机床电气控制电路设计

第六章机床电气控制电路设计,6.1机床电气设计的基本原则6.2机床常用电器元件选择6.3机床电气电路设计6.4电气位置图的绘制,目录,61机床电气设计的基本原则一、机床电气设计的的基本要求1、熟悉所设计机床（设备）的总体技术要求及工作过程，弄清其它系统对电气控制系统的技术要求。2、了解机床（设备）的现场工作条件，供电情况及测量仪表的种类。3、通过技术经济分析，选择性能价格比最佳的传动方案和控制方案。4、设计简单合理、技术先进、工作可靠、维修方便的电气控制电路。进行模拟试验，验证控制电路能否满足机床的工艺要求。5、保证使用的安全性，贯彻最新国家标准。,6.1机床电气设计原则,1、拟定电气设计的技术条件（任务书）。2、确定电力传动方案和控制方案。3、确定电动机容量。4、设计电气控制原理图。5、选择电气元件及装置；制定电气设备装置、元件、器件的清单及设备，易损件的清单。6、绘制电气安装图、位置图、互联连图。7、设计电气柜、操作台、配电板及非标准件与零件。8、编写设计计算说明书及使用说明书。包括顺序说明、维修说明及调制方法。,二、机床电气设计的的内容及设计步骤,二、内容及步骤,三、电气设计的技术条件1、用户供电电网的种类、电压、频率及容量。2、有关电气传动的基本特性。3、有关电气控制的特性。4、有关操作方面的要求。5、机床主要电气设备的参数及布置框图。,三、技术条件,四、机床电力传动方案的确定1、确定机床传动的调速方式。2、传动方式与其负载特性相适应。3、电动机的起制动和正反转的要求。,四、电力传动方案确定,五、机床电气控制方案的确定1、机床电气控制方案的可靠性。2、电气控制方案的确定。,五、控制方案确定,六、控制方式的选择1、时间控制利用时间继电器或PC的延时单元，它将感测系统接受的输入信号经过延时一段时间后才发出输出信号，从而实现电路切换的时间控制。2、速度控制利用速度继电器或测速发电机，间接或直接地检测某机械部件的运动速度，来实现按速度原则的控制。3、电流控制利用电流继电器，它的动作反映了某一电路中的电流变化，从而实现按电流原则的控制。4、行程控制利用生产机械部件与事先安排好位置的行程开关进行相互配合，而达到位置控制的作用。,六、控制方式选择,七、确定电动机容量理论分析为依据，要经过试验校准。量计算的基本步骤：1、根据生产机械提高的功率负载图P=f(t)或转矩负载图Mt=f(t)预选一台电动机。,七、确定电动机容量,2、根据负载进行发热校验，将校验结果与预选电动机参数进行比较。3、若发现预选电动机的容量太大或太小，则重新选择，直到电动机容量得到充分利用。4、再校验其过载能力与起动转矩是否能阿门女足拖动要求。发热校验计算主要有：平均损耗法；等效发热法等。,一、电器元件的可靠性正确选用好元件，对控制系统电路的设计式很重要的。,62机床常用电器元件选择,6.2机床元件电器选择,二、电器元件选择的基本原则1、根据对控制元件功能的要求，确定电器元件类型。2、确定元器件承载能力的临界值及使用寿命。电压、电流、功率。3、确定元器件预期的工作环境及关于情况。如防油、防尘、货源等。4、确定元器件在应用时所需的可靠性等。确定用以改善元器件失效率的老化或其它筛选式样那。采用与可靠性预计相适应的降额系数。进行一些必要的计算或校核。,二、元件选择的基本原则,三、电器元件的选择1、各种按钮、开关的选用1）按钮根据控制功能，选择按钮的结构形式及颜色。根据同时控制的路数，选择触头对数及类型。2）刀开关根据电源种类、电压等级、用电设备容量、所需极数及使用场合来选用。,三、电器元件的选择,3）组合开关根据电源种类、电压等级、用电设备容量、所需极数及使用场合来选用。4）行程开关根据控制功能、安装位置、电流电压等级、触头种类及数量来选择结构和型号。5）自动开关（自动空气开关）除考虑额定电流和电压外，还应考虑用于短路保护的电磁瞬时脱扣器电流整定值应约大于电流最大短路电流。,2、接触器选用主要考虑主触头的额定电流、额定电压、吸引线圈的电压等级其次考虑辅助触头的数量和种类、操作频率等。1）吸引线圈的电压等级应等于控制电流的电压。2）主触头额定电压应满足UecUex。,2、接触器选择,额定电流,式中：K经验常数，一般取11.4Ue电动机额定电压（V）Iec被选定接触器的额定电流Uec被选定接触器的额定电压Uex线路额定电压Ic接触器主触头电流Pe被控电机功率（KW）,3、中间继电器的选用1）根据触点数量和种类确定型号2）吸引线圈的额定电压应等于控制电路的电压等级。4、时间继电器的选用1）考虑延时方式、延时范围、延时精度要求、瞬时触头数量等。2）延时精度不高选空气阻尼式，直流断电延时选价格较低的电磁式；延时范围大切精度高的选晶体管或电动机式。,3、中间和时间继电器,5、热继电器的选用1）根据电动机的额定电流来确定热继电器的额定电流及发热元件的电流等级。2）星型接线的电动机可选两相或三相结构形式，三角形接线的电动机应选带断相保护的热继电器。3）热元件的额定整定电流值，一般按电动机额定电流的0.951.05倍选用。4）热继电器的额定电流应大于或等于热元件的额定整定电流值。,5、热继电器,6、熔断器的选用1）根据电路的特点及参数求出熔体电流，再根据熔体电流大小选择熔断器的额定电流来确定其规格型号。2）对负载电流较平稳的电气设备，如照明、电阻炉等，按额定电流进行选用。3）对具有冲击电流的电气设备，如电动机，则应用经验计算方法选用。对单台电动机长期工作（不经常启动），则：Ir=（23）Ied对于频繁起动的电动，则：Ir=（34）Ied,6、熔断器,对于多台电动机共用一组熔断器保护，则：,式中：Ir熔体额定电流Ied电动机额定电流Iemax容量最大的电动机之额定电流,除容量最大的电动机之外，其余电动机额定电流之和,63机床电气电路设计一、原理图设计的一般原则确定了传动方案及控制方案后，进一步设计控制电路原理图时，必须遵循以下原则：1、控制系统应满足生产机械的工艺要求；2、力求控制电流安全可靠，简单经济；3、合理选择各种电器元件；4、符合人机关系，便于维修；,6.3机床电器电路设计,二、控制电路电源选择及主回路设计1、控制电路电源的选择表613机床控制电路常用的电源电源,二、电源选择及主回路设计表6-13,2、主电路设计对于三相鼠笼式异步电动机，主要考虑：根据工艺要求，如何选择主电路电动机的起动方式、正反转控制及主电路的保护环节。应注意以下几个方面的问题：1）确定电动机是全压起动还是降压起动。,2、主电路设计,全压起动必须满足电源变压器容量足够大的条件。,式中：Seb电源变压器额定容量（kVA）Iq电动机全压起动电流（A）Ie电动机额定电流（A）Pe电动机额定功率（kW）若条件满足才能全压起动，反之必须采用降压起动,对于正反转控制方式，应防止误操作而引起的电源相间短路，必须在控制电路中考虑互锁保护。必须注意主电路中的熔断保护、过载保护及其它安全保护元件的选择及设置主电路与控制电路应保持严格的对应关系。,三、控制电路的经验设计法1、经验设计法的基本步骤1）收集分析现有国内外同类型机床的电气控制电路，使控制系统满足设计原则。2）根据生产机械对电气控制电路的要求，首先设计各个独立环节的控制电路，然后由各个控制环节之间的关系进一步拟定联锁控制电路及辅助电路的设计。包括主电路、控制电路合辅助电路等设计。,三、控制电路的经验设计法,主电路设计主要考虑电动机的起动、正反转、制动、点动及多速电动机的调速等控制电路设计主要考虑如何满足电动机的各种运转功能及生产工艺要求，包括实现加工过程自动化或半自动化的控制等。辅助电路设计主要考虑如何完善整个控制电路的设计，包括短路、过载、超程、零压、联锁、光电测试、信号、照明等各种保护环节。,3）合理选择各种电器元件，符合人机关系，便于使用合维修。4）全面检查所设计电路，在条件允许情况下，进行模拟试验，克服在工作过程中因误动作而产生的事故因数，逐步完善整个电气控制电路的设计。,2、经验设计法的基本特点1）其设计过程是逐步完善的一般不易获得最佳设计方案。但该方法简单易行，使用很广。2）需反复修改草图，故会影响设计速度。3）需要一定的经验才能进行设计，在设计中往往会因考虑不周而影响电路的可靠性。4）一般需要进行模拟试验。,2、经验设计法特点,3、设计中应注意的问题1）简化电路、减少触头，提高可靠性。合并同类触头利用转换触头在直流电路中利用半导体二极管的单向导电性来有效减少触头数利用逻辑代数进行电路化简,3、设计中注意的问题,2）正确联接电器的线圈3）避免在控制电路中出现寄生回路4）根据实际情况合理安排原理图中元件位置5）尽量减少电器a不必要的通电时间6）在误操作情况下应具有必要的保护环节,64电气位置图的绘制一、电器布置原则1、体积大和较重的电器应安装在控制板的下面2、安放发热元件时，必须主要电柜内所有元件的温升保持在它们的允许极限内。对散发大热量的元件，必须隔离安装，必要时可采用风冷。,6.4电气位置图的绘制,3、为提高电子设备的抗干扰能力，除采取接参考电位电路或公共连接等措施外，还必须把灵敏的元件分开、屏蔽或分开加屏蔽。4、元件的安排必须遵守规定的间隔和爬电距离。并考虑有关的维修条件。经常需要维护检修操作调整用的电器，安装位置要适中。5、尽量把外形及结构尺寸箱体的电器元件安装在一起，以利于安装和补充加工。布置要适当、均称、整齐、美观。,二、常用配线方式1、根据机床电器布置位置，绘制机床内部接线图。2、分线盒进线和出线的接线关系要表示清楚，接线板的线号要排列清晰，且便于查找及配线施工。见表618,二、常用配线方式,三、电气元件位置图的绘制元件位置图上必须明确电气元件（如接线板、杆接件、部件和组件等）的安装位置。其代号必须与有关电路图和清单上所用的