。其中SB2SB6為手動(dòng)控制按鈕，故可選擇黃色；SB1為定位啟動(dòng)按鈕，故選擇綠色。在電機(jī)控制回路中，共有3個(gè)常開按鈕、2個(gè)常閉按鈕與1個(gè)聯(lián)動(dòng)開關(guān)。其中SB11、SB21、SB31為電機(jī)啟動(dòng)按鈕，故可選擇綠色；SB10、SB20為電機(jī)停止按鈕，故選擇紅色；SB30為聯(lián)動(dòng)開關(guān)，控制動(dòng)力頭電機(jī)的停止，同時(shí)14也開始能耗制動(dòng)，故也選擇紅色。查2，選擇按鈕型號(hào)如下：SB1：LA19-11，綠色；SB2SB6：LA19-11，黃色；SB11、SB21、SB31：LA19-11，綠色；SB10、SB20：LA19-11，紅色；SB30：LAZ-11A/XR，紅色。而在整個(gè)設(shè)計(jì)中，我們用到了兩個(gè)刀開關(guān)，總閘一個(gè)（即控制電源，又控制照明燈），急停一個(gè)。故總閘刀開關(guān)QS選用藍(lán)色；急停刀開關(guān)QS0選用紅色色。查2選擇刀開關(guān)如下：QS：DZ20-100/3，；QS0：DZ20-100/3 。二、 小結(jié)作為一個(gè)工科學(xué)生，實(shí)踐是我們最好的學(xué)習(xí)手段，而在校期間，僅有的課程設(shè)計(jì)是我們唯一的實(shí)踐機(jī)會(huì)。把握好課程設(shè)計(jì)的這個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，我們可以學(xué)到許多課本中無(wú)法學(xué)到的知識(shí)。 在本次課程設(shè)計(jì)中，我們總共經(jīng)歷了控制要求的分析、原理圖的設(shè)計(jì)、元器件的選型接線圖的設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)資料整理等5個(gè)過(guò)程。在每個(gè)過(guò)程中我們都學(xué)到了很多的知識(shí)，積累許多經(jīng)驗(yàn)，并了解了整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程。 在原理圖的設(shè)計(jì)上，我們學(xué)到了如何靈活利用“起保?！彪娐穪?lái)實(shí)現(xiàn)我們所需的控制要求。另外我們還學(xué)會(huì)了如何分工，將整個(gè)原理圖劃分為主回路、控制回路、輔助回路燈3個(gè)部分，然后分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。而在控制回路中，我們還可以劃分為電機(jī)控制回路和液壓控制回路等兩個(gè)模塊。這樣，經(jīng)過(guò)細(xì)分后的原理圖，就變得簡(jiǎn)單明了，設(shè)計(jì)起來(lái)就很容易明確目的，快速的完成任務(wù)。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)半手動(dòng)控制的生產(chǎn)線要求，我們利用萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)，在設(shè)計(jì)自動(dòng)回路時(shí)，同時(shí)也添加了手動(dòng)控制按鈕，這樣就更方便手動(dòng)調(diào)節(jié)。三、 參考文獻(xiàn)1鄧星中等，機(jī)電傳動(dòng)控制（第四版），華中科技大學(xué)出版社，2007.72李正吾、趙文瑜等，新電工手冊(cè)（上冊(cè)），安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2003.43周小群等，簡(jiǎn)明電工使用手冊(cè)，安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2006.64低壓電器及應(yīng)用 主編：鄭鳳翼 人名郵電出版社 1999年11月第1版5常用低壓電器手冊(cè) 主編：楊國(guó)福 化學(xué)工業(yè)出版社 2009年1月第1版四、 附錄附表1：元器件選型明細(xì)表符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量M1液壓泵電動(dòng)機(jī)Y2-90L-8AU380V,0.55kW,660r/min1M2冷卻泵電動(dòng)機(jī)Y2-801-8AU380V,0.18kW,630r/min1M3、M4動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)Y2-100L1-4AU380V,2.2kW,1430r/min2KM0