机电接口技术课程设计

1、 机械设计制造及其自动化专业课程设计任务书机械设计制造及其自动化专业课程设计任务书 编号： 课程名称： 机电接口技术 办学单位： 阎良学习中心 设计题目 M1 FU2 一台普通机床的 PLC 控制系统设计 1 主传动交流电动机 冷却泵电动机短路保护熔断器 1 学生姓名M2 FU3 卜建锋 1 冷却泵交流电动机 照明电路短路保护熔断器 1 课程设计目的与要求： 一、目的：过课程设计的教学实践，使学生所学的基础理论和专业知识得到巩固，并使学生得到运用所学理论知识解决实际问题的初步训练；课程设计的设置应使学生接触和了解实际局部设计从收集资料、方案比较、计算、绘图的全过程，进一步提高学生的分析、综合能

2、力以及工程设计中计算和绘图的基本能力，为今后毕业设计做必要的准备。 要求: 1.被改造设备的概况。 2.数控机床的工作原理。 3.设备改造程序。 4.设计梯形图。 二、课程设计内容： 三、课程设计进度安排： 1、查阅资料 1 天 2、设计并绘制电气控制原理图 2 天 3、设计 PLC 控制程序 2 天 4、 模拟调试 2 天 5、撰写课程设计说明书 2 天 天 1 答辩 1 M3 快速移动交流电动机 KM 1 短路限流电阻交流接触器 KM1 1 冷却泵交流电动机启停交流接触器 KM2 快速移动交流电动机交流接触器 1 主轴电动机正转交流接触器 1 KM3 KM4 1 主轴电动机反转交流接触器

3、KT1 1 电流表时间继电器 轴电动机启停反接制动中间继电器 1 KA 快速移动电动机启停限位开关 SQ1 1 FR1 1 主轴电动机过载保护继电器 1 FR2 冷却泵电动机过载保护继电器 1 冷却电动机停止按钮 SB1 SB5 控制电路短路保护断路器 1 FU4 FU5 照明 EL 1 主轴电动机反转反接制动速度继电器 1 KS1 1 KS2 主轴电动机正转反接制动速度继电器 监视电流表 1 A 1 启动与反接制动限流电阻 R 指导教师签字SB2 主轴电动机反接启动按钮 1 办学单位意见 教学班负责人签字、分校盖章_ 年 月 日 SB1 冷却电动机启动按钮 1 反接制动按钮 SB4 1 1

4、SB5 冷却电动机停止按钮 SB4 1 反接制动按钮 1 SB6 冷却电动机电动按钮 附件 2 陕西广播电视大学 机械设计制造及其自动化专业（本科） 课程设计 机电控制与可编程序控制器技术 控制系统设计 PLC 一台普通卧式车床的 目 题 姓 名： 卜建锋 学 号： 1361001268319 专 业： 机械设计制造及其自动化 次： 层 年 级： 13 秋 学 校： 阎良学习中心 工作单位： 指导老师： 完成时间： 目录 一、普通卧式车床控制简介. .1 1 PLC 控制线路设计.1 2. 电气控制线路特点.1 3. 控制线路概述.2 二、控制系统内容及基本步骤.3 1. 控制要求.3 2.

5、确定 I/O 设备.3 3. PLC 的选择.3 4. 分配 I/O .4 5电器元件选择.4 三、PLC 对普通卧式车床的工作原理.5 1. 主电动机正反转控制.5 2. 主电动机电动控制.6 3. 主电动机电动停止和反接制动.6 4. 主电动机反接制动.7 5. 主电路工作电流监视.8 6. 冷却及快速电动机控制.8 四、电器元件一览表.9 五、C650 车床电气控制原理电路.11 六、参考文献 .12 一、普通卧式车床控制简介一、普通卧式车床控制简介 一 、PLC 控制线路设计 1. 主电路设计 根据电气传动的要求，由接触器 1KM、2KM、3KM 分别控制电动机1M、2M、3M。 机床

6、的三相电源由电源引入开关 Q 引入。主电动机 1M 的过载保护，由热继电器1FR 实现，它的短路保护可由机床的前一级配电箱中的熔断器充任。冷却泵电动机 2M 的过载保护，由热继电器 2FR 实现。快速移动电动机 3M 由于是短时工作，不设过载保护。电动机 2M、3M 设有短路保护熔断器 1FU。 2. 控制电路设计 考虑到操作方便，主电动机 1M 可在操作板上和刀架上分别设起动和停止按钮1SB、2SB、3SB、4SB 进行操纵，接触器 1KM 与控制按钮组成自锁的起停控制电路。 冷却泵电动机 2M 由 5SB、6SB 进行起停操作，装在操作板上。 快速电动机 3M 工作时间短，为了操作灵活由按

7、钮 7SB 与接触器 3KM 组成点动控制电路。 3. 信号指示与照明电路设计 可设电源指示灯 2HL（绿色） ，在电源开关 Q 接通后，立即发光显示，表示机床电气线路已处于供电状态；设指示灯 1HL（红色）表示主电动机运行。这两个指示灯可由接触器 1KM 的动合和动断两对辅助触点进行切换通电显示。 在操作面板上设有交流电流表 A，它串联在电动机主回路中，用以指示机床的工作电流。这样可根据电动机工作情况调整切削用量使主电动机尽量满载运行，提高生产率，并能提高电动机功率因数。 设照明灯 HL 为安全照明（36V 安全电压） 。 4. 控制电路电源。 考虑安全可靠及满足照明指示灯的要求，控制线路的

8、电压为 127V，照明电压为36V，指示灯电压为 6.3V。 。 二 、电气控制线路的特点 （1）主轴正反转用正反向接触器进行控制 1 （2）主电机功率为 30kw，但应不经常启动，所以采用直接启动 （3）为了对刀和工件进行调整，主轴电动机控制线路设置有电动环节 （4）为了调高工作效率，主轴电动机采用反接制动，在反接制动时，为减小制动电流，定子回路串入限流电阻 R，在点动时，R 叶串入定子回路，防止频繁点动时使主电动机过热 （5）未检测主轴电动机定子大电流，通过电流互感器介入电流表。为防止主轴电动机的启动电流以及反接制动电流对电流表造成冲击，在主轴电动机启动和反接制动时，与电流表并联一个时间继

9、电器的通电延时打开的常闭触电 （6）加工螺纹时，为了保证工件的旋转速度与刀具的进给速度间的严格传动比关系，刀架的进给运动也由主轴电动机拖动 （7）为了减轻工人的劳动强度和节省辅助工时，专门设计了一台 2.2kw 的电动机拖动溜板箱快速运动 （8）加工时为了防止刀具和工件的温度过高，用一台电动机驱动的冷却泵供给切削液实现冷却。冷却泵电动机在主轴电动机开动后方可起动旋转。 三、 控制线路概述 该机床电气线路较为复杂，主电路由四台三相异步交流电动机及其附属电路原件组成，除冷却泵电动机采用开关直接启动外，其余三台异步电动均采用解除其直接启动。 M1 是主轴电动机，功率为 3kw，由交流接触器 KM1

10、控制其启动与停止。热继电器 FR1 是过载保护电器。短路保护电器是总电源开关中的电磁脱扣装置。 M2 是摇臂升降电动机，功率为 1.5kw 可做正向转动和反向转动。接触器 KM2 和KM3 分别是摇臂升降电动机正向转动和反向转动与停止控制电器。 M3 是液压油泵电动机，功率为 0.75kw，可做正向转动和反向转动。做正向转动和反向转动的启动与停止由交流接触器 KM4 和 KM5 控制，热继电器 FR2 是液压油泵电动机的过载保护电器。该电动机的主要作用是供给夹紧装置压力油，实现摇臂与立柱的夹紧与松开。 M4 是冷却泵电动机，功率很小，只有 90w，由开关直接启动与停止，应为功率很小，所以未设置

11、过载保护器。 主电路电源电压为交流 380v，自动空气断路器 QF1 作为电源引入开关。控制线路电源电压为交流 110v，信号灯电源电压为 6v，均由控制变压器 TC1 提供电源，2 照明电压为 24v，由 TC2 提供电源 控制线路，照明电路和信号灯电路均有相应的自动空气断路器中的电磁脱扣作为短路保护电器。 二. 控制系统内容及基本步骤 一 深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求 a被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。 b控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制任务分成几个独立的部分，有利于编成和测试。 二 确定

12、I/O 设备 根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入设备、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。 三 选择合适的 PLC 类型 PLC 类型，包括机型容量的选择、I/O 模块的选择、电源模块的选择等，从对产品的熟程度及产品本身的可靠性及改造的要求，我们选择三菱系列的产品。 （1）输入输出(I/0)点数的估算 I/O 点数的确定应以控制设备所需的所有输入/输出点数总和为依据。在一般情况下，PLC 的 I/O 点应该有适当的余量。通常根据统计的输入输出点数，再增加 10%20%的可扩展余量后，作为

13、输入输出点数估算数据。 C650 车床 PLC 改造所需的输入点数为：17 点；所需的输出点数为 7 点；所需I/O 点数一共需要：24 点，所以我们选择的 PLC 的型号所需的 I/O 点数至少为： 24*（1+10%）=27 点 （2）PLc 存储器容量的估算 程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小，因此存储器容量应大于程序容量。容量的计算大体上是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上3 模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数(16 位为一个字)，另外再按此数的 25%考虑余量。该 PLC 有 24 点且为数字量，则所需的存储容量估算为： 24*15*（1+

14、25%）=450 （字） 450*16/1024=7.3KB 取整： 8KB （3）LC 通讯功能的选择 该 PLC 需要满足的通讯功能没有特殊的要求。 （4）电源的选择 根据我国的电网用电实用标准，我们选择电源为 AC220 的 PLC （5）PLC 机型的选择 PLC 的类型：PLC 按结构分为整体型和模块型两类;整体型 PLC 的 I/0 点数较少且相对固定，因此用户选择的余地较小，通常用于小型控制系统。 在这里，根据控制系统的要求，与以上分析与计算，我们选择三菱 FX2 系列的整体型 PLC，型号为： FX2N-48MR-001 输入点： 24，24 继电器输出 四 分配 I/O 一般

15、输入点和输入信号，输出点和控制信号是一一对应的。分配好后，按系统分配的通道和接点号，分配给每一个输入输出信号，即进行编号。在个别情况下也有两个信号用一个输入点的那样就应在接入输入点前，岸逻辑关系接好线（如两个接点先串联或并联） ，然后在接入输入点。 五 选择电气元件 1. 电源引入开关 Q。 Q 主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接启停电动机，可按电动机额定电流来选。中、小型机床常用组合开关，选用 HZ10-25/3 型，额定电流为 25A，为三极组合开关。 2. 热继电器 1FR、2FR。 主电动机 1M 额定电流为 23A，1FR 应选用 JR040 型热继电器，热元件电流为25A，整定

16、电流调节范围为 1625A，工作时将额定电流调整为 23A。 同理，2FR 应选用 JR10-10 型热继电器，选用 1 号元件，整定电流调节范围是0.400.64A，整定在 0.43A。 3. 熔断器 1FU、2FU、3FU。 4 1FU 是对 2M、3M 两台电动机进行保护的熔断器，其熔体电流为 2.6770.43I7.6A R2.5 可选用 RL1-15 型熔断器，配 10A 的熔体。 2FU、3FU 选用 RL1-15 型熔断器，配 2A 的熔体。 4. 接触器 1KM、2KM、3KM。 接触器 1KM，根据主电动机 1M 的额定电流 IN=23A，控制回路电源为 127V，需主触点三

17、对，动合辅助触点两对，动断辅助触点一对等情况，选用 CJ10-40 型接触器，电磁线圈电压为 127V。 由于 2M、3M 电动机额定电流很小，2KM、3KM 可选用 JZ7-44 型交流中间继电器，其线圈电压为 127V，触点电流为 5A，可完全满足要求，对小容量的电动机常用中间继电器充任接触器。 三. PLC 对普通卧式车床的工作原理 一、主电动机正反转控制 1.正转控制 按下主电机正转按钮 SB2，第 6 支路 X2 闭合，由于 X3、M102 均未动作，所以 M101 通电并通过第 7 支路的 M101 自锁。引起以下 3 个结果： 第 8 支路 M101 闭合，T1 开始 0.5S

18、计时； 第 12 支路 M101 辅助常闭触头断开，使反转起动辅助继电器 M102 断电，实现正转与反转的互锁。 第 17 支路的 M101 闭合，Y2 通电，主电路中 KM3 吸合，使串电阻 R 短接。 当第 8 支路 T1 延时 0.5S 到达后，导致第 9 支路 T1 闭合，因第 9 支路的 Y1处于闭合状态，所以 Y0 通电；敬第 15 支路的 Y0 断开，主电路中主触头 KM1 闭合。电动机 M1 正向起动运行。 5 2.T1 的延时作用 T1 延时 0.5S 确保了主电路中 KM3 先吸合，使串电阻 R 短接，然后再接通 M1正转控制主触头 KM1；否则，接触器 KM1、KM3 接

19、通的指令几乎同时从 PLC 控制软件中发出，可能导致 KM1 先接通、KM3 后接通，串电阻 R 不能先短接。 电动机 M1 起动后，转速上升，当转速升至 100r/min 时，速度继电器的正转触头 KS1 闭合，第 22 支路的 X11 闭合，为正转反接制动作好准备。 3.反转控制及 T2 延时 按下 SB3，电动机 M1 将反向起动运行，通过 T2 延时 0.5S 的作用确保主电路中 KM3 先吸合，使串电阻 R 短接，然后再接通 M1 反转主触头 KM2。 二、主电动机点动控制 按下正转点动按钮 SB1，第 2 支路和第 5 支路的 X1 均闭合，通过第 2 支路的X1 使第 1 支路的

20、 M103 通电，并通过第 3 支路的 M103 自锁。同时第 22 支路的M103 也闭合，为 T3 通电作好准备。 车床一旦上电，第 5 支路的 M110 立即闭合，此时因本支路中的 X1 闭合，所以 M100 通电，使第 10 支路 M100 闭合，第 9 支路 Y0 通电，第 22 支路的常闭辅助触头 Y0 断开。 车床电气控制主电路中因第 9 支路 Y0 通电，接触器主触头 KM1 吸合，主电动机 M1 正转起动升速，转速大于 100r/min 后，速度继电器的正转触头 KS1 保持闭合。同时第 22 支路的 X11 闭合，为反接制动作好准备。 三、点动停止和反接制动 1.M1 断电

21、降速 松开正转点动按钮 SB1，第 2 支路和第 5 支路的 X1 均断开，第 5 支路的 M100断电，第 10 支路的 M100 随即断开，第 9 支路 Y0 断电，第 22 支路的 Y0 触头闭合。导致主电路中主触头 KM1 断开，主电动机 M1 断电降速运转。 2.M1 反接制动 由于降速初期，速度继电器触头 KS1 处在闭合状态，所以第 22 支路中的 X11闭合，加之本支路的 Y0 触头闭合，所以 T3 通电，开始延时。 T3 延时到达后，第 16 支路的 T3 触头闭合，导致第 15 支路 Y1 通电，主电路中主触头 KM2 吸合，主电动机 M1 反接制动。 6 3.反接制动结束

22、 转速降到低于 100r/min 时，速度继电器的正转触头 KS1 断开，第 22 支路的X11 断开，使 T3 断电，第 16 支路的 T3 触头断开，第 15 支路的 Y1 随之断电。 主电路中 KM3 主触头断开，反接制动结束，主电动机 M1 停转。 4.T3 的延时作用 T3 延时 0.5S 的作用是确保先断开 KM1，再接通 KM2；否则 KM2 先于 KM1 断开前接通，将导致主电动机 M1 绕组烧损。 四、主电动机反接制动 1.主电动机断电 按下停止按钮 SB，第 4 支路 X0 断开，M110 断电，使第 5 支路的常开触头M110 断开，不再执行 MC 至 MCR 之间的主控

23、电路，第 9 支路的 Y0 因之断电。 主电路中 KM1 断开，主电动机 M1 断电降速，但只要主电动机 M1 转速大于100r/min，速度继电器的正转触头 KS1 仍闭合，而第 1 支路的 M103 因自锁而通电。 按下停上按钮 SB 会使第 9 支路的常闭辅助触头 X0 断开，Y0 断电，电气控制主电路中受 Y0 控制的主触头 KM1 将断开。 2.进入反接制动状态 松开停止按钮 SB，使 SB 由按下状态切换成未按下状态，则第 4 支路 X0 恢复闭合，M110 通电，第 5 支路的 M110 闭合，接通并执行 MC 至 MCR 之间的主控电路。 第 1 支路中的常闭辅助触头 X0 也

24、恢复闭合，所以 M103 通电，此时第 22 支路的 M103 保持闭合。由于主电动机 M1 转速大于 100r/min，KS1 处于闭合状态，第 22 支路的 X11 保持闭合，导致 T3 通电，计时开始。 当 T3 计时时间到达后，第 16 支路的 T3 闭合，使第 15 支路的 Y1 通电，主电路中 KM2 闭合，电动机 M1 进入反接制动状态，主电动机 M1 迅速降速。 3.T3 延时的作用 T3 延时 0.5S 作用体现在电气控制主电路中，KM1 主触头先断开，0.5S 后 KM2主触头再闭合，杜绝了 KM1 与 KM2 瞬时的同时接通状态，有助于避免电动机绕组烧损。 4.M1 停转

25、 当主电动机 M1 降速至 100r/min 以下时，速度继电器的正转触头 KS1 断开，使7 KM2Y1 断开，断电，主电路中失电，导致第 16 支路的 T322 支路的 X11 断开，T3 M1 停转。断开，反接制动结束，主电动机 5.反转停止进入反接制动M10.5S 先后接通，电动机 KM3、KM2 间隔 若起动时按下 SB3，主电路中主触头 SB，将进入反转停止反接制动过程。将反向起动运行。之后松开停止按钮 五、主电路工作电流监视中必有一个通电，所 M102、 主电动机正反转起动过程中，因辅助继电器 M101 闭合，导致 T5 计时开始。计时到达后，第 21 支路的以第 19 支路的

26、T5 通电，10S 进行工作电流监视，从而使 A 通电，主电路中的常闭触头 KT 断开，交流电流表 Y5 避开较大的起动工作电流。A 六、冷却及快速电动机控制均为单向运转，控制较为简单。当按下 M3M2、快速移动电动机 冷却泵电动机冷却泵电动Y3 通电并自锁，25 支路的 X5 闭合，冷却泵电动机起动按钮 SB5 时，第断电，冷却泵电动 Y3 支路的 X4 断开，25 机 M2 起动；而按下停止按钮 SB4 时，第 断电停转。机 M2 起动；松开通电，快移电动机 M3 支路的 27X6 闭合，Y4 按下限位开关 SQ，第 断电停转 SQ 限位开关，快移电动机 M3 8 名称及用途数量符号电器元件一览表 9 名称及用途数量符号 主轴电动机短路保护熔断器 1 FU1 10 C650C650 车床电气控制原理电路车床电气控制原理电路 参考文献 125-130 ：高等教育出版社,2002 1 武可庚编著.