機(jī)電課程設(shè)計壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計

1、課程設(shè)計任務(wù)書20132014學(xué)年第二學(xué)期 機(jī)械工程 學(xué)院（系、部） 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 機(jī)設(shè)1105 班級課程名稱： 機(jī)床電氣控制技術(shù) 設(shè)計題目： 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計 完成期限：自 2014 年 6 月 13 日至 2014 年 6 月 20 日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù) 具體要求見課程設(shè)計指導(dǎo)書二、設(shè)計任務(wù) 完成系統(tǒng)的繼電器控制原理圖、PLC控制原理圖及設(shè)計說明書一份三、設(shè)計工作量電氣圖2-3張，不得少于15頁進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容6.13講解設(shè)計目的、要求、方法，任務(wù)分工6.14根據(jù)指導(dǎo)書和任務(wù)書要求確定控制系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)、類型，確定輸入、輸出設(shè)

2、備及元器件種類、數(shù)量，初步選定PLC型號6.15根據(jù)指導(dǎo)書和任務(wù)書繪制控制系統(tǒng)工作流程圖，確定每個動作實現(xiàn)和解除必須的條件6.16-6.17繪制繼電器控制原理圖、電路計算、元器件選擇列表編制控制系統(tǒng)的PLC控制程序6.18-6.20編寫設(shè)計說明書主要參考資料【1】郁建平主編機(jī)電控制技術(shù). 北京：科學(xué)出版社，2006.【2】張萬奎主編機(jī)床電氣控制技術(shù). 北京：中國林業(yè)出版社，2006. 【3】李偉主編機(jī)床電器與PLC. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.【4】芮靜康主編實用機(jī)床電路圖集. 北京：中國水利水電出版社，2006.指導(dǎo)教師（簽字）： 2014年 6 月 20 日系（教研室）主任（

3、簽字）： 2014年 6 月 20 日 機(jī)床電氣控制技術(shù) 設(shè)計說明書 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計 起止日期：2014 年 6 月 13 日 至 2014 年 6 月 20 日學(xué)生姓名鄧文強(qiáng)班級機(jī)設(shè)1105學(xué)號11405701424成績指導(dǎo)教師(簽字)機(jī)械工程學(xué)院（部）2014年6月20日目 錄一 、課程設(shè)計的內(nèi)容與要求11.1課程設(shè)計對象簡介11.2壓力機(jī)結(jié)構(gòu)及工作要求11.3液壓系統(tǒng)工作原理及控制要求21.4課程設(shè)計的任務(wù)4二 、電氣控制電路設(shè)計52.1繼電器-接觸器電氣控制電路的設(shè)計52.2繼電器-接觸器電氣控制電路圖分析及介紹52.3選擇電氣元件9三、壓力機(jī)的可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計10

4、3.1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則103.2可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計10四、設(shè)計體會與總結(jié)15五、參考資料16機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計一 、課程設(shè)計的內(nèi)容與要求1.1 課程設(shè)計對象簡介壓力機(jī)是鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲、粉末冶金、成形、打包等加工工藝中廣泛應(yīng)用的壓力加工機(jī)械設(shè)備。液壓壓力機(jī)（簡稱液壓機(jī)）是壓力機(jī)的一種類型，它通過液壓系統(tǒng)產(chǎn)生很大的靜壓力實現(xiàn)對工件進(jìn)行擠壓、校直、冷彎等加工。液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)類型有單柱式、三柱式、四柱式等形式，其中以四柱式液壓機(jī)最為典型，它主要由橫梁、導(dǎo)柱、工作臺、上滑塊和下滑塊頂出機(jī)構(gòu)等部件組成，結(jié)構(gòu)原理圖如圖1-1所示。1.2壓力機(jī)結(jié)構(gòu)及工作要求543216

5、7圖 1-1 四柱液壓機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖1-床身 2-工作平臺 3-導(dǎo)柱 4-上滑塊5-上缸 6-上滑塊模具 7-下滑塊模具 由圖1-1所示，主機(jī)為三梁四柱式結(jié)構(gòu)，上滑塊由四柱導(dǎo)向、上液壓缸驅(qū)動，實現(xiàn)“快速下行慢速加壓保壓延時快速回程原位停止”的動作循環(huán)。下液壓缸布置在工作臺中間孔內(nèi)，驅(qū)動下滑塊實現(xiàn)“向上頂出向下退回”或“浮動壓邊下行停止頂出”的動作循環(huán)。壓力機(jī)液壓系統(tǒng)以壓力控制為主，系統(tǒng)壓力高，流量大，功率大，尤其要注意如何提高系統(tǒng)效率和防止產(chǎn)生液壓沖擊。由上液壓缸和下液壓缸動作循環(huán)路線可以畫出液壓機(jī)的工作循環(huán)圖，如圖1-2所示。橫坐標(biāo)為一個循環(huán)周期，縱坐標(biāo)為液壓缸工作行程?？焖倩爻虦p速、加壓圖

6、1-2 液壓機(jī)的工作循環(huán)頂出工藝浮動壓邊工藝下缸上缸停止保壓快進(jìn)1.3液壓系統(tǒng)工作原理及控制要求 由設(shè)計任務(wù)書可知，設(shè)計任務(wù)為3150KN通用液壓系統(tǒng)。 1.31 3150KN通用液壓系統(tǒng)工作原理及特點 圖1-3為3150KN通用液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)圖。系統(tǒng)有兩個泵，主泵1是一個高壓、大流量恒功率（壓力補(bǔ)償）變量泵，最高工作壓力由溢流閥4的遠(yuǎn)程調(diào)壓閥5調(diào)壓。輔助泵2是一個低壓小流量定量泵，用于供應(yīng)液動閥的控制油，其壓力由溢流閥3調(diào)整。 該系統(tǒng)采用高壓大流量恒功率變量泵供油和利用滑塊自重充液的快速運(yùn)動回路，既符合工藝要求，又節(jié)省了能量；采用單向閥13保壓及由順序閥11和帶卸載閥芯的充液閥14組成的泄

7、壓回路，結(jié)構(gòu)簡單，減小了由保壓轉(zhuǎn)換為快速回程時的液壓沖擊。圖1-3 3150KN通過液壓機(jī)液壓系統(tǒng)圖1主泵 2輔助泵 3、4、18溢流閥 5遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 6、21電液換向閥 7壓力繼電器 8電磁換向閥 9液控單向閥 10、20背壓閥 11順序閥 12液控滑閥 13單向閥 14充液閥 15油箱 16上缸 17下缸 19節(jié)流器 22壓力表1.3.2 3150KN通用液壓機(jī)液壓系統(tǒng)性能分析 由以上的工作原理及特點分析可知，該機(jī)液壓系統(tǒng)主要由壓力控制回路,換向回路,快慢速轉(zhuǎn)換回路,以及平衡鎖緊回路等組成。其主要性能特點如下：1）系統(tǒng)采用高壓大流量恒功率(壓力補(bǔ)償)柱塞變量泵供油，通過電液換向閥6、21的

8、中位機(jī)能使主泵1空載起動，在主、輔液壓缸原位停止時主泵1卸荷，利用系統(tǒng)工作過程中工作壓力的變化來自動調(diào)節(jié)主泵1的輸出流量與上缸的運(yùn)動狀態(tài)相適應(yīng)，這樣既符合液壓機(jī)的工藝要求，又節(jié)省能量。2）系統(tǒng)利用上滑塊組件的自重實現(xiàn)主液壓缸（上缸）快速下行，并用充液閥14補(bǔ)油，使快速運(yùn)動回路結(jié)構(gòu)簡單，補(bǔ)油充分，且使用的元件少。3)系統(tǒng)采用帶緩沖裝置的充液閥14、液動換向閥12和外控順序閥11組成的泄壓回路，結(jié)構(gòu)簡單，減小了上缸由保壓轉(zhuǎn)換為快速回程時的液壓沖擊。4)系統(tǒng)采用單向閥13、14保壓，并使系統(tǒng)卸荷的保壓回路，在上缸上腔實現(xiàn)保壓的同時實現(xiàn)系統(tǒng)卸荷，因此系統(tǒng)節(jié)能效率高。 5)系統(tǒng)采用液控單向閥9和內(nèi)控順序

9、閥組成的平衡鎖緊回路，使上缸組件在任何位置能夠停止，且能夠長時間保持在鎖定的位置上1.4課程設(shè)計的任務(wù)1、在1周時間內(nèi)，根據(jù)給定任務(wù)（具體見課程設(shè)計指導(dǎo)書），繪制電氣原理圖一張，要求有布局合理，功能完善，有技術(shù)要求及明細(xì)欄；2、有PLC設(shè)計內(nèi)容的（由指導(dǎo)教師指定），要求給出程序框圖和源程序清單；3、編寫設(shè)計計算說明書一份，不得少于15頁。要求有目錄、設(shè)計任務(wù)書及元器件選型計算、原理說明、功能說明、控制器的選擇、程序清單、調(diào)試結(jié)論、參考資料等。二 、電氣控制電路設(shè)計2.1繼電器-接觸器電氣控制電路的設(shè)計根據(jù)液壓機(jī)的系統(tǒng)性能以及特點的分析之后，還需要考慮了以下幾個方面：1、電氣控制線路與機(jī)械配合相

10、當(dāng)緊密，因此分析中要詳細(xì)了解機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣控制的關(guān)系，但機(jī)械結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。2、控制線路中設(shè)置了變速沖動控制，從而使變速順利進(jìn)行。3、為了操作方便，采用多地控制，實現(xiàn)兩地啟、停。4、具有完善的電氣聯(lián)鎖，并具有短路、零壓、過載及超行程限位保護(hù)環(huán)節(jié)根據(jù)設(shè)計要求我們設(shè)計了如圖2-3所示的繼電器-接觸器電氣控制電路圖。2.2繼電器-接觸器電氣控制電路圖分析及介紹 2.2.1通過以上分析，可得出圖1-3中每個換向閥每個電磁鐵的動作順序，如表2-1所示。 表2-1 3150KN通用液壓機(jī)的電磁鐵動作順序表動作程序1Y2Y3Y4Y5Y上缸快速下行+-+慢速加壓+-保壓-泄壓回程-+-停止-下缸頂出-+-退

11、回-+-壓邊+-2.2.2動作分析 （1）啟動 如圖2-1所示。按啟動按扭SB2，KM1得電吸合，常開開關(guān)KM1閉合，主泵供油，電磁鐵全部處于失電狀態(tài)，主泵1輸出的油經(jīng)三位四通電液換向閥6中位及閥21中位流回油箱，空載啟動。 （2）上缸快速下行 按啟動按扭SB3， KA1得電吸合，其控制的常開開關(guān)KA1閉合，電磁鐵1Y、5Y先后得電，閥6換至右位，控制油經(jīng)閥8右位使液控單向閥9打開。進(jìn)油路：泵1換向閥6右位單向閥13上缸16上腔?；赜吐罚荷细?6下腔液控單向閥9換向閥6右位換向閥21中位油箱。上缸滑塊在自重作用下迅速下降，泵1雖處于最大流量狀態(tài)，仍不能滿足其需要，因而上缸上腔形成負(fù)壓，上部油箱

12、15的油液經(jīng)液控單向閥14（充液閥）進(jìn)入上缸上腔。 圖2-1 （3）上缸慢速接近工件。 當(dāng)上缸滑塊降至一定位置觸動行程開關(guān)2S后，SQ2失電斷開，電磁鐵5Y失電，閥8處于原位，液控單向閥9關(guān)閉。上缸下空油液經(jīng)背壓閥10、閥6右位、閥21中位回油箱。這時，上缸上腔壓力升高，充液閥14關(guān)閉。上缸在泵1供給的壓力油作用下慢速接近工件。當(dāng)上缸滑塊接觸工件后，阻力急劇增加，上腔壓力進(jìn)一步提高，泵1的輸出流量自動減小。 （4）保壓。 當(dāng)上缸上腔壓力達(dá)到預(yù)定值時，壓力繼電器KP吸合，常閉開關(guān)KP斷開，使電磁鐵1Y失電，閥6回中位，上缸的上、下腔封閉，單向閥13和充液閥14使上缸上腔保壓，保壓時間由時間繼電器

13、KM2調(diào)整。保壓期間，泵1經(jīng)閥6、閥21的中位卸載。（5）泄壓，上缸回程。 如圖2-2所示。保壓過程結(jié)束，時間繼電器KM2發(fā)出信號，其控制的常開開關(guān)KM2閉合，接觸器KA2得電吸合，電磁鐵2Y得電，閥6換至左位，同時開關(guān)KA2閉合，形成自鎖。由于上缸上腔壓力很高，液動滑閥12處于上位，壓力油經(jīng)閥6左位及閥12上位使外控順序閥11開啟。此時泵1輸出油液經(jīng)順序閥11回油箱。泵1在低壓下工作，此壓力不足以打開充液閥14的主閥芯，而是先打開閥14中的卸載芯，使上缸上腔油液經(jīng)此卸載閥芯開口泄回上部油箱15，壓力逐漸降低。當(dāng)上缸上腔壓力泄至一定值后，液動滑閥12回到下位，外控順序閥11關(guān)閉，泵1供油壓力升

14、高，閥14完全打開，此時油液流動情況為進(jìn)油路：泵1換向閥6左位液控單向閥9上缸下腔。回油路：上缸上腔充液閥14上部油箱15。實現(xiàn)主缸快速回程。（6）上缸原位停止。 當(dāng)上缸滑塊上長至觸動行程開關(guān)1S，SQ1觸點失電斷開，電磁鐵2Y失電，閥6處于中位，液控單向閥9將主缸下腔封閉，上缸原位停止不動。泵1輸出油經(jīng)閥6、閥21中位回油箱，泵卸載。（7）下液壓缸頂出及退回 按下開關(guān)SB5,接觸器KA3得電，電磁鐵3Y得電，換向閥21換至左位進(jìn)油路：泵1換向閥6中位換向閥21左位下缸17下腔?；赜吐罚合赂?7上腔換向閥21左位油箱。下液壓缸活塞上升，頂出。按下開關(guān)SB6，接觸器KA4得電，電磁鐵4Y得電，同

15、時電磁鐵3Y失電，換向閥21換至右位，下液壓缸活塞下行，退回。 圖2-2 （8）浮動壓邊 作薄板拉伸壓邊時，要求下缸活塞上升到一定位置后，既保持一定壓力，又能隨上缸滑塊的下壓而下降。這時，換向閥21處于中位，上缸滑塊下壓時下缸活塞被迫隨之下行，下缸下腔油液經(jīng)節(jié)流器19和背壓閥20流回油箱，使下缸下腔保持所需的壓邊壓力。調(diào)節(jié)背壓閥20即可改變浮動壓邊力。下缸上腔則經(jīng)閥21中位從油箱補(bǔ)油。溢流閥18為下缸下腔安全閥。圖2-3電氣控制電路圖2.3選擇電氣元件對于電氣元件的選擇，我們應(yīng)注意以下幾點：(1)根據(jù)對控制元件功能的要求，確定電氣元件功能的要求，確定電氣元件類型。如繼電器與接觸器，當(dāng)元件用于通

16、，斷功率較大的主電路時，應(yīng)選擇交流接觸器；若元件用于切換功率較小的電路（如控制電路）時，則應(yīng)選擇中間繼電器；若伴有延時要求時，則應(yīng)選用時間繼電器。(2)根據(jù)電氣控制的電壓，電流及功率的大小來確定元件的規(guī)格，滿足元器件的負(fù)載能力及使用壽命。(3)掌握元器件預(yù)期的工作環(huán)境及供應(yīng)情況，如防油，防塵，貨源等。(4)為了保證一定的可靠性，采用相應(yīng)的降額系數(shù)，并進(jìn)行一些必要的技術(shù)和校核。根據(jù)以上步驟及參考資料的查找制定了本課程設(shè)計中繼電器元件表（見表2-2）。表2-2 電動機(jī)和電器元件明細(xì)表代 號名 稱型 號QS總電源開關(guān)HZ1-60/3FU1熔斷器RL1-60/40FU2熔斷器RL1-15/4FU3熔斷

17、器RL1-15/4FU4熔斷器RL1-15/4FR1液壓泵1熱繼電器JR10-10 10 AFR2液壓泵2熱繼電器JR10-10 6 AKM1液壓泵啟動接觸器CJO-40KM2延遲繼電器接觸器CJO-20KA1-KA5對應(yīng)1Y-5Y接觸器JZ7-44 127 V1Y-5Y電磁鐵36 VTL1直流變壓器BK-150 380/127/36 VTL2變壓器BK-150 380/127/36 VSB1總停止按鈕LA2SB2泵啟動按鈕LA2SB3快速下行按鈕LA2SB4下缸停止按鈕LA2SB5下缸頂出按鈕LA2SB6下缸退回按鈕LA2SQ1行程開關(guān)LX3-11HSQ2行程開關(guān)LX3-11HKP壓力繼電器

18、接觸器PFTL4VC直流電源36VEL照明燈具JC6-1S1照明燈開關(guān)TCL_A6三、壓力機(jī)的可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計3.1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則在設(shè)計可編程控制器系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則。(1)最大限速地滿足控制要求 充分發(fā)揮可編程控制器功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計中最重要的一條原則。設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料。同時要注意和現(xiàn)場工程管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問題。(2)保證系統(tǒng)安全可靠保證可編程控制器控制系統(tǒng)能夠長期安全，可靠，穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。(3)力求簡單，經(jīng)濟(jì)，使用與維修方便在滿足控制要求的前提

19、下，一方面要注意不斷擴(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷降低工程的成本，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。(4) 適應(yīng)發(fā)展的需要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。3.2可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計(1)可編程控制器選型本系統(tǒng)有輸入信號九個，輸出信號有七個，均為開關(guān)量。根據(jù)輸入輸出的點數(shù)、類型及控制要求，同時考慮到維護(hù)、改造和經(jīng)濟(jì)性等諸多因素，可以選擇FX2N-32MR，這樣共有16個輸入點、16個輸出點，可以滿足控制要求。(2)I/O地址分配 根據(jù)系統(tǒng)要完成的動作，考慮在下液壓缸頂出和退回時可能需要點動操作方式，方便調(diào)節(jié)壓邊時間以保證工件加工的要求。設(shè)定輸入/輸出控制信號，其I/O地址分配如下表3-

20、1。表3-1 I/O地址分配表輸入信號輸出信號代號功能I點代號功能O點SB2啟動液壓泵X0KM1泵啟動Y0SB3快速下行X1KA1慢速下行Y1SQ2行程開關(guān)2SX2KA2泄壓回程Y2KP壓力繼電器X3KA3下缸頂出Y3SQ1行程開關(guān)1SX4KA4下缸退回Y4SB5下缸頂出X5KA5和Y1實現(xiàn)快速下行Y5SB6下缸退回X6指示燈Y6SB4下缸停止X7SB1總停止X10(3)可編程控制器的輸入輸出點地址編號及硬件連接線將輸入信號.輸出信號按功能類型分配，與可編程控制器的輸入輸出端一一對應(yīng)連接。如下圖3-1所示。圖3-1 可編程控制器硬件接線圖(4)軟件編制 根據(jù)系統(tǒng)要求可知，但系統(tǒng)開始運(yùn)行時，指示

21、燈首先亮，用啟動脈沖M8002直接使程序進(jìn)入等待狀態(tài)。最后用END指令結(jié)束指令?？刂铺菪螆D如圖3-2所示，根據(jù)控制梯形圖寫出語句表如表3-2所示。 圖3-2 控制梯形圖表3-2 系統(tǒng)語句表步序指令數(shù)據(jù)步序指令數(shù)據(jù)1LDM800217ANIX0042OUTY00618ANIY0013LDIX01019OUTY0024ANDX00020LDIY0015ORY00021ANDX0056OUTY00022ORY0037LDIX00323ANIY0028ANDX00124ANIY0049ORY00125OUTY00310ANIY00226LDIY00111OUTY00127ANIY00212ANIX00

22、228ANDX00613OUTY00529ORY00414LDX00330ANIY00315OUTT031OUTY004K10032END16LDT0繪制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進(jìn)梯形圖，如圖3-3所示，根據(jù)梯形圖編寫的指令表見表3-3.表3-3 系統(tǒng)指令表步序指令步序指令步序指令1LD M800216SET S2231LD X52SET S017STL S2232SET S253STL S018LDT Y533STL S254LD X1019OUT Y134LDI Y25AND X020LD X335OUT Y36SET S2021SET S2336LD X67STL S2022STL S233

23、7SET S268SET Y023LDI Y138STL S269LD X124OUT T039LDI Y310SET S2125K 10040OUT Y411STL S2126LD T041LD X112LD Y027SET S2442OUT S013OUT Y128STL S2443RET14OUT Y529OUT Y244END15LDI X2 30LDI X4圖3-3 壓力機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進(jìn)梯形圖 四、設(shè)計體會與總結(jié)為期一周的電氣控制課程設(shè)計終于要告一段落了，這是我第一次接觸到這種性質(zhì)的課，感覺受益良多。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前的

24、一個必不可少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次的課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真地進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地地邁開這一步，就是為明天能夠穩(wěn)健地在社會的大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。這次的課程設(shè)計主要是設(shè)計液壓機(jī)的電氣控制原理和PLC控制原理 ，在做控制設(shè)計這部分時同組的同學(xué)做了深入的討論，通過在網(wǎng)上和圖書館查資料，和同學(xué)討論以及老師的幫助下，較好的完成了液壓機(jī)的繼電器控制和PLC原理控制的設(shè)計，基本達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計要求。在此次設(shè)計過程中我學(xué)到許多的知識 ，對繼電器控制原理和PLC控制原理有更深層次的了解，尤其是繼電器部分，能較熟練的選擇各電氣元件型號，分析電路圖，在PLC部分，對編程有