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吉林電子信息職業(yè)技術學院 電氣工程系畢業(yè)論文 C6132 機床電氣線路改造設計 畢 業(yè) 生 姓 名 蘭孝瑞 指導教師 職稱 劉爽 學 號 0901020113 專 業(yè) 名 稱 電氣自動化 摘 要 臥式車床是一種應用極為廣泛的金屬切削加工機床 車床是機械 制造中重要的加工設備 隨著科技和經濟的發(fā)展 我國的機械制加 工業(yè)有了很大的發(fā)展和進步 但是我國的加工業(yè)大都使用的是傳統的 機床 而傳統的機床是以繼電器和接觸器控制系統方式為主 傳統 的機床難以滿足現代加工的需要 隨著電氣控制技術的飛速發(fā)展 可編程控制器 PLC 在自動化控制系統中的應用日益廣泛 用可編 程控制器系統控制的機床不但可以滿足現代加工的需要 而且還可 以降低加工成本和提高加工精度和生產效率 關鍵詞 臥式車床 電氣控制系統 PLC Abstract Horizontal lathe is an extremely wide range of metal cutting machine tools lathe machinery manufacturing in processing equipment With the technological and economic development of the mechanical system of China s processing industry has been a great development and progress But most of China s processing industry is the traditional machine tools the traditional machine is the relay and contactor control system the way mainly the traditional machine is difficult to meet the needs of modern processing With the rapid development of electrical controls programmable logic controller PLC in the automation control system is increasingly widespread the needs of the programmable controller system control machine tool not only to meet the modern processing but also reduce the processing costs and improve the precision and production efficiency Keywords horizontal lathe electrical control system PLC 目 錄 1 機床機械電氣控制的特點 5 2 機床電氣控制系統分析設計 6 2 1 機床主電路分析設計 6 2 2 機床控制電路分析設計 7 2 3 照明 顯示電路分析 8 2 4 PLC 的輸入 輸出 I O 端口分配 9 2 5 PLC 的程序指令表編寫 9 2 6 PLC 系統外部接線圖設計 11 2 7 電原理圖的分析繪制 11 3 電器元件的選用 13 3 1 PLC 的選用 13 3 2 主電動機的容量 轉速及型號選擇 13 3 3 熱繼電器的選用 14 3 4 組合開關和按鈕的選用 14 3 5 熔斷器的選用 15 3 6 接觸器的選擇 16 3 7 控制變壓器的選用 17 3 8 變壓器 T 容量的確定 18 4 電器元件明細表 20 5 在線路安裝過程中應注意的問題 21 6 結論 22 7 結束語 23 8 參考文獻 24 1 機床機械電氣傳動的特點 C6132型普通臥式車床中小型號的車床 相對重型車床來說 具 有體積小 加工靈活 性能優(yōu)良等特點 在車削加工工業(yè)中應用廣 泛 C6132型普通臥式車床的最大加工工件直徑為320mm 要求配用 一臺 2 機床主運動和進給運動由電動機M1集中傳動 主軸的運動能 正反 滿足螺紋加工要求 3 為減小車床在車削過程的摩擦 需要配備一臺液壓泵電動機 該電動機在潤滑的同時也起到局部散熱的作電動機作為主運動電動 機 1 在車削加工過程過中 會使主電動機和車削刀具產生大量的 熱量 就需要一臺冷卻電動機對其進行冷卻 用 4 根據整個生產線的狀況 要求配備一套局部照明裝置及必要的 工作指示燈 2 機床電氣控制系統分析設計 原機床電氣控制系統分析 原控制系統電路如下 原機床電氣控制系統中是以繼電器和接觸器系統的控制方式 系 統運行穩(wěn)定性能較差 機床運行時對外部電壓有比較大的波動影響 且主電動機沒有單獨的過載保護 還用的是轉換進行電動機正 反 轉及起?？刂?這種控制方法也車床操作帶來一定的不便 所以根 據以上的要求 在原有的機床電氣控制系統基礎上分析與設計 C6132 型普通臥式車床的新的機床電氣控制系統 2 1 機床主電路分析設計 根據電氣傳動的加工要求 分析與設計由接觸器 KM1 KM2 分別 控制主電動機 M1 的正反轉動 在原有的基礎上設計 FR1 實現主電動 機 M1 過載保護 并設計了熔斷器 FU1 對電動機 M1 進行短路保護 有 利于保護電動機和延長電動機的使用壽命 接觸器 KM3 控制液壓電 動機 M2 的啟動與停止 熔斷器 FU2 是液壓電動機 M2 和冷卻電動機 M3 的短路保護 設計主電路如下 車床電源由組合開關 SQ 接入 電流經熔斷器 FU1 后 再經過 KM1 KM2 的主觸點和熱繼電器 KR1 使主電動機 M1 正轉或反轉 電 流經過熔斷器 FU2 后 再由接觸器 KM3 和熱繼電器 FR2 使液壓泵電 動機 M2 運行 冷卻電動機 M3 是通過開關 SQ1 手動控制 FR3 為冷 卻電動機的過載保護 另在每個電動機上都采用了接零保護 當電動 機某一相繞組絕緣損壞而與外殼相通時會形成單相短路 迅速將這一 相中的熔絲熔斷 切斷電源 保證了車床在工作時的安全 2 2 機床控制電路分析設計 為了控制操作方便 設計主電動機 M1 的正轉 反轉 停止分別 由控制按鈕來控制 并采用雙重互鎖 SB1 SB2 主電動機 M1 正轉 反轉控制 SB3 為停止控制按鈕 設計還應用順序起動的要求 即 液壓泵電動機 M2 運行潤滑后主電動機 M1 才能起動 按下 SB4 接觸 器 KM3 得電動作 從而使液壓泵電動機 M2 得電運行 而冷卻泵電動 機 M3 應在主軸電動機起動之后通過手動起動 設計控制線路圖如下 2 3 照明 顯示電路分析 設電源指示燈 HL1 紅色 在電源開關 SQ 接通后 立即發(fā)光 顯示 表示機床的電氣線路已處于供電狀態(tài) 設指示燈 HL2 綠色 表示主電動機 M1 是否運行 這個指示燈可由接觸器 KM1 KM2 的動 合輔助觸點自動控制 通過開關 S1 控制 EL 照明燈電路 FU3 為照 明短路保護 設計電路圖如下 2 4 PLC 的輸入 輸出 I O 端口分配 根據上述分析設計得出 PLC 的 I O 端口分配表如下 輸入 輸出 名稱 輸入點 名稱 輸出點 正轉起動 按鈕 SB1 X2 正轉輸出 接觸器 KM1 Y1 反轉起動 按鈕 SB2 X3 反轉輸出 接觸器 KM2 Y2 停止按鈕 SB3 X0 液壓泵輸 出接觸器 KM3 Y0 液壓泵起 動按鈕 SB4 X1 FR1 X4 FR2 X5熱繼電器 FR3 X6 2 5 PLC 的程序指令表編寫 PLC 的程序指令表編寫如下 0 LD XOO1 1 OR Y000 2 ANI X000 3 ANI X004 4 ANI X005 5 ANI X006 6 OUT Y000 7 LD X002 8 OR Y001 9 AND Y000 10 ANI X003 11 ANI Y002 12 ANI X000 13 ANI X004 14 ANI X005 15 ANI X006 16 OUT Y001 17 LD X003 18 OR Y002 19 AND Y000 20 ANI X002 21 ANI Y001 22 ANI X000 23 ANI X004 24 ANI X005 25 ANI X006 26 OUT Y002 27 END 2 6 PLC 系統外部接線圖設計 PLC 外部設備接線圖如下 2 7 電原理圖的分析繪制 根據以上的分析設計 電氣控制原理圖設計如下 為了更加安全 不但在程序上就設置了互鎖保護 且在硬件連 線上也設置了互鎖 當按下控制按鈕 SB2 時 控制按鈕 SB2 的常閉 觸點斷開 此時再按控制按鈕 SB1 將無效 同理按下控制按鈕 SB1 時再按控制按鈕 SB2 將無效 這樣就形成了控制按鈕的互鎖保護 接觸器互鎖保護 當接觸器 KM1 線圈得電時 它的常閉觸點斷開 此時接觸器 KM2 線圈失電 主觸點復位斷開電路 同理當接觸器 KM2 線圈得電時 它的常閉觸點斷開 此時接觸器 KM1 線圈失電 主觸點復位斷開電路 這樣就避免了接觸器 KM1 KM2 線圈同時得電 的可能 按鈕互鎖保護 接觸器互鎖保護組成控制系統的硬件互鎖 保護 利用雙重互鎖保護大大提高了整個電氣系統的安全性 提高 了設備的穩(wěn)定性和可靠性 3 電器元件的選用 3 1 PLC 的選用 根據以上機床電氣控制系統的分析 系統共需信號輸入點 7 個 信號輸出點 3 個 考慮系統的經濟性和技術指標 擬選用 FX2N 16M 機型 額定電壓為 110V 該機型為日本三菱公司 FX2N 系列 模 塊單元類型為基本單元 輸出形式為繼電器輸出 它有 8 點輸入 8 點輸出 完全能滿足控制要求并在輸入 輸出點上留有富余 以 便今后進行進一步的改進 3 2 主電動機的容量 轉速及型號選擇 C6132 普通型臥式車床加工工件的最大直徑為 320mm 所以 由 p 36 5D 得 54 1 P 36 5 0 32 3 736KW P 取 4KW 一般情況下 普通車床選用同步轉速為 1500r min 的電動機 因為這個轉速的電動機適應性較強 而且功率因數和效率也很高 若電動機的轉速與該機械的轉速不一致可選取速度稍高一些的電動 機通過機械變速裝置使其一致 主電動機應選 Y112M 4 4KW 380V n 1440r min I 9A 冷卻電動機 JCB 22 2 0 125KW 380V n 2790r min I 0 43A 液壓電動機 JO4 41 4 0 12kw 380v n 1430 r min I 0 4A 3 3 熱繼電器的選用 主電動機的額定電流為 9A FR1 應選用 JR16B 20 3 型熱繼 電器 熱元件電流為 11A 整定電流調節(jié)范圍為 6 8 11 A 工作 時將額定電流調整為 9A 同理 FR2 FR3 應選用型熱繼電器 選用 JR16B 20 3 型熱繼電器 熱元件電流為 0 5A 整定電流調節(jié)范圍 是 0 32 0 5A 工作時將電流分別整定在 0 4A 和 0 43A 3 4 組合開關和按鈕的選用 組合開關主要作為電源隔離開關用 并不用來直接對電動機進行 控制 可按電動機的額定電流來選 所以根據三臺電動機來選 I 9 0 43 0 4q 9 83A 考慮控制回路電流很小 考慮一定的余量 選用 HZ10 25 3 型 額定電流為 25A 的三極組合開關 同理 冷卻泵的控制開關 SQ1 應選用 HZ10 10 3 額定電流為 6A 控制按鈕 SB1 SB2 SB3 分 別為主電動機 M1 的正轉 反轉和停止控制開關 形成一組開關 就選用 LA10 3K 三聯鈕型按鈕開關 它設有三個按鈕分別由三種 顏色標示 每個按鈕有一組常閉觸點與一組常開觸點 用紅色按鈕 作為停止控制按鈕 SB3 用綠色按鈕作為正轉控制按鈕 SB1 用黑色按 鈕作為反轉控制按鈕 SB2 而液壓電動機的控制是由 SB4 控制接觸 器 KM3 來實現控制的 所以 SB4 選用 LA10 1 型按鈕 該按鈕只有 一個按鈕數 設有常開 常閉各一對 照明燈控制開關 S1 選用 JD3Y 型控制開關 3 5 熔斷器的選用 工業(yè)上選擇熔斷器一般從以下幾個方面考慮 1 熔斷器的額定電壓必須等于或高于熔斷器工作點的電壓 2 熔斷器的額定電流必須等于或高于所裝熔體的額定電流 3 熔斷器所裝熔體額定電流的選擇 對于沒有沖擊電流的負載 應使熔體的額定電流 等于或稍大RI 于線路工作電流 I 即 IR 對于像電動機這樣有較大沖擊電流的負載 熔體的電流 1 5 2 5 式中 為電動機的額定電流 RIedIedI 對于多臺電動機由一個熔斷器保護時 熔體額定電流型號的選 擇應按 I 1 5 2 5 INRImax 式中 I 為可能出現的最大電流 max 根據上述分析 選擇螺旋式熔斷器作為整個電氣控制系統的短 路保護 FU1 是主電動機 M1 的短路保護 則 FU1 熔體電流 1 5 2 5 RIedI 2 5 9 22 5A 所以 FU1 應選擇 RL1 60 型 熔管額定電壓 380V 額定電流 60A 熔體額定電流為 25A FU2 是液壓泵電動機 M2 和冷卻電動機 M3 的短路保護 FU2 的熔 體電流 I 1 5 2 5 IN RImax 0 43 2 5 0 4 1 475A 所以 FU2 應選用 RL1 15 型 熔管額定電壓 380V 額定電流 15A 熔體額定電流為 2A FU3 為照明電路短路保護 熔體的額定電流 等于或稍大于線路RI 工作電流 I 所以 FU3 應選用 RL 15 熔體額定電流為 2A FU4 為 PLC 控制器的短路保護 由于 PLC 起動時沒有沖擊電流負 載 所以 FU4 選擇方法和 FU3 的一樣 應選用 RL 15 型 熔管額定 電壓 220V 熔體額定電流為 4A 3 6 接觸器的選擇 選擇接觸器主要考慮以下技術參數 1 電源種類 交流電或直流電 2 主觸點額定電壓 額定電流 3 輔助觸點的種類 數量及觸點額定電流 4 電磁線圈的電源種類 頻率和額定電壓 5 額定操作頻率 次 h 即允許的每小時接通的最多次數 主觸點的額定電流的計算公式 I P 10 KU 3 式中 P 為電動機功率 KW K 為經驗常數 一般取 1 1 4 U 為電動機額定線電壓 KM1 KM2 的選擇 由公式 I P 10 KU3 4 10 1 2 3803 8 8A 由于 KM1 和 KM2 是主電動機的正反轉控制 所以選擇同一型號 該型接觸器的控制電路電源 380V 需主觸點各三對 動合觸點各兩 對動斷觸點各一對 根據上述情況 選用 CJ10 10 型接觸器 電磁 線圈為 220V KM3 的選擇 由于 KM3 控制的只有液壓泵電動機 M2 M2 的功率為 0 125KW 額 定電壓為 380V 由公式 I P 10 KU3 0 125 10 1 380V 0 5A 所以 KM3 應選擇 CJ10 5 型接觸器 該型接觸器的額定電壓為 380V 主觸點的額定電壓為 5A 線圈電壓為 220V 3 7 控制變壓器的選用 控制變壓器可根據以下兩種情況確定其容量 1 依據控制線路最大工作負載所需的功率計算 一般可根據 下式計算 P K P 1 Ttxc 式中 P 為所需變壓器容量 VA T K 變壓器容量儲備系數 一般取 1 1 1 25 t P 為控制線路最大負載時工作的電器所需的總功率 VA 對xc 于交流電器 P 應取吸持功率值 xc 2 變壓器的容量應滿足已吸合的電器在又起動吸合另一些電 器時仍能吸合 可根據下面公式計算 P 0 6 P 1 5 P 2 TxcsT 式中 P 為同時起動電器的總吸持功率 VA sT 式中系數的確定 由于電磁電器起動時負載電流的增加要下降 但 一般在下降額定值的 20 時 所有吸合電器不致釋放 系數 0 6 就 是從這一點考慮的 式中第二項系數 1 5 為經驗系數 它考慮到各 電器的起動功率換算到吸持功率 以及電磁電器在保證起動吸合的 條件下 變壓器容量只是該器件的起動功率的一部分等因素 3 8 變壓器 T 容量的確定 變壓器的最大負荷是 KM1 與 KM3 或 KM2 與 KM3 工作時的負載 由所選器件查的 KM1 的吸持功率為 11 KM3 的吸持功率為 6 由 1 式 P K PTtxc 1 2 11 6 20 4VA 由 2 式 P 0 6 P 1 5 PTxcsT P 0 6 1 2 11 6 1 5 11 6 39 74VA 可知變壓器容量應大于 39 74VA 考慮到照明燈等電路容量 可選用 BK 50 變壓器 該型號的變壓器的額定容量為 50VA 變壓 等級為 220V 36V 6 3V 就可滿足輔助電路的各種電壓需要 4 電器元件明細表 名稱 符號 型號 個數 備注 可編程控 制器 PLC FX2N 16M 1 輸入 輸出各 8 個點 組合開關 SQ HZ10 25 3 1 額定電流為 25A 的三 極組合開關 FU1 RL1 60 3 額定電壓為 380V 熔 體電流等級為 30A FU2 3 額定電壓為 380V 熔 體電流等級為 2A FU3 1 熔體額定電流為 2A 熔斷器 FU4 RL1 15 1 熔管額定 220V 熔體 電流等級為 4A FR1 JR16 20 3 1 熱元件電流為 11A 整定電流調節(jié) 范圍為 6 8 11 A 熱繼電器 KR2 KR3 JR16 20 3 2 熱元件電流為 0 5A 整定電流調節(jié)范圍是 0 32 0 5A M1 Y112 4 1 額定功率 4KW 380V 1440r min M2 JO4 41 4 1 額定功率 0 125KW 380V 2790r min 電動機 M3 JCB 22 2 1 額定功率 0 12kw 380V 1430 r min KM1 KM2 CJ10 10 2 額定電壓 380V 線圈 電壓 220V 額定電流 為 10A 接觸器 KM3 CJ10 5 1 額定電壓 380V 線圈 電壓 220V 額定電流 為 5A 開關 S1 JD3Y 1 照明用開關 SQ1 HZ10 10 3 1 冷卻電動機用的開關 照明燈 EL 40W 36V 1 額定功率 40W 電壓 36V HL1 1 電源顯示 紅色 6V 指示燈 HL2 ZSD 2 1 主電機運行顯示 綠 色 6V SB4 LA10 1 1 元件式電壓 500V 電 流 5A SB1 SB2 按鈕 SB3 LA2 1 開啟式電壓 500V 電 流 5A 控制變壓 器 T BK 50 1 額定功率 50VA 初級 額定電壓 220 V 次級 額定電壓 36V 6 3V 5 在線路安裝過程中應注意的問題 在線路安裝過程各電路中導線材料和線徑的選擇 對于主電路 應根據選用根據電動機的最在負載電流選用相應的導線 對于控制 電路也可以用同樣的辦法來選擇導線 應注意的是對于長期工作在 潮濕環(huán)境中的車床 應將各電器元件的絕緣等級相應的提高 以保 證車床在工作中的安全 PLC 的工作環(huán)境 安裝時不能將 PLC 放在 發(fā)熱量大的元件下面 四周通風散熱的空間應足夠大 為了保證 PLC 的絕緣性能 空氣的相對濕度應小于 85 應使 PLC 遠離強烈的 震動源 當使用環(huán)境不可避免震動時 必須采取減震措施 避免有 腐蝕和易燃的氣體 對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境 可將 PLC 安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中 另外一般需將 PLC 設備系統和開關控制柜接地保護 整個車床外部與電動機外殼 都應有良好的接地保護 這樣假如電源線漏電或控制柜體 車床外 部 電動機外殼帶電 可從安全接地導入地下 不會對人造成傷害 6 結論 本文根據電氣控制設計的一般要求 對 C6132 型普通車床進行 一系列的改進和設計 使該型車床在不改變原有功能的基礎上 不 但滿足現代加工業(yè)的要求 而且還簡化了原車床的電路控制圖 并 改用可編程控制器對其進行控制 提高機床的自控程度與設備穩(wěn)定 可靠性 同時提高在生產過程中的安全性 也提高生產效率 降低 了生產成本 畢業(yè)設計 讓我們有很多的機會實際運用一下所學的 知識 在對電氣原理圖 安裝圖等的繪制與分析 對 PLC 編程與調 試等過程中提高了我們的動手能力及解決實際問題的能力 在這次 學習后 我對接觸器控制 PLC 程序控制兩者不同之處有了深刻的 體會 接觸器控制具有自動控制方法簡單 工作可靠 成本低等特 點 大多是用于有觸點控制系統 適用于固定動作要求的控制設備 一旦工作中發(fā)生程序變化 錯誤 就需要重新配線 比較麻煩 不 適用與較復雜和控制要求經常改變的場合 PLC 程序控制是在計算 機技術基礎上發(fā)展起來的一種工業(yè)自動控制 它編程簡單 動作可 靠且動作順序變更容易 一旦工作中發(fā)生程序變化 只要改變程序 結構即可 因此被廣泛應用與復雜控制系統 7 結束語 通過在學校的學習和前幾次的課程設計 以及通過老師的講解和自己 的學習 對這方面的知識 使我對電氣控制和可編程控制器 PLC 有了 更深的了解和也增添了做這次畢業(yè)設計的信心 在此非常感謝輔導及 教育我的老師 蘭孝瑞 2012 年 5 月 21 日 8 參考文獻 1 機床電氣控制技術 第 3 版 齊占慶主編 機械工業(yè)出版社 1999 2 簡明電工手冊 第 2 版 周文森 陸業(yè)銚 鄭景山主編 機械工 業(yè)出版社 1997 3 實用維修電工手冊 第 2 版 劉光源主編 上?？茖W技術出 版社 2000 4 機床電氣控制技術 連賽英主編 機械工業(yè)出版社 2000 5 機床電氣控制 高學民主編 機械工業(yè)出版社 2002 6 金屬切削機床 上冊 顧維邦主編 機械工業(yè)出版社 1998 7 PLC 原理與應用 三菱 FX 系列 俞國亮主編 清華大學出版社 2003