成型磨床电气控制系统设计概要

1、 实 验 指 导 书电 气 控 制 课程 设计 课程学 院:机电工程学院学 号: 专业(方向年级:电气工程及其自动化学 生 姓 名:曾水钻福建农林大学机电工程学院电气工程系2011年 11 月 1 日目录一、磨床电气控制系统设计任务书 (21. 设备概况介绍 (22. 控制系统设计要求 (3 二、 磨床 PLC 电气控制系统总体设计过程 (41. 总体方案说明 (42、 电气原理图 (43主电路设计 (64制电路分析 (75、主要参数计算 (156、制定电气元件目录表 (157、成型磨床控制顺序转移图 (218、成型磨床电路故障现象 (22三. 成型磨床电气控制工艺设计 (25四.指导书 .

2、(34五. 设计参考资料 (36成型磨床 PLC 控制系统设计一、磨床电气控制系统设计任务书1.设备概况介绍本机床用于各种特殊要求型面的磨削加工, 机床有四台电动机拖 动, 及磨头电动机拖动砂轮高速旋转, 采用 JW11 4(0.6kw,单向连 续工作。油泵电动机拖动油泵向液压系统供油,采用 JO2 14 4(0.8kw 单向连续工作。磨头升降电动机带动砂轮架上下移动,采 用 JW11 4正反转工作。 吸尘电动机供磨削加工中吸尘用, 采用 JW11 4驱动。加工时,工件置于电磁吸盘(36V/1.2A上,加工完毕退磁取下 工件。成型磨床2. 控制系统设计要求1 为调整砂轮位置,磨头升降采用点动控

3、制。为了停 位准确,应有制动控制(采用能耗制动 。上下极限位置应 有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。 2 磨头砂轮运转与电磁吸盘之间,应有电气连锁环节, 其要求是:只有在电磁吸盘通电并处于充磁吸着工件时,才 能启动砂轮电动机。磨削中,一旦发生失磁,砂轮电动机应自动停止运转,以确保安全。为了修整砂轮,在吸盘不通电 时,应能单独启动砂轮电动机。3 要有照明和必要的灯光显示。4 设置必要电气保护与联锁。二、磨床 PLC 电气控制系统总体设计过程 1.总体方案说明1 油泵电动机、磨头电动机、磨头升降电动机、吸尘电动 机分别由电动机 MA1、 MA2、 MA3、 MA4拖动。2 砂轮位置

4、调整,磨头升降采用点动控制。为了停位准确, 应有采用能耗制动。3 上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮 架不能升降移动。4 采用热继电器实现过载保护, 用以完成各个电动机系统的 过载保护。5 主电路用断路器,各负载回路和控制回路以及 PLC 控制 回路采用熔断器,实现短路保护。6 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板 用 BVR 型铜导线连接,电控箱与执行装置之间采用端子板连接。7使用说明书8设计小结9参考资料目录2、电气原理图 (1 主电路设计图 1-2 成型磨床电气控制系统主电路1 主回路中交流接触器 KM1、 KM2、分别控制油泵电动 机 M1、砂轮电动机 M2和

5、吸尘电动机 M3;交流接触器 KM3、 KM4控制、磨头电动机 M4升降。2 电动机 M1、 M2、 M3、 M4由热继电器 FR1、 FR2、 FR3、 FR4实现过载保护。3 QG为电源总开关,既可完成主电路的短路保护,又 起到分断三相交流电源的作用,使用和维修方便。4 熔断器 FU1、 FU2、 FU3分别实现各负载回路的短路 保护。 FU4、 FU5分别完成交流控制回路和 PLC 控制回路的短 路保护。(2控制电路分析 (1 工作台往返电动机 M1的控制合上总开关 QS1后,整流变压器一个副边输出 130伏交 流电压,经桥式整流器 VC 整流后得到直流电压,使电压继 电器 KA 获电动

6、作,其常开触头(7区闭合,为启动电机做 好准备。如果 KA 不能可靠动作,各电机均无法运行。因为 平面磨床的工件靠直流电磁吸盘的吸力将工件吸牢在工作 台上,只有具备可靠的直流电压后,才允许启动砂轮和液压 系统,以保证安全。当 KA 吸合后, 按下启动按钮 SB3, 接触器 KM1通电吸合 并自锁,工作台电机 M1启动自动往返运转, HL2灯亮。若按 下停止按钮 SB2, 接触器 KM1线圈断电释放,电动机 M1断电 停转。(2砂轮电动机 M2及吸尘电机 M3的控制 按下启动按钮 SB7,接触器 KM3线圈获电动作,砂轮电 动机 M2启动运转。由于吸尘电动机 M3与 M2联动控制,所 以 M3与

7、 M2同时启动运转。 按下停止按钮 SB6时, 接触器 KM3线圈断电释放, M2与 M3同时断电停转。两台电动机的热断电器 FR2和 FR3的常闭触头都串联在 KM3中,只要有一台电动机过载,就使 KM3失电。因冷却液 循环使用,经常混有污垢杂质,很容易引起电动机 M3过载,故使热继电器 FR3进行过载保护。(2砂轮升降电动机 M4的控制砂轮升降电动机只有在调整工件和砂轮之间位置时使 用,所以用点动控制。当按下点动按钮 SB6,接触器 KM3线 圈获电吸合,电动机 M4启动正转,砂轮上升。到达所需位 置时,松开 SB6, KM3线圈断电释放,电动机 M4停转,砂轮 停止上升。按下点动按钮 S

8、B7,接触器 KM4线圈获电吸合,电动机 M4启动反转,砂轮下降。到达所需位置时,松开 SB7, KM4线圈断电释放,电动机 M4停转,砂轮停止下降。为了防止电动机 M4的正、反转线路同时接通,故在对方 线路中串入接触器 KM3和 KM4的常闭触头进行联锁控制。(2 电磁吸盘控制电路分析 电磁吸盘是固定加工工件的一种夹具。利用通电导体在 铁心中产生的磁场吸牢铁磁材料的工件,以便加工。它与机 械夹具比较,具有夹紧迅速,不损伤工件,一次能吸牢若干 个小工件,以及工件发热可以自由伸缩等优点。因而电磁吸 盘在平面磨床上用得十分广泛。电磁吸盘的控制电路包括整流装置、控制装置和保护装 置三个部分。整流装置

9、由变压器 TC 和单相桥式全波整流器 VC 组成, 供给 120直流电源。控制装置由按钮 SB8、 SB9、 SB10和接 触器 KM5、 KM6等组成。充磁过程如下:按下充磁按钮 SB8,接触器 KM5线圈获电吸合, KM5主 触头(15、 18区闭合,电磁吸盘 YH 线圈获电,工作台充 磁吸住工件。同时其自锁触头闭合,联锁触头断开。磨削加工完毕,在取下加工好的工件时,先按 SB9,切 断电磁吸盘 YH 的直流电源,由于吸盘和工件都有剩磁,所 以需要对吸盘和工件进行去磁。去磁过程如下:按下点动按钮 SB10,接触器 KM6线圈获电吸合, KM6的 两付主触头(15、 18 区闭合,电磁吸盘通

10、入反相直流电, 使工作台和工件去磁。去磁时,为防止因时间过长使工作台 反向磁化,再次吸住工件,因而接触器 KM6采用点动控制。保护装置由放电电阻 R 和电容 C 以及零压继电器 KA 组 成。电阻 R 和电容 C 的作用是:电磁吸盘是一个大电感,在 充磁吸工件时,存贮有大量磁场能量。当它脱离电源时的一 瞬间,吸盘 YH 的两端产生较大的自感电动势,会使线圈和 其他电器损坏,故用电阻和电容组成放电回路。利用电容 C 两端的电压不能突变的特点,使电磁吸盘线圈两端电压变化 趋于缓慢,利用电阻 R 消耗电磁能量,如果参数选配得当, 此时 R-L-C 电路可以组成一个衰减振荡电路,对去磁将是十 分有利的

11、。零压继电器 KA 的作用是:在加工过程中,若电 源电压不足,则电磁吸盘将吸不牢工件,会导致工件被砂轮 打出, 造成严重事故, 因此, 在电路中设置了零压继电器 KA , 将其线圈并联在直流电源上,其常开触头(7区串联在液 压泵电机和砂轮电机的控制电路中,若电磁吸盘吸不牢工 件, KA 就会释放,使液压泵电机和砂轮电机停转,保证了安 全。(3 照明和指示灯电路分析 图中 EL 为照明灯,其工作电压为 36伏,由变压器 TC 供给。 QS2为照明开关。HL1、 HL2、 HL3、 HL4和 HL5为指示灯,其工作电压为 6.3伏,也由变压器 TC 供给,五个指示灯的作用是:HL1亮,表示控制电路

12、的电源正常;不亮,表示电源有 故障。HL2亮, 表示工作台电动机 M1处于运转状态, 工作台正 在进行往复运动;不亮,表示 M1停转。HL3、 HL4亮,表示砂轮电动机 M2及冷却泵电动机 M3处于运转状态;不亮,表示 M2、 M3停转。HL5亮,表示砂轮升降电动机 M4处于上升工作状态, ; 不亮,表示 M4停转。HL6亮,表示砂轮升降电动机 M4处于下降工作状态, ; 不亮,表示 M4停转。HL6亮, 表示电磁吸盘 YH 处于工作状态 (充磁和去磁 ; 不亮,表示电磁吸盘未工作5、要参数计算1 断路器 QG 为供电系统电源开关,其主回路控制对象 为电感性负载交流电动机,断路器过电流脱扣值按

13、电动机起 动电流的 1.7倍整定。成型磨床有 0.8kW 负载电动机一台, 起动电流较大,其余三台为 0.6kW ,起动电流较小,而且工 艺要求 4台电动机单独起动运行,因此可根据 0.8kW 电动机 选择自动开关 QG 脱扣电流 I QG :I QG =1.7I N ,选用 I QG 的断路器。2 熔断器 FU 熔体额定电流 I FU 。以曝气风机为例, I FU 2I N ,选用 I FU 的熔体。其余熔体额定电流的选择。3 热继电器的选择请参考有关技术手册,负载额定电 流的 1.2倍。4 能耗制动参数计算制动电流 I D =1.5I N直流电压 U D =R I D整流变压器二次侧交流电

14、流 I 2 =I D /0.9电压 U 2=U D /0.9整流变压器容量 S= I2 U26、制定电气元件目录表成型磨床电气控制系统元器件目录表 7、成型磨床控制顺序转移图 图 1-4成型磨床控制流程图 磨床的分类随着高精度、高硬度机械零件数量的增加,以及精密铸 造和精密锻造工艺的发展,磨床的性能、品种和产量都在不 断的提高和增长。(1外圆磨床 1:是普通型的基型系列, 主要用于磨削圆 柱形和圆锥形外表面的磨床。(2内圆磨床:是普通型的基型系列,主要用于磨削圆柱 形和圆锥形内表面的磨床。(3座标磨床:具有精密座标定位装置的内圆磨床。(4无心磨床:工件采用无心夹持,一般支承在导轮和托 架之间,

15、由导轮驱动工件旋转,主要用于磨削圆柱形表面的 磨床。(5平面磨床:主要用于磨削工件平面的磨床。(6砂带磨床:用快速运动的砂带进行磨削的磨床。(7珩磨机:用于珩磨工件各种表面的磨床。(8研磨机:用于研磨工件平面或圆柱形内,外表面的磨 床。(9导轨磨床:主要用于磨削机床导轨面的磨床。 (10工具磨床:用于磨削工具的磨床。(11多用磨床:用于磨削圆柱、圆锥形内、外表面或平 面,并能用随动装置及附件磨削多种工件的磨床。(12专用磨床:从事对某类零件进行磨削的专用机床。按其加工对象又可分为:花键轴磨床、 曲轴磨床、 凸轮磨床、 齿轮磨床、螺纹磨床、曲线磨床等。磨床的安全防护磨削加工应用较为广泛,是机器零

16、件精密加工的主要方 法之一。但是,由于磨床砂轮的转速很高,砂轮又比较硬、 脆、经不起较重的撞击,偶然的操作不当,撞碎砂轮会造成 非常严重的后果。因此,磨削加工的安全技术工作显得特别 重要,必须采取可靠的安全防护装置,操作要精神集中,保 证万无一失。此外,磨削时砂轮的工件上飞溅出的微细砂屑 及金属屑,会伤害工人的眼睛,工人若大量地吸入这种尘末 则对身体有害,也应采取适当的防护措施。磨削加工时应注 意如下的一些安全技术问题。开车前应认真地对机床进行全面检查,包括对操纵机 构、电气设备及磁力吸盘等卡具的检查。检查后再经润滑, 润滑后进行试车,确认一切良好,方可使用。装卡工件时要注意卡正、卡紧,在磨削

17、过程中工件松脱 会造成工件飞出伤人或撞碎砂轮等严重后果。开始工作时, 应用手调方式,使砂轮慢些与工件靠近,开始进给量要小, 不许用力过猛,防止碰撞砂轮。需要用挡铁控制工作台往复 运动时,要根据工件磨削长度,准确调好,将挡铁紧牢。 更换砂轮时,必须先进行外观检查,是否有外伤,再用 木锤或木棒敲击,要求声音清脆确无裂纹。安装砂轮时必须按规定的方法和要求装配,静平衡调试后进行安装,试车, 一切正常后,方可使用。工人在工作中要戴好防护眼镜,修整砂轮时要平衡地进 行,防止撞击。测量工件、调整或擦拭机床都要在停机后进 行。用磁力吸盘时,要将盘面、工件擦净、靠紧、吸牢,必 要时可加挡铁,防止工件移位或飞出。

18、要注意装好砂轮防护 罩或机床挡板,站位要侧过高速旋转砂轮的正面。磨床的日常保养磨床要有专人负责保养和使用,定期检修,确保机床处 于良好状态。1、作业完毕,机件各处,尤其是滑动部位,应擦试干 净后上油。2、清除建德磨床各部位之研磨屑。3、必要之部位,上防锈。使用以上磨床保养注意事项1、研磨前,请校正砂轮平衡。2、必须依工物材质、硬度慎选砂轮。3、主轴端与砂轮凸缘应涂薄油膜以防生锈。4、请注意主轴旋转方向。5、禁止使用空气枪清洁工作物及机器。6、请注意钢索是否松动,确实调整。7、请注意油窗油路是否顺畅。8、油槽内请用 Mobil#1405,每 3-6个月换一次。 (初期 宜 1-2个月换油一次 9

19、、油量调整螺丝调整至适当,是减少,是增加。 10、吸尘箱,过滤钢,请每周清洁一次。11、吸力弱时请检查吸尘管是否有粉屑堵塞。12、必须保持吸尘管道清洁,否则会引起燃烧。磨床吸盘之保养永久磁铸吸盘或电磁吸盘之盘面为工作物研磨精度能 否求出之基楚,应妥为维护、保养。若工作物精度差了或盘 面有所损伤,盘面必须再研磨,盘面精度合乎要求,才能确 保工作物之精度。磨床润滑系统之保养润滑油于最初使用一个月以更换,以后每 3-6个月后更 换一次, 油槽下方有泄油栓, 可资利用。 并请注意, 换油时, 将槽内部及过滤器一并清洗8、成型磨床电路故障现象1 所有电机全部缺一相。2 液压泵电动机缺一相。3 液压泵电动

20、机缺一相。4 控制变压器缺相,控制回路失效。5 砂轮升降电动机下降缺一相。6 砂轮电动机、冷却泵电动机均缺一相(同一相 。7 砂轮电动机缺一相。8 砂轮升降电动机缺一相。9 液压泵、砂轮冷却、砂轮升降,电磁吸盘均不能控制。 10 液压泵、砂轮冷却、砂轮升降、电磁吸盘均失效。 11 液压泵电机不能自锁。12 一开电源,液压泵电机就起动。13 液压泵电机不启动。14 砂轮电机、冷却泵电机及砂轮升降电机均不能启动。 15 一开电源,砂轮电机和冷却泵电机即被启动。16 砂轮电机和冷却泵电机不能启动。.7 砂轮上升没有。18 砂轮上升没有。19 KA 继电器不动作,液压泵、砂轮冷却、砂轮升降、电 磁吸盘

21、均不能控制。20 砂轮下降没有。21 电磁吸盘不能充磁和去磁。22 电磁吸盘不能充磁。23 电磁吸盘不能充磁。24 电磁吸盘不能去磁。25 整流电路中无直流电, KA 继电器不动作。 26 失磁保护继电器没有直流电,不动作。 27 电磁吸盘不动作。28 电磁吸盘不能去磁。29 照明灯不亮。30 照明灯始终为点亮状态。三.成型磨床电气控制工艺设计按设计要求设计绘制电器板电器元器件平面图、 控 制面板电器平面图及相关电气接线图。1 先根据控制系统要求和电气设备的结构, 确定 电器元器件的总体布局以及控制面板上应安装的电器 元件。本系统在成型磨床现场设计安装的电器元件和 动力设备有:电动机等。电控箱

22、内电器板上安装的电 器元件有:断路器、熔断器、隔离变压器、 PLC 、接触 器、中间继电器、热继电器和端子板等。在控制面板 上设计安装的电器元件有:控制按钮、旋钮开关、各 色指示灯等。2 依据用户要求满足操作方便、 美观大方、 布局 均匀对称等设计原则, 绘制电控箱电器板元件布置图、 电器面板元件布置图,如图 1-6图 1-7所示。进出 引线采用接线端子板连接,接线图略。3 依据电器元件布置图及电器元器件的外形尺 寸、 安装尺寸, 绘制电器板 (绝缘板、 镀锌铁板或架 、 控制面板(有机玻璃板、铝板或铁板等 、垫板(有机 械强度的绝缘板或镀锌板等零部件加工图。图中应 注明外形尺寸、安装孔径、定

23、位尺寸与公差、板材厚 度以及加工要求等。本设计所涉及的钣金加工技术图 从略。4 依据电器安装板、控制面板尺寸设计电控箱, 绘制电控箱安装图。本设计从略。至此,基本完成了成型磨床系统要求的电气控制 原理设计和工艺设计任务。划分组件的原则是:(1把功能类似的元件组合在一起;(2尽可能减少组件之间的连线数量,同时把接 线关系密切的控制电器置于同一组件中;(3让强弱电控制器分离,以减少干扰;(4为力求整齐美观,可把外形尺寸、重量相近 的电器组合在一起;(5为便于检查与调试,把需经常调节、维护和 易损元件组合在一起。3 电器元件布置图的设计与绘制电气元件布置图是某些电器元件按一定原则的组 合。电器元件布

24、置图的设计依据是部件原理图、组件 的划分情况等。设计时应遵循以下原则:(1同一组件中电器元件的布置应注意将体积大 和较重的电器元件安装在电器板的下面,而发热元件 应安装在电气箱 (柜 的上部或后部,但热继电器宜放 在其下部,因为热继电器的出线端直接与电动机相连 便于出线,而其进线端与接触器直接相连接,便于接线并使走线最短,且宜于散热;(2强电弱电分开并注意屏蔽,防止外界干扰;(3需要经常维护、检修、调整的电器元件安装 位置不宜过高或过低,人力操作开关及需经常监视的 仪表的安装位置应符合人体工程学原理;(4电器元件的布置应考虑安全间隙,并做到整 齐、美观、对称,外形尺寸与结构类似的电器可安放 在一起,以利加工、安装和配线。若采用行线槽配线 方式,应适当加大各排电器间距,以利布线和维护图 11-7 电控箱电器面板元件布置图 图 11-8 电控箱电器板元件布置图 控制表 油泵电动 机的控制位置 开启 停止SB2 - SB3 +砂轮电动 机的控制位置 开启 停止SB4 - SB5 +磨头电动 机的控制位置上升 停止 下降SB2 + -SB3 - +电磁吸盘 的控制位置充磁 去磁SB2 +SB3 +四