機電傳動課程設計說明書機電傳動控制

1、機電傳動控制課程設計機電傳動控制課程設計說明書院系班級 姓 名 學 號 指導老師 目錄一、任務書 2二、 正文51.課程設計主要目的 52.機電傳動控制概述 53.總體設計 63.1.控制要求的分析 63.2液壓控制回路中電磁閥被控邏輯表達式63.3繼電器接觸器和plc控制的解決方法74.繼電器接觸器控制系統(tǒng)設計 84.1原理圖84.1.1主電路 84.1.2控制電路9（1）電機控制回路（2）液壓控制回路104.1.3照明顯示 114.2接線圖124.3元件選型13（1） 電動機的選型 13（2） 熔斷器的選型 13（3） 整流器的選型 14（4） 熱繼電器的選型 14（5） 交流接觸器、中間

2、繼電器與時間繼電器的選型 14（6） 壓力繼電器與電磁閥的選型 15（7） 照明與顯示燈的選型 15（8） 變壓器的選型 15（9） 按鈕及刀開關的選型 165.plc控制系統(tǒng)設計16三、小結19一任務書課程設計任務書（一）、課程設計目的本課程是機械設計制造與自動化專業(yè)的專業(yè)必修課。課程設計的目的和任務在于使學生掌握機械設備電器控制的基本知識、基本原理和基本方法,以培養(yǎng)學生對電氣控制系統(tǒng)的分析和設計的基本能力。加深學生對課程內容的理解，驗證理論和鞏固、擴大所學的基本理論知識。（二）、課程設計內容（含技術指標）。二正文1.課程設計的目的機電傳動控制是機械設計制造與自動化專業(yè)的專業(yè)必修課，本課程是

3、一門實踐性很強的課程，課程設計是本課程必不可少的環(huán)節(jié)。課程設計的目的和任務在于使學生掌握機械設備電器控制的基本知識、基本原理和基本方法,以培養(yǎng)學生對電氣控制系統(tǒng)的分析和設計的基本能力。加深學生對課程內容的理解，驗證理論和鞏固、擴大所學的基本理論知識。2.機電傳動控制概述機電傳動是指以電動機為原動機驅動生產機械的系統(tǒng)之總稱。它的目的是將電能轉變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)生產機械的啟動、停止以及速度調節(jié)，滿足各種生產工藝過程的要求，保證生產過程正常進行。在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實現(xiàn)生產過程自動化的要求，機電傳動不僅包括拖動生產機械的電動機，而且包括控制電動機的一整套控制系統(tǒng)。也就是說，現(xiàn)代機電傳動是和由各種控制元件

4、組成的自動控制系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在一起的，所以，稱之為機電傳動控制。從現(xiàn)代化生產的要求出發(fā)，機電傳動控制系統(tǒng)所要完成的任務，從廣義上講，就是要使生產機械設備、生產線、車間甚至整個工廠都實現(xiàn)自動化；從狹義上講，則專指控制電動機驅動生產機械，實現(xiàn)產品數(shù)量的增加、產品質量的提高、生產成本的降低、工人勞動條件的改善以及能源的合理用。隨著生產工藝的發(fā)展，對機電傳動控制系統(tǒng)提出的要求愈來愈高。在近代機械工業(yè)的發(fā)展過程中，機電傳動的發(fā)展，經歷了一個復雜的過程：（1）電機的拖動的發(fā)展過程如下：多電機拖動（不同電機成組拖動、單電機拖動、由單獨電機拖動）。（2）控制系統(tǒng)的發(fā)展過程如下：繼電器控制、接觸器控制、電機放大

5、機控制、計算機數(shù)字控制（plc）、電力功率晶體管控制、磁放大器控制。由整個發(fā)展過程，不難看出，隨著機械加工要求不斷提高，機電傳動控制系統(tǒng)的復雜度也在不斷增加。本課程的重點在與控制部分，如何利用電氣元件或計算機控制電氣來拖動機械實現(xiàn)所要求的功能。在設計控制系統(tǒng)時，就要求設計人員對執(zhí)行元件（電動機）、控制元件的熟練掌握與運用，同時也要求對控要求進行了解。3、總體設計3.1控制要求的分析任務書中控制要求有：1)動力頭為單向運轉，停車采用能耗制動2)只有在油泵工作，油壓達到一定的壓力后（由油壓繼電器控制）才能進行其它控制。3)專用機床能進行半自動循環(huán)，又能對各個動作單獨進行調整4)應用照明及工作狀態(tài)顯

6、示5)有必要的電報保護和聯(lián)鎖由上述控制要求，可分析出以下幾點：（1）在主回路中僅需對電機的啟停進行控制和對動力頭電機進行能耗制動的設計，不需控制正反轉；（2）在液壓回路的液壓泵附近處應添加壓力繼電器，并在液壓控制回路的首端加入該壓力繼電器的常開觸點，以實現(xiàn)滿足油壓后才能進行 其他控制的要求； （3）對于機床的半自動循環(huán)，可以采用起保停電路來實現(xiàn)，而對于各個動作的單獨調整則可在控制首端加入萬能轉換開關，并對各個動作設置手動按鈕來實現(xiàn)該控制要求；（4）控制回路中可添加輔助回路，以控制照明和顯示功能；（5）在每個電動機的連接處，均接入一個適合的熱繼電器，以實現(xiàn)過熱保護，在主回路中各個支路與主電源相連

7、接處均接入一個適合的熔斷器，以實現(xiàn)過流保護（短路保護），而在控制回路與變壓器相連處也應接入適合的熔斷器，同樣實現(xiàn)過流保護。3.2液壓控制回路中電磁閥被控邏輯表達式據(jù)分析，電磁閥被控邏輯表達式如下: 3.3繼電器接觸器和plc控制的解決方法繼電器接觸器控制系統(tǒng)：1、控制方式：繼電器的控制是采用硬件接線實現(xiàn)的，是利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。2、控制速度：繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現(xiàn)象。3、延時控制：靠時間繼電器的滯后動作實現(xiàn)延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調整時

8、間困難。plc控制系統(tǒng)：1、控制方式：plc采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。2、控制速度：plc是由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴格同步，無抖動。 3、延時控制：plc用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度高，調整時間方便，不受環(huán)境影響綜上所述：采用繼電器接觸器控制價格低，檢修調整方便，簡單。設備質量相對大，安裝空間大，適用于控制系統(tǒng)簡單，時間控制要求不高的場合。采用plc控制價格貴，接線簡單，可靠，結構緊湊體積小，適用于控制結構復雜，安裝空間小，控制速度高，時間控制要求精確的場合。對于雙面銑

9、的控制系統(tǒng)由于有不同的經濟條件和加工條件，所以將兩種解決方案都設計解決如下。4.繼電器接觸器控制系統(tǒng)設計在局部設計中，主要完成三部分內容：原理圖、設計元器件選型、接線圖的設計。這三部分內容是整個設計的核心部分，通過這部分，得出了整個設計的結果：兩張a3圖紙，一張元器件明細表。（見附錄）4.1原理圖在原理圖的設計部分，將其分為3大模塊進行分工設計。其中包括有主電路模塊的設計、控制電路模塊的設計與照明電路模塊的設計三部分。而在控制電路模塊中，將其又分為電機控制電路與液壓控制回路兩部分。照明回路中主要包括有照明與顯示電路部分。4.1.1主電路主電路的設計中主要應滿足一下幾點要求：1)動力頭電機應實現(xiàn)

10、能耗制動；2)動力頭電機、液泵電機兩者應分開接向主電源，并由不同的接觸器控制；3）兩種電機均應實現(xiàn)短路保護（過流保護）與 過熱保護中間加一個繼電器與熔斷器；4）電源處應有一個總閘控制電源的關斷，設置為空氣開關。對于要求（1），將左右動力頭的兩電機接在同一個接觸器上進行控制，然后在接觸器的首位接上一個可控的直流電源（由變壓器和整流橋組成）來實現(xiàn)。對于要求（2），選用三個接觸器來控制三種不同功率的電動機，并分開三個回路來控制即可。對于要求（3），選用合適的熔斷器，在三個回路接向電源出接上相應的熔斷器來實現(xiàn)短路保護；再選用合適的熱繼電器，在接向電動機處接如相應熱繼電器來實現(xiàn)過熱保護。對于要求（4），

11、在電源處，添加一個空氣開關qf，可自動實現(xiàn)過載保護作用。具體電路圖如下：圖1.主回路電路設計圖4.1.2控制電路在控制回路中，主要有兩部分：電機控制回路與液壓控制回路。這兩部分均應接向110v交流電壓，故該回路與主回路相連接時，應將主電源的l1、l3相接如變壓器來降壓，以提供110v的兩相交流電。（1）電機控制回路在控制電機時，為滿足動力頭電機的能耗制動，利用時間繼電器來控制直流電源的延時斷開。在三種電機的啟停控制上，利用接觸器的“起保停”電路來控制，分別加入啟停按鈕。而在動力頭電機的停止上，利用聯(lián)動開關來控制，以其常閉觸點為停止，常開觸點為直流電源的接入。這樣，保證了動力頭電機的停止，同時也

12、接入了能耗制動，中間采用萬能轉換開關實現(xiàn)手動與自動控制。具體電路圖如下：圖2.電機控制回路設計圖（2）液壓控制回路在液壓控制回路中，應分為自動控制和手動控制兩部分。在自動控制中，主要由行程開關（sq1到sq6）、壓力繼電器（yj1與yj2）和按鈕sb1來共同控制電磁閥（yv1到y(tǒng)v5）來實現(xiàn)整個動作。其動作表如下：yv1yv2yv3yv4yv5定位(sb1)+-夾緊（yj1）+-入位(yj2)-+-工進(sq1sq5)-+-退位(sq2sq4)-+-+復位(sq3sq6)-由上表可知，在設計液壓控制回路時，可以直接利用起保停電路直接控制電磁閥的動作。在表中，每一列以第一個“+”為該電磁閥的得電

13、信號，而以連續(xù)“+”后的第一個“-”為失電信號。但應該注意的是行程開關的串并聯(lián)關系：在夾緊動作時（yv2），若要使其失電，則應兩動力頭均達復位位置才可松開，故此時sq3與sq6應為并聯(lián)關系；在工進或退位時（yv4、yv5），若要使其得電，則只要有一個行程開關的信號，則應該立即動作，故sq1與sq5或sq2與sq4應為并聯(lián)關系；在要求入位、工進或退位（yv3、yv4、yv5）的停止信號時，必須兩個行程開關均有信號才可失電，故此時sq2與sq4或sq3與sq6應為串聯(lián)關系。在手動控制中，利用萬能選擇開關來控制自動與手動的轉換。另外，在控制電磁閥（yv1到y(tǒng)v5）的電路上，直接設計6個按鈕（sb3到

14、sb8）來實現(xiàn)手動調節(jié)。具體電路圖如下：圖3.液壓控制回路設計圖4.1.3 照明顯示在輔助回路中，主要包含有照明燈的控制與顯示燈的控制。照明燈所需電源為36v交流電，而顯示燈所需電源為6v交流電。故將它們分別有變壓器tc的不同變壓接口引出即可。照明燈用一個刀閘開關qs控制，在需要照明時就開啟，不需要照明時就關閉，是手動控制！顯示燈在相應的地方有標志，每一個燈代表著不同的運行過程?？梢钥聪旅娴臉酥九c燈的亮滅來判斷程序。用hl0hl7標識。 控制回路的起始端（即由變壓器tc引出的3端110v、36v、6v）應設置短路保護。故在該處分別接上相合適的熔斷器fu6、fu7。具體電路圖如下： 圖4.照明與

15、顯示設計圖4.2接線圖在接線圖的設計上，首先對箱體內元器件進行排版：第一排為總閘、變壓器與熔斷器；第二排為時間繼電器、交流接觸器；第三排為整流橋與熱繼電器；第四排為中間繼電器?？偣?排，并在每排間安排走線槽，便于安裝與維修。然后，在箱蓋上按功能將按鈕與指示燈排列出來。另外對于放置在其他設備上的器件，也一同畫在了接線圖的左端。在以上兩部分的中間，選用一個接線端子來將其進行連接。該接線端子的作用主要是將電柜箱體內的線走出來，防止因導線雜亂而造成的事故發(fā)生。在接線圖的下部分，放置了萬能轉換開關與接地銅板，它同樣是放在箱體內部的。這樣排版是為了方便接線工人識圖。最后將原理圖中各線編號，以該編號對應在接

16、線圖上進行連線。另外，在萬能轉換開關的編號中，由于該開關有外線與內線之分，故以4位數(shù)將其編號，前兩位為外線號，后兩位為內線號。具體圖紙見附件。4.3元件選型（1）電動機的選型根據(jù)任務書中要求得知動力頭電動機m1、m2的功率均為1.5kw，液泵電動機m1的功率為370w。而工業(yè)用電一般都為380v三相交流電，故查手冊得，選擇功率相近的電動機得一下結果： m1：y100l24 m2：y100l24 m3：ys7124其中，m1功率1.5kw，轉速1500r/min；m2功率1.5kw，轉速1500r/min；m3功率0.37kw，轉速1400r/min。（注：在實際設計當中，應同時考慮工況、班制等

17、選擇因素）(2)熔斷器的選型根據(jù)選擇出的電機型號，可大致計算該電機工作時的最大電流： i=3.9a i=3.9a i=1a再根據(jù)以下經驗公式，計算出所需熔斷器的最大允許電流值： 故計算得： i= 8a i= 8a i= 2a另外，根據(jù)經驗，控制回路中的電流最大不會超過5a，照明顯示回路電流最大不會超過2a，故查手冊，并選擇熔斷器結果如下：fu0：rl-60/25,最大熔斷電流25a；fu1：rl-160/25,最大熔斷電流25a；fu2：rl-160/25,最大熔斷電流25a；fu3：rl-15/4,最大熔斷電流4a；fu4：rl-15/4,最大熔斷電流4a；fu5：rl-15/4,最大熔斷電

18、流4a；fu6：rl-15/4,最大熔斷電流4a；(3) 整流器的選型 由電機選擇可知，電機最大電流為:3.9a，取其為4a，取整流電路電流為其最大電流的10倍，則為40a；為此，選擇整流電器元件如下： u=u=1.41380=535.8 u2u=2538.51000v u2u=2538.51000v（4）熱繼電器的選型根據(jù)前面算出的電動機工作電流，查手冊可直接選出熱繼電器，得如下結果：fr1：jr20-10，整定電流范圍35a；fr2：jr20-10，整定電流范圍35a；fr3：jr20-10，整定電流范圍0.81.2a；（5）交流接觸器、中間繼電器與時間繼電器的選型根據(jù)前面計算出的電動機工

19、作電流值，可知交流接觸器的工作電流應在4a以內，而由設計的原理圖知交流接觸器所需要的主觸點為4對輔助觸點不超過3常開2常閉，再根據(jù)380v三相交流電的要求，查手冊，可選出交流接觸器為：km1km5型號為cj020，線圈電壓為110v。由于控制回路中，電壓為110v交流電，且根據(jù)控制回路設計圖得知中間繼電器所需觸點不超5常開2常閉，故查手冊，可選擇中間繼電器如下：jz8，6動合，2動斷根據(jù)使用要求，除開兩個要求觸點多的意外，其余中間繼電器皆可選擇同一型號的，查手冊可選擇： jzx54，2動合，2動斷；由于動力頭電動機的能耗制動時間較短，故可確定在0.460s的范圍內。根據(jù)110v交流電，查手冊，

20、選擇時間繼電器如下：kt1kt3：js10-01，110v吸引線圈電壓，定時時間調節(jié)范圍0.460s。 （6）壓力繼電器與電磁閥的選型在整個過程中，壓力繼電器起到一個傳感器的作用，而電磁閥在110v電壓下工作，故選其電磁線圈電壓應為110v，查手冊可得： 壓力繼電器：ps6439，額定電壓110v 電磁閥 ：w22050，110v 50hz （7）照明與顯示燈的選型根據(jù)經驗，一般照明燈使用的是36v交流電，故查手冊得，照明燈選擇型號為：pz22060。在設計的系統(tǒng)中，由于在每一個指示燈的地方都有標注，所以統(tǒng)一選為灰色，即h1h12，型號定為：ad122/212 電壓6v，灰色。（8）變壓器的選

21、型由于設計的系統(tǒng)中，需要將380v三相交流電轉換成110v、36v、6v等三種不同壓值的交流電，故選擇變壓器時應同時考慮考慮變壓器的容量與接處的點數(shù)。查手冊，選擇變壓器結果如下：tc：jbk3-2500，4變壓接出頭。（9）按鈕及刀開關的選型在電路控制中sb3sb12為手動開關，故選擇為黃色，sb1為定位按鈕，選擇綠色，sb為電機啟動停止按鈕，故選擇綠色，sb2 為電機停止按鈕，選為紅色，查手冊，即： sb0、sb1 ：la2 ，綠色； sb2 ： la2 ，紅色； sb3sb7：la2 ，黃色。電路中照明電路開關為刀閘開關，查手冊得：qs：dz20-100/3，藍色；而總電源開關選擇的是一個

22、空氣開關qf，查手冊可得： qf ：dz15100， 額定電流100a在整體電路中用到了一個萬能轉換開關，用于手動控制與自動控制，根據(jù)要求，選擇了22對觸頭，額定電壓110v的類型，查手冊可得： ql ：lw6h ，22對觸頭sq1sq6為行程開關，在電路中的功能幾乎相同，故選擇型號也相同，查手冊可得：型號為jw211z。5.plc控制系統(tǒng)設計考慮到控制功能，經濟性，可靠性等方面，plc選擇三菱fx1n-60mr-001 36點輸入，24點繼電器輸出，其外部接線圖參看附件。梯形圖如下：指令表如下：ld x0or y1ani x1out y1ldi x2and x3mc n0 m0ld x4or

23、 y2ani x5ld x2and x6orbout y2ldi x2and x7ani x7ld x2and x8orbout y3ldi x2ani x7and x6ani x6ld x2and x9orbout y4ldi x2ld x10and x11or y5and x6ld x2and x12orbout y5ldi x2ld x13and x14or y6ani x14ani x7ld x2and x15orbout y6ld x16and x17or y7and x6out y7ld y5and y10ani x18or y8out y8out y9ld y6or y10ani t0out y10ld y10out t0 k50ld x19out y11mcr noout y12ld y1out y13ld y2out y14ld y3out y15ld y4out y16ld y5out y17ld y6out y18ld x20out y19end控制表如下：輸入名稱輸出名稱x0油泵啟動sb0y001接觸器km3x1熱繼電器fr3y002電磁閥線圈yv1x2自動/手動旋鈕sb1y003電磁閥線圈yv2x3壓力繼電器jy3y004