车床电气控制系统设计.docx

1、车床电气控制系统设计电气控制与PLC课程披it说明书題目：车床电气控制系锐设廿专业班级：姓 名：学号：成绩：指导老师签名：日期：1系统槪述31.1设廿題目应用背景及恵义31.2课程设廿任务及要求32方案论证42.1方案一：低压电器控制42.2方案二：PLC控制42.3方案比较43硬件设计53.1系统原理方框图53.21电路53.3I/O 分配 63.4I/O接线图73.5元器件选里84软件g it 124.1 i$Bl24.2檢形图13设廿心W15参考文i 16附录17车床电气控制系筑设廿1系筑樣述1.1按廿題目应用背景及意义在机械加工中，利用车SMI可以提高效率，节约劳动成本，対于车床要求

2、主轴能正反两个方向旌转，车床主體旌转方向可以通过改变主體电机方向习通过 机K手柄齿轮组来腔制，本设计果用改变主轴电机方向来改变车床主轴旋转方 向，因为改变主轴电机方向实施起来比较简单，易于实现。由于加工中，Jlfi 工件的iBBE相当高,应设置专用电动机施动冷却泵工作。本次设it就是针对车床 主辆的便转运动及停止,冷却泵的启动和停止。12课程按廿任务及要求腔制要求：主體电机果用三相异步电动机:Y112M-4-85 4KW 380V 50HZ； 躱却泵电动机0.125KW 380V 50H Z,主轴电机呆用电气正反转,躱却泵单向运转。 主轴电机有SA1 （3个位置正、停、反和3对融头）控翎，冷閒

3、泵电机有SA2（2 个位置1对触头）控制。根据控制要求可知其设计的控制任务为利用J1能转换开关SA1的三个位置 实现对主體电机的正停反控制，利用具有万能转换开关SA2的-对U头实现袴 却泵电机的启停控制。车削加工一般只需要单向旋转，但在车削螺级式,为遐免 4LW,要求主轴反转来退JJ,因此要求主轴能正反旋转。主轴电机起动应平隐， 为满足此要求，一般助率较小的电动机可以直接起动，助率较大的电机，10KW 以上的电机，一朋用减压起动，但若电动机在空教或轻教悄乱下起动，虽然助率 较大，的可直接起动。主轴应能迅速停车，迅速停车可以缩短舖助时间，提高工 作效率，为使迅速停车，电动机必硕采取制动。车床主轴

4、电动机的制动方式有两 种，一种是电气制动，如能耗制动和反接制动;另一种是机械制动，如机械摩擦 的离合器制动。本系鋭未设置制动,waw可以通过壬令开关，如正向旋转时制 动，將开关扳個停车档后，再扳别反转档，车快停下时，再重新扳個停车档，也 能有效的制动。2方案论证2.1方案一：低压电器控制用低压电器实现对主轴电机及冷却泵的腔制，此方案只需使用接触器，堆电器， 主令开关等一些萸型的低压电器即可实现腔制助能，通过开关控制接触器，恭电 器线圈的通斷来腔制其触头的通斷，线圈接在控翎回路，主融头接在主回路，通 过控*1回路腔制触头通撕从而控*1主辆电机员冷却泵的工作状态。2.2方案二：PLC控制与低压电器

5、控制的主电路相同,PLC控制的主电路中也是用接触器的主触头串接 在电机上，但是在腔制回路中，则是将腔制开关以员接触器、继电器线圈接到PLC的输入输出口上,通过对PLC ft编程，来完成控制功能。2.3方案比较1K压电气腔制，接线比较复杂，因而於障诊Uli与排除困难，并存在固有缺陷，由 于它是利用布线组成各种遐辑来实观腔制，需要大量接触点，因此灵敏度不高， 肖生产流程改变时要改变大量的硕件接线，甚至重新设廿系统，要耗费大量人力 物力，群费大量时间，因此造成效率IK下。但是其价怡便宜，比较经济。而PLC 控制!M具有以下优点:(1 )可靠性高、折干扰能力強(2)编程简单、易于掌握(3)功能完善.灵

6、活方便(4)休枳小、重量轻、JJlftK(5)完善的故障诊Mi助能目细修方便，利用PLC当加工流程改变时，可通il 改变程序来改变其功能，而不用改变外部接线。媒上所述,Kt控制系筑呆用PLC进行控制。3硕件投廿3.1系筑原理方框图系貌原理方框图如图3.1 示3.1系竦原理方植图PLC扫描各输人口按钮及行程开关状态,读人各狀态后,扫描执行程序，需到各输出口状态，通过输岀口驱动接触器及维电器线團，通il线I3通电状况控制験电 的Bi开与冈合，从而控制主电路中各电机的运行状态，实现电机正反转，从而完 成对电机的控制。3.2主电路主电路如图3.2所示FU3LIL2L3冷却泵主轴电机图3.2 1电路如图

7、3.2所示，M1为主轴电机，KM1控制电机正转，KM2控制电机反转，M2为 冷却泵,KM3控制冷訥泵的启停,HL为指示灯,HL亮!|说明J开关QS已冈合, 系貌已经通电，EL为照明灯,SA控制照明灯的启停,热继电器FR1、FR2起过 载保护作用，熔Bfi器21、FU2、FU3、PU4起短路保护作用，变压器则为指示灯 与照明灯提供适当电压，保证照明灯、指示灯正常工作。3.3I/0分配I/O分配如表3.3表3.3I/0分配I/O 地 tf信号名称功能说明备注X0启动按別开启系统运行常开X1停止按別关闭系统运行常开X2M1正转开关M1正转常开X3M1停止开关M1停止转动常开X4M1反转开关M1反转常

8、开X5M2启动开关起a M2常开X6M2U止开关M2停转常开Y0KM1 S0得电控制KM1通断通有效Y1KM2找圈得电控制KM2通断JS有效Y2KM3 S0得电控制KM3通断通有效3.4 I/O接线图I/O接线图如图3.4所示SB2KM2卜、SA1.)SAliSAhSA2iSA2iFX2N32MRXOX1X2X3X4X5X6COKFU5图3.4 I/O接线图如图3.4所示,PLC人果用干接触式，输出形式为继电器输出，各个按程开关与输人口相连接，PLC通il扫描读人各个按担员行程开关的状态，通过执行程序，得到相应的输岀状态，通过输出口驱动接触器线圈，从而腔制接触器触头的通U,完成对电机的控制,F

9、R1、FR2常IO点起过载保护作用,熔断器FU5囲起到短路保护作用o KM1s KM2常闲触直实现电气连锁，保iff KM1. KM2不会同时冈合造成电动机姬路，从而烧坏电机。3.5元器件选型3.5.1电机选塑主轴电机M1呆用三相异步电动机：Y112M-4-85 4KW 380V 50HZ；冷却泵电机 M2采用Y801-4 0.55KW 380V 50HZ； M額定电流为7A功率因数为0.82； M2 額定电爲为1.6A,功率因数为0.76。3.5.2 JS Bfi器的选塑熔斷器在电路中主要作姬路保护和严重11颈保护，用于保护线路。熔Bi器的熔休 串接于被保护的电路中，当通il它的电流小于规定

10、16时，其熔体相当干一根导线, 起电气连接作用；当通过它的电渣起过规定值(电路发生严重il我或短路时)一 定时间后，其熔体自动熔Bfi并tJJBJi电路，从而起到保护作用。一般选择熔It熔斷 电流应为电机额定电流的1.5 2.5倍。因为M1額定电流为7A,因此FU額定 电流(1.5-2.5)*7A=10.517.6A,因此选用16A的熔斷器，型号为RS16A16A。 M2 8定电渣为1.6A,因此FU2額定电流为(1.5 -2.5 ) *1.6A=2.4 4A,选用4A 的熔断器,选用茗熔RO15RT18-32團瓷保险丝。流过FU3熔断器的电流为FU1 乘以2和FU2电流之和,因lit FU3

11、选用額定电流为20A的熔断器,塑号为里号: 茗熔RGS4 20Ao照明电路熔断器选择:照明灯选用的为36V50W,因此电流为 50/36=1.39A,熔断器額定电流为(1.52.5)*1.39A=2.083.47A,因此选额定电 流为4A的，选用営熔RO15RT18-32陶瓷保险丝。3.5.3热娠电器选型热地电器是利用电流热效应原理来工作的保护电器，具有号电动机容iTilffi特性 相近的反时眼保护特性。主要用于电动机的il裁保护、Bi相及电流不平炳运行保 护。也常与接触器配合成电池启动器。三相异步电动机在实际运行中，常会遇到 因电气或机k原因等引起的过电a(iia和斷相)现象，如果过电流不严

12、重，持续 时间姬，绕组不超11允许温升，逆种过电流是允许；如果il电渣悄况严重，持续 时间较长，则会加快电动机键缘老化,甚至会烧毁电动机。应根据被保护对象的 使用条件、工作环境、启动悄况、负我性质，电动机的形式以及电动机允许的il 颈能力等加以考虑。一般原则是使热缆电器的安杪特性位于电动机的il载特性之 下，并尽可能地接近，以充分发挥电和机的过载能力，同时使电动机在短时11载 和启动瞬间不受影响。通常热進电器选取的额定电流应为大于或等于电动机额定 电流。整定电流一般为电动机额定电流的0.95-1.05倍，电机M1額定电流为7A, 因lit FR1整定电流为(0.95-1.05) *7A=6.6

13、57.35A,因此选用里号为正泰热il 载缱电器JR36-20整定电流6.8-11 Ao M2 9定电流为1.6A, ( 0.95 -1.05) *1.6A=1.521.68A,因此可选正泰热址电器NR2-25整定电$ 2.5-4A的热址电 器,其整点X围为1.62.5A。3.5.3交流接触器的选择交流接触器是一种频繁应用于工业电气腔制，并用按0!或其他方式来腔制其 通斷的自动切换电器。在功能上除了能自动幼换外，还貝有J1开关类手动开关所 不能实现的远距离操作助能和失压(或欠压)保护功能。其生产方便，价格低廉, 应用十分广泛。交流接触器由电磁机沟，融点系统、灭系统、释故弹簧机构、捕助触点及基座

14、 等部分组成。其原理是当接触器的电础线圏通人交流电时，会产生很強的磁场使 装在线圈巾心的静由鉄吸动动IS铁，当两组lij鉄合拢时，安装在动衔鉄上的动顒 点也I之与静触点闲合，使电气线路接通。当Bi开电範线圏中的电流时，磁场消 失，接触器在弹簧的作用下恢夏到斷开的状态。 本次设廿选用CJX里交流接触器，根弼PU1、FU2的額定电流可知KM1、KM2可 选正泰交流接触器CJX1-22/22 220V 380o KM3选用型号为正泰交流接触器 CJX1-9/22o3.5.4开关及按钮的选择J1能转换开关主要用于电气控制回路的转换、配电设备的远距离控制、电气测量 仪表的转换和fit电机的控制,也可以用

15、于小功率茏塑异步电动机的起动、换相和 变速。由于它能腔制名个回路，适应夏杂线路的要求，故有II能转换开关之称。 由于PLC输人采用干接触，电流不大，因lit SA1选用精益LW5-16YH3/3型号的 具有三个位置的JJ能转换开关;SA2、SA3选用精益LW5D-16/2节JJ能转换开关。 按91是一种用人力操作，并具有储能复也的开关电器。它主要用干电气控制电胳 中，用于发布金令及电气连锁。本次设it中按钮SB1、SB2选用正泰按01开关带 帕按担LA18-22JO3.5.5照明电路根据需要变压器可选用德力西BK-150里，一次端接相电压380V,二次常有两个 抽头,一个输出电压36V,为照明

16、灯提供电能,另外一个输出6V电压,为指示 灯侯能，照明灯选用车床专用照明fl JL-50D-1，电压36V,功率50W；指示灯 i选用6V.5W的白垠灯JC-G4-6O3.5.6PLC的选择本次设计采用三菱FX-2N的PLC,本次设廿有7个输人自，3f输岀点，可以果 用16个输人输岀口的PLC,考虑到以后可能会有其他扩展功能，如增加调速功 能、制动助能，因此选用32个输人输岀点的PLCoPLC输岀有三种类塑：缰电器输岀塑、晶体管输岀塑、晶阿管输岀塑，本次设廿选用娠电器输岀型。妹上可选PLC里号为FX-2N-32MR-001o3.5.7导线的选择1平方毫米銅线我流量9A； 1.5平方毫米担线我流

17、量14A； 2.5平方毫米载流 量为23A。因此L1、L2、L3三根相线选用2.5平方毫米鋼线，照明电路选用1 平方毫米鋼线，主电路中与M1相连导线选用1.5平方毫米堀线，与M2相连导 线选用1平方毫米ifiMo3.5.8所选器件如下元件型号如表3.5所示原件名称单价（元）个数价格（元）熔斷器FU1茗熔RS16A6.6319.81SKSFU2茗烟 RO15RT18-32 4A25375熔斷器FU3茗熔 RGS4 20A11.4334.2I8KSFU4茗烟 RO15RT18-32 4A25125热進电器FR1正泰JR36-20整定电流6.8-11 A13113热進电器FR2正泰NR2-25整定电

18、S 2.5-4A23123交逍接触器KM1正泰 CJX1-22/2258.5158.5交逍接触器KM2正泰 CJX1-22/2258.5158.5交逍接U器KM3正泰 CJX1-9/2235135JJ能转换开关SA1M 益 LW5-16YH3/318118万能转換开关SA2績益 LW5D-16/216116万能转換开关SA3績益 LW5D-16/216116按和SB1正泰按9）开关帑嗚按和LA18-22J13.8113.8按和SB2正泰按削开关带嗚按和LA18-22J13.8113.8变压器徳力西BK-150VA78.5178.5照明灯车床专用照明fl JL-50D-150150指示灯白纵灯J

19、C-G4-6212PLC三菱 PLC FX2N-32MR-0011300113001850.1表3.5元件塑号4软件披廿4.1主浦程程序主流程图如图4.1所示：闭合JJ开关QS及低压断路器QF,主电路和控制电 路均通电，电源指示fl HL f|电,闭合SA3,照明灯亮。此时自击启动按0SB1, 程序开始启动，PLC通过扫描SA1、SA2状态，执行预先写人的程序，从而得到 相应的输岀，驱动相应接触器的SH, SA1在0位置，则Y 0接通,KM1常开冈 合，电机M1正转。将SA1扳和位置，Y0失电,KM1线圏失电，电机M1停转, 停转若要制动,可将SA1 到2位置，侍电机快停止转动时再扳回1位置，

20、以 爾电机反向起动。停转后,若SA1扳倒2位置,WY1通，从而KM2线圈得电, KM2常开触头闭合，电机M1反转。SA2在0位置时,Y2通，KM3线RS得电, KM3常开触头冈合，冷却泵M2工作，SA2扳到1位置，Y2 Bi电，线圈KM3失 电，泵M2停止工作，冷却结東。点击按0ISB2, Ml系统停止工作。图4.1主流程图4.2 II 图程序梯形图如图4.2所示KOOOTi.io rMC NO Ml00 NO _M1OOX003X002T19YOOO_X004T卜Y001 YY001_X005 X006Y002HH2325MCR NO ND 图4.2程序梯形图如图4.2,按下SB1, X 0

21、常开闭合，PLC内册继电器M0得电,常开触点冈合， 实现自锁,并使主控线圏得电，系统开始工作。SA1扳到0位置,X2接通，Y0线圈得电并自锁，使IIKM1线圈得电，常开触点0!合，电机M1开始正转；SA1扳到1也置，X3常冈触点斷开，Y0线圈失电，使得缆圈KM1失电,KM1 开融点R恢夏到ffifftt态，电机M1停止转动。SA1扳到2位置，X4接通，丫1线圈得电并自锁，使得KM2线圈得电，常开触点 闲合，电机M1开始反转;SA1扳到1也置，X3常闲触点斷开，Y1线圈失电, 使fISItl KM2失电，KM2常开触点只恢复到飾开状态，电机M1停止转动。SA2扳到0也置时，X5接通，线ISY2得

22、电并自锁，使需线B3KM3得电，KM3 常开触点冈合,是枚剂泵M2I作；SA2扳到1位置时，X6常闭融点Bfi开，线圏Y2失电，KM3线圈失电,KM3常开触农乂重新Bfi开，衿却泵失电。SB2 ffl合时，X1常闭Bfi开，MO线圈失电，进而主腔线圈失电，所有线圈失电，系貌停止工作。按廿心得通过这次课程设it,我对PLC有了更深层次的理解,以前对PLC硬件电路不是 很了解，不知道是如何与继电器、按钮等低压电器相连接，通ilS-KM间的学 习，我学会了如何使用PLC与按担、处;电器、主令开关等连接，同时也对梯形 图的编程有了更除的理解。在课程设itil程中也遇到了很名的间题，一些器件的型号不知如

23、何选择，以前没 有接tilS类间题，R查了一些资料才选出这些器件的塑号，包枯接触器、热堆 电器、II能转换开关、按別、照明灯、变压器以员导线。在设itil程中还用到了一些以前没有接触过的軟件， AUTO cad. visio0在做课 程设廿的同时，也对这些軟件有了一定的了解，掌握了一些基本的操作，能够利 用CADB出基本的电路原理图，利用v isio酉一些流程图、方框图。总之，迪次 课程设廿非常有恿义，确实收获不少。本次设it所他控制系筑能密准晞控制电机M1正反转，可以根据需要I时开 启和停止冷却泵M2,采用PLC腔制，准确度高，可靠性高，抗干扰能力強，目 程序修改方便。但同时系貌也存在许多缺

24、点：功能过于简单，不能涮速，只能在 特定是速度下运行,另外，也没有专门制动，只能通ill!能转换开关反接制动。这些是需要改善的地方，以后尽可能考虑全面一些，辻系貌更实用。参考文献钟筆心.可编程控抽器入门教程.XX：华南理工大学,1998X敏.可编程控制器机械工业,20023鸞辜明.机床电路原理与维修.:人民0电,20014李道霖电气控制与PLC原理及应用:电子工业,20055X新军.电气控制与PLC应用技术.济源：济源观业技术学院，20066孙平可编程序控制器原3K用.:高等教育,20037胡学林可编程序控制器教程.：电子工业,2003附录电源开关及保主轴电机冷却泵正转反转变压器照明电路PLC控制电路 SB2J S.l _T SAliTSAh 一 SA2 SA2.TY0Y1Y2COMFX2N32MRXOXIX2X3X4X5X6CONFU51FR2