去毛刺专用机床电气系统控制设计.docx

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去毛刺专用机床电气系统控制设计

去毛刺专用机床电气控制系统设计

摘要

本次设计的去毛刺专用机床是适用于生产进行加工过程中零件产生的毛刺去除。

由于该机控制系统采用了先进的电气、液压与机械紧密结合，动作程序互锁、监控严格的程序控制系统，所以具有自动化程度高、生产能力强、操作简单可靠和维修方便等特点。

主要进行了对电气控制系统的改进，在以前继电器控制系统产品的基础上，采用了工业控制专用计算机——可编程控制器控制系统。

在PLC及外部电气系统控制下，通过控制进给油泵电机、主轴电机、冷却电机、等三个电磁阀的逻辑程序动作，完成去除各类零件的毛刺任务。

此次毕业设计，是根据生产机械的控制要求，去毛刺专用机床电气控制系统的设计和完成电控装置在制造、使用和维护过程中所需的图样和资料，要求利用功能和优点较为齐全的可编程控制器（PLC）来对去毛刺电气控制系统进行控制及运行，以及机床电气控制对系统液压回路的控制来完成整个零件加工过程的动作要求，从而来完成整个操作过程中的各项任务。

关键词：

主轴电机、去毛刺电气控制系统、机床电气控制、PLC

Deburringspecialpurposemachineelectriccontrolsystemdesign

ABSTRUCT

Thisdesign'sdeburringspecialpurposemachineissuitableintheproductioncarriesontheburreliminationwhichintheprocessingprocessthecomponentsproduce.Becausethismachinecontrolsystemhasusedtheadvancedelectricity,thehydraulicpressureandthemachineryunifiesclosely,actstheprocedureinterlock,themonitoringstrictprogrammedcontrolsystem,thereforehastheautomaticitytobehigh,productivityisstrong,thesimplicityofoperatorisreliableandcharacteristicsandsoonserviceconvenience.Mainlyhascarriedontotheelectriccontrolsystem'simprovement,inthebeforehandblack-whitecontrolsystemproduct'sfoundation,hasusedtheindustrialcontrolspecialpurposecomputer--programmablecontrollercontrolsystem.InPLCandunderexteriorelectricalsystemcontrol,throughthecontroltofeedoilpumpelectricalmachinery,themainaxleelectricalmachinery,coolstheelectricalmachinery,andsoonthreesolenoidvalve'slogicalprogrammovements,completesremoveseachkindofcomponentstheburrduty.

Thisgraduationproject,isaccordingtoproducesmachinery'scontrolrequest,thedeburringspecialpurposemachineelectriccontrolsystem'sdesignandcompletestheelectricallycontrolledinstallmentthepatternwhichandthematerialinthemanufacture,theuseandthemaintenanceprocessneeds,requests（PLC）comesusingthefunctionandameritmorecompleteprogrammablecontrollertothedeburringelectriccontrolsystemtocarryonthecontrolandthemovement,aswellastheenginebedelectriccontrolcompletestheentirecomponentsprocessingprocesstothesystemhydrauliccircuit'scontrolthemovementrequest,thuscompletesintheentireoperatingprocesseachduty.

KEYWORDS：

Mainaxleelectricalmachinery,deburringelectriccontrolsystem,enginebedelectriccontrol,PLC

摘要--------------------------------------------------------------------3

一、概述---------------------------------------------------------------4

（一）电气控制系统-------------------------------------------------4

（二）可编程序控制器-----------------------------------------------4

（三）设计任务及要求-----------------------------------------------6

二、机床电气控制流程的设计---------------------------------------------7

（一）设备名称、用途、工艺过程及技术性能---------------------------7

（二）电源---------------------------------------------------------8

（三）对电气控制特性要求-------------------------------------------8

（四）电气传动-----------------------------------------------------8

（五）有关操作功能及控制系统选择-----------------------------------9

三、机床电气控制系统的设计--------------------------------------------10

（一）主电路控制设计---------------------------------------------10

1.主电路设计--------------------------------------------------10

2.中间继电器--------------------------------------------------10

（二）执行电路控制设计--------------------------------------------10

1.机床电气传动的特点及控制要求--------------------------------10

2.控制电路电源------------------------------------------------11

（三）辅助电路设计-----------------------------------------------11

1.信号指示与照明电路------------------------------------------11

2.控制箱------------------------------------------------------12

3.操纵箱------------------------------------------------------12

4.面板设计----------------------------------------------------12

（四）绘制电气原理图---------------------------------------------12

四、电气元器件型号的选择----------------------------------------------13

五、编程的调试与PLC的选用--------------------------------------------16

（一）调试与运行--------------------------------------------------16

（二）可编程控制器（PLC）的选用------------------------------------17

1.控制要求---------------------------------------------------17

2.输入输出配置-----------------------------------------------17

3.工作方式与梯形图-------------------------------------------18

六、结论与体会-------------------------------------------------------23

1.结论----------------------------------------------------------23

2.体会----------------------------------------------------------23

谢辞-----------------------------------------------------------------25

参考文献-------------------------------------------------------------26

附图-----------------------------------------------------------------27

一、概述

随着生产和技术的发展，在以机械、电子技术为主的多门技术学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来一门新兴边缘技术学科。

它对产业或产品结构、生产或管理方式以及人才的知识结构等将产生巨大影响，并使国民经济建设的各个领域发生深刻的变化。

去毛刺专用机床电气控制系统主要由硬件和软件组成，即由电气控制系统和可编程序控制器PLC组成。

（一）电气控制系统

电气控制系统是由电气元件按照一定要求连接而成，是机床的重要组成部分。

不但可对各台电动机的启动、制动、反转、停车等进行控制，还具有对各台电动机之间实行协调、联锁、顺序切换、显示工作状态的功能。

对生产过程比较复杂的系统还要求对影响产品质量的各种工艺参数如温度、压力、流量、速度、时间等能够自动测量和自动调节，这样就构成了功能相当完善的电气自动化系统。

根据专用机床的各项要求其控制装置也不相同，对于这一要求电气控制系统设计过程应遵循几条基本原则：

①最大限度地满足机械设备对电气控制提出的要求。

②妥善处理机与电的关系，采用机电结合的方法，达到系统的控制要求。

③在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单，避免盲目地追求高性能、高指标。

④积极慎重地采用新技术、新工艺。

⑤正确合理地选用电器元件，尽可能减少元器件的品种和规格，降低生产成本。

⑥操作、维护要方便，外形协调、美观。

（二）可编程序控制器

可编程序控制器（ProgrammableLogicController，习惯上简称为PLC）是以微处理器为核心的通用工业自动化装置。

是20世纪60年代末在继电器控制系统的基础上开发出来的，它将传统的继电器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。

经过十几年的发展，PLC已不仅能实现继电器控制所具有的逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，同时还具有了执行算术运算，对模拟量进行控制等功能。

所以美国电气制造商协（NationalElectricalManufacturersAssociation,简称NEMA）会经过4年的调查，于1980年将其正式命名为可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。

为避免在使用中与个人计算机（PersonalComputer）的简称PC相混淆，人们通常仍习惯地把可编程控制器简称为PLC。

可编程控制器因为其优点众多，自其诞生以来，已成功地应用于工业中几乎所有领域。

包括钢铁厂、纸浆厂、食品加工厂、化工和石油化工厂、汽车厂和电厂。

具体来说，PLC的特点表现为以下几个方面：

①硬件的可靠性高。

PLC专业在工业环境的恶劣条件下应用而设计。

一个设计良好的PLC能置于有很强电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。

在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固、简化安装，使它易于抗振冲击，对印刷电路板的设计、加工和焊接都采取了极为严格的工艺措施，而在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。

由于PLC本身具有很高的可靠性，所以在发生故障的部位大多集中在输入/输出的部位以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁阀、电机等外围装置上。

②编程简单，使用方便。

用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。

PLC采用面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序的执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这种损耗是微不足道的。

③接线简单，通用性好。

在电信号匹配的情况下，PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀）与PLC输出端子连接。

接线简单、工作量少，省去了传统的继电器控制系统的接线和拆线的麻烦。

PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的逻辑关系，这样生产线的自动化过程就能随意改变。

这种性能使PLC具有很高的经济效益。

用于连接现场设备的硬件接口实际上已经设计成为PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。

④可连接为控制网络系统。

PLC可连接成为功能很强的网络系统。

一般PLC网络可以分为两类：

一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为500~2500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，通信速率1M~10Mbps，传输距离为500~1000m，网上结点达1024。

这两类网络相连，可以兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。

⑤易于安装，便于维护。

PLC安装简单而且功能强大，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方。

在大型PLC系统的安装中，远程输入/输出安放在最优地点。

远程I/O站通过同轴电缆或双轴线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，远程子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地安装时间。

从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。

由于几乎所有的器件都是模块化的，维护时只需要换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，能指示器件是否正常工作，借阻于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。

另外，PLC把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体，并且还可以完成以下功能：

逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、A/D和D/A转换、数据处理、通信联网、对控制系统监控。

总的来说，PLC的推广应用已在世界范围内形成热潮，目前PLC发展方向主要是朝着小型化、廉价化、标准化、系列化、智能化、高速化、大容量化、网络化方面发展，这将使PLC功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用而更广。

因此，近年来在工业自动化控制、机电一体化、改造传统产业等方面广泛的应用。

（三）设计任务及要求

在现代化工业生产中，生产工艺要求的提升，使得在工业生产的各个过程中工作要求更加缜密，更加仔细。

其中之一的对工厂加工部件的去毛刺机的这一过程就突显对生产工艺的要求之高。

是目前工业生产过程中对工部件表面进行抛光处理的一种较为先进的系统设备。

此次毕业设计，是根据生产机械的控制要求，去毛刺专用机床电气控制系统的设计和完成电控装置在制造、使用和维护过程中所需的图样和资料，要求利用功能和优点较为齐全的可编程控制器（PLC）来对去毛刺电气控制系统进行控制及运行，以及机床电气控制对系统液压回路的控制来完成整个零件加工过程的动作要求，从而来完成整个操作过程中的各项任务。

任务是：

将加工出来的半成品零件在生产过程中所产生的毛刺进行去除。

要求是：

工件从定位夹紧→插刀进→去刺进→去刺退→插刀退→松夹拨销。

其中动作的工作的方式可分为两类：

一类是自动控制、另一类是手动控制。

自动控制动作方式是由可编程控制器来进行控制，手动控制动作方式是由电气系统来控制，机床电机的控制是用继电器和接触器来控制。

如液压系统工作循环图和电气控制电器元件动作表（图1-1和表1-1）。

二、机床电气控制流程的设计

为适应将要加工产品的要求，进行加工过程中零件产生的毛刺去除，收集了有关资料，并将有关资料作了分析。

对有些影响总体设计，但尚难以确定的环节作了原理性试验，最后确定了一些设计内容。

（一）设备名称、用途、工艺过程及技术性能

该设备名称为去毛刺专用机床电气控制系统。

它是适用于各类零件毛刺去除。

主要解决如何快速去除毛刺的有关电气控制和PLC程序编制系统工作过程如图1-1所示。

工件的定位夹紧装置的动作由二位四通电磁换向阀完成定位液压缸和夹紧缸动作，控制插刀液压缸和去刺液压缸活塞运动方向的切换电磁阀线圈三位四通电磁换向阀与三位四通电磁换向阀来完成。

各工步电磁阀线圈通电状态表1-1所示。

液压系统工作循环图1－1（去毛刺液压控制生产线的工艺流程）

表2－1液压系统电气控制电器元件动作表

注：

（）为保持得电；“+”为得电；“—”为失电。

图2－1液压系统工作循环图

去毛刺液压控制生产线的工艺流程具体说明如下：

（1）、定位夹紧缸工作：

夹紧工件，工件被夹紧后，夹紧缸内压力达到压力继电器KP设定的值后停止工作，转到下一步工序。

（2）、插刀缸工作：

插刀前进，碰到工件后即触到限位开关2ST（SQ2）后停止。

（3）、去刺缸工作：

去刺前进，去刺结束后，碰到限位开关4ST（SQ4）后停止。

（4）、去毛刺完毕后：

去刺后腿，退回至碰到限位开关3ST（SQ3）后停止。

（5）、插刀后腿：

碰到限位开关1ST（SQ1）即停止工作。

（6）、插刀完毕后：

定位夹紧缸开始松夹停止，被去过毛刺好的工部件被取下来。

至此，整个取毛刺的过程完成了一个工作循环，再按下启动按钮，则开始下一个工件去毛刺的工作循环。

（二）电源

系统供电电源采用交流380V三相四线制工业用电，频率50HZ，容量10KV·A，负荷等级为二级。

（三）对电气控制特性要求

系统定位加紧工进工件，松夹、拔销采用自动/手动动作方式。

只要根据PLC程序运行进行动作，可自动/手动的操作进行去毛刺。

从系统工作可靠性和可维护性出发，系统作为如下考虑：

系统控制方式为顺序步进逻辑控制运动部件定位、夹紧采用行程开关；系统位置调整可用按钮点动/自动；电网断电用掉电保持继电器作状态记忆保护；系统短路及过载保护；在软件和硬件上采用了联锁和系统故障检测手段。

（四）电气传动

系统中工件定位夹紧快进速度较低，定位精度要求不高，加工工件电气传动方式为电气控制液压缸进行动作，无间接启动、制动和动作功能，运动由电气输出信号驱动电磁阀线圈，控制液压完成规定运动；油泵电动机根据油压高低自动控制。

（五）有关操作功能及控制系统选择

控制调试则将手动按钮统一装在控制板上进行手动控制。

系统使用的环境为车间，温度在-5℃～40℃范围内，相对温度35％～90％。

考虑到操作者在车间操作和各项干扰信号等因素。

要求系统工作可靠性高，抗干扰能力强及液压电气系统动作对PLC的控制速度要求低，综合上述要求和特点。

对照各种控制系统性能表，选择小型可编程程序控制器作为专用机床电气的系统控制器，可编程序控制器具有软、硬件开发工作量小，输出负载能力强，工作可靠性高等特点，适合作机电一体化产品的控制器。

三、机床电气控制系统的设计

根据机床加工的零件的设计要求，其确定了具体从四方面来进行考虑:

主电路控制设计、执行电路控制设计、辅助电路控制设计、绘制电气原理图。

（一）主电路控制设计

1．主电路设计

根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机M1、M2、M3，如图电气原理图所示。

机床的三相电源由电源引入开关QS引入。

主电动机M1的过载保护，由热继电器KR1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M3的过载保护，由热继电器KR2实现。

进给电动机M2由于是短时工作，不设过载保护。

电动机M3设短路保护------熔断器FU1。

主轴电动机M1------M1的功率较大，超过10KW，但是由于插刀/去刺在电气系统启动后才进行，所以电路中采用了接触器KM1、KM4来控制电机的运转和制停的动作（Y-△降压启动）。

用接触器KM1、KM4进行控制。

在设计时考虑到过载保护，就采用熔断器FU1来限制M1的电流及电压。

进给电动机M2和冷却电动机M3------由于电动机M2和M3的功率都较小，额定电流分别为2.7A和0.43A，为了节省成本和缩小体积，可分别用接触器KM2和KM3（额定电流都为5A），其M3则用熔断器FU2作为过载保护。

2．中间继电器

考虑到输出部分会经常出现一系列故障，如过载，过负荷运转会将可编程控制器的触点或保险丝烧坏，所以在PLC输出点与阀之间使用一个中间继电器进行转换，这样做可以保证在过流、过压、过负荷等情况下，不至于将PLC烧坏，中间继电器在这起到保护PLC的作用。

（二）执行电路控制设计

1．机床电气传动的特点及控制要求

（1）机床主运动由电动机M1集中传动，旋转零件（满足零件加工要求）是靠主轴运动来完成。

（2）主轴电动机M1制动采用接触器反接制动器。

（3）刀架快速移动、加工由进给油泵电动机M2拖动，而液压缸的前后运动由电磁阀控制。

（4）冷却泵由电动机M3拖动。

（5）进给运动的纵向左右运动，横向前后运动，以及快速移动、转动都由手动/自动（PLC）操纵。

电动机型号：

（GB755-81《电机基础技术要求》）

主轴电机M1：

Y160M-411KW380V23.0A1460r/min

进给电机M2：

Y90S