全自动双面钻电气控制系统设计说明书

一 正文 4 1 1 概述 4 1 1 机电传动控制概述 4 1 2 课程设计 5 2 2 总体设计 5 2 1 控制要求的分析 5 2 2 液压控制回路中电磁阀被控逻辑表达式 6 3 3 局部设计 6 3 1 原理图 6 3 1 1 主电路 6 3 1 2 控制电路 7 3 1 3 辅助电路 照明显示 9 3 2 接线图 10 3 3 元件选型 10 1 电动机的选型 10 2 熔断器的选型 10 3 热继电器的选型 11 4 交流接触器 中间继电器与时间继电器的选型 11 5 照明与显示灯的选型 11 6 变压器的选型 11 7 按钮及刀开关的选型 11 二 小结 12 三 参考文献 12 四 附录 13 附表 1 元器件选型明细 表 13 附图 1 原理 图 14 附图 2 接线 图 15 0 一 课程设计目的一 课程设计目的 本课程是机械制造及自动化专业的专业必修课 课程设计的目的和任务在于使学生掌 握机械设备电器控制的基本知识 基本原理和基本方法 以培养学生对电气控制系统的分析 和设计的基本能力 加深学生对课程内容的理解 验证理论和巩固 扩大所学的基本理论 知识 二 课程设计内容二 课程设计内容 一 机床概况 本机为专用千斤顶油缸两端面钻孔加工的组合机床 采用装在动力滑台上的左 右两 个动力头 电机均为 1 5KW 同时进行切削 动力头的快进 工进及快退均由液压油缸驱 动 液压系统采用两位四通电磁阀进行控制 并用死挡铁方法实现位置控制 动作程序如 下 1 零件定位 人工将零件装入夹具后 采用定位油缸动力定位以保证零件的加工尺 寸 2 零件夹紧 零件定位后 夹紧油缸动作使零件固定在夹具内 同时定位油缸退出 以保证滑台入位 3 滑台入位 滑台带动夹具一起快速进入加工位置 4 加工零件 左右动力头进行两端面切削加工 动力头到达加工终点 即停止工进 快速退回原位 动力头停转并能耗制动 5 滑台复位 左右动力头退回原位后滑台复位 6 夹具松开 当滑台复位后夹具松开 取出零件 液压系统的油泵电机 370W 由电磁阀 YV1 YV5 控制 其动作表如下 YV1YV2YV3YV4YV5 定位 SB1 夹紧 YJ1 入位 YJ2 工进 SQ1 SQ5 退位 SQ2 SQ4 复位 SQ3 SQ6 1 全自动双面钻工作原理 全自动双面钻液压系统图 二 设计要求 1 动力头为单向运转 停车采用能耗制动 2 只有在油泵工作 油压达到一定的压力后 由油压继电器控制 才能进行其它控 制 3 专用机床能进行半自动循环 又能对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 有必要的过电流保护和联锁 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 7 绘制电气原理图 A3 8 列出元件明细表 9 绘制电气接线图 A3 三 设计步骤 1 电动机的选择 根据设计要求需配备 4 台电动机 油泵电机 M1 冷却泵电动机 M2 动力头电动机 M3 M4 根据设计要求查阅相关手册选择电机型号 注明所查阅的手册的名称 页码 2 绘制工步循环图 根据系统的动作状态表绘制工步循环图 3 电气原理图的设计 要求有详细的分析过程 1 主电路设计 2 控制电源的设计 3 控制电路的设计 根据设计要求列出各执行电器的逻辑表达式 4 局部照明与信号指示电路的设计 5 机床工作原理分析 4 电气元件型号的选择 1 电源开关的选择 2 热继电器的选择 3 接触器的选择 4 继电器的选择 5 行程开关的选择 2 6 熔断器的选择 7 按钮的选择 8 照明灯及灯开关的选择 9 指示灯的选择 10 控制变压器的选择 5 电气接线图的绘制 1 电器元件按外形绘制 并与布置图一致 偏差不要太大 2 所有电器元件及其引线应标注与电气原理图相一致的文字符号及接线回路标号 3 接线图中应标出配线用的各种导线的型号 规格 截面积及颜色等 3 全自动栓面钻电气控制系统设计全自动栓面钻电气控制系统设计 一 一 正文正文 1 1 概述概述 1 11 1 机电传动控制概述机电传动控制概述 机电传动 又称电力传动或电力拖动 是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之 总称 它的目的是将电能转变为机械能 实现生产机械的启动 停止以及速度调节 满足 各种生产工艺过程的要求 保证生产过程正常运行 在现代工业中 为了实现生产过程自动化的要求 机电传动不仅包括拖动生产机械的 电动机 而且包括控制电动机的一整套控制系统 也就是说 现代机电传动是和由各种控 制元件组成的自动控制系统紧密地联系在一起的 所以 本课程被命名为 机电传动控制 也称为 机械电气控制 从现代化生产的要求出发 机电传动控制系统所要完成的任务 从广义上讲 就是要 使生产机械设备 生产线 车间甚至整个工厂都实现自动化 从狭义上讲 则专指控制电 机驱动生产机械 实现产品数量的增加 产品质量的提高 生产成本的降低工人劳动条件 的改善以及能源的合理利用 例如 一些精密机床要求加工精度达百分之几毫米 甚至几 微米 重型镗床为保证加工精度和控制表面粗糙度 要求能在极慢的稳速下进给 即要求 能在很宽的范围内调速 轧钢车间的可逆式轧机及其辅助操作频繁 要求在不到一秒的时 间内疚能完成从正转到反转的过程 即要求能迅速地启动 制动和反转 对于电梯和提升 机 要求启动和制动平稳 能并能准确地停止在给定的位置上 对于冷 热连轧机以及造 纸机的各机架或各部分 要求它们的转速保持一定的比例关系 以便进行协调运转 为了 提高效率 要求对由数台或数十台设别组成的生产自动线实行统一控制和管理 诸如此类 要求 都是靠电动机及其控制系统和机械传动装置来实现的 在近代机械工业的发展过程中 机电传动的发展 经历了一个复杂的过程 1 电机的拖动的发展过程如下 成组拖动 多电机拖动 不同 机构由单独电机拖 动 单电机拖动 2 控制系统的发展过程如下 继电器控制接触器控制电机放大机控制 磁放大器控制电力功率晶体管控制计算机数字控制 PLC 由整个发展过程 不难看出 随着机械加工要求不断提高 机电传动控制系统的复杂 度也在不断增加 本课程的重点在与控制部分 如何利用电气元件或计算机控制电气来拖 动机械实现所要求的功能 在设计控制系统时 就要求设计人员对执行元件 电动机 控 制元件的熟练掌握与运用 同时也要求对控要求进行了解 4 1 21 2 课程设计课程设计 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 2 总体设计总体设计 2 12 1 控制要求的分析控制要求的分析 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 5 2 22 2 液压控制回路中电磁阀被控逻辑表达式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 YV1 KA1 SB1 YJ1 YV2 KA2 YJ1 SQ3 AQ6 YV3 KA3 YJ2 SQ2 SQ4 YV4 KA4 SQ1 SQ5 SQ2 SQ4 YV5 KA5 SQ2 SQ4 SQ3 SQ6 3 3 局部设计局部设计 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 13 1 原理图原理图 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 6 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 7 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 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 YV1YV2YV3YV4YV5 定位 SB1 夹紧 YJ1 入位 YJ2 工进 SQ1 SQ5 退位 SQ2 SQ4 复位 SQ3 SQ6 8 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 我们增加一盒压力继电器 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 具体电路图如下 9 图 4 辅助回路 照明与显示 设计图 3 23 2 接线图接线图 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 33 3 元件选型元件选型 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 8 M2 Y2 801 8 M3 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 10 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 1 1 2 2 3 3 P550 I 1 45A U380 P180 I 0 47A U380 P2200 I 5 8A U380 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 RN RmaxN I 1 52 5 I I 1 52 5 II 单支路 多支路 故计算得 N1 N2 N3 4 I3A I1A I23 2A 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 6 2 5 FR2 LR1 D09306 整定电流范围 1 1 6 FR3 LR1 D09310 整定电流范围 4 6 FR4 LR1 D09310 整定电流范围 4 6 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 KM0 4 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 KA1 5 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 4 60s 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 4 60s 5 照明与显示灯的选型 11 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 SB2 SB6 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 SB2 SB6 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 蓝色 QS0 DZ20 100 3 红色 二 二 小结小结 在全自动双面钻控制系统的改造中 由于触摸屏的使用省去了传统控制方法中的开关 按钮 指示灯和仪表等 这样也相应的减少了 PLC 的 I O 点数 使得控制柜的体积变小 配 线减少 方便了安装和调试 良好的人机界面 完善的监视功能和保护措施 不但方便操作 而且系统性能更加安全可靠 受到用户的好评 三 三 参考文献参考文献 1 邓星中等 机电传动控制 第四版 华中科技大学出版社 2007 7 2 李正吾 赵文瑜等 新电工手册 上册 安徽科学技术出版社 2003 4 3 周小群等 简明电工使用手册 安徽科学技术出版社 2006 6 12 四 四 附录附录 附表 1 元器件选型明细表 符号名称型号规格数量