CW6136A型臥式車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)：農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化 班級(jí)：13級(jí)農(nóng)電班 姓名： 題目：cw6136a型臥式車床電氣控制設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)日期：2016.5.6 摘 要cw6136a型臥式車床是機(jī)床中應(yīng)用最為廣泛的一種，它可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面及螺紋。車床在加工工件時(shí)，隨著工件材料和材質(zhì)的不同，該車床會(huì)有變速的能力，應(yīng)選擇合適的主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度。為了滿足加工時(shí)的需要，主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有時(shí)需要正轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而有時(shí)需要反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)要求一般是通過(guò)改變主軸電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向或采用離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)多半是把主軸運(yùn)動(dòng)分出一部分動(dòng)力，通過(guò)掛輪箱傳給進(jìn)給箱來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的進(jìn)給。有的為了提高效率，刀架的快

2、速運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)單獨(dú)拖動(dòng)。車床一般都設(shè)有交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的冷卻泵，來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具切削時(shí)冷卻。 關(guān)鍵詞：cw6136a型車床；電氣控制；plc 目 錄1 課題背景及任務(wù)要求11.1 課題背景11.2 任務(wù)要求12 設(shè)計(jì)方案（繼電器控制）12.1 m1電機(jī)12.2 m2電機(jī)12.3 總電路設(shè)計(jì)13 電氣控制柜安裝與調(diào)試23.1 要求23.2 元器件明細(xì)23.3 實(shí)物圖3 3.4 調(diào)試情況44 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)44.1 i/o分析與plc選擇44.2 i/o分配及外圍接線圖54.3 程序設(shè)計(jì)及調(diào)試5 4.4 梯形圖65 結(jié)論7參考文獻(xiàn)81 課題背景及任務(wù)要求1.1 課題背景 工業(yè)生產(chǎn)部門的生產(chǎn)機(jī)械

3、設(shè)備，基本上都是通過(guò)金屬切削車床加工生產(chǎn)出來(lái)的，因此說(shuō)車床是機(jī)械制造業(yè)中的主要加工設(shè)備，車床的質(zhì)量、數(shù)量及自動(dòng)化水平，都直接影響到整個(gè)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。而對(duì)于這些車床，我們都是通過(guò)電來(lái)控制，所以說(shuō)車床的電氣控制是尤為重要的，在車床電氣控制方面，最初采用手動(dòng)控制，如少數(shù)容量小、動(dòng)作單一的車床，使用手動(dòng)控制電器直接控制。后來(lái)由于切削工具、車床結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，切削功率的增大，車床運(yùn)動(dòng)的增多，手動(dòng)控制已不能滿足要求，于是出現(xiàn)了以繼電器-接觸器為主的控制電器所組成的控制系統(tǒng)。這種車床電氣控制是繼電器接觸式控制系統(tǒng)，由繼電器、接觸器、按鈕、行程開(kāi)關(guān)等等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)車床多種活動(dòng)控制。這種以繼電器,接觸器為主的的控

4、制電器所組成的控制裝置和控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)車床各種運(yùn)動(dòng)的的控制，如啟停，反轉(zhuǎn)，改變速度等。繼電器接觸式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、抗干擾強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠，成本低，所以在工業(yè)生產(chǎn)中電氣控制系統(tǒng)使車床自動(dòng)化又邁進(jìn)了一大步。1.2 任務(wù)要求（1）整個(gè)機(jī)床電路要具有短路保護(hù)，m1要具有短路、過(guò)載保護(hù)，m2具有短路保護(hù)；（2）m1具有正、反轉(zhuǎn)控制功能； （3）m1為雙速電機(jī)； （4）m2為單向運(yùn)轉(zhuǎn)，不采用制動(dòng)措施，可直接啟動(dòng)； （5）控制回路工作電壓為220v。 2 設(shè)計(jì)方案（繼電器控制）2.1 m1電機(jī)電機(jī)m1分別通過(guò)線圈km1、km2、kml、kmh與km來(lái)控制它們各自的正轉(zhuǎn)運(yùn)行、反轉(zhuǎn)運(yùn)行、低速運(yùn)行

5、、高速運(yùn)行。 2.2 m2電機(jī)電機(jī)m2則是通過(guò)控制線圈km3來(lái)控制它自身的冷卻時(shí)的正常運(yùn)行。2.3 總電路設(shè)計(jì)圖1 主電路及控制電路原理圖3 電氣控制柜安裝與調(diào)試3.1 要求1）全部機(jī)柜裝配完整，全部電氣工作滿足電氣規(guī)范的應(yīng)用要求； 2）供電電源：兩相交流220v，50hz； 3）安裝地點(diǎn)的環(huán)境溫度：0到50攝氏度； 4）安裝地點(diǎn)的相對(duì)濕度：空氣的相對(duì)濕度=1000pd/kud。式中，k經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，一般取11.4； pd電動(dòng)機(jī)功率（kw）； ud電動(dòng)機(jī)額定線電壓（v）； ic接觸器主觸點(diǎn)電流（a）； 主電機(jī)： 接觸器km1、km2、km、kml、kmh，根據(jù)主電動(dòng)機(jī)m1的額定電流ie=,控制回路

6、電源220v，km1需要主觸點(diǎn)3對(duì)，動(dòng)合觸點(diǎn)4對(duì)，動(dòng)斷觸點(diǎn)1對(duì)；km2需要主觸點(diǎn)3對(duì)，動(dòng)合觸點(diǎn)3對(duì)，動(dòng)斷觸點(diǎn)1對(duì)；kml需要要主觸點(diǎn)3對(duì)，動(dòng)合觸點(diǎn)1對(duì)，動(dòng)斷觸點(diǎn)1對(duì)；kmh需要主觸點(diǎn)3對(duì)，動(dòng)合觸點(diǎn)2對(duì)，動(dòng)斷觸點(diǎn)1對(duì)；km需要主觸點(diǎn)3對(duì)。根據(jù)上述情況，選用cj0-40型接觸器，電磁線圈電壓為220v。冷卻泵：由于m2電動(dòng)機(jī)的額定電流較小，接觸器km3可選用cj0-40交流接觸器，線圈電壓220v,觸點(diǎn)電流5a，km3需要主觸點(diǎn)3對(duì)，動(dòng)合觸點(diǎn)1對(duì)。2、熱繼電器的選用熱繼電器用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。熱繼電器的選擇主要是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)確定其型號(hào)和規(guī)格。熱繼電元件的額定電流irt應(yīng)接近或者略大于電

7、動(dòng)機(jī)的額定電流ied，即：irt=（0.951.05）ied熱繼電器的整定電流值是指熱元件通過(guò)的電流超過(guò)此值的20%時(shí)，熱繼電器應(yīng)當(dāng)在20min內(nèi)動(dòng)作。選用時(shí)整定電流應(yīng)與電動(dòng)機(jī)額定電流一致。主電動(dòng)機(jī)m1額定電流30a,熱繼電器fr應(yīng)選用jr0-40型的，熱元件的電流為40a,整定電流調(diào)節(jié)范圍2540a,工作時(shí)將額定電流調(diào)節(jié)為30a。表1 元器件明細(xì)表符號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量m1三相異步電動(dòng)機(jī)y160m-411kw380v 1460r/min1m2冷卻泵電動(dòng)機(jī)jcb-220.125kw380v 2790r/min1km1、km2、km3 kmh、kml、km交流接觸器cj0-40額定電流40a220

8、v6fu熔斷器rl1-100380v 100a熔體80a1sb1、sb4、sb7按鈕la19-11黃色 5a3sb2、sb3、sb6按鈕la19-11綠色 5a3sb5按鈕la19-11紅色 5a1fr熱繼電器jr0-40額定電流40a，整定電流30a13.3 實(shí)物圖 圖2 電氣控制柜接線圖 圖3 按鈕接線圖 圖4 按鈕分布圖 3.4 調(diào)試情況主電動(dòng)機(jī)m1的工作情況：（1）正轉(zhuǎn)低速：當(dāng)按sb2下按鈕，km1線圈得電，km1主觸點(diǎn)閉合，然后按下sb4按鈕，kml線圈得電，kml主觸點(diǎn)閉合，正轉(zhuǎn)低速起動(dòng)。（2）正轉(zhuǎn)高速：當(dāng)按下sb2按鈕，km1線圈得電，km1主觸點(diǎn)閉合，然后按下sb5按鈕，kmh

9、線圈得電，kmh線圈得電，km線圈得電，kmh主觸點(diǎn)閉合，同時(shí)km主觸點(diǎn)閉合，正轉(zhuǎn)高速起動(dòng)。（3）反轉(zhuǎn)低速：當(dāng)按下sb3 按鈕，km2線圈得電，km2主觸點(diǎn)閉合，然后按下sb4按鈕，kml線圈得電，kml主觸點(diǎn)閉合，反轉(zhuǎn)低速起動(dòng)。（4）反轉(zhuǎn)高速：當(dāng)按下sb3按鈕，km2線圈得電，km2主觸點(diǎn)閉合，然后按下sb5按鈕，kmh線圈得電，km線圈得電，kmh主觸點(diǎn)閉合，同時(shí)km主觸點(diǎn)閉合，反轉(zhuǎn)高速起動(dòng)。冷卻泵電動(dòng)機(jī)m2的工作情況：按下sb7按鈕，km3線圈得電，km3主觸電閉合，同時(shí)形成自鎖，電機(jī)啟動(dòng)。4 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 i/o分析與plc選擇1、對(duì)輸入輸出點(diǎn)的選擇 盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會(huì)

10、造成一定浪費(fèi)。要先弄清楚控制系統(tǒng)的 io 總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的 1520留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 plc 的點(diǎn)數(shù)。 另外要注意，一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對(duì)同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制，一般同時(shí)接通的輸入點(diǎn)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)的 60；plc 每個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力（a點(diǎn)）也是有限的，有的 plc 每點(diǎn)輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異；一般 plc 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度為升高而有所降低等。在選型時(shí)要考慮這些問(wèn)題。 plc 的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級(jí)，但這種 plc 平均每點(diǎn)的價(jià)格較高。如果輸出

11、信號(hào)之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 plc。 2對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇 對(duì)用戶存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算。在僅對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘 10 字點(diǎn)輸出總點(diǎn)數(shù)乘 5 字點(diǎn)來(lái)估算；計(jì)數(shù)器定時(shí)器按（35）字個(gè)估算；有運(yùn)算處理時(shí)按（510）字量估算；在有模擬量輸入輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入（或輸出）一路模擬量約需（80100）字左右的存儲(chǔ)容量來(lái)估算；有通信處理時(shí)按每個(gè)接口200 字以上的數(shù)量粗略估算。最后，一般按估算容量的 50100%留有裕量。對(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者，選擇容量時(shí)應(yīng)留有較大的裕量。 3對(duì) i/o 響應(yīng)時(shí)間的選擇 plc 的 i/o 響應(yīng)時(shí)間包括輸入電路延遲、輸出電路延

12、遲和掃描工作方式引起的時(shí)間延遲（一般在 23 個(gè)掃描周期）等。對(duì)開(kāi)關(guān)量控制的系統(tǒng)，plc 的 i/o 響應(yīng)時(shí)間一般都能滿足實(shí)際工程的要求，可不必考慮 i/o 響應(yīng)問(wèn)題。但對(duì)模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)控制系統(tǒng)要考慮這個(gè)問(wèn)題。 4根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型 不同的負(fù)載對(duì) plc 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 plc 有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價(jià)格相對(duì)較便宜，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級(jí)范圍大等。所以動(dòng)作不頻繁的交、直流負(fù)載可選擇繼電器輸出型的 pl

13、c。綜上所述，我們的plc所選擇型號(hào)為cpm1a-20cdr-a型可編程控制器。4.2 i/o分配及外圍接線圖表2 i/o分配表格 輸入輸出元件 地址功能元件 地址功能sb100000m1總停止km101001m1正轉(zhuǎn)sb200001km1通電km201002m1反轉(zhuǎn)sb300002km2通電kml01003m1低速sb400003kml通電kmh01004m1高速sb500006kmh、km通電km01005m2運(yùn)轉(zhuǎn)sb600009m2總停止km301006sb700010km3通電fr過(guò)載保護(hù)fu短路保護(hù)圖5 plc控制系統(tǒng)外圍接線圖4.3 程序設(shè)計(jì)及調(diào)試（1）了解和分析被控對(duì)象的控制要求

14、，確定輸入、輸出設(shè)備的類型和數(shù)量。（2）根據(jù)輸入、輸出設(shè)備的類型和數(shù)量，確定plc的i/o點(diǎn)數(shù)，我們有7個(gè)輸入端，6個(gè)輸出端，并選擇相應(yīng)點(diǎn)數(shù)的plc機(jī)型為cpm1a-20cdr-a型。 （3）合理分配i/o點(diǎn)數(shù)，繪制plc控制系統(tǒng)輸入、輸出端子接線圖。（4）根據(jù)控制要求繪制工作循環(huán)圖或狀態(tài)流程圖。 （5）根據(jù)工作循環(huán)圖或狀態(tài)流程圖編寫(xiě)梯形圖、指令語(yǔ)句、匯編語(yǔ)言或計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言等形式的用戶程序。 （6）用編程器將用戶程序輸入到plc內(nèi)部存儲(chǔ)器中，進(jìn)行程序調(diào)試。（7）程序調(diào)試。先進(jìn)行模擬調(diào)試，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試；先進(jìn)行局部、分段調(diào)試，再進(jìn)行整體、系統(tǒng)調(diào)試。 （8）調(diào)試過(guò)程結(jié)束，整理技術(shù)資料，投入使

15、用.4.4 梯形圖 圖6 m1電機(jī)正轉(zhuǎn)工作時(shí) 圖7 m1電機(jī)反轉(zhuǎn)工作時(shí) 圖8 m1電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí) 圖9 m1電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí) 圖10 m2電機(jī)工作5 結(jié)論通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們知道很多關(guān)于臥式車床的知識(shí)，雖然在做程設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到很多問(wèn)題，但是我們也從中收獲到了許多原來(lái)不知道的知識(shí)。我們發(fā)現(xiàn)我們對(duì)cw6163a型臥式車床的認(rèn)識(shí)還很少,我們要學(xué)習(xí)的東西還有很多,多翻看書(shū)籍是必不可少的。不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。 在課程設(shè)計(jì)的期間我們?nèi)ゲ闀?shū)，查資料，請(qǐng)教同學(xué)的過(guò)程就是我們提高的過(guò)程，久違的認(rèn)真又體會(huì)了一次，尤其感謝老師的諄諄教誨，感謝同學(xué)們的積極幫忙，我們的課程設(shè)計(jì)終于順利完成了。我們學(xué)到了許多關(guān)于臥式車床的知識(shí)，了解了臥式車床的各部分的組成，調(diào)速以及正反轉(zhuǎn)。最后，經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的研究、學(xué)習(xí)與查閱相關(guān)資料，按要求完成了老師下發(fā)的課題，最終完成了設(shè)計(jì)，總體感覺(jué)收獲還是非常大的。 參 考 文 獻(xiàn)1 齊占慶等.電氣控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，20022 羅洪田.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū).等教育出版社，1999 3 王仁祥.常用低壓電器原理及其控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2006