专用镗孔机床的电气控制系统设计说明书

东东北北林林业业大大学学 课 程 设 计 论文题目 专用镗孔机床的电气控制系统设计 学 生 指导教师 学 院 机电工程学院 专 业 机械电子工程 2009 级 3 班 2012 年 7 月 课 程 设 计 任 务 书 论文题目 专用镗孔机床的电气控制系统设计 指导教师 专 业 机械电子工程 2009 级 3 班 学 生 2012 年 7 月 13 日 题目名称题目名称 专用镗孔机床的电气控制系统设计 任务内容 包括内容 计划 时间安排 完成工作量与水平具体要求 任务内容 包括内容 计划 时间安排 完成工作量与水平具体要求 机床概述 专用镗孔机床用于大批量生产某零件的镗孔与铰孔加工工序 机床主运动采用动力头 由 Y100L 6 型 1 5kW 4A 三相异步电动机拖动 单向运转 该设备能进行镗孔加工 当更换刀具和改变进给 速度 时 亦能进行铰孔加工 有镗孔与铰孔加工选择 加工动作流程如图1 所示 a 快进 快退 手动操作 原位 起动 SQ5 SQ1 工进 1 SQ3 停 快进 快退 手动操作 原位 起动 SQ5 SQ2 工进 2 SQ4 停 b 图 1 加工动作流程图 进给系统采用液压控制 为提高工效 进给速度分快进与工进两种 且可以自动变换 液压系统中 的液压泵拖动电机为Y801 2 型 750W 1 9A 由电磁阀 YVl YV4 控制进给速度 动作要求如表1 所 示 表 1 液压控制动作要求 YV1YV2YV3YV4 快进 工进1 镗孔 工进2 铰孔 停 快退 为提高加工精度 主轴采用静压轴承 由Y801 2 型电动机拖动高压液压泵产生静压油膜 控制要求 1 主轴为单向运转 停车要求制动 采用能耗制动 2 主轴电动机与静压电动机的联锁要求是 先 起动静压电动机 静压建立后 由油压继电器控制 才能 起动主轴电动机 而停机时 要求先停主轴电动机 后停静压电动机 3 主轴加工操作 采用两地控制 加工结束自动停止 手动快退至原位 4 根据加工动作流程要求 设置镗孔加工及铰孔加工选择 5 应有照明及工作状态显示 6 有必要的电气保护和联锁 任务内容 任务内容 1 采用继电器 接触器控制 设计该机床的电气控制系统 1 根据控制要求设计主电路 2 根据主电路的控制要求设计控制 电路 3 根据照明 指示 报警等要求设计辅助电路 4 正确 合理地选择各电器元件 编制元件目录表 5 按 GB6988 电气制图 标准绘制电气原理线路图 并按GB5094 电气技术中的项目代号 要求标注器件的项目代号 2 采用PLC 控制 设计该机床的电气控制系统 1 根据控制要求选择PLC 型号 并分配I O 端口 2 设计I O 电路 选择电气元件 3 绘制控制程序梯形图 编制用户程序语句表并进行模拟调试 3 撰写课程设计说明书 按东北林业大学毕业论文格式撰写 主要包括以下内容 总体方案的选择说明 原理线路设计说明 各控制要求如何实现 主要参数计算及主要电器元件选择说明 编制元件明细表 附上控制原理图 梯形图等设计图纸 注 要求提交纸质文件和电子版各一份 设计参考资料设计参考资料 电气控制原理与设计 机电传动控制及其他有关教材 电工手册 工厂常用电气设备手册 低压电 器手册 PLC 编程手册 其他设计手册等 目录目录 1 1 专用镗床的电气控制线路分析专用镗床的电气控制线路分析 1 1 1 镗床的主要结构 1 1 3 镗床的电力拖动方式及电气控制要求 1 2 2 专用镗床继电器接触器控制系统设计专用镗床继电器接触器控制系统设计 2 2 1 专用镗床继电器 接触器控制系统主电路设计 2 2 2 专用镗床接触器 继电器控制系统控制线路设计 3 2 3 专用镗床接触器 继电器控制系统控制流程 4 2 4 镗床接触器 继电器控制系统控制过程 4 3 3 镗床继电器接触器控制系统主要原件的选择镗床继电器接触器控制系统主要原件的选择 5 3 1 电动机的选择 5 3 2 接触器的选择 6 3 3 中间继电器的选择 6 3 4 熔断器的选择 6 3 5 专用镗孔机床各主要电气元件型号选择一览表 7 4 4 专用镗孔机床可编程控制器控制系统设计专用镗孔机床可编程控制器控制系统设计 7 4 1 专用镗孔机床可编程控制器控制系统 I O 口分配表 7 4 2 专用镗床可编程控制器控制系统硬件接线图 9 4 3 专用镗孔机床可编程控制器控制系统梯形图 10 4 4 专用镗床可编程控制器控制系统控制过程 12 4 5 专用镗床可编程控制器控制系统 CPU 的选择 12 5 5 结束语结束语 13 参考文献 1 专用镗床的电气控制线路分析 1 1 镗床的主要结构 镗床的床身是一个整体铸件 在它的一端固定有前立柱 在前立柱的垂直 导轨上又安装有镗头架 镗头架可沿垂直导轨上下移动 在镗头架里集中里装 有主轴 变速箱 进给箱和操纵机构等部件 切削刀具一般安装在镗轴前端的 锥形孔里 或安装在花盘的刀具溜板上 在切削过程中 镗轴一面旋转 一面 沿轴向作进给运动 而花盘只能旋转 装在他上面的刀具溜板可作垂直主轴轴 线方向的径向进给运动 镗轴和花盘轴分别通过各自的传动链传动 可以独立 转动 后立柱位于镗床床身的另一端 后立柱上的尾座用来支撑装夹在镗轴上 的镗杆末端 它与镗头架同时升降 两者的轴线始终在同一水平直线上 根据 镗杆的长短 可通过后立柱沿床身水平导轨的移动来调整前 后立柱之间的距 离 1 2 镗床的运动形式 1 主运动 镗轴和花盘的旋转运动 2 进给运动 镗轴是轴向进给 花盘上刀具的径向进给 镗头架的垂 直进给 工作台的横向和纵向进给 3 辅助运动 工作台的回转 后立柱的轴向水平移动 尾座的垂直移动及 各部分的快速移动 1 3 镗床的电力拖动方式及电气控制要求 镗床由两台电动机拖动 主轴电动机 M1 和静压电动机 M2 主轴电动机 M1 用来驱动镗轴或花盘的旋转 并通过变速箱的传动产生镗轴 花盘 静压电机 M2 用于启动时先于主轴运动产生静压油膜 当停车时 主轴先停 止运动之后静压电机停止动作 工作台及镗头架的进给运动通过液压缸及两个三位五通阀进行控制 镗床的电气控制要求如下 1 主轴为单向运转 停车要求制动 采用能耗制动 2 主轴电动机与静压电动机的联锁要求是 先起动静压电动机 静压建立 后 由油压继电器控制 才能起动主轴电动机 而停机时 要求先停主轴电动机 后停静压电动机 3 主轴加工操作 采用两地控制 加工结束自动停止 手动快退至原位 4 根据加工动作流程要求 设置镗孔加工及铰孔加工选择 5 应有照明及工作状态显示 6 有必要的电气保护和联锁 2 专用镗床继电器接触器控制系统设计 2 1 专用镗床继电器接触器控制系统主电路设计图 继电器接触器控制主电路图如图 2 1 图图 2 12 1 主电路设计图主电路设计图 主电路中设计主电机 M1 静压电机 M2 熔断器 FU 和 FU1 熔断器 FU 用作电源保护 FU1 用于短路保护 接触器 KM1 主触点控制主电 动机的启动 接触器 KM2 的主触点控制静压电机 接触器 KM3 主触点以及 RP 和 变压器组成主电动机的能耗制动 FR 为热继电器保护电路 由于主电动机选用 Y100L 6 型 1 5kW 4A 三相异步电动机 则电动机的空 载电流I0为 I0 30 40 4A 1 2 1 6 A 变压器二次侧电压取 U2 1 11RIZ 变压器二次侧电流 I2 1 11IZ 变压器容量为 S U2I2 2 2 专用镗床接触器继电器控制系统控制线路设计 镗床 RLC 控制线路如图 2 2 图图 2 2RLC2 2RLC 控制线路设计控制线路设计 其中 SB1 为紧急停止按钮 SB2 为启动按钮 SB3 为工作台运动到工进停止位置后的手动复位开关 SA 为镗孔 铰孔选择开关 SQ1 为在镗孔工作下的工进开始位行程按钮 SQ2 为在铰孔工作下的工进开始位行程按钮 SQ3 为在镗孔工作下工进自动结束行程按钮 SQ4 为在铰孔工作下工进自动结束行程按钮 SQ5 为停止位行程开关 QS 为照明电路开关 2 3 专用镗床接触器继电器控制系统控制流程 镗床控制流程图见下图 2 3 图图 2 32 3 控制流程图控制流程图 2 4 镗床接触器继电器控制系统控制过程 按下开始按钮 SB2 接触器线圈 KM2 得电 KM2 主触点闭合 静压电动机启 动 KM2 辅助触点闭合 在 SB2 处形成自锁 在按下开始按钮 SB2 的同时 时间继电器 KT1 得电 延时时间到 时间继 电器触点 KT1 闭合 中间继电器 KA1 得电 中间继电器 KA1 触点闭合 在 KT1 触点处形成自锁并且使接触器 KM1 线圈得电 接触器 KM1 线圈得电 KM1 主触点闭合 主电动机启动 KM1 辅助触点闭合 在 KA1 辅助触点处形成自锁并且使电磁阀线路接通 通过主令控制器 SA 选择工作方式 使 KA3 或 KA4 中间继电器得电 1 选择进行镗孔控制 线圈 KA3 得电 中间继电器 KA3 触点闭合 电磁阀控制部分得电 YV1 YV4 通电 快进 运动到行程开关 SQ1 SQ1 常闭触点断开 只有 YV1 通电 工进 镗孔 运动到行程开关 SQ3 SQ3 常闭触点断开 电磁阀控制部分断电 停车 按下复位按钮 SB3 中间继电器 KA2 线圈得电 KA2 辅助触点闭合 在 SB3 处行成自锁并且 YV1 YV3 通电 运动台快退 运动到行程开关 SQ5 SQ5 组合开关按下 接触器 KM1 断电 KM1 主触点 断开 切断电动机电源 接触器 KM3 时间继电器 KT 得电 KM3 的主触 点闭合 给电动机两相绕组通入直流电流 进行能耗制动 延时时间到 KT 触点断开 KM2 线圈断电 主触点断开切断直流电源 2 选择进行铰孔控制 线圈 KA4 得电 中间继电器 KA3 触点闭合 电磁阀控制部分得电 YV1 YV4 通电 快进 运动到行程开关 SQ2 SQ2 常闭触点断开 常开触点闭合 YV1 YV2 通 电 工进 铰孔 运动到行程开关 SQ4 SQ4 常闭触点断开 电磁阀控制部分断电 停车 按下复位按钮 SB3 中间继电器 KA2 线圈得电 KA2 辅助触点闭合 在 SB3 处行成自锁并且 YV1 YV3 通电 运动台快退 运动到行程开关 SQ5 SQ5 组合开关按下 接触器 KM1 断电 KM1 主触点断 开 切断电动机电源 接触器 KM3 时间继电器 KT 得电 KM3 的主触点闭合 给电动机两相绕组通入直流电流 进行能耗制动 延时时间到 KT 触点断开 KM2 线圈断电 主触点断开切断直流电源 3 镗床继电器接触器控制系统主要原件的选择 3 1 电动机的选择 专用镗孔机床所应用的电动机主要有 主电动机 静压电动机 液压泵拖动 电动机 主电动机型号 Y100L 6 型 1 5kW 4A 三相异步电动机 静压电动机型号 Y100L 6 型 1 5kW 4A 三相异步电动机 液压泵拖动电动机型号 为 Y801 2 型 750W 1 9A 3 2 接触器的选择 接触器选型主要依据 种类 负载类型 主回路参数 负载类型 在镗孔机床中接触器负载为交流电源 380V 负载情况 需要频繁启动 所控制的电动机功率为 750W 使用环境 为厂房使用 环境恶劣 参 数 额定电流为 9A 额定电压为 220V 综上选择接触器型号为 3TS29 32 3 3 中间继电器的选择 中间继电器可作为保护用 也可作为自动装置控制用 以增加保护的控制 回路的触点数量及容量 扩大控制范围的提高控制能力等 机械作用要素 主要指振动 冲击 碰撞等应力作用要素 专用镗孔机床在 厂房的工作环境下有很大的振动 宜选用采用平衡衔铁机构的小型中间继电器 激励线圈输入参量要素 主电动机为 Y100L 6 型 1 5kW 4A 三相异步电动 机拖动 液压系统中的液压泵拖动电机为Y801 2 型 750W 1 9A 故额定电流为 4A 额定电压 额定功率 额定电流 375V 综上所述中间继电器应选用 JDA1 44A 3 4 熔断器的选择 1 照明电路 熔体额定电流 被保护电路上所有照明电器工作电流之和 2 电动机 单台直接起动电动机 熔体额定电流 1 5 2 5 电动机额定电流 多台直接起动电动机 总保护熔体额定电流 1 5 2 5 各台电动机 电流之和 降压起动电动机 熔体额定电流 1 5 2 电动机额定电流 绕线式电动机 熔体额定电流 1 2 1 5 电动机额定电流 3 配电变压器低压侧 熔体额定电流 1 0 1 5 变压器低压侧额定电 流 4 并联电容器组 熔体额定电流 1 3 1 8 电容器组额定电流 根据题目要求主电动机为 Y100L 6 型 1 5kW 4A 三相异步电动机拖动 液 压系统中的液压泵拖动电机为Y801 2 型 750W 1 9A 故额定电流为4A 额定电压 额定功率 额定电流 375V 综合所述熔断器选择 RL1 5 和 RL1 2 3 5 专用镗孔机床各主要元器件型号选择一览表 专用镗孔机床主要元件及型号如表 3 1 表表 3 13 1 镗孔机床各部分原件明细表镗孔机床各部分原件明细表 静压电动机 M2 主电动机 M1 液压泵拖动电机 RLC 主电路熔断器FU Y100L 6 型 1 5kW 4A 三相异步电动机 Y100L 6 型 1 5kW 4A 三相异步电动机 为Y801 2 型 750W 1 9A RL1 5 辅助控制电路熔断器FU1 接触器KM1 接触器KM2 接触器KM3 急停按钮 启动按钮 手动操作复位按钮 中间继电器 KA1 中间继电器 KA2 通电延时时间继电器 KT 通电延时时间继电器 KT1 行程开关 SQ1 行程开关 SQ2 行程开关 SQ3 行程开关 SQ4 行程开关 SQ5 选择开关 SA RL1 2 3TS29 32 3TS29 32 3TS29 32 XB5ASS42C XB7EA31C XB7EA33C JDA1 44A JDA1 44A JSK 10 1 JSK 10 1 LX32 2 LX32 2 LX32 2 LX32 2 LX32 2 XB5AD33C 4 专用镗孔机床可编程控制器控制系统设计 4 1 专用镗孔机床可编程控制器控制系统 I O 口分配表 专用镗孔机床可编程控制器控制系统 I O 口的分配如表 4 1 表表 4 14 1 专用镗孔机床专用镗孔机床 PLCPLC 控制控制 I OI O 分配表分配表 I 口接线端O 口接线端 I0 0 启动按钮 SB2 Q0 1 电磁阀 YV1 I0 1 行程开关 SQ1 Q0 2 电磁阀 YV2 I0 2 行程开关 SQ2 Q0 3 电磁阀 YV3 I0 3 行程开关 SQ3 Q0 4 电磁阀 YV4 I0 4 行程开关 SQ4 Q0 5 静压电动机 I0 5 行程开关 SQ5 Q0 6 主电动机 I0 6 方式选择开关 SA I0 7 方式选择开关 SB I1 1 手动操作按钮 SB3 4 2 专用镗床可编程控制器控制系统硬件接线图 专用镗床可编程控制器控制系统的硬件接线如图 4 1 图图 4 14 1 专用镗床专用镗床 PLCPLC 控制硬件接线控制硬件接线 4 34 3 专用镗孔机床可编程控制器控制系统梯形图专用镗孔机床可编程控制器控制系统梯形图 镗床可编程控制系统梯形图如图 4 2 图图 4 24 2 专用镗床专用镗床 PLCPLC 控制梯形图控制梯形图 4 4 专用镗床可编程控制器控制系统控制过程 1 触发 I0 0 经过 T37 常闭开关 T37 启动接触器 M0 2 M0 2 触点动作 形成自锁并且启动输出端口 Q0 5 启动静压电动机 2 经 I0 0 启动定时器 T37 定时时间到 T37 常开触点闭合 触发 M0 4 3 M0 4 触点触发 Q0 6 主电动机启动 4 通过 I0 7 和 I1 1 选择工作方式 并触发相应的 M0 6 M0 7 5 经 M0 6 和 M0 1 触点触发 Q0 1 和 Q0 4 镗床进行快进 进行镗孔工作方式 经 I0 7 触发 M0 6 经由 M0 6 和 M0 1 触点触发输出口 Q0 1 镗床进行 工进 1 发形成开关 I0 3 第 9 10 条指令断电 工作台停止 进行铰孔工作方式 经 I1 1 触发 M0 7 经由 M0 7 和 M0 1 触点触发输出口 Q0 1 经由 M0 7 触点触发输出口 Q0 4 镗床进行工进 2 触发形成开关 I0 4 第 11 12 13 条指令断电 工作台停止 6 运动台运动到 I0 5 触发常闭触点断开 第 5 条指令断电 Q0 6 断 电 主电动机停止 7 I0 5 常开触点闭合 触发 M0 3 经由 I0 5 和 M0 3 触发定时器 T38 8 经由 M0 3 主触点主电机接入直流电源进行能耗制动 9 T38 定时时间到 触点断开 镗床停车 4 5 专用镗床可编程控制器控制系统 CPU 的选择 在 PLC 选型是时主要是根据所需功能和容量进行选择 并考虑维护的方便 性 备件的通用性 是否易于扩展 有无特殊功能要求等 1 PLC 输入 输出点确定 I O 点数选择时要留出适当余量 由控制要求可 知有 8 个输入口 则输入的点数可选择 8 点或 16 点 控制对象可知有 5 个 则 输出点数可以小于 8 点 可选择 8 点 综合以上两点 选择输入输出点数 16 点 2 PLC 存储容量 系统有模拟量信号存在或进行大量数据处理时容量应选 择大一些 专用镗孔机床 PLC 控制程序设计步骤 200 步之内存储容量小于 20K 选择 8K 即可 3 输出类型 通常由于专用镗孔机床由交流 220V 三相异步电机拖动 则 选择继电器输出型 MR 有触点 可带交直流负载 或双向晶闸管输出型 MS 无 触点 可带交流负载 都可 4 存储维持时间 一般存储约保持 1 3 年 与使用次数有关 若要长期或掉电保持 应选用 EEPROM 存储 不需备用电源 也可选外用存储卡盒 PLC 的扩展 可通过增加扩展模块 扩展单元与主单元连接的方式 扩展模块 有输入单元 输出单元 输入 输出一体单元 扩展部分超出主单元驱动能力时 应选用带电源的扩展模块或另外加电源模块给以支持 5 PLC 的联网 PLC 的联网方式分为 PLC 与计算