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基于PLC的C650立式车床机床电气系统的设计【优秀课程毕业设计含4张CAD图纸+带任务书+开题报告+外文翻译】

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关键词：: 基于 plc c650 立式机床电气系统立式机床电气系统

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基于PLC的C650立式机床电气系统的【优秀课程毕业设计含4张CAD图纸+带任务书+开题报告+外文翻译】

基于PLC的C650立式机床电气系统的设计

摘要

车床是广泛应用的一种技术成熟的切削机床，C650车床是一种中型车床，可用于加工回转直径1020mm以内,长度3000mm以内的工件。是车床中极具代表性的一种设备。

此次设计是对C650车床传统电气控制系统的改进设计和模拟，运用可编译逻辑控制器实现各种控制、自锁、联锁、报警功能，优化控制系统的性能，提高稳定性，降低故障率。

主电机的电气设计是整个机床电气设计的重点。主电机的主回路要求带有正反转、Y-Δ转换、带限流电阻电气反接制动。系统要求设计欠压饱和和过流保护。在模拟样机中通过电位器经AD扩展模块模拟。

本次设计是一个完整的电气控制系统，涵盖了电机的计算、元件的选型、控制方案的设计、图纸的绘制、电气主回路的设计，配电系统接线、调试，是专业知识的一次总结和实践。

关键词：机床；配电；PLC；Y-Δ转换

Abstract

The lathe is one of the most widely used metal cutting lathe, C650 lathe is a medium-sized lathe, the diameter of workpiece up to 1020mm, length up to 3000mm. It is a kind of equipment which is widely used.

Lathe work when the most basic of two kinds of sports: Chuck axle drives the workpiece rotation, called main movement (cutting movement), second is slide carriage thimble drives the cutter to the linear motion, known as a feed movement. The two movements are carried out at the same time. In order to ensure the synchronization between the two, the two movements are driven by the same motor (the main motor), but have their own transmission. Through the respective transmission adjustment to adjust the different spindle speed and feed speed, you can process a variety of different needs of the workpiece.

Cooling pump is also an indispensable equipment of the machine tool. After starting the machine, cooling pump started running, the cooling liquid spray to work cutting noodles, to play to the role of cooling the workpiece, the cutter protection.

The design of the traditional C650 lathe electrical control system to improve the design and simulation, using compiled logic controller to achieve a variety of control, self-locking, interlocking, alarm function, the optimization of the performance of the control system, improve the stability, reduce the failure rate.

The electrical design of the main motor is the key point of the whole machine tool electrical design. The main circuit of the main motor is a kind of positive inversion and Y- delta conversion, with current limiting resistance of electric braking of complex loop.

This design is a complete electrical control system, covering motor calculation, component selection, control scheme design and drawings of the drawing, the main electrical circuit design, distribution system wiring and debugging, which is extensively involved in knowledge is a summary and practice of professional knowledge.

Key words: lathe; power distribution; Programmable Logic Controller;ladder diagram

摘要 …………………………………………………………………………1

引言 …………………………………………………………………………4

1 绪论 …………………………………………………………………………5

1.1 车床的历史及发展……………………………………………………………4

1.2 车床结构 ……………………………………………………………………5

1.3 设计要求………………………………………………………………………5

2 车床主回路设计……………………………………………………………7

2.1 主电机功率 …………………………………………………………………8

2.2 主电机主回路的设计…………………………………………………………9

2.3 主要材料的选择、配置………………………………………………………9

2.4 冷却泵电机的设计…………………………………………………………10

2.5 机床主回路图………………………………………………………………11

3 车床电气控制设计………………………………………………………12

3.1 控制要求……………………………………………………………………13

3.2 控制方案选择………………………………………………………………13

3.3 PLCI/O测点清单及硬件选…………………………………………………16

3.5 控制回路原理………………………………………………………………17

3.6 梯形图程序………………………………………………………………18

4 模拟样机 …………………………………………………………………23

4.1仪器及设备 ………………………………………………………………23

4.2电动机的选择 ……………………………………………………………24

4.3模拟样机运行 ……………………………………………………………25

4.4试机中遇到的问题 ………………………………………………………26

结论……………………………………………………………………………27

谢辞……………………………………………………………………………28

参考文献 …………………………………………………………………29

附件……………………………………………………………………………30

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内容简介：: - 1 - 1毕业设计的主要内容、重点和难点等主要内容：设计式车床电气控制系统，包括电气回路系统以及电气控制系统，编制式车床电气控制系统序清单；依据设计内容设计制作设计重点：计算、分析并选择电动机、断路器、交流接触器、继电器、互感器、电缆线等主要电器的电流。功率、型号、等级等具体数据；设计过流保护：运行中当电机电流大于额定电流的且持续时间达 1 分钟则产生过流跳闸 ,同时产生声光报警信号；设计主电机短路保护；设计电源电压欠压保护：当电源电压小于额定电压的时，电气控制系统产生欠压保护，同时发出相应的声光报警信号；设计难点：（ 1）电机起停控制：如何来实现主轴电机的启动，停止 ; 冷却泵电机的启动于停止的控制 ; 刀架电机的启动于停止的控制 ; 以上这些都将给我们的设计带来难度。（ 2）步进指令编程方面：首先要把整个控制过程按任务要求分解，如何画出车床电气系统控制过程的流程图分配，确定状态器元件，弄清每个被分配状态器的功能 - 2 - 2准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）调研情况：采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍大量使用，因为传统的继电器接触器控制系统其结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定的范围内能满足控制要求，对于控制过程不太复杂的系统还是适合的。业自动化水平的不断提升，传统的继电器设备体积大、寿命短、可靠性差、动作速度慢、功能少、程序不可变的缺点尤为突出；由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，所以当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制柜就要改接或更改，通用性和灵活性很差。同时存在：触点易被电弧烧坏而导致接触不良，机械方式实现的触点控制反映速度慢，继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差等缺点。因而造成了这些企业的生产率低下，效益差，反过来这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床。由于可编程控制器（有：通用性、适应性强，完善的故障自诊断能力且维修方便，可靠性高及柔性强等优点，且小型价格目前亦很便宜，因此在车床的控制电路改造中可以发挥极其重要的作用。故从实际出发，以式车床电气控制系统为毕业设计的选题，设计并制作基于控制系统取代传统的控制系统，可以把所学知识整并运用于解决实际问题，做到学以致用。参考文献： 1杨林建 M京理工大学出版社 ,2008 2盛炳乾 ,李军 M国轻工业出版社， 1996 3杨兴瑶 M学工业出版社， 1994. 4顾绳谷） M肥工业大学， 2000. 5陈隆昌 ,阎治安 ,刘新正 M安电子科技大学出版社， 2000 6齐从谦，王士兰 . 术及应用 M械工业出版社， 7程周，毛臣健，章小印 . 电气控制与理及应用 M子工业出版社，2003 8李乃夫用、实验 M国轻工业出版社 ,9邹金慧 ,黄宋魏 ,杨晓洪理及应用 M械工业出版社 ,2001 10 A J1995,35(4):1 10 现有设备：流接触器、热继电器、互感器、按钮等模块、 D/A 模块烙铁等常用工具 - 3 - 3、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料进度实施计划：第一阶段：（ 3 月 1 日至 3 月 16 日）查找相关资料文献，熟悉理解有关内容，完成四万字英文资料翻译。第二阶段：（ 3 月 17 日至 3 月 31 日）制定设计方案并论证。第三阶段：（ 4 月 01 日至 4 月 16 日）设计式车床电气回路系统以及电气控制系统，编制式车床电气控制系统序清单。用计算机绘制相应图纸。第四阶段：（ 4 月 17 日至 5 月 30 日）设计内容设计制作式车床电气控制系统模拟样机，修改、调试控制程序。完成设机论文预期提交资料：式车床电气系统的设计说明书式车床电气主回路图纸式车床电气控制系统图纸式车床电气控制系统序清单式车床电气控制系统模拟样机 - 4 - 指导教师意见指导教师（签字）： 2016 年 03 月 01 日开题小组意见开题小组组长（签字）： 2016 年 03 月 01 日院（系、部）意见主管院长（系、部主任）签字： 2016 年 03 月 01 日第 1 页共 33 页摘要车床是广泛应用的一种技术成熟的切削机床，用于加工回转直径 1020内 ,长度 3000内的工件。是车床中极具代表性的一种设备。此次设计是对床传统电气控制系统的改进设计和模拟，运用可编译逻辑控制器实现各种控制、自锁、联锁、报警功能，优化控制系统的性能，提高稳定性，降低故障率。主电机的电气设计是整个机床电气设计的重点。主电机的主回路要求带有正反转、限流电阻电气反接制动。系统要求设计欠压饱和和过流保护。在模拟样机中通过电位器经模拟。本次设计是一个完整的电气控制系统，涵盖了电机的计算、元件的选型、控制方案的设计、图纸的绘制、电气主回路的设计，配电系统接线、调试，是专业知识的一次总结和实践。关键词：机床；配电；第 2 页共 33 页 he is of is a of up 020up 000It is a of is of of is to as a at In to by to a of of is an of to to to of of 650 to to a of of of of is of of is a of - of of is a of is in is a of 第 3 页共 33 页目录摘要 1 引言 4 1 绪论 5 床的历史及发展 4 床结构 5 计要求 5 2 车床主回路设计 7 电机功率 8 电机主回路的设计 9 要材料的选择、配置 9 却泵电机的设计 10 床主回路图 11 3 车床电气控制设计 12 制要求 13 制方案选择 13 测点清单及硬件选 16 制回路原理 17 形图程序 18 4 模拟样机 23 器及设备 23 动机的选择 24 拟样机运行 25 机中遇到的问题 26 结论 27 谢辞 28 参考文献 29 附件 30 第 4 页共 33 页引言在机床工业不断发展的今天，如何提高机床的精度和加工速度，仍然是人们致力于解决和不断完善的课题，它不仅是机床技术发展的动力来源，还是使得机床电气控制系统不断改进的动力。计算机和控制理论的发展和完善，电力拖动、电力电子技术的日益发展，都为机床电气控制系统的改进奠定了理论和实践基础。上世纪四十年代之前，机床的控制主要是以继电器且由于技术限制，那时的交流电机无法实现调速功能，只能通过机械手段，通过齿轮、皮带来实现有级变速，这样一来，机床系统庞大而复杂，加工精度也局限在一定的范围以内。继电器本低廉，可以实现机床的各种运动控制（如启动、制动、反转、变速等），并可实现逻辑控制、联锁控制、异地控制等，在很长一段时间里是车床电气控制系统的不二选择，但随着可编译逻辑控制器的出现和技术成熟，继电器露无疑，如结构复杂、接线庞大、故障率高、检修不便，另外，根据加工工艺的要求，需要改变控制逻辑关系时，必须修改线路，重新安装配线，这对现代机床的控制要求是很不适应的。而通过些问题迎刃而解，同时还提高了车床的加工精度。基于电气控制系统，通过运行事先编译好的逻辑控制程序能很好的实现车床电气控制要求的各种功能，而且可以随便编程，自动诊断，系统体积缩小，可靠性也随之提高，在安装使用系统以后如果要改进系统功能只需要重新对程序进行编译，而不需要改变接线的逻辑控制，据此，可编译逻辑控制器正在不断取代传统的继电器设计就是以行基于一章为绪论，第二章讨论了主回路的设计，第四章阐述了电气系统控制部分，最后对模拟样机的设计、安装和调试运行进行了说明。第 5 页共 33 页 1 绪论床的历史及发展重要的用途，是现代工业生产中必不可少的一种加工设备。它的由来是一个漫长的演变过程，是人们从漫长的历史中积累的生产经验中慢慢总结，改进而来的。早在公元前两千多年就能找到它的原形。公元两千多年前出现的树木机床，在使用时，用脚踩踏作为动力，利用树枝的弹性带动工件旋转，将贝壳石片等加工成刀具。近代以来，随着工业革命的兴起，各种金属制品大量被使用于生活和生产中，对于金属零件的加工，车床是十分关键的设备，但尤为科技发展的限制，直到十九世纪完全由金属组成的车床出现，随着如丝杆等传动零件的不断出现，车床才算初具生产能力。到二十世纪中叶，睡着计算机的诞生与完善，世界工业逐步开启现代化进程，车床也随之被不断完善和改进。本次设计，主要是以行一次内容丰富，涉及知识面广泛的电气控制系统设计。车床工作时需要电动机带动卡盘上的工件做回转运动，这就设计到电机正转、反转、停车以及一系列的保护问题。所以，本次设计涉及电机主回路的设计、电气控制系统的设计、运用以及配电的安装于调试，知识涵盖面广泛、工作量饱满。床结构床由床身、进给箱、变速箱、溜板箱、刀架配以丝杆、光杆、尾架等辅助设备组成。第 6 页共 33 页主轴箱又称床头箱，它的主要功能是通过一系列的变速机将主电机的转动传递到主轴从而得到所需的不同的转速，于此同时主轴箱的部分动力传递给进给箱。主轴箱中的主轴是车床的最重要的组成部分。一旦主轴的回转精度降低，则机床的实用价值将会大打折扣。刀架用于装夹刀具，实现纵向、横向和斜向移动的部件光杆和丝杆用来连接进给箱与溜板箱，溜板箱的动力就来自进给箱，由丝杆和光杆传递，使溜板箱得以纵向直线运动。当需要车削各种螺纹时才用到丝杆在进行工件的其他表面车削时，只用光杆，不需要丝杆。冷却泵机床重要的组成部分，在工件切削时会产生十分巨大的热量。所以要辅以冷却液降温，否则不仅会损坏工件还会大大减小刀具的使用寿命，使得车床失去其使用性，故此冷却泵是机床必不可少的辅助设备。床的电机拖动（ 1）主运动：工件的回转运动就是车床的主运动，运动的方式是由主轴带动卡盘或顶尖从而带动工件旋转。电动机的动力需要通过通过主轴箱传递到主轴，一般加工要求下，主轴只需要单方向的旋转运动，但在车螺纹时则需要用反转来退刀。（ 2）进给运动：车床的进给运动是溜板带纵向或横向的直线移动来带动刀具运动，是使得切削能连续进行下去的运动。所谓纵向运动是指相对于操作者的左右运动即车床的 Z 轴运动，横向运动是指相对于操作者的前后运动即车床的 X 轴运动。车螺纹时要求主轴的旋转速度和进给的移动距离之间保持一定的比例，所以主运动和进给运动要由同一台电动机拖动，主轴箱和车床的溜板箱之间通过齿轮传动来联接，刀架再由溜板箱带动，沿着床身导轨作直线走刀运动。（ 3）辅助运动：车床的辅助运动包括刀架的快进与快退，尾架的移动与工件的夹紧与松开等。计要求车床不仅有主电动机和冷却泵电动机，还有许多辅助电动机，比如刀架快速移动电机。由于本次设计材料等方面原因的限制，本次设计中不考虑这些设备。只是针对机床电气控制系统进行设计，相比传统的接触器 /继电器控制系统，以可编译逻辑控制器取而代之，改良与优化机床电气控制系统。文全称定义为一种通过数字预算的电子系统，为现代化、自动化工业环境而设计的。它采用可编程的存储器，将程序储存于内部，通过顺序控制、定时、计数与算术操作等，并通过数字或模拟式 I/O 控制各种机械或生产过程。随着工业现代化的近程，传统控制系统可靠性差、寿命短、故障率高的缺点日益凸显，所以基第 7 页共 33 页于控制系统是大势所驱动。故本次设计采用基于控制回路来设计机床的控制系统。所以本次设计要求设计完整的车床电气控制系统，首先要完成电机主回路的设计，保证电动机的基本电气性能，然后对控制回路进行设计，实现对求能够在现冷却泵电机的启停功能并能启动电机使其正转和反转，停车等基本功能，于此同时要设计欠压保护和过流保护，当在电网电压过低，低于电机额定电压的的 75%时，电气控制系统产生欠压保护，同时发出声光报警信号并跳闸。而当工作电流大于电机额定电流的时电气控制系统产生过流保护，发出警示灯信号，如果过流的情况持续一分钟仍然没有排除则跳闸并发出声光报警信号。当电流过大时，系统要有及时响应的短路保护。 2 床主回路设计回路电机经查阅床资料，其最大加工工件的尺寸为直径 1020度为3000回转工件，带动如此大转动惯量的工件需要配备一台 30电动机，故此车床采用一台鼠笼型三相异步电动机： 0 系列电动机是一种鼠笼型三相异步电动机。符合准，可以用于驱动各种机械设备，如机床、水泵、压缩机、鼓风机、运输机械、农机、包装机等。 Y 系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音和振动比较小，运行安全可靠。符合三相异步电动机技术条件 15 电动机采用动机采用 F 级绝缘。额定电压为 380V，额定频率为 50率 3以下为 Y 接法；其它功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过 1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过 40；最低环境空气温度为最湿月月平均最高相对湿度为 90%；同时该月月平均最低温度不高于 25。电动机有一个轴伸，按用户需要，可制成双轴伸，第二轴伸亦能传递额定功率，但只能用联轴器传动。第 8 页共 33 页 0 海拔：不超过 1000米；环境空气温度随季节而变化，但不超过 40。频率： 50赫兹， 60赫兹电压： 380V/220， 380/440， 380/660V （变电压要订做）接法：功率在 3千瓦及以下为 4千瓦及以上为接法工作方式：绝缘等级： B 级、 F 级防护等级：却泵由电动机动，车床工作时只需要削加工时，由于刀具及弓工件的温度过高，需要冷却，否则对工件和车床都会造成损坏，因而必须配有冷却泵电动机，冷却泵电动机与主轴电动机有连锁关系，即冷却泵电动机应在主轴电动机之前启动，并在冷却泵电动机停车时，主轴电动机也应立即停车。电机主回路的设计：在实际生产中，工件的旋转需要正向、反向不断变换方向，即车床的主运动是正反转的过程，电气回路必须设计成正反转控制回路。另外，主电机功率很大，额定电流达到 60A，若直接启动电机，将产生 67 倍的瞬时电流即高达 300A 的电流，对电网的冲击十分严重，不仅如此，还会影响周围设备的正常运转，使起工作电压降低，电机产生的力矩成平方倍降低，甚至给工程现场带来安全隐患。故此，必须采用降压启动。电机降压启动的方式有很多种，比如自偶降压、星形转三角形降压启动、软启动器启动、变频器启动等方式。各种降压启动方式各有优缺点，其中星形转三角形降压启动方式的方案，用于电机相对较小的场合，成本低，实现简单又能满足床的实际启动要求。在本方案中采用星形转三角形换降压启动方式。最后，当电第 9 页共 33 页机断开电源后，要求尽快停止，但是由于加工工件转动惯性大，自由停车的时间会很长，因此必须带有电气制动。本方案中采用电气反接制动。综上所述，主电机主回路如图示图电机主回路图如主回路图所示，空气开关，接入动力电并提供短路保护。电机的运行通过两组接触器来控制。接触器主回路正转接触器、主回路反转接触器，星形接法接触器。限流电阻旁路接触器， R 是限流电阻，在按下电动机正向启动按钮后，接触器触器点吸合，接触器圈失电触点断开。电机星形启动。当接触器合并延时五秒后，断开接触器合接触器电机转成三角形接法正常运行。这就是星形转三角形转换启动过程。在按下主电动机停止按钮是，接触器触器源通过限流电阻反向接入电机反接制动，当转速传感器所检测速度降到低速后，断开接触器机停车。这就是反接制动停车过程。当加工螺纹时，我们需要工件反转。按下反转按钮，接触器正转启动同理，接触器合，延时五秒后，断开接触器合现星形转三角形反向启动，电机正常运行。按下停车按钮，接触器接制动停车。要材料的选择、配置：流的计算星形接法：线电流 I（线） =相电流 I（相） = U（ N） / 3/Z ；第 10 页共 33 页三角形接法：相电流 I(相 )=U(N)/Z 线电流 I(线 )=I(相 )* 3 ，即 I(线 ) U(N)/Z* 3。经过比较，星形接法线电流 I（线）是三角形接法线电流 I(线 )的三分之一 I（线） / I（线） =U（ N） / 3/Z / U(N)/Z* 3 =1/3 计算电机额定线电流：三相电机功率的计算公式是： p=线电流公式可由三相电机功率公式推导而来： I=P/式中： P 为电机功率 30 U 为线电压，取 380v ；般取经过计算得知： I=0A 即三角形接法状态下，额定线电流是 60A，三角形接法下的相电流 I（相）线电流 I(线 )/ 3 35A,，星形接法下的线电流 I（线） =相电流 I（相）=20A；触器的计算及选型在本电路中，接触器于主回路中，星形接法时通过的电流是相电流为 20A，当三角形接法时经过的电流是相电流为 60A。因此这三个接触器最少应该采用 63A 接触器。于三角形回路中，经过的电流是线电流 35A，因此最少应该采用 40A 接触器。于星形回路中，经过的电流是线电流 20A，因此最少应该采用 25A 接触器。气断路器与热继电器的计算及选型空气断路器继电器都位于主回路中，额定状态下流过的电流是60A，最少应该采用 63A 断路器。热元件的额定电流应略大于电动机额定电流，当电动机的启动时间较长或拖动冲击性负载时，热元件整定电流必须设定在额定电流的。即本方案中热继电器的整定值应该是60*9A，可以选择列的 5385A 热继电器。流互感器和电流表的计算经上述计算得出，主电机额定线电为 60A，应该选择 60A 以上的电流互感器和电流表。经查， 60A 以上的量程是 100A 的，其二次电流是 5A。所以电流互感器选用 100/5 的 3 个；电流表选用信号 0程 0 3 个。线的计算第 11 页共 33 页导线截面积 S= (L/R) 电阻 R=U/I 导线电阻率：为导线的电阻率，L 为导线的长度， R 为电阻， U 为允许电压降， I 为电流。本方案中采用铜质导线（经查导线电阻率当温度为 20 摄氏度时，铜导线的电阻率 =m）、导线长度按 10 米计算，允许电压降为 1V，经过计算得线电流为 60A 时 S=0 电流为 35A 时 S=60A 时 S=4以主回路的线（即配电柜内间的线，以及电机的线）应选 10 角形接线回路的线（即后的线，以及电机的线）应选 6 形接线回路的线（即的短接线）应选 4 却泵电机的设计在车床运行时，刀具和工件的接触位置温度往往很高。为了及时降低温度，车床上都带有冷却泵，当车床启动后，冷却泵就一直连续运行。却电机的计算机床冷却泵是机床上独立的辅助设备，经查资料，口径量22L/机床冷却泵可以满足需求。其具体资料如图号口径( 流量(L/M) 扬程(M) 电压(V) 功率(W) 5 22 80 125 5 45 150 5 90 5 500 5 25 8 180 0 50 12 370 图却泵型号选 22冷却泵，其对应电机功率 125W、电压 380V。这样的小电机一般都采用星形接法。计算电机额定线电流：三相电机功率的计算公式是： P=据三相电机功率公式可知线电流公式为： I=P/ 式中 : P 为电机功率 U 为 380v ；般取经过计算得知： I= 却电机主回路的设计及材料选型冷却电机作为一种单独、连续、小型的设备，采用一般的电机主回路即可，配置空气断路器、交流接触器、热继电器。根据上面的电流计算结果，选择这几种元件参数如下：空气断路器：额定电流流接触器：额定第 12 页共 33 页电流继电器：设定电流范围线规格： 650 机床主回路图如图所示：图床主回路图 3. 床电气控制设计车床这种加工设备对加工精度有着很高的要求。传统的车床采用继电器控制。继电器控制具有很多的缺点：安装好后，功能单一、产量和质量严重依赖于工人的操作水平、故障率高，严重制约了工业水平的发展。基于可编译逻辑器件的电气控制系统的出现，大大地完善了传统车床。基于可编译逻辑器件的电气控制系统和传统的继电器控制系统相比，有许多优势：（ 1）可靠性及抗干扰能力强随着可编译可编程逻辑控制器生产厂家在硬件和软件上采取了一系列的优化措施，抗干扰能力十分强，其胜任各种现代工业现场并稳定的运行。（ 2）通用性强易改变控制方案，功能丰富。传统继电器控制系统利用继电器辅助触点的串、并联实现逻辑控制，控制方法为硬件接线。接线复杂而庞大，功耗也十分巨大，系统一旦构成，日后的检修、维护、改进都非常困难，不够灵活。与之相比用计算机技术，其控制逻辑存放咋储存器总，要改变控制逻第 13 页共 33 页辑只需修改程序，可以轻而易举的修改和新增功能，在设计阶段也可以更轻易的通过测试来实现新的功能。统的接线少而简单、体积小并且功耗也小等特点是传统继电器控制系统所无法比拟的。（ 3）故障率小采用硬件接线的传统继电器控制系统利用继电器辅助触点的串、并联实现逻辑控制，连线庞大而复杂很容易因为接线松动等原因出现故障，而且出现故障后排查问题也需要较长时间。而采用话，大部分的控制逻辑都是由部仅有少量的接触器等元件，大大降低了故障率，并且出现故障后可以在电脑上查看梯形图在线状态，故障点一目了然。 (4)工作效率高继电器控制系统的原理是基于机械触电的动作，工作效率并不高，系统不稳定，甚至会出现很严重的抖动问题，而统则不同，它通过行逻辑看运算，指令控制的执行时间大大降低，达到微秒级，也自然不会出现触点抖动等隐患。鉴于以上原因，本次设计采用制系统的设计基本内容选择综合设计要求，需要使用一台高性能的小型化高速程序装置。而三菱输入输出 16可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行 16选用 16/32/48/64/80/128 点的主机，可以采用最小 8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量：内置 800 步储存器（可输入注释），还可外接存储盒，扩充至 16K 步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。还可运用于脉冲输出（ 20脉宽调制，制指令等。另可挂接 A/现电流、电压信号的采集处理，实现欠压保护和过流保护。制设计的流程制系统由输入设备、输出设备连接，通过预先编译的逻辑进行运算、分析和输出，达到控制目的，故此制系统的基本步骤包括以下内容：（ 1）明确设备工作原理，对控制要求进行分析，充分考虑设备主要动作的同时还要考虑必要的自锁、互锁等保护措施。据此明确控制方案的脉络，第 14 页共 33 页在进行逐步分析，设计，最后得到一个完整可行的（ 2）基于要以设备的正常、高效运行为指导标准，当明确了设备的工作流程以相关保护，在通过 I/O 点进行连接，使用可达到设计要求。（ 3）选择用户输入设备，比如按钮、限位器、行程开关等。而输出设备则要考虑相应的中间继电器、交流接触器、号灯、蜂鸣器等执行元件，与此同时还要考虑到诸如继电器、接触器等电气元件需要驱动的对象，诸如电动机、电磁阀等（ 4）根据控制要求基本确定 I/行 I/制 I/ （ 5）控制程序是控制整个系统工作的核心条件，软元件的分配、绘制控制系统流程图以及设计梯形图是整个控制系统设计的关键。只有控制程序设计完整、逻辑正确才能保证整个控制系统运行良好。（ 6）最后一步是调试。将编写好的控制程序下载至接各种电气设备，开机进行调试，如果不满足控制要求且接线正确，那么就要修改程序，反复测试、修改，最终得到一个满足控制系统的方案。制要求主电动机功率为 30它完成主运动的驱动。要求：星形转三角形起动方式、连续运行、并有点动功能以便调整；能正反转以满足螺纹加工需要；由于加工工件转动惯性大，停车时带有制动，此外，还要显示电动机的工作电流以监视切削状况。所以要满足车床的车削工艺，就要求各电气控制系统满足以下要求：冷却电动机在加工大型工件是提供冷却液，由于电机容量较小，可以采用直接起动、单向运行、连续工作的方式。要求有必要的电气保护与联锁：（ 1）过载保护：运行中若电机电流达到额定电流的却又没有达到短路的电流水平，视为过流，若持续时间达 1 分钟尚未解除就有可能对电机造成伤害甚至烧毁，此时过流保护必须动作 ,断开主回路所以接触器，同时产生声光报警信号；（ 2）设计主电机短路保护；（ 3）设计电源电压欠压保护：在电机工作是，由于电网的供电不稳定或者冲击等原因，可能出现电源电压降低的情况，当电源电压降低到额定电压的 75%时，视作欠压状态，在欠压状态下持续运行电动机亦会对电动机造成伤害，此时欠压保护必须即使动作同时发出相应的声光报警信号。制方案选择：第 15 页共 33 页（ 1）在电源进线母线上并接电压变送器，把 0压变换成 420入拟量输入模块。（ 2）在主电机回路上加电流互感器，主回路计算中得出主电机线电流额定值是 60A，所以互感器选择规格为 100/5，把 0成 0 5A 电流。互感器二次侧电路中应串联接入电流变送器，并配备电流表显示数据，通过电流变送器把 0 5A 电流变换成 4准电流信号，接入拟量输入模块。（ 3）主电机采用星三角转换启动，转换时间由部不另配时间继电器。（ 4）主电机的启动、联锁条件：母线电压正常，允许启动冷却泵；母线电压正常、冷却泵处于运行状态时，允许启动主电机。母线欠电压、主电机电流极大（主电机短路保护）、冷却泵停止时主电机立即停止并声光报警；主电机过流过大（过载保护）持续 1分钟，主电机停止并声光报警。（ 5）主电机的制动采用电气反接制动。采用一台速度传感器，当要求主电机停止时，正转接触器断开、反转接触器接通，同时限流电阻接通。当转速低于设定值时，反转接触器断开。 (个) 软元件名称电机停止按钮 1 电机点动按钮 1 电机正转按钮 1 电机反转按钮 1 却泵停止按钮 1 却泵启动按钮 1 电机转)闭合信号 1 电机转)闭合信号 1 电机角形)闭合信号 1 电机形)闭合信号电机过载故障信号 1 却泵运行信号 1 却泵过载故障信号 1 速传感器低信号 1 O 主电机转) 1 第 16 页共 33 页主电机转) 1 电机角形) 1 电机形) 1 电机动电阻旁路) 1 却泵接触器 1 电机正转信号灯 1 电机反转信号灯 1 电机停机信号灯 1 泵电机运行信号灯 1 泵电机停机信号灯 1 压报警型号灯 1 流报警信号灯 1 警蜂鸣器 1 I 母线电压信号 1 电机电流信号 1 计： 4点， 4点，点。根据以上测点统计，本设计采用三菱展一块有 6点、 6点、点，满足要求。：第 17 页共 33 页图块接线图图 I 扩展模块接线图第 18 页共 33 页序动作过程详解（ 1）由于设置程序互锁，母线电压正常的情况下，允许启动冷却泵。按下冷却泵启动按钮，冷却泵启动。按下冷却泵停止按钮，冷却泵停止运行。（ 2）母线电压正常、冷却泵运行信号正常，允许启动主电机。按住主电机点动按钮，合，主电机星形接法慢速运行；松手点动按钮，这三个接触器断开，主电机停止。按下主电机正向启动按钮，合，主电机星形启动。触器吸合后，延时一段时间（ 5S）后，断开合电机转成三角形接法正常运行。按下主电机停止按钮，开，通，反向电源通过限流电阻接入电机实现反接制动；延时一段时间（ 2S）或者转速传感器低速信号回来后，断开机停车。如果要反向运转，按下反向按钮，合，之后转和正转启动顺序一样延时转成三角形接法，电机正常运行。按下停车按钮，接制动、停车。（ 3）母线电压、主电机电流接入先进行一系列数据类型、量程转换，把采集回来的 00流数据。再经过比较，产生出电流上限（电流上上限（电压下限（个变量。（ 4）当主电机电流达到上限（，程序判断主电机过流，延时 1分钟，如果仍然过流，则强行进入停车流程，反接制动后停车。当电流达到上上限（，程序判断主电机短路，立即断开有接触器，电机自由停车。如果冷却泵意外停止，程序判断冷却泵故障，立即断开机自由停车。如果母线电压小于下限（，程序判断母线欠电压，主电机、冷却泵全部联锁停车，主电机回路立即断开机自由停车。冷却泵止运行。制回路外围设计为了降低设备的故障率、减小电气柜占地面积，外围电气元件及接线做到最简化，只留了必须的外围元件。逻辑控制功能只有正反转互锁、星三角互锁，以及热继电器过载保护功能，其他的包括星三角转换、反接制动停车、主电机和冷却泵的联锁等都在序内部完成。外围原理图如第 19 页共 33 页下：形图程序组态：（ 1）母线电压、主电机电流的转换及相关上下限联锁的生成采集 0 号模块 1 通道实际值到储器。因为块 4204000，而电压变送器量程是 0400V，所以数据是实际电压 10。当母线电压小于标准电压 380285V）时，输出出声光报警，消除欠压后，按下停机按钮复位。采集 0号模块 2通道实际值到流变送器量程是 0100A 对应数是 04000，经过转换后电流值存在电流值大于额定电流的 66A）时，延时 60S 后输出延时器件过流信号消失则恢复正常运行；当电流值大于额定电流的（ 90A）时，立即输出（ 2）冷却泵启停当母线电压正常、冷却泵热继电器正常时，按下冷却泵启动按钮，冷却泵开始运行；按下停止按钮，冷却泵停止。当运行过程中出现欠电压或者冷却泵过载情况，冷却泵立即停止。（ 3）主电机启动当电压正常、冷却泵已经运行时，主电机可以启动。如果出现欠电压、过电流、电机短路、冷却泵停机、主电机热继电器跳闸等情况出现时，主电机联锁停车。按住点动按钮，电机以星形正转的状态动作，正转指示灯闪烁。按下正转按钮，电机进入星形正转运行状态，正转指示灯闪烁；延时 5S 后，转入三角形正转运行状态，正转指示灯常亮。星形运行状态下，接触器合 ;三角形运行状态下，接触器合 . （ 4）主电机停车正常运行时按下主电机停止按钮，进入停车模式。停车模式下，正向接触器断开、反向接触器闭合、三角接触器继续保持闭合、限流电阻旁路接触器断开，电机反向制动。当电机转速降到低速后，退出停车模式，所有接触器断开，电机停止运转。第 20 页共 33 页第 21 页共 33 页第 22 页共 33 页第 23 页共 33 页第 24 页共 33 页 4 床模拟样机器及设备模拟样机制作使用的仪器及设备：（ 1）计算机一台（ 2）三菱编辑程序控制器（ 3） 2A/D 模块一个（ 4）三相异步电机两台（ 5）空气开关一个（ 6）交流接触器、中间继电器、型号灯、按钮开关各若干（ 7）剥线钳、导轨、线槽等常用电气工具气开关的选择空气开关也就是空气断路器，是最常用的也是功能最完善的配电系统保护电器之一，可以实现短路、过载、接地故障、失压以及欠电压保护。根据不同需要，空气开关可配备不同的脱扣器或继电器。脱扣器是空气开关总体的一个组成部分。脱扣器来可以实现空气开关的保护功能。自动空气开关通常选用电动机保护型，应按来选择。在动时，为满足电机的超载运行，最大电流选择电动机额定电流的。自动空气开关的电流 = （ A=90A150A 应该选取：德力西电气自动空气开关交流接触器的选择交流接触器的构成分为四个部分，电磁系统、触头、灭弧装置以及绝缘外壳。电磁系统又由线圈、动铁芯和静铁芯组成。触头指的是是三组主触头和一组常开或常闭的辅助触头，触头和铁芯是相互联动的。一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置 ,大容量的接触器在触点分离时会产生电弧而带来高热，对触头带来致命的损坏，所以大容量的接触器必须配备灭弧装置，用于迅速切断电弧 ,免于烧坏主触头。当线圈通电时 ,静铁芯产生电磁吸力 ,将动铁芯吸合 ,由于触头系统是与动铁芯联动的 ,因此动铁芯带动三条动触片同时动作 ,主触点闭合 ,和主触点机械相连的辅助常闭触点断开，辅助常开触点闭合，从而接通电源。当线圈断电时 ,吸力消失 , 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离 ,使主触头断开 ,和主触点机械相连的辅助常闭触点闭合，辅助常开触点断开，从而切断电源。根据模拟样机工作参数，如电压、电流、功率、频率及工作制等可以确定选用交流接触器，触器为防护式，动作结构为直动式，触头为双断点，具有体积小，重量轻、功耗低、寿命长、安全可靠等特点，适用于模拟样机的电气参数和工程要求。空气温度 24小时内其平均值不超过+35 ；海拔不超过2000m 第 25 页共 33 页大气条件在40 摄氏度时的大气相对温度不超过50%，在较低温度下可以比较高的相对湿度，最湿月的平均最低温度不超过+25 ，该月的月平均最大相对湿度不超过90%。并考虑因温度变化发生在产品上凝露污染等级 3级安装类别类安装条件安装面与垂直面倾斜度不超过5 冲击振动产品应安装和使用在无显著摇动、冲击和振动的地方。安装方式接触器除用螺钉安装外，还可用35标准卡轨安装。交流操作40 流保护的模拟模拟样机采用可调电位器模拟电流变送器送出的标准电流信号，经现过流保护的模拟。主电

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