1、機床電氣控制技術課程設計報告設計課題: 一臺普通臥式車床的plc控制系統設計 姓 名: 學 院: 經 濟 技 術 學 院 專 業: 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化 班 級: 四 班 學 號: 日 期 2015年6月22日2015年6月28日 指導教師: 目錄一、設計要求二、普通臥式車床控制簡介1 plc控制線路設計2. 電氣控制線路特點三、系統的硬件設計1. 確定電動機2. 控制要求3. 確定i/o設備4. plc的選擇5. 分配i/o6電器元件選擇四、plc對普通臥式車床的工作原理1. 主電動機正反轉控制2. 主電動機電動控制3. 主電動機電動停止和反接制動4. 主電動機反接制動

2、5. 主電路工作電流監視6. 冷卻及快速電動機控制五、臥式車床電氣控制主回路圖六、安裝般電器元件平面布置七、控制面板按鈕、行程開關平面布置圖八、車床控制系統plc外部接線圖九、車床控制系統plc梯形圖十、 電器元件一覽表十一、參考文獻一 設計要求一主要參數和拖動控制要求：1、 最大車削工件外圓直徑為450mm。2、 要求主拖動電動機直接起動，點動串電阻，正反轉動。3、 要求切削時提供冷卻液。4、 刀架可以有電動機拖動快速移動。5、 必要的照明、信號指示。一普通臥式車床控制簡介一 、plc控制線路設計1. 主電路設計 根據設計要求，需要使用三個電動機m1、m2、m3。機床的三相電源由電源引入開關

3、q引入。主電動機m1的過載保護，由熱繼電器fr1實現，它的短路保護可由機床的前一級配電箱中的熔斷器充任。冷卻泵電動機m2的過載保護，由熱繼電器fr4實現。快速移動電動機m3由于是短時工作，不設過載保護。電動機m2、m3設有短路保護熔斷器fu5。2. 控制電路設計考慮到操作方便，主電動機m1可在操作板上和刀架上分別設起動和停止按鈕sb1、sb2、sb3、sb4進行操縱，接觸器與控制按鈕組成自鎖的起停控制電路。冷卻泵電動機m2由sb5、sb6進行起停操作，裝在操作板上。快速電動機m3工作時間短，為了操作靈活由按鈕sb7與接觸器組成點動控制電路。3. 信號指示與照明電路設計可設電源指示燈hl2（綠色

4、），在電源開關q接通后，立即發光顯示，表示機床電氣線路已處于供電狀態；設指示燈hl1（紅色）表示主電動機運行。這兩個指示燈可由接觸器的動合和動斷兩對輔助觸點進行切換通電顯示。在操作面板上設有交流電流表a，它串聯在電動機主回路中，用以指示機床的工作電流。這樣可根據電動機工作情況調整切削用量使主電動機盡量滿載運行，提高生產率，并能提高電動機功率因數。設照明燈hl為安全照明（36v安全電壓）。4. 控制電路電源。考慮安全可靠及滿足照明指示燈的要求，控制線路的電壓為127v，照明電壓為36v，指示燈電壓為6.3v。二 、電氣控制線路的特點（1）主軸正反轉用正反向接觸器進行控制（2）主電機不經常啟動，所

5、以采用直接啟動（3）為了對刀和工件進行調整，主軸電動機控制線路設置有電動環節（4）為了調高工作效率，主軸電動機采用反接制動，在反接制動時，為減小制動電流，定子回路串入限流電阻r，在點動時，r葉串入定子回路，防止頻繁點動時使主電動機過熱（5）未檢測主軸電動機定子大電流，通過電流互感器介入電流表。為防止主軸電動機的啟動電流以及反接制動電流對電流表造成沖擊，在主軸電動機啟動和反接制動時，與電流表并聯一個時間繼電器的通電延時打開的常閉觸電（6）加工螺紋時，為了保證工件的旋轉速度與刀具的進給速度間的嚴格傳動比關系，刀架的進給運動也由主軸電動機拖動（7）為了減輕工人的勞動強度和節省輔助工時，專門設計了一臺

6、2.2kw的電動機拖動溜板箱快速運動（8）加工時為了防止刀具和工件的溫度過高，用一臺電動機驅動的冷卻泵供給切削液實現冷卻。冷卻泵電動機在主軸電動機開動后方可起動旋轉。 二. 系統硬件設計一 確定電動機 我國機床制造廠對不同類型機床目前采用的主電動機容量的統計分析公式如下：車 床：p = 36.5 d1.54 單位為 kw。 （4-1）d 車削最大工件直徑 單位為 m 。立式車床： p = 20 d0.88 單位為kw。 （4-2）d 車削最大工件直徑 單位為 m 。搖臂鉆床：p = 0.0646 d1.10 單位為 kw。 （4-3）d 最大鉆孔直徑 單位為 mm 。臥式鏜床：p = 0.00

7、4 d1.7 單位為 kw。 （4-4）d 鏜桿直徑 單位為 mm 。 龍門刨床：p = d1.16 /1.66 單位為 kw。 （4-5） b 工作臺寬度 單位為 mm 。按上式結果，選用稍大于或等于計算值的標準容量電動機。根據上式4-1和設計要求可算出p=10.7kw。查表得可選電動機p=11kw。對于機床，當主運動和進給運動由同一電動機驅動時，可依主運動電動機功率選擇。若進給運動由單獨電動機并驅動快速移動時，電動機功率由快速移動來選擇，而快速移動所需要的功率，一般由經驗數據來選擇。下表列出了其經驗數據值。機 床 型 號運動部件移動速度值（v/min）所需電動機功率值(kw) dm= 40

8、0mm普通車床dm= 600mm dm= 1000mm溜 板6946340.61.00.81.23.2根據上表和y系列三相異步電動機技術表選進給電動機容量p=2.2kw,冷卻電動機所需容量很小故選容量1.5kw。二 深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求 a被控對象就是受控的機械、電氣設備、生產線或生產過程。 b控制要求主要指控制的基本方式、應完成的動作、自動工作循環的組成、必要的保護和聯鎖等。對較復雜的控制任務分成幾個獨立的部分，有利于編成和測試。三 確定i/o設備根據被控對象對plc控制系統的功能要求，確定系統所需的用戶輸入設備、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感

9、器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。四 選擇合適的plc類型plc類型，包括機型容量的選擇、i/o模塊的選擇、電源模塊的選擇等，從對產品的熟程度及產品本身的可靠性及改造的要求，我們選擇三菱系列的產品。（1）輸入輸出(i/0)點數的估算i/o點數的確定應以控制設備所需的所有輸入/輸出點數總和為依據。在一般情況下，plc 的i/o點應該有適當的余量。通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。根據設計該普通臥式車床所需的輸入點數為：14點；所需的輸出點數為10點；所需i/o點數一共需要：24點 臥式車床的plc的i/o的端口分配輸入端

10、口輸出端口i0.0sb3變頻器和主軸電動機停止按鈕q0.0主軸電動機交流接觸器kmi0.1sb4變頻器和主軸電動機啟動按鈕q0.1 冷卻泵繼電器ka1i0.2sa4冷卻泵電動機啟停開關q0.2刀架快移電動機繼電器ka2i0.3sb5刀架快移電動機電動按鈕q0.3未用i0.4 bc變頻器異常檢測 q0.4plc電源指示燈i0.5 fr1主軸電動機過載保護檢測q0.5 故障指示燈hl3i0.6 fr2冷卻泵過載檢測保護q0.6故障指示燈hl4i0.7 km主軸接觸器檢測q0.7未用i1.0 ka1冷卻泵繼電器檢測q1.0 未用i1.1 ka2刀架快移繼電器檢測q1.1 未用i1.2未用i1.3未用

11、 i1.4 未用 i1.5 未用（2）plc存儲器容量的估算程序容量是存儲器中用戶程序所使用的存儲單元的大小，因此存儲器容量應大于程序容量。容量的計算大體上是按數字量i/o點數的1015倍，加上模擬i/o點數的100倍，以此數為內存的總字數(16位為一個字)，另外再按此數的25%考慮余量。該plc有24點且為數字量，則所需的存儲容量估算為：24*15*（1+25%）=450 （字）450*16/1024=7.3kb 取整： 8kb（3）lc通訊功能的選擇該plc需要滿足的通訊功能沒有特殊的要求。（4）電源的選擇根據我國的電網用電實用標準，我們選擇電源為ac220的plc（5）plc機型的選擇p

12、lc的類型：plc按結構分為整體型和模塊型兩類;整體型plc的i/0點數較少且相對固定，因此用戶選擇的余地較小，通常用于小型控制系統。在這里，根據控制系統的要求，與以上分析與計算，我們選擇三菱fr系列的整體型plc，型號為：fr-e740-11k 輸入點： 24，24 繼電器輸出五 分配i/o一般輸入點和輸入信號，輸出點和控制信號是一一對應的。分配好后，按系統分配的通道和接點號，分配給每一個輸入輸出信號，即進行編號。在個別情況下也有兩個信號用一個輸入點的那樣就應在接入輸入點前，岸邏輯關系接好線（如兩個接點先串聯或并聯），然后在接入輸入點。六 選擇電氣元件1. 電源引入開關q。q主要作為電源隔離

13、開關用，并不用它來直接啟停電動機，可按電動機額定電流來選。中、小型機床常用組合開關，選用hz10-25/3型，額定電流為25a，為三極組合開關。2. 熱繼電器fr1、fr2。主電動機m1額定電流為23a，fr1應選用jr040型熱繼電器，熱元件電流為25a，整定電流調節范圍為1625a，工作時將額定電流調整為23a。同理，fr2應選用jr10-10型熱繼電器，選用1號元件，整定電流調節范圍是0.400.64a，整定在0.43a。3. 熔斷器fu1、fu2、fu3。fu1是對m1電動機進行保護的熔斷器，其熔體電流為可選用rl1-15型熔斷器，配10a的熔體。fu2、fu3、 fu4、fu5選用r

14、l1-15型熔斷器，配2a的熔體。4. 接觸器km1、km2、km3、km4、km5。接觸器km1、km2、km3，根據主電動機1m的額定電流in=23a，控制回路電源為127v，需主觸點三對，動合輔助觸點兩對，動斷輔助觸點一對等情況，選用cj10-40型接觸器，電磁線圈電壓為127v。由于m2、m3電動機額定電流很小，km4、km5可選用jz7-44型交流中間繼電器，其線圈電壓為127v，觸點電流為5a，可完全滿足要求，對小容量的電動機常用中間繼電器充任接觸器。三. plc對普通臥式車床的工作原理一、主電動機正反轉控制 1.正轉控制 按下主電機正轉按鈕sb2，第6支路x2閉合，由于x3、m1

15、02均未動作，所以m101通電并通過第7支路的m101自鎖。引起以下3個結果：第8支路m101閉合，t1開始0.5s計時；第12支路m101輔助常閉觸頭斷開，使反轉起動輔助繼電器m102斷電，實現正轉與反轉的互鎖。 第17支路的m101閉合，y2通電，主電路中km3吸合，使串電阻r短接。 當第8支路t1延時0.5s到達后，導致第9支路t1閉合，因第9支路的y1處于閉合狀態，所以y0通電；敬第15支路的y0斷開，主電路中主觸頭km1閉合。電動機m1正向起動運行。 2.t1的延時作用 t1延時0.5s確保了主電路中km3先吸合，使串電阻r短接，然后再接通m1正轉控制主觸頭km1；否則，接觸器km1

16、、km3接通的指令幾乎同時從plc控制軟件中發出，可能導致km1先接通、km3后接通，串電阻r不能先短接。 電動機m1起動后，轉速上升，當轉速升至100r/min時，速度繼電器的正轉觸頭ks1閉合，第22支路的x11閉合，為正轉反接制動作好準備。 3.反轉控制及t2延時 按下sb3，電動機m1將反向起動運行，通過t2延時0.5s的作用確保主電路中km3先吸合，使串電阻r短接，然后再接通m1反轉主觸頭km2。二、主電動機點動控制按下正轉點動按鈕sb1，第2支路和第5支路的x1均閉合，通過第2支路的x1使第1支路的m103通電，并通過第3支路的m103自鎖。同時第22支路的m103也閉合，為t3通

17、電作好準備。 車床一旦上電，第5支路的m110立即閉合，此時因本支路中的x1閉合，所以m100通電，使第10支路m100閉合，第9支路y0通電，第22支路的常閉輔助觸頭y0斷開。 車床電氣控制主電路中因第9支路y0通電，接觸器主觸頭km1吸合，主電動機m1正轉起動升速，轉速大于100r/min后，速度繼電器的正轉觸頭ks1保持閉合。同時第22支路的x11閉合，為反接制動作好準備。三、點動停止和反接制動 1.m1斷電降速 松開正轉點動按鈕sb1，第2支路和第5支路的x1均斷開，第5支路的m100斷電，第10支路的m100隨即斷開，第9支路y0斷電，第22支路的y0觸頭閉合。導致主電路中主觸頭km

18、1斷開，主電動機m1斷電降速運轉。 2.m1反接制動 由于降速初期，速度繼電器觸頭ks1處在閉合狀態，所以第22支路中的x11閉合，加之本支路的y0觸頭閉合，所以t3通電，開始延時。 t3延時到達后，第16支路的t3觸頭閉合，導致第15支路y1通電，主電路中主觸頭km2吸合，主電動機m1反接制動。 3.反接制動結束 轉速降到低于100r/min時，速度繼電器的正轉觸頭ks1斷開，第22支路的x11斷開，使t3斷電，第16支路的t3觸頭斷開，第15支路的y1隨之斷電。 主電路中km3主觸頭斷開，反接制動結束，主電動機m1停轉。 4.t3的延時作用 t3延時0.5s的作用是確保先斷開km1，再接通

19、km2；否則km2先于km1斷開前接通，將導致主電動機m1繞組燒損。四、主電動機反接制動 1.主電動機斷電 按下停止按鈕sb，第4支路x0斷開，m110斷電，使第5支路的常開觸頭m110斷開，不再執行mc至mcr之間的主控電路，第9支路的y0因之斷電。 主電路中km1斷開，主電動機m1斷電降速，但只要主電動機m1轉速大于100r/min，速度繼電器的正轉觸頭ks1仍閉合，而第1支路的m103因自鎖而通電。 按下停上按鈕sb會使第9支路的常閉輔助觸頭x0斷開，y0斷電，電氣控制主電路中受y0控制的主觸頭km1將斷開。 2.進入反接制動狀態 松開停止按鈕sb，使sb由按下狀態切換成未按下狀態，則第

20、4支路x0恢復閉合，m110通電，第5支路的m110閉合，接通并執行mc至mcr之間的主控電路。 第1支路中的常閉輔助觸頭x0也恢復閉合，所以m103通電，此時第22支路的m103保持閉合。由于主電動機m1轉速大于100r/min，ks1處于閉合狀態，第22支路的x11保持閉合，導致t3通電，計時開始。 當t3計時時間到達后，第16支路的t3閉合，使第15支路的y1通電，主電路中km2閉合，電動機m1進入反接制動狀態，主電動機m1迅速降速。 3.t3延時的作用 t3延時0.5s作用體現在電氣控制主電路中，km1主觸頭先斷開，0.5s后km2主觸頭再閉合，杜絕了km1與km2瞬時的同時接通狀態，

21、有助于避免電動機繞組燒損。 4.m1停轉 當主電動機m1降速至100r/min以下時，速度繼電器的正轉觸頭ks1斷開，使22支路的x11斷開，t3失電，導致第16支路的t3斷開，y1斷電，主電路中km2斷開，反接制動結束，主電動機m1停轉。 5.反轉停止進入反接制動 若起動時按下sb3，主電路中主觸頭km3、km2間隔0.5s先后接通，電動機m1將反向起動運行。之后松開停止按鈕sb，將進入反轉停止反接制動過程。五、主電路工作電流監視 主電動機正反轉起動過程中，因輔助繼電器m101、m102中必有一個通電，所以第19支路的t5通電，10s計時開始。計時到達后，第21支路的t5閉合，導致y5通電，

22、主電路中的常閉觸頭kt斷開，交流電流表a進行工作電流監視，從而使a避開較大的起動工作電流。六、冷卻及快速電動機控制 冷卻泵電動機m2、快速移動電動機m3均為單向運轉，控制較為簡單。當按下冷卻泵電動機起動按鈕sb5時，第25支路的x5閉合，y3通電并自鎖，冷卻泵電動機m2起動；而按下停止按鈕sb4時，第25支路的x4斷開，y3斷電，冷卻泵電動機m2斷電停轉。 按下限位開關sq，第27支路的x6閉合，y4通電，快移電動機m3起動；松開限位開關sq，快移電動機m3斷電停轉電器元件一覽表符號數量名稱及用途m11主傳動交流電動機m21冷卻泵交流電動機m31快速移動交流電動機km1短路限流電阻交流接觸器k

23、m11冷卻泵交流電動機啟停交流接觸器km21快速移動交流電動機交流接觸器km31主軸電動機正轉交流接觸器km41主軸電動機反轉交流接觸器kt11電流表時間繼電器ka1軸電動機啟停反接制動中間繼電器sq11快速移動電動機啟停限位開關fr11主軸電動機過載保護繼電器fr21冷卻泵電動機過載保護繼電器sb1 sb51冷卻電動機停止按鈕sb21主軸電動機反接啟動按鈕sb11冷卻電動機啟動按鈕sb41反接制動按鈕sb51冷卻電動機停止按鈕sb41反接制動按鈕sb61冷卻電動機電動按鈕符號數量名稱及用途fu11主軸電動機短路保護熔斷器fu21冷卻泵電動機短路保護熔斷器fu31照明電路短路保護熔斷器fu4 fu51控制電路短路保護斷路器el1照明ks11主軸電動機反轉反接制動速度繼電器ks21主軸電動機正轉反接制動速度繼電器a1監視電流表r1啟動與反接制動限流電阻參考文獻1 武可庚編著. 機械設備控制技術. 高等教育出版社,2002 ：125-1302 范永勝，王珉編著.電氣控制與plc應用. 中國電力出版社,2001：76-803 方承遠編著. 工廠電氣控制技術. 機械工業出版社,2003 ：102-120 4 許廖編著. 工