組合機床電器控制、PLC控制設(shè)計

1、機電控制技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書組合機床電器控制、PLC控制設(shè)計摘 要 圖 2- 3 - 9 4 41 4 8 =8 5 電氣控制系統(tǒng)伴隨著控制器件的發(fā)展而發(fā)展，主要表現(xiàn)為：從控制方法上，從手動操縱發(fā)展到自動控制；在控制功能上，從單一功能發(fā)展為多種功能；在實際操作上，從緊張繁重發(fā)展到輕松自如。 本文的主要內(nèi)容為兩大塊：組合機床電氣控制和PLC控制。 關(guān)鍵詞：電氣控制系統(tǒng),自動控制,PLC ABSTRACT Electrical control system advances with the development of control elements. , For live operation,

2、 it makes worders relaxed rather than strain, for the method of control, it has develop from manual operation to automatic control, and for the function of control, from simple function to miscellaneous functions. The main content of the course-design falls into two parts, that is, the electrical co

3、ntrol of grinding machine and the PLC control. Keywords: Electrical Control System, Automatic Control, PLC目錄一緒論 4二組合機床的設(shè)計要求 .5 2.1選擇并確定控制方案 5 2.2組合機床的主要結(jié)構(gòu)和運動形式 6 2.3液壓動力滑臺系統(tǒng)及控制要求 7三組合機床電氣控制電路設(shè)計 8 3.1電氣控制線路設(shè)計遵循的原則 83.2電動機控制電路分析與設(shè)計 8 3.4電氣控制線路總圖 11四組合機床的PLC控制設(shè)計 114.1可編程控制系統(tǒng)的輸入/輸出接線圖 114.2控制梯形圖 12五輔助電氣

4、元件的選擇 .125.1輔助元件的選擇說明 125.2電氣元、器件清單 16六設(shè)計總結(jié) 17七.參考文獻 17附圖：系統(tǒng)電氣原理圖一緒論機床是制造業(yè)中的主要設(shè)備，機床的數(shù)量、質(zhì)量及自動化水平直接影響到整個制造業(yè)的發(fā)展。20世紀初電動機的發(fā)明，使機床的動力得到了根本的改變。在現(xiàn)代制造業(yè)中，為了實現(xiàn)機床生產(chǎn)過程自動化的要求，機床電氣控制不僅包括拖動機床的電動機，而且包括一套電動機的控制系統(tǒng).本文中涉及的內(nèi)容有：組合機床電氣設(shè)計的要求、內(nèi)容；電氣傳動形式的確定；控制方案的確定；電氣控制線路的設(shè)計（主線路和控制線路）；可編程控制器的輸入輸出接線的設(shè)計和控制梯形圖的設(shè)計及電氣元件的選擇。由于編者水平、時

5、間有限，本指導(dǎo)書中定然有欠妥之處，懇請老師批評指正。編者 2011年11月28號二組合機床的設(shè)計要求 2.1選擇并確定控制方案組合機床通常是采用多刀、多面、多工序、多工位同時加工，由通用部件和專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它的電氣控制線路是將各個部件組合成一個統(tǒng)一的循環(huán)系統(tǒng)。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削及磨削等工序。組合機床用于大批量生產(chǎn)。組合機床的控制系統(tǒng)大多采用機械、液壓或氣動、電氣相結(jié)合的控制方式。其中，電氣控制又起中樞連接的作用。因此，應(yīng)分析組合機床電氣控制系統(tǒng)與機械、液壓或氣動部分的相互關(guān)系。組合機床組成部件不是一成不變的，它將隨著生產(chǎn)力的向前發(fā)

6、展而不斷更新，因此與相適應(yīng)的電氣控制線路也隨著更新?lián)Q代，目前主要有以下兩種：1） 機械動力滑臺控制線路機械動力滑臺和液壓動力滑臺都是完成進給運動的動力部件，兩者區(qū)別僅在于進給的驅(qū)動方式不同。動力滑臺與動力頭相比較，前者配置成的組合機床較動力頭更為靈活。在動力頭上只能安裝多軸箱，而動力滑臺還可以安裝各種切削頭組成的動力頭，用來組成臥式、立式組合機床，以完成鉆、擴、鉸、鏜、刮端面、倒角和攻螺紋等工序，安裝分級進給裝置后，也可用來鉆深孔。一般機械動力滑臺由滑臺、機械滑座及雙電動機（快速電動機和進給電動機）傳動裝置三部分組成?；_進給運動的自動循環(huán)是通過傳動裝置將動力傳遞給絲桿來實現(xiàn)的。2） 液壓動力

7、滑臺控制線路液壓動力滑臺與機械動力滑臺在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于：液壓動力滑臺的進給運動的借助壓力油通過液壓缸的前腔和后腔來實現(xiàn)的。液壓動力滑臺由滑臺、滑座及液壓缸三部分組成，液壓缸驅(qū)動滑臺在滑座上移動。液壓動力滑臺也具有前面機械動力滑臺的典型自動工作循環(huán)過程，它是通過電氣控制線路控制液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)的?；_的工進速度是通過調(diào)整節(jié)流調(diào)速閥進行無級調(diào)速的。電氣控制一般采用行程原則、時間原則控制方式及壓力控制方式。組合機床電氣控制系統(tǒng)總的特點，是它的基本電路可根據(jù)通用部件的典型控制電路和一些基本控制環(huán)節(jié)組成，再按加工、操作要求以及自動循環(huán)過程，無須或只要作少量修改綜合而成。本設(shè)計采用一個液壓動力滑臺和兩個銑

8、削動力頭來實現(xiàn)兩面加工的組合機床電氣控制電路。2.2組合機床的主要結(jié)構(gòu)和運動形式組合機床由底座、床身、液壓動力滑臺、銑削動力頭、液壓站等通用部件以及有關(guān)的專用部件組成，如圖1所示。組合機床的工作循環(huán)如圖2所示。加工時，工件隨夾具安裝在液壓動力滑臺上，當(dāng)發(fā)出加工指令后，工作臺作快速進給，工作接近動力頭時，工作臺改為工作進給速度進給，同時，左銑削動力頭啟動加工，當(dāng)進給到一定位置時，右動力頭也啟動兩面同時加工，直至終點時工作進給停止，兩動力頭停轉(zhuǎn)，經(jīng)死擋鐵停留后，液壓動力滑臺快速退回原位并停止，工作循環(huán)結(jié)束。2.3液壓動力滑臺系統(tǒng)及控制要求如圖3所示為液壓動力滑臺具有一次進給的液壓系統(tǒng)圖。元件動作見

9、表1所示。元件動作表1工步Y(jié)V1YV2KP原位快進+工進+死擋鐵停留+/+快退+液壓系統(tǒng)工作過程如下：（元件動作見表）（1） 快速趨進 液壓泵電動機啟動后，按SB3按鈕發(fā)出滑臺快速移動信號，電磁鐵YV1得電，三位五通電磁閥向右移，控制油路開通，控制三位五通液控換向閥向右移，接通工作油路，壓力經(jīng)過行程閥進入液壓缸大腔，而小腔內(nèi)回油經(jīng)過三位五通液控換向閥、單向閥、行程閥再進入大腔，液壓缸體、滑臺、獲得向前快速移動。（2） 工作進給 滑臺快速移動到工件接近銑削動力頭時，滑臺上的擋鐵壓下行程閥，切斷壓力油通路，此時壓力油只能通過調(diào)速閥進入液壓缸大腔，減少進油量，降低滑臺移動速度，滑臺轉(zhuǎn)為工進進給。此時

10、由于負載增加，工作油路油壓升高，順序閥打開，液壓缸小腔的回油不再經(jīng)單向閥流入液壓缸大腔，而是經(jīng)順序閥流回油箱。（3） 死擋鐵停留 液壓動力滑臺工作進給結(jié)束時（銑削加工完成），滑臺撞上死擋鐵，停止前進，但油路仍處于工作進給狀態(tài)，液壓缸大腔內(nèi)繼續(xù)進油，至使油壓升高，壓力繼電器KP動作。（4） 快速退回停于原位死擋鐵停留，壓力繼電器KP動作，其常閉觸點打開，使電磁鐵YV1失電 ，KP常開觸點閉合，電磁鐵YV2得電，三位五通電磁閥左移，控制油控制閥左移，工作壓力油直接進入液壓缸小腔，使液壓缸體、滑臺、工件迅速退回。同時大腔內(nèi)的回油經(jīng)單向閥、三位五通液控換向閥無阻擋地流回油箱。工作臺快速退回原位時，壓下

11、原位行程開關(guān)，電磁鐵YV2失電，在彈簧作用下，液控換向閥處于中間狀態(tài)，切斷工作油路，系統(tǒng)中各元件均恢復(fù)原位狀態(tài)，滑臺停于原位，一個工作循環(huán)結(jié)束。三組合機床電氣控制電路設(shè)計3.1電氣控制線路設(shè)計遵循的原則（1）應(yīng)最大限度地滿足生產(chǎn)機械的工藝要求（2）力求控制線路安全、可靠、簡單、經(jīng)濟（3）合理選擇各種電氣元件（4）便于操作和維修、符合人機關(guān)系 3.2電動機控制電路分析與設(shè)計（1）主電路為液壓泵電動機，操作按鈕SB2或SB1，使KM1得電或失電，控制電動機啟動或停止。機床所有的操作都必須在液壓泵電動機啟動以后進行。SA1為機床半自動工作與調(diào)整工作的選擇開關(guān)。SA1開關(guān)置于位置時機床實現(xiàn)半自動工作，

12、左、右銑削動力頭的電動機M2與M3分別由滑臺移動到位，壓下行程開關(guān)SQ2與SQ3，使KM2、KM3得電并自鎖，M2、M3分別啟動工作。加工到終點時，滑臺壓下終點行程開關(guān)SQ4，使KM2、KM3斷電，兩動力頭停轉(zhuǎn)。（2）控制電路液壓泵電動機啟動工作后，按下按鈕SB3，繼電器KA1得電并自鎖，電磁鐵YV1得電，控制液壓滑臺快速趨近，至滑臺壓下行程閥，滑臺轉(zhuǎn)為工作進給速度進給。工作進給至終點，死擋鐵停留，進油路油壓升高，到壓力繼電器動作。KA1失電，電磁鐵YV1失電，同時KA2得電，電磁鐵YV2得電，滑臺快速退回到原位，壓下原位行程開關(guān)SQ1，KA2失電，YV2失電，滑臺停在原位，一個工作循環(huán)結(jié)束。

13、（3）照明電路機床照明燈通過控制變壓器T1降壓為24，由開關(guān)SA2控制。（4）保護與調(diào)整環(huán)節(jié)熔斷器FU1用于對電動機M1，變壓器T1、T2一次側(cè)進行短路保護。FU2用于對電動機M2、M3短路保護，F(xiàn)U3用于對控制電路短路保護，F(xiàn)U4用于對照明電路短路保護，F(xiàn)U5用于對電磁鐵線圈電路短路保護。三臺電動機的過載保護分別由FR1、FR2、FR3熱繼電器實現(xiàn)，為了保護刀具與工件安全，當(dāng)其中一臺電動機過載時，要求其余兩臺電動機均應(yīng)停止工作。因此，熱繼電器的常閉觸點均應(yīng)接在控制電路的總電路中。組合機床是由通用部件和專用部件組成。組合機床在整機的安裝、調(diào)試過程中，希望各部件能靈活方便地進行單獨調(diào)試，而不影響

14、其它部件。因此，控制電路應(yīng)具有對自動加工與調(diào)整工作狀態(tài)的控制作用。左、右動力頭調(diào)整點動對刀時，通過操作轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1于調(diào)整位置，分別按下按鈕SB7、SB8，實現(xiàn)左、右動力頭點動對刀的調(diào)整。液壓動力滑臺前進、后退的調(diào)整是將SA1開關(guān)置于位置，切斷KM2、KM3線圈電路，使滑臺移動到SQ2、SQ3位置時，左、右銑削動力頭不應(yīng)起動工作。按下點動按鈕SB5、SB6，分別使KA1、KA2得電，獲得滑臺前進與后退的點動調(diào)整工作。3.3電氣控制線路總圖根據(jù)各局部線路之間的相互關(guān)系和電氣保護線路，完成電氣原理圖，如附圖所示。四組合機床的PLC控制設(shè)計4.1可編程控制系統(tǒng)的輸入/輸出接線圖本系統(tǒng)有輸入信號15個

15、，輸出信號10個，均為開關(guān)量。根據(jù)I/O接口數(shù)量、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-32MR，這樣共有16個輸入點、16個輸出點，可以滿足控制要求。將輸入信號、輸出信號按功能類型分配，與PLC的I/O端一一對應(yīng)連接。其I/O如下圖所示。4.2控制梯形圖由其繼電器控制電路直接得到梯形圖，如下圖。五輔助電氣元件的選擇 5.1輔助元件的選擇說明（1） 電動機M1、M2、M3合理地選擇電動機是指從驅(qū)動機床的具體對象、加工規(guī)范，也就是要從機床的使用條件出發(fā)，即從經(jīng)濟、合理、安全等多方面考慮，使電動機能夠安全可靠地運行?？紤]到以上情況，所以選擇液壓泵電動機M1的型號

16、為Y1324，額定功率為7.5kW，額定電壓為380V ，額定電流為15.8A，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。選擇左、右動力頭電動機M2、M3的型號為Y90L6，額定功率為1.1kW，額定電壓為380V ，額定電流為2.67A，額定轉(zhuǎn)速為910r/min。（2） 電源引入開關(guān)Q開關(guān)選用原則：1）開關(guān)的額定工作電壓線路額定電壓；2）開關(guān)的額定電流線路負載電流；3）有熱繼電器裝置的開關(guān)，其熱繼電器整定電流應(yīng)當(dāng)與所控制負載額定電流一致；4）有電磁繼電器裝置的開關(guān)，其電磁繼電器瞬時整定電流應(yīng)不小于負載電路正常工作峰值電流；5）有欠電壓繼電器裝置的開關(guān)，其欠電壓繼電器額定電壓就不小于線路額定電壓。Q主要

17、作為電源隔離開關(guān)用，并不用它來直接啟停電動機，可按電動機額定電流來選。中、小型機床常用組合開關(guān)，選用HZ1025/3型，額定電流為 25A，為三級組合開關(guān)。（3） 熱繼電器FR1、FR2、FR3選用原則：1）用做斷相保護時，對Y接法應(yīng)使用一般不帶斷相保護裝置的兩相或三相熱繼電器。對接法應(yīng)使用帶斷相保護裝置的繼電器。2）用做長期工作保護或間斷長期保護時，根據(jù)電動機啟動時間，選取6倍的額定電流（6IN）以下具有可返回時間的熱繼電器。其額定電流或熱元件整定電流應(yīng)等于或大于電動機或被保護電路的額定電流。繼電器熱元件的整定值一般為電動機或被保護電路額定電流的11.15倍。液壓泵電動機M1的額定電流為15

18、.8A，所以FR1應(yīng)選用JR16B20/3型熱繼電器，熱元件電流為16A，整定電流調(diào)節(jié)范圍為1016A，工作時將額定帶暖流調(diào)整為15.8A。同理，F(xiàn)R2、FR3應(yīng)選用JR16B20/3型熱繼電器，熱元件電流為3.5A，整定電流調(diào)節(jié)范圍為2.23.5A，工作時將額定電流調(diào)整為2.67A。（4） 壓力繼電器KP 應(yīng)選用JZ744型中間繼電器作為壓力繼電器，額定電流5A。（5） 中間繼電器KA1、KA2、KA3選用原則是：根據(jù)被控制電路的電壓等級，所需觸點數(shù)量、種類和容量等要求來選擇。應(yīng)選用JZ744型中間繼電器，額定電流5A。（6） 熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5選用原則：正確選用熔

19、斷器（熔斷器和其熔體）才能起到保護作用。一般情況下應(yīng)先選擇熔體的規(guī)格，再根據(jù)熔體的規(guī)格來確定熔斷器的規(guī)格。其選用的一般原則如下：1）熔體額定電流的選用：對負載電流比較平穩(wěn)，沒有沖擊電流的短路保護，熔體額定電流等于或稍大于負載工作電流；用于單臺電動機短路保護時，熔體額定電流=（1.52.5）×電動機額定電流；用于多臺電動機短路保護時，熔體額定電流=（1.52.5）×額定功率最大的一臺電動機額定電流+其余電動機額定電流總和。其中系數(shù)大小的選取原則為：電動機功率越大，系數(shù)選取值越大；相同功率時，啟動電流越大，系數(shù)選得越大。2）熔斷器選用：熔斷器的額定電壓不得小于線路的工作電壓；熔

20、斷器的額定電流不得小于所裝熔體的額定電流。FU1用于對電動機M1，變壓器T1、T2一次側(cè)進行短路保護。其熔體電流為，可選用RL160型熔斷器，配20A的熔體。FU2用于對電動機M2、M3短路保護。其熔體電流為，可選用RL115型熔斷器，配10A的熔體。FU3用于對控制電路短路保護，F(xiàn)U4用于對照明電路短路保護，F(xiàn)U5用于對電磁鐵線圈電路短路保護。可選用RL115型熔斷器，配4A的熔體。（7） 接觸器KM1、KM2、KM3選用原則：1）根據(jù)所控制的電動機及負載電流類別選用接觸器的類型；2）接觸器的主觸點額定電壓應(yīng)大于等于負載回路額定電壓；3）接觸器的主觸點額定電流應(yīng)大于等于負載回路額定電流；4）

21、根據(jù)吸引線圈的額定電壓選用不同種類接觸器。接觸器吸引線圈分交流線圈（36V，110V，127V，220V，380V）和直流線圈（24V，48V，110V，220V，440V）兩種。接觸器KM1，根據(jù)液壓泵電動機M1的額定電流，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CJ1020型接觸器，電磁線圈電壓為127V。由于M2、M3電動機額定電流比較小，M2、M3可選用JZ744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，對小容量的電動機常用中間繼電器充任接觸器。（8）控制變壓器T1、T2變壓器最大負載時KM1、KM2及KM3同時

22、工作，根據(jù)參考文獻得由式（410）得可知變壓器的容量應(yīng)大于32.76VA，考慮到照明燈等其他電器容量，可選用BK100型變壓器，電壓等級為380V/127-24-6.3，可滿足輔助回路的各種電壓需要。（9）行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4行程開關(guān)的一般選用原則是：1）根據(jù)使用場合及控制對象選用種類；2）根據(jù)安裝環(huán)境選用防護形式；3）根據(jù)控制回路的額定電壓和額定電流選用系列；4）根據(jù)機械與行程開關(guān)的傳動與位移關(guān)系選用合適的操作頭形式。所以SQ1、SQ4應(yīng)選JLXK111型行程開關(guān)，其額定電壓為500V，額定電流為5A。 SQ2、SQ3應(yīng)選JLXK1311型行程開關(guān)，其額定電壓為500V，額

23、定電流為5A。（10）控制開關(guān)SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8按鈕開關(guān)的一般選用原則是：1）根據(jù)使用場合選用按鈕開關(guān)的種類；2）根據(jù)用途選用合適的形式；3）根據(jù)控制回路需要，確定不同按鈕數(shù)；4）按工作狀態(tài)指示和工作情況要求，選用按鈕和指示燈的顏色。所以SB1、SB5、SB6應(yīng)選LA101型按鈕開關(guān)，顏色為紅色。 SB2、SB3、SB4、SB7、SB8應(yīng)選應(yīng)選LA101型按鈕開關(guān)，顏色為黑色。5.2電氣元、器件清單符號名稱型號規(guī)格數(shù)量M1液壓泵電動機Y13247.5kW 380V 1440r/min1M2左動力頭電動機Y90L61.1kW 380V 910r/min

24、1M3右動力頭電動機Y90L61.1kW 380V 910r/min1Q組合開關(guān)HZ1025/3三級 500V 25A1FR1熱繼電器JR16B20/3額定電流16A 整定電流15.8A1FR2、FR3熱繼電器JR16B20/3額定電流3.5A 整定電流2.67A2KP壓力繼電器JZ744額定電流5A1KA1、KA2、KA3中間繼電器JZ744額定電流5A3FU1熔斷器RL160500V 熔體20A1FU2熔斷器RL115500V 熔體10A1FU3、FU4、FU5熔斷器RL115500V 熔體4A3KM1交流接觸器CJ102020A 線圈電壓127V1KM2、KM3交流中間接觸器JZ7445A 線圈電壓127V2T1、T2控制變壓器BK100100VA 380V/127-24-6.32SQ1、SQ4行程開關(guān)JLXK111額定電壓500V 額定電流