CWA型臥式車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 學院：機電工程學院 專業(yè)：農(nóng)業(yè)電氣化與自動化 班級：13級農(nóng)電班 姓名：鄭博寧 趙智輝 韋志杰 題目：CW6136A型臥式車床電氣控制設(shè)計 指導教師：李海軍 劉宇 設(shè)計日期：2016.5.6 摘 要CW6136A型臥式車床是機床中應(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，隨著工件材料和材質(zhì)的不同，該車床會有變速的能力，應(yīng)選擇合適的主軸轉(zhuǎn)速及進給速度。為了滿足加工時的需要，主軸的旋轉(zhuǎn)運動有時需要正轉(zhuǎn)運動而有時需要反轉(zhuǎn)運動，這個要求一般是通過改變主軸電動機的轉(zhuǎn)向或采用離合器來實現(xiàn)的。進給運動多半是把主軸運動分出一部分動力，通過掛輪箱傳給進給箱來實現(xiàn)刀具

2、的進給。有的為了提高效率，刀架的快速運動由一臺進給電動機單獨拖動。車床一般都設(shè)有交流電動機拖動的冷卻泵，來實現(xiàn)刀具切削時冷卻。 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)計方案（繼電器控制）12.1 M1電機12.2 M2電機12.3 總電路設(shè)計13 電氣控制柜安裝與調(diào)試23.1 要求23.2 元器件明細23.3 實物圖3 3.4 調(diào)試情況44 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計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)計及調(diào)試5 4.4 梯形圖65 結(jié)論7參考文獻81 課題背景及任務(wù)要求1.1

3、 課題背景 工業(yè)生產(chǎn)部門的生產(chǎn)機械設(shè)備，基本上都是通過金屬切削車床加工生產(chǎn)出來的，因此說車床是機械制造業(yè)中的主要加工設(shè)備，車床的質(zhì)量、數(shù)量及自動化水平，都直接影響到整個機械工業(yè)的發(fā)展。而對于這些車床，我們都是通過電來控制，所以說車床的電氣控制是尤為重要的，在車床電氣控制方面，最初采用手動控制，如少數(shù)容量小、動作單一的車床，使用手動控制電器直接控制。后來由于切削工具、車床結(jié)構(gòu)的改進，切削功率的增大，車床運動的增多，手動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、行程開關(guān)等等組成，實現(xiàn)對車床多種活動控

4、制。這種以繼電器,接觸器為主的的控制電器所組成的控制裝置和控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對車床各種運動的的控制，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)簡單、維護方便、抗干擾強，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)使車床自動化又邁進了一大步。1.2 任務(wù)要求（1）整個機床電路要具有短路保護，M1要具有短路、過載保護，M2具有短路保護；（2）M1具有正、反轉(zhuǎn)控制功能； （3）M1為雙速電機； （4）M2為單向運轉(zhuǎn)，不采用制動措施，可直接啟動； （5）控制回路工作電壓為220V。 2 設(shè)計方案（繼電器控制）2.1 M1電機電機M1分別通過線圈KM1、KM2、KML、KMH與KM來控制它們

5、各自的正轉(zhuǎn)運行、反轉(zhuǎn)運行、低速運行、高速運行。 2.2 M2電機電機M2則是通過控制線圈KM3來控制它自身的冷卻時的正常運行。2.3 總電路設(shè)計圖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）安裝地點的環(huán)境溫度：0到50攝氏度； 4）安裝地點的相對濕度：空氣的相對濕度<85%，無凝露； 5）控制柜安裝地點不可有腐蝕性介質(zhì)和爆炸危險介質(zhì)； 6）控制柜外殼良好的接地保護，接地電阻小于4歐姆； 7）控制柜按一定容量與工作制設(shè)計，禁止用于設(shè)計外的其他場合。 3.2 元器件明

6、細1、接觸器的選用接觸器用于帶負載主電路的自動接通或切斷。分直流、交流兩類，機床中應(yīng)用最多的是交流接觸器。 選擇接觸器主要考慮一下技術(shù)數(shù)據(jù)：1）電源種類：交流、直流。2）主觸點額定電壓、額定電流。3）輔助觸點的種類、數(shù)量及觸點額定電流。4）電磁線圈的電源種類，頻率和額定電壓。 5）額定操作頻率，即允許的沒小時接通的最多次數(shù)。 主觸點額定電流，一般根據(jù)電動機容量Pd計算觸點電流Ic，即 Ic>=1000Pd/KUd。式中，K經(jīng)驗常數(shù)，一般取11.4； Pd電動機功率（kW）； Ud電動機額定線電壓（V）； Ic接觸器主觸點電流（A）； 主電機： 接觸器KM1、KM2、KM、KML、KMH，

7、根據(jù)主電動機M1的額定電流Ie=,控制回路電源220V，KM1需要主觸點3對，動合觸點4對，動斷觸點1對；KM2需要主觸點3對，動合觸點3對，動斷觸點1對；KML需要要主觸點3對，動合觸點1對，動斷觸點1對；KMH需要主觸點3對，動合觸點2對，動斷觸點1對；KM需要主觸點3對。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電動機的額定電流較小，接觸器KM3可選用CJ0-40交流接觸器，線圈電壓220V,觸點電流5A，KM3需要主觸點3對，動合觸點1對。2、熱繼電器的選用熱繼電器用于電動機的過載保護。熱繼電器的選擇主要是根據(jù)電動機的額定電流來確定其型號和規(guī)格。熱

8、繼電元件的額定電流Irt應(yīng)接近或者略大于電動機的額定電流Ied，即：Irt=（0.951.05）Ied熱繼電器的整定電流值是指熱元件通過的電流超過此值的20%時，熱繼電器應(yīng)當在20min內(nèi)動作。選用時整定電流應(yīng)與電動機額定電流一致。主電動機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,工作時將額定電流調(diào)節(jié)為30A。表1 元器件明細表符號名稱型號規(guī)格數(shù)量M1三相異步電動機Y160M-411KW380V 1460r/min1M2冷卻泵電動機JCB-220.125kW380V 2790r/min1KM1、KM2、KM3 KMH、KML、KM

9、交流接觸器CJ0-40額定電流40A220V6FU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)試情況主電動機M1的工作情況： （1）正轉(zhuǎn)低速：當按SB2下按鈕，KM1線圈得電，KM1主觸點閉合，然后按下SB4按鈕，KML線圈得電，KML主觸點閉合，正轉(zhuǎn)低速起動。（2）正轉(zhuǎn)高速：當按下SB2按鈕，KM1線

10、圈得電，KM1主觸點閉合，然后按下SB5按鈕，KMH線圈得電，KMH線圈得電，KM線圈得電，KMH主觸點閉合，同時KM主觸點閉合，正轉(zhuǎn)高速起動。（3）反轉(zhuǎn)低速：當按下SB3 按鈕，KM2線圈得電，KM2主觸點閉合，然后按下SB4按鈕，KML線圈得電，KML主觸點閉合，反轉(zhuǎn)低速起動。（4）反轉(zhuǎn)高速：當按下SB3按鈕，KM2線圈得電，KM2主觸點閉合，然后按下SB5按鈕，KMH線圈得電，KM線圈得電，KMH主觸點閉合，同時KM主觸點閉合，反轉(zhuǎn)高速起動。冷卻泵電動機M2的工作情況：按下SB7按鈕，KM3線圈得電，KM3主觸電閉合，同時形成自鎖，電機啟動。4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 I/O分析與PL

11、C選擇1、對輸入輸出點的選擇 盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。要先弄清楚控制系統(tǒng)的 IO 總點數(shù)，再按實際所需總點數(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 的點數(shù)。 另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60；PLC 每個輸出點的驅(qū)動能力（A點）也是有限的，有的 PLC 每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異；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。在選型時要考慮這些問題。 PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電

12、壓等級，但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC。 2對存儲容量的選擇 對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘 10 字點輸出總點數(shù)乘 5 字點來估算；計數(shù)器定時器按（35）字個估算；有運算處理時按（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）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口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。對缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者，選擇容量時應(yīng)留有較大的裕量。 3對 I/O 響應(yīng)時間的選擇 PL

13、C 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 23 個掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC 的 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)控制系統(tǒng)要考慮這個問題。 4根據(jù)輸出負載的特點選型 不同的負載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，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，如導通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所

14、以動作不頻繁的交、直流負載可選擇繼電器輸出型的 PLC。綜上所述，我們的PLC所選擇型號為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運轉(zhuǎn)SB600009M2總停止KM301006SB700010KM3通電FR過載保護FU短路保護圖5 PLC控制系統(tǒng)外圍接線圖4.

15、3 程序設(shè)計及調(diào)試（1）了解和分析被控對象的控制要求，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點數(shù)，我們有7個輸入端，6個輸出端，并選擇相應(yīng)點數(shù)的PLC機型為CPM1A-20CDR-A型。  （3）合理分配I/O點數(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)流程圖編寫梯形圖、指令語句、匯編語言或計算機高級語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)部存儲器中，進行程序調(diào)試。 （7）程序調(diào)試

16、。先進行模擬調(diào)試，再進行現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試；先進行局部、分段調(diào)試，再進行整體、系統(tǒng)調(diào)試。  （8）調(diào)試過程結(jié)束，整理技術(shù)資料，投入使用.4.4 梯形圖 圖6 M1電機正轉(zhuǎn)工作時 圖7 M1電機反轉(zhuǎn)工作時 圖8 M1電機低速運轉(zhuǎn)工作時 圖9 M1電機高速運轉(zhuǎn)工作時 圖10 M2電機工作5 結(jié)論通過這次課程設(shè)計我們知道很多關(guān)于臥式車床的知識，雖然在做程設(shè)計的過程中遇到很多問題，但是我們也從中收獲到了許多原來不知道的知識。我們發(fā)現(xiàn)我們對CW6163A型臥式車床的認識還很少,我們要學習的東西還有很多,多翻看書籍是必不可少的。不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多書本上所沒有學到過的知識。   在課程設(shè)計的期間我們?nèi)ゲ闀橘Y料，請教同學的過程就是我們提高的過程，久違的認真又體會了一次，尤其感謝老師的諄諄教誨，感謝同學們的積極幫忙，我們的課程設(shè)計終于順利完成了。我們學到了許多關(guān)于臥式車床的知識，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)過一個星期的研究、學習與查閱相關(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，總體感覺收獲還是非常大的。 參 考 文 獻1 齊占慶等.電氣控制技術(shù).機械工業(yè)出版社，20022 羅洪田.機械原理課程設(shè)計指導書.等教育出版社，1999 3 王仁祥.常用低壓電器原理