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1、机电控制技术设计说明书 机械手液压系统的电气控制设计学生姓名邵强班级机设1104学号1112110415组员 邵强 莫攀 马超群 杨营 罗睿 尹建军 成绩指导老师签字湖南工业大学科技学院（部）2014年06月 23日目录一、设计要求1二、电力拖动及控制要求2三、平面磨床电气控制电路43.1主电路43.2控制电路43.3联锁、保护环节53.4电磁吸盘控制电路63.5照明电路与去磁器6四、平面磨床控制电路图及其解析74.1选用控制线路的设计方法74.2.继电器接触器控制线路8五、电器元件的选用115.1电气元件选择的原则115.2按钮、组合开关的选用115.3接触器的选用125.4热继电器的选择1
2、25.5熔断器的选择135.6控制变压器的选择13六、可编程控制器PLC控制系统的设计156.1控制线路的改造及PLC的选用156.2 PLC的外部接线16七、设计总结18参考文献19一、设计要求M7130型平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮架、滑座、立柱等部分组成。在床身上装有液压传动装置，以便工作台在床身导轨上通过压力油推动活塞作往复直线运动，实现水平方向进给运动。工作台面上有T形槽，用以安装电磁吸盘或直接安装大型工件。床身上固定有立柱，滑座安装在立柱的垂直导轨上，实现垂直方向进给。在滑座的水平导轨上安装砂轮架，砂轮架由装入式电动机直接拖动，通过滑座内部的液压传动机构实现横向进给。
3、平面磨床砂轮的旋转运动为主运动，工作台完成一次往复运动时，砂轮架作一次间断性的横向进给，直至完成整个平面的磨削，然后砂轮架连同滑座沿垂直导轨作间断性的垂直进给，直至达到工件加工尺寸。平面磨床的辅助运动，如砂轮架在滑座的水平导轨上作快速横向移动，滑座在立柱的垂直导轨上作快速垂直移动，以及工作台往复运动速度的调整等。二、电力拖动及控制要求基于上述磨床的工作性质和加工精度要求，对电力拖动控制方案提出如下要求：(1）平面磨床是一种精密加工机床，为了保证其加工精度要求，机床运行时要求平稳。工作台往复运动在换向时要求惯性要小，无冲击力，因此，工作台的往复运动采用液压传动。由电动机拖动液压泵，供应压力油，通
4、过液压传动装置实现工作台的纵向进给运动，并通过工作台上的撞块操纵床身上的液压换向阀（开关），改变压力油的流向，实现工作台的换向和自动往复运动。(2）为了简化磨床的机械传动机构，采用多电动机单独拖动。M7130型平面磨床采用三台电动机拖动，砂轮的旋转运动由装入式电动机直接拖动。液压泵由液压泵电动机拖动，经液压传动装置完成工作台的往复（纵向进给）运动，砂轮架的横向进给运动，砂轮架的快速横向移动以及工作台导轨的润滑等。拖动冷却泵的电动机为磨削加工提供冷却液。(3）为了提高磨削质量，要求砂轮有较高转速，通常采用两极（理想空载转速为3000r/min50Hz）的笼型异步电动机拖动。为了提高调整运转的砂轮
5、主轴的风度，采用装入式电动机拖动，电动机与砂轮主轴同轴，从而提高了磨床的加工精度。(4）平面磨削加工中，由于磨削温度高，为减少工件的热变形，必须使工件得到充分的冷却，同时冷却液能冲走磨屑和砂粒，以保证磨削精度。(5）平面磨床常用电磁吸盘，利用电磁吸力很方便地安装和加工小工件，且工件在加工过程中由于发热变形，电磁吸盘允许工件有自由伸缩余地，从而保证加工精度。为了满足上述电力拖动控制方案的要求，对M7130型平面磨床的电力拖动控制系统提出以下几点要求：(1）砂轮、液压泵、冷却泵三台电动机都只要求单方向旋转。(2) 冷却泵电动机应随砂轮电动机的开动而开动，若加工中不需要冷却液时，可单独断开冷却泵电动
6、机。(3）在正常加工中，若电磁吸盘吸力不足或消失时，砂轮电动机与液压泵电动机应立即停止工作，以防止工件被砂轮切身力打飞而发生人身和设备事故。不加工时，即电磁吸盘不工作的情况下，允许砂轮电动机与液压泵电动机开支，机床作调整运动。(4）电磁吸盘励磁线圈具有吸牢工件的正向励磁、松开工件的断开励磁、以及为抵消剩磁便于取下工件的反励磁控制环节。(5）具有完善的保护环节。各电路的短路保护，各电动机的长期过载保护，零压、欠压保护，电磁吸力不足的欠电流保护，以及线圈断开时产生高电压，而危及电路中其它电器设备的过压保护等等。(6）机床照明电路与工件去磁的控制环节。三、平面磨床电气控制电路3.1主电路 由电源引入
7、开关Q控制整机电源的接通与断开。三台电动均要求单向旋转，M1砂轮电动机、M2冷却泵电动机，同时由接触器KM1控制，而M2电动机再经过X1插销实现单独判断控制，M3液压泵电动机由接触器KM2控制。如下图3.1所示图 3.1 主电路3.2控制电路 电动机控制电路的控制电源直接采用交流380V，由按钮SB1、SB2和接触器KM2构成了砂轮电动机M1单向起支和停止控制电路。由按钮SB3、SB4和接触器KM2构成了液压泵电动机M3单向旋转起动和停止控制电路。实现两台电动机独立操作控制。如下图3.2所示图 3.2 控制电路3.3联锁、保护环节 平面磨床在加工中出现电磁吸盘吸力不足或消失时，为确保人身和设备
8、的安全，不允许继续加工。因此，在两台电动机的控制电路中应使欠电流继电器KA常开触点，达到欠磁联锁保护。在不加工时又能单独控制砂轮与液压泵电动机运转工作，因此，在控制电路中KA（3-4）触点处并接转换开关SA1于“去磁”位置时，触点（3-4）接通来实现。如下图3.3所示图 3.3 连锁保护主电路与控制电路由熔断器FU1、FU2分别实现适中保护。砂轮与液压泵电动机利用热继电器FR1、FR2实现长期过载保护。为了保护工件与砂轮的安全，当有一台电动机过载停机时，另一台电动机也应停止。因此，应将FR1、FR2常闭触点串接在总控制电路中。3.4电磁吸盘控制电路电磁吸盘又称为电磁工作台，它也是安装工件的一种
9、夹具。具有夹紧迅速、不损伤工件、且一次能吸牢若干个工件，工作效率高，加工精度高等优点。但它的夹紧程度不可调整，电磁吸盘要用直流电源，且不能用于加工非磁性材料的工件。3.5照明电路与去磁器照明电路由照明变压器T1，将380V电压降为24V，并由开关SA2控制照明灯EL，照明变压器二次侧装有熔断器FU3作为短路保护。其一次侧短路可由熔断器FU2实现保护。在平面磨床上加工的零件可能存在有剩磁，若零件对剩磁有严格要求，应在电磁吸盘取下工件后进行去磁处理。交流去磁器是平面磨床的一个附件。使用时，将交流去磁器插头插在床身的X2插座上，再将工件放在去磁器上处理即可去磁。四、平面磨床控制电路图及其解析4.1选
10、用控制线路的设计方法控制线路的设计大体可分为二种，分别为经验设计法和逻辑设计法 4.1.1经验设计法的基本步骤 （1）收集分析国内外现有同类设备的相关资料，使所设计的控制系统合理满足设计要求。 （2）控制线路设计，一般的机床控制线路设计包括主电路，控制电路和辅助电路的设计。 首先进行主电路设计：主要是考虑从电源到执行元件（例如电动机）之间的线路设计。然后进行控制线路设计：主要考虑如何满足电动机的各种运动功能及生产工艺要求，包括实现加工过程自动化或半自动化的控制等，也就是完成正确地“选择”和有机地“组合”的任务；最后考虑如何完善整个控制电路的设计，各种保护，联琐以及信号，照明等辅助电路的设计。（
11、3）全面检查所设计电路，有条件时，可以进行模拟试验，以进一步完善设计。4.1.2经验设计法的基本特点（1）设计过程是逐步完善的，一般不易获得最佳的设计方案。但该方法简单易行，应用很广。（2）需反复修改，这样会影响设计速度。（3）需要一定的经验，设计中往往会因考虑不周而影响电路的可靠性。（4）一般需要进行模拟试验。 4.1.3逻辑设计法的基本概念 逻辑设计法，主要是根据生产工艺的要求（工作循环，液压系统图等），将控制线路中的接触器，继电器线圈的通电与断电，触点的闭合与断开，以及主令元件的接通和断开等看成逻辑变量，并将这些逻辑变量关系表示为逻辑函数的关系式，再运用逻辑函数基本公式和运算规律，对逻辑
12、函数式进行简化，然后根据简化的逻辑函数式画出相应的线路原理图，最后再进一步检查，化简和完善，以期获得既满足工艺要求，又经济合理的最佳设计方案。 4.1.4逻辑设计法的一般步骤（1）按工艺要求作出工作循环图。（2）确定执行元件与检测元件，并作出执行元件节拍表和检测元件状态表。（3）根据检测元件状态表写出各程序的特征数，并确定分组，设置中间记忆元件，各分组所有程序能区分开。（4）列写中间记忆元件开关函数及其执行元件动作逻辑函数表达式，并画出相应的电路图。（5）对按逻辑函数表达式画出的控制逻辑电路图进行检查，化简和完善。 逻辑设计法与经验设计法相比，采用逻辑设计的电路较为合理，能节省所用元件的数量，
13、能获得某种逻辑功能的最简电路，但是逻辑设计法整个设计过程较为复杂，对于一些复杂的控制要求，还必须设计许多新的条件，同时对电路竞争问题也较难处理。因此，在一般的电器控制线路设计中，逻辑设计法仅为经验设计法的辅助和补充。4.2.继电器接触器控制线路4.2.1平面磨床控制电路图通过上面的分析，对于线路的设计我们采用的是经验设计法。其控制线路设计图4.1图 4.1 M7130型平面磨床电气控制电路 图4.1为M7130平面磨床电气控制电路图。其电气设备安装在床身后部的壁盒内，控制按钮安装在床身左前部的电气操纵盒上。 图4.1中M1为砂轮电动机，M2为冷却泵电动机，都由KM1的主触点控制，再经X1插销向
14、M2实现单独判断控制供电。M3为液压泵电动机，由KM2的主触点控制。4.2.2控制电路合上电源开关QS，若转换开关SA1处于工作位置，当电源电压正常时，欠电流继电器KA触点（3-4）接通，若SA1处于去磁位置，SA1（3-4）接通，便可进行操作。（1）砂轮电动机M1的控制。启动过程为：按下SB1，SB1（4-5）接通KM1吸合M1启动；停止过程为：按下SB2，SB2（5-6）+KM1-M1-停止。（2）冷却泵电动机M2的控制。M2由于通过插座X1与KM1主触点相连，因此M2与砂轮电动机M1联锁控制，都由SB1和SB2操作。若运行中M1或M2过载，触点FR1（1-2）-动作，FR1起保护作用。（
15、3）液压泵电动机M3的控制。启动过程为：按下SB3，SB3（4-8）+KM2M3+启动；停止过程为：按下SB4，SB4（8-9）+KM2-M3-停止。过载时：FR2（2-3）-KM2-M3-停止，FR2起保护作用。4.2.3电磁吸盘控制电路（1）电磁吸盘结构原理。电磁吸盘与机械夹紧装置相比，具有夹紧迅速，不损伤工件，工作效率高，能同时吸持多个小工件，加工过程中工件发热可以自由伸延，加工精度高等优点。但也有夹紧力不如机械夹得紧，调节不便，需用直流电源供电，不能吸持非磁性材料工件等缺点。（2）电磁吸盘控制电路。它由整流装置、控制装置及保护装置等部分组成。如图2所示，电磁吸盘整流装置由整流变压器T2与桥式全波整流器VC组成，输出110V直流电压对电磁吸盘供电。电磁吸盘集中由SA1控制。SA1的位置及触点闭合情况为：充磁：触点14-16、15-17接通，电流通路为：15-17-KA-19-YH-16-14。断电：所有触点都断开。退磁：触点14-18、15-16、3-4（调整）接通，通
