全自動雙面銑床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計-----課程設(shè)計

1、序號（學(xué)號）：課程設(shè)計說明書課程名稱機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械制造與自動化班 級姓 名指導(dǎo)教師2011年月日23 / 23目 錄一、 任務(wù)書1二、 正文41. 課程設(shè)計主要目的42. 機(jī)電傳動控制概述 43. 總體設(shè)計53.1 控制要求的分析53.2液壓控制回路中電磁閥被控邏輯表達(dá)式53.3繼電器接觸器和PLC控制的解決方法64. 繼電器接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計64.1 原理圖64.1.1 主電路74.1.2 控制電路71、電機(jī)控制回路72、液壓控制回路84.1.3 照明顯示94.2接線圖104.3元件選型101、電動機(jī)的選型102、熔斷器的選型113、整流器的選型114、熱繼電器

2、的選型125、交流接觸器、中間繼電器與時間繼電器的選型126、壓力繼電器與電磁閥的選型127、照明與顯示燈的選型128、變壓器的選型129、按鈕及刀開關(guān)的選型12 5. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計13 小結(jié)17一 任務(wù)書20112012學(xué)年第1學(xué)期課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計名稱：全自動雙面銑床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計班級：0地點：（一）、課程設(shè)計目的本課程是機(jī)械設(shè)計制造與自動化專業(yè)的專業(yè)必修課。課程設(shè)計的目的和任務(wù)在于使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)備電器控制的基本知識、基本原理和基本方法,以培養(yǎng)學(xué)生對電氣控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計的基本能力。加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，驗證理論和鞏固、擴(kuò)大所學(xué)的基本理論知識。（二）、課程設(shè)計內(nèi)容（含技術(shù)

3、指標(biāo)）1機(jī)床概況：本機(jī)為專用千斤頂油缸兩端面的加工，采用裝在動力滑臺上的左、右兩個動力頭（電機(jī)均為3KW）同時進(jìn)行切削。動力頭的快進(jìn)、工進(jìn)及快退由液壓油缸驅(qū)動。液壓系統(tǒng)采用兩位四通電磁閥控制，并用死擋鐵方法實現(xiàn)位置控制。 液壓系統(tǒng)的油泵電機(jī)370W，由電磁閥（YV1-YV5）控制，其動作表如下：YV1 YV2 YV3 YV4 YV5定位(SB1)+ - - - -夾緊（YJ1）+ + - - -入位 (YJ2) - + + - -工進(jìn)(SQ1SQ5) - + + + -退位(SQ2SQ4) - + - -+復(fù)位(SQ3SQ6) - - - - -2動作程序如下：（1） 零件定位。人工將零件裝入

4、夾具后，定位油缸動力定位以保證零件的加工尺寸。（2） 零件夾緊。零件定位后，夾緊油缸動作使零件固定在夾具內(nèi)，同時定位油缸退出以保證滑臺入位。（3） 滑臺入位?；_帶動夾具一起快速進(jìn)入加工位置（4） 加工零件。左右動力頭進(jìn)行兩端面切削加工，動力頭到達(dá)加工終點，即停止工進(jìn)，快速退回原位，動力頭停轉(zhuǎn)并能耗制動。（5） 滑臺復(fù)位。左右動力頭退回原位后滑臺復(fù)位（6） 夾具松開。當(dāng)滑臺復(fù)位后夾具松開，取出零件。3設(shè)計要求：（1） 動力頭為單向運轉(zhuǎn)，停車采用能耗制動（2） 只有在油泵工作，油壓達(dá)到一定的壓力后（由油壓繼電器控制）才能進(jìn)行其它控制。（3） 專用機(jī)床能進(jìn)行半自動循環(huán)，又能對各個動作單獨進(jìn)行調(diào)整（

5、4） 應(yīng)用照明及工作狀態(tài)顯示（5） 有必要的電報保護(hù)和聯(lián)鎖（6） 有電氣原理圖 3號（7） 元件明細(xì)表3工作原理圖全自動雙面銑工作原理全自動雙面銑液壓系統(tǒng)圖（三）、進(jìn)度安排第1周周一 熟悉課程設(shè)計任務(wù)、計劃、構(gòu)思設(shè)計方案周二 邏輯設(shè)計法原理介紹，中間繼電器、執(zhí)行電器邏輯表達(dá)式，電氣原理圖，電氣工作過程表周三 主電路原理圖設(shè)計。周四 電機(jī)控制原理及線路圖設(shè)計。周五 電機(jī)控制原理及線路圖設(shè)計。第2周周一 元件選用說明及元件明細(xì)表說明周二 元件選用說明及元件明細(xì)表說明周三 電氣接線圖設(shè)計周四 電氣接線圖設(shè)計周五 完成繼電器接觸器控制設(shè)計小結(jié)第3周周一 熟悉PLC設(shè)計任務(wù)、計劃、構(gòu)思設(shè)計方案周二 PL

6、C選型，PLC硬件線圖設(shè)計。周三 PLC軟件梯形圖設(shè)計周四 PLC軟件調(diào)試，完成課程設(shè)計說明書周五 課程設(shè)計答辯，完成課程設(shè)計小結(jié)（四）、基本要求通過本課程設(shè)計的實驗教學(xué)有計劃的培養(yǎng)和訓(xùn)練，應(yīng)達(dá)到以下諸方面的要求。1.培養(yǎng)學(xué)生具有一定的實踐技能，樹立實事求是的思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。 2.能正確設(shè)計電氣控制線路原理圖。3.能正確選擇常用低壓電氣元件。4.能獨立的完成課程設(shè)計，提高分析問題和解決問題的能力機(jī)械電子教研室 2011年9月11日二、正文1.課程設(shè)計的目的機(jī)電傳動控制是機(jī)械設(shè)計制造與自動化專業(yè)的專業(yè)必修課，本課程是一門實踐性很強的課程，課程設(shè)計是本課程必不可少的環(huán)節(jié)。課程設(shè)計的目的和任務(wù)

7、在于使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)備電器控制的基本知識、基本原理和基本方法,以培養(yǎng)學(xué)生對電氣控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計的基本能力。加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，驗證理論和鞏固、擴(kuò)大所學(xué)的基本理論知識。2.機(jī)電傳動控制概述機(jī)電傳動是指以電動機(jī)為原動機(jī)驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)之總稱。它的目的是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的啟動、停止以及速度調(diào)節(jié)，滿足各種生產(chǎn)工藝過程的要求，保證生產(chǎn)過程正常進(jìn)行。在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的要求，機(jī)電傳動不僅包括拖動生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)，而且包括控制電動機(jī)的一整套控制系統(tǒng)。也就是說，現(xiàn)代機(jī)電傳動是和由各種控制元件組成的自動控制系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在一起的，所以，稱之為機(jī)電傳動控制。從現(xiàn)代化生

8、產(chǎn)的要求出發(fā)，機(jī)電傳動控制系統(tǒng)所要完成的任務(wù)，從廣義上講，就是要使生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)線、車間甚至整個工廠都實現(xiàn)自動化；從狹義上講，則專指控制電動機(jī)驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)量的增加、產(chǎn)品質(zhì)量的提高、生產(chǎn)成本的降低、工人勞動條件的改善以及能源的合理用。隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展，對機(jī)電傳動控制系統(tǒng)提出的要求愈來愈高。在近代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展過程中，機(jī)電傳動的發(fā)展，經(jīng)歷了一個復(fù)雜的過程：電機(jī)的拖動的發(fā)展過程如下：多電機(jī)拖動（不同電機(jī)成組拖動、單電機(jī)拖動、由單獨電機(jī)拖動）?？刂葡到y(tǒng)的發(fā)展過程如下：繼電器控制、接觸器控制、電機(jī)放大機(jī)控制、計算機(jī)數(shù)字控制（PLC）、電力功率晶體管控制、磁放大器控制。由整個發(fā)展過程，不

9、難看出，隨著機(jī)械加工要求不斷提高，機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的復(fù)雜度也在不斷增加。本課程的重點在與控制部分，如何利用電氣元件或計算機(jī)控制電氣來拖動機(jī)械實現(xiàn)所要求的功能。在設(shè)計控制系統(tǒng)時，就要求設(shè)計人員對執(zhí)行元件（電動機(jī)）、控制元件的熟練掌握與運用，同時也要求對控要求進(jìn)行了解。3、總體設(shè)計3.1控制要求的分析任務(wù)書中控制要求有：1、動力頭為單向運轉(zhuǎn)，停車采用能耗制動2、只有在油泵工作，油壓達(dá)到一定的壓力后（由油壓繼電器控制）才能進(jìn)行其它控制。3、專用機(jī)床能進(jìn)行半自動循環(huán)，又能對各個動作單獨進(jìn)行調(diào)整4、應(yīng)用照明及工作狀態(tài)顯示5、有必要的電報保護(hù)和聯(lián)鎖由上述控制要求，可分析出以下幾點：1、在主回路中僅需對電機(jī)

10、的啟停進(jìn)行控制和對動力頭電機(jī)進(jìn)行能耗制動的設(shè)計，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，以實現(xiàn)滿足油壓后才能進(jìn)行 其他控制的要求；3、對于機(jī)床的半自動循環(huán)，可以采用起保停電路來實現(xiàn)，而對于各個動作的單獨調(diào)整則可在控制首端加入萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)，并對各個動作設(shè)置手動按鈕來實現(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、在每個電動機(jī)的連接處，均接入一個適合的熱繼電器，以實現(xiàn)過熱保護(hù)，在主回路中各個支路與主電源相連接處均接入一個適合的熔斷器，以實現(xiàn)過流保護(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

11、斷器，同樣實現(xiàn)過流保護(hù)。3.2液壓控制回路中電磁閥被控邏輯表達(dá)式 3.3繼電器接觸器和PLC控制的解決方法繼電器接觸器控制系統(tǒng)：1、控制方式：繼電器的控制是采用硬件接線實現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。2、控制速度：繼電器控制邏輯是依靠觸點的機(jī)械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機(jī)械觸點有抖動現(xiàn)象。3、延時控制：靠時間繼電器的滯后動作實現(xiàn)延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時間困難。PLC控制系統(tǒng)：1、控制方式：PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟

12、接線。2、控制速度：PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴(yán)格同步，無抖動。 3、延時控制：PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時間方便，不受環(huán)境影響綜上所述：采用繼電器接觸器控制價格低，檢修調(diào)整方便，簡單。設(shè)備質(zhì)量相對大，安裝空間大，適用于控制系統(tǒng)簡單，時間控制要求不高的場合。采用PLC控制價格貴，接線簡單，可靠，結(jié)構(gòu)緊湊體積小，適用于控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝空間小，控制速度高，時間控制要求精確的場合。對于雙面銑的控制系統(tǒng)由于有不同的經(jīng)濟(jì)條件和加工條件，所以將兩種解決方案都設(shè)計解決如下。4.繼電器接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計在繼電器接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計中

13、，我們主要完成三部分內(nèi)容：原理圖、元器件選型、接線圖的設(shè)計。 這三部分內(nèi)容是整個設(shè)計的核心部分，通過這部分，我們得出了整個設(shè)計的結(jié)果：兩張A3圖紙，一張元器件明細(xì)表。（見附錄）4.1 原理圖在原理圖的設(shè)計部分，我們將其分為3大模塊進(jìn)行分工設(shè)計。其中包括有主電路模塊的設(shè)計、控制電路模塊的設(shè)計與照明電路模塊的設(shè)計三部分。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。照明回路中主要包括有照明與顯示電路部分。4.1.1 主電路主電路的設(shè)計中主要應(yīng)滿足一下幾點要求：1、動力頭電機(jī)應(yīng)實現(xiàn)能耗制動；2、動力頭電機(jī)、液泵電機(jī)兩者應(yīng)分開接向主電源，并由不同的接觸器控制；3、兩種電機(jī)均應(yīng)實現(xiàn)

14、短路保護(hù)(過流保護(hù))與過熱保護(hù)中間加一個繼電器與熔斷器；4、電源處應(yīng)有一個總閘控制電源的關(guān)斷，設(shè)置為空氣開關(guān)。具體電路圖如下： 圖1. 主回路電路設(shè)計圖對于要求（1），將左右動力頭的兩電機(jī)接在同一個接觸器上進(jìn)行控制，然后在接觸器的首位接上一個可控的直流電源（由變壓器和整流橋組成）來實現(xiàn)。對于要求（2），選用三個接觸器來控制三種不同功率的電動機(jī)，并分開三個回路來控制即可。對于要求（3），選用合適的熔斷器，在三個回路接向電源出接上相應(yīng)的熔斷器來實現(xiàn)短路保護(hù)；再選用合適的熱繼電器，在接向電動機(jī)處接如相應(yīng)熱繼電器來實現(xiàn)過熱保護(hù)。對于要求（4），在電源處，添加一個空氣開關(guān)QF，可自動實現(xiàn)過載保護(hù)作用。4

15、.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，應(yīng)將主電源的L1、L3相接到變壓器來降壓，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，為滿足動力頭電機(jī)的能耗制動，我們利用時間繼電器來控制直流電源的延時斷開。在三種電機(jī)的啟?？刂粕希覀兝媒佑|器的“起保?！彪娐穪砜刂?，我們分別加入啟停按鈕。而在動力頭電機(jī)的停止上，我們利用聯(lián)動開關(guān)來控制，以其常閉觸點為停止，常開觸點為直流電源的接入。這樣，保證了動力頭電機(jī)的停止，同時也接入了能耗制動，中間采用萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)手動與自動控制。具體電路圖如下：圖2.

16、電機(jī)控制回路設(shè)計圖2、液壓控制回路在液壓控制回路中，應(yīng)分為自動控制和手動控制兩部分。在自動控制中，主要由行程開關(guān)(SQ1到SQ6)、壓力繼電器(YJ1與YJ2)和按鈕SB1來共同控制電磁閥(YV1到Y(jié)V5)來實現(xiàn)整個動作。其動作表如下：YV1 YV2 YV3 YV4 YV5定位(SB1)+ - - - -夾緊（YJ1）+ + - - -入位 (YJ2) - + + - -工進(jìn)(SQ1SQ5) - + + + -退位(SQ2SQ4) - + - -+復(fù)位(SQ3SQ6) - - - - -由上表可知，在設(shè)計液壓控制回路時，可以直接利用起保停電路直接控制電磁閥的動作。在表中，每一列以第一個“+”為

17、該電磁閥的得電信號，而以連續(xù)“+”后的第一個“-”為失電信號。但應(yīng)該注意的是行程開關(guān)的串并聯(lián)關(guān)系：在夾緊動作時（YV2），若要使其失電，則應(yīng)兩動力頭均達(dá)復(fù)位位置才可松開，故此時SQ3與SQ6應(yīng)為并聯(lián)關(guān)系；在工進(jìn)或退位時（YV4、YV5），若要使其得電，則只要有一個行程開關(guān)的信號，則應(yīng)該立即動作，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）的停止信號時，必須兩個行程開關(guān)均有信號才可失電，故此時SQ2與SQ4或SQ3與SQ6應(yīng)為串聯(lián)關(guān)系。具體電路圖如下：圖3. 液壓控制回路設(shè)計圖在手動控制中，我們利用萬能選擇開關(guān)來控制自動與手動的轉(zhuǎn)換。另外，在控制

18、電磁閥（YV1到 YV5）的電路上，我們直接設(shè)計6個按鈕（SB3到SB8）來實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)。4.1.3 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36V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。 照明燈用一個旋鈕開關(guān)SB控制，在需要照明時就開啟，不需要照明時就關(guān)閉。 顯示燈在相應(yīng)的地方有標(biāo)志，每一個燈代表著不同的運行過程?？梢钥聪旅娴臉?biāo)志與燈的亮滅來判斷程序。用HL1HL12標(biāo)識?？刂苹芈返钠鹗级耍从勺儔浩鱐C引出的3端110V、36V、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FU6、FU7。具體電路圖如

19、下： 圖4. 照明與顯示設(shè)計圖4.2接線圖在接線圖的設(shè)計上，首先對箱體內(nèi)元器件進(jìn)行排版：第一排為總閘、變壓器與熔斷器；第二排為時間繼電器、交流接觸器；第三排為整流橋與熱繼電器；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，在箱蓋上按功能將按鈕與指示燈排列出來。另外對于放置在其他設(shè)備上的器件，也一同畫在了接線圖的左端。在以上兩部分的中間，選用一個接線端子來將其進(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，防止因?qū)Ь€雜亂而造成的事故發(fā)生。4.3元件選型 1、電動機(jī)的選型 根據(jù)任務(wù)書中要求得知動力頭電動機(jī)M1、M2的功率均為3kw，液泵 電動機(jī)M3的功率為370

20、W。而工業(yè)用電一般都為380V三相交流電，故查手冊得，選擇功率相近的電動機(jī)得一下結(jié)果： M1：Y100L24 M2：Y100L24 M3：YS7124其中，M1功率3kW，轉(zhuǎn)速1500r/min；M2功率03kW，轉(zhuǎn)速1500r/min；M3功率0.37kW，轉(zhuǎn)速1400r/min。（注：在實際設(shè)計當(dāng)中，應(yīng)同時考慮工況、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，可大致計算該電機(jī)工作時的最大電流：I=7.9A I=7.9AI=1A再根據(jù)以下經(jīng)驗公式，計算出所需熔斷器的最大允許電流值： 故計算得：I= 16AI= 16AI= 2A另外，根據(jù)經(jīng)驗，控制回路中的電流最大不會超過5A，照明顯

21、示回路電流最大不會超過2A，故查手冊，并選擇熔斷器結(jié)果如下：FU1：RL-60/25,最大熔斷電流25A；FU2：RL-160/25,最大熔斷電流25A；FU3：RL-15/4,最大熔斷電流4A；FU4：RL-15/4,最大熔斷電流4A；FU5：RL-15/4,最大熔斷電流4A。3、整流器的選型 由電機(jī)選擇可知，電機(jī)最大電流為7.9A，取其為10A，取整流電路電流為其最大電流的10倍，則為100A；為此，選擇整流電器元件如下： U=U=1.41380=535.8 U2U=2538.51000V U2U=2538.51000V故選擇晶閘管型號為3CT 30/1000，二極管最大電壓一般為晶閘管的

22、一半，故選擇其型號為2CZ 15/500.4、熱繼電器的選型 根據(jù)前面算出的電動機(jī)工作電流，查手冊可直接選出熱繼電器，得如下結(jié)果：FR1：JR20-10，整定電流范圍35A；FR2：JR20-10，整定電流范圍35A；FR3：JR20-10，整定電流范圍0.81.2A；5、交流接觸器、中間繼電器與時間繼電器的選型根據(jù)前面計算出的電動機(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)計的原理圖知交流接觸器所需要的主觸點為4對輔助觸點不超過3常開2常閉，再根據(jù)380V三相交流電的要求，查手冊，可選出交流接觸器為：KM1KM5型號為CJ020，線圈電壓為110V。對于PLC控制中KM1KM

23、5采用同型號，線圈電壓為DC24V的接觸器。由于控制回路中，電壓為110V交流電，且根據(jù)控制回路設(shè)計圖得知中間繼電器所需觸點不超5常開2常閉，故查手冊，可選擇中間繼電器如下：JZ8，6動合，2動斷根據(jù)使用要求，除開兩個要求觸點多的以外，其余中間繼電器皆可選擇同一型號的，查手冊可選擇： JZX54，2動合，2動斷；由于動力頭電動機(jī)的能耗制動時間較短，故可確定在5s的范圍內(nèi)。根據(jù)110V交流電，查手冊，選擇時間繼電器如下：KT1KT3：JS10-01，110V吸引線圈電壓，定時時間調(diào)節(jié)范圍0.460s。 6、壓力傳感器與電磁閥的選型在整個過程中，壓力繼電器起到一個傳感器的作用，而電磁閥在110V電壓下工作，故選其電磁線圈電壓應(yīng)為110V，查手冊可得： 壓力繼電器：PS6439，額定電壓110V 電 磁 閥：W22050 ，110V