臥式車床電氣控制系統(tǒng)設計

1、臥式車床電氣控制系一致、任務書1、設備簡介車床是機床中應用最寬泛的一種，它能夠用于切削各樣工件的外圓、內孔、端面及螺紋。車床在加工工件時，跟著工件資料和材質的不一樣，應選擇適合的主軸轉速及進給速度。但當前中小型車床多采納不變速的異步電動機拖動，它的變速是靠齒輪箱的有級調速來實現(xiàn)的，所以它的控制電路比較簡單。為知足加工的需要，主軸的旋轉運動有時需要正轉或反轉，這個要求一般是經過改變主軸電動機的轉向或采納離合器來實現(xiàn)的。進給運動多數(shù)是把主軸運動分出一部分動力，經過掛輪箱傳給進給箱來實現(xiàn)刀具的進給。有的為了提升效率，刀架的迅速運動由一臺進給電動機獨自拖動。車床一般都設有溝通電動機拖動的冷卻泵，來實現(xiàn)

2、刀具切削時冷卻。有的還專設一臺潤滑泵對系統(tǒng)進行潤滑。2控制要求主要控制電器為三臺電機：主電動機、冷卻泵電機、迅速挪動電機。三臺電機都要有短路保護舉措。主電動機和冷卻泵電機采納熱繼電器進行過載保護主電動機要采納降壓起動方式起動主電動機要求能夠正反轉控制，并且有點動調整控制和長動控制，采納反接制動主回路負載的電流大小能夠監(jiān)控，但要防備啟動電流對電流表產生沖擊。機床要有照明設備表1車床控制系統(tǒng)信號說明符號名稱及用途符號名稱及用途QF斷路器作電源引入及短路保護用FR1熱繼電器，主電動機過載保護用FU1FU2熔斷器作短路保護FR2熱繼電器，冷卻泵電動機過載保護用Ml主電動機KM3接觸器，主電動機正向起動

3、、停止用M2冷卻泵電動機KM4接觸器，主電動機反向起動、停止用M3迅速電動機KM接觸器，主電動機型連結，降壓啟動用SBlSB4主電動機起、停、點動按鈕KMY接觸器，主電動機丫型連結，降壓啟動用SB5SB6冷卻泵電動機起停按鈕KM1接觸器，冷卻泵電動機起動、停止用SQ限位開關，迅速挪動電動機控制KM2接觸器，迅速電動機起動、停止用HLl主電動機起停指示燈TC控制與照明變壓器HL2電源接通指示燈SA機床照明燈開關HL機床照明燈3設計任務1)依據(jù)控制要求，進行臥式車床電氣控制系統(tǒng)硬件電路設計，包含主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。2)依據(jù)控制要求，編制臥式車床控制PLC應用程序。編寫設計說明書，

4、內容包含：設計過程和相關說明。鑒于PLC的臥式車床電氣控制系統(tǒng)電路圖。PLC控制程序（梯形圖和指令表）。電器元器件的選擇和相關計算。電氣設備明細表。參照資料、參照書及參照手冊。其余需要說明的問題，比如操作說明書、程序的調試過程、碰到的問題及解決方法、對課程設計的認識和建議等。二、臥式車床電氣控制系統(tǒng)整體設計過程1、主電路原理圖圖1為臥式車床的主電路圖。斷路器QF將三相電源引入，F(xiàn)U1為主電動機M1的短路保護用熔斷器，F(xiàn)R1為M1電動機過載保護用熱繼電器。經過互感器TA接入電流表A以監(jiān)督主電動機繞組的電流。熔斷器FU2為M2、M3電動機的短路保護，接觸器KM1、KM2為M2、M3電動機啟動用接觸

5、器。FR2為M2電動機的過載保護，因為迅速電動機M3短時工作，所以不設計過載保護。2、溝通控制電路原理圖主電動機的點動調整控制圖2為點動環(huán)節(jié)的控制電路原理圖。電路中KM3為M1電動機的正轉接觸器，KM和KM丫為M1電動機的降壓啟動接觸器，KA為中間繼電器。M1電動機的點動由點動按鈕SB6控制。按下按鈕SB6，接觸器KM3得電吸合，它的主觸電閉合，電動機的定子繞組先接成星形，啟動后期接成三角形，電動機在較低電壓下起動，減少了啟動電流對電網(wǎng)的影響。主電動機的正反轉控制電路圖3為主電動機正反轉控制電路。主電動機正轉由正向起動按鈕SB1控制。按下SB1時，中間繼電器KA第一得電動作，它的協(xié)助觸點閉合，

6、接觸器KM3線圈得電動作，接觸器KM3線圈的主輔觸點得電吸合，KM3的主觸點將三相電源接通,。同時，時間繼電器KT及接觸器KM丫線圈得電，其常開主觸點閉合，電動機M1在星形連結下運轉。KM丫的常閉協(xié)助觸點斷開，保證了接觸器KM不得電。時間繼電器KT的常開觸點延時閉合；常閉觸點延時斷開，切斷KM丫線圈電源，其主觸點斷開而常閉協(xié)助觸點閉合。接觸點KM線圈得電，其主觸點閉合，使電動機M1由星形連結切換為三角形運轉。電動機M1得以實現(xiàn)降壓起動。KM3的動合觸點和KA的動合觸點的閉合將KM3線圈自鎖。反轉起動時用反向啟動按鈕SB2，按下SB2，相同是中間繼電器KA得電，而后接通接觸器KM4、KT、KM和

7、KM丫，于是電動機在降壓下反轉起動。KM3的動斷協(xié)助觸點，KM4的動斷協(xié)助觸點分別串在對方接觸器線圈的回路中，起到了電動機正轉與反轉的電氣互鎖作用。主電動機的反接制動控制圖4是某臥式車床正反轉與反接制動的控制電路圖。該臥式車床采納了反接制動方式。當電動機的轉速靠近零時，用速度繼電器的觸點給出信號切斷電動機的電源。速度繼電器與被控電動機是同軸連結的，當電動機正轉時，速度繼電器的正轉常開觸電KS1閉合；電動機反轉時，速度繼電器的反轉動合觸點KS2閉合。當電動機正向旋轉時，接觸器KM3和KM，繼電器KA都處于得電工作狀態(tài)，速度繼電器的正轉動合觸點KS1也是閉合的，這樣就為電動機正轉時的反接制動做好了

8、準備。需要泊車時，按下停止按鈕SB4，接觸器KM失電，其主觸電斷開。與此同時接觸器KM3也失電，斷開了電動機的電源，KA失電，KA的動斷觸點閉合。在松開SB4后就使反轉接觸器KM4的線圈得電，電動機的電源反接，電動機處于反接制動狀態(tài)。當電動機的轉速降落到速度繼電器的復位轉速時，速度繼電器KS的正轉動合觸點KS1斷開，切斷了接觸器KM4的通電回路，電動機離開電源停止。電動機的反接時的制動與正轉時的制動相像。當電動機反轉時，速度繼電器的反轉動合觸點KS2是閉合的，這是按一下停止按鈕SB4，在SB4松開后正轉接觸器KM3線圈得電吸合，將電源反接使電動體制動后停止。刀架的迅速挪動和冷卻泵的控制刀架的迅

9、速挪動是由轉動刀架手柄壓動限位開關SQ來實現(xiàn)的。當手柄壓動SQ后，接觸器KM2得電吸合，M3電動機轉動帶動刀架迅速挪動。M2為冷卻泵電動機，它的起動與停止是經過按鈕SB3和SB5控制的。3、協(xié)助電路剖析照明電路和控制電源剖析TC為多繞組變壓器，二次側有兩路，一路為110V，為控制電路供給電源；而另一路為36V（安全電壓），供照明電路照明，SA為控制照明電路的開關，SA閉合時照明燈EL點亮，斷開則熄滅。電流表保護電路剖析監(jiān)督主回路負載的電流表是經過電流互感接入的。為防備電動機起動電流對電流表的沖擊，電路中采納一個時間繼電器KT。當起動時，KT線圈通電，而KT的延時斷開的動斷觸點還沒有動作，電流互

10、感器二次電流只流經該觸點構成閉合回路，電流表沒有電流流過。起動后，KT延時斷開的動斷觸點翻開，此時電流流經電流表，反應出負載電流的大小。表2為電氣元件符號及功能說明表。表2電氣元件符號及功能說明序號名稱及用途序號名稱及用途M1主電動機SB1主電動機正向啟動按鈕M2冷卻泵電動機SB2主電動機反向啟動按鈕M3迅速挪動電動機SB3冷卻泵電動機啟動按鈕KM、KMY電動機三角形和星形連結SB4總停按鈕KM1冷卻泵電動機啟動接觸器SB5冷卻泵電動機停止按鈕KM2快移電動機啟動接觸器SB6主電動機正向點動按鈕KM3主電動機正轉接觸器TC控制變壓器KM4主電動機反轉接觸器FU15熔斷器KA中間繼電器FR1主電

11、機過載保護熱繼電器KT通電延不時間繼電器FR2冷卻泵電機保護熱繼電器SQ快移電動機點動行程開關R限流電阻SA開關EL照明燈KS速度繼電器TA電流互感器A電流表QF低壓斷路器三、元器件的選擇1、電動機選擇本次設計使用PLC控制系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的邏輯控制線路部分，其余基本無變化。電動機亦保存原有主軸電機、冷卻泵電機、快進電機，詳見下表。表3主軸電機、快進電機、冷卻泵電機參數(shù)表參數(shù)主軸電機冷卻泵電機快進電機型號Y255M-6Y2-631-2Y90L-2額定電壓AC380V50HzAC380V50HzAC380V50Hz額定電流（A）59.50.354.8額定功率（KW）300.182.2額

12、定轉速98027302840功率因數(shù)0.850.80.86絕緣等級BEE2、溝通接觸器的選擇溝通接觸器是一種屢次應用于工業(yè)電氣控制，并用按鈕或其余方式來控制其通斷的自動切換電器。在功能上除了能自動切換外，還擁有刀開關類手動開關所不可以實現(xiàn)的遠距離操作功能和失壓（或欠壓）保護功能。其生產方便，價錢便宜，應用十分寬泛。溝通接觸器由電磁機構，觸點系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、開釋彈簧機構、協(xié)助觸點及基座等部分構成。其原理是當接觸器的電磁線圈通入溝通電時，會產生很強的磁場使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動動銜鐵，當兩組銜鐵合攏時，安裝在動銜鐵上的動觸點也隨之與靜觸點閉合，使電氣線路接通。當斷開電磁線圈中的電流時，磁場消逝，

13、接觸器在彈簧的作用下恢復到斷開的狀態(tài)。在工業(yè)電氣中，常用溝通接觸器的型號有CJX8(B系列)CJ12、CJ20、CJT1(CJ10)、CJX1(3TB、3TF系列)、CJ40、SMC等系列產品。在此次控制系統(tǒng)硬件的設計中，采納了CJ20系列的溝通接觸器，其額定電流應在控制電流的11.4倍之間,在此控制主軸電機的KM3、KM4、KM，選用溝通接觸器型號為：CJ2063，線圈電壓220V；控制冷卻泵電機KM1和控制快進電機的KM2選用溝通接觸器型號為：CJ2010，線圈電壓220V。3、中間繼電器的選擇中間繼電器用于繼電保護與自動控制系統(tǒng)中，以增添觸點的數(shù)目及容量。它用于在控制電路中傳達中間信號。

14、中間繼電器的構造和原理與溝通接觸器基真相同，與接觸器的主要差別在于：接觸器的主觸頭能夠經過大電流，而中間繼電器的觸頭只好經過小電流。所以，它只好用于控制電路中。它一般是沒有主觸點的，因為過載能力比較小。所以它用的所有都是協(xié)助觸頭，數(shù)目比許多。新國標對中間繼電器的定義是K，老國標是KA。常用的中間繼電器型號有JZ7、JZ14等。本次設計選擇的中間繼電器型號為JZ7-44。4、保護電器的選擇（1）熔斷器熔斷器在電路中主要作短路保護和嚴重過載保護，用于保護線路。熔斷器的熔體串接于被保護的電路中，當經過它的電流小于規(guī)定值時，其熔體相當于一根導線，起電氣連結作用；當經過它的電流超出規(guī)定值（電路發(fā)生嚴重過

15、載或短路時）一準時間后，其熔體自動熔斷并切斷電路，進而起到保護作用。一般電氣控制線路中常用螺旋式熔斷器，其常用的產品有RL5、RL6、RL7和RL8系列產品，一般選擇熔體熔斷電流應為電機額定電流的1.52.5倍。則主軸電機電路熔斷器選用型號為:RL1-100/100.冷卻泵電機電路、快進電機電路熔斷器選用型號分別為：RL1-15/2、RL1-15/6.控制電路選用型號RL1-15/2。（2）熱繼電器熱繼電器是利用電流熱效應原理來工作的保護電器，擁有與電動機允許過載特征鄰近的反時限保護特征。主要用于電動機的過載保護、斷相及電流不均衡運轉保護。也常與接觸器配合成電池啟動器。三相異步電動機在實質運轉

16、中，常會碰到因電氣或機械原由等惹起的過電流(過載和斷相)現(xiàn)象，如果過電流不嚴重，連續(xù)時間短，繞組不超出同意溫升，這類過電流是同意；假如過電流狀況嚴重，連續(xù)時間較長，則會加速電動機絕緣老化，甚至會燒毀電動機，所以，在電動機回路中應設置熱繼電器保護。選型原則：應依據(jù)被保護對象的使用條件、工作環(huán)境、啟動狀況、負載性質，電動機的形式以及電動機同意的過載能力等加以考慮。一般原則是使熱繼電器的安秒特征位于電動機的過載特征之下，并盡可能地靠近，以充散發(fā)揮電動機的過載能力，同時使電動機在短時過載和啟動瞬時(56)Ie不受影響。往常熱繼電器選用的額定電流應為大于或等于電動機額定電流。整定電流一般為電動機額定電流

17、的1.051.1倍。主軸電機電路熱繼電器選用型號為：JR36-63,整定電流為：60A；冷卻泵電路熱繼電器選取型號為：JR36-20，整定電流為：0.36A。、控制開關電器的選擇1、變換開關變換開關又稱組合開關，一般用于電氣設備中非屢次的通斷電路、換接電源和負載、丈量三相電壓以及直接控制小容量感覺電動機的運轉狀態(tài)。變換開關由動觸頭（動觸片）、靜觸頭（靜觸片）、轉軸、手柄、定位機構及外殼等部分構成。其動靜觸頭分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內，當變換手柄時，每層的動觸片隨方形轉軸一同轉動。一般選用的原則為同意經過的電流大于或等于電路的額定電流，按此選擇變換開關。常用的產品有：HZ5、HZ10和HZ15等系列

18、。本次設計選用HZ10-100/3。2、按鈕開關盒按鈕開關（簡稱按鈕）又稱控制按鈕，是一種接通或斷開小電流電路的手動開關電器，一般不直接去控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出啟動或停止“命令”以遠距離控制接觸器、繼電器、電磁啟動器等電器線圈電流的接通或斷開，再由它們去控制主電路。當前常用的按鈕開關盒為LA4系列產品，本次設計選擇的按鈕開關型號為LA4-3H。6、速度繼電器選擇速度繼電器是當轉速達到規(guī)定值時觸頭動作的繼電器。主要用于電動機反接制動控制電路中，當反接制動的轉速降落到靠近零時能自動地實時切斷電源。速度繼電器的構造以下列圖所示。1轉子2電動機軸3定子4籠型繞組5定子柄6動觸頭7反力彈簧

19、8靜觸頭速度繼電器構造圖轉子是一塊固定在軸上的永遠磁鐵。浮動的定子與轉子齊心，并且能獨自偏擺，定子由硅鋼片疊成，并裝有籠型繞組。速度繼電器的軸與電動機軸相連，電動機旋轉時，轉子隨之一同轉動，形成旋轉磁場。籠型繞組切割磁力線而產生感覺電流，該電流與旋轉磁場作用產生電磁轉矩，使定子隨轉子向轉子的轉動方向偏擺，定子柄推進相應觸頭動作。定子柄推進觸頭的同時，也壓縮反力彈簧，其反作用阻擋定子連續(xù)轉動。當轉子的轉速降落到必定數(shù)值時，電磁轉矩小于反力彈簧的反作使勁矩，定子返回本來地點，對應的觸頭恢還原始狀態(tài)。調整反力彈簧的拉力即可改變觸頭動作的轉速。機床上常用的速度繼電器有JY1型、JFZ0型兩種。一般速度

20、繼電器的動作轉速為120r/min，觸頭復位轉速為100r/min以下。本次設計選擇的速度繼電器型號為JY1型速度繼電器500V、2A。四、PLC控制電路設計1、主電動機控制流程圖2、車床控制PLC輸入/輸出接口分派表表4I/O接口分派表序號名稱符號輸入端子序號名稱符號輸出端子1主電機反向點動SB7X014控制照HLY0啟動按鈕明燈2照明電路開關SAX115主電動機正KM3Y1轉接觸器3主電動機正SB1X216主電動機反KM4Y2向啟動按鈕轉接觸器4總停止SB4X317主電機三角形連結KMY3按鈕接觸器5主電動機過FR1X418主電動機星形連結KMYY4載保護接觸器6主電機正向點SB6X519

21、冷卻泵電KM1Y5動啟動按鈕機接觸器7速度繼電器KS1X620快移電動KM2Y6正轉觸點機接觸器8主電動機反SB2X721KTY7向啟動按鈕時間繼電器9速度繼電器KS2X1022主電動機起停指示HL1Y10反轉觸點燈10冷卻泵啟SB3X1123主電動機接通指示HL2Y11動按鈕燈11冷卻泵停SB5X12止按鈕12行程SQX13開關13冷卻泵電機FR2X14過載保護3、PLC控制原理電路設計由表4I/O口分派表能夠知道，輸入部分：按鈕SB4為整個控制系統(tǒng)的停止開關；按鈕SB1、SB2及SB6分別控制主軸電機M1的正反轉及點動控制；按鈕SB3、SB5分別控制冷卻泵電機的M2啟動與停止；按鈕SA控制

22、HL的照明與熄滅；行程開關SQ控制快進電機的點動；熱繼電器常閉開關FR1，F(xiàn)R2分別為M1、M2的過載保護；速度繼電器KS1、KS2分別協(xié)助主軸電機M1的正反轉制動。輸出部分：KM3、KM4接觸器分別控制主軸電機M1的正反轉；KM和KMY線圈接觸器控制主軸電機M1的降壓啟動運轉；KM1、KM2接觸器分別控制冷卻泵電機M2、快進電機M3的運轉；HL為車床照明。下列圖為，PLC的輸入、輸出I/O電氣接線圖，如圖5。4、梯形圖的設計由5設計的各個部分梯形圖匯總設計能夠獲得完好的臥式車床的梯形圖，該梯形圖能達成主電動機M1的點動正轉、M1的正轉、M1的反轉、M1的反接制動，以及M2的起動、M2的停止、

23、M3的起動，以及電流表的正常檢測，圖4為臥式車床的梯形圖。機床工作指示燈開關控制的梯形圖設計機床工作指示燈EL由SA控制指示燈的開關，對應的I/O接口分別為X1，并由Y0作為輸出。（2）電動機M1正、反轉控制梯形圖的設計電動機M1由接觸器KM、KMY、KM3、KM4控制，PLC中控制KM、KMY、KM3、KM4的輸出繼電器分別為Y3、Y4、Y1、Y2。在第Y1、Y2線圈電路中，分別串Y2、Y1的動斷觸點，線圈Y0，Y1實現(xiàn)互鎖使電動機沒法在正轉過程中直接切換為反轉或直接在反轉過程中直接切換為正轉；在線路中都串如了中間繼電器KA，并用中間繼電器KA對啟動按鈕進行自鎖。使不論正反轉電動機M1都是采

24、納降壓空載直接啟動。在線路中也都使用了X3（SB4）總停按鈕，使主電動機M1不論是在正傳過程中仍是在反轉過程中都能過停下來。這樣獲得電動機正、反轉控制梯形圖以下圖。M1正反轉控制的變換是由接觸器KM3和KM4的主觸點控制的，在主電機M1通電正轉時，線路上邊串連的常閉觸點翻開，所以此時沒法直接切換達成電機的反轉，此時若想切換電機的轉向一定先按下SB4（X3）總泊車按鈕，在按下反轉啟動按鈕SB2（X0）達成電機的轉向切換。同理在主電機M1通電反轉時在線路上邊串連的常閉觸點翻開，此時沒法直接切換電機的轉向，若想切換電機的轉向一定先按下SB4（X3）總泊車按鈕，在按下正轉啟動按鈕SB1（X2）達成電機

25、的轉向切換。（3）電動機M1正轉點動控制的設計主電動機M1的正轉點動控制是由按鈕SB6產生自鎖現(xiàn)象，為了保護電機的運轉所以將熱繼電器對應的X5控制的，因為是點動運轉所以不可以對X5FR1、總泊車按鈕X3與主電機Y1串連在一同，以下圖。電動機M1的正、反轉運轉的反接制動的設計因為電動機的轉速過高，在切斷電源以后假如使其正常停止花銷的時間太長，使機床沒法也充分使用，為了使主電機能夠迅速停下來創(chuàng)建更高的經濟效益，在本次畢業(yè)設計中增添了速度繼電器。將其與主電動機同軸連結，在電機斷電后起制動作用。當主電動機M1正轉時，速度繼電器的正轉常開觸點KS1閉合；主電動機反轉時，速度繼電器的反轉動合觸點KS2閉合

26、。轉速低于120r/min時速度繼電器的動合觸點斷開使電機自然泊車。比如：要使主電動機M1迅速泊車，在電機正傳運轉時按下SB4（X3）所用元器件所有恢復到最先狀態(tài)。梯形圖中在線路中的中間繼電器因為斷電恢復到本來狀態(tài)由本來的斷開變成閉合狀態(tài)，因為主電機M1是在高速正轉所以速度繼電器正轉常開觸點KS1（X6）此時處于閉合狀態(tài)，而反轉動合觸點KS2（X10）處于斷開狀態(tài)，并且此時Y1與Y3均已失電，處于導通狀態(tài)，故在線路中使主電動機M1反轉接觸器KM3（Y1）得電，進而主電動機M1開始產生反轉制動的力，當主電動機M1的正轉速度低于120r/min時，速度繼電器的正轉常開觸點KS1（X6）斷開，使失電

27、，此時反轉制動力消逝，主電機開始從120r/min的轉速自然停下來，這樣就用速度繼電器達成了反接制動，使主電機迅速的停了下來，如圖5-7所示。主電動機M1反轉時，反接制動的方法與正轉時的制動方法近似，不一樣的是采納KS2（X10）來控制。迅速挪動電動機的控制設計迅速挪動電機為小容量電機采納直接啟動點動控制方式，用限位開關SQ（X13）作為點動按鈕來達成迅速挪動電機的點動控制，以下圖。冷卻泵電動機的控制設計冷卻泵電動機為一長動電機所以在梯形圖中增添有自鎖，并為其設有熱繼電器FR2做過載保護，設置的啟動按鈕為SB3，泊車按鈕為SB5以下圖。梯形圖中的其余控制設計監(jiān)督主回路負載的電流表延時控制，因為

28、電動機的直接起動瞬時電流過大，假如直接進行電流的檢測必然對電流表造成極大的負面影響。為了時電流表正常工作在梯形圖中使用延時器設定在主電機通電5S后開始檢測主回路中電流，以下圖。5、臥式車床指令表0LDX00110OLD1=Y00011ANY0022LDNX00312=Y0013ANX00413ANY0034AX00514=Y0075LDX00215ANX0076OY00116=Y0047AY01017LDY0108LDNY01018=Y0109AX01019LDX00020OX00730ANY00721OY00231=Y00322AY01032LDX01423LDNY01033ANX01224AX00634AX01025OLD35OY00526ANY00136=Y00527=Y00237LDX01328ANY00438=Y00629=Y00739END五、總結及參照文件經過此次課程設計使我收獲許多,在系統(tǒng)全面總結從前所學知識的同時,又學到了新的知識。不單鍛煉了思慮能力，也提升了總結、概括、綜合運用的能力，是畢業(yè)前