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1、机床电控及PLC 课程设计说明书题目：卧式车床电气控制系统 目 录一、课程设计任务书3二、卧式车床电气控制系统总体设计过程5（一）总体方案说明 5（二）卧式车床电气控制原理图设计 5（三）PLC控制电路设计6(四) I/O指令选择7（五）电器设备选择 8（六）PLC控制程序设计 9三、小结13四、参考文献13 课程设计课题：卧式车床电气控制系统一、课程设计工作日自 年 1 月 9 日至 年 1 月 13 日 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要参考资料等）：1设备概况车床是机床中应用最广泛的一种，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹。车床在加
2、工工件时，随着工件材料和材质的不同，应选择合适的主轴转速及进给速度。但目前中小型车床多采用不变速的异步电动机拖动，它的变速是靠齿轮箱的有级调速来实现的，所以它的控制电路比较简单。为满足加工的需要，主轴的旋转运动有时需要正转或反转，这个要求一般是通过改变主轴电动机的转向或采用离合器来实现的。进给运动多半是把主轴运动分出一部分动力，通过挂轮箱传给进给箱来实现刀具的进给。有的为了提高效率，刀架的快速运动由一台进给电动机单独拖动。车床一般都设有交流电动机拖动的冷却泵，来实现刀具切削时冷却。有的还专设一台润滑泵对系统进行润滑。2控制要求(1) 主要控制电器为三台电机：主电动机、冷却泵电机、快速移动电机。
3、三台电机都要有短路保护措施。主电动机和冷却泵电机采用热继电器进行过载保护主电动机要采用降压起动方式起动主电动机要求能够正反转控制，并且有点动调整控制和长动控制，采用反接制动主回路负载的电流大小能够监控，但要防止启动电流对电流表产生冲击。机床要有照明设施。表1 车床控制系统信号说明 符 号 名 称 及 用 途 符 号 名 称 及 用 途 QF 断路器作电源引入及短路保护用 FR1 热继电器，主电动机过载保护用 FU1FU2 熔断器作短路保护 FR2 热继电器，冷却泵电动机过载保护用 Ml 主电动机 KM1 接触器，主电动机正向起动、停止用 M2 冷却泵电动机 KM2 接触器，主电动机反向起动、停
4、止用 M3 快速电动机 KM3接触器，主电动机起动、制动切入电阻 SBlSB4 主电动机起、停、点动按钮 KM4 接触器，冷却泵电动机起动、停止用SB5SB6 冷却泵电动机起停按钮 KM5接触器，快速电动机起动、停止用SQ限位开关，快速移动电动机控制 TC 控制与照明变压器 HLl 主电动机起停指示灯SA 机床照明灯开关 HL2 电源接通指示灯EL 机床照明灯3设计任务1) 根据控制要求，进行卧式车床电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制卧式车床控制PLC应用程序。3) 编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于PLC的卧式车床
5、电气控制系统电路图。 PLC控制程序（梯形图和指令表）。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。二、卧式车床电气控制系统总体设计过程(一) 总体方案说明1. 卧式车床电气控制系统控制对象：主电动机，冷却泵电机，快速移动电机。均由交流接触器完成起，停控制。主电动机要采用正反控制。并且有点动调整控制盒长动控制。采用反接制动。2. 主电动机，冷却泵电机分别采用热继电器实现过载保护，其热继电器的常开触点通过中间继电器转换后，作为PLC的输入信号，用以完成各个电动机
6、系统的过载保护。3. 主电动机要求：降电压启动方式。利用接触器完成定子电路串联降电压启动方式。PLC控制电路与之对应。4. 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。5. 机床的照明设施：主电动机起停指示灯，机床照明灯。采用接触器常开触点通过中间继电器转换后，作为PLC输出信号，用以完成各部分的照明及指示作用。6. PLC选用继电器输出型。7. PLC自身配有24V直流电源。外接负载时若虑其供电容量，PLC接地端采用第三种接地方式。提高抗干扰能力。8. 所选用的动力设备均采用三相交流异步电动机。主轴与进给电动机M1, 功率为30 kW；冷却泵电动机M2,
7、功率为0. 15 kW, 用于在车削加工时, 供出冷却液, 对工件与刀具进行冷却；快速移动电动机M3, 功率为22 kW, 由于溜板箱连续移动时短时工作, M3 只要求单向点动, 短时运转。(二) 卧式车床电气控制原理图设计1. 主电路设计：卧式车床电气控制系统主电路如下图所示2. 主回路中,KM1,KM2分别控制主电机M1的正反转。KM3控制主电路的串电阻降压启动和反接制动。KM4、KM5，分别控制冷却泵M2，快速电动机M3。3. 主电动机M1，冷却泵电机M2由热继电器FR1，FR2实现过载保护。4. QF为电源总开关，即可完成主电路的短路保护作用，又起到分断三相交流电源电压作使用和维修方便
8、。5. 熔断器FU1，FU2分别实现各负载回路的短路保护作用。6. 主要参数计算1） 断路器QF断路器为供电系统电源开关，及短路保护作用。2） 热继电器FR的选择根据M1和M2的额定电流选择热继电器如下FR1选用JRO-40型热继电器，热元件额定电流25A，额定电流调节范围1625A，工作时调整在22.6A。FR2选用JR0-40型热继电器，热元件额定电流0.64A，额定电流调节范围为0.400.64A，工作时调整在0.43A.3） 熔断器的选择本电路中的熔断器有三个，FU1，FU2，FU3FU1主要对M2和M3进行短路保护，M2和M3的额定电流分别为0.43A和2.7A，所以按下式计算熔件的
9、额定电流(2 2.5)+系数取2.5计算可得7.18A，所以FU1选择RL1-15型熔断器。熔件额定电流为0.1A。4） 按钮的选择根据需要的触点数量，动作要求，使用场合和颜色等进行按钮的选择。本电路中，SB1、SB2、SB3、SB4、SB5为启动按钮，所以选择LA-18型按钮，颜色为绿色；SB6、SB7停止按钮，所以选择LA-18型按钮，颜色为红色。5） 照明及指示灯的选择 照明灯EL选择JC2型，交流36V，40W，与灯开关S成套配置，指示灯HL1和HL2选择ZSD-0型，交流6.3V，0.25V，颜色分别为红色和绿色。(三) PLC控制电路设计 包括PLC硬件结构配置及PLC控制原理电路
10、设计。1. 硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质等；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数的精度及类型，如：对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等，选择适合的PLC机型及外设，完成PLC硬件结构配置。2. 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制PLC控制电路原理图，绘制PLC控制电路，编制I/O接口功能表。图11-4为SBR废水处理系统PLC控制电路原理图，L6作为PLC输出回路的电源，分别向输出回路的负载供电，输出回路所有COM端短接后接入电源N端。3. PLC输入回路中，信号电源由PLC本身的24V直流电源提供，所有输
11、入COM端短接后接入PLC电源DC24V的（）端。4. 在PLC和输出继电器之间加继电器隔离板，每个继电器隔离板输出点额定控制容量为AC380V，2A硬件接线图如下所示FU硬件接线图 (四) I/O指令选择1. 根据硬件结构设计：12个输入端，7个输出端。2. 根据热继电器控制电路中输入触点的数量，计有8个按钮，一个行程开关，2个热继电器，2个速度继电器，共有12个输入信号，也需要占用12个PLC输入点。3. PLC输出控制对象，主要是电路中的执行部件，该机床的执行部件有接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5本设计选用I/O点数为24点的FX2N-MT-D型PLCI/O指令分配表 。输入
12、输出X0SA机床照明灯开关Y0EL机床照明灯X1SB1主电机正转起动Y1KA1主电机正转X2SB2主电机反转起动Y2KA2主电机反转X3SB3主电机正转点动Y3KA3切入电阻X4SB4主电机反转点动Y4KA4冷却泵电机起停X5SB5冷却泵起动Y5KA5快速电机起停X6SB6冷却泵停止Y6HL1主电机运行指示灯X7SB7主电机停止M0辅助继电器X10FR1主电机过载保护M1辅助继电器X11FR2冷却泵电机过载保护X12SQ快速移动行程开关X13KS1正转速度继电器X14KS2反转速度继电器(五) 电器设备选择1. 根据上述设计，对照主回路检查交流控制回路、PLC控制回路、各种保护联锁电路、PLC
13、控制程序等，全部符合设计要求后，绘制出最终的电气原理图。2. 根据设计方案选择的电气元件，编制原理图的元器件目录表序号编号名称数量规格备注1电动机3Y系列三相异步电动机2热继电器2JR16B-20/3参照电动机整定电流3熔断器3RT16B-32X熔体2A4QF断路器1C45AD脱扣电流10A5TC隔离变压器1BK-100变比1:1 AC220V6SB1主电动机正转启动按钮1LAY37绿色7SB2主电动机反转启动按钮1LAY37黑色8SB3主电机正转点动按钮1LAY37绿色9SB4主电机反转点动按钮1LAY37绿色10SB5冷却泵起动按钮1LAY37绿色11SB6冷却泵停止按钮1LAY37红色1
14、2SB7主电机停止按钮1LAY37红色13接触器5DJX-9线圈电压：AC220V14指示灯2AD16-22LED显示AC220V15EL照明灯116SA照明灯开关1绿色17SQ限位开关118PLC可编程控制器1FX1S-30MT-D继电器输出电器设备明细表(六) PLC控制程序设计1） 程序设计。根据控制要求，建立系统控制流程图，表达出各控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。在明确PLC寄存器空间分配，确定专用寄存器的基础上，进行控制系统的程序设计，包括主程序编制，各功能子程序的编制、其他辅助程序的编制等。2） 系统静态调试。空载静态调试时，针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关系是否正
15、确，然后先调试子程序或功能模块程序，然后调试初始化程序，最后调试主程序。调试过程中尽量接近实际系统，并考虑到各种可能发生的情况，作反复调试，出现问题及时分析、调整程序或参数。3） 系统动态调试及运行。在动态带负载状态下调试，密切观察系统的运行状态，采用先手动再自动的调试方法，逐步进行。遇到问题及时停机，分析产生问题的原因，提出解决问题的方法，同时做好详尽记录，以备分析和改进。程序流程图电源通电主电机起动按钮按下转速达到预定转速电机正常运行按下冷夜泵电机起动按钮冷却泵电机起动按下冷却泵停止按钮冷却泵停止快速电机运行压下行程开关开始主电机降压起动结束控制程序如下指令表对控制电路的说明1. SA控制
16、机床照明灯的开关。 2. 当断路器接通是，电源指示灯亮。当主电功机床工作时，主电功机指示灯亮。 3. SB1,SB2分别是主电动机的启动，KM1,KM2常闭触电实现互锁。4. SB3,SB4为复合按钮，由常开和常闭组成。当按下正转点动按钮SB3,常开触点闭合，KM1通电，电功机正转，常闭触点断开，断开电机自锁。松开SB3，电机停止。同理，SB4相同，实现电机的点动调整控制。5. SB7为急停按钮，由常开和常闭组成。当电机处于正转时，KS1处闭合。按下SB7，SB7常闭触点断开。KM1断电，SB7常开触点闭合，KM2通，电机反转，当电机转速下降到150r/min后，KS1断开，KM6断开，KM2
17、断开，实现反接制动。同理，当电机处于反转时，也能实现反接制动。 6. 当SB6闭合时，KM4得电，KM4常开触点闭合，实现自锁，冷却泵工作，断开SB5，冷却泵停止。 7. 当刀架压住行程开关SQ时，KM5得电，快速电机工作，刀架快速移动。PLC控制程序指令三、小结 四、参考文献1.肖明耀 三菱FX系列PLC应用技能实训 中国电子出版社 20102.王成福 黄敏 可编程控制器应用技术 中国电子出版社 20103.鲁运栋 PLC机电控制与应用设计技术 电子工业出版社 20064.晁阳 可编程控制器应用与实例解析 清华大学出版社 20075.周亚军 颜纲铎 电气控制与PLC原理及应用 西安电子科技大学出版社 2008
