機電課程設(shè)計壓力機液壓系統(tǒng)電氣控制設(shè)計

1、湖南工業(yè)大學機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計資料袋機械工程學院（系、部）20122013 學年第 二學期課程名稱機床電氣控制技術(shù)指導教師職稱學生姓名陳軍專業(yè)班級機械設(shè)計班級10405700404學號題 目壓力機液壓系統(tǒng)電氣控制設(shè)計成 績起止日期 2013 年6月24日2013年6月28日目錄清單序號材料名稱資料數(shù)量備注1課程設(shè)計任務(wù)書12課程設(shè)計說明書13電氣控制電路圖14可編程控制器硬件接線圖15狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、梯形圖16控制梯形圖15 / 242 / 24課程設(shè)計任務(wù)書20122013學年第二學期機械工程 學院（系、部） 機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 機設(shè)1003班級 課程名稱：機床電氣控制技術(shù)設(shè)計題

2、目：壓力機液壓系統(tǒng)電氣控制設(shè)計完成期限：自2013年6月24日至 2013 年6月28日共1周內(nèi)容及任務(wù)進度安排42&526根如,62&72&細表82&主要參考資料倉&主康凱6. 萬00偉靜敘00 張,2李芮孫,21 土 J J J XL 1 、不2 3 4不 I仮I I I仮指導教師（簽字）：2013年6月17日系（教研室）主任（簽字）：2013年6月17日機床電氣控制技術(shù)設(shè)計說明書壓力機液壓系統(tǒng)電氣控制設(shè)計起止日期：2013年6月24日至 2013年6月28日學 生 姓 名班級學號成績指導教師（簽字）機械工程學院（部）2013年6月17日一、課程設(shè)計內(nèi)容及要求-0-1.1課程設(shè)計對象簡介-

3、0-1.2壓力機結(jié)構(gòu)及工作要求 -0-1.3液壓系統(tǒng)工作原理及控制要求-1-1.4課程設(shè)計任務(wù)-3-二、電氣控制電路設(shè)計-4-2.1繼電器-接觸器電氣控制電路設(shè)計-4-2. 2繼電器-接觸器電氣控制電路圖分析及介紹-4-2. 3選擇電氣元件-9-三、壓力機可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計-10-3. 1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計基本原則-10-3. 2可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計-10-四、設(shè)計體會及總結(jié)-17 -五、參考資料- 18 -1 / 24-7-/24一、課程設(shè)計內(nèi)容及要求1.1課程設(shè)計對象簡介壓力機是鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲、粉末冶金、成形、打包等 加工工藝中廣泛應(yīng)用壓力加工機械設(shè)備。液壓壓力機（簡

4、稱液壓機）是壓 力機一種類型，它通過液壓系統(tǒng)產(chǎn)生很大靜壓力實現(xiàn)對工件進行擠壓、校 直、冷彎等加工。液壓機結(jié)構(gòu)類型有單柱式、三柱式、四柱式等形式，其 中以四柱式液壓機最為典型，它主要由橫梁、導柱、工作臺、上滑塊和下 滑塊頂出機構(gòu)等部件組成，結(jié)構(gòu)原理圖如圖1-1所示。1.2壓力機結(jié)構(gòu)及工作要求圖1-1四柱液壓機結(jié)構(gòu)原理圖1-床身2-工作平臺3-導柱4-上滑塊5-上缸6-上滑塊模具7-下滑塊模具由圖1-1所示，主機為三梁四柱式結(jié)構(gòu)，上滑塊由四柱導向、上液壓 缸驅(qū)動，實現(xiàn)“快速下行一慢速加壓一保壓延時f快速回程一原位停止” 動作循環(huán)。下液壓缸布置在工作臺中間孔內(nèi)，驅(qū)動下滑塊實現(xiàn)“向上頂出 -向下退回”

5、或“浮動壓邊下行一停止一頂出”動作循環(huán)。壓力機液壓系 統(tǒng)以壓力控制為主，系統(tǒng)壓力高，流量大，功率大，尤其要注意如何提高 系統(tǒng)效率和防止產(chǎn)生液壓沖擊。由上液壓缸和下液壓缸動作循環(huán)路線可以畫出液壓機工作循環(huán)圖，如圖1-2所示。橫坐標為一個循環(huán)周期，縱坐標為液壓缸工作行程。1. 3液壓系統(tǒng)工作原理及控制要求由設(shè)計任務(wù)書可知，設(shè)計任務(wù)為3150KN通用液壓系統(tǒng)。1.31 3150KN通用液壓系統(tǒng)工作原理及特點圖1-3為3150KN通用液壓機液壓系統(tǒng)圖。系統(tǒng)有兩個泵，主泵1是 一個高壓、大流量恒功率（壓力補償）變量泵，最高工作壓力由溢流閥4 遠程調(diào)壓閥5調(diào)壓。輔助泵2是一個低壓小流量定量泵，用于供應(yīng)液動

6、閥 控制油，其壓力由溢流閥3調(diào)整。該系統(tǒng)采用高壓大流量恒功率變量泵供油和利用滑塊自重充液快速 運動回路，既符合工藝要求，又節(jié)省了能量；釆用單向閥13保壓及由順序閥11和帶卸載閥芯充液閥14組成泄壓回路，結(jié)構(gòu)簡單，減小了由保壓 轉(zhuǎn)換為快速回程時液壓沖擊。圖1-3 3150KN通過液壓機液壓系統(tǒng)圖1主泵 2輔助泵3、4、18溢流閥5遠程調(diào)壓閥6、21電液 換向閥7壓力繼電器8電磁換向閥9液控單向閥10、20背壓閥11順序閥12液控滑閥13單向閥14充液閥15油箱16上缸17下缸19節(jié)流器22壓力表1. 3. 2 3150KN通用液壓機液壓系統(tǒng)性能分析由以上工作原理及特點分析可知，該機液壓系統(tǒng)主要由

7、壓力控制回路, 換向回路，快慢速轉(zhuǎn)換回路，以及平衡鎖緊回路等組成。其主要性能特點如 下：1）系統(tǒng)采用高壓大流量恒功率（壓力補償）柱塞變量泵供油，通過電液 換向閥6、21中位機能使主泵1空載起動，在主、輔液壓缸原位停止時主 泵1卸荷，利用系統(tǒng)工作過程中工作壓力變化來自動調(diào)節(jié)主泵1輸出流量 及上缸運動狀態(tài)相適應(yīng)，這樣既符合液壓機工藝要求，又節(jié)省能量。2）系統(tǒng)利用上滑塊組件自重實現(xiàn)主液壓缸（上缸）快速下行，并用充 液閥14補油，使快速運動回路結(jié)構(gòu)簡單，補油充分，且使用元件少。3）系統(tǒng)采用帶緩沖裝置充液閥14、液動換向閥12和外控順序閥11組 成泄壓回路，結(jié)構(gòu)簡單，減小了上缸由保壓轉(zhuǎn)換為快速回程時液壓

8、沖擊。4）系統(tǒng)采用單向閥13、14保壓，并使系統(tǒng)卸荷保壓回路，在上缸上腔 實現(xiàn)保壓同時實現(xiàn)系統(tǒng)卸荷，因此系統(tǒng)節(jié)能效率高。5）系統(tǒng)采用液控單向閥9和內(nèi)控順序閥組成平衡鎖緊回路，使上缸組 件在任何位置能夠停止，且能夠長時間保持在鎖定位置上1.4課程設(shè)計任務(wù)1、在1周時間內(nèi)，根據(jù)給定任務(wù)（具體見課程設(shè)計指導書），繪制電氣 原理圖一張，要求有布局合理，功能完善，有技術(shù)要求及明細欄；2、有PLC設(shè)計內(nèi)容（由指導教師指定），要求給出程序框圖和源程序清 單；3、編寫設(shè)計計算說明書一份，不得少于15頁。要求有目錄、設(shè)計任務(wù) 書及元器件選型計算、原理說明、功能說明、控制器選擇、程序清單、調(diào) 試結(jié)論、參考資料等。

9、二、電氣控制電路設(shè)計2.1繼電器-接觸器電氣控制電路設(shè)計根據(jù)液壓機系統(tǒng)性能以及特點分析之后，還需要考慮了以下兒個方面：1、電氣控制線路及機械配合相當緊密，因此分析中要詳細了解機械結(jié) 構(gòu)及電氣控制關(guān)系，但機械結(jié)構(gòu)相對比較復雜。2、控制線路中設(shè)置了變速沖動控制，從而使變速順利進行。3、為了操作方便，釆用多地控制，實現(xiàn)兩地啟、停。4、具有完善電氣聯(lián)鎖，并具有短路、零壓、過載及超行程限位保護環(huán) 節(jié) 根據(jù)設(shè)計要求我們設(shè)計了如圖2-3所示繼電器-接觸器電氣控制電路 圖。2. 2繼電器-接觸器電氣控制電路圖分析及介紹2.2.1通過以上分析，可得出圖1-3中每個換向閥每個電磁鐵動作順 序，如表2-1所示。表2

10、-1 3150KN通用液壓機電磁鐵動作順序表動作程序1Y2Y3Y1Y5Y上缸快速下+慢速加+保壓泄壓回 程+停止下缸頂出+退回+壓邊+2. 2. 2動作分析SBj A KMiSBaKAiSQ2KMi KAi伽上腔。圖2-1（1）啟動如圖2-1所示。按啟動按 扭SB2, KM1得電吸合，常開開關(guān)KM1閉 合，主泵供油，電磁鐵全部處于失電狀態(tài), 主泵1輸出油經(jīng)三位四通電液換向閥6中 位及閥21中位流回油箱，空載啟動。（2）缸快速下行 按啟動按扭SB3, KA1得電吸合，其控制常開開關(guān)KA1閉合, 電磁鐵1Y、5Y先后得電，閥6換至右位, 控制油經(jīng)閥8右位使液控單向閥9打開。進油路：泵1 一換向閥6

11、右位一單向 閥13-上缸16上腔。回油路：上缸16下腔一液控單向閥9 f換向閥6右位一換向閥21中位一油箱。上缸滑塊在自重作用下迅速下降，泵1 雖處于最大流量狀態(tài)，仍不能滿足其需 要，因而上缸上腔形成負壓，上部油箱15 油液經(jīng)液控單向閥14 （充液閥）進入上缸（3）上缸慢速接近工件。當上缸滑塊降至一定位置觸動行程開關(guān)2S后，SQ2失電斷開，電磁鐵5Y失電，閥8處于原位，液控單向閥9關(guān)閉。 上缸下空油液經(jīng)背壓閥10、閥6右位、閥21中位回油箱。這時，上缸上（6）上缸原位停止。腔壓力升高，充液閥14關(guān)閉。上缸在泵1供給壓力油作用下慢速接近工 件。當上缸滑塊接觸工件后，阻力急劇增加，上腔壓力進一步提

12、高，泵1 輸出流量自動減小。（4）保壓。 當上缸上腔壓力達到預定值時，壓力繼電器KP吸合， 常閉開關(guān)KP斷開，使電磁鐵1Y失電，閥6回中位，上缸上、下腔封閉， 單向閥13和充液閥14使上缸上腔保壓，保壓時間由時間繼電器KM2調(diào)整。 保壓期間，泵1經(jīng)閥6、閥21中位卸載。（5）泄壓，上缸回程。如圖2-2所示。保壓過程結(jié)束，時間繼電器 KM2發(fā)出信號，其控制常開開關(guān)KM2閉合，接觸器KA2得電吸合，電磁鐵 2Y得電，閥6換至左位，同時開關(guān)KA2閉合，形成自鎖。由于上缸上腔壓 力很高，液動滑閥12處于上位，壓力油經(jīng)閥6左位及閥12上位使外控順 序閥11開啟。此時泵1輸出油液經(jīng)順序閥11回油箱。泵1在

13、低壓下工作, 此壓力不足以打開充液閥14主閥芯，而是先打開閥14中卸載芯，使上缸 上腔油液經(jīng)此卸載閥芯開口泄回上部油箱15,壓力逐漸降低。當上缸上腔壓力泄至一定值后，液動滑閥12回到下位，外控順序閥11 關(guān)閉，泵1供油壓力升高，閥14完全打開，此時油液流動情況為進油路：泵1-換向閥6左位一液控單向閥9-上缸下腔?；赜吐罚荷细咨锨怀湟洪y14-上部油箱15o實現(xiàn)主缸快速回程。當上缸滑塊上長至觸動行程開關(guān)IS, SQ1觸點 失電斷開，電磁鐵2Y失電，閥6 處于中位，液控單向閥9將主缸 下腔封閉，上缸原位停止不動。泵1輸出油經(jīng)閥6、閥21中位回 油箱，泵卸載。（7）下液壓缸頂出及退回 按下開關(guān)SB5,

14、接觸器KA3得電，電磁鐵3Y得電，換向閥21換至 左位進油路：泵1 一換向閥6中位 一換向閥21左位一下缸17下腔?；赜吐罚合赂?7上腔一換向 閥21左位一油箱。下液壓缸活塞 上升，頂出。按下開關(guān)SB6,接觸器KA4得 電，電磁鐵4Y得電，同時電磁鐵3Y失電，換向閥21換至右位，下液壓 缸活塞下行，退回。圖2-2(8)浮動壓邊作薄板拉伸壓邊時，要求下缸活塞上升到一定位置 后，既保持一定壓力，又能隨上缸滑塊下壓而下降。這時，換向閥21處 于中位，上缸滑塊下壓時下缸活塞被迫隨之下行，下缸下腔油液經(jīng)節(jié)流器 19和背壓閥20流回油箱，使下缸下腔保持所需壓邊壓力。調(diào)節(jié)背壓閥20 即可改變浮動壓邊力。下缸

15、上腔則經(jīng)閥21中位從油箱補油。溢流閥18為下 缸下腔安全閥。兩23曰A琶已棗巫二二 242. 3選擇電氣元件對于電氣元件選擇，我們應(yīng)注意以下兒點：(1) 根據(jù)對控制元件功能要求，確定電氣元件功能要求，確定電氣元件類 型。如繼電器及接觸器，當元件用于通，斷功率較大主電路時，應(yīng)選擇交 流接觸器；若元件用于切換功率較小電路(如控制電路)時，則應(yīng)選擇中 間繼電器；若伴有延時要求時，則應(yīng)選用時間繼電器。(2) 根據(jù)電氣控制電壓，電流及功率大小來確定元件規(guī)格，滿足元器件負 載能力及使用壽命。(3) 掌握元器件預期工作環(huán)境及供應(yīng)情況，如防油，防塵，貨源等。(4) 為了保證一定可靠性，采用相應(yīng)降額系數(shù)，并進行

16、一些必要技術(shù)和校 核。根據(jù)以上步驟及參考資料查找制定了本課程設(shè)計中繼電器元件表(見表 2-2 )o表2-2 電動機和電器元件明細表代號夕 1稱型號QS總電源開關(guān)HZ1-60/3FU1熔斷器RL1-60/40FU2熔斷器RL1-15/4FU3熔斷器RL1-15/4FU4熔斷器RL1-15/4FR1液壓泵1熱繼電器JR10-1010 AFR2液壓泵2熱繼電器JR10-106 AKM1液壓泵啟動接觸器CJO-40KM2延遲繼電器接觸器CJO-20KA1-KA5對應(yīng)1Y-5Y接觸器JZ7-44127 V1Y-5Y電磁鐵36 VTL1直流變壓器BK-150 380/127/36VTL2變壓器BK-150

17、 380/127/36VSB1總停止按鈕LA2SB2泵啟動按鈕LA2SB3快速下行按鈕LA2SB4下缸停止按鈕LA2SB5下缸頂出按鈕LA2SB6下缸退回按鈕LA2SQ1行程開關(guān)LX3-11HSQ2行程開關(guān)LX3-11HKP壓力繼電器接觸器PFTL4VC直流電源36VEL照明燈具JC6-1S1照明燈開關(guān)TCL A6三、壓力機可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計3.1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計基本原則在設(shè)計可編程控制器系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則。(1) 最大限速地滿足控制要求充分發(fā)揮可編程控制器功能，最大限度地滿足被控對象控制要求，是 設(shè)計中最重要一條原則。設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料。 同時要注意和

18、現(xiàn)場工程管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合，共同解決重 點問題和疑難問題。(2) 保證系統(tǒng)安全可靠保證可編程控制器控制系統(tǒng)能夠長期安全，可靠，穩(wěn)定運行，是設(shè)計 控制系統(tǒng)重要原則。(3) 力求簡單，經(jīng)濟，使用及維修方便在滿足控制要求前提下，一方面要注意不斷擴大工程效益，另一方面 也要注意不斷降低工程成本，不宜盲目追求自動化和高指標。(4) 適應(yīng)發(fā)展需要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善需要。3. 2可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(1) 可編程控制器選型本系統(tǒng)有輸入信號九個，輸出信號有七個，均為開關(guān)量。根據(jù)輸入輸 出點數(shù)、類型及控制要求，同時考慮到維護、改造和經(jīng)濟性等諸多因素， 可以選擇FX2N-32N1R,這

19、樣共有16個輸入點、16個輸出點，可以滿足控 制要求。(2) I/O地址分配根據(jù)系統(tǒng)要完成動作，考慮在下液壓缸頂出和退回時可能需要點動操 作方式，方便調(diào)節(jié)壓邊時間以保證工件加工要求。設(shè)定輸入/輸出控制信號，其I/O地址分配如下表3-1。表3-1 I/O地址分配表輸入信號輸出信號代號功能I點代號功能0點SB2啟動液壓泵X0KM1泵啟動Y0SB3快速下行XIKA1慢速下行Y1SQ2行程開關(guān)2SX2KA2泄壓回程Y2KP壓力繼電器X3KA3下缸頂出Y3SQ1行程開關(guān)1SX4KA4下缸退回Y4SB5下缸頂出X5KA5和Y1實現(xiàn)快速下 行Y5SB6下缸退回X6指示燈Y6SB4下缸停止X7SB1總停止X1

20、0(3) 可編程控制器輸入輸出點地址編號及硬件連接線將輸入信號.輸出信號按功能類型分配，及可編程控制器輸入輸出端 一一對應(yīng)連接。如下圖3-1所示。sb3Asq2KFSQtsb5sb6sb4SBiY3Y4Y5Y60MC sEiX3X4X5X8XTX10C0M圖3-1可編程控制器硬件接線圖(4) 軟件編制根據(jù)系統(tǒng)要求可知，但系統(tǒng)開始運行時，指示燈首先亮，用啟動脈沖 M8002直接使程序進入等待狀態(tài)。最后用END指令結(jié)束指令?？刂铺菪螆D 如圖3-2所示，根據(jù)控制梯形圖寫出語句表如表3-2所示。圖3-2控制梯形圖表3-2系統(tǒng)語句表步序指令數(shù)據(jù)步序指令數(shù)據(jù)1LDM800217ANIX0042OUTY00

21、618ANIY0013LDIX01019OUTY0024ANDXOOO20LDIY0015ORY00021ANDX0056OUTY00022ORY0037LDIX00323ANIY0028ANDX00124ANIY0049ORY00125OUTY00310ANIY00226LDIY00111OUTY00127ANIY00212ANIX00228ANDX00613OUTY00529ORY00414LDX00330ANIY00315OUTTO31OUTY004K10032END16LDTO繪制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖，如圖3-3所示，根據(jù)梯形圖編寫 指令表見表3-3.表3-3系統(tǒng)指令表步序指令步

22、序指令步序指令1LD M800216SET S2231LD X52SETSO17STL S2232SET S253STLSO18LDTY533STL S254LDX1019OUTY134LDIY25ANDXO20LD X335OUTY36SET S2021SET S2336LD X67STL S2022STL S2337SET S268SET YO23LDIY138STL S269LD XI24OUTTO39LDIY310SET S2125K 10040OUTY411STL S2126LD TO41LD XI12LD YO27SET S24OUTSO13OUTY128STL S2443RET1

23、4OUTY529OUTY244END15LDIX230LDIXI-17-/24S203115ETX1SET S26$26REIENDENDREI圖3-3壓力機狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖四、設(shè)計體會及總結(jié)為期一周電氣控制課程設(shè)計終于要告一段落了，這是我第一次接觸到 這種性質(zhì)課，感覺受益良多。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用實踐 訓練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少過程。“千里之 行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言真正含義。 我今天認真地進行課程設(shè)計，學會腳踏實地地邁開這一步，就是為明天能 夠穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實基礎(chǔ)。這次課程設(shè)計主要是設(shè)計液壓機電氣控制原理和PLC控制原理，在做控 制設(shè)計這部分時同組同學做了深入討論，通過在網(wǎng)上和圖書館查資料，和 同學討論以及老師幫助下，較好完成了液壓機繼電器控制和PLC原理控制 設(shè)計，基本達到了預定設(shè)計要求。在此次設(shè)計過程中我學到許多知識， 對繼電器控制原理和PLC控制原理有更深層次了解，尤其是繼電器部分， 能較熟練選擇各電氣元件型號，分析電路圖，在PLC部分，對編