1、目錄一、 任務書 3二、 正文 7 1. 概述 7 1.1機電傳動控制概述 71.2課程設計 82. 總體設計 8 2.1 控制要求的分析 82.2液壓控制回路中電磁閥被控邏輯表達式 9(1 電機控制回路 10(1 電動機的選型 13(2 熔斷器的選型 14(3 熱繼電器的選型 14(4 交流接觸器、中間繼電器與時間繼電器的選型 14(5 照明與顯示燈的選型 15(6 變壓器的選型 15(7 按鈕及刀開關的選型 15三、 小結 16四、 參考文獻 16五、 附錄 17 附表 1:元器件選型明細表 17 附圖 1:原理圖 18 附圖 2:接線圖 19一. 任務書20102011學年第 1學期課程

2、設計任務書 A 、課程設計目的本課程是機械制造及自動化專業的專業必修課。 課程設計的目的和任務在于使學生掌握 機械設備電器控制的基本知識、基本原理和基本方法 , 以培養學生對電氣控制系統的分析和 設計的基本能力。 加深學生對課程內容的理解, 驗證理論和鞏固、 擴大所學的基本理論知識。 B 、課程設計內容 (含技術指標(一 機床概況:本機為專用千斤頂油缸兩端面鉆孔加工的組合機床, 采用裝在動力滑臺上的左、 右兩個 動力頭(電機均為 1.5KW 同時進行切削。動力頭的快進、工進及快退均由液壓油缸驅動。 液壓系統采用兩位四通電磁閥進行控制,并用死擋鐵方法實現位置控制。動作程序如下: (1 零件定位。

3、人工將零件裝入夾具后,采用定位油缸動力定位以保證零件的加工 尺寸;(2 零件夾緊。零件定位后,夾緊油缸動作使零件固定在夾具內,同時定位油缸退 出以保證滑臺入位;(3 滑臺入位。滑臺帶動夾具一起快速進入加工位置;(4 加工零件。左右動力頭進行兩端面切削加工,動力頭到達加工終點,即停止工 進,快速退回原位,動力頭停轉并能耗制動;(5 滑臺復位。左右動力頭退回原位后滑臺復位;(6 夾具松開。當滑臺復位后夾具松開,取出零件。液壓系統的油泵電機 370W ,由電磁閥(YV1-YV5控制,其動作表如下: 全自動雙面鉆工作原理 全自動雙面鉆液壓系統圖(二 設計要求:1. 動力頭為單向運轉,停車采用能耗制動;

4、2. 只有在油泵工作, 油壓達到一定的壓力后 (由油壓繼電器控制 才能進行其它控制;3. 專用機床能進行半自動循環,又能對各個動作單獨進行調整;4. 需要一套局部照明裝置以及工作狀態指示燈;5. 有必要的過電流保護和聯鎖;6. 鉆孔過程中需用冷卻泵進行冷卻,冷卻泵電動機功率為 0.125kw ;7. 繪制電氣原理圖 (A3;8. 列出元件明細表;9. 繪制電氣接線圖 (A3;(三 設計步驟1. 電動機的選擇:根據設計要求需配備 4臺電動機, 油泵電機 M1, 冷卻泵電動機 M2, 動力頭電動機 M3、 M4。根據設計要求查閱相關手冊選擇電機型號,注明所查閱的手冊的名稱、頁碼。2. 繪制工步循環

5、圖:根據系統的動作狀態表繪制工步循環圖。3. 電氣原理圖的設計(要求有詳細的分析過程 :(1 主電路設計(2 控制電源的設計(3 控制電路的設計(根據設計要求列出各執行電器的邏輯表達式(4 局部照明與信號指示電路的設計(5 機床工作原理分析4. 電氣元件型號的選擇:(1 電源開關的選擇(2 熱繼電器的選擇(3 接觸器的選擇(4 繼電器的選擇(5 行程開關的選擇(6 熔斷器的選擇(7 按鈕的選擇(8 照明燈及燈開關的選擇(9 指示燈的選擇(10 控制變壓器的選擇5. 電氣接線圖的繪制:(1 電器元件按外形繪制,并與布置圖一致,偏差不要太大(2 所有電器元件及其引線應標注與電氣原理圖相一致的文字符

6、號及接線回路標號(3 接線圖中應標出配線用的各種導線的型號、規格、截面積及顏色等。C 、進度安排周一 熟悉課程設計任務、計劃周二 構思設計方案、邏輯設計法原理介紹周三 電機控制原理分析,主電路原理圖設計周四 電氣工作過程表、中間繼電器、執行電器邏輯表達式周五 控制電路原理圖設計第 2周周一 線路圖元件選用說明及元件明細表說明、元件布置設計周二 面板及控制柜接線圖設計周三 接線總圖設計周四 設計說明書編寫及課程設計小結周五 課程設計答辯D 、基本要求通過本課程設計的實驗教學有計劃的培養和訓練,應達到以下諸方面的要求。1. 培養學生具有一定的實踐技能,樹立實事求是的思想和嚴謹的科學作風。2. 能正

7、確設計電氣控制線路原理圖。3. 能正確選擇常用低壓電氣元件。4. 掌握可編程控制系統的設計方法。5. 能獨立的完成課程設計,提高分析問題和解決問題的能力。機電教研室 2010年 11月 20日二. 正文1. 概述1.1 機電傳動控制概述機電傳動(又稱電力傳動或電力拖動是指以電動機為原動機驅動生產機械的系統之總稱。它的目的是將電能轉變為機械能,實現生產機械的啟動、停止以及速度調節,滿足各種生產工藝過程的要求,保證生產過程正常運行。在現代工業中,為了實現生產過程自動化的要求,機電傳動不僅包括拖動生產機械的電動機,而且包括控制電動機的一整套控制系統。也就是說,現代機電傳動是和由各種控制元件組成的自動

8、控制系統緊密地聯系在一起的,所以,本課程被命名為機電傳動控制(也稱為機械電氣控制。從現代化生產的要求出發,機電傳動控制系統所要完成的任務,從廣義上講,就是要使生產機械設備、生產線、車間甚至整個工廠都實現自動化;從狹義上講,則專指控制電機驅動生產機械,實現產品數量的增加、產品質量的提高、生產成本的降低工人勞動條件的改善以及能源的合理利用。例如,一些精密機床要求加工精度達百分之幾毫米,甚至幾微米;重型鏜床為保證加工精度和控制表面粗糙度,要求能在極慢的穩速下進給,即要求能在很寬的范圍內調速;軋鋼車間的可逆式軋機及其輔助操作頻繁,要求在不到一秒的時間內疚能完成從正轉到反轉的過程,即要求能迅速地啟動、制

9、動和反轉;對于電梯和提升機,要求啟動和制動平穩,能并能準確地停止在給定的位置上;對于冷、熱連軋機以及造紙機的各機架或各部分,要求它們的轉速保持一定的比例關系,以便進行協調運轉;為了提高效率,要求對由數臺或數十臺設別組成的生產自動線實行統一控制和管理。諸如此類要求,都是靠電動機及其控制系統和機械傳動裝置來實現的。在近代機械工業的發展過程中,機電傳動的發展,經歷了一個復雜的過程:(1 電機的拖動的發展過程如下:(2 控制系統的發展過程如下:由整個發展過程,不難看出,隨著機械加工要求不斷提高,機電傳動控制系統的復雜度也在不斷增加。本課程的重點在與控制部分,如何利用電氣元件或成組拖動 多電機拖動(不同

10、機構由單獨電機拖動單電機拖動 繼電器控制 接觸器控制 電機放大機控制 磁放大器控制電力功率晶體管控制 計算機數字控制(PLC 計算機控制電氣來拖動機械實現所要求的功能。在設計控制系統時,就要求設計人員對執行元件(電動機、控制元件的熟練掌握與運用,同時也要求對控要求進行了解。1.2課程設計在本次課程設計中,我們完成的是“全自動雙面鉆床控制系統”的設計任務。此次課程設計的目的旨在學會利用電氣元件(繼電器接觸器的控制方法,故在整個設計過程中,要求使用的元件為傳統控制系統中的繼電器、接觸器來實現鉆床的全自動工作過程。另外,在本次課程設計中,我們還應學會如何設計主回路、控制回路以及輔助回路(照明與顯示。

11、同時,在回路的總體連接上,要熟悉設計的技巧;在液壓控制回路的設計中,要學會利用“起保停”電路來實現液壓系統的控制。通過本次課程設計,除了復習掌握已學過的電氣知識外,還應熟悉控制系統的設計流程與設計方法,從而增加自己的閱歷,提高自己的工作能力。2.總體設計2.1 控制要求的分析任務書中的控制要求有以下幾點:(1動力頭位單向運轉,停車采用能耗制動;(2只有在油泵工作,油壓達到一定壓力后(由油壓繼電器控制才能進行其他的控制;(3專業機床能進行半自動循環,又能各個動作單獨進行調整;(4需要一套局部照明裝置以及工作狀態指示燈;(5有必要地過電流保護和連鎖;(6鉆孔過程中需用冷卻泵進行冷卻,冷卻泵電動機功

12、率為0.125kW。由上述控制要求,可分析出以下幾點:(1在主回路中僅需對電機的啟停進行控制和對動力頭電機進行能耗制動的設計,不需控制正反轉;(2在液壓回路的液壓泵附近處應添加壓力繼電器,并在液壓控制回路的首端加入該壓力繼電器的常開觸點,以實現滿足油壓后才能進行其他控制的要求;(3對于機床的半自動循環,可以采用起保停電路來實現,而對于各個動作的單獨調整則可在控制首端加入萬能轉換開關,并對各個動作設置手動按鈕來實現該控制要求;(4控制回路中可添加輔助回路,以控制照明和顯示功能;(5在每個電動機的連接處,均接入一個適合的熱繼電器,以實現過熱保護,在主回路中各個支路與主電源相連接處均接入一個適合的熔

13、斷器,以實現過流保護(短路保護,而在控制回路與變壓器相連處也應接入適合的熔斷器,同樣實現過流保護;(6增選一個冷卻泵,并接入主回路,在控制回路中加設一支路,通過按鈕控制冷卻泵的啟停。2.2 液壓控制回路中電磁閥被控邏輯表達式據分析,電磁閥被控邏輯表達式如下:YV1=(KA1+SB1YJ1YV2=(KA2+YJ1(SQ3+AQ6YV3=(KA3+YJ2SQ2SQ4YV4=(KA4+SQ1+SQ5SQ2SQ4YV5=(KA5+SQ2+SQ4SQ3SQ63. 局部設計在局部設計中,我們主要完成三部分內容:原理圖、設計元器件選型、接線圖的設計。這三部分內容是整個設計的核心部分,通過這部分,我們得出了整

14、個設計的結果:兩張A3圖紙,一張元器件明細表。(見附錄3.1 原理圖在原理圖的設計部分,我們將其分為3大模塊進行分工設計。其中包括有主電路模塊的設計、控制電路模塊的設計與輔助電路模塊的設計三部分。而在控制電路模塊中,我們將其又分為電機控制電路與液壓控制回路兩部分。輔助回路中主要包括有照明與顯示電路部分。主電路的設計中主要應滿足一下幾點要求:(7 動力頭電機應實現能耗制動;(8 動力頭電機、液泵電機、冷卻泵電機三者應分開接向主電源,并由不同的接觸器控制;(9 三種電機君應實現短路保護(過流保護與 過熱保護;(10電源處應有一個總閘控制電源的關斷。對于要求(1,我們將左右動力頭的兩電機接在同一個接

15、觸器上進行控制,然后在接觸器的首位接上一個可控的直流電源(由變壓器和整流橋組成來實現。對于要求(2,我們選用三個接觸器來控制三種不同功率的電動機,并分開三個回路來控制即可。對于要求(3,我們選用合適的熔斷器,在三個回路接向電源出接上相應的熔斷器來實現短路保護;再選用合適的熱繼電器,在接向電動機處接如相應熱繼電器來實現過熱保護。對于要求(4,我們在電源處,添加一個刀開關QS 即可。具體電路圖如下: 圖1. 主回路電路設計圖在控制回路中,主要有兩部分:電機控制回路與液壓控制回路。這兩部分均應接向110V交流電壓,故該回路與主回路相連接時,應將主電源的L1、L2相接如變壓器來降壓,以提供110V的兩

16、相交流電。(1電機控制回路在控制電機時,為滿足動力頭電機的能耗制動,我們利用時間繼電器來控制直流電源的延時斷開。在三種電機的啟停控制上,我們利用接觸器的“起保停”電路來控制,我們分別加入啟停按鈕。而在動力頭電機的停止上,我們利用聯動開關來控制,以其常閉觸點為停止,常開觸點為直流電源的接入。這樣,保證了動力頭電機的停止,同時也接入了能耗制動。另外,我們在主電路的最后加上了一個急停回路,利用接觸器KM0與刀開QS0關來控制。同時,在控制回路的起始端接入接觸器KM0的常閉觸點,來實現急停功能。具體電路圖如下: 圖2. 電機控制回路設計圖(2液壓控制回路在液壓控制回路中,應分為自動控制和手動控制兩部分

17、。在自動控制中,主要由行程開關(SQ1到SQ6、壓力繼電器(YJ1與YJ2和按鈕SB1來共同控制電磁閥(YV1到YV5來實現整個動作。其動作表如下:YV1 YV2 YV3 YV4 YV5定位(SB1+ - - - -夾緊(YJ1+ + - - -入位(YJ2- + + - -工進(SQ1SQ5- + + + -退位(SQ2SQ4- + - - +復位(SQ3SQ6- - - - -表1. 液壓回路電磁閥被控一覽表由上表可知,在設計液壓控制回路時,可以直接利用起保停電路直接控制電磁閥的動作。在表中,每一列以第一個“+”為該電磁閥的得電信號,而以連續“+”后的第一個“-”為失電信號。但應該注意的是

18、行程開關的串并聯關系:在夾緊動作時(YV2,若要使其失電,則應兩動力頭均達復位位置才可松開,故此時SQ3與SQ6應為并聯關系;在工進或退位時(YV4、YV5,若要使其得電,則只要有一個行程開關的信號,則應該立即動作,故SQ1與SQ5或SQ2與SQ4應為并聯關系;在要求入位、工進或退位(YV3、YV4、YV5的停止信號時,必須兩個行程開關均有信號才可失電,故此時SQ2與SQ4或SQ3與SQ6應為串聯關系。在手動控制中,我們利用萬能選擇開關來控制自動與手動的轉換。另外,在控制電磁閥(YV1到YV5的電路上,我們直接設計5個按鈕(SB2到SB6來實現手動調節。在萬能轉換開關與110V交流電源連接的部

19、分,我們增加一盒壓力繼電器YJ0,以實現在液壓回路中達到一定壓力才進行控制動作的要求。具體電路圖如下: 圖3. 液壓控制回路設計圖在輔助回路中,主要包含有照明燈的控制與顯示燈的控制。照明燈所需電源為24V交流電,而顯示燈所需電源為6V交流電。故將它們分別有變壓器TC 的不同變壓接口引出即可。照明燈應與總電源開關相同時亮滅,故在電源刀開關QS選型的時候應選擇有三個主觸點并帶有一對常開常閉輔助觸點的刀開關,并將照明燈的控制接入刀開關QS的輔助常開觸點。在本設計中,我們共設置了3個指示燈(HL1、HL2、HL3,分別為啟動、工進與急停。故它們分別由交流接觸器KM1、KM3、KM0的輔助常開觸點來控制

20、。另外,在控制回路的起始端(即由變壓器TC引出的3端110V、24V、6V應設置短路保護。故在該處分別接上相合適的熔斷器。具體電路圖如下: 圖4. 輔助回路(照明與顯示設計圖3.2接線圖在接線圖的設計上,我們首先對箱體內元器件進行排版:第一排為總閘、變壓器與熔斷器;第二排為時間繼電器、交流接觸器;第三排為急停閘、整流橋與熱繼電器;第四排為中間繼電器。總共4排,并在每排間安排走線槽,便于安裝與維修。然后,我們在箱蓋上按功能將按鈕與指示燈排列出來。另外對于放置在其他設備上的器件,我們也一同畫在了接線圖的左端。在以上兩部分的中間,我們選用一個接線端子來將其進行連接。該接線端子的作用主要是將電柜箱體內

21、的線走出來,防止因導線雜亂而造成的事故發生。在接線圖的下部分,放置了萬能轉換開關與接地銅板,它同樣是放在箱體內部的。這樣排版是為了方便接線工人識圖。最后我們將原理圖中各線編號,以該編號對應在接線圖上進行連線。另外,在萬能轉換開關的編號中,由于該開關有外線與內線之分,故我們以4位數將其編號,前兩位為外線號,后兩位為內線號。3.3元件選型(1電動機的選型根據任務書中要求得知液泵電動機M1的功率為370W,冷卻泵電動機M2的功率為0.125kW,動力頭電動機M3、M4的功率均為1.5kW。而工業用電一般都為380V三相交流電,故查3,選擇功率相近的電動機得一下結果:M1:Y2-90L-8M2:Y2-

22、801-8M3、M4:Y2-100L1-4其中,M1功率0.55kW ,轉速660r/min ;M2功率0.18kW ,轉速630r/min ;M3、M4功率2.2kW ,轉速1430r/min 。(注:在實際設計當中,應同時考慮工況、班制等選擇因素(2 熔斷器的選型根據選擇出的電機型號,可大致計算該電機工作時的最大電流:112233P 550I = 1.45A U 380P 180I =0.47A U 380P 2200I = 5.8A U 380=再根據以下經驗公式,計算出所需熔斷器的最大允許電流值:R NR max NI =(1.5 2.5I I =(1.5 2.5I I + 單支路:多

23、支路: 故計算得:N1N2N34I 3AI 1A I23.2A= 另外,根據經驗,控制回路中的電流最大不會超法國5A ,照明顯示回路電流最大不會超過2A ,故查2,并選擇熔斷器結果如下FU1:RL-15/4,最大熔斷電流4A ; FU2:RL-15/2,最大熔斷電流2A ; FU3:RL-60/25,最大熔斷電流25A ; FU4:RL-15/6,最大熔斷電流6A ; FU5:RL-15/2最大熔斷電流2A 。(3 熱繼電器的選型根據前面算出的電動機工作電流,查2可直接選出熱繼電器,得如下結果:FR1:LR1-D09307,整定電流范圍1.62.5; FR2:LR1-D09306,整定電流范圍

24、11.6; FR3:LR1-D09310,整定電流范圍46; FR4:LR1-D09310,整定電流范圍46。(4 交流接觸器、中間繼電器與時間繼電器的選型 根據前面計算出的電動機工作電流值,可知交流接觸器的工作電流應在10A 以內,而由設計的原理圖知交流接觸器所需要的主觸點為3對輔助觸點不超過2常開2常閉,再根據380V 三相交流電的要求,查2,可選出交流接觸器如下:KM04:CJ20-10,允許功率4kW ,輔助觸點2常開2常閉。由于控制回路中,電壓為110V交流電,且根據控制回路設計圖得知中間繼電器所需觸點不超過4常開4常閉,故查2,可選擇中間繼電器如下: KA15:JZ14-44J/Z

25、,110V吸引線圈電壓,觸點數4常開4常閉。由于動力頭電動機的能耗制動時間較短,故可確定在0.460s的范圍內。根據110V交流電,同樣查2,選擇時間繼電器如下:KT:JS7-1A,110V吸引線圈電壓,定時時間調節范圍0.460s。(5照明與顯示燈的選型根據經驗,一般照明燈使用的是24V交流電,故查2得,照明燈選擇型號為:AD1-22/11。在我們設計的系統中,有三種指示燈:啟動、工進以及急停。根據經驗,啟動指示燈一般用綠色,工進用黃色,急停用紅色。而工廠中,一般指示燈使用電壓為6V。故查2,選擇指示燈型號如下:啟動:AD1-22/11,電壓6V,綠色;工進:AD1-22/11,電壓6V,黃

26、色;急停:AD1-22/11,電壓6V,紅色。(6變壓器的選型由于我們設計的系統中,需要將380V三相交流電轉換成110V、24V、6V 等三種不同壓值的交流電,故選擇變壓器時應同時考慮考慮變壓器的容量與接處的點數。查3,選擇變壓器結果如下:TC:BK-100,4變壓接出頭。(7按鈕及刀開關的選型在液壓控制回路中,共有6個常開按鈕。其中SB2SB6為手動控制按鈕,故可選擇黃色;SB1為定位啟動按鈕,故選擇綠色。在電機控制回路中,共有3個常開按鈕、2個常閉按鈕與1個聯動開關。其中SB11、SB21、SB31為電機啟動按鈕,故可選擇綠色;SB10、SB20為電機停止按鈕,故選擇紅色;SB30為聯動開關,控制動力頭電機的停止,同時也開始能耗制動,故也選擇紅色。查2,選擇按鈕型號如下:SB1:LA19-11,綠色;SB2SB6:LA19-11,黃色;SB11、SB21、SB31:LA19-11,綠色;SB10、SB20:LA19-11,紅色;SB30:LAZ-11A/XR,紅色。而在整個設計中,我們用到了兩個刀開關,總閘一個(即控制電源,又控制照明燈,急停一個。故總閘刀開關QS選用藍色;急停刀開關QS0選用紅色色。查2選擇刀開關如下:QS:DZ20-100/3,藍色;QS0