機電的一體化課程設計-專用鉆床系統(tǒng)設計

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1、機床電氣控制技術課程設計 —— 專用鉆床系統(tǒng)設計 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 班級： xxxx 級 x 班 姓名： 目錄 引言 1課程設計目的 1.1 專用鉆床概況 1.2 基本要求 2機電控制系統(tǒng)原理圖 3.1 主電路 3.2 控制電路 3.電動機及其它電氣元件的選擇 3.1 電動機的選型 3.2 接觸器器的選型 3.3 時間繼電器電器的選型 3.4 中間繼電器、熱繼電器的選型 3.5 熔斷器的選型 3.6 控制變壓器的選型 3.7 其他控制電器的選擇 3.8 制定電動機和電氣元件明細表 小結 參考文獻 2 2 2 2

2、 2 3 5 5 5 6 7 8 9 9 9 13 14 基于機電控制基礎課程復合性和實踐性較強的學科特點 ,提出了基于 項目的一體化教學方法,設定了直線運動模塊速度、位置伺服控制系 統(tǒng)設計課程項目，建立了機電控制基礎課程的 一體化內容體系，弁應 用于機電控制基礎課程教學改革中。實踐證明 ，此教學方法卓有成效 地完成了機電控制基礎的教學任務,激發(fā)了學生的學習興趣,提高了學 生機電裝置控制系統(tǒng) 的設計能力,取得了很好的教學效果，值得復合 性和實踐性較強的其他學科教學借鑒和參 考。 關鍵詞： 機電控制；項目教學；一體化教學模式 ；機電裝置 引言 機

3、床電氣控制技術以繼電器 -接觸器邏輯控制和可編程序控制器（ PLC） 為主要組成部分的電氣控制技術，在現代工業(yè)領域特別是機電設備控 制技術中發(fā)揮著不可替代的作用。在傳統(tǒng)的機床電氣控制系統(tǒng)中，繼 電器-接觸器邏輯控制是主要的控制方式。隨著技術的進步和生產過程 的日益復雜，PLC技術得到迅速發(fā)展，其應用范圍也日益廣泛， PLC 機器人、CAD/CA岷術已成為現代工業(yè)自動化的三大支柱。 由于PLC技 術是在繼電器-接觸器邏輯控制技術的基礎上發(fā)展起來的，學習繼電器 -接觸器邏輯控制技術對學習 PLC技術具有支撐與促進作用。因此，本 書首先介紹繼電器-接觸器邏輯控制技術，在此基礎上再介紹 PL

4、C技術。 本課程是機電專業(yè)的專業(yè)基礎課之一，在專業(yè)領域內，對提高學生工 程實踐和增強專業(yè)分析問題、解決問題的能力具有重要作用。 1課程設目的 本課程設計是機電控制工程專業(yè)與《機床電氣控制》專業(yè)課程配套的一門 專業(yè)實踐課程，是在學習了本專業(yè)《機床電氣控制》中一些典型機床控制 線路及實驗的基礎上，通過課程設計的實踐，系統(tǒng)地掌握在工業(yè)自動化控 制系統(tǒng)中，機床電氣控制線路設計和應用的知識。為今后從事專業(yè)技術工 作打下基礎。 1.1專用鉆床概況 設計一專用鉆床液壓系統(tǒng)。動作循序為：快進一1進進一2進進一死檔鐵停 留一快退一原位停止卸荷。 動作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA

5、 快進 + - - - + 一工進 + - + + + 二工進 + - + - + 快退 - + - - + 卸荷 - - - - - 1.2設計要求 (1)冷卻泵電動機直接由K開關QS1控制，即由開關QS1接通和斷開; (2)主軸電動機具有正反轉、點動/長動控制功能，并可以實施反接制動； (3)升降電動機具有正反轉控制功能； (4)液壓泵電動機具有正反轉控制功能； (5)主軸電動機具有短路保護、過載保護功能，整個線路具有短路保護功 仝匕 能； （ 6） 正 反轉時要具備“互鎖”功能 （ 7） 主 電路與控制電路

6、之間具有控制變壓器 TC ； （ 8） 機 床具有照明燈，照明電路電壓為 36V ； （ 9） 機床具有操作指示燈，指示燈電路電壓為 6.3V ； （ 10） 主軸電動機啟動后，可以動態(tài)實際測量主電路的電流大小 。 2 機電控制系統(tǒng)原理圖 2.1 主回路 : 按下開關SB2,使得KM線圈帶電，從而使 KM的動合觸點KM閉合形 成閉合回路。具體的主回路線路如下圖所示： 2.2 控制線路： 2.2.1 電動機M的控制 按下啟動按鈕 SB2f接觸器KM1通電-M1轉動。 按下停止按鈕 SB1-接觸器KM1斷開fM1停止。 2.2.2 回路動作控制 按下升起按鈕 S

7、B4f KM1通電-電磁閥1YA通電，使得實現快速進給， 指示燈HL1亮。當碰到行程開關 ST2時，線圈KM3帶電-電磁閥3YA 4YA通電，使得實現一工進，指示燈 HL2亮。當碰到行程開關 ST3時, 使得KM4帶電，，KM4的動斷觸點斷開4YA斷電，實現二工進，這時指 示燈HL3亮。當碰觸行程開關 ST4時有延時繼電器使得在原位停留 （死 擋鐵停留），延時一定時間，延時開關 KT帶電使得KM2帶電，動合觸 點KM2閉合，KM2動斷觸點斷開使得只有 2YA帶電，實現快退。具體回 路如下圖所示： 2.2.3 .照明電路 變壓器T提供36V交流照明電源電壓。而顯示燈所需電源

8、為6.3V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。 照明燈用一個刀閘開關S2控制，在需要照明時就開啟，不需要照明時 6.3V）應 就關閉，是手動控制。顯示燈在相應的地方有標志，用 HL標識〈 控制回路的起始端（即由變壓器 TC引出的3端110V、36V、 設置短路保護。故在該處分別接上相合適的熔斷器 FU2 3 .電動機及其它電氣元件的選擇 般都為 3.1 電動機的選型 根據任務書中要求得知液泵電動機 M的功率為5W而工業(yè)用電 380V三相交流電，故查手冊得，選擇功率相近的電動機得一下結果: M : Y132S-4 M功率5.5kW

9、,額定電壓380V,額定電流11.6A。 3.2 .交流接觸器的選用: 接觸器用途廣泛 , 其額定工作電流或額定控制功率是隨使用條件不同 而變化的 , 只有根據不同使用條件正確選用 , 才能保證接觸器在控制系統(tǒng) 中長期可靠運行，充分發(fā)揮其技術經濟效果。 因為這時接通時的沖擊電流可達額定電流的十幾倍 ，這時，宜選用JK4使用 類別的接觸器 , 如果選用 JK3 類的接觸器 , 建議降低 70~80 % 額定容量 來使用。 接觸器主觸點額定電流，一般根據電機容量 Pd計算,Ic APdx 103/KUd,取K=1.2,可得，Ic >12,再根據380V三相交流電的要求，查 手冊

10、，可選出交流接觸器為：KM型號為CJ0-10,線圈電壓為110V。 所以交流接觸器選用： CJ0-10 3.3 時間繼電器的選用 通過對各種時間繼電器工作原理和典型線路的分析可知 , 每一種時間 繼電器都有其各自的特點 , 所以要合理選用以發(fā)揮它們的特長。 時間繼電器： JS7-4A。 3.4 中間繼電器、熱繼電器的選用 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 3 常開 1 常閉， 故查手冊， 可選擇中間繼電器如下： JZ7 — 62， 6動合， 2 動斷。 熱繼電器選擇是否得當 , 往往是決定它能否可靠地對電動機進行

11、過載 保護的關鍵因素。應按電動機的工作環(huán)境要求、起動情況、負載性質等方 面來考慮。根據前面算出的電動機工作電流， 查手冊可直接選出熱繼電器， 所以熱繼電器選用： JR0-40 3.5 熔斷器的選型 : 熔斷器的選擇主要是熔斷器類型的選擇和熔體額定電流的確定。 1）熔斷器類型的選擇 根據負載的保護特性和短路電流的大小來選擇熔斷器的類型。例如 , 電動 機過載保護用的熔斷器采用具有鋅質熔體和鉛錫合金熔體的熔斷器。對于 車間配電網路的保護熔斷器 , 如果短路電流較大 , 就要選用分斷能力大 的熔斷器 , 有時甚至還需要選用有限流作用的熔斷器，如 RT0 系列熔斷 器。在經常要發(fā)

12、生故障的地方，應考慮選用“可拆式”熔斷器，如RC1A、 RL1、RM7 RM10等系列產品。 2）熔體額定電流的確定 在選擇和計算熔體電流時 , 應區(qū)別兩種負載情況： 一種是有沖擊電流的負載如電動機； 另一種是負載電流比較平穩(wěn)的情況，如一般照明電路。 用熔斷器保護電動機時 , 要達到過載保護的目的 , 其熔體的額定電流盡可 能接近電動機的額定電流 , 但又為保證電動機能正常起動 , 熔斷器在通過 起動電流時不應當動作 。 綜合上 要求 , 通常對籠型感應電動機取熔體的額 定電流為 I eR = （l.5~2.5）I eD 式中 I eD —— 電動機的額定電流 , 單位為

13、 A 。 在輕載起動或起動時間較短的情況下 , 上式中的系數取 1.5 ； 而在較重負 載下起動或起動次數較多和起動時間較長的情況下 , 系數取為 2.5 。 如果數臺電動機共用一個總的熔斷器來保護 , 則熔體的額定電流為 IeR=（1.5~2.5）I eDma+E I d 式中 I eDmax —— 容量最大的一臺電動機的額定電流 , 單位為 A。 Eld ——其余各臺電動機額定電流之和，假如其中還有照明電路，則 將該電路的額定電流也計入Id內，單位為A。 在負載電流比較平穩(wěn)的場合 , 基本上可按額定負載電流來確定熔體的額 定電流。 3）熔管額定電流的確定 在熔體的額定電

14、流已經確定以后 , 還要確定熔管的額定電流。通常 , 熔管 的額定電流應大于（至少等于 ） 熔體的額定電流。 另外，根據經驗，控制回路中的電流最大不會超過 5A,照明顯示回路電流 最大不會超過2A故查手冊，并選擇熔斷器結果如下： FU1： RL1-60/25, 最大熔斷電流 25A； FU2： RL-15/4, 最大熔斷電流 4A； FU3： RL-15/2, 最大熔斷電流 2A。 3.6 控制變壓器的選擇 控制變壓器一般用于降低控制電路或輔助電路電壓 , 以保證控制電路 安全可靠。選擇控制變壓器的原則為： 1） 控制變壓器原、副邊電壓應與交流電源電壓、控制電路或輔助電路電

15、壓 相符。 2）應保證控制電路中 , 所有交流電磁器件在起動時可靠地吸合。 3）系統(tǒng)在正常運行中變壓器不應超過允許溫升。 我們設計的系統(tǒng)中，需要將380V三相交流電轉換成110M 36V、6.3V等三 種不同壓值的交流電，故選擇變壓器時應同時考慮變壓器的容量與接處的 點數。查手冊，選擇變壓器結果如下: TC: JBK3-2500, 4變壓接出頭。 3.7 其它控制電器的選擇 1）刀開關：HK1額定電流15A,級數3。 2）按鈕:LA25-40 （四常開）；LA25-06 （六常閉） 3）位置開關：JLXK1-311（4 個）。 3.8 制定電動機和電氣元件明細表 電氣

16、元件明細表要注明各元器件的型號、規(guī)格及數量等，見表 1 表1電動機和電氣兀件明細表 符號 名稱 型號 規(guī)格 數 量 M 液壓泵電動機 Y132S-4 11. 6A 380V 1 FR 熱繼電器 JR0-40 額定電流25A 整定電流 22.6A 1 K、K2 K3、K4 中間繼電器 JZ7-62 額定電流5A 4 FU1 熔斷器 RL-60/25 380V 熔體 25A 1 FU2 熔斷器 RL1-15/4 380V 熔體4A 1 FU3 熔斷器 RL-15/2 380V 熔體2A 3 KM 交流接觸器 CJ0

17、-10 10A 線圈電壓110V 1 T1、T2 控制變壓器 JBK3-2500 110A 2 符號 名稱 型號 規(guī)格 數 量  S 單刀雙擲開關 HK1 約定電流15A 3級 1 ST1、ST2、 ST3、ST4 行程開關 JLXK1-311 額定電壓380V 額定電流5A 4 SR、SB、 控制按鈕 LA25-40 紅色 3 SB、SB、 控制按鈕 LA25-06 黃色 2 YA1、YA2、 YA3 YA4 YA5 電磁鐵 5 KT 時間繼電器 JS7-4A 額定電壓380V 額定電流5A

18、 小結 在原理圖的設計上，學會如何靈活利用“起保?！彪娐穪韺崿F我們所需 的控制要求。另外還學會了如何分工，將整個原理圖劃分為主回路‘控制 回路‘輔助回路燈 3 個部分，然后分別進行設計。而在控制回路中，還可 以劃分為電機控制回路和液壓控制回路等兩個模塊。這樣，經過細分后的 原理圖， 就變得簡單明了， 設計起來就很容易明確目的，快速的完成任務。 同時，為了實現半自動半手動控制的生產線要求，利用萬能轉換開關，在 設計自動回路時，同時也添加了手動控制按鈕，這樣就更方便手動調節(jié)。 在元器件的選型上，查資料，查詢電工手冊。通過查手冊中的元器 件性能指標表格， 。 同時，們在資料

19、中查到了許多經驗公式，利用這些經驗 公式，計算出工業(yè)中一些額定電流的裕度。比如，在熔斷器的選擇上，就 是將電機的參數所計算出的電流值帶入經驗公式，得出一個電流裕度，然 后選取熔斷器。另外，一些工業(yè)接線方面的工藝知識；比如，在接點接線 時線頭不可超過 3 個；再比如按鈕與指示燈的顏色選取是根據工業(yè)中約定 俗成的習慣而定。 在接線圖的設計上， 如何將原理圖中的電器連接表達到接線圖中去。 在此部分，使用接線端子， 將各個元件連接到箱體外部的各元件上。首先， 將箱體內部的元件位置進行布置，布置的原則是盡量使箱體內接線路徑最 短。然后將各引出線進行編號，臨近的元件則不用上端子，直接接到

20、元件 即可。 參考文獻 1 張 萬奎 . 機床電氣控制技術［ M . 北京：中國林業(yè)出版社；北京大 學出版社， 2006. 2 葉 文蓀 . 電工技術（第 3 版） ［ M . 北京：機械工業(yè)出版社， 1998. 3 李 良洪等 . 電工手冊［ M . 北京：電子工業(yè)出版社， 2005. 4 秦 曾煌 . 電工學（第六版）上冊，電工技術［ M . 北京：高等教育出 版社， 2004. 5 常 曉玲 . 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器［ M . 北京：機械工業(yè)出版 社， 2004. 6 周 軍. 電氣控制與 PLC［ M . 北京：機械工業(yè)出版社， 2001. 7 鄧 則名，鄺穗芳，程良倫 . 電器與可編程控制器應用技術 （ 第 2 版） ［M . 北京：機械工業(yè)出版社， 2002.