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1、南华大学船山学院电气传动技术课程设计题 目 基于PLC的镗床T68电气设计 专业名称 电气工程及其自动化 指导教师 指导教师职称 班 级 学 号 学生姓名 2014年 12月 31日电气传动技术课程设计任务书设计(论文)内容及其要求:1、设计内容为了适应各种加工工艺的要求,有较大的调速范围,主电动机采用双速电动机,用于拖动主运动和进给运动。主运动和进给运动的调速采用变速孔盘机构。各进给部分的快速移动,采用一台快速移动电动机拖动。 设计要求:选用西门子7S-200系列的PLC对T68卧式镗床的电气控制系统进行改造设计。给定参数:主电动机7.5kW,1460/2880r/min,380V;快速移动
2、电动机3kW,1430r/min,380V。2、工作流程图法的设计步骤:2.1绘制工作流程图;2.2绘制电器主接线图和PLC端子接线图;2.3编制PLC控制程序(采用梯形图)。3、设计要求:3.1选择电气传动方案和控制方式3.2设计电器控制原理图,确定各部分之间的关系,拟定技术指标和要求3.3设计并绘制电器控制原理图(设计图符合国家规程规范),计算主要技术参数3.4选择电器元件,制定元器件目录清单,绘制电器主接线图和PLC端子接线图;3.5编制PLC控制程序;3.6 编写设计说明书(含中文摘要、正文、图纸(CAD A3号图),说明书格式参照船山学院毕业设计要求。3.7 dwg(CAD)图形文件
3、及doc文档交指导老师。4、时间安排: 2014.12.18-2014.12.20:查阅文献,制定设计方案,设计电器控制原理框图 2014.12.21-2014.12.27:设计电气主接线和PLC控制电路,选择电器元件,2014.12.28-2014.12.31:编写设计说明书及答辩。 指导教师: 2014年12月16日摘 要:为提高镗床控制电路的稳定性和自动化程度,延长镗床的使用寿命,降低机床的故障。分析了T68镗床的机械、电气控制原理,保留镗床主电路由PLC取代复杂的电气连线控制,设计出由PLC为镗床的控制电路。期间完成了将镗床的控制电路用PLC梯形图实现,大大的简化了电路,从而降低机床的
4、故障、更加便于控制、也降低了维修的难度。关键词:西门子PLC;镗床;控制电路改造引 言镗床是一种精密加工机床。它主要用于加工工件上的精密圆柱孔。按用途的不同,镗床可分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床等。其中卧式镗床的用途很广,除了对各种复杂的大型工件,如箱体零件、机体等的镗孔以外,还可以完成钻、扩、铰孔、车削内外螺纹,用丝锥攻丝,车外圆柱面和端面,用端铣刀与圆柱铣刀铣削平面等多种工序。因此在这种镗床上,工件一次安装后,即能完成大部分表面的加工,有时甚至可以完成全部的加工,特别是在加工大型及笨重的工件时具有优势。其中T68镗床的电气控制是由2台电动机,主轴电机M1拖动主轴的旋转和工作进给,M2电动
5、机实现工作台的快移,M1电动机是双速电动机,低速是接法,高速是YY接法,主轴旋转和进给都由齿轮变速,停车时采用了反接制动,主轴和进给的齿轮变速采用了断续自动低速冲动。目 录1 T68镗床主电路电气设备参数11.1电动机的额定电流11.2主电路各电气设备选择12 T68卧式镗床电气电路分析32.1主控制电路32.2控制电路分析3 2.2.1 主轴电动机正反转控制4 2.2.2主轴电动机M1电动控制5 2.2.3主轴电动机M1停车制动5 2.2.4主轴电动机M1的高、低速控制5 2.2.5主轴变速及进给变速控制6 2.2.6快速移动电动机M2的控制6 2.2.7连锁保护及装置63 将T68改为PL
6、C控制83.1 PLC控制部分83.2 PLC梯形图93.3 PLC指令113.4部分仿真结果134 总结15参考文献16附件一17附件二17附件三171T68卧式镗床主要电气设备的选择 取型号为Y2-132S2-2的电动机为主电动机M1,其中M1的功率为效率为,功率因数。取型号为Y2-100L-2的电动机为快速移动电动机M2,其中M2的功率为,效率为,功率因数。1.1电动机的额定电流 根据上述数据可求电动机M1、M2的额定电流: (1)主电动机的额定电流,因为 所以 (2)快速移动电动机的额定电流,同样因为 既有1.2主电路个电气设备选择 (1)热继电器选择 则有,查找相关数据可选型号为的热
7、继电器。 (2)接触器的选择 接触器(、)对应相关电动机参数查表可知。查找相关数据可选型号为的接触器。 接触器(、)对应相关电动机参数查表可知,查找相关数据可选型号为的接触器。 (3)熔断器的选择 熔断器 用于保护多台电动机,及熔断器要保护、。所以,其中为多台电动机中容量最大的一台电动机额定电流;其余电动机额定电流之和。 则;查找相应参数表可选择型号为的熔断器。 熔断器用于保护频繁启动电动机,则,其中为熔体的额定电流;为电动机额定电流。则;查找相应参数表可选择型号为的熔断器。 (4)断路器的选择 电动机的额定电流,则 电动机的额定电流,则即选择断路器按最大的短路电流选择,即选择型号为的断路器。
8、 (5)导线的选取 主电路的选择原则是:。所以:A;A。查资料建筑电气常用数据04DX101-1得可选导体:电动机M1的BV绝缘电线,导线截面、选线四根,选型4*BV2.5电线;电动机M2的BV绝缘电线,导线截面、选线四根导线,选型4*BV1.5电线。 控制电路电线查可编程控制器原理及应用得:可选2电线若干 2 T68卧式镗床电气电路分析2.1 主控制电路 主电路如下图2.1所示:图2.1继电器KM1、KM2分别控制电动机M1的正转与反转,KM4、KM5用来控制电动机的低速、高速。继电器KM6、KM7分别控制电动机M2的正向与反向移动。2.2控制电路分析 控制电路如下图2.2所示:图2.22.
9、2.1主轴电动机正反转控制 主轴电动机的正向启动,按下正转启动按钮SB2,中间继电器KA1线圈获电吸合,KA1常开触头闭合,接触器KM3线圈得电(此时位置开关SQ3合SQ4已被操纵手柄压合),KM3住触头闭合,将制动电阻R短接,而KM3常开辅助触头闭合,接触器KM1线圈获电吸合,KM1主触头闭合,接通电源。KM1的常开触头闭合,KM4线圈获电吸合,KM4主触头闭合,电动机M1接成正向启动,空载1500r/min。主轴电动机的反向启动反转是只需按下反转启动按钮SB3动作原理同上,所不同的是中间继电器KA2和接触器KM2获电吸合。2.2.2主轴电动机M1的点动控制 按下正向点动启动按钮SB4,接触
10、器KM1线圈获电吸合,KM1常开触头闭合,接触器KM4线圈获电吸合。这样,KM1和KM4的主触头闭合,便使电动机M1接成并串联电阻R点动。同理,按下反向点动按钮SB5,接触器KM2和KM4线圈获电吸合,M1反向点动。2.2.3主轴电动机M1的停车制动 电动机M1正转,当速度达到120r/min以上时,速度继电器KS常开触头闭合,为停车制动作好准备。若要M1停车,就按SB1,则中间继电器KA、KM1和接触器KM3断电释放,KM3常开触头断开,KM1线圈断电释放,KM4线圈也断电释放,由于KM1和KM4主触头断开,电动机M1断电作惯性运转。紧接着,接触器KM2和KM4线圈获电吸合,KM2和KM4主
11、触头闭合,电动机M1串电阻R反接制动。当转速降至120r/min以下时,速度继电器KS常开触头断开,接触器KM2和KM4断电释放,停车反接制动结束。如果电动机M1反转,当速度到达120r/min以上时,速度继电器KS常开触头断开,为停车制动作好准备。以后的动作过程与正转制动时相似。2.2.4主轴电动机M1的高、低控制 若选着电动机M1在低速(接法)运行,可通过变速手柄使变速行程开关SQ处于断开位置,相应的时间继电器KT线圈断电,接触器KM5线圈也断电,电动机M1只能由接触器KM4接成连接。如果需要电动机在高速运行,应首先通过变速手柄使限位开关SQ7压合,然后按正转启动按钮SB2(或反转启动按钮
12、SB3)KA1线圈(反转时应为KA2线圈)获电吸合,时间继电器KT和接触器KM3线圈同时获电吸合。由于KT两幅触头延时动作,故KM4线圈先获电吸合,电动机M1接成低速启动,以后KT的常闭触头延时断开,KM4线圈断电释放,KT的常开触头演示闭合,KM5线圈获电吸合,电动机M1成YY连接,以高速运行。2.2.5主轴变速及进给变速控制 本机床主轴的各种速度是通过变速操纵盘以改变传动比来实现的。当主轴在工作过程中欲要变速,可不必按停止按钮,而可直接进行变速。设M1原来运行在正转状态,速度继电器KS早以闭合,将主轴变速操纵盘的操作手柄拉出,与变速手柄有机械机械联系的行程开关SQ3不再受压而断开,KM3和
13、KM4线圈先后断电释放,电动机M1断电,由于行程开关SQ3常闭触头闭合,KM2和KM4线圈获电吸合,电动机M1串接电阻R反接制动、等速度继电器SR2常开触头断开,M1停车,便可转动变速操纵盘进行变速。变速后,将变速手柄推回原位,SQ3重新压合,接触器KM3、KM1和KM4线圈获电吸合,电动机M1启动,主轴以新选定的速度运转。 变速时,若因齿轮卡主手柄推不上时,此时变速冲动行程开关SQ6被压合,速度继电器的常闭触头SQ2已回复闭合,接触器KM1线圈获电吸合,电动机M1启动。当速度高于120r/min时,KS常开触头又断开,KM1线圈断电释放,电动机又断电,当速度降到120r/min时,KS常闭触
14、头又闭合了,从而又接通低速旋转电路而重复上述过程。这样,主轴电动机就被间歇地启动和制动而低速旋转,以便齿轮顺利撮合。知道齿轮撮合好,手柄推上后压下行程开关SQ3,松开SQ6,将冲动电路切断。同时,由于SQ3的常开触头闭合,主轴电动机启动旋转,从而主轴获得所选定的转速。进给变速的操作和控制欲主轴变速的操作和控制相同。只是在进给变速时,拉出的操作手柄是给变速操纵盘的手柄,与该手柄有机械联系的是行程开关SQ4,进给变速冲动的行程开关是SQ5。2.2.6快速移动电动机M2的控制 主轴的轴向进给、主轴箱(包括尾架)的垂直进给、工作台的纵向和横向进给等的快速移动,是由电动机M2通过齿轮、齿条来完成的。快速
15、手柄扳到正向快速位置时,压合行程开关SQ8,接触器KM6线圈获电吸合,电动M2正转启动实现快速正向移动。将快速手柄扳到反向快速位置,行程开关SQ7被压合,KM7被压合,KM7线圈获电吸合,电动机M2反向快速移动。2.2.7联锁保护装置为了防止在工作台或主轴箱自动快速进给时,将主轴进给手柄扳到自动快速进给的错误操作,就采用了与工作台和主轴箱进给手柄有机械联接的行程开关SQ1(在工作台后面)、当上述手柄扳在工作台(或主轴箱)自动快速进给的位置时,SQ1被压断开。同样,在主轴箱上还有装有另一个行程开关SQ2,它与主轴进给手柄有机械联接,当这个手柄动作时,才可以启动。如果工作台(或主轴箱)在自动进给(
16、此时SQ1断开)时,再将主轴进给手柄扳到自动进给位置(SQ2也断开),那么电动机M1和M2便都自动停车,从而达到联锁保护之目的。3将T68改为PLC控制3.1 PLC控制部分 如下图3.1图3.1其中地址分配表如下表3.1表3.1输入输出输入继电器输入元件作用输出继电器输出元件控制对象I0.0SB1停止Q0.1KM1M1正转I0.1SB2M1长车正转Q0.2KM2M1反转I0.2SB3M1长车反转Q0.3KM3短接RI0.3SB4M1正转点动Q0.4KM4M1低速I0.4SB5M1反转点动Q0.5KM5M2高速I0.5SQ1联锁Q0.6KM6M2正转I0.6SQ2联锁Q0.7KM7M2反转I0
17、.7SQ3M1变速起停I1.0SQ4M2变速起停I1.1SQ5M2变速齿合I1.2SQ6M1变速齿合I1.3SQ7M1高低速I1.4SQ8M2快速正转I1.5SQ9M2快速反转I1.6KS1正转计速I1.7KS2反转计速I2.0FR过载保护3.2 PLC梯形图3.3 PLC指令Network 1 / Network Title/ Network CommentLDN I0.5ON I0.6AN I1.0= M1.0 联锁保护,过载保护Network 2 LDN I0.7ON I1.0AN I1.7LD I1.1O I1.2ALDLD I0.0A I1.6 速度调节OLDA M1.0= M0.5
18、Network 3 LD I0.1O M0.0AN M0.1A I0.7AN I0.0A I1.0A M1.0 = M0.0 启动,中间继电器KA1自锁Network 4 LD I0.2O M0.1AN M0.0A I0.7AN I0.0A I1.0A M1.0= M0.1 启动,中间继电器KA1自锁Network 5 / Network TitleLD M0.0O M0.1AN I0.0A M1.0= Q0.3 KM3输出A I1.3TON T37, 50Network 6 LD Q0.3A M0.0O I0.3AN I0.0A M1.0= M0.2 正转Network 7 LD M0.2O
19、 M0.5AN Q0.2AN I0.0A M1.0 = Q0.1 KM1输出电动机M1正转Network 8 LD Q0.3A M0.1O I0.4AN I0.0A M1.0= M0.3 反转Network 9 LD M0.3AN Q0.1AN I0.0A M1.0= Q0.2 KM1输出电动机M1反转3.4部分仿真结果 下图3.4.1为快速移动电极M2正转的仿真结果图3.4.1下图3.4.2为主电动机M1低速正转的仿真结果图3.4.24总结:通过这一阶段的课程设计,我受益匪浅,不仅锻炼了良好的逻辑思维能力,而且培养了弃而不舍的求学精神和严谨作风。回顾此次课程设计,是所学知识很好的总结。此次设
20、计T68镗床的PLC改造课题不仅重温了这学期所学知识,而且学到了很多新的内容。相信这次毕业设计对我今后的工作会有一定的帮助。所以,我很用心的把它完成。在设计中体味艰辛,在艰辛中体味快乐。参考文献:1中国电力企业联合.电缆工程电缆设计规范J.北京:中国计划出版社,20082中国建筑标准设计研究院.建筑电气常用数据S.20043张万忠,刘明芹.电气与PLC控制技术M.北京:化学工业出版社,2011.4肖峰,贺哲荣.PLC编程100例M.北京:中国电力出版社,2009.5辜承林,陈桥夫,熊永前.电机学M.武汉:华中科技大学出版社,2000.6贺哲荣.实用机床电气控制线路故障维修M.北京:电子工业出版
21、社,2003.附件一:电气元件件清单序号符号名称规格型号备注1KM1主轴正转交流接触器CJ10-20辅助触点3常开3常闭2KM2主轴反转交流接触器CJ10-20辅助触点3常开3常闭3KM3交流接触器CJ10-20辅助触点3常开3常闭4KM4主轴低速交流接触器CJ10-20辅助触点3常开3常闭5KM5主轴高速交流接触器CJ10-20辅助触点3常开3常闭6KM6M2正转交流接触器CJ10-10辅助触点3常开3常闭7KM7M2反转交流接触器CJ10-10辅助触点3常开3常闭8KS1主轴正转速度继电器JY19KS2主轴反转速度继电器JY110FU1M1短路保护熔断器RT146311FU2M2短路保护熔断器RT143212QS主电路保护空气开关DZ47-63/C2020A,380V13M1主轴电动机Y2132S227.5KW14M2快速电动机Y210023KW15FR过热保护热继电器JR3620附件二: T68卧式镗床电气原理图附件三: T68 PLC原理图