C6132机床电气线路改造设计.doc

吉林电子信息职业技术学院 电气工程系毕业论文 C6132 机床电气线路改造设计 毕 业 生 姓 名 兰孝瑞 指导教师 职称 刘爽 学 号 0901020113 专 业 名 称 电气自动化 摘 要 卧式车床是一种应用极为广泛的金属切削加工机床 车床是机械 制造中重要的加工设备 随着科技和经济的发展 我国的机械制加 工业有了很大的发展和进步 但是我国的加工业大都使用的是传统的 机床 而传统的机床是以继电器和接触器控制系统方式为主 传统 的机床难以满足现代加工的需要 随着电气控制技术的飞速发展 可编程控制器 PLC 在自动化控制系统中的应用日益广泛 用可编 程控制器系统控制的机床不但可以满足现代加工的需要 而且还可 以降低加工成本和提高加工精度和生产效率 关键词 卧式车床 电气控制系统 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 录 1 机床机械电气控制的特点 5 2 机床电气控制系统分析设计 6 2 1 机床主电路分析设计 6 2 2 机床控制电路分析设计 7 2 3 照明 显示电路分析 8 2 4 PLC 的输入 输出 I O 端口分配 9 2 5 PLC 的程序指令表编写 9 2 6 PLC 系统外部接线图设计 11 2 7 电原理图的分析绘制 11 3 电器元件的选用 13 3 1 PLC 的选用 13 3 2 主电动机的容量 转速及型号选择 13 3 3 热继电器的选用 14 3 4 组合开关和按钮的选用 14 3 5 熔断器的选用 15 3 6 接触器的选择 16 3 7 控制变压器的选用 17 3 8 变压器 T 容量的确定 18 4 电器元件明细表 20 5 在线路安装过程中应注意的问题 21 6 结论 22 7 结束语 23 8 参考文献 24 1 机床机械电气传动的特点 C6132型普通卧式车床中小型号的车床 相对重型车床来说 具 有体积小 加工灵活 性能优良等特点 在车削加工工业中应用广 泛 C6132型普通卧式车床的最大加工工件直径为320mm 要求配用 一台 2 机床主运动和进给运动由电动机M1集中传动 主轴的运动能 正反 满足螺纹加工要求 3 为减小车床在车削过程的摩擦 需要配备一台液压泵电动机 该电动机在润滑的同时也起到局部散热的作电动机作为主运动电动 机 1 在车削加工过程过中 会使主电动机和车削刀具产生大量的 热量 就需要一台冷却电动机对其进行冷却 用 4 根据整个生产线的状况 要求配备一套局部照明装置及必要的 工作指示灯 2 机床电气控制系统分析设计 原机床电气控制系统分析 原控制系统电路如下 原机床电气控制系统中是以继电器和接触器系统的控制方式 系 统运行稳定性能较差 机床运行时对外部电压有比较大的波动影响 且主电动机没有单独的过载保护 还用的是转换进行电动机正 反 转及起停控制 这种控制方法也车床操作带来一定的不便 所以根 据以上的要求 在原有的机床电气控制系统基础上分析与设计 C6132 型普通卧式车床的新的机床电气控制系统 2 1 机床主电路分析设计 根据电气传动的加工要求 分析与设计由接触器 KM1 KM2 分别 控制主电动机 M1 的正反转动 在原有的基础上设计 FR1 实现主电动 机 M1 过载保护 并设计了熔断器 FU1 对电动机 M1 进行短路保护 有 利于保护电动机和延长电动机的使用寿命 接触器 KM3 控制液压电 动机 M2 的启动与停止 熔断器 FU2 是液压电动机 M2 和冷却电动机 M3 的短路保护 设计主电路如下 车床电源由组合开关 SQ 接入 电流经熔断器 FU1 后 再经过 KM1 KM2 的主触点和热继电器 KR1 使主电动机 M1 正转或反转 电 流经过熔断器 FU2 后 再由接触器 KM3 和热继电器 FR2 使液压泵电 动机 M2 运行 冷却电动机 M3 是通过开关 SQ1 手动控制 FR3 为冷 却电动机的过载保护 另在每个电动机上都采用了接零保护 当电动 机某一相绕组绝缘损坏而与外壳相通时会形成单相短路 迅速将这一 相中的熔丝熔断 切断电源 保证了车床在工作时的安全 2 2 机床控制电路分析设计 为了控制操作方便 设计主电动机 M1 的正转 反转 停止分别 由控制按钮来控制 并采用双重互锁 SB1 SB2 主电动机 M1 正转 反转控制 SB3 为停止控制按钮 设计还应用顺序起动的要求 即 液压泵电动机 M2 运行润滑后主电动机 M1 才能起动 按下 SB4 接触 器 KM3 得电动作 从而使液压泵电动机 M2 得电运行 而冷却泵电动 机 M3 应在主轴电动机起动之后通过手动起动 设计控制线路图如下 2 3 照明 显示电路分析 设电源指示灯 HL1 红色 在电源开关 SQ 接通后 立即发光 显示 表示机床的电气线路已处于供电状态 设指示灯 HL2 绿色 表示主电动机 M1 是否运行 这个指示灯可由接触器 KM1 KM2 的动 合辅助触点自动控制 通过开关 S1 控制 EL 照明灯电路 FU3 为照 明短路保护 设计电路图如下 2 4 PLC 的输入 输出 I O 端口分配 根据上述分析设计得出 PLC 的 I O 端口分配表如下 输入 输出 名称 输入点 名称 输出点 正转起动 按钮 SB1 X2 正转输出 接触器 KM1 Y1 反转起动 按钮 SB2 X3 反转输出 接触器 KM2 Y2 停止按钮 SB3 X0 液压泵输 出接触器 KM3 Y0 液压泵起 动按钮 SB4 X1 FR1 X4 FR2 X5热继电器 FR3 X6 2 5 PLC 的程序指令表编写 PLC 的程序指令表编写如下 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 系统外部接线图设计 PLC 外部设备接线图如下 2 7 电原理图的分析绘制 根据以上的分析设计 电气控制原理图设计如下 为了更加安全 不但在程序上就设置了互锁保护 且在硬件连 线上也设置了互锁 当按下控制按钮 SB2 时 控制按钮 SB2 的常闭 触点断开 此时再按控制按钮 SB1 将无效 同理按下控制按钮 SB1 时再按控制按钮 SB2 将无效 这样就形成了控制按钮的互锁保护 接触器互锁保护 当接触器 KM1 线圈得电时 它的常闭触点断开 此时接触器 KM2 线圈失电 主触点复位断开电路 同理当接触器 KM2 线圈得电时 它的常闭触点断开 此时接触器 KM1 线圈失电 主触点复位断开电路 这样就避免了接触器 KM1 KM2 线圈同时得电 的可能 按钮互锁保护 接触器互锁保护组成控制系统的硬件互锁 保护 利用双重互锁保护大大提高了整个电气系统的安全性 提高 了设备的稳定性和可靠性 3 电器元件的选用 3 1 PLC 的选用 根据以上机床电气控制系统的分析 系统共需信号输入点 7 个 信号输出点 3 个 考虑系统的经济性和技术指标 拟选用 FX2N 16M 机型 额定电压为 110V 该机型为日本三菱公司 FX2N 系列 模 块单元类型为基本单元 输出形式为继电器输出 它有 8 点输入 8 点输出 完全能满足控制要求并在输入 输出点上留有富余 以 便今后进行进一步的改进 3 2 主电动机的容量 转速及型号选择 C6132 普通型卧式车床加工工件的最大直径为 320mm 所以 由 p 36 5D 得 54 1 P 36 5 0 32 3 736KW P 取 4KW 一般情况下 普通车床选用同步转速为 1500r min 的电动机 因为这个转速的电动机适应性较强 而且功率因数和效率也很高 若电动机的转速与该机械的转速不一致可选取速度稍高一些的电动 机通过机械变速装置使其一致 主电动机应选 Y112M 4 4KW 380V n 1440r min I 9A 冷却电动机 JCB 22 2 0 125KW 380V n 2790r min I 0 43A 液压电动机 JO4 41 4 0 12kw 380v n 1430 r min I 0 4A 3 3 热继电器的选用 主电动机的额定电流为 9A FR1 应选用 JR16B 20 3 型热继 电器 热元件电流为 11A 整定电流调节范围为 6 8 11 A 工作 时将额定电流调整为 9A 同理 FR2 FR3 应选用型热继电器 选用 JR16B 20 3 型热继电器 热元件电流为 0 5A 整定电流调节范围 是 0 32 0 5A 工作时将电流分别整定在 0 4A 和 0 43A 3 4 组合开关和按钮的选用 组合开关主要作为电源隔离开关用 并不用来直接对电动机进行 控制 可按电动机的额定电流来选 所以根据三台电动机来选 I 9 0 43 0 4q 9 83A 考虑控制回路电流很小 考虑一定的余量 选用 HZ10 25 3 型 额定电流为 25A 的三极组合开关 同理 冷却泵的控制开关 SQ1 应选用 HZ10 10 3 额定电流为 6A 控制按钮 SB1 SB2 SB3 分 别为主电动机 M1 的正转 反转和停止控制开关 形成一组开关 就选用 LA10 3K 三联钮型按钮开关 它设有三个按钮分别由三种 颜色标示 每个按钮有一组常闭触点与一组常开触点 用红色按钮 作为停止控制按钮 SB3 用绿色按钮作为正转控制按钮 SB1 用黑色按 钮作为反转控制按钮 SB2 而液压电动机的控制是由 SB4 控制接触 器 KM3 来实现控制的 所以 SB4 选用 LA10 1 型按钮 该按钮只有 一个按钮数 设有常开 常闭各一对 照明灯控制开关 S1 选用 JD3Y 型控制开关 3 5 熔断器的选用 工业上选择熔断器一般从以下几个方面考虑 1 熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器工作点的电压 2 熔断器的额定电流必须等于或高于所装熔体的额定电流 3 熔断器所装熔体额定电流的选择 对于没有冲击电流的负载 应使熔体的额定电流 等于或稍大RI 于线路工作电流 I 即 IR 对于像电动机这样有较大冲击电流的负载 熔体的电流 1 5 2 5 式中 为电动机的额定电流 RIedIedI 对于多台电动机由一个熔断器保护时 熔体额定电流型号的选 择应按 I 1 5 2 5 INRImax 式中 I 为可能出现的最大电流 max 根据上述分析 选择螺旋式熔断器作为整个电气控制系统的短 路保护 FU1 是主电动机 M1 的短路保护 则 FU1 熔体电流 1 5 2 5 RIedI 2 5 9 22 5A 所以 FU1 应选择 RL1 60 型 熔管额定电压 380V 额定电流 60A 熔体额定电流为 25A FU2 是液压泵电动机 M2 和冷却电动机 M3 的短路保护 FU2 的熔 体电流 I 1 5 2 5 IN RImax 0 43 2 5 0 4 1 475A 所以 FU2 应选用 RL1 15 型 熔管额定电压 380V 额定电流 15A 熔体额定电流为 2A FU3 为照明电路短路保护 熔体的额定电流 等于或稍大于线路RI 工作电流 I 所以 FU3 应选用 RL 15 熔体额定电流为 2A FU4 为 PLC 控制器的短路保护 由于 PLC 起动时没有冲击电流负 载 所以 FU4 选择方法和 FU3 的一样 应选用 RL 15 型 熔管额定 电压 220V 熔体额定电流为 4A 3 6 接触器的选择 选择接触器主要考虑以下技术参数 1 电源种类 交流电或直流电 2 主触点额定电压 额定电流 3 辅助触点的种类 数量及触点额定电流 4 电磁线圈的电源种类 频率和额定电压 5 额定操作频率 次 h 即允许的每小时接通的最多次数 主触点的额定电流的计算公式 I P 10 KU 3 式中 P 为电动机功率 KW K 为经验常数 一般取 1 1 4 U 为电动机额定线电压 KM1 KM2 的选择 由公式 I P 10 KU3 4 10 1 2 3803 8 8A 由于 KM1 和 KM2 是主电动机的正反转控制 所以选择同一型号 该型接触器的控制电路电源 380V 需主触点各三对 动合触点各两 对动断触点各一对 根据上述情况 选用 CJ10 10 型接触器 电磁 线圈为 220V KM3 的选择 由于 KM3 控制的只有液压泵电动机 M2 M2 的功率为 0 125KW 额 定电压为 380V 由公式 I P 10 KU3 0 125 10 1 380V 0 5A 所以 KM3 应选择 CJ10 5 型接触器 该型接触器的额定电压为 380V 主触点的额定电压为 5A 线圈电压为 220V 3 7 控制变压器的选用 控制变压器可根据以下两种情况确定其容量 1 依据控制线路最大工作负载所需的功率计算 一般可根据 下式计算 P K P 1 Ttxc 式中 P 为所需变压器容量 VA T K 变压器容量储备系数 一般取 1 1 1 25 t P 为控制线路最大负载时工作的电器所需的总功率 VA 对xc 于交流电器 P 应取吸持功率值 xc 2 变压器的容量应满足已吸合的电器在又起动吸合另一些电 器时仍能吸合 可根据下面公式计算 P 0 6 P 1 5 P 2 TxcsT 式中 P 为同时起动电器的总吸持功率 VA sT 式中系数的确定 由于电磁电器起动时负载电流的增加要下降 但 一般在下降额定值的 20 时 所有吸合电器不致释放 系数 0 6 就 是从这一点考虑的 式中第二项系数 1 5 为经验系数 它考虑到各 电器的起动功率换算到吸持功率 以及电磁电器在保证起动吸合的 条件下 变压器容量只是该器件的起动功率的一部分等因素 3 8 变压器 T 容量的确定 变压器的最大负荷是 KM1 与 KM3 或 KM2 与 KM3 工作时的负载 由所选器件查的 KM1 的吸持功率为 11 KM3 的吸持功率为 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 可知变压器容量应大于 39 74VA 考虑到照明灯等电路容量 可选用 BK 50 变压器 该型号的变压器的额定容量为 50VA 变压 等级为 220V 36V 6 3V 就可满足辅助电路的各种电压需要 4 电器元件明细表 名称 符号 型号 个数 备注 可编程控 制器 PLC FX2N 16M 1 输入 输出各 8 个点 组合开关 SQ HZ10 25 3 1 额定电流为 25A 的三 极组合开关 FU1 RL1 60 3 额定电压为 380V 熔 体电流等级为 30A FU2 3 额定电压为 380V 熔 体电流等级为 2A FU3 1 熔体额定电流为 2A 熔断器 FU4 RL1 15 1 熔管额定 220V 熔体 电流等级为 4A FR1 JR16 20 3 1 热元件电流为 11A 整定电流调节 范围为 6 8 11 A 热继电器 KR2 KR3 JR16 20 3 2 热元件电流为 0 5A 整定电流调节范围是 0 32 0 5A M1 Y112 4 1 额定功率 4KW 380V 1440r min M2 JO4 41 4 1 额定功率 0 125KW 380V 2790r min 电动机 M3 JCB 22 2 1 额定功率 0 12kw 380V 1430 r min KM1 KM2 CJ10 10 2 额定电压 380V 线圈 电压 220V 额定电流 为 10A 接触器 KM3 CJ10 5 1 额定电压 380V 线圈 电压 220V 额定电流 为 5A 开关 S1 JD3Y 1 照明用开关 SQ1 HZ10 10 3 1 冷却电动机用的开关 照明灯 EL 40W 36V 1 额定功率 40W 电压 36V HL1 1 电源显示 红色 6V 指示灯 HL2 ZSD 2 1 主电机运行显示 绿 色 6V SB4 LA10 1 1 元件式电压 500V 电 流 5A SB1 SB2 按钮 SB3 LA2 1 开启式电压 500V 电 流 5A 控制变压 器 T BK 50 1 额定功率 50VA 初级 额定电压 220 V 次级 额定电压 36V 6 3V 5 在线路安装过程中应注意的问题 在线路安装过程各电路中导线材料和线径的选择 对于主电路 应根据选用根据电动机的最在负载电流选用相应的导线 对于控制 电路也可以用同样的办法来选择导线 应注意的是对于长期工作在 潮湿环境中的车床 应将各电器元件的绝缘等级相应的提高 以保 证车床在工作中的安全 PLC 的工作环境 安装时不能将 PLC 放在 发热量大的元件下面 四周通风散热的空间应足够大 为了保证 PLC 的绝缘性能 空气的相对湿度应小于 85 应使 PLC 远离强烈的 震动源 当使用环境不可避免震动时 必须采取减震措施 避免有 腐蚀和易燃的气体 对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境 可将 PLC 安装在封闭性较好的控制室或控制柜中 另外一般需将 PLC 设备系统和开关控制柜接地保护 整个车床外部与电动机外壳 都应有良好的接地保护 这样假如电源线漏电或控制柜体 车床外 部 电动机外壳带电 可从安全接地导入地下 不会对人造成伤害 6 结论 本文根据电气控制设计的一般要求 对 C6132 型普通车床进行 一系列的改进和设计 使该型车床在不改变原有功能的基础上 不 但满足现代加工业的要求 而且还简化了原车床的电路控制图 并 改用可编程控制器对其进行控制 提高机床的自控程度与设备稳定 可靠性 同时提高在生产过程中的安全性 也提高生产效率 降低 了生产成本 毕业设计 让我们有很多的机会实际运用一下所学的 知识 在对电气原理图 安装图等的绘制与分析 对 PLC 编程与调 试等过程中提高了我们的动手能力及解决实际问题的能力 在这次 学习后 我对接触器控制 PLC 程序控制两者不同之处有了深刻的 体会 接触器控制具有自动控制方法简单 工作可靠 成本低等特 点 大多是用于有触点控制系统 适用于固定动作要求的控制设备 一旦工作中发生程序变化 错误 就需要重新配线 比较麻烦 不 适用与较复杂和控制要求经常改变的场合 PLC 程序控制是在计算 机技术基础上发展起来的一种工业自动控制 它编程简单 动作可 靠且动作顺序变更容易 一旦工作中发生程序变化 只要改变程序 结构即可 因此被广泛应用与复杂控制系统 7 结束语 通过在学校的学习和前几次的课程设计 以及通过老师的讲解和自己 的学习 对这方面的知识 使我对电气控制和可编程控制器 PLC 有了 更深的了解和也增添了做这次毕业设计的信心 在此非常感谢辅导及 教育我的老师 兰孝瑞 2012 年 5 月 21 日 8 参考文献 1 机床电气控制技术 第 3 版 齐占庆主编 机械工业出版社 1999 2 简明电工手册 第 2 版 周文森 陆业铫 郑景山主编 机械工 业出版社 1997 3 实用维修电工手册 第 2 版 刘光源主编 上海科学技术出 版社 2000 4 机床电气控制技术 连赛英主编 机械工业出版社 2000 5 机床电气控制 高学民主编 机械工业出版社 2002 6 金属切削机床 上册 顾维邦主编 机械工业出版社 1998 7 PLC 原理与应用 三菱 FX 系列 俞国亮主编 清华大学出版社 2003