機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計報告-一臺普通臥式車床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

1、機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計報告設(shè)計課題: 一臺普通臥式車床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 姓 名: 學(xué) 院: 經(jīng) 濟(jì) 技 術(shù) 學(xué) 院 專 業(yè): 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 班 級: 四 班 學(xué) 號: 日 期 2015年6月22日2015年6月28日 指導(dǎo)教師: 目錄一、設(shè)計要求二、普通臥式車床控制簡介1 PLC控制線路設(shè)計2. 電氣控制線路特點三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計1. 確定電動機(jī)2. 控制要求3. 確定I/O設(shè)備4. PLC的選擇5. 分配I/O6電器元件選擇四、PLC對普通臥式車床的工作原理1. 主電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制2. 主電動機(jī)電動控制3. 主電動機(jī)電動停止和反接制動4. 主電動機(jī)反接制動

2、5. 主電路工作電流監(jiān)視6. 冷卻及快速電動機(jī)控制五、臥式車床電氣控制主回路圖六、安裝般電器元件平面布置七、控制面板按鈕、行程開關(guān)平面布置圖八、車床控制系統(tǒng)PLC外部接線圖九、車床控制系統(tǒng)PLC梯形圖十、 電器元件一覽表十一、參考文獻(xiàn)一 設(shè)計要求一主要參數(shù)和拖動控制要求：1、 最大車削工件外圓直徑為450mm。2、 要求主拖動電動機(jī)直接起動，點動串電阻，正反轉(zhuǎn)動。3、 要求切削時提供冷卻液。4、 刀架可以有電動機(jī)拖動快速移動。5、 必要的照明、信號指示。一普通臥式車床控制簡介一 、PLC控制線路設(shè)計1. 主電路設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求，需要使用三個電動機(jī)M1、M2、M3。機(jī)床的三相電源由電源引入開關(guān)

3、Q引入。主電動機(jī)M1的過載保護(hù)，由熱繼電器FR1實現(xiàn)，它的短路保護(hù)可由機(jī)床的前一級配電箱中的熔斷器充任。冷卻泵電動機(jī)M2的過載保護(hù)，由熱繼電器FR4實現(xiàn)?？焖僖苿与妱訖C(jī)M3由于是短時工作，不設(shè)過載保護(hù)。電動機(jī)M2、M3設(shè)有短路保護(hù)熔斷器FU5。2. 控制電路設(shè)計考慮到操作方便，主電動機(jī)M1可在操作板上和刀架上分別設(shè)起動和停止按鈕SB1、SB2、SB3、SB4進(jìn)行操縱，接觸器與控制按鈕組成自鎖的起?？刂齐娐?。冷卻泵電動機(jī)M2由SB5、SB6進(jìn)行起停操作，裝在操作板上?？焖匐妱訖C(jī)M3工作時間短，為了操作靈活由按鈕SB7與接觸器組成點動控制電路。3. 信號指示與照明電路設(shè)計可設(shè)電源指示燈HL2（綠色

4、），在電源開關(guān)Q接通后，立即發(fā)光顯示，表示機(jī)床電氣線路已處于供電狀態(tài)；設(shè)指示燈HL1（紅色）表示主電動機(jī)運(yùn)行。這兩個指示燈可由接觸器的動合和動斷兩對輔助觸點進(jìn)行切換通電顯示。在操作面板上設(shè)有交流電流表A，它串聯(lián)在電動機(jī)主回路中，用以指示機(jī)床的工作電流。這樣可根據(jù)電動機(jī)工作情況調(diào)整切削用量使主電動機(jī)盡量滿載運(yùn)行，提高生產(chǎn)率，并能提高電動機(jī)功率因數(shù)。設(shè)照明燈HL為安全照明（36V安全電壓）。4. 控制電路電源。考慮安全可靠及滿足照明指示燈的要求，控制線路的電壓為127V，照明電壓為36V，指示燈電壓為6.3V。二 、電氣控制線路的特點（1）主軸正反轉(zhuǎn)用正反向接觸器進(jìn)行控制（2）主電機(jī)不經(jīng)常啟動，所

5、以采用直接啟動（3）為了對刀和工件進(jìn)行調(diào)整，主軸電動機(jī)控制線路設(shè)置有電動環(huán)節(jié)（4）為了調(diào)高工作效率，主軸電動機(jī)采用反接制動，在反接制動時，為減小制動電流，定子回路串入限流電阻R，在點動時，R葉串入定子回路，防止頻繁點動時使主電動機(jī)過熱（5）未檢測主軸電動機(jī)定子大電流，通過電流互感器介入電流表。為防止主軸電動機(jī)的啟動電流以及反接制動電流對電流表造成沖擊，在主軸電動機(jī)啟動和反接制動時，與電流表并聯(lián)一個時間繼電器的通電延時打開的常閉觸電（6）加工螺紋時，為了保證工件的旋轉(zhuǎn)速度與刀具的進(jìn)給速度間的嚴(yán)格傳動比關(guān)系，刀架的進(jìn)給運(yùn)動也由主軸電動機(jī)拖動（7）為了減輕工人的勞動強(qiáng)度和節(jié)省輔助工時，專門設(shè)計了一臺

6、2.2kw的電動機(jī)拖動溜板箱快速運(yùn)動（8）加工時為了防止刀具和工件的溫度過高，用一臺電動機(jī)驅(qū)動的冷卻泵供給切削液實現(xiàn)冷卻。冷卻泵電動機(jī)在主軸電動機(jī)開動后方可起動旋轉(zhuǎn)。 二. 系統(tǒng)硬件設(shè)計一 確定電動機(jī) 我國機(jī)床制造廠對不同類型機(jī)床目前采用的主電動機(jī)容量的統(tǒng)計分析公式如下：車 床：P = 36.5 D1.54 單位為 kW。 （4-1）D 車削最大工件直徑 單位為 m 。立式車床： P = 20 D0.88 單位為kW。 （4-2）D 車削最大工件直徑 單位為 m 。搖臂鉆床：P = 0.0646 D1.10 單位為 kW。 （4-3）D 最大鉆孔直徑 單位為 mm 。臥式鏜床：P = 0.00

7、4 D1.7 單位為 kW。 （4-4）D 鏜桿直徑 單位為 mm 。 龍門刨床：P = D1.16 /1.66 單位為 kW。 （4-5） B 工作臺寬度 單位為 mm 。按上式結(jié)果，選用稍大于或等于計算值的標(biāo)準(zhǔn)容量電動機(jī)。根據(jù)上式4-1和設(shè)計要求可算出P=10.7kW。查表得可選電動機(jī)P=11kW。對于機(jī)床，當(dāng)主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動由同一電動機(jī)驅(qū)動時，可依主運(yùn)動電動機(jī)功率選擇。若進(jìn)給運(yùn)動由單獨電動機(jī)并驅(qū)動快速移動時，電動機(jī)功率由快速移動來選擇，而快速移動所需要的功率，一般由經(jīng)驗數(shù)據(jù)來選擇。下表列出了其經(jīng)驗數(shù)據(jù)值。機(jī) 床 型 號運(yùn)動部件移動速度值（V/min）所需電動機(jī)功率值(kW) Dm= 40

8、0mm普通車床Dm= 600mm Dm= 1000mm溜 板6946340.61.00.81.23.2根據(jù)上表和Y系列三相異步電動機(jī)技術(shù)表選進(jìn)給電動機(jī)容量P=2.2kW,冷卻電動機(jī)所需容量很小故選容量1.5kW。二 深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求 a被控對象就是受控的機(jī)械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。 b控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對較復(fù)雜的控制任務(wù)分成幾個獨立的部分，有利于編成和測試。三 確定I/O設(shè)備根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感

9、器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。四 選擇合適的PLC類型PLC類型，包括機(jī)型容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等，從對產(chǎn)品的熟程度及產(chǎn)品本身的可靠性及改造的要求，我們選擇三菱系列的產(chǎn)品。（1）輸入輸出(I/0)點數(shù)的估算I/O點數(shù)的確定應(yīng)以控制設(shè)備所需的所有輸入/輸出點數(shù)總和為依據(jù)。在一般情況下，PLC 的I/O點應(yīng)該有適當(dāng)?shù)挠嗔?。通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)計該普通臥式車床所需的輸入點數(shù)為：14點；所需的輸出點數(shù)為10點；所需I/O點數(shù)一共需要：24點 臥式車床的plc的I/O的端口分配輸入端

10、口輸出端口I0.0SB3變頻器和主軸電動機(jī)停止按鈕Q0.0主軸電動機(jī)交流接觸器KMI0.1SB4變頻器和主軸電動機(jī)啟動按鈕Q0.1 冷卻泵繼電器KA1I0.2SA4冷卻泵電動機(jī)啟停開關(guān)Q0.2刀架快移電動機(jī)繼電器KA2I0.3SB5刀架快移電動機(jī)電動按鈕Q0.3未用I0.4 BC變頻器異常檢測 Q0.4plc電源指示燈I0.5 FR1主軸電動機(jī)過載保護(hù)檢測Q0.5 故障指示燈HL3I0.6 FR2冷卻泵過載檢測保護(hù)Q0.6故障指示燈HL4I0.7 KM主軸接觸器檢測Q0.7未用I1.0 KA1冷卻泵繼電器檢測Q1.0 未用I1.1 KA2刀架快移繼電器檢測Q1.1 未用I1.2未用I1.3未用

11、 I1.4 未用 I1.5 未用（2）PLc存儲器容量的估算程序容量是存儲器中用戶程序所使用的存儲單元的大小，因此存儲器容量應(yīng)大于程序容量。容量的計算大體上是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)(16位為一個字)，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。該P(yáng)LC有24點且為數(shù)字量，則所需的存儲容量估算為：24*15*（1+25%）=450 （字）450*16/1024=7.3KB 取整： 8KB（3）LC通訊功能的選擇該P(yáng)LC需要滿足的通訊功能沒有特殊的要求。（4）電源的選擇根據(jù)我國的電網(wǎng)用電實用標(biāo)準(zhǔn)，我們選擇電源為AC220的PLC（5）PLC機(jī)型的選擇P

12、LC的類型：PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類;整體型PLC的I/0點數(shù)較少且相對固定，因此用戶選擇的余地較小，通常用于小型控制系統(tǒng)。在這里，根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，與以上分析與計算，我們選擇三菱FR系列的整體型PLC，型號為：FR-E740-11K 輸入點： 24，24 繼電器輸出五 分配I/O一般輸入點和輸入信號，輸出點和控制信號是一一對應(yīng)的。分配好后，按系統(tǒng)分配的通道和接點號，分配給每一個輸入輸出信號，即進(jìn)行編號。在個別情況下也有兩個信號用一個輸入點的那樣就應(yīng)在接入輸入點前，岸邏輯關(guān)系接好線（如兩個接點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后在接入輸入點。六 選擇電氣元件1. 電源引入開關(guān)Q。Q主要作為電源隔離

13、開關(guān)用，并不用它來直接啟停電動機(jī)，可按電動機(jī)額定電流來選。中、小型機(jī)床常用組合開關(guān)，選用HZ10-25/3型，額定電流為25A，為三極組合開關(guān)。2. 熱繼電器FR1、FR2。主電動機(jī)M1額定電流為23A，F(xiàn)R1應(yīng)選用JR040型熱繼電器，熱元件電流為25A，整定電流調(diào)節(jié)范圍為1625A，工作時將額定電流調(diào)整為23A。同理，F(xiàn)R2應(yīng)選用JR10-10型熱繼電器，選用1號元件，整定電流調(diào)節(jié)范圍是0.400.64A，整定在0.43A。3. 熔斷器FU1、FU2、FU3。FU1是對M1電動機(jī)進(jìn)行保護(hù)的熔斷器，其熔體電流為可選用RL1-15型熔斷器，配10A的熔體。FU2、FU3、 FU4、FU5選用R

14、L1-15型熔斷器，配2A的熔體。4. 接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5。接觸器KM1、KM2、KM3，根據(jù)主電動機(jī)1M的額定電流IN=23A，控制回路電源為127V，需主觸點三對，動合輔助觸點兩對，動斷輔助觸點一對等情況，選用CJ10-40型接觸器，電磁線圈電壓為127V。由于M2、M3電動機(jī)額定電流很小，KM4、KM5可選用JZ7-44型交流中間繼電器，其線圈電壓為127V，觸點電流為5A，可完全滿足要求，對小容量的電動機(jī)常用中間繼電器充任接觸器。三. PLC對普通臥式車床的工作原理一、主電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 1.正轉(zhuǎn)控制 按下主電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕SB2，第6支路X2閉合，由于X3、M1

15、02均未動作，所以M101通電并通過第7支路的M101自鎖。引起以下3個結(jié)果：第8支路M101閉合，T1開始0.5S計時；第12支路M101輔助常閉觸頭斷開，使反轉(zhuǎn)起動輔助繼電器M102斷電，實現(xiàn)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的互鎖。 第17支路的M101閉合，Y2通電，主電路中KM3吸合，使串電阻R短接。 當(dāng)?shù)?支路T1延時0.5S到達(dá)后，導(dǎo)致第9支路T1閉合，因第9支路的Y1處于閉合狀態(tài)，所以Y0通電；敬第15支路的Y0斷開，主電路中主觸頭KM1閉合。電動機(jī)M1正向起動運(yùn)行。 2.T1的延時作用 T1延時0.5S確保了主電路中KM3先吸合，使串電阻R短接，然后再接通M1正轉(zhuǎn)控制主觸頭KM1；否則，接觸器KM1

16、、KM3接通的指令幾乎同時從PLC控制軟件中發(fā)出，可能導(dǎo)致KM1先接通、KM3后接通，串電阻R不能先短接。 電動機(jī)M1起動后，轉(zhuǎn)速上升，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至100r/min時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)觸頭KS1閉合，第22支路的X11閉合，為正轉(zhuǎn)反接制動作好準(zhǔn)備。 3.反轉(zhuǎn)控制及T2延時 按下SB3，電動機(jī)M1將反向起動運(yùn)行，通過T2延時0.5S的作用確保主電路中KM3先吸合，使串電阻R短接，然后再接通M1反轉(zhuǎn)主觸頭KM2。二、主電動機(jī)點動控制按下正轉(zhuǎn)點動按鈕SB1，第2支路和第5支路的X1均閉合，通過第2支路的X1使第1支路的M103通電，并通過第3支路的M103自鎖。同時第22支路的M103也閉合，為T3通

17、電作好準(zhǔn)備。 車床一旦上電，第5支路的M110立即閉合，此時因本支路中的X1閉合，所以M100通電，使第10支路M100閉合，第9支路Y0通電，第22支路的常閉輔助觸頭Y0斷開。 車床電氣控制主電路中因第9支路Y0通電，接觸器主觸頭KM1吸合，主電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)起動升速，轉(zhuǎn)速大于100r/min后，速度繼電器的正轉(zhuǎn)觸頭KS1保持閉合。同時第22支路的X11閉合，為反接制動作好準(zhǔn)備。三、點動停止和反接制動 1.M1斷電降速 松開正轉(zhuǎn)點動按鈕SB1，第2支路和第5支路的X1均斷開，第5支路的M100斷電，第10支路的M100隨即斷開，第9支路Y0斷電，第22支路的Y0觸頭閉合。導(dǎo)致主電路中主觸頭KM

18、1斷開，主電動機(jī)M1斷電降速運(yùn)轉(zhuǎn)。 2.M1反接制動 由于降速初期，速度繼電器觸頭KS1處在閉合狀態(tài)，所以第22支路中的X11閉合，加之本支路的Y0觸頭閉合，所以T3通電，開始延時。 T3延時到達(dá)后，第16支路的T3觸頭閉合，導(dǎo)致第15支路Y1通電，主電路中主觸頭KM2吸合，主電動機(jī)M1反接制動。 3.反接制動結(jié)束 轉(zhuǎn)速降到低于100r/min時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)觸頭KS1斷開，第22支路的X11斷開，使T3斷電，第16支路的T3觸頭斷開，第15支路的Y1隨之?dāng)嚯姟?主電路中KM3主觸頭斷開，反接制動結(jié)束，主電動機(jī)M1停轉(zhuǎn)。 4.T3的延時作用 T3延時0.5S的作用是確保先斷開KM1，再接通

19、KM2；否則KM2先于KM1斷開前接通，將導(dǎo)致主電動機(jī)M1繞組燒損。四、主電動機(jī)反接制動 1.主電動機(jī)斷電 按下停止按鈕SB，第4支路X0斷開，M110斷電，使第5支路的常開觸頭M110斷開，不再執(zhí)行MC至MCR之間的主控電路，第9支路的Y0因之?dāng)嚯姟?主電路中KM1斷開，主電動機(jī)M1斷電降速，但只要主電動機(jī)M1轉(zhuǎn)速大于100r/min，速度繼電器的正轉(zhuǎn)觸頭KS1仍閉合，而第1支路的M103因自鎖而通電。 按下停上按鈕SB會使第9支路的常閉輔助觸頭X0斷開，Y0斷電，電氣控制主電路中受Y0控制的主觸頭KM1將斷開。 2.進(jìn)入反接制動狀態(tài) 松開停止按鈕SB，使SB由按下狀態(tài)切換成未按下狀態(tài)，則第

20、4支路X0恢復(fù)閉合，M110通電，第5支路的M110閉合，接通并執(zhí)行MC至MCR之間的主控電路。 第1支路中的常閉輔助觸頭X0也恢復(fù)閉合，所以M103通電，此時第22支路的M103保持閉合。由于主電動機(jī)M1轉(zhuǎn)速大于100r/min，KS1處于閉合狀態(tài)，第22支路的X11保持閉合，導(dǎo)致T3通電，計時開始。 當(dāng)T3計時時間到達(dá)后，第16支路的T3閉合，使第15支路的Y1通電，主電路中KM2閉合，電動機(jī)M1進(jìn)入反接制動狀態(tài)，主電動機(jī)M1迅速降速。 3.T3延時的作用 T3延時0.5S作用體現(xiàn)在電氣控制主電路中，KM1主觸頭先斷開，0.5S后KM2主觸頭再閉合，杜絕了KM1與KM2瞬時的同時接通狀態(tài)，

21、有助于避免電動機(jī)繞組燒損。 4.M1停轉(zhuǎn) 當(dāng)主電動機(jī)M1降速至100r/min以下時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)觸頭KS1斷開，使22支路的X11斷開，T3失電，導(dǎo)致第16支路的T3斷開，Y1斷電，主電路中KM2斷開，反接制動結(jié)束，主電動機(jī)M1停轉(zhuǎn)。 5.反轉(zhuǎn)停止進(jìn)入反接制動 若起動時按下SB3，主電路中主觸頭KM3、KM2間隔0.5S先后接通，電動機(jī)M1將反向起動運(yùn)行。之后松開停止按鈕SB，將進(jìn)入反轉(zhuǎn)停止反接制動過程。五、主電路工作電流監(jiān)視 主電動機(jī)正反轉(zhuǎn)起動過程中，因輔助繼電器M101、M102中必有一個通電，所以第19支路的T5通電，10S計時開始。計時到達(dá)后，第21支路的T5閉合，導(dǎo)致Y5通電，

22、主電路中的常閉觸頭KT斷開，交流電流表A進(jìn)行工作電流監(jiān)視，從而使A避開較大的起動工作電流。六、冷卻及快速電動機(jī)控制 冷卻泵電動機(jī)M2、快速移動電動機(jī)M3均為單向運(yùn)轉(zhuǎn)，控制較為簡單。當(dāng)按下冷卻泵電動機(jī)起動按鈕SB5時，第25支路的X5閉合，Y3通電并自鎖，冷卻泵電動機(jī)M2起動；而按下停止按鈕SB4時，第25支路的X4斷開，Y3斷電，冷卻泵電動機(jī)M2斷電停轉(zhuǎn)。 按下限位開關(guān)SQ，第27支路的X6閉合，Y4通電，快移電動機(jī)M3起動；松開限位開關(guān)SQ，快移電動機(jī)M3斷電停轉(zhuǎn)電器元件一覽表符號數(shù)量名稱及用途M11主傳動交流電動機(jī)M21冷卻泵交流電動機(jī)M31快速移動交流電動機(jī)KM1短路限流電阻交流接觸器K

23、M11冷卻泵交流電動機(jī)啟停交流接觸器KM21快速移動交流電動機(jī)交流接觸器KM31主軸電動機(jī)正轉(zhuǎn)交流接觸器KM41主軸電動機(jī)反轉(zhuǎn)交流接觸器KT11電流表時間繼電器KA1軸電動機(jī)啟停反接制動中間繼電器SQ11快速移動電動機(jī)啟停限位開關(guān)FR11主軸電動機(jī)過載保護(hù)繼電器FR21冷卻泵電動機(jī)過載保護(hù)繼電器SB1 SB51冷卻電動機(jī)停止按鈕SB21主軸電動機(jī)反接啟動按鈕SB11冷卻電動機(jī)啟動按鈕SB41反接制動按鈕SB51冷卻電動機(jī)停止按鈕SB41反接制動按鈕SB61冷卻電動機(jī)電動按鈕符號數(shù)量名稱及用途FU11主軸電動機(jī)短路保護(hù)熔斷器FU21冷卻泵電動機(jī)短路保護(hù)熔斷器FU31照明電路短路保護(hù)熔斷器FU4 FU51控制電路短路保護(hù)斷路器EL1照明KS11主軸電動機(jī)反轉(zhuǎn)反接制動速度繼電器KS21主軸電動機(jī)正轉(zhuǎn)反接制動速度繼電器A1監(jiān)視電流表R1啟動與反接制動限流電阻參考文獻(xiàn)1 武可庚編著. 機(jī)械設(shè)備控制技術(shù). 高等教育出版社,2002 ：125-1302 范永勝，王珉編著.電氣控制與PLC應(yīng)用. 中國電力出版社,2001：76-803 方承遠(yuǎn)編著. 工廠電氣控制技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社,2003 ：102-120 4 許廖編著. 工廠電