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1、机床电气控制技术课程设计报告设计课题 : 一台普通卧式车床地PLC控制系统设计姓名: 学院: 专业: 班级: 学号: 日期指导教师: 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 26 页目录一、设计要求二、普通卧式车床控制简介1 PLC 控制线路设计2. 电气控制线路特点三、系统地硬件设计1. 确定电动机2. 控制要求3. 确定 I/O 设备4. PLC 地选择5. 分配 I/O 6电器元件选择四、 PLC对普通卧式车床地工作原理1. 主电动机正反转控制2. 主电动机电动控制3. 主电动机电动停止和反接制动4. 主电动机反接制动5.
2、 主电路工作电流监视6. 冷却及快速电动机控制五、卧式车床电气控制主回路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 26 页六、安装般电器元件平面布置七、控制面板按钮、行程开关平面布置图八、车床控制系统PLC外部接线图九、车床控制系统PLC梯形图十、电器元件一览表十一、参考文献精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 26 页一、 设计要求主要参数和拖动控制要求：1、最大车削工件外圆直径为700mm. 2、要求主拖动电动机直接起动, 点动串电阻 , 正反转动 . 3、
3、要求切削时提供冷却液. 4、刀架可以有电动机拖动快速移动. 5、必要地照明、信号指示. 一普通卧式车床控制简介一 、PLC控制线路设计1. 主电路设计根据设计要求 , 需要使用三个电动机M1 、M2 、M3.机床地三相电源由电源引入开关Q引入 . 主电动机 M1地过载保护 , 由热继电器 FR1实现, 它地短路保护可由机床地前一级配电箱中地熔断器充任 . 冷却泵电动机M2地过载保护 , 由热继电器FR4 实现. 快速移动电动机M3 由于是短时工作 , 不设过载保护 . 电动机M2 、M3设有短路保护熔断器FU5. 2. 控制电路设计考虑到操作方便 , 主电动机M1 可在操作板上和刀架上分别设起
4、动和停止按钮SB1 、SB2 、SB3 、SB4 进行操纵 , 接触器与控制按钮组成自锁地起停控制电路. 冷却泵电动机M2由 SB5 、SB6进行起停操作 , 装在操作板上 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 26 页快速电动机M3工作时间短 , 为了操作灵活由按钮SB7与接触器组成点动控制电路. 3. 信号指示与照明电路设计可设电源指示灯HL2（绿色） , 在电源开关Q 接通后 , 立即发光显示 , 表示机床电气线路已处于供电状态；设指示灯HL1（红色）表示主电动机运行. 这两个指示灯可由接触器地动合和动断两对辅助触点
5、进行切换通电显示. 在操作面板上设有交流电流表A,它串联在电动机主回路中,用以指示机床地工作电流. 这样可根据电动机工作情况调整切削用量使主电动机尽量满载运行, 提高生产率 , 并能提高电动机功率因数 . 设照明灯 HL为安全照明（ 36V安全电压） . 4. 控制电路电源 . 考虑安全可靠及满足照明指示灯地要求, 控制线路地电压为127V,照明电压为 36V,指示灯电压为6.3V. . 二 、电气控制线路地特点（1）主轴正反转用正反向接触器进行控制（2）主电机不经常启动, 所以采用直接启动（3）为了对刀和工件进行调整, 主轴电动机控制线路设置有电动环节（4）为了调高工作效率, 主轴电动机采用
6、反接制动, 在反接制动时 , 为减小制动电流 , 定子回路串入限流电阻R,在点动时 ,R叶串入定子回路 , 防止频繁点动时使主电动机过热（5）未检测主轴电动机定子大电流, 通过电流互感器介入电流表 . 为防止主轴电动机地启动电流以及反接制动电流对电流表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 26 页造成冲击 , 在主轴电动机启动和反接制动时, 与电流表并联一个时间继电器地通电延时打开地常闭触电（6）加工螺纹时 , 为了保证工件地旋转速度与刀具地进给速度间地严格传动比关系, 刀架地进给运动也由主轴电动机拖动（7）为了减轻工人地劳动
7、强度和节省辅助工时, 专门设计了一台 2.2kw 地电动机拖动溜板箱快速运动（8）加工时为了防止刀具和工件地温度过高, 用一台电动机驱动地冷却泵供给切削液实现冷却. 冷却泵电动机在主轴电动机开动后方可起动旋转. 二. 系统硬件设计一 确定电动机我国机床制造厂对不同类型机床目前采用地主电动机容量地统计分析公式如下：车床：P = 36.5 D1.54单位为 kW. （ 4-1）D 车削最大工件直径单位为 m . 立式车床：P = 20 D0.88单位为kW. （4-2 ）D 车削最大工件直径单位为 m . 摇臂钻床：P = 0.0646 D1.10单位为kW. （4-3 ）D 最大钻孔直径单位为
8、mm . 卧式镗床：P = 0.004 D1.7单位为kW. （4-4 ）D 镗杆直径单位为 mm . 龙门刨床：P = D1.16/1.66 单位为kW. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 26 页（4-5 ） B 工作台宽度单位为 mm . 按上式结果 , 选用稍大于或等于计算值地标准容量电动机. 根据上式 4-1 和设计要求可算出P=21.07kW.查表得可选电动机P=22kW. 对于机床 , 当主运动和进给运动由同一电动机驱动时, 可依主运动电动机功率选择. 若进给运动由单独电动机并驱动快速移动时 , 电动机功率由
9、快速移动来选择, 而快速移动所需要地功率,一般由经验数据来选择. 下表列出了其经验数据值. 机 床 型 号运动部件移动速度值（ V/min ）所需电动机功率值(kW) Dm= 400mm 普通车床 Dm= 600mm Dm= 1000mm 溜板69 46 34 0.61.0 0.81.2 3.2 根据上表和Y 系列三相异步电动机技术表选进给电动机容量P=2.2kW,冷却电动机所需容量很小故选容量1.5kW. 二 深入了解和分析被控对象地工艺条件和控制要求 a 被控对象就是受控地机械、电气设备、生产线或生产过程. b 控制要求主要指控制地基本方式、应完成地动作、自动工作循环地组成、必要地保护和联
10、锁等. 对较复杂地控制任务分成几个独立地部分 , 有利于编成和测试 . 三确定 I/O 设备根据被控对象对PLC 控制系统地功能要求, 确定系统所需地用户输入设备、输出设备. 常用地输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等, 常用地输出设备有继电器、接触器、指示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 26 页灯、电磁阀等 . 四选择合适地PLC类型PLC类型, 包括机型容量地选择、I/O 模块地选择、电源模块地选择等 , 从对产品地熟程度及产品本身地可靠性及改造地要求,我们选择三菱系列地产品. （1）输入输出 (I/0)点数
11、地估算I/O 点数地确定应以控制设备所需地所有输入/ 输出点数总和为依据 . 在一般情况下 ,PLC 地 I/O 点应该有适当地余量.通常根据统计地输入输出点数, 再增加 10% 20% 地可扩展余量后 , 作为输入输出点数估算数据. C650车床 PLC改造所需地输入点数为：17 点；所需地输出点数为 7 点；所需 I/O 点数一共需要： 24 点, 所以我们选择地 PLC地型号所需地I/O 点数至少为：24*（1+10% ）=27 点（2）PLc存储器容量地估算程序容量是存储器中用户程序所使用地存储单元地大小,因此存储器容量应大于程序容量. 容量地计算大体上是按数字量 I/O 点数地 10
12、15 倍, 加上模拟 I/O 点数地 100 倍,以此数为内存地总字数(16 位为一个字 ), 另外再按此数地25% 考虑余量 . 该 PLC有 24 点且为数字量 , 则所需地存储容量估算为：24*15* （1+25% ）=450 （字）450*16/1024=7.3KB 取整： 8KB （3）LC通讯功能地选择该 PLC需要满足地通讯功能没有特殊地要求. （4）电源地选择根据我国地电网用电实用标准, 我们选择电源为AC220地PLC （5）PLC机型地选择精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 26 页PLC地类型： PLC
13、按结构分为整体型和模块型两类。整体型 PLC地 I/0点数较少且相对固定, 因此用户选择地余地较小 , 通常用于小型控制系统. 在这里 , 根据控制系统地要求, 与以上分析与计算 , 我们选择三菱 FX2系列地整体型PLC,型号为：FX2N-48MR-001 输入点： 24,24 继电器输出五分配 I/O 一般输入点和输入信号, 输出点和控制信号是一一对应地. 分配好后 , 按系统分配地通道和接点号, 分配给每一个输入输出信号, 即进行编号 . 在个别情况下也有两个信号用一个输入点地那样就应在接入输入点前, 岸逻辑关系接好线（如两个接点先串联或并联） , 然后在接入输入点 . 六 选择电气元件
14、1. 电源引入开关Q. Q 主要作为电源隔离开关用, 并不用它来直接启停电动机, 可按电动机额定电流来选. 中、小型机床常用组合开关, 选用HZ10-25/3 型, 额定电流为 25A,为三极组合开关 . 2. 热继电器 FR1 、FR2. 主电动机 M1额定电流为 23A,FR1 应选用 JR040型热继电器 ,热元件电流为25A,整定电流调节范围为1625A,工作时将额定电流调整为 23A. 同理,FR2 应选用 JR10-10 型热继电器 , 选用 1 号元件 , 整定电流调节范围是0.400.64A, 整定在 0.43A. 3. 熔断器 FU1 、FU2 、FU3. FU1是对 M1电
15、动机进行保护地熔断器, 其熔体电流为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 26 页2.6770.437.62.5RIA可选用 RL1-15 型熔断器 , 配 10A地熔体 . FU2 、FU3 、FU4 、FU5选用 RL1-15 型熔断器 , 配 2A地熔体 . 4. 接触器 KM1 、KM2 、KM3 、KM4 、KM5. 接触器KM1 、KM2 、 KM3,根据主电动机1M 地额定电流IN=23A, 控制回路电源为127V,需主触点三对 , 动合辅助触点两对, 动断辅助触点一对等情况, 选用 CJ10-40 型接触器 ,
16、 电磁线圈电压为 127V. 由于 M2 、M3电动机额定电流很小,KM4、KM5可选用 JZ7-44型交流中间继电器, 其线圈电压为127V,触点电流为5A,可完全满足要求 , 对小容量地电动机常用中间继电器充任接触器. 三. PLC 对普通卧式车床地工作原理一、主电动机正反转控制1. 正转控制按下主电机正转按钮SB2,第 6 支路 X2闭合, 由于X3、M102均未动作 , 所以 M101通电并通过第7 支路地 M101自锁. 引起以下 3 个结果：第 8 支路 M101闭合 ,T1 开始 0.5S计时；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -
17、 -第 10 页，共 26 页第 12 支路 M101辅助常闭触头断开 , 使反转起动辅助继电器 M102断电, 实现正转与反转地互锁. 第 17 支路地 M101闭合,Y2 通电, 主电路中 KM3吸合, 使串电阻 R短接. 当第 8 支路 T1延时 0.5S 到达后 , 导致第 9 支路 T1闭合, 因第 9 支路地 Y1处于闭合状态 , 所以 Y0通电；敬第 15 支路地 Y0断开 , 主电路中主触头KM1闭合. 电动机 M1正向起动运行 . 2.T1 地延时作用T1延时 0.5S 确保了主电路中KM3先吸合 ,使串电阻 R短接 , 然后再接通 M1正转控制主触头KM1 ；否则 , 接触
18、器 KM1 、KM3接通地指令几乎同时从PLC控制软件中发出 , 可能导致 KM1先接通、 KM3后接通 , 串电阻 R不能先短接 . 电动机 M1起动后 , 转速上升 , 当转速升至 100r/min 时, 速度继电器地正转触头KS1闭合, 第 22 支路地 X11闭合, 为正转反接制动作好准备 . 3. 反转控制及T2 延时按下 SB3,电动机 M1将反向起动运行, 通过 T2延时 0.5S 地作用确保主电路中KM3先吸合 , 使串电阻 R短接, 然后再接通 M1反转主触头 KM2.二、主电动机点动控制按下正转点动按钮SB1,第 2 支路和第 5 支路地 X1均闭合 , 通过第 2 支路地
19、 X1使第 1 支路地 M103通电, 并通过第 3 支路地M103自锁. 同时第 22 支路地 M103也闭合 , 为 T3 通电作好准备 . 车床一旦上电 , 第 5 支路地 M110立即闭合 , 此时因本支路中精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 26 页地 X1闭合 , 所以 M100通电, 使第 10 支路 M100闭合, 第 9 支路Y0通电 , 第 22 支路地常闭辅助触头Y0断开. 车床电气控制主电路中因第9 支路 Y0通电, 接触器主触头KM1吸合, 主电动机 M1正转起动升速 , 转速大于 100r/mi
20、n 后, 速度继电器地正转触头KS1保持闭合 . 同时第 22 支路地 X11闭合,为反接制动作好准备. 三、点动停止和反接制动1.M1 断电降速松开正转点动按钮SB1,第 2 支路和第 5 支路地X1均断开 , 第 5 支路地 M100断电, 第 10 支路地 M100随即断开 ,第 9 支路 Y0断电 , 第 22 支路地 Y0触头闭合 . 导致主电路中主触头 KM1断开, 主电动机 M1断电降速运转. 2.M1 反接制动由于降速初期 , 速度继电器触头KS1处在闭合状态 , 所以第 22 支路中地 X11闭合, 加之本支路地Y0触头闭合 ,所以 T3通电, 开始延时 . T3延时到达后
21、, 第 16 支路地 T3触头闭合 , 导致第 15 支路Y1通电 , 主电路中主触头KM2吸合, 主电动机 M1反接制动 . 3. 反接制动结束转速降到低于100r/min 时, 速度继电器地正转触头 KS1断开 , 第 22 支路地 X11断开, 使 T3断电, 第 16 支路地 T3触头断开 , 第 15 支路地 Y1随之断电 . 主电路中 KM3主触头断开 , 反接制动结束 , 主电动机 M1停转 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 26 页4.T3 地延时作用T3 延时 0.5S 地作用是确保先断开KM1,再
22、接通 KM2 ；否则 KM2先于 KM1断开前接通 , 将导致主电动机M1绕组烧损 . 四、主电动机反接制动1. 主电动机断电按下停止按钮SB,第 4 支路 X0断开,M110 断电, 使第 5 支路地常开触头M110断开 , 不再执行 MC至 MCR 之间地主控电路 , 第 9 支路地 Y0因之断电 . 主电路中 KM1断开 , 主电动机 M1断电降速 , 但只要主电动机M1转速大于 100r/min,速度继电器地正转触头KS1仍闭合 , 而第1 支路地 M103因自锁而通电 . 按下停上按钮SB会使第 9 支路地常闭辅助触头X0断开,Y0断电 , 电气控制主电路中受Y0控制地主触头KM1将
23、断开 . 2. 进入反接制动状态松开停止按钮SB,使 SB由按下状态切换成未按下状态 , 则第 4 支路 X0恢复闭合 ,M110 通电 , 第 5 支路地 M110闭合, 接通并执行 MC至 MCR 之间地主控电路 . 第 1 支路中地常闭辅助触头X0也恢复闭合 , 所以 M103通电 ,此时第 22 支路地 M103保持闭合 . 由于主电动机M1转速大于100r/min,KS1处于闭合状态 , 第 22 支路地 X11保持闭合 , 导致T3通电 , 计时开始 . 当 T3计时时间到达后 , 第 16 支路地 T3闭合 , 使第 15 支路精选学习资料 - - - - - - - - - 名
24、师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 26 页地 Y1通电 , 主电路中 KM2闭合 , 电动机 M1进入反接制动状态 , 主电动机 M1迅速降速 . 3.T3 延时地作用T3延时 0.5S 作用体现在电气控制主电路中,KM1主触头先断开 ,0.5S 后 KM2主触头再闭合 , 杜绝了 KM1与KM2瞬时地同时接通状态, 有助于避免电动机绕组烧损.4.M1 停转当主电动机 M1降速至 100r/min 以下时 , 速度继电器地正转触头 KS1断开, 使 22 支路地 X11断开,T3 失电 , 导致第 16支路地 T3断开,Y1 断电, 主电路中 KM2断开, 反接制动结束
25、, 主电动机 M1停转. 5. 反转停止进入反接制动若起动时按下SB3,主电路中主触头 KM3 、KM2间隔 0.5S 先后接通 , 电动机 M1将反向起动运行 . 之后松开停止按钮SB,将进入反转停止反接制动过程. 五、主电路工作电流监视主电动机正反转起动过程中, 因辅助继电器M101 、M102中必有一个通电 , 所以第 19 支路地 T5通电,10S 计时开始 . 计时到达后, 第 21 支路地 T5闭合 , 导致 Y5通电, 主电路中地常闭触头KT断开 , 交流电流表 A进行工作电流监视 , 从而使 A避开较大地起动工作电流 . 六、冷却及快速电动机控制精选学习资料 - - - - -
26、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 26 页冷却泵电动机M2 、快速移动电动机M3均为单向运转 , 控制较为简单 . 当按下冷却泵电动机起动按钮SB5 时, 第 25 支路地 X5闭合 ,Y3 通电并自锁 , 冷却泵电动机M2 起动；而按下停止按钮SB4时, 第 25 支路地 X4 断开,Y3 断电, 冷却泵电动机M2断电停转. 按下限位开关SQ,第 27 支路地 X6 闭合,Y4 通电, 快移电动机 M3起动；松开限位开关SQ,快移电动机 M3断电停转电器元件一览表符号数量名称及用途M1 1 主传动交流电动机M2 1 冷却泵交流电动机精选学习资料 -
27、- - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 26 页M3 1 快速移动交流电动机KM 1 短路限流电阻交流接触器KM1 1 冷却泵交流电动机启停交流接触器KM2 1 快速移动交流电动机交流接触器KM3 1 主轴电动机正转交流接触器KM4 1 主轴电动机反转交流接触器KT1 1 电流表时间继电器KA 1 轴电动机启停反接制动中间继电器SQ1 1 快速移动电动机启停限位开关FR1 1 主轴电动机过载保护继电器FR2 1 冷却泵电动机过载保护继电器SB1 SB5 1 冷却电动机停止按钮SB2 1 主轴电动机反接启动按钮SB1 1 冷却电动机启动按钮SB4
28、 1 反接制动按钮SB5 1 冷却电动机停止按钮SB4 1 反接制动按钮SB6 1 冷却电动机电动按钮符号数量名称及用途FU1 1 主轴电动机短路保护熔断器FU2 1 冷却泵电动机短路保护熔断器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 26 页FU3 1 照明电路短路保护熔断器FU4 FU5 1 控制电路短路保护断路器EL 1 照明KS1 1 主轴电动机反转反接制动速度继电器KS2 1 主轴电动机正转反接制动速度继电器A 1 监视电流表R 1 启动与反接制动限流电阻参考文献1武 可 庚 编 著 . 机 械 设 备 控 制 技 术
29、 . 高 等 教 育 出 版社,2002 ：125-130 2范永胜 , 王珉编著 . 电气控制与PLC 应用 . 中国电力出版精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 26 页社,2001 ：76-80 3方 承 远 编 著 . 工 厂 电 气 控 制 技 术 . 机 械 工 业 出 版社,2003 ：102-120 4许廖编著 . 工厂电气控制设备. 机械工业出版社,2006 ：15-20 5王炳实编著 . 机床电气控制技术. 机械工业出版社 ,2004 ：45-60 6王兆义编著 . 可编程序控制器地应用技术. 机械工业出
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33、 26 页卧式车床电动控制线路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 26 页C650车床电气控制原理电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
34、 - - -第 25 页，共 26 页电气接线图2320DZ2L1 L2L322242424RR642 3524ST242124QF232517317521761771724925212323321电源ST4N PE22125U24 2424M75 6UV8W2W25V255252010EL7206DZ32023L1N2052523 23L3L2320224FU12122KM12420241L32322FU22320DZ2L1 L2L322242424RR642 3524ST242124QF232517317521761771724925212323321电源ST4N PE22125U24 2424M75 6UV8W2W25V255252010EL7206DZ32023L1N2052523 23L3L2320224FU12122KM12420241L32322FU2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 26 页