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1、機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì) 目錄一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的2專(zhuān)用鏜孔機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)32.1控制要求分析32.2系統(tǒng)硬件配置及組成原理42.3系統(tǒng)變量定義及分配表5三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1 原理圖63.1.1 主電路原理圖63.1.2 控制電路原理圖73.2 PLC程序設(shè)計(jì)103.3 元件選型11四、設(shè)計(jì)心得1212一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的專(zhuān)用鏜孔機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)床概況:該設(shè)備用于大批量生產(chǎn)某零件的鏜孔與鉸孔加工工序。機(jī)床主運(yùn)動(dòng)采用動(dòng)力頭,由Y100L6型(1.5kW-4A)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),單向運(yùn)轉(zhuǎn)。該設(shè)備能進(jìn)行鏜孔加工,當(dāng)更換刀具和改變進(jìn)給速度時(shí),又能進(jìn)行鉸孔
2、加工(有鏜孔與鉸孔加工選擇),加工動(dòng)作流程如圖2-1所示??爝M(jìn)快退(手動(dòng)操作)原位起動(dòng)SQ5SQ1工進(jìn)1SQ3(停)快進(jìn)快退(手動(dòng)操作)原位起動(dòng)SQ5SQ2工進(jìn)2SQ4(停)a鏜孔)b鉸孔)圖1 加工動(dòng)作流程圖進(jìn)給系統(tǒng)采用液壓控制,為提高工效,進(jìn)給速度分快進(jìn)與工進(jìn)兩種且自動(dòng)變換。液壓系統(tǒng)中的液壓泵拖動(dòng)電機(jī)為Y801-2型(750W、1.9A),由電磁閥(YVlYV4)控制進(jìn)給速度,動(dòng)作要求如表1所示。表1 液壓控制動(dòng)作要求YV1YV2YV3YV4快進(jìn)工進(jìn)1(鏜孔)工進(jìn)2(鉸孔)??焱藶樘岣呒庸ぞ?,主軸采用靜壓軸承,由Y801-2型電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)高壓液壓泵產(chǎn)生靜壓油膜。2設(shè)計(jì)要求1)主軸為單向運(yùn)轉(zhuǎn)
3、,停車(chē)要求制動(dòng)(采用能耗制動(dòng))。2)主軸電動(dòng)機(jī)與靜壓電動(dòng)機(jī)的聯(lián)鎖要求是:先開(kāi)靜壓電動(dòng)機(jī),靜壓建立后(由油壓繼電器控制)才能起動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī),而停機(jī)時(shí),要求先停主軸電動(dòng)機(jī),后停靜壓電動(dòng)機(jī)。3)主軸加工操作,采用兩地控制。加工結(jié)束自動(dòng)停止,手動(dòng)快退至原位。4)根據(jù)加工動(dòng)作流程要求,設(shè)置鏜孔加工及鉸孔加工選擇。5)應(yīng)有照明及工作狀態(tài)顯示。6)有必要的電氣保護(hù)和聯(lián)鎖。本課程設(shè)計(jì)的目的是:通過(guò)對(duì)與學(xué)生所修專(zhuān)業(yè)有關(guān)的某一生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制裝置的實(shí)踐,掌握簡(jiǎn)單電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)要求分析、應(yīng)完成的工作內(nèi)容及具體的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)對(duì)平時(shí)所學(xué)專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)、鞏固和提高,達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。電氣設(shè)計(jì)必須
4、滿(mǎn)足現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝需要的要求,此外,設(shè)計(jì)前還需了解該設(shè)備的結(jié)構(gòu)、用途、操作要求,在此過(guò)程中培養(yǎng)設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)工作的整體觀念。二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1控制要求分析任務(wù)書(shū)中的控制要求有:1)主軸為單向運(yùn)轉(zhuǎn),停車(chē)要求制動(dòng)(采用能耗制動(dòng))。2)主軸電動(dòng)機(jī)與靜壓電動(dòng)機(jī)的聯(lián)鎖要求是:先開(kāi)靜壓電動(dòng)機(jī),靜壓建立后(由油壓繼電器控制)才能起動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī),而停機(jī)時(shí),要求先停主軸電動(dòng)機(jī),后停靜壓電動(dòng)機(jī)。3)主軸加工操作,采用兩地控制。加工結(jié)束自動(dòng)停止,手動(dòng)快退至原位。4)根據(jù)加工動(dòng)作流程要求,設(shè)置鏜孔加工及鉸孔加工選擇。5)應(yīng)有照明及工作狀態(tài)顯示。6)有必要的電氣保護(hù)和聯(lián)鎖。由此,可以簡(jiǎn)單分析出:1)不
5、需對(duì)主軸進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制,而只需要對(duì)主電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)和停止控制設(shè)計(jì);2)主軸電動(dòng)機(jī)和靜壓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止順序有要求,因此要進(jìn)行聯(lián)鎖控制和保護(hù): 3)液壓回路應(yīng)添加油壓繼電器,并在液壓控制回路的首端加入該壓力繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足油壓后才能進(jìn)行其他控制的要求; 4)照明用燈泡可添加輔助回路; 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)。2.2系統(tǒng)硬件配置及組成原理1、PLC的選型;2、I/O點(diǎn)數(shù)的確定;3、PLC存儲(chǔ)容
6、量的確定;4、輸入接口電路形式的選擇;5、輸出接口電路形式的選擇;6、PLC拓展模塊的選擇;7、PLC的I/O地址分配表,根據(jù)實(shí)際所需分配地址;1)本設(shè)計(jì)中,輸入輸出點(diǎn)數(shù)較少,可以選用小型PLC,型號(hào)FX2N。2) PLC輸入/輸出點(diǎn)確定:I/O點(diǎn)數(shù)選擇時(shí)要留出適當(dāng)余量;由控制要求可知有8個(gè)輸入口,則輸入的點(diǎn)數(shù)可選擇8點(diǎn)或16點(diǎn);控制對(duì)象可知有8個(gè),則輸出點(diǎn)數(shù)可選擇8點(diǎn)。綜合以上兩點(diǎn),選擇輸入輸出點(diǎn)數(shù)16點(diǎn)。 3)PLC存儲(chǔ)容量:系統(tǒng)有模擬量信號(hào)存在或進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理時(shí)容量應(yīng)選擇大一些;專(zhuān)用鏜孔機(jī)床PLC控制程序設(shè)計(jì)步驟200步之內(nèi)存儲(chǔ)容量小于20K,選擇8K即可。 4)輸入接口用來(lái)完成輸入信
7、號(hào)的引入、濾波及電平轉(zhuǎn)換。輸入接口電路的主要器件是光電耦合器。光電耦合器可以提高PLC的抗干擾能力和安全性能,進(jìn)行高低電平(24V5V)轉(zhuǎn)換。 5)輸出類(lèi)型:通常由于專(zhuān)用鏜孔機(jī)床由交流220V三相異步電機(jī)拖動(dòng),則選擇繼電器輸出型繼電器輸出MR(有觸點(diǎn),可帶交直流負(fù)載或交流)或雙向晶閘管輸出型MS(無(wú)觸點(diǎn),響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高, 只能用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載)都可。 6)主體CPU已足夠設(shè)計(jì)所需,無(wú)需拓展模塊。2.3系統(tǒng)變量定義及分配表 本設(shè)計(jì)中,系統(tǒng)變量有電磁閥(YV1-YV4)所控制的機(jī)床的工進(jìn),鉸或鏜,快退,顯示燈的切換,壓力繼電器所控制的靜壓電機(jī)和主軸電機(jī)開(kāi)啟和關(guān)閉的順序等,其中,顯示燈和電磁
8、閥用PLC來(lái)控制,而兩電機(jī)的順序用的是外部繼電器,不在程序范圍之內(nèi)。 表2 專(zhuān)用鏜孔機(jī)床PLC控制I/O分配表I口接線端O口接線端X000啟動(dòng)按鈕SB1Y001電磁閥YV1X001行程開(kāi)關(guān)SQ1Y002電磁閥YV2X002行程開(kāi)關(guān)SQ2Y003電磁閥YV3X003行程開(kāi)關(guān)SQ3Y004電磁閥YV4X004行程開(kāi)關(guān)SQ4Y005快進(jìn)顯示燈L1X005手動(dòng)操作按鈕SB2Y006工進(jìn)顯示燈L2(鉸)X006行程開(kāi)關(guān)SQ5Y007工進(jìn)顯示燈L3(鏜)X007鏜孔選擇開(kāi)關(guān)SAY008快退顯示燈L4三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 原理圖3.1.1 主電路原理圖主電路的設(shè)計(jì)中主要應(yīng)滿(mǎn)足一下幾點(diǎn)要求:1)動(dòng)力頭電機(jī)應(yīng)
9、實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng);2)動(dòng)力頭電機(jī)、液泵電機(jī)兩者應(yīng)分開(kāi)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(shí)現(xiàn)短路保護(hù)(過(guò)流保護(hù))與過(guò)熱保護(hù)中間加一個(gè)繼電器與熔斷器;4)電源處應(yīng)有一個(gè)總閘控制電源的關(guān)斷,設(shè)置為刀開(kāi)關(guān)。對(duì)于要求(1),動(dòng)力頭的電機(jī)接在一個(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),選用二個(gè)接觸器來(lái)控制二種不同功率的電動(dòng)機(jī),并分開(kāi)二個(gè)回路來(lái)控制即可。對(duì)于要求(3),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),在電源處,
10、添加一個(gè)刀開(kāi)關(guān)QG。 3.1.2 控制電路原理圖(1)電機(jī)控制回路在控制電機(jī)時(shí),為滿(mǎn)足動(dòng)力頭電機(jī)的能耗制動(dòng),利用時(shí)間繼電器來(lái)控制直流電源的延時(shí)斷開(kāi)。在二種電機(jī)的啟??刂粕?,利用接觸器的“起保停”電路來(lái)控制,分別加入啟停按鈕。而在動(dòng)力頭電機(jī)的停止上,利用聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制,以其常閉觸點(diǎn)為停止,常開(kāi)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)。(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(kāi)關(guān)(SQ1到SQ4)、和按鈕SB1來(lái)共同控制電磁閥(YV1到Y(jié)V4)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)動(dòng)作。在手動(dòng)控制中有啟動(dòng)和復(fù)位按鈕。其動(dòng)作表如表3所示:表3
11、液壓控制動(dòng)作表YV1YV2YV3YV4快進(jìn)(SB1)工進(jìn)1 (SQ1鏜孔旋鈕)工進(jìn)2(SQ2鉸孔旋鈕)停止(SQ3,SQ4)快退(SB2) 由上表可知,在設(shè)計(jì)液壓控制回路時(shí)。在表中,SQ1,SQ2為工進(jìn)信號(hào),SQ3,SQ4為工進(jìn)停止信號(hào)。則只要有一個(gè)行程開(kāi)關(guān)的信號(hào),則應(yīng)該立即動(dòng)作。然后自動(dòng)結(jié)束。 在手動(dòng)控制中,利用選擇開(kāi)關(guān)SA的轉(zhuǎn)換控制機(jī)床鏜孔鉸孔動(dòng)作。另外,在控制PLC上加入SB2來(lái)手動(dòng)復(fù)位。 圖4 PLC程序框圖3.2 PLC程序設(shè)計(jì)3.3 元件選型(1)電動(dòng)機(jī)的選型根據(jù)任務(wù)書(shū)要求,動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)M1為Y100L6型(1.5kW-4A)三相異步拖動(dòng),單向運(yùn)轉(zhuǎn);液泵電動(dòng)機(jī)M2為Y801-2型(
12、750W、1.9A)。(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: 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,計(jì)算熔斷器的最大允許電流值: 故計(jì)算得: I= 8A I= 4A由經(jīng)驗(yàn)可知,控制回路中的電流最大不會(huì)超過(guò)5A,故查取設(shè)計(jì)手冊(cè),并選擇熔斷器結(jié)果如下:FU0:RL-60/25,最大熔斷電流25A;FU1:RL-160/25,最大熔斷電流25A;FU2:RL-160/25,最大熔斷電流25A; (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,查手冊(cè)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;(4)交流接觸器選型
13、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4A以?xún)?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4對(duì)輔助觸點(diǎn)不超過(guò)3常開(kāi)2常閉,再根據(jù)380V三相交流電的要求,查手冊(cè),可選出交流接觸器為:KM1KM5型號(hào)為CJ020,線圈電壓為110V。 (5)壓力繼電器與電磁閥的選型在整個(gè)過(guò)程中,壓力繼電器起到一個(gè)傳感器的作用,它將靜壓電機(jī)開(kāi)啟后建立的靜壓達(dá)到一定程度傳給主軸電機(jī)控制回路,無(wú)特殊要求;電磁閥在220V電壓下工作,故選其電磁線圈電壓應(yīng)為220V,查手冊(cè)可得: 壓力繼電器:PS6439,額定電壓110V 電磁閥 KP :2W-250-25,AC220V DC24V DC12V
14、(7)照明與顯示燈的選型一般照明燈使用的是36V交流電,手工控制閉啟。查手冊(cè)得,選照明燈型號(hào)為:PZ22060。在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中,由于在每一個(gè)指示燈的地方都有標(biāo)注,所以統(tǒng)一選為灰色,即H1H4,型號(hào):AD122/212 電壓6V。 (8)變壓器的選型由于設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中,需要將380V三相交流電轉(zhuǎn)換成110V、36V、24V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)。查手冊(cè),選擇變壓器結(jié)果如下:TC:JBK3-2500,4變壓接出頭。(9)按鈕及刀開(kāi)關(guān)的選型在電路控制中SB7,SB8為手動(dòng)開(kāi)關(guān),SB1,SB2,SB6為電機(jī)啟動(dòng)按鈕,SB3,SB4,SB5 為電機(jī)停止
15、按鈕。 電路中照明電路開(kāi)關(guān)為旋鈕開(kāi)關(guān),查手冊(cè)得:QS:DZ20-100/3,;而總電源開(kāi)關(guān)選擇的是一個(gè)刀開(kāi)關(guān)QG. SQ1SQ5為行程開(kāi)關(guān),在電路中的功能幾乎相同,故選擇型號(hào)也相同,查手冊(cè)可得:型號(hào)為JW211Z。四、設(shè)計(jì)心得 為期一周的機(jī)械設(shè)備控制課程設(shè)計(jì)結(jié)束了,在這一周中我收獲到的比預(yù)想的要多很多。在課程設(shè)計(jì)中,我們根據(jù)題目根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的過(guò)程設(shè)計(jì)鏜床機(jī)床控制系統(tǒng)的PLC的設(shè)計(jì)。從剛開(kāi)始手忙腳亂的到處翻書(shū),無(wú)厘頭的亂畫(huà)圖。到后來(lái)的熟練檢查分析,以及修改以前的圖紙。直到最后,學(xué)會(huì)了如何去設(shè)計(jì)一個(gè)電路系統(tǒng),它的步驟,參考,工具和設(shè)計(jì)思路都了然于胸。我覺(jué)得這是我們最應(yīng)該學(xué)習(xí)的地方,理所當(dāng)然也是我們收獲最大的地方。分開(kāi)設(shè)計(jì)各部分功能,然后慢慢的有機(jī)結(jié)合起來(lái),這個(gè)方法格外的重要。在這一周中我收獲到的本預(yù)想的要多很多。在課程設(shè)計(jì)中,我們根據(jù)題目根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的過(guò)程設(shè)計(jì)鏜床機(jī)床控制系統(tǒng)的RLC和PLC的設(shè)計(jì)。我們要分清他所有的運(yùn)動(dòng)過(guò)
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