1、 東北林業大學 課 程 設 計 論文題目： 專用鏜孔機床的電氣控制系統設計 學 生： 指導教師： 學 院： 機電工程學院 專 業： 機械電子工程2009級3班 2012年7月課 程 設 計 任 務 書論文題目 專用鏜孔機床的電氣控制系統設計 指導教師 專 業 機械電子工程2009級3班 學 生 2012年 7月 13日題目名稱：專用鏜孔機床的電氣控制系統設計任務內容（包括內容、計劃、時間安排、完成工作量與水平具體要求）機床概述：專用鏜孔機床用于大批量生產某零件的鏜孔與鉸孔加工工序。機床主運動采用動力頭，由Y100L6型(1.5kW-4A)三相異步電動機拖動，單向運轉。該設備能進行鏜孔加工，當更

2、換刀具和改變進給速度時，亦能進行鉸孔加工(有鏜孔與鉸孔加工選擇)，加工動作流程如圖1所示?？爝M快退（手動操作）原位起動SQ5SQ1工進1SQ3（停）快進快退（手動操作）原位起動SQ5SQ2工進2SQ4（停）a）b）圖1 加工動作流程圖進給系統采用液壓控制，為提高工效，進給速度分快進與工進兩種，且可以自動變換。液壓系統中的液壓泵拖動電機為Y801-2型(750W、1.9A)，由電磁閥(YVlYV4)控制進給速度，動作要求如表1所示。表1 液壓控制動作要求YV1YV2YV3YV4快進工進1（鏜孔）工進2（鉸孔）?？焱藶樘岣呒庸ぞ?，主軸采用靜壓軸承，由Y801-2型電動機拖動高壓液壓泵產生靜壓油膜

3、。控制要求：1)主軸為單向運轉，停車要求制動(采用能耗制動)。2)主軸電動機與靜壓電動機的聯鎖要求是：先起動靜壓電動機，靜壓建立后(由油壓繼電器控制)才能起動主軸電動機，而停機時，要求先停主軸電動機，后停靜壓電動機。3)主軸加工操作，采用兩地控制。加工結束自動停止，手動快退至原位。4)根據加工動作流程要求，設置鏜孔加工及鉸孔加工選擇。5)應有照明及工作狀態顯示。6)有必要的電氣保護和聯鎖。任務內容：1采用繼電器-接觸器控制，設計該機床的電氣控制系統。（1）根據控制要求設計主電路；（2）根據主電路的控制要求設計控制電路；（3）根據照明、指示、報警等要求設計輔助電路；（4）正確、合理地選擇各電器元

4、件，編制元件目錄表。（5）按GB6988電氣制圖標準繪制電氣原理線路圖，并按GB5094電氣技術中的項目代號要求標注器件的項目代號。2采用PLC控制，設計該機床的電氣控制系統。1)根據控制要求選擇PLC型號，并分配I/O端口；2)設計I/O電路、選擇電氣元件。3)繪制控制程序梯形圖，編制用戶程序語句表并進行模擬調試。3撰寫課程設計說明書（按東北林業大學畢業論文格式撰寫）。主要包括以下內容：總體方案的選擇說明。原理線路設計說明(各控制要求如何實現)。主要參數計算及主要電器元件選擇說明，編制元件明細表。附上控制原理圖、梯形圖等設計圖紙。（注：要求提交紙質文件和電子版各一份）設計參考資料電氣控制原理

5、與設計、機電傳動控制及其他有關教材；電工手冊；工廠常用電氣設備手冊；低壓電器手冊；PLC編程手冊；其他設計手冊等。目錄1專用鏜床的電氣控制線路分析11.1鏜床的主要結構11.3鏜床的電力拖動方式及電氣控制要求12專用鏜床繼電器接觸器控制系統設計22.1專用鏜床繼電器-接觸器控制系統主電路設計22.2專用鏜床接觸器-繼電器控制系統控制線路設計32.3專用鏜床接觸器-繼電器控制系統控制流程42.4鏜床接觸器-繼電器控制系統控制過程43鏜床繼電器接觸器控制系統主要原件的選擇53.1電動機的選擇53.2接觸器的選擇63.3中間繼電器的選擇63.4熔斷器的選擇63.5專用鏜孔機床各主要電氣元件型號選擇一

6、覽表74專用鏜孔機床可編程控制器控制系統設計74.1專用鏜孔機床可編程控制器控制系統I/O口分配表74.2專用鏜床可編程控制器控制系統硬件接線圖94.3專用鏜孔機床可編程控制器控制系統梯形圖104.4專用鏜床可編程控制器控制系統控制過程124.5專用鏜床可編程控制器控制系統CPU的選擇125結束語13參考文獻1專用鏜床的電氣控制線路分析1.1鏜床的主要結構鏜床的床身是一個整體鑄件，在它的一端固定有前立柱，在前立柱的垂直導軌上又安裝有鏜頭架，鏜頭架可沿垂直導軌上下移動。在鏜頭架里集中里裝有主軸、變速箱、進給箱和操縱機構等部件。切削刀具一般安裝在鏜軸前端的錐形孔里，或安裝在花盤的刀具溜板上。在切削

7、過程中，鏜軸一面旋轉，一面沿軸向作進給運動，而花盤只能旋轉，裝在他上面的刀具溜板可作垂直主軸軸線方向的徑向進給運動，鏜軸和花盤軸分別通過各自的傳動鏈傳動，可以獨立轉動。后立柱位于鏜床床身的另一端，后立柱上的尾座用來支撐裝夾在鏜軸上的鏜桿末端，它與鏜頭架同時升降，兩者的軸線始終在同一水平直線上。根據鏜桿的長短，可通過后立柱沿床身水平導軌的移動來調整前、后立柱之間的距離。 1.2鏜床的運動形式（1）主運動：鏜軸和花盤的旋轉運動 （2）進給運動：鏜軸是軸向進給、花盤上刀具的徑向進給、鏜頭架的垂直進給、工作臺的橫向和縱向進給。 （3）輔助運動：工作臺的回轉、后立柱的軸向水平移動、尾座的垂直移動及各部分

8、的快速移動。1.3鏜床的電力拖動方式及電氣控制要求鏜床由兩臺電動機拖動：主軸電動機M1和靜壓電動機M2。主軸電動機M1用來驅動鏜軸或花盤的旋轉，并通過變速箱的傳動產生鏜軸、花盤；靜壓電機M2用于啟動時先于主軸運動產生靜壓油膜，當停車時，主軸先停止運動之后靜壓電機停止動作；工作臺及鏜頭架的進給運動通過液壓缸及兩個三位五通閥進行控制； 鏜床的電氣控制要求如下： 1)主軸為單向運轉，停車要求制動(采用能耗制動)。2)主軸電動機與靜壓電動機的聯鎖要求是：先起動靜壓電動機，靜壓建立后(由油壓繼電器控制)才能起動主軸電動機，而停機時，要求先停主軸電動機，后停靜壓電動機。3)主軸加工操作，采用兩地控制。加工

9、結束自動停止，手動快退至原位。4)根據加工動作流程要求，設置鏜孔加工及鉸孔加工選擇。5)應有照明及工作狀態顯示。6)有必要的電氣保護和聯鎖。2專用鏜床繼電器接觸器控制系統設計2.1專用鏜床繼電器接觸器控制系統主電路設計圖繼電器接觸器控制主電路圖如圖2-1。 圖2-1主電路設計圖主電路中設計主電機M1、靜壓電機M2，熔斷器FU和FU1。熔斷器FU用作電源保護、FU1用于短路保護。接觸器KM1主觸點控制主電動機的啟動、接觸器KM2的主觸點控制靜壓電機；接觸器KM3主觸點以及RP和變壓器組成主電動機的能耗制動；FR為熱繼電器保護電路。由于主電動機選用Y100L6型(1.5kW-4A)三相異步電動機，

10、則電動機的空載電流I0為I0=（30%40%）*4A=（1.21.6）A。變壓器二次側電壓取 U2=1.11RIZ變壓器二次側電流 I2=1.11IZ 。變壓器容量為 S=U2I2。2.2專用鏜床接觸器繼電器控制系統控制線路設計 鏜床RLC控制線路如圖2-2。 圖2-2RLC控制線路設計其中：SB1為緊急停止按鈕、SB2為啟動按鈕；SB3為工作臺運動到工進停止位置后的手動復位開關；SA為鏜孔/鉸孔選擇開關；SQ1為在鏜孔工作下的工進開始位行程按鈕；SQ2為在鉸孔工作下的工進開始位行程按鈕；SQ3為在鏜孔工作下工進自動結束行程按鈕；SQ4為在鉸孔工作下工進自動結束行程按鈕；SQ5為停止位行程開關

11、；QS為照明電路開關。2.3專用鏜床接觸器繼電器控制系統控制流程 鏜床控制流程圖見下圖2-3圖2-3控制流程圖2.4鏜床接觸器繼電器控制系統控制過程按下開始按鈕SB2接觸器線圈KM2得電，KM2主觸點閉合，靜壓電動機啟動；KM2輔助觸點閉合，在SB2處形成自鎖。在按下開始按鈕SB2的同時，時間繼電器KT1得電；延時時間到，時間繼電器觸點KT1閉合；中間繼電器KA1得電；中間繼電器KA1觸點閉合，在KT1觸點處形成自鎖并且使接觸器KM1線圈得電。接觸器KM1線圈得電，KM1主觸點閉合，主電動機啟動；KM1輔助觸點閉合在KA1輔助觸點處形成自鎖并且使電磁閥線路接通。通過主令控制器SA選擇工作方式，

12、使KA3或KA4中間繼電器得電。1）選擇進行鏜孔控制 線圈KA3得電，中間繼電器KA3觸點閉合，電磁閥控制部分得電。 YV1、YV4通電，快進。 運動到行程開關SQ1，SQ1常閉觸點斷開；只有YV1通電，工進，鏜孔。 運動到行程開關SQ3，SQ3常閉觸點斷開；電磁閥控制部分斷電，停車。 按下復位按鈕SB3，中間繼電器KA2線圈得電；KA2輔助觸點閉合，在SB3處行成自鎖并且YV1、YV3通電，運動臺快退。 運動到行程開關SQ5，SQ5組合開關按下；接觸器KM1斷電，KM1主觸點斷開，切斷電動機電源；接觸器KM3、時間繼電器KT得電；KM3的主觸點閉合，給電動機兩相繞組通入直流電流，進行能耗制動

13、；延時時間到，KT觸點斷開，KM2線圈斷電，主觸點斷開切斷直流電源。2） 選擇進行鉸孔控制 線圈KA4得電，中間繼電器KA3觸點閉合，電磁閥控制部分得電。 YV1、YV4通電，快進。 運動到行程開關SQ2，SQ2常閉觸點斷開、常開觸點閉合； YV1、YV2通電，工進，鉸孔。 運動到行程開關SQ4，SQ4常閉觸點斷開；電磁閥控制部分斷電，停車。 按下復位按鈕SB3，中間繼電器KA2線圈得電；KA2輔助觸點閉合，在SB3處行成自鎖并且YV1、YV3通電，運動臺快退。運動到行程開關SQ5，SQ5組合開關按下；接觸器KM1斷電，KM1主觸點斷開，切斷電動機電源；接觸器KM3、時間繼電器KT得電；KM3

14、的主觸點閉合，給電動機兩相繞組通入直流電流，進行能耗制動；延時時間到，KT觸點斷開，KM2線圈斷電，主觸點斷開切斷直流電源。3鏜床繼電器接觸器控制系統主要原件的選擇3.1電動機的選擇 專用鏜孔機床所應用的電動機主要有：主電動機、靜壓電動機、液壓泵拖動電動機。主電動機型號：Y100L6型(1.5kW-4A)三相異步電動機靜壓電動機型號：Y100L6型(1.5kW-4A)三相異步電動機液壓泵拖動電動機型號：為Y801-2型(750W、1.9A)3.2接觸器的選擇接觸器選型主要依據：種類、負載類型、主回路參數。負載類型：在鏜孔機床中接觸器負載為交流電源（380V）；負載情況：需要頻繁啟動，所控制的電

15、動機功率為750W；使用環境：為廠房使用，環境惡劣；參 數：額定電流為9A；額定電壓為220V。綜上選擇接觸器型號為：3TS2932。3.3中間繼電器的選擇中間繼電器可作為保護用，也可作為自動裝置控制用，以增加保護的控制回路的觸點數量及容量、擴大控制范圍的提高控制能力等。 機械作用要素：主要指振動、沖擊、碰撞等應力作用要素。專用鏜孔機床在廠房的工作環境下有很大的振動，宜選用采用平衡銜鐵機構的小型中間繼電器。激勵線圈輸入參量要素：主電動機為Y100L6型(1.5kW-4A)三相異步電動機拖動、液壓系統中的液壓泵拖動電機為Y801-2型(750W、1.9A)。故額定電流為4A；額定電壓=額定功率/

16、額定電流=375V 綜上所述中間繼電器應選用JDA1-44A。3.4熔斷器的選擇1）照明電路 熔體額定電流被保護電路上所有照明電器工作電流之和。 2）電動機： 單臺直接起動電動機：熔體額定電流(1.52.5)×電動機額定電流。 多臺直接起動電動機：總保護熔體額定電流(1.52.5)×各臺電動機電流之和。 降壓起動電動機：熔體額定電流(1.52)×電動機額定電流。 繞線式電動機：熔體額定電流(1.21.5)×電動機額定電流。 3) 配電變壓器低壓側：熔體額定電流(1.01.5)×變壓器低壓側額定電流。 4) 并聯電容器組：熔體額定電流(1.31.

17、8)×電容器組額定電流。 根據題目要求主電動機為Y100L6型(1.5kW-4A)三相異步電動機拖動、液壓系統中的液壓泵拖動電機為Y801-2型(750W、1.9A)。 故額定電流為4A；額定電壓=額定功率/額定電流=375V； 綜合所述熔斷器選擇：RL1-5和RL1-2。 3.5專用鏜孔機床各主要元器件型號選擇一覽表專用鏜孔機床主要元件及型號如表3-1。表3-1鏜孔機床各部分原件明細表靜壓電動機M2主電動機M1液壓泵拖動電機RLC主電路熔斷器FUY100L6型(1.5kW-4A)三相異步電動機Y100L6型(1.5kW-4A)三相異步電動機為Y801-2型(750W、1.9A)RL

18、1-5輔助控制電路熔斷器FU1接觸器KM1接觸器KM2接觸器KM3急停按鈕啟動按鈕手動操作復位按鈕中間繼電器KA1中間繼電器KA2通電延時時間繼電器KT通電延時時間繼電器KT1行程開關SQ1行程開關SQ2行程開關SQ3行程開關SQ4行程開關SQ5選擇開關SARL1-23TS29323TS29323TS2932XB5ASS42CXB7EA31CXB7EA33CJDA1-44AJDA1-44AJSK-10/1JSK-10/1LX32-2LX32-2LX32-2LX32-2LX32-2XB5AD33C4專用鏜孔機床可編程控制器控制系統設計4.1專用鏜孔機床可編程控制器控制系統I/O口分配表專用鏜孔機

19、床可編程控制器控制系統I/O口的分配如表4-1。表4-1 專用鏜孔機床PLC控制I/O分配表I口接線端O口接線端I0.0啟動按鈕SB2Q0.1電磁閥YV1I0.1行程開關SQ1Q0.2電磁閥YV2I0.2行程開關SQ2Q0.3電磁閥YV3I0.3行程開關SQ3Q0.4電磁閥YV4I0.4行程開關SQ4Q0.5靜壓電動機I0.5行程開關SQ5Q0.6主電動機I0.6方式選擇開關SAI0.7方式選擇開關SBI1.1手動操作按鈕SB34.2專用鏜床可編程控制器控制系統硬件接線圖專用鏜床可編程控制器控制系統的硬件接線如圖4-1。圖4-1專用鏜床PLC控制硬件接線4.3專用鏜孔機床可編程控制器控制系統梯

20、形圖鏜床可編程控制系統梯形圖如圖4-2。 圖4-2專用鏜床PLC控制梯形圖4.4專用鏜床可編程控制器控制系統控制過程（1） 觸發I0.0經過T37常閉開關T37啟動接觸器M0.2；M0.2觸點動作形成自鎖并且啟動輸出端口Q0.5啟動靜壓電動機；（2） 經I0.0啟動定時器T37，定時時間到，T37常開觸點閉合，觸發M0.4；（3） M0.4觸點觸發Q0.6，主電動機啟動；（4） 通過I0.7和I1.1選擇工作方式，并觸發相應的M0.6/M0.7；（5） 經M0.6和M0.1觸點觸發Q0.1和Q0.4，鏜床進行快進；進行鏜孔工作方式經I0.7觸發M0.6，經由M0.6和M0.1觸點觸發輸出口Q0

21、.1；鏜床進行工進1； 發形成開關I0.3，第9、10條指令斷電，工作臺停止；進行鉸孔工作方式經I1.1觸發M0.7，經由M0.7和M0.1觸點觸發輸出口Q0.1；經由M0.7觸點觸發輸出口Q0.4，鏜床進行工進2；觸發形成開關I0.4，第11、12、13條指令斷電，工作臺停止；（6） 運動臺運動到I0.5，觸發常閉觸點斷開，第5條指令斷電，Q0.6斷電，主電動機停止；（7） I0.5常開觸點閉合，觸發M0.3；經由I0.5和M0.3觸發定時器T38；（8） 經由M0.3主觸點主電機接入直流電源進行能耗制動；（9） T38定時時間到，觸點斷開，鏜床停車。4.5專用鏜床可編程控制器控制系統CPU

22、的選擇在PLC選型是時主要是根據所需功能和容量進行選擇，并考慮維護的方便性，備件的通用性，是否易于擴展，有無特殊功能要求等。（1）PLC輸入/輸出點確定：I/O點數選擇時要留出適當余量；由控制要求可知有8個輸入口，則輸入的點數可選擇8點或16點；控制對象可知有5個，則輸出點數可以小于8點，可選擇8點。綜合以上兩點，選擇輸入輸出點數16點。（2）PLC存儲容量：系統有模擬量信號存在或進行大量數據處理時容量應選擇大一些；專用鏜孔機床PLC控制程序設計步驟200步之內存儲容量小于20K，選擇8K即可。(3) 輸出類型：通常由于專用鏜孔機床由交流220V三相異步電機拖動，則選擇繼電器輸出型MR（有觸點，可帶交直流負載）或雙向晶閘管輸出型MS(無觸點，可帶交流負載)都可。（4）存儲維持時間：一般存儲約保持13年（與使用次數有關）。若要長期或掉電保持應選用EEPROM存儲（不需備用電源），也可選外用存儲卡盒；PLC的擴展：可通過增加擴展模塊、擴展單元與主單元連接的方式。擴展模塊有輸入單元、輸出單元、輸入/輸出一體單元。擴展部分超出主單元驅動能力時應選用帶電源的擴展模塊或另外加電源模塊給以支持；（5）PLC的聯網：PLC的聯網方式分為PLC與計算機聯網和PLC之間相互聯網兩種。與計算機聯網可通過RS232C接口直接連接、RS422+RS232C