成型磨床电气控制系统设计

成型磨床电气控制系统设计成型磨床电气控制系统设计PAGE成型磨床电气控制系统设计实验指导书《电气控制课程设计》课程学院：机电学院学号：0专业（方向）年级：电气工程及其自动化学生姓名：曾水钻福建农林大学机电工程学院电气工程系2011年11月1日目录一、磨床电气控制系统设计任务书………………………（2）1．设备概况介绍…………………………………………（2）2．控制系统设计要求…………………………………（3）二、磨床PLC电气控制系统总体设计过程………………（4）1．总体说明…………………………………………（4）2、电气原理图……………………………………………（4）3主电路设计……………………………………………（６）4制电路分析……………………………………………（７）5、主要参数计算………………………………………（15）6、制定电气元件目录表………………………………（15）7、成型磨床控制顺序转移图…………………………（21）8、成型磨床电路故障现象……………………………（22）三．成型磨床电气控制工艺设计…………………………（25）四．指导书…….…………………………………………（34）五．设计参考资料…………………………………………（36）成型磨床PLC控制系统设计一、磨床电气控制系统设计任务书1．设备概况介绍本机床用于各种特殊要求型面的磨削加工，机床有四台电动机拖动，及磨头电动机拖动砂轮高速旋转，采用JW11—4,单向连续工作。油泵电动机拖动油泵向液压系统供油，采用JO2—14—4单向连续工作。磨头升降电动机带动砂轮架上下移动，采用JW11—4正反转工作。吸尘电动机供磨削加工中吸尘用，采用JW11—4驱动。加工时，工件置于电磁吸盘（36V/）上，加工完毕退磁取下工件。成型磨床2．控制系统设计要求1)为调整砂轮位置，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有制动控制（采用能耗制动）。上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。2)磨头砂轮运转与电磁吸盘之间，应有电气连锁环节，其要求是：只有在电磁吸盘通电并处于充磁吸着工件时，才能启动砂轮电动机。磨削中，一旦发生失磁，砂轮电动机应自动停止运转，以确保安全。为了修整砂轮，在吸盘不通电时，应能单独启动砂轮电动机。3)要有照明和必要的灯光显示。4)设置必要电气保护与联锁。二、磨床PLC电气控制系统总体设计过程1．总体方案说明1)油泵电动机、磨头电动机、磨头升降电动机、吸尘电动机分别由电动机MA1、MA2、MA3、MA4拖动。2)砂轮位置调整，磨头升降采用点动控制。为了停位准确，应有采用能耗制动。3)上下极限位置应有位置保护。在磨削加工中应保证砂轮架不能升降移动。4)采用热继电器实现过载保护，用以完成各个电动机系统的过载保护。5)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。6)电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用BVR型铜导线连接，电控箱与执行装置之间采用端子板连接。7）使用说明书8）设计小结9）参考资料目录2、电气原理图(1)主电路设计图1-2成型磨床电气控制系统主电路1)主回路中交流接触器KM1、KM2、分别控制油泵电动机M1、砂轮电动机M2和吸尘电动机M3；交流接触器KM3、KM4控制、磨头电动机M4升降。2)电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。3)QG为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。4)熔断器FU1、FU2、FU3分别实现各负载回路的短路保护。FU4、FU5分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。（2）控制电路分析工作台往返电动机M1的控制合上总开关QS1后，整流变压器一个副边输出130伏交流电压，经桥式整流器VC整流后得到直流电压，使电压继电器KA获电动作，其常开触头（7区）闭合，为启动电机做好准备。如果KA不能可靠动作，各电机均无法运行。因为平面磨床的工件靠直流电磁吸盘的吸力将工件吸牢在工作台上，只有具备可靠的直流电压后，才允许启动砂轮和液压系统，以保证安全。当KA吸合后，按下启动按钮SB3，接触器KM1通电吸合并自锁，工作台电机M1启动自动往返运转，HL2灯亮。若按下停止按钮SB2,接触器KM1线圈断电释放，电动机M1断电停转。（2）砂轮电动机M2及吸尘电机M3的控制按下启动按钮SB7，接触器KM3线圈获电动作，砂轮电动机M2启动运转。由于吸尘电动机M3与M2联动控制，所以M3与M2同时启动运转。按下停止按钮SB6时，接触器KM3线圈断电释放，M2与M3同时断电停转。两台电动机的热断电器FR2和FR3的常闭触头都串联在KM3中，只要有一台电动机过载，就使KM3失电。因冷却液循环使用，经常混有污垢杂质，很容易引起电动机M3过载，故使热继电器FR3进行过载保护。（２）砂轮升降电动机M4的控制砂轮升降电动机只有在调整工件和砂轮之间位置时使用，所以用点动控制。当按下点动按钮SB6，接触器KM3线圈获电吸合，电动机M4启动正转，砂轮上升。到达所需位置时，松开SB6，KM3线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮停止上升。按下点动按钮SB7，接触器KM4线圈获电吸合，电动机M4启动反转，砂轮下降。到达所需位置时，松开SB7，KM4线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮停止下降。为了防止电动机M4的正、反转线路同时接通，故在对方线路中串入接触器KM3和KM4的常闭触头进行联锁控制。电磁吸盘控制电路分析电磁吸盘是固定加工工件的一种夹具。利用通电导体在铁心中产生的磁场吸牢铁磁材料的工件，以便加工。它与机械夹具比较，具有夹紧迅速，不损伤工件，一次能吸牢若干个小工件，以及工件发热可以自由伸缩等优点。因而电磁吸盘在平面磨床上用得十分广泛。电磁吸盘的控制电路包括整流装置、控制装置和保护装置三个部分。整流装置由变压器TC和单相桥式全波整流器VC组成，供给120直流电源。控制装置由按钮SB8、SB9、SB10和接触器KM5、KM6等组成。充磁过程如下：按下充磁按钮SB8，接触器KM5线圈获电吸合，KM5主触头（15、18区）闭合，电磁吸盘YH线圈获电，工作台充磁吸住工件。同时其自锁触头闭合，联锁触头断开。磨削加工完毕，在取下加工好的工件时，先按SB9，切断电磁吸盘YH的直流电源，由于吸盘和工件都有剩磁，所以需要对吸盘和工件进行去磁。去磁过程如下：按下点动按钮SB10，接触器KM6线圈获电吸合，KM6的两付主触头（15、18区）闭合，电磁吸盘通入反相直流电，使工作台和工件去磁。去磁时，为防止因时间过长使工作台反向磁化，再次吸住工件，因而接触器KM6采用点动控制。保护装置由放电电阻R和电容C以及零压继电器KA组成。电阻R和电容C的作用是：电磁吸盘是一个大电感，在充磁吸工件时，存贮有大量磁场能量。当它脱离电源时的一瞬间，吸盘YH的两端产生较大的自感电动势，会使线圈和其他电器损坏，故用电阻和电容组成放电回路。利用电容C两端的电压不能突变的特点，使电磁吸盘线圈两端电压变化趋于缓慢，利用电阻R消耗电磁能量，如果参数选配得当，此时R-L-C电路可以组成一个衰减振荡电路，对去磁将是十分有利的。零压继电器KA的作用是：在加工过程中，若电源电压不足，则电磁吸盘将吸不牢工件，会导致工件被砂轮打出，造成严重事故，因此，在电路中设置了零压继电器KA，将其线圈并联在直流电源上，其常开触头（7区）串联在液压泵电机和砂轮电机的控制电路中，若电磁吸盘吸不牢工件，KA就会释放，使液压泵电机和砂轮电机停转，保证了安全。照明和指示灯电路分析图中EL为照明灯，其工作电压为36伏，由变压器TC供给。QS2为照明开关。HL1、HL2、HL3、HL4和HL5为指示灯，其工作电压为伏，也由变压器TC供给，五个指示灯的作用是：HL1亮，表示控制电路的电源正常；不亮，表示电源有故障。HL2亮，表示工作台电动机M1处于运转状态，工作台正在进行往复运动；不亮，表示M1停转。HL3、HL4亮，表示砂轮电动机M2及冷却泵电动机M3处于运转状态；不亮，表示M2、M3停转。HL5亮，表示砂轮升降电动机M4处于上升工作状态，；不亮，表示M4停转。HL6亮，表示砂轮升降电动机M4处于下降工作状态，；不亮，表示M4停转。HL6亮，表示电磁吸盘YH处于工作状态（充磁和去磁）；不亮，表示电磁吸盘未工作5、要参数计算1)断路器QG为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的倍整定。成型磨床有负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为，起动电流较小，而且工艺要求4台电动机单独起动运行，因此可根据电动机选择自动开关QG脱扣电流IQG：IQG＝，选用IQG的断路器。2)熔断器FU熔体额定电流IFU。以曝气风机为例，IFU≥2IN，选用IFU的熔体。其余熔体额定电流的选择。3)热继电器的选择请参考有关技术手册，负载额定电流的倍。4)能耗制动参数计算制动电流ID＝直流电压UD＝RID整流变压器二次侧交流电流I2＝ID/电压U2＝UD/整流变压器容量S=I2U26、制定电气元件目录表成型磨床电气控制系统元器件目录表序号符号名称型号规格用途数量1M1磨头砂轮电动机JW11-4驱动磨头砂轮转动12M2液压泵电动机Y802-4（）砂轮架、立柱、滑座的松开、夹紧13M4吸尘电动机JW11-4磨削加工中吸尘用14M3磨头升降电动机JW带动砂轮架上下移动15YH电磁吸盘DC36V/吸紧工件16SQ1磨头上升极限位置行程开关LX2上极限位置保护17SQ2磨头下降极限位置行程开关LX2下极限位置保护18SB1总开关按钮LA20（红色）总开关19SB2油泵电动机启动按钮LA20（绿色）油泵电动机启动110SB3油泵电动机停止按钮LA20（红色）油泵电动机关闭111SB4磨头砂轮电机启动按钮LA20（绿色）磨头砂轮电机启动112SB5修整砂轮启动按钮LA20（绿色）修整砂轮启动113SB6磨头砂轮电动机停止按钮LA20（红色）磨头砂轮电动机停止114SB7磨头上升点动按钮LA20（绿色）磨头上升点动115SB8磨头下降点动按钮LA20（绿色）磨头下降点动116SB9电磁吸盘断电按钮LA20（红色）电磁吸盘断电117SB10电磁吸盘充磁按钮LA20（绿色）电磁吸盘充磁118SB11电磁吸盘退磁点动按钮LA20（黄色）电磁吸盘退磁点动119FR1～FR4热继电器4JR16B-20/3参照电动机整定电流20FU1熔断器3RL1-15熔体2～10A21FU2、FU3熔断器2RT16-32X熔体2A22QG断路器1C45AD脱扣电流10A23SQ1磨头上升极限位置行程开关1LAY37上极限位置保护24SQ2磨头下降极限位置行程开关1LAY37下极限位置保护25SB8电磁吸盘断电按钮1LAY37红色26SB9电磁吸盘充磁按钮1LAY37绿色27SB10电磁吸盘退磁点动按钮1LAY37黄色28SA1照明开关1LAY37-D2黑色29KM1油泵电动机启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V30KM2磨头砂轮电动机启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V31KM3磨头上升点动启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V32KM4磨头下降点动启动接触器1DJX-9线圈电压：AC220V33KM5能耗制动启动接触器1DJX-9线圈电压：DC36V34KM6电磁吸盘充磁接触器1DJX-9线圈电压：DC36V35KM7电磁吸盘退磁接触器1DJX-9线圈电压：DC36V36KV1欠电压继电器1JT3线圈电压：DC36V37HL1～HL4指示灯4AD16-22指示灯电压，38EL1照明灯1JL40A照明灯电压，DC36V39HL5电源指示灯1AD16-22指示灯电压，AC220V40TC隔离变压器1BK-100380v/135v41YA电磁铁1DJX-9线圈电压：DC36V7、成型磨床控制顺序转移图点动磨头下降到预定位置，为磨削工作准备启动油泵电动机，磨头砂轮电动机，及吸尘电动机平面加工完成？位置1点动磨头上升到位置2结束停止油泵电动机，磨头砂轮电动机，及吸尘电动机退磁充磁？欠电压继电器得电接通电源断开电源NYNNYYYN图1-4成型磨床控制磨床的分类　　随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。　　(1)外圆磨床[1]：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形外表面的磨床。　　(2)内圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形内表面的磨床。　　(3)座标磨床：具有精密座标定位装置的内圆磨床。　　(4)无心磨床：工件采用无心夹持，一般支承在导轮和托架之间，由导轮驱动工件旋转，主要用于磨削圆柱形表面的磨床。　　(5)平面磨床：主要用于磨削工件平面的磨床。　　(6)砂带磨床：用快速运动的砂带进行磨削的磨床。　　(7)珩磨机：用于珩磨工件各种表面的磨床。　　(8)研磨机：用于研磨工件平面或圆柱形内，外表面的磨床。　　(9)导轨磨床：主要用于磨削机床导轨面的磨床。　　(10)工具磨床：用于磨削工具的磨床。　　(11)多用磨床：用于磨削圆柱、圆锥形内、外表面或平面，并能用随动装置及附件磨削多种工件的磨床。　　(12)专用磨床：从事对某类零件进行磨削的。按其加工对象又可分为：花键轴磨床、磨床、凸轮磨床、磨床、螺纹磨床、曲线磨床等。磨床的安全防护　　磨削加工应用较为广泛，是机器零件精密加工的主要方法之一。但是，由于磨床砂轮的转速很高，砂轮又比较硬、脆、经不起较重的撞击，偶然的操作不当，撞碎砂轮会造成非常严重的后果。因此，磨削加工的安全技术工作显得特别重要，必须采取可靠的安全防护装置，操作要精神集中，保证万无一失。此外，磨削时砂轮的工件上飞溅出的微细砂屑及金属屑，会伤害工人的眼睛，工人若大量地吸入这种尘末则对身体有害，也应采取适当的防护。磨削加工时应注意如下的一些安全技术问。　　开车前应认真地对机床进行全面检查，包括对操纵机构、电气设备及磁力吸盘等卡具的检查。检查后再经润滑，润滑后进行试车，确认一切良好，方可使用。　　装卡工件时要注意卡正、卡紧，在磨削过程中工件松脱会造成工件飞出伤人或撞碎砂轮等严重后果。开始工作时，应用手调方式，使砂轮慢些与工件靠近，开始进给量要小，不许用力过猛，防止碰撞砂轮。需要用挡铁控制工作台往复运动时，要根据工件磨削长度，准确调好，将挡铁紧牢。　　更换砂轮时，必须先进行外观检查，是否有外伤，再用木锤或木棒敲击，要求声音清脆确无裂纹。安装砂轮时必须按规定的方法和要求装配，静平衡调试后进行安装，试车，一切正常后，方可使用。　　工人在工作中要戴好防护眼镜，修整砂轮时要平衡地进行，防止撞击。测量工件、调整或擦拭机床都要在停机后进行。用磁力吸盘时，要将盘面、工件擦净、靠紧、吸牢，必要时可加挡铁，防止工件移位或飞出。要注意装好砂轮防护罩或机床挡板，站位要侧过高速旋转砂轮的正面。磨床的日常保养　　磨床要有专人负责保养和使用，定期检修，确保机床处于良好状态。　　1、作业完毕，机件各处，尤其是滑动部位，应擦试干净后上油。　　2、清除建德磨床各部位之研磨屑。　　3、必要之部位，上防锈。　　使用以上磨床保养注意事项　　1、研磨前，请校正砂轮平衡。　　2、必须依工物材质、硬度慎选砂轮。　　3、主轴端与砂轮凸缘应涂薄油膜以防生锈。　　4、请注意主轴旋转方向。　　5、禁止使用空气枪清洁工作物及机器。　　6、请注意钢索是否松动，确实调整。　　7、请注意油窗油路是否顺畅。　　8、油槽内请用Mobil#1405，每3-6个月换一次。(初期宜1-2个月换油一次)　　9、油量调整螺丝调整至适当，是减少，是增加。　　10、吸尘箱，过滤钢，请每周清洁一次。　　11、吸力弱时请检查吸尘管是否有粉屑堵塞。　　12、必须保持吸尘管道清洁，否则会引起燃烧。　　磨床吸盘之保养　　永久磁铸吸盘或电磁吸盘之盘面为工作物研磨精度能否求出之基楚，应妥为维护、保养。若工作物精度差了或盘面有所损伤，盘面必须再研磨，盘面精度合乎要求，才能确保工作物之精度。　　磨床润滑系统之保养润滑油于最初使用一个月以更换，以后每3-6个月后更换一次，油槽下方有泄油栓，可资利用。并请注意，换油时，将槽内部及过滤器一并清洗8、成型磨床电路故障现象1所有电机全部缺一相。2液压泵电动机缺一相。3液压泵电动机缺一相。4控制变压器缺相，控制回路失效。5砂轮升降电动机下降缺一相。6砂轮电动机、冷却泵电动机均缺一相（同一相）。7砂轮电动机缺一相。8砂轮升降电动机缺一相。9液压泵、砂轮冷却、砂轮升降，电磁吸盘均不能控制。10液压泵、砂轮冷却、砂轮升降、电磁吸盘均失效。11液压泵电机不能自锁。12一开电源，液压泵电机就起动。13液压泵电机不启动。14砂轮电机、冷却泵电机及砂轮升降电机均不能启动。15一开电源，砂轮电机和冷却泵电机即被启动。16砂轮电机和冷却泵电机不能启动。.7砂轮上升没有。18砂轮上升没有。19KA继电器不动作，液压泵、砂轮冷却、砂轮升降、电磁吸盘均不能控制。20砂轮下降没有。21电磁吸盘不能充磁和去磁。22电磁吸盘不能充磁。23电磁吸盘不能充磁。24电磁吸盘不能去磁。25整流电路中无直流电，KA继电器不动作。26失磁保护继电器没有直流电，不动作。27电磁吸盘不动作。28电磁吸盘不能去磁。29照明灯不亮。30照明灯始终为点亮状态。三．成型磨床电气控制工艺设计按设计要求设计绘制电器板电器元器件平面图、控制面板电器平面图及相关电气接线图。1)先根据控制系统要求和电气设备的结构，确定电器元器件的总体布局以及控制面板上应安装的电器元件。本系统在成型磨床现场设计安装的电器元件和动力设备有：电动机等。电控箱内电器板上安装的电器元件有：断路器、熔断器、隔离变压器、PLC、接触器、中间继电器、热继电器和端子板等。在控制面板上设计安装的电器元件有：控制按钮、旋钮开关、各色指示灯等。2)依据用户要求满足操作方便、美观大方、布局均匀对称等设计原则，绘制电控箱电器板元件布置图、电器面板元件布置图，如图1-6～图1-7所示。进出引线采用接线端子板连接，接线图略。3)依据电器元件布置图及电器元器件的外形尺寸、安装尺寸，绘制电器板（绝缘板、镀锌铁板或架）、控制面板（有机玻璃板、铝板或铁板等）、垫板（有机械强度的绝缘板或镀锌板）等零部件加工图。图中应注明外形尺寸、安装孔径、定位尺寸与公差、板材厚度以及加工要求等。本设计所涉及的钣金加工技术图从略。4)依据电器安装板、控制面板尺寸设计电控箱，绘制电控箱安装图。本设计从略。至此，基本完成了成型磨床系统要求的电气控制原理设计和工艺设计任务。划分组件的原则是：(1)把功能类似的元件组合在一起；(2)尽可能减少组件之间的连线数量，同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中；(3)让强弱电控制器分离，以减少干扰；(4)为力求整齐美观，可把外形尺寸、重量相近的电器组合在一起；(5)为便于检查与调试，把需经常调节、维护和易损元件组合在一起。3电器元件布置图的设计与绘制电气元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合。电器元件布置图的设计依据是部件原理图、组件的划分情况等。设计时应遵循以下原则：(1)同一组件中电器元件的布置应注意将体积大和较重的电器元件安装在电器板的下面，而发热元件应安装在电气箱(柜)的上部或后部，但热继电器宜放在其下部，因为热继电器的出线端直接与电动机相连便于出线，而其进线端与接触器直接相连接，便于接线并使走线最短，且宜于散热；(2)强电弱电分开并注意屏蔽，防止外界干扰；(3)需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低，人力操作开关及需经常监视的仪表的安装位置应符合人体工程学原理；(4)电器元件的布置应考虑安全间隙，并做到整齐、美观、对称，外形尺寸与结构类似的电器可安放在一起，以利加工、安装和配线。若采用行线槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利布线和维护图11-7电控箱电器面板元件布置图图11-8电控箱电器板元件布置图控制表总电路急停SB1-油泵电动机的控制位置开启停止SB2-SB3+砂轮电动机的控制位置开启停止SB4-SB5+磨头电动机的控制位置上升停止下降SB2+-SB3-+电磁吸盘的控制位置充磁去磁SB2+SB3+四．课程设计小结经过一周的设计圆满的完成了这次课程设计，本次课程设计让我受益匪浅。我的课程设计题目是成型磨床电气控制系统的设计，随着科技的发展电气自动化控制将会发展越来越迅速，电气控制更是为工业生产发展提供了一条便捷通道。我的课程设计必须结合机电传动、电气控制等的知识来设计。课程设计的前几天，我充分的搜寻各种有用资料，参考书，为这次课程设计顺利完成做好了准备。设计过程中让我对前段时间学习的机电传动控制与可控制编程等学科有了更进一步的认识。我们经过了金工实习对磨床的结构及运动形式早已了解，通过查阅资料我了解了磨床的电力拖动与电气控制要求，对元器件的选择也有了了解。但是我们学习的都是课本上的知识，不能得心应手，必须反复推敲。这次课程设计让我们有了对工厂电气控制设备有了一定的了解，我们必须把理论与实践结合起来解决我们遇到的问题，只有这样我们才能不断的发现问题解决问题。本次课程设计遇到的最大问题是电气控制电路与绘制各个工艺图，我采用的是ＣＡＤ做图，无形中让我对ＣＡＤ知识也有了进一步的加深。电气控制电路设计让我对电器元件的选型。我这次设计的成型磨床控制电路涉及到能耗制动电路，电机正反转电路，短路保护，过载保护电路等电路，绘制电控箱电器板元件布置图等设计，经过自己一步一步的努力克服各种难题，是我的课程设计终于完成了，看到自己的作品呈现在自己面前心中充满喜悦之情。课程设计给了我发挥的场地，让我掌握了机床电气控制与PLC编程的应用技术，让我再一次的把学习到的理论知识运用到实践中去，从实践中反馈回来了新的知识将是我今后进一步努力征服的目标！四．指导书：电气控制课程设计指导书五．设计参考资料方承远主编.工厂电气控制技术.北京：机械工业出版社，2000郑忍主编.新编工厂电气设备手册.　北京：中国水利水电出版社白公主编.怎样阅读电气工程图.　北京：机械工业出版社