基于PLC的C650立式機床電氣系統(tǒng)的【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含4張CAD圖紙+帶任務書+開題報告+外文翻譯】

基于PLC的C650立式機床電氣系統(tǒng)的設計

摘    要

車床是廣泛應用的一種技術成熟的切削機床，C650車床是一種中型車床，可用于加工回轉直徑1020mm以內,長度3000mm以內的工件。是車床中極具代表性的一種設備。

此次設計是對C650車床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改進設計和模擬，運用可編譯邏輯控制器實現各種控制、自鎖、聯鎖、報警功能，優(yōu)化控制系統(tǒng)的性能，提高穩(wěn)定性，降低故障率。

主電機的電氣設計是整個機床電氣設計的重點。主電機的主回路要求帶有正反轉、Y-Δ轉換、帶限流電阻電氣反接制動。系統(tǒng)要求設計欠壓飽和和過流保護。在模擬樣機中通過電位器經AD擴展模塊模擬。

本次設計是一個完整的電氣控制系統(tǒng)，涵蓋了電機的計算、元件的選型、控制方案的設計、圖紙的繪制、電氣主回路的設計，配電系統(tǒng)接線、調試，是專業(yè)知識的一次總結和實踐。

關鍵詞：機床；配電；PLC；Y-Δ轉換

Abstract

The lathe is one of the most widely used metal cutting lathe, C650 lathe is a medium-sized lathe, the diameter of workpiece up to 1020mm, length up to 3000mm. It is a kind of equipment which is widely used. 

Lathe work when the most basic of two kinds of sports: Chuck axle drives the workpiece rotation, called main movement (cutting movement), second is slide carriage thimble drives the cutter to the linear motion, known as a feed movement. The two movements are carried out at the same time. In order to ensure the synchronization between the two, the two movements are driven by the same motor (the main motor), but have their own transmission. Through the respective transmission adjustment to adjust the different spindle speed and feed speed, you can process a variety of different needs of the workpiece.

Cooling pump is also an indispensable equipment of the machine tool. After starting the machine, cooling pump started running, the cooling liquid spray to work cutting noodles, to play to the role of cooling the workpiece, the cutter protection.

The design of the traditional C650 lathe electrical control system to improve the design and simulation, using compiled logic controller to achieve a variety of control, self-locking, interlocking, alarm function, the optimization of the performance of the control system, improve the stability, reduce the failure rate.

The electrical design of the main motor is the key point of the whole machine tool electrical design. The main circuit of the main motor is a kind of positive inversion and Y- delta conversion, with current limiting resistance of electric braking of complex loop.

 This design is a complete electrical control system, covering motor calculation, component selection, control scheme design and drawings of the drawing, the main electrical circuit design, distribution system wiring and debugging, which is extensively involved in knowledge is a summary and practice of professional knowledge.

Key words: lathe; power distribution; Programmable Logic Controller;ladder diagram

目    錄

摘要 …………………………………………………………………………1

引言 …………………………………………………………………………4

1  緒論  …………………………………………………………………………5

1.1 車床的歷史及發(fā)展……………………………………………………………4

1.2 車床結構  ……………………………………………………………………5

1.3 設計要求………………………………………………………………………5

2  車床主回路設計……………………………………………………………7

2.1 主電機功率  …………………………………………………………………8

2.2 主電機主回路的設計…………………………………………………………9

2.3 主要材料的選擇、配置………………………………………………………9

2.4 冷卻泵電機的設計…………………………………………………………10

2.5 機床主回路圖………………………………………………………………11

3  車床電氣控制設計………………………………………………………12

3.1 控制要求……………………………………………………………………13

3.2 控制方案選擇………………………………………………………………13

3.3 PLCI/O測點清單及硬件選…………………………………………………16

3.5 控制回路原理………………………………………………………………17

3.6 梯形圖程序………………………………………………………………18

4  模擬樣機 …………………………………………………………………23

4.1儀器及設備 ………………………………………………………………23

4.2電動機的選擇 ……………………………………………………………24

4.3模擬樣機運行 ……………………………………………………………25

4.4試機中遇到的問題 ………………………………………………………26

結論……………………………………………………………………………27

謝辭……………………………………………………………………………28

參考文獻 …………………………………………………………………29

附件……………………………………………………………………………30

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C650立式機床電氣系統(tǒng)的設計開題報告.doc

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- 1 - 1．畢業(yè)設計的主要內容、重點和難點等 主要內容：設計 式車床電氣控制系 統(tǒng)，包括電氣回路系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng) ，編制 式車床電氣控制系統(tǒng) 序清單 ；依據設計內容設計制作 設計重點：計算、分析并 選擇電動機、 斷路器、交流 接觸器、繼電器、 互感器、電纜線等主要 電器 的 電流。 功率、型號 、等級 等 具體數據；設計過流保護： 運行中當電機電流大于額 定 電流的 且持續(xù)時間達 1 分鐘則 產生過流跳閘 ,同時產生聲光報警信號；設計主電機 短路保護 ；設計電源電壓欠壓保護：當電源電壓小 于額定電壓的 時，電氣控制系統(tǒng)產生欠壓保護，同時發(fā)出相應的聲光報警信號； 設計難點： （ 1）電機起?？刂疲? ①如何來實現主軸電機的啟動，停止 ; ②冷卻泵電機的 啟動于停止的控制 ; ③刀架電機的啟動于停止的控制 ; 以上這些都將給我們的設計 帶來難度。 （ 2） 步進指令編程方面： ①首先要把整個控制過程按任務要求分解，如 何畫出車床電氣系統(tǒng)控制過程的流程圖 ②分配，確定狀態(tài)器元件，弄清每個被分配狀態(tài)器的功能 - 2 - 2．準備情況（查閱過的文獻資料及調研情況、現有設備、 實驗條件等） 調研情況： 采用傳統(tǒng)的繼電器控制的普通車床在中小型企業(yè)仍大量使用，因為傳統(tǒng)的繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)其結構簡單、容易掌握、價格便宜，在一定的范圍內能滿足控制要求，對于控制過程不太復雜的系統(tǒng)還是適合的。 業(yè)自動化水平的不斷提升，傳統(tǒng)的繼電器 設備體積大、壽命短、可靠性差、動作速度慢、功能少、程序不可變的缺點尤為突出；由于它是靠硬連線邏輯構成的系統(tǒng)，接線復雜，所以當生產工藝或對象改變時，原有的接線和控制柜就要改接或更改，通用性 和靈活性很差。同時存在：①觸點易被電弧燒壞而導致接觸不良，②機械方式實現的觸點控制反映速度慢，③繼電器的控制功能被固定在線路中，功能單一、靈活性差等缺點。因而造成了這些企業(yè)的生產率低下，效益差，反過來這些企業(yè)又沒有足夠的資金購買新的數控車床。由于可編程控制器（ 有：①通用性、適應性強，②完善的故障自診斷能力且維修方便，③可靠性高及柔性強等優(yōu)點，且小型 價格目前亦很便宜，因此在車床的控制電路改造中可以發(fā)揮極其重要的作用。故從實際出發(fā)，以 式車床電氣控制系統(tǒng)為畢業(yè)設計的選題，設計并制作基于 控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，可以把所學知識整并運用于解決實際問題，做到學以致用。 參考文獻： [1]楊林建 M]京理工大學出版社 ,2008 [2]盛炳乾 ,李軍 M]國輕工業(yè)出版社， 1996 [3]楊興瑤 M]學工業(yè)出版社， 1994. [4]顧繩谷 ） [M]肥工業(yè)大學， 2000. [5]陳隆昌 ,閻治安 ,劉新正 M]安電子科技大學出版社， 2000 [6]齊從謙，王士蘭 . 術及應用 [M]械工業(yè)出版社， 7]程周，毛臣健，章小印 . 電氣控制與 理及應用 [M]子工業(yè)出版社，2003 [8]李乃夫 用、實驗 [M]國輕工業(yè)出版社 ,9]鄒金慧 ,黃宋魏 ,楊曉洪 理及應用 [M]械工業(yè)出版社 ,2001 [10] A J]1995,35(4):1— 10 現有設備： 流接觸器、熱繼電器、互感器、按鈕等 模塊、 D/A 模塊 烙鐵等常用工具 - 3 - 3、實施方案、進度實施計劃及預期提交的畢業(yè)設計資料 進度實施計劃： 第一階段：（ 3 月 1 日至 3 月 16 日）查找相關資料文獻，熟悉理解有關內容，完成 四萬字英文資料翻譯。 第二階段：（ 3 月 17 日至 3 月 31 日）制定設計方案并論證。 第三階段：（ 4 月 01 日至 4 月 16 日）設計 式車床 電氣回路系統(tǒng)以及電氣控制 系統(tǒng) ，編制 式車床電氣控制系統(tǒng) 序清單 。用計算機繪制相應圖紙。 第四階段：（ 4 月 17 日至 5 月 30 日）設計內容設計制作 式車床電氣控制系統(tǒng) 模擬樣機，修改、調試控制程序。完成設機論文 預期提交資料： 式 車床 電氣系統(tǒng) 的設計說明書 式車床 電氣主回路圖紙 式車床 電氣控制系統(tǒng)圖紙 式車床電氣控制系統(tǒng) 序清單 式車床電氣控制系統(tǒng)模擬樣機 - 4 - 指導教師意見 指導教師（簽字）： 2016 年 03 月 01 日 開題小組意見 開題小組組長（簽字）： 2016 年 03 月 01 日 院（系、部）意見 主管院長（系、部主任）簽字： 2016 年 03 月 01 日 第 1 頁 共 33 頁 摘 要 車床是廣泛應用的一種技術成熟的切削機床， 用于加工回轉直徑 1020內 ,長度 3000內的工件。是車床中極具代表性的一種設備。 此次設計是對 床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改進設計和模擬，運用可編譯邏輯控制器實現各種控制、自鎖、聯鎖、報警功能，優(yōu)化控制系統(tǒng)的性能，提高穩(wěn)定性，降低故障率。 主電機的電氣設計是整個機床電氣設計的重點。主電機的主回路要求帶有正反轉、 限流電阻電氣反接制動。系統(tǒng)要求設計欠壓飽和和過流保護。在模擬樣機中通過電位器經 模擬。 本次設計是一個完整的電氣控制系統(tǒng)，涵蓋了電機的計算、元件的選型、控制方案的設計、圖紙的繪制、電氣主回路的設計，配電系統(tǒng)接線、調試，是專業(yè)知識的一次總結和實踐。 關鍵詞：機床；配電； 第 2 頁 共 33 頁 he is of is a of up 020up 000It is a of is of of is to as a at In to by to a of of is an of to to to of of 650 to to a of of of of is of of is a of - of of is a of is in is a of 第 3 頁 共 33 頁 目 錄 摘要 ………………………………………………………………………… 1 引言 ………………………………………………………………………… 4 1 緒論 ……………………………………… ………………………………… 5 床的歷史及發(fā)展 …………………………………………………………… 4 床結構 …………………………………………………………………… 5 計要求 ……………………………………………………………………… 5 2 車床主回路設計 …………………………………………………………… 7 電機功率 ………………………………………………………………… 8 電機主回路的設計 ………………………………………………………… 9 要材料的選擇、配置 …………… ………………………………………… 9 卻泵電機的設計 ………………………………………………………… 10 床主回路圖 ……………………………………………………………… 11 3 車床電氣控制設計 ……………………………………………………… 12 制要求 …………………………………………………………………… 13 制方案選擇 ……………………………………………………………… 13 測點清單及硬件選 ………………………………………………… 16 制回路原理 …………… ………………………………………………… 17 形圖程序 ……………………………………………………………… 18 4 模擬樣機 ………………………………………………………………… 23 器及設備 ……………………………………………………………… 23 動機的選擇 …………………………………………………………… 24 擬樣機運行 …………………………………………………………… 25 機中遇到的問題 ……………………………………………………… 26 結論 ………………………………………… ………………………………… 27 謝辭 …………………………………………………………………………… 28 參考文獻 ………………………………………………………………… 29 附件 …………………………………………………………………………… 30 第 4 頁 共 33 頁 引 言 在機床工業(yè)不斷發(fā)展的今天，如何提高機床的精度和加工速度，仍然是人們致力于解決和不斷完善的課題，它不僅是機床技術發(fā)展的動力來源，還是使得機床電氣控制系統(tǒng)不斷改進的動力。計算機和控制理論的發(fā)展和完善，電力拖動、電力電子技術的日益發(fā)展，都為機床電氣控 制系統(tǒng)的改進奠定了理論和實踐基礎。上世紀四十年代之前，機床的控制主要是以繼電器 且由于技術限制，那時的交流電機無法實現調速功能，只能通過機械手段，通過齒輪、皮帶來實現有級變速，這樣一來，機床系統(tǒng)龐大而復雜，加工精度也局限在一定的范圍以內。繼電器 本低廉，可以實現機床的各種運動控制（如啟動、制動、反轉、變速等），并可實現邏輯控制、聯鎖控制、異地控制等，在很長一段時間里是車床電氣控制系統(tǒng)的不二選擇，但隨著可編譯邏輯控制器的出現和技術成熟，繼電器 露無疑，如結構復雜、接線龐大、故障率高、檢修不便，另外，根據加工工藝的要求，需要改變控制邏輯關系時，必須修改線路，重新安裝配線，這對現代機床的控制要求是很不適應的。而通過 些問題迎刃而解，同時還提高了車床的加工精度?；?電氣控制系統(tǒng)，通過運行事先編譯好的邏輯控制程序能很好的實現車床電氣控制要求的各種功能，而且可以隨便編程，自動診斷，系統(tǒng)體積縮小，可靠性也隨之提高，在安裝使用系統(tǒng)以后如果要改進系統(tǒng)功能只需要重新對程序進行編譯，而不需要改變接線的邏輯控制，據此，可編譯邏輯控制器正在不斷取代傳統(tǒng)的繼電器 設計就是以行基于 一章為緒論，第二章討論了主回路的設計，第四章闡述了電氣系統(tǒng)控制部分，最后對模擬樣機的設計、安裝和調試運行進行了說明。 第 5 頁 共 33 頁 1 緒論 床的歷史及發(fā)展 重要的用途，是現代工業(yè)生產中必不可少的一種加工設備。它的由來是一個漫長的演變過程，是人們從漫長的歷史中積累的生產經驗中慢慢總結，改進而來的。早在公元前兩千多年就能 找到它的原形。公元兩千多年前出現的樹木機床，在使用時，用腳踩踏作為動力，利用樹枝的彈性帶動工件旋轉，將貝殼石片等加工成刀具。近代以來，隨著工業(yè)革命的興起，各種金屬制品大量被使用于生活和生產中，對于金屬零件的加工，車床是十分關鍵的設備，但尤為科技發(fā)展的限制，直到十九世紀完全由金屬組成的車床出現，隨著如絲桿等傳動零件的不斷出現，車床才算初具生產能力。到二十世紀中葉，睡著計算機的誕生與完善，世界工業(yè)逐步開啟現代化進程，車床也隨之被不斷完善和改進。 本次設計，主要是以 行一次內容豐富，涉及知識面廣泛的電氣控制系統(tǒng)設計。車床工作時需要電動機帶動卡盤上的工件做回轉運動，這就設計到電機正轉、反轉、停車以及一系列的保護問題。所以，本次設計涉及電機主回路的設計、電氣控制系統(tǒng)的設計、 運用以及配電的安裝于調試，知識涵蓋面廣泛、工作量飽滿。 床結構 床由床身、進給箱、變速箱、溜板箱、刀架配以絲桿、光桿、尾架等輔助設備組成。 第 6 頁 共 33 頁 主軸箱又稱床頭箱，它的主要功能是通過一系列的變速機將主電機的轉動傳遞到主軸從而得到所需的不同的轉速，于此同時主軸箱的部分動力傳遞給進給箱。主軸箱中的主軸是車床的 最重要的組成部分。一旦主軸的回轉精度降低，則機床的實用價值將會大打折扣。 刀架用于裝夾刀具，實現縱向、橫向和斜向移動的部件 光桿和絲桿用來連接進給箱與溜板箱，溜板箱的動力就來自進給箱，由絲桿和光桿傳遞，使溜板箱得以縱向直線運動。當需要車削各種螺紋時才用到絲桿在進行工件的其他表面車削時，只用光桿，不需要絲桿。 冷卻泵機床重要的組成部分，在工件切削時會產生十分巨大的熱量。所以要輔以冷卻液降溫，否則不僅會損壞工件還會大大減小刀具的使用壽命，使得車床失去其使用性，故此冷卻泵是機床必不可少的輔助設 備。 床的電機拖動 （ 1）主運動：工件的回轉運動就是車床的主運動，運動的方式是由主軸帶動卡盤或頂尖從而帶動工件旋轉。電動機的動力需要通過通過主軸箱傳遞到主軸，一般加工要求下，主軸只需要單方向的旋轉運動，但在車螺紋時則需要用反轉來退刀。 （ 2）進給運動：車床的進給運動是溜板帶縱向或橫向的直線移動來帶動刀具運動，是使得切削能連續(xù)進行下去的運動。所謂縱向運動是指相對于操作者的左右運動即車床的 Z 軸運動，橫向運動是指相對于操作者的前后運動即車床的 X 軸運動。車螺紋時要求主軸的旋轉速度和進給的移動距 離之間保持一定的比例，所以主運動和進給運動要由同一臺電動機拖動，主軸箱和車床的溜板箱之間通過齒輪傳動來聯接，刀架再由溜板箱帶動，沿著床身導軌作直線走刀運動。 （ 3）輔助運動：車床的輔助運動包括刀架的快進與快退，尾架的移動與工件的夾緊與松開等。 計要求 車床不僅有主電動機和冷卻泵電動機，還有許多輔助電動機，比如刀架快速移動電機。由于本次設計材料等方面原因的限制，本次設計中不考慮這些設備。只是針對機床電氣控制系統(tǒng)進行設計，相比傳統(tǒng)的接觸器 /繼電器控制系統(tǒng)，以可編譯邏輯控制器取而代之，改良與優(yōu)化機 床電氣控制系統(tǒng)。 文全稱 定義為一種通過數字預算的電子系統(tǒng)，為現代化、自動化工業(yè)環(huán)境而設計的。它采用可編程的存儲器，將程序儲存于內部，通過 順序控制、定時、計數與算術操作等，并通過數字或模擬式 I/O 控制各種機械或生產過程。隨著工業(yè)現代化的近程，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)可靠性差、壽命短、故障率高的缺點日益凸顯，所以基 第 7 頁 共 33 頁 于 控制系統(tǒng)是大勢所驅動。故本次設計采用基于 控制回路來設計機床的控制系統(tǒng)。 所以本次設計要求設計完整的車床電 氣控制系統(tǒng)，首先要完成電機主回路的設計，保證電動機的基本電氣性能，然后對控制回路進行設計，實現對求能夠在 現冷卻泵電機的啟停功能并能啟動電機使其正轉和反轉，停車等基本功能，于此同時要設計欠壓保護和過流保護，當在電網電壓過低，低于電機額定電壓的的 75%時，電氣控制系統(tǒng)產生欠壓保護，同時發(fā)出聲光報警信號并跳閘。而當工作電流大于電機額定電流的 時電氣控制系統(tǒng)產生過流保護，發(fā)出警示燈信號，如果過流的情況持續(xù)一分鐘仍然沒有排除則跳閘并發(fā)出聲光報警信號。當電流過大時，系統(tǒng) 要有及時響應的短路保護。 2 床主回路設計 回路電機 經查閱 床資料，其最大加工工件的尺寸為直徑 1020度為3000回轉工件，帶動如此大轉動慣量的工件需要配備一臺 30電動機，故此車床采用一臺鼠籠型三相異步電動機： 0 系列電動機是一種鼠籠型三相異步電動機。 符合 準，可以用于驅動各種機械設備，如機床、水泵、壓縮機、鼓風機、運輸機械、農機、包裝機等。 Y 系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉轉矩高、噪音和振動比較小，運行安全可靠。符合三相 異步電動機技術條件 15 電動機采用 動機采用 F 級絕緣。額定電壓為 380V，額定頻率為 50率 3以下為 Y 接法；其它功率均為△接法。電動機運行地點的海拔不超過 1000m；環(huán)境空氣溫度隨季節(jié)變化，但不超過 40℃；最低環(huán)境空氣溫度為 最濕月月平均最高相對濕度為 90%；同時該月月平均最低溫度不高于 25℃。 電動機有一個軸伸，按用戶需要，可制成雙軸伸，第二軸伸亦能傳遞額定功率，但只能用聯軸器傳動。 第 8 頁 共 33 頁 0 ①海拔：不超過 1000米； ②環(huán)境空氣溫度隨季節(jié)而變化，但不超過＋ 40℃。 ③頻率： 50赫茲， 60赫茲 ④電壓： 380V/220， 380/440， 380/660V （變電壓要訂做） ⑤接法：功率在 3千瓦及以下為 4千瓦及以上為△接法 ⑥工作方式： 絕緣等級： B 級、 F 級 ⑧防護等級： 卻泵由電動機 動，車床工作時只需要 削加工時，由于刀具及弓工件的溫度過高，需要冷卻，否則對工件和車床都會造成損壞，因而必須配有冷卻泵電動機，冷卻泵電動機 與主軸電動機有連鎖關系，即冷卻泵電動機應在主軸電動機之前啟動，并在冷卻泵電動機停車時，主軸電動機也應立即停車。 電機主回路的設計： 在實際生產中，工件的旋轉需要正向、反向不斷變換方向，即車床的主運動是正反轉的過程，電氣回路必須設計成正反轉控制回路。另外，主電機功率很大，額定電流達到 60A，若直接啟動電機，將產生 6~7 倍的瞬時電流即高達 300A 的電流，對電網的沖擊十分嚴重，不僅如此，還會影響周圍設備的正常運轉，使起工作電壓降低，電機產生的力矩成平方倍降低，甚至給工程現場帶來安全隱患。故此，必須采 用降壓啟動。電機降壓啟動的方式有很多種，比如自偶降壓、星形轉三角形降壓啟動、軟啟動器啟動、變頻器啟動等方式。各種降壓啟動方式各有優(yōu)缺點，其中星形轉三角形降壓啟動方式的方案，用于電機相對較小的場合，成本低，實現簡單又能滿足 床的實際啟動要求。在本方案中采用星形轉三角形換降壓啟動方式。最后，當電 第 9 頁 共 33 頁 機斷開電源后，要求盡快停止，但是 由于加工工件轉動慣性大，自由停車的時間會很長，因此必須帶有電氣制動。本方案中采用電氣反接制動。 綜上所述，主電機主回路如圖 示 圖 電機主回路圖 如主回路圖所示， 空氣開關，接入動力電并提供短路保護。電機的運行通過兩組接觸器來控制。接觸器 主回路正轉接觸器、 主回路反轉接觸器， 星形接法接觸器。 限流電阻旁路接觸器， R 是限流電阻， 在按下電動機正向啟動按鈕后，接觸器 觸器 點吸合，接觸器 圈失電觸點斷開。電機星形啟動。當接觸器合并延時五秒后，斷開接觸器 合接觸器 電機轉成三角形接法正常運行。這就是星形轉 三角形轉換啟動過程。 在按下主電動機停止按鈕是，接觸器 觸器 源通過限流電阻反向接入電機反接制動，當轉速傳感器所檢測速度降到低速后，斷開接觸器 機停車。這就是反接制動停車過程。 當加工螺紋時，我們需要工件反轉。按下反轉按鈕，接觸器 正轉啟動同理，接觸器 合，延時五秒后，斷開接觸器 合 現星形轉三角形反向啟動，電機正常運行。按下停車按鈕，接觸器 接制動停車。 要材料的選擇 、配置： 流的計算 星形接法： 線電流 I（線）’ =相電流 I（相）’ = U（ N） /√ 3/Z ； 第 10 頁 共 33 頁 三角形接法： 相電流 I(相 )=U(N)/Z 線電流 I(線 )=I(相 )*√ 3 ，即 I(線 )＝ U(N)/Z*√ 3。 經過比較，星形接法線電流 I（線）’ 是三角形接法線電流 I(線 )的三分之一 I（線）’ / I（線） =U（ N） /√ 3/Z / U(N)/Z*√ 3 =1/3 計算電機額定線電流：三相電機功率的計算公式是： p=線電流公式可由三相電機功率公式推導而來 ： I=P/式中： P 為電機功率 30 U 為線電壓，取 380v ； 般取 經過計算得知： I=0A 即三角形接法狀態(tài)下，額定線電流是 60A，三角形接法下的 相電流 I（相）’＝線電流 I(線 )/√ 3＝ 35A,，星形接法下的 線電流 I（線）’ =相電流 I（相）’=20A； 觸器的計算及選型 在本電路中，接觸器 于主回路中，星形接法時通過的電流是相電流為 20A， 當三角形接法時經過的電流是相電流為 60A。因此 這 三個接觸器最少應該采用 63A 接觸器。 于三角形回路中，經過的電流是線電流 35A，因此最少應該采用 40A 接觸器。 于星形回路中，經過的電流是線電流 20A，因此最少應該采用 25A 接觸器。 氣斷路器與熱繼電器的計算及選型 空氣斷路器 繼電器都位于主回路中，額定狀態(tài)下流過的電流是60A，最少應該采用 63A 斷路器。熱元件的額定電流應略大于電動機額定電流，當電動機的啟動時間較長或拖動沖擊性負載時，熱元件整定電流必須設定在額定電流的 。即本方案中熱繼電器的整定值應該是60*9A，可以選擇 列的 53~85A 熱繼電器。 流互感器和電流表的計算 經上述計算得出，主電機額定線電為 60A，應該選擇 60A 以上的電流互感器和電流表。經查， 60A 以上的量程是 100A 的，其二次電流是 5A。所以電流互感器選用 100/5 的 3 個；電流表選用信號 0程 0 3 個。 線的計算 第 11 頁 共 33 頁 導線截面積 S=ρ (L/R) 電阻 R=U/I 導線電阻率：ρ為導線的電阻率，L 為導線的長度， R 為電阻， U 為允許電壓降， I 為電流。本方案中采用銅質導線（ 經查導線電阻率 當溫度為 20 攝氏度時，銅導線的電阻率ρ =m）、導線長度按 10 米計算，允許電壓降為 1V，經過計算得線電流為 60A 時 S=0 電流為 35A 時 S=60A 時 S=4以主回路的線（即配電柜內 間的線，以及 電機的線）應選 10 角形接線回路的線（即 后的線，以及 電機的線）應選 6 形接線回路的線（即 的短接線）應選 4 卻泵電機的設計 在車床運行時，刀具和工件的接觸位置溫度往往很高。為了及時降低溫度，車床上都帶有冷卻泵，當車床啟動后，冷卻泵就一直連續(xù)運行。 卻電機的計算 機床冷卻泵是機床上獨立的輔助設備，經查資料，口徑 量22L/機床冷卻泵可以滿足需求。其具體資料如圖 號 口徑( 流量(L/M) 揚程(M) 電壓(V) 功率(W) 5 22 80 125 5 45 150 5 90 5 500 5 25 8 180 0 50 12 370 圖 卻泵型號 選 22冷卻泵，其對應電機功率 125W、電壓 380V。這樣 的小電機一般都采用星形接法。 計算電機額定線電流：三相電機功率的計算公式是： P=據三相電機功率公式可知線電流公式為： I=P/ 式中 : P 為電機功率 U 為 380v ； 般取 經過計算得知： I= 卻電機 主回路的設計及材料選型 冷卻電機作為一種單獨、連續(xù)、小型的設備，采用一般的電機主回路即可，配置空氣斷路器、交流接觸器、熱繼電器。根據上面的電流計算結果，選擇這幾種元件參數如下：空氣斷路器：額定電流 流接觸器：額定 第 12 頁 共 33 頁 電流 繼電器：設定電流范圍 線規(guī)格： 650 機床主回路圖如圖所示： 圖 床主回路圖 3. 床電氣控制設計 車床這種加工設備對加工精度有著很高的要求。傳統(tǒng)的車床采用繼電器控制。繼電器控制具有很多的缺點：安裝好后，功 能單一、產量和質量嚴重依賴于工人的操作水平、故障率高，嚴重制約了工業(yè)水平的發(fā)展。基于可編譯邏輯器件的電氣控制系統(tǒng)的出現，大大地完善了傳統(tǒng)車床?；诳删幾g邏輯器件的電氣控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比，有許多優(yōu)勢： （ 1）可靠性及抗干擾能力強 隨著可編譯可編程邏輯控制器 生產廠家在硬件和軟件上采取了一系列的優(yōu)化措施，抗干擾能力十分強，其勝任各種現代工業(yè)現場并穩(wěn)定的運行。 （ 2）通用性強 易改變控制方案，功能豐富。傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)利用繼電器輔助觸點的串、并聯實現邏輯控 制，控制方法為硬件接線。接線復雜而龐大，功耗也十分巨大，系統(tǒng)一旦構成，日后的檢修、維護、改進都非常困難，不夠靈活。與之相比 用計算機技術，其控制邏輯存放咋儲存器總，要改變控制邏 第 13 頁 共 33 頁 輯只需修改程序，可以輕而易舉的修改和新增功能，在設計階段也可以更輕易的通過測試來實現新的功能。 統(tǒng)的接線少而簡單、體積小并且功耗也小等特點是傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)所無法比擬的。 （ 3）故障率小 采用硬件接線的 傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)利用繼電器輔助觸點的串、并聯實現邏輯控制，連線龐大而復雜 很容易因為接線松動等原因出現故障，而 且出現故障后排查問題也需要較長時間。而采用 話，大部分的控制邏輯都是由 部僅有少量的接觸器等元件，大大降低了故障率，并且出現故障后可以在電腦上查看梯形圖在線狀態(tài)，故障點一目了然。 (4)工作效率高 繼電器控制系統(tǒng)的原理是基于機械觸電的動作，工作效率并不高，系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至會出現很嚴重的抖動問題，而 統(tǒng)則不同，它通過 行邏輯看運算，指令控制的執(zhí)行時間大大降低，達到微秒級，也自然不會出現觸點抖動等隱患。 鑒于以上原因，本次設計采用 制系統(tǒng)的設計基本內容 選擇 綜合設計要求，需要使用一臺高性能的小型化高速程序裝置。而三菱輸入輸出 16可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的 在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進行 16選用 16/32/48/64/80/128 點的主機，可以采用最小 8點的擴展模塊進行擴展。可根據電源及輸出形式，自由選擇。 程序容量：內置 800 步儲存器（可輸入注釋），還可外接存儲盒，擴充至 16K 步。豐富的軟元件應用指令中有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數可變，中斷輸入處理，直接輸出等。還可運用于脈沖輸出（ 20脈寬調制， 制指令等。另可掛接 A/現電流、電壓信號的采集處理，實現欠壓保護和過流保護。 制設計的流程 制系統(tǒng)由輸入設備、輸出設備連接，通過 預先編譯的邏輯進行運算、分析和輸出，達到控制目的，故此 制系統(tǒng)的基本步驟包括以下內 容： （ 1）明確設備工作原理，對控制要求進行分析，充分考慮設備主要動作的同時還要考慮必要的自鎖、互鎖等保護措施。據此明確控制方案的脈絡， 第 14 頁 共 33 頁 在進行逐步分析，設計，最后得到一個完整可行的 （ 2）基于 要以設備的正常、高效運行為指導標準，當明確了設備的工作流程以相關保護，在通過 I/O 點進行連接，使用 可達到設計要求。 （ 3）選擇用戶輸入設備，比如按鈕、限位器、行程開關等。而輸出設備則要考慮相應的中間繼電器、交流接觸器、 號燈、蜂鳴器等執(zhí)行元 件，與此同時還要考慮到諸如繼電器、接觸器等電氣元件需要驅動的對象，諸如電動機、電磁閥等 （ 4）根據控制要求基本確定 I/行 I/制 I/ （ 5）控制程序是控制整個系統(tǒng)工作的核心條件，軟元件的分配、繪制控制系統(tǒng)流程圖以及設計梯形圖是整個控制系統(tǒng)設計的關鍵。只有控制程序設計完整、邏輯正確才能保證整個控制系統(tǒng)運行良好。 （ 6）最后一步是調試。將編寫好的控制程序下載至 接各種電氣設備，開機進行調試，如果不滿足控制要求且接線正確，那么就要修改程序，反復測試、 修改，最終得到一個滿足控制系統(tǒng)的方案。 制要求 主電動機 功率為 30它完成主運動的驅動。要求：星形轉三角形起動方式、連續(xù)運行、并有點動功能以便調整；能正反轉以滿足螺紋加工需要；由于加工工件轉動慣性大，停車時帶有制動，此外，還要顯示電動機的工作電流以監(jiān)視切削狀況。所以要滿足車床的車削工藝，就要求各電氣控制系統(tǒng)滿足以下要求： 冷卻電動機 在加工大型工件是提供冷卻液，由于電機容量較小，可以采用直接起動、單向運行、連續(xù)工作的方式。 要求有必要的電氣保護與聯鎖： （ 1） 過載 保護：運行中若電機電流達到額定電流的 卻又沒有達到短路的電流水平，視為過流，若 持續(xù)時間達 1 分鐘尚未解除就有可能對電機造成傷害甚至燒毀，此時 過流 保護必須動作 ,斷開主回路所以接觸器， 同時產生聲光報警信號； （ 2）設計主電機短路保護； （ 3）設計電源電壓欠壓保護：在電機工作是，由于電網的供電不穩(wěn)定或者沖擊等原因，可能出現電源電壓降低的情況，當電源電壓降低到額定電壓的 75%時，視作欠壓狀態(tài)，在欠壓狀態(tài)下持續(xù)運行電動機亦會對電動機造成傷害，此時欠壓保護必須即使動作 同時發(fā)出相應的聲光報警信號 。 制方案選 擇： 第 15 頁 共 33 頁 （ 1）在電源進線母線上并接電壓變送器，把 0壓變換成 4~20入 擬量輸入模塊。 （ 2）在主電機回路上加電流互感器，主回路計算中得出主電機線電流額定值是 60A，所以互感器選擇規(guī)格為 100/5，把 0成 0－ 5A 電流?；ジ衅鞫蝹入娐分袘摻尤腚娏髯兯推?，并配備電流表顯示數據，通過電流變送器把 0－ 5A 電流變換成 4準電流信號，接入 擬量輸入模塊。 （ 3）主電機采用星 —— 三角轉換啟動，轉換時間由 部不另配時間繼電器。 （ 4）主 電機的啟動、聯鎖條件：母線電壓正常，允許啟動冷卻泵；母線電壓正常、冷卻泵處于運行狀態(tài)時，允許啟動主電機。母線欠電壓、主電機電流極大（主電機短路保護）、冷卻泵停止時主電機立即停止并聲光報警；主電機過流過大（過載保護）持續(xù) 1分鐘，主電機停止并聲光報警。 （ 5）主電機的制動采用電氣反接制動。采用一臺速度傳感器，當要求主電機停止時，正轉接觸器斷開、反轉接觸器接通，同時限流電阻接通。當轉速低于設定值時，反轉接觸器斷開。 (個) 軟元件名稱 電 機停止按鈕 1 電機點動按鈕 1 電機正轉按鈕 1 電機反轉按鈕 1 卻泵停止按鈕 1 卻泵啟動按鈕 1 電機轉)閉合信號 1 電機轉)閉合信號 1 電機角形)閉合信號 1 電機形)閉合信號 電機過載故障信號 1 卻泵運行信號 1 卻泵過載故障信號 1 速傳感器 低信號 1 O 主電機轉) 1 第 16 頁 共 33 頁 主電機轉) 1 電機角形) 1 電機形) 1 電機動電阻旁路) 1 卻泵接觸器 1 電機正轉信號燈 1 電機反轉信號燈 1 電機停機信號燈 1 泵電機運行信號燈 1 泵電機停機信號燈 1 壓報警型號燈 1 流報警信號燈 1 警蜂鳴器 1 I 母線電壓信號 1 電機電流信號 1 計： 4點， 4點， 點。 根據以上測點統(tǒng)計，本設計采用三菱 展一塊 有 6點、 6點、 點，滿足要求。 ： 第 17 頁 共 33 頁 圖 塊接線圖 圖 I 擴展模塊接線圖 第 18 頁 共 33 頁 序動作過程詳解 （ 1）由于設置程序互 鎖，母線電壓正常的情況下，允許啟動冷卻泵。按下冷卻泵啟動按鈕，冷卻泵啟動。按下冷卻泵停止按鈕，冷卻泵停止運行。 （ 2）母線電壓正常、冷卻泵運行信號正常，允許啟動主電機。按住主電機點動按鈕， 合，主電機星形接法慢速運行；松手點動按鈕，這三個接觸器斷開，主電機停止。按下主電機正向啟動按鈕， 合，主電機星形啟動。 觸器吸合后，延時一段時間（ 5S）后，斷開 合 電機轉成三角形接法正常運行。按下主電機停止按鈕， 開， 通，反 向電源通過限流電阻接入電機實現反接制動；延時一段時間（ 2S）或者轉速傳感器低速信號回來后，斷開 機停車。如果要反向運轉，按下反向按鈕， 合，之后轉和正轉啟動順序一樣延時轉成三角形接法，電機正常運行。按下停車按鈕， 接制動、停車。 （ 3）母線電壓、主電機電流接入 先進行一系列數據類型、量程轉換，把采集回來的 00流數據。再經過比較，產生出電流上限（ 電流上上限（ 電壓下限（ 個變量。 （ 4）當主電機電流達到上限（ ，程序判斷主電機過流，延時 1分鐘，如果仍然過流，則強行進入停車流程，反接制動后停車。當電流達到上上限（ ，程序判斷主電機短路，立即斷開 有接觸器，電機自由停車。如果冷卻泵意外停止，程序判斷冷卻泵故障，立即斷開 機自由停車。如果母線電壓小于下限（ ，程序判斷母線欠電壓，主電機、冷卻泵全部聯鎖停車，主電機回路立即斷開 機自由停車。冷卻泵 止運行。 制回路外圍設計 為了降低設備的故障率、減小電氣柜占地面積，外圍電氣元件及接線做到最簡化，只留了必須的外圍元件。邏輯控制功能只有正反轉互鎖、星 ——三角互鎖，以及熱繼電器過載保護功能，其他的包括星 —— 三角轉換、反接制動停車、主電機和冷卻泵的聯鎖等都在 序內部完成。外圍原理圖如 第 19 頁 共 33 頁 下： 形圖程序組態(tài)： （ 1）母線電壓、主電機電流的轉換及相關上下限聯鎖的生成 采集 0 號模塊 1 通道實際值到 儲器。因為 塊 4~20~4000，而電壓變送器量程是 0~400V，所 以 數據是實際電壓3 10。當母線電壓小于標準電壓 380285V）時，輸出 出聲光報警，消除欠壓后，按下停機按鈕復位。 采集 0號模塊 2通道實際值到 流變送器量程是 0~100A 對應數是 0~4000，經過轉換后電流值存在 電流值大于額定電流的 66A）時，延時 60S 后輸出 延時器件過流信號消失則恢復正常運行；當電流值大于額定電流的 （ 90A）時，立即輸出 （ 2）冷卻泵啟停 當母線電壓正常、冷卻泵熱繼電器正常時，按 下冷卻泵啟動按鈕，冷卻泵開始運行；按下停止按鈕，冷卻泵停止。當運行過程中出現欠電壓或者冷卻泵過載情況，冷卻泵立即停止。 （ 3）主電機啟動 當電壓正常、冷卻泵已經運行時，主電機可以啟動。如果出現欠電壓、過電流、電機短路、冷卻泵停機、主電機熱繼電器跳閘等情況出現時，主電機聯鎖停車。按住點動按鈕，電機以星形正轉的狀態(tài)動作，正轉指示燈閃爍。按下正轉按鈕，電機進入星形正轉運行狀態(tài)，正轉指示燈閃爍；延時 5S 后，轉入三角形正轉運行狀態(tài)，正轉指示燈常亮。 星形運行狀態(tài)下，接觸器 合 ;三角形運行狀態(tài)下，接 觸器 合 . （ 4）主電機停車 正常運行時按下主電機停止按鈕，進入停車模式。停車模式下，正向接觸器斷開、反向接觸器閉合、三角接觸器繼續(xù)保持閉合、限流電阻旁路接觸器斷開，電機反向制動。當電機轉速降到低速后，退出停車模式，所有接觸器斷開，電機停止運轉。 第 20 頁 共 33 頁 第 21 頁 共 33 頁 第 22 頁 共 33 頁 第 23 頁 共 33 頁 第 24 頁 共 33 頁 4 床模擬樣機 器及設備 模擬樣機制作使用的儀器及設備： （ 1） 計算機一臺（ 2）三菱 編輯程序控制器（ 3） 2A/D 模塊一個（ 4）三相異步電機兩臺（ 5）空氣開關一個（ 6）交流接觸器、中間繼電器、型號燈、按鈕開關各若干（ 7）剝線鉗、導軌、線槽等常用電氣工具 氣開關的選擇 空氣開關也就是空氣斷路器，是最常用的也是功能最完善的配電系統(tǒng)保護電器之一，可以實現短路、過載、接地故障、失壓以及欠電壓保護。根據不同需要，空 氣開關可配備不同的脫扣器或繼電器。脫扣器是空氣開關總體的一個組成部分。脫扣器來可以實現空氣開關的保護功能。 自動空氣開關通常選用電動機保護型，應按 來選擇。在 動時，為滿足電機的超載運行，最大電流選擇電動機額定電流 的 。 自動空氣開關的電流 = （ A=90A~150A 應該選?。旱铝ξ麟姎庾詣涌諝忾_關 交流接觸器的選擇 交流接觸器 的構成分為四個部分，電磁系統(tǒng)、 觸頭 、 滅弧裝置 以及 絕緣外殼 。電磁系統(tǒng)又由線圈、動鐵芯和靜鐵芯組成。觸頭指的是是三組主觸頭和一組常開或常閉的輔助觸頭，觸頭和鐵芯是相互聯動的 。 一般容量較大的交流接觸器都設有滅弧裝置 ,大容量的接觸器在觸點分離時會產生電弧而帶來高熱，對觸 頭帶來致命的損壞，所以大容量的接觸器必須配備滅弧裝置，用于 迅速切斷電弧 ,免于燒壞主觸頭 。 當線圈通電時 ,靜鐵芯產生電磁吸力 ,將動鐵芯吸合 ,由于觸頭系統(tǒng)是與動鐵芯聯動的 ,因此動鐵芯帶動三條動觸片同時動作 ,主觸點閉合 ,和主觸點機械相連的輔助常閉觸點斷開，輔助常開觸點閉合，從而接通電源。當線圈斷電時 ,吸力消失 , 動鐵芯聯動部分依靠彈簧的反作用力而分離 ,使主觸頭斷開 ,和主觸點機械相連的輔助常閉觸點閉合，輔助常開觸點斷開，從而切斷電源。 根據 模擬樣機 工作參數 ， 如電壓、電流、功率、頻率及工作制等 可以 確定 選用 交流接觸器， 觸器 為防護式，動作結構為直動式，觸頭為雙斷點，具有體積小，重量輕、功耗低、壽命長、安全可靠等特點 ，適用于模擬樣機的電氣參數和工程要求。 空氣溫度 24小時內其平均值不超過+35 ℃ ； 海拔 不超過2000m 第 25 頁 共 33 頁 大氣條件 在40 攝氏度 時 的大氣相對溫度不超過50%，在較低溫度下可以比較高的相對濕度，最濕月的平均最低溫 度不超過+25 ℃ ，該月的月平均最大相對濕度不超過90%。并考慮因溫度變化發(fā)生在產品上凝露 污染等級 3級 安裝類別 Ⅲ 類 安裝條件 安裝面與垂直面傾斜度不超過±5° 沖擊振動 產品應安裝和使用在無顯著搖動、沖擊和振動的地方。 安裝方式 接觸器除用螺釘安裝外，還可用35標準卡軌安裝。交流操作40 流保護的模擬 模擬樣機采用可調電位器模擬電流變送器送出的標準電流信號，經 現過流保護的模擬。主電機額定電流 60A，當工作電流大于額定電流 分鐘是，過流保護動作。 過流保護動作最小電流： 60*6A 根據 制方案的設計，使用規(guī)格為 100 比 5 的電流互感器，通過電流變送器把 0電流變換成 4準電流信號。故經計算，過流保護的跳閘電流為 擬樣機的制作 器件準備 60流接觸器 間繼電器 5 米（紅綠黃各 10 米），空氣開關 個，線槽兩米，按鈕 號燈 鳴器一個。 10觸點端子 10鈕盒 軌兩根。 擬樣機安裝 將所有元器件合理布局并擺放于木板上，用筆大致標注其位置。首先固定導軌，并將空氣開關，接觸器、繼電器、 裝于導軌上，按照主電路圖接線。安裝按鈕盒和指示燈，按照 中間繼電器線圈正極從 4極短接接零線，實現 所以添加中間繼電器環(huán)節(jié) 第 26 頁 共 33 頁 是為了有效的保護 觸點，因為交流接觸器線圈工作電壓及電流都較大，萬一發(fā)生故障有 可能對 生傷害，加入中間繼電器，確保 出觸點始終工作在弱電流的環(huán)境下，即使線路出現問題或者交流接觸器發(fā)生故障，也只會燒毀價錢低廉得多的中間繼電器，從工程角度出發(fā)，有效的節(jié)約了成本。 交流接觸器進線及出現按照主回路圖構架，以實現正反轉、星形轉三角形啟動，常開輔助觸點作為反饋信號回到 應的輸入點，作為互鎖的控制信號。線圈觸點 于實驗室的設備限制，6個交流接觸器中使用了 4個線圈為 380它們的線圈 所有按鈕對 照 I/O 表一端接到對應的 入點，另一端短接接地。指示燈亦是如此，一端接入對應的 一端短接零線。 由于 4此 4+觸點； 動 220V 信號燈與蜂鳴器，故此 出端 觸點。 擬樣機的測試 使用萬用表測試各觸點確保接觸良好。 電，用短接線連接輸入端試各 I/線正確。 接入三相電源，空氣開關合閘，測試各交流接觸器吸合正 常且邏輯正確，各項聯鎖、保護運行正常，方可斷電并按照主回路圖連接三相異步電機運行系統(tǒng)。 擬樣機運行 （ 1） 斷開空氣開關，插上三相電源插頭，合上自動空氣開關，啟動 （ 2）由于程序互鎖，當母線電壓正常的情況下，才允許啟動冷卻泵。按下冷卻泵啟動按鈕，冷卻泵啟動，冷卻泵電機星形正轉。按下冷卻泵停止按鈕，冷卻泵停止運行。 （ 2）當母線電壓正常卻冷卻泵運行信號正常，方可允許啟動主電機。 （ 3）按住主電機點動按鈕，接觸器 合，主電機以星形接法慢速運行。松手點動按鈕，這三個接觸器斷開，主電機停止。 （ 4）按下主電機正向啟動按鈕， 合，主電機星形啟動。 時一段時間（ 5S）后，斷開 合 電機轉成三角形接法正常運行。 （ 5）按下主電機停止按鈕， 開， 通，反向電源通過限流電阻接入電機實現反接制動；延時一段時間（ 2S）或者轉速傳感器低速信號回來后，斷開 機停車。 第 27 頁 共 33 頁 （ 6）按下反向按鈕， 后轉和正轉啟動順序一樣延時轉成三角形接法，電機正常運行。按下停車按鈕， 接制動、停車。 （ 7）調節(jié)電位器 1，使經 模擬電流信號大于經 流警示燈亮起，電機繼續(xù)運行，延時一分鐘，接觸器斷開，電機自由停車并發(fā)出報警，如在一分鐘延時時間內調節(jié)電位器減小電流信號，過流報警燈熄滅，電機繼續(xù)正常運行。按停機按鈕復位并回復電位器，重新啟動電機，使經 斷為系統(tǒng)短路，立刻斷開所以接觸器，自由停車。 （ 8）恢復電機正常運行，調節(jié)電位器 2，使經 壓保護動作，接觸器斷開，電機自由停車 并發(fā)出報警。 機中遇到的問題 （ 1） 正轉、反轉按鈕無法動作。用短接線連接 常工作，有動作信號輸出，再次按下正轉、反轉按鈕， 輸入信號。打開開關盒檢查線路，發(fā)現接線良好。用萬用表蜂鳴器檔位測試 入端觸點與端子上按鈕接線連接良好，測試按鈕開關與 線觸點接觸不良。找到故障原因：端子上三個零線觸點間的短接線接觸不良，重新擰緊螺絲后