机床电气控制技术课程设计报告-一台普通卧式车床的PLC控制系统设计

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1、1机床电气控制技术课程设计报告设计课题: 一台普通卧式车床的 PLC 控制系统设计 姓 名: 学 院: 经 济 技 术 学 院 专 业: 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 班 级: 四 班 学 号: 日 期 2015 年 6 月 22 日2015 年 6 月 28 日 指 导教师: 2目录一、设计要求二、普通卧式车床控制简介1 PLC 控制线路设计2. 电气控制线路特点三、系统的硬件设计1. 确定电动机2. 控制要求3. 确定 I/O 设备4. PLC 的选择5. 分配 I/O6电器元件选择四、PLC 对普通卧式车床的工作原理1. 主电动机正反转控制2. 主电动机电动控制3. 主电动

2、机电动停止和反接制动4. 主电动机反接制动5. 主电路工作电流监视6. 冷却及快速电动机控制五、卧式车床电气控制主回路图3六、安装般电器元件平面布置七、控制面板按钮、行程开关平面布置图八、车床控制系统 PLC 外部接线图九、车床控制系统 PLC 梯形图十、 电器元件一览表十一、参考文献一 设计要求一主要参数和拖动控制要求：1、 最大车削工件外圆直径为 450mm。2、 要求主拖动电动机直接起动，点动串电阻，正反转动。3、 要求切削时提供冷却液。4、 刀架可以有电动机拖动快速移动。5、 必要的照明、信号指示。一普通卧式车床控制简介一 、PLC 控制线路设计1. 主电路设计根据设计要求，需要使用三

3、个电动机 M1、M2、M3。机床的三相电源由电源引入开关 Q 引入。主电动机 M1 的过载保护，由热继电器 FR1 实现，它的短路保护可由机床的前一级配电箱中的熔断器充任。冷却泵电动机 M2 的过载保护，由热继电器FR4 实现。快速移动电动机 M3 由于是短时工作，不设过载保护。4电动机 M2、M3 设有短路保护熔断器 FU5。2. 控制电路设计考虑到操作方便，主电动机 M1 可在操作板上和刀架上分别设起动和停止按钮 SB1、SB2、SB3、SB4 进行操纵，接触器与控制按钮组成自锁的起停控制电路。冷却泵电动机 M2 由 SB5、SB6 进行起停操作，装在操作板上。快速电动机 M3 工作时间短

4、，为了操作灵活由按钮 SB7 与接触器组成点动控制电路。3. 信号指示与照明电路设计可设电源指示灯 HL2（绿色） ，在电源开关 Q 接通后，立即发光显示，表示机床电气线路已处于供电状态；设指示灯HL1（红色）表示主电动机运行。这两个指示灯可由接触器的动合和动断两对辅助触点进行切换通电显示。在操作面板上设有交流电流表 A，它串联在电动机主回路中，用以指示机床的工作电流。这样可根据电动机工作情况调整切削用量使主电动机尽量满载运行，提高生产率，并能提高电动机功率因数。设照明灯 HL 为安全照明（36V 安全电压） 。4. 控制电路电源。考虑安全可靠及满足照明指示灯的要求，控制线路的电压为127V，

5、照明电压为 36V，指示灯电压为 6.3V。5。二 、电气控制线路的特点（1）主轴正反转用正反向接触器进行控制（2）主电机不经常启动，所以采用直接启动（3）为了对刀和工件进行调整，主轴电动机控制线路设置有电动环节（4）为了调高工作效率，主轴电动机采用反接制动，在反接制动时，为减小制动电流，定子回路串入限流电阻 R，在点动时，R 叶串入定子回路，防止频繁点动时使主电动机过热（5）未检测主轴电动机定子大电流，通过电流互感器介入电流表。为防止主轴电动机的启动电流以及反接制动电流对电流表造成冲击，在主轴电动机启动和反接制动时，与电流表并联一个时间继电器的通电延时打开的常闭触电（6）加工螺纹时，为了保证

6、工件的旋转速度与刀具的进给速度间的严格传动比关系，刀架的进给运动也由主轴电动机拖动（7）为了减轻工人的劳动强度和节省辅助工时，专门设计了一台 2.2kw 的电动机拖动溜板箱快速运动（8）加工时为了防止刀具和工件的温度过高，用一台电动机驱动的冷却泵供给切削液实现冷却。冷却泵电动机在主轴电动机开动后方可起动旋转。二. 系统硬件设计一 确定电动机我国机床制造厂对不同类型机床目前采用的主电动机容量的统计分析公式如下：车 床：P = 36.5 D1.54 单位为 kW。 （4-1）6D 车削最大工件直径 单位为 m 。立式车床： P = 20 D0.88 单位为 kW。 （4-2）D 车削最大工件直径

7、单位为 m 。摇臂钻床：P = 0.0646 D1.10 单位为 kW。 （4-3）D 最大钻孔直径 单位为 mm 。卧式镗床：P = 0.004 D1.7 单位为 kW。 （4-4）D 镗杆直径 单位为 mm 。 龙门刨床：P = D1.16 /1.66 单位为 kW。 （4-5）B 工作台宽度 单位为 mm 。按上式结果，选用稍大于或等于计算值的标准容量电动机。根据上式 4-1 和设计要求可算出 P=10.7kW。查表得可选电动机P=11kW。对于机床，当主运动和进给运动由同一电动机驱动时，可依主运动电动机功率选择。若进给运动由单独电动机并驱动快速移动时，电动机功率由快速移动来选择，而快速

8、移动所需要的功率，一般由经验数据来选择。下表列出了其经验数据值。机 床 型 号 运动部件 移动速度值（V/min） 所需电动机功率值 (kW)Dm= 400mm普通车床 Dm= 600mmDm= 1000mm溜 板6946340.61.00.81.23.2根据上表和 Y 系列三相异步电动机技术表选进给电动机容量P=2.2kW,冷却电动机所需容量很小故选容量 1.5kW。二 深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求a被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。7b控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制任务分成几个独立的部分，有

9、利于编成和测试。三 确定 I/O 设备根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入设备、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。四 选择合适的 PLC 类型PLC 类型，包括机型容量的选择、I/O 模块的选择、电源模块的选择等，从对产品的熟程度及产品本身的可靠性及改造的要求，我们选择三菱系列的产品。（1）输入输出(I/0)点数的估算I/O 点数的确定应以控制设备所需的所有输入/输出点数总和为依据。在一般情况下，PLC 的 I/O 点应该有适当的余量。通常根据统计的输入输出点数，再增加 10%20%的可

10、扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。根据设计该普通卧式车床所需的输入点数为：14 点；所需的输出点数为 10 点；所需 I/O点数一共需要：24 点 卧式车床的 plc 的 I/O 的端口分配输入端口 输出端口I0.0 SB3 变频器和主轴电动Q0.0 主轴电动机交流接触器8机停止按钮 KMI0.1 SB4 变频器和主轴电动机启动按钮Q0.1 冷却泵继电器 KA1I0.2 SA4 冷却泵电动机启停开关Q0.2 刀架快移电动机继电器KA2I0.3 SB5 刀架快移电动机电动按钮Q0.3 未用I0.4 BC 变频器异常检测 Q0.4 plc 电源指示灯I0.5 FR1 主轴电动机过载保护检测Q0

11、.5 故障指示灯HL3I0.6 FR2 冷却泵过载检测保护Q0.6 故障指示灯HL4I0.7 KM 主轴接触器检测Q0.7 未用I1.0 KA1 冷却泵继电器检测Q1.0 未用I1.1 KA2 刀架快移继电器检测Q1.1 未用9I1.2 未用I1.3 未用I1.4 未用I1.5 未用（2）PLc 存储器容量的估算程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小，因此存储器容量应大于程序容量。容量的计算大体上是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100倍，以此数为内存的总字数(16 位为一个字)，另外再按此数的 25%考虑余量。该 PLC 有 24 点且为数字量，则

12、所需的存储容量估算为：24*15*（1+25%）=450 （字）450*16/1024=7.3KB 取整： 8KB（3）LC 通讯功能的选择该 PLC 需要满足的通讯功能没有特殊的要求。（4）电源的选择根据我国的电网用电实用标准，我们选择电源为 AC220 的PLC（5）PLC 机型的选择PLC 的类型：PLC 按结构分为整体型和模块型两类;整体型PLC 的 I/0 点数较少且相对固定，因此用户选择的余地较小，通常用于小型控制系统。在这里，根据控制系统的要求，与以上分析与计算，我们选择三菱 FR 系列的整体型 PLC，型号为：FR-E740-11K 输入点： 24，24 继电器输出五 分配 I

13、/O一般输入点和输入信号，输出点和控制信号是一一对应的。分配好后，按系统分配的通道和接点号，分配给每一个输入输出信号，即进行编号。在个别情况下也有两个信号用一个输入10点的那样就应在接入输入点前，岸逻辑关系接好线（如两个接点先串联或并联） ，然后在接入输入点。六 选择电气元件1. 电源引入开关 Q。Q 主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接启停电动机，可按电动机额定电流来选。中、小型机床常用组合开关，选用HZ10-25/3 型，额定电流为 25A，为三极组合开关。2. 热继电器 FR1、FR2。主电动机 M1 额定电流为 23A，FR1 应选用 JR040 型热继电器，热元件电流为 25A，整

14、定电流调节范围为 1625A，工作时将额定电流调整为 23A。同理，FR2 应选用 JR10-10 型热继电器，选用 1 号元件，整定电流调节范围是 0.400.64A，整定在 0.43A。3. 熔断器 FU1、FU2、FU3。FU1 是对 M1 电动机进行保护的熔断器，其熔体电流为 2.670.437.65RIA可选用 RL1-15 型熔断器，配 10A 的熔体。FU2、FU3、 FU4、FU5 选用 RL1-15 型熔断器，配 2A 的熔体。4. 接触器 KM1、KM2、KM3、KM4、KM5。接触器 KM1、KM2、KM3，根据主电动机 1M 的额定电流IN=23A，控制回路电源为 127V，需主触点三对，动合辅助触点11两对，动断辅助触点一对等情况，选用 CJ10-40 型接触器，电磁线圈电压为 127V。由于 M2、M3 电动机额定电流很小，KM4、KM5 可选用 JZ7-44 型交流中间继电器，其线圈电压为 127V，触点电流为 5A，可完全满足要求，对小容量的电动机常用中间继电器充任接触器。三. PLC 对普通卧式车床的工作原理一、主电动机