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1、电气控制课程设计 谢泳华30号 目录一、磨床电气控制系统设计任务书（2）1设备概况介绍（2）2 控制系统设计要求（3）二、磨床PLC电气控制系统总体设计过程（4）1总体方案说明（4）2、电气原理图（4）3主电路设计（）4制电路分析（） 5、主要参数计算（15）6、制定电气元件目录表（15）7、成型磨床控制顺序转移图（21）8、成型磨床电路故障现象（22）三成型磨床电气控制工艺设计（25）四课程设计小结（34）五设计参考资料（36）成型磨床PLC控制系统设计一、磨床电气控制系统设计任务书1设备概况介绍本机床用于各种特殊要求型面的磨削加工，机床有四台电动机拖动，及磨头电动机拖动砂轮高速旋转，采用J
2、W114(0.6kw),单向连续工作。油泵电动机拖动油泵向液压系统供油，采用JO2144(0.8kw) 单向连续工作。磨头升降电动机带动砂轮架上下移动，采用JW114正反转工作。吸尘电动机供磨削加工中吸尘用，采用JW114驱动。加工时，工件置于电磁吸盘（36V/1.2A）上，加工完毕退磁取下工件。、成型磨床2 控制系统设计要求1) 为调整砂轮位置，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有制动控制（采用能耗制动）。上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。2)磨头砂轮运转与电磁吸盘之间，应有电气连锁环节，其要求是：只有在电磁吸盘通电并处于充磁吸着工件时，才能启动砂轮电动机。
3、磨削中，一旦发生失磁，砂轮电动机应自动停止运转，以确保安全。为了修整砂轮，在吸盘不通电时，应能单独启动砂轮电动机。3)要有照明和必要的灯光显示。4) 设置必要电气保护与联锁。磨床的发展历程十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国 磨床、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。 1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动
4、的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。 1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如20世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。 自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用；50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60年代末又出现了砂轮线速度达6080米/秒的
5、高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。二、磨床PLC电气控制系统总体设计过程1总体方案说明1) 油泵电动机、磨头电动机、磨头升降电动机、吸尘电动机分别由电动机MA1、MA2、MA3、MA4拖动。2)砂轮位置调整，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有采用能耗制动。3) 上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。4)采用热继电器实现过载保护，用以完成各个电动机系统的过载保护。5) 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔断器，实现短路保护。6) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电
6、控箱内的电器板用BVR型铜导线连接，电控箱与执行装置之间采用端子板连接。7）使用说明书8）设计小结9）参考资料目录2、电气原理图(1) 主电路设计 图1-2 成型磨床电气控制系统主电路1) 主回路中交流接触器KM1、KM2、分别控制油泵电动机M1、砂轮电动机M2和吸尘电动机M3；交流接触器KM3、KM4控制、磨头电动机M4升降。2) 电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。3) QG为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。4) 熔断器FU1、FU2、FU3分别实现各负载回路的短路保护。FU4、FU5分别完成
7、交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。（2）控制电路分析（1） 工作台往返电动机M1的控制 合上总开关QS1后，整流变压器一个副边输出130伏交流电压，经桥式整流器VC整流后得到直流电压，使电压继电器KA获电动作，其常开触头（7区）闭合，为启动电机做好准备。如果KA不能可靠动作，各电机均无法运行。因为平面磨床的工件靠直流电磁吸盘的吸力将工件吸牢在工作台上，只有具备可靠的直流电压后，才允许启动砂轮和液压系统，以保证安全。当KA吸合后，按下启动按钮SB3，接触器KM1通电吸合并自锁，工作台电机M1启动自动往返运转，HL2灯亮。若按下停止按钮SB2,接触器KM1线圈断电释放，电动机M1断电停转。（
8、2）砂轮电动机M2及吸尘电机M3的控制 按下启动按钮SB7，接触器KM3线圈获电动作，砂轮电动机M2启动运转。由于吸尘电动机M3与M2联动控制，所以M3与M2同时启动运转。按下停止按钮SB6时，接触器KM3线圈断电释放，M2与M3同时断电停转。两台电动机的热断电器FR2和FR3的常闭触头都串联在KM3中，只要有一台电动机过载，就使KM3失电。因冷却液循环使用，经常混有污垢杂质，很容易引起电动机M3过载，故使热继电器FR3进行过载保护。（）砂轮升降电动机M4的控制砂轮升降电动机只有在调整工件和砂轮之间位置时使用，所以用点动控制。当按下点动按钮SB6，接触器KM3线圈获电吸合，电动机M4启动正转，
9、砂轮上升。到达所需位置时，松开SB6，KM3线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮停止上升。按下点动按钮SB7，接触器KM4线圈获电吸合，电动机M4启动反转，砂轮下降。到达所需位置时，松开SB7，KM4线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮停止下降。为了防止电动机M4的正、反转线路同时接通，故在对方线路中串入接触器KM3和KM4的常闭触头进行联锁控制。（2） 电磁吸盘控制电路分析电磁吸盘是固定加工工件的一种夹具。利用通电导体在铁心中产生的磁场吸牢铁磁材料的工件，以便加工。它与机械夹具比较，具有夹紧迅速，不损伤工件，一次能吸牢若干个小工件，以及工件发热可以自由伸缩等优点。因而电磁吸盘在平面磨床上用得十分
10、广泛。电磁吸盘的控制电路包括整流装置、控制装置和保护装置三个部分。整流装置由变压器TC和单相桥式全波整流器VC组成，供给120直流电源。控制装置由按钮SB8、SB9、SB10和接触器KM5、KM6等组成。充磁过程如下：按下充磁按钮SB8，接触器KM5线圈获电吸合，KM5主触头（15、18区）闭合，电磁吸盘YH线圈获电，工作台充磁吸住工件。同时其自锁触头闭合，联锁触头断开。磨削加工完毕，在取下加工好的工件时，先按SB9，切断电磁吸盘YH的直流电源，由于吸盘和工件都有剩磁，所以需要对吸盘和工件进行去磁。去磁过程如下：按下点动按钮SB10，接触器KM6线圈获电吸合，KM6的两付主触头（15、18 区
11、）闭合，电磁吸盘通入反相直流电，使工作台和工件去磁。去磁时，为防止因时间过长使工作台反向磁化，再次吸住工件，因而接触器KM6采用点动控制。 保护装置由放电电阻R和电容C以及零压继电器KA组成。电阻R和电容C的作用是：电磁吸盘是一个大电感，在充磁吸工件时，存贮有大量磁场能量。当它脱离电源时的一瞬间，吸盘YH的两端产生较大的自感电动势，会使线圈和其他电器损坏，故用电阻和电容组成放电回路。利用电容C两端的电压不能突变的特点，使电磁吸盘线圈两端电压变化趋于缓慢，利用电阻R消耗电磁能量，如果参数选配得当，此时R-L-C电路可以组成一个衰减振荡电路，对去磁将是十分有利的。零压继电器KA的作用是：在加工过程
12、中，若电源电压不足，则电磁吸盘将吸不牢工件，会导致工件被砂轮打出，造成严重事故，因此，在电路中设置了零压继电器KA，将其线圈并联在直流电源上，其常开触头（7区）串联在液压泵电机和砂轮电机的控制电路中，若电磁吸盘吸不牢工件，KA就会释放，使液压泵电机和砂轮电机停转，保证了安全。（3） 照明和指示灯电路分析图中EL为照明灯，其工作电压为36伏，由变压器TC供给。QS2为照明开关。HL1、HL2、HL3、HL4和HL5为指示灯，其工作电压为6.3伏，也由变压器TC供给，五个指示灯的作用是：HL1亮，表示控制电路的电源正常；不亮，表示电源有故障。HL2亮，表示工作台电动机M1处于运转状态，工作台正在进
13、行往复运动；不亮，表示M1停转。HL3、 HL4亮，表示砂轮电动机M2及冷却泵电动机M3处于运转状态；不亮，表示M2、M3停转。HL5亮，表示砂轮升降电动机M4处于上升工作状态，；不亮，表示M4停转。HL6亮，表示砂轮升降电动机M4处于下降工作状态，；不亮，表示M4停转。HL6亮，表示电磁吸盘YH处于工作状态（充磁和去磁）；不亮，表示电磁吸盘未工作 5、要参数计算1) 断路器QG为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。成型磨床有0.8kW负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为0.6kW，起动电流较小，而且工艺要求4台电动机
14、单独起动运行，因此可根据0.8kW电动机选择自动开关QG脱扣电流IQG：IQG1.7IN，选用IQG的断路器。2) 熔断器FU熔体额定电流IFU。以曝气风机为例，IFU2IN，选用IFU的熔体。其余熔体额定电流的选择。3) 热继电器的选择请参考有关技术手册，负载额定电流的1.2倍。4)能耗制动参数计算制动电流ID1.5IN直流电压UDRID 整流变压器二次侧交流电流I2 ID /0.9电压U2UD/0.9整流变压器容量S= I2 U26、制定电气元件目录表 成型磨床电气控制系统元器件目录表序号符号名称型号规格用途数量1M1磨头砂轮电动机JW11-4驱动磨头砂轮转动12M2液压泵电动机Y802-4（0.75）砂轮架、立柱、滑座的松开、夹紧13M4吸尘电动机JW11-4磨削加工中吸尘用14M3磨头升降电动机JW带动砂轮架上下移动15YH电磁吸盘DC36V/1.2A吸紧工件
