全自动双面钻电气控制系统设计说明书 (2).doc

学 号： 毕业设计课程名称NGW行星轮减速器设计教学院专 业班 级姓 名指导教师 2014年5月8日 2总体设计32.1 控制要求的分析32.2液压控制回路中电磁阀被控逻辑表达式43局部设计43.1 原理图43.1.1 主电路43.1.2 控制电路53.1.3 辅助电路（照明显示）73.2 接线图83.3 元件选型8（1） 电动机的选型8（2） 熔断器的选型8（3） 热继电器的选型9（4） 交流接触器、中间继电器与时间继电器的选型9（5） 照明与显示灯的选型9（6） 变压器的选型9（7） 按钮及刀开关的选型94小结105参考文献106附录11附表1：元器件选型明细表11附图1：原理图12附图2：接线图13全自动双面钻电气控制系统设计1.课程设计在本次课程设计中，我们完成的是“全自动双面钻床控制系统”的设计任务。此次课程设计的目的旨在学会利用电气元件（继电器接触器）的控制方法，故在整个设计过程中，要求使用的元件为传统控制系统中的继电器、接触器来实现钻床的全自动工作过程。另外，在本次课程设计中，我们还应学会如何设计主回路、控制回路以及辅助回路（照明与显示）。同时，在回路的总体连接上，要熟悉设计的技巧；在液压控制回路的设计中，要学会利用“起保停”电路来实现液压系统的控制。通过本次课程设计，除了复习掌握已学过的电气知识外，还应熟悉控制系统的设计流程与设计方法，从而增加自己的阅历，提高自己的工作能力。2.总体设计2.1 控制要求的分析任务书中的控制要求有以下几点：（1） 动力头位单向运转，停车采用能耗制动；（2） 只有在油泵工作，油压达到一定压力后（由油压继电器控制）才能进行其他的控制；（3） 专业机床能进行半自动循环，又能各个动作单独进行调整；（4） 需要一套局部照明装置以及工作状态指示灯；（5） 有必要地过电流保护和连锁；（6） 钻孔过程中需用冷却泵进行冷却，冷却泵电动机功率为0.125kW。由上述控制要求，可分析出以下几点：（1） 在主回路中仅需对电机的启停进行控制和对动力头电机进行能耗制动的设计，不需控制正反转；（2） 在液压回路的液压泵附近处应添加压力继电器，并在液压控制回路的首端加入该压力继电器的常开触点，以实现满足油压后才能进行其他控制的要求；（3） 对于机床的半自动循环，可以采用起保停电路来实现，而对于各个动作的单独调整则可在控制首端加入万能转换开关，并对各个动作设置手动按钮来实现该控制要求；（4） 控制回路中可添加辅助回路，以控制照明和显示功能；（5） 在每个电动机的连接处，均接入一个适合的热继电器，以实现过热保护，在主回路中各个支路与主电源相连接处均接入一个适合的熔断器，以实现过流保护（短路保护），而在控制回路与变压器相连处也应接入适合的熔断器，同样实现过流保护；（6） 增选一个冷却泵，并接入主回路，在控制回路中加设一支路，通过按钮控制冷却泵的启停。2.2 液压控制回路中电磁阀被控逻辑表达式据分析，电磁阀被控逻辑表达式如下：3.局部设计在局部设计中，我们主要完成三部分内容：原理图、设计元器件选型、接线图的设计。这三部分内容是整个设计的核心部分，通过这部分，我们得出了整个设计的结果：两张A3图纸，一张元器件明细表。（见附录）3.1 原理图在原理图的设计部分，我们将其分为3大模块进行分工设计。其中包括有主电路模块的设计、控制电路模块的设计与辅助电路模块的设计三部分。而在控制电路模块中，我们将其又分为电机控制电路与液压控制回路两部分。辅助回路中主要包括有照明与显示电路部分。3.1.1 主电路主电路的设计中主要应满足一下几点要求：（1） 动力头电机应实现能耗制动；（2） 动力头电机、液泵电机、冷却泵电机三者应分开接向主电源，并由不同的接触器控制；（3） 三种电机君应实现短路保护（过流保护）与 过热保护；（4） 电源处应有一个总闸控制电源的关断。对于要求（1）我们将左右动力头的两电机接在同一个接触器上进行控制，然后在接触器的首位接上一个可控的直流电源（由变压器和整流桥组成）来实现。对于要求（2）我们选用三个接触器来控制三种不同功率的电动机，并分开三个回路来控制即可。对于要求（3）我们选用合适的熔断器，在三个回路接向电源出接上相应的熔断器来实现短路保护；再选用合适的热继电器，在接向电动机处接如相应热继电器来实现过热保护。对于要求（4）我们在电源处，添加一个刀开关QS即可。具体电路图如下：图1 主回路电路设计图3.1.2 控制电路在控制回路中，主要有两部分：电机控制回路与液压控制回路。这两部分均应接向110V交流电压，故该回路与主回路相连接时，应将主电源的L1、L2相接如变压器来降压，以提供110V的两相交流电。（1）电机控制回路在控制电机时，为满足动力头电机的能耗制动，我们利用时间继电器来控制直流电源的延时断开。在三种电机的启停控制上，我们利用接触器的“起保停”电路来控制，我们分别加入启停按钮。而在动力头电机的停止上，我们利用联动开关来控制，以其常闭触点为停止，常开触点为直流电源的接入。这样，保证了动力头电机的停止，同时也接入了能耗制动。另外，我们在主电路的最后加上了一个急停回路，利用接触器KM0与刀开QS0关来控制。同时，在控制回路的起始端接入接触器KM0的常闭触点，来实现急停功能。具体电路图如下： 图2 电机控制回路设计图（2） 液压控制回路在液压控制回路中，应分为自动控制和手动控制两部分。在自动控制中，主要由行程开关（SQ1到SQ6）、压力继电器（YJ1与YJ2）和按钮SB1来共同控制电磁阀（YV1到YV5）来实现整个动作。其动作表如下：YV1YV2YV3YV4YV5定位（SB1）+-夹紧（YJ1）+-入位（YJ2）-+-工进（SQ1SQ5）-+-退位（SQ2SQ4）-+-+复位（SQ3SQ6）-表1 液压回路电磁阀被控一览表由上表可知，在设计液压控制回路时，可以直接利用起保停电路直接控制电磁阀的动作。在表中，每一列以第一个“+”为该电磁阀的得电信号，而以连续“+”后的第一个“-”为失电信号。但应该注意的是行程开关的串并联关系：在夹紧动作时（YV2），若要使其失电，则应两动力头均达复位位置才可松开，故此时SQ3与SQ6应为并联关系；在工进或退位时（YV4、YV5），若要使其得电，则只要有一个行程开关的信号，则应该立即动作，故SQ1与SQ5或SQ2与SQ4应为并联关系；在要求入位、工进或退位（YV3、YV4、YV5）的停止信号时，必须两个行程开关均有信号才可失电，故此时SQ2与SQ4或SQ3与SQ6应为串联关系。在手动控制中，我们利用万能选择开关来控制自动与手动的转换。另外，在控制电磁阀（YV1到 YV5）的电路上，我们直接设计5个按钮（SB2到SB6）来实现手动调节。在万能转换开关与110V交流电源连接的部分，我们增加一个压力继电器YJ0，以实现在液压回路中达到一定压力才进行控制动作的要求。具体电路图如下：图3 液压控制回路设计图3.1.3 辅助电路（照明显示）在辅助回路中，主要包含有照明灯的控制与显示灯的控制。照明灯所需电源为24V交流电，而显示灯所需电源为6V交流电。故将它们分别有变压器TC的不同变压接口引出即可。照明灯应与总电源开关相同时亮灭，故在电源刀开关QS选型的时候应选择有三个主触点并带有一对常开常闭辅助触点的刀开关，并将照明灯的控制接入刀开关QS的辅助常开触点。在本设计中，我们共设置了3个指示灯（HL1、HL2、HL3），分别为启动、工进与急停。故它们分别由交流接触器KM1、KM3、KM0的辅助常开触点来控制。另外，在控制回路的起始端（即由变压器TC引出的3端110V、24V、6V）应设置短路保护。故在该处分别接上相合适的熔断器。具体电路图如右：3.2 接线图在接线图的设计上，我们首先对箱体内元器件进行排版：第一排为总闸、变压器与熔断器；第二排为时间继电器、交流接触器；第三排为急停闸、整流桥与热继电器；第四排为中间继电器。总共4排，并在每排间安排走线槽，便于安装与维修。然后，我们在箱盖上按功能将按钮与指示灯排列出来。另外对于放置在其他设备上的器件，我们也一同画在了接线图的左端。在以上两部分的中间，我们选用一个接线端子来将其进行连接。该接线端子的作用主要是将电柜箱体内的线走出来，防止因导线杂乱而造成的事故发生。在接线图的下部分，放置了万能转换开关与接地铜板，它同样是放在箱体内部的。这样排版是为了方便接线工人识图。最后我们将原理图中各线编号，以该编号对应在接线图上进行连线。另外，在万能转换开关的编号中，由于该开关有外线与内线之分，故我们以4位数将其编号，前两位为外线号，后两位为内线号。3.3元件选型（1） 电动机的选型根据任务书中要求得知液泵电动机M1的功率为370W，冷却泵电动机M2的功率为0.125kW，动力头电动机M3、M4的功率均为1.5kW。而工业用电一般都为380V三相交流电，故查3，选择功率相近的电动机得一下结果：M1：Y2-90L-8M2：Y2-801-8M3、M4：Y2-100L1-4其中，M1功率0.55kW，转速660r/min；M2功率0.18kW，转速630r/min；M3、M4功率2.2kW，转速1430r/min。（注：在实际设计当中，应同时考虑工况、班制等选择因素）（2） 熔断器的选型根据选择出的电机型号，可大致计算该电机工作时的最大电流：再根据以下经验公式，计算出所需熔断器的最大允许电流值：故计算得：另外，根据经验，控制回路中的电流最大不会超法国5A，照明显示回路电流最大不会超过2A，故查2，并选择熔断器结果如下FU1：RL-15/4,最大熔断电流4A；FU2：RL-15/2,最大熔断电流2A；FU3：RL-60/25,最大熔断电流25A；FU4：RL-15/6,最大熔断电流6A；FU5：RL-15/2最大熔断电流2A。（3） 热继电器的选型根据前面算出的电动机工作电流，查2可直接选出热继电器，得如下结果：FR1：LR1-D09307，整定电流范围1.62.5；FR2：LR1-D09306，整定电流范围11.6；FR3：LR1-D09310，整定电流范围46；FR4：LR1-D09310，整定电流范围46。（4） 交流接触器、中间继电器与时间继电器的选型根据前面计算出的电动机工作电流值，可知交流接触器的工作电流应在10A以内，而由设计的原理图知交流接触器所需要的主触点为3对辅助触点不超过2常开2常闭，再根据380V三相交流电的要求，查2，可选出交流接触器如下：KM04：CJ20-10，允许功率4kW，辅助触点2常开2常闭。由于控制回路中，电压为110V交流电，且根据控制回路设计图得知中间继电器所需触点不超过4常开4常闭，故查2，可选择中间继电器如下：KA15：JZ14-44J/Z，110V吸引线圈电压，触点数4常开4常闭。由于动力头电动机的能耗制动时间较短，故可确定在0.460s的范围内。根据110V交流电，同样查2，选择时间继电器如下：KT：JS7-1A，110V吸引线圈电压，定时时间调节范围0.460s。（5） 照明与显示灯的选型根据经验，一般照明灯使用的是24V交流电，故查2得，照明灯选择型号为：AD1-22/11。在我们设计的系统中，有三种指示灯：启动、工进以及急停。根据经验，启动指示灯一般用绿色，工进用黄色，急停用红色。而工厂中，一般指示灯使用电压为6V。故查2，选择指示灯型号如下：启动：AD1-22/11，电压6V，绿色；工进：AD1-22/11，电压6V，黄色；急停：AD1-22/11，电压6V，红色。（6） 变压器的选型由于我们设计的系统中，需要将380V三相交流电转换成110V、24V、6V等三种不同压值的交流电，故选择变压器时应同时考虑考虑变压器的容量与接处的点数。查3，选择变压器结果如下：TC：BK-100，4变压接出头。（7） 按钮及刀开关的选型在液压控制回路中，共有6个常开按钮。其中SB2SB6为手动控制按钮，故可选择黄色；SB1为定位启动按钮，故选择绿色。在电机控制回路中，共有3个常开按钮、2个常闭按钮与1个联动开关。其中SB11、SB21、SB31为电机启动按钮，故可选择绿色；SB10、SB20为电机停止按钮，故选择红色；SB30为联动开关，控制动力头电机的停止，同时14也开始能耗制动，故也选择红色。查2，选择按钮型号如下：SB1：LA19-11，绿色；SB2SB6：LA19-11，黄色；SB11、SB21、SB31：LA19-11，绿色；SB10、SB20：LA19-11，红色；SB30：LAZ-11A/XR，红色。而在整个设计中，我们用到了两个刀开关，总闸一个（即控制电源，又控制照明灯），急停一个。故总闸刀开关QS选用蓝色；急停刀开关QS0选用红色色。查2选择刀开关如下：QS：DZ20-100/3，；QS0：DZ20-100/3 。二、 小结作为一个工科学生，实践是我们最好的学习手段，而在校期间，仅有的课程设计是我们唯一的实践机会。把握好课程设计的这个学习机会，我们可以学到许多课本中无法学到的知识。 在本次课程设计中，我们总共经历了控制要求的分析、原理图的设计、元器件的选型接线图的设计以及设计资料整理等5个过程。在每个过程中我们都学到了很多的知识，积累许多经验，并了解了整个设计的过程。 在原理图的设计上，我们学到了如何灵活利用“起保停”电路来实现我们所需的控制要求。另外我们还学会了如何分工，将整个原理图划分为主回路、控制回路、辅助回路灯3个部分，然后分别进行设计。而在控制回路中，我们还可以划分为电机控制回路和液压控制回路等两个模块。这样，经过细分后的原理图，就变得简单明了，设计起来就很容易明确目的，快速的完成任务。同时，为了实现半自动半手动控制的生产线要求，我们利用万能转换开关，在设计自动回路时，同时也添加了手动控制按钮，这样就更方便手动调节。三、 参考文献1邓星中等，机电传动控制（第四版），华中科技大学出版社，2007.72李正吾、赵文瑜等，新电工手册（上册），安徽科学技术出版社，2003.43周小群等，简明电工使用手册，安徽科学技术出版社，2006.64低压电器及应用 主编：郑凤翼 人名邮电出版社 1999年11月第1版5常用低压电器手册 主编：杨国福 化学工业出版社 2009年1月第1版四、 附录附表1：元器件选型明细表符号名称型号规格数量M1液压泵电动机Y2-90L-8AU380V,0.55kW,660r/min1M2冷却泵电动机Y2-801-8AU380V,0.18kW,630r/min1M3、M4动力头电动机Y2-100L1-4AU380V,2.2kW,1430r/min2KM0