壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計.doc

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課程設(shè)計說明書 課程名稱： 機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計 設(shè)計題目： 壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級： 機(jī)械0905班 學(xué)生姓名: 馮彬彬 學(xué) 號: 0912110524 指導(dǎo)教師: 吳吉平 湖南工業(yè)大學(xué)科技學(xué)院教務(wù)部 制年 月 日目 錄一、課程設(shè)計的內(nèi)容與要求3（一）課程設(shè)計對象簡介3（二）壓力機(jī)結(jié)構(gòu)及工作要求3（三）液壓系統(tǒng)及控制要求4（四）課程設(shè)計的任務(wù)5二、電氣控制電路設(shè)計7 （一）繼電器-接觸器電氣控制電路的設(shè)計7 （二）繼電器-接觸器電氣控制電路圖分析及介紹7 （三）選擇電氣元件11三、壓力機(jī)可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計12 (一)可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 12 （二）可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計12四、總結(jié)、15五、參考文獻(xiàn)16六、附圖16一 、課程設(shè)計的內(nèi)容與要求（一） 課程設(shè)計對象簡介壓力機(jī)是鍛壓、沖壓、冷擠、校直、彎曲、粉末冶金、成形、打包等加工工藝中廣泛應(yīng)用的壓力加工機(jī)械設(shè)備。液壓壓力機(jī)（簡稱液壓機(jī)）是壓力機(jī)的一種類型，它通過液壓系統(tǒng)產(chǎn)生很大的靜壓力實現(xiàn)對工件進(jìn)行擠壓、校直、冷彎等加工。液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)類型有單柱式、三柱式、四柱式等形式，其中以四柱式液壓機(jī)最為典型，它主要由橫梁、導(dǎo)柱、工作臺、上滑塊和下滑塊頂出機(jī)構(gòu)等部件組成，結(jié)構(gòu)原理圖如圖1-1所示。（二） 壓力機(jī)結(jié)構(gòu)及工作要求液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)類型有單柱式、三柱時、四柱式等形式，其中以四柱式液壓機(jī)最為典型，它主要由橫梁、導(dǎo)柱、工作臺、上滑塊和下滑塊頂出機(jī)構(gòu)等部件組成，結(jié)構(gòu)原理圖如圖1-1所示。5432167圖 1-1 四柱液壓機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖1-床身 2-工作平臺 3-導(dǎo)柱 4-上滑塊5-上缸 6-上滑塊模具 7-下滑塊模具液壓機(jī)的主要運(yùn)動是上滑塊機(jī)構(gòu)和下滑塊頂出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，上滑塊機(jī)構(gòu)由主液壓缸(上缸)驅(qū)動，頂出機(jī)構(gòu)由輔助液壓缸(下缸)驅(qū)動。液壓機(jī)的上滑塊機(jī)構(gòu)通過四個導(dǎo)柱導(dǎo)向、主缸驅(qū)動，實現(xiàn)上滑塊機(jī)構(gòu)“快速下行慢速加壓保壓延時快速回程原位停止”的動作循環(huán)。下缸布置在工作臺中間孔內(nèi)，驅(qū)動下滑快頂出機(jī)構(gòu)實現(xiàn)“向上頂出向下退回”或“浮動壓邊下行停止頂出”的兩種動作循環(huán)，如圖1-2所示。液壓機(jī)液壓系統(tǒng)以壓力控制為主，系統(tǒng)具有高壓、大流量、大功率的特點。如何提高系統(tǒng)效率，防止系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊是該系統(tǒng)設(shè)計中需要注意的問題?？焖倩爻虦p速、加壓圖 1-2 液壓機(jī)的工作循環(huán)頂出工藝浮動壓邊工藝下缸上缸停止保壓快進(jìn)（三）液壓系統(tǒng)工作原理及控制要求 1、3150KN通用液壓系統(tǒng)工作原理及特點圖1為3150KN通用液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)圖。系統(tǒng)有兩個泵，主泵1是一個高壓、大流量恒功率（壓力補(bǔ)償）變量泵，最高工作壓力由溢流閥4的遠(yuǎn)程調(diào)壓閥5調(diào)壓。輔助泵2是一個低壓小流量定量泵，用于供應(yīng)液動閥的控制油，其壓力由溢流閥3調(diào)整。該系統(tǒng)采用高壓大流量恒功率變量泵供油和利用滑塊自重充液的快速運(yùn)動回路，既符合工藝要求，又節(jié)省了能量；采用單向閥13保壓及由順序閥11和帶卸載閥芯的充液閥14組成的泄壓回路，結(jié)構(gòu)簡單，減小了由保壓轉(zhuǎn)換為快速回程時的液壓沖擊。2、3150KN通用液壓機(jī)液壓系統(tǒng)控制要求如下：1）系統(tǒng)采用高壓大流量恒功率(壓力補(bǔ)償)柱塞變量泵供油，通過電液換向閥6、21的中位機(jī)能使主泵1空載起動，在主、輔液壓缸原位停止時主泵1卸荷，利用系統(tǒng)工作過程中工作壓力的變化來自動調(diào)節(jié)主泵1的輸出流量與上缸的運(yùn)動狀態(tài)相適應(yīng)，這樣既符合液壓機(jī)的工藝要求，又節(jié)省能量。2）系統(tǒng)利用上滑塊組件的自重實現(xiàn)主液壓缸（上缸）快速下行，并用充液閥14補(bǔ)油，使快速運(yùn)動回路結(jié)構(gòu)簡單，補(bǔ)油充分，且使用的元件少。3)系統(tǒng)采用帶緩沖裝置的充液閥14、液動換向閥12和外控順序閥11組成的泄壓回路，結(jié)構(gòu)簡單，減小了上缸由保壓轉(zhuǎn)換為快速回程時的液壓沖擊。4)系統(tǒng)采用單向閥13、14保壓，并使系統(tǒng)卸荷的保壓回路，在上缸上腔實現(xiàn)保壓的同時實現(xiàn)系統(tǒng)卸荷，因此系統(tǒng)節(jié)能效率高。 5)系統(tǒng)采用液控單向閥9和內(nèi)控順序閥組成的平衡鎖緊回路，使上缸組件在任何位置能夠停止，且能夠長時間保持在鎖定的位置上（四）課程設(shè)計的任務(wù)本組最終要求合理設(shè)計繼電器電氣原理圖，PLC電氣原理圖。要求上交1份設(shè)計說明書（6000字），2張圖紙。圖1 3150KN通過液壓機(jī)液壓系統(tǒng)圖1主泵 2輔助泵 3、4、18溢流閥 5遠(yuǎn)程調(diào)壓閥 6、21電液換向閥 7壓力繼電器 8電磁換向閥 9液控單向閥 10、20背壓閥 11順序閥 12液控滑閥 13單向閥 14充液閥 15油箱 16上缸 17下缸 19節(jié)流器 22壓力表二 、電氣控制電路設(shè)計（一）繼電器-接觸器電氣控制電路的設(shè)計根據(jù)液壓機(jī)的動作順序及控制要求，同時又考慮了以下幾個方面：1、電氣控制線路與機(jī)械配合相當(dāng)緊密，因此分析中要詳細(xì)了解機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣控制的關(guān)系，但機(jī)械結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。2、控制線路中設(shè)置了變速沖動控制，從而使變速順利進(jìn)行。3、為了操作方便，采用多地控制，實現(xiàn)兩地啟、停。4、具有完善的電氣聯(lián)鎖，并具有短路、零壓、過載及超行程限位保護(hù)環(huán)節(jié)根據(jù)設(shè)計要求我們設(shè)計了如圖2所示的繼電器-接觸器電氣控制電路圖。（二）繼電器-接觸器電氣控制電路圖分析及介紹表1為3150KN通用液壓機(jī)的電磁鐵動作順序表動作程序1Y2Y3Y4Y5Y上缸快速下行+慢速加壓+保壓泄壓回程+停止下缸頂出+退回+壓邊+動作分析（1）啟動 按啟動按扭SB2，KM1得電吸合，常開開關(guān)KM1閉合，主泵供油，電磁鐵全部處于失電狀態(tài)，主泵1輸出的油經(jīng)三位四通電液換向閥6中位及閥21中位流回油箱，空載啟動。（2）上缸快速下行 按啟動按扭SB3， KA1得電吸合，其控制的常開開關(guān)KA1閉合，電磁鐵1Y、5Y先后得電，閥6換至右位，控制油經(jīng)閥8右位使液控單向閥9打開。進(jìn)油路：泵1換向閥6右位單向閥13上缸16上腔?；赜吐罚荷细?6下腔液控單向閥9換向閥6右位換向閥21中位油箱。上缸滑塊在自重作用下迅速下降，泵1雖處于最大流量狀態(tài)，仍不能滿足其需要，因而上缸上腔形成負(fù)壓，上部油箱15的油液經(jīng)液控單向閥14（充液閥）進(jìn)入上缸上腔。（3）上缸慢速接近工件。 當(dāng)上缸滑塊降至一定位置觸動行程開關(guān)2S后，SQ2失電斷開，電磁鐵5Y失電，閥8處于原位，液控單向閥9關(guān)閉。上缸下空油液經(jīng)背壓閥10、閥6右位、閥21中位回油箱。這時，上缸上腔壓力升高，充液閥14關(guān)閉。上缸在泵1供給的壓力油作用下慢速接近工件。當(dāng)上缸滑塊接觸工件后，阻力急劇增加，上腔壓力進(jìn)一步提高，泵1的輸出流量自動減小。（4）保壓。 當(dāng)上缸上腔壓力達(dá)到預(yù)定值時，壓力繼電器KP吸合，常閉開關(guān)KP斷開，使電磁鐵1Y失電，閥6回中位，上缸的上、下腔封閉，單向閥13和充液閥14使上缸上腔保壓，保壓時間由時間繼電器KM2調(diào)整。保壓期間，泵1經(jīng)閥6、閥21的中位卸載。（5）泄壓，上缸回程。 保壓過程結(jié)束，時間繼電器KM2發(fā)出信號，其控制的常開開關(guān)KM2閉合，接觸器KA2得電吸合，電磁鐵2Y得電，閥6換至左位，同時開關(guān)KA2閉合，形成自鎖。由于上缸上腔壓力很高，液動滑閥12處于上位，壓力油經(jīng)閥6左位及閥12上位使外控順序閥11開啟。此時泵1輸出油液經(jīng)順序閥11回油箱。泵1在低壓下工作，此壓力不足以打開充液閥14的主閥芯，而是先打開閥14中的卸載芯，使上缸上腔油液經(jīng)此卸載閥芯開口泄回上部油箱15，壓力逐漸降低。當(dāng)上缸上腔壓力泄至一定值后，液動滑閥12回到下位，外控順序閥11關(guān)閉，泵1供油壓力升高，閥14完全打開，此時油液流動情況為進(jìn)油路：泵1換向閥6左位液控單向閥9上缸下腔?；赜吐罚荷细咨锨怀湟洪y14上部油箱15。實現(xiàn)主缸快速回程。（6）上缸原位停止。 當(dāng)上缸滑塊上長至觸動行程開關(guān)1S，SQ1觸點失電斷開，電磁鐵2Y失電，閥6處于中位，液控單向閥9將主缸下腔封閉，上缸原位停止不動。泵1輸出油經(jīng)閥6、閥21中位回油箱，泵卸載。（7）下液壓缸頂出及退回 按下開關(guān)SB5,接觸器KA3得電，電磁鐵3Y得電，換向閥21換至左位進(jìn)油路：泵1換向閥6中位換向閥21左位下缸17下腔?；赜吐罚合赂?7上腔換向閥21左位油箱。下液壓缸活塞上升，頂出。電磁鐵3Y失電，4Y得電，換向閥21換至右位，下液壓缸活塞下行，退回。（8）浮動壓邊 作薄板拉伸壓邊時，要求下缸活塞上升到一定位置后，既保持一定壓力，又能隨上缸滑塊的下壓而下降。這時，換向閥21處于中位，上缸滑塊下壓時下缸活塞被迫隨之下行，下缸下腔油液經(jīng)節(jié)流器19和背壓閥20流回油箱，使下缸下腔保持所需的壓邊壓力。調(diào)節(jié)背壓閥20即可改變浮動壓邊力。下缸上腔則經(jīng)閥21中位從油箱補(bǔ)油。溢流閥18為下缸下腔安全閥。（三）選擇電氣元件對于電氣元件的選擇，我們應(yīng)注意以下幾點：（1） 根據(jù)對控制元件功能的要求，確定電氣元件功能的要求，確定電氣元件類型。如繼電器與接觸器，當(dāng)元件用于通，斷功率較大的主電路時，應(yīng)選擇交流接觸器；若元件用于切換功率較小的電路（如控制電路）時，則應(yīng)選擇中間繼電器；若伴有延時要求時，則應(yīng)選用時間繼電器。（2） 根據(jù)電氣控制的電壓，電流及功率的大小來確定元件的規(guī)格，滿足元器件的負(fù)載能力及使用壽命。（3） 掌握元器件預(yù)期的工作環(huán)境及供應(yīng)情況，如防油，防塵，貨源等。（4） 為了保證一定的可靠性，采用相應(yīng)的降額系數(shù)，并進(jìn)行一些必要的技術(shù)和校核。根據(jù)以上步驟及參考資料的查找，制定了本課程設(shè)計中繼電器元件表（見表4）。表4 電動機(jī)和電器元件明細(xì)表代 號名 稱型 號QS總電源開關(guān)HZ1-60/3FU1熔斷器RL1-60/40FU2熔斷器RL1-15/4FU3熔斷器RL1-15/4FU4熔斷器RL1-15/4FR1液壓泵1熱繼電器JR10-10 10 AFR2液壓泵2熱繼電器JR10-10 6 AKM1液壓泵啟動接觸器CJO-40KM2延遲繼電器接觸器CJO-20KA1-KA5對應(yīng)1Y-5Y接觸器JZ7-44 127 V1Y-5Y電磁鐵36 VTL1直流變壓器BK-150 380/127/36 VTL2變壓器BK-150 380/127/36 VSB1總停止按鈕LA2SB2泵啟動按鈕LA2SB3快速下行按鈕LA2SB4下缸停止按鈕LA2SB5下缸頂出按鈕LA2SB6下缸退回按鈕LA2SQ1行程開關(guān)LX3-11HSQ2行程開關(guān)LX3-11HKP壓力繼電器接觸器PFTL4VC直流電源36VEL照明燈具JC6-1S1照明燈開關(guān)TCL_A6三、壓力機(jī)的可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計（一） 可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則在設(shè)計可編程控制器系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則。1） 最大限速地滿足控制要求 充分發(fā)揮可編程控制器功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計中最重要的一條原則。設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料。同時要注意和現(xiàn)場工程管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問題。2） 保證系統(tǒng)安全可靠保證可編程控制器控制系統(tǒng)能夠長期安全，可靠，穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。3） 力求簡單，經(jīng)濟(jì)，使用與維修方便在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷擴(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷降低工程的成本，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。 4） 適應(yīng)發(fā)展的需要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。（二）可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計1）可編程控制器選型本系統(tǒng)有輸入信號九個，輸出信號有七個，均為開關(guān)量。根據(jù)輸入輸出的點數(shù)、類型及控制要求，同時考慮到維護(hù)、改造和經(jīng)濟(jì)性等諸多因素，可以選擇FX2N-32MR，這樣共有16個輸入點、16個輸出點，可以滿足控制要求。2）I/O地址分配 根據(jù)系統(tǒng)要完成的動作，考慮在下液壓缸頂出和退回時可能需要點動操作方式，方便調(diào)節(jié)壓邊時間以保證工件加工的要求。設(shè)定輸入/輸出控制信號，其I/O地址分配如下表3-1表3-1 I/O地址分配輸入信號輸出信號代號功能I點代號功能O點SB2啟動液壓泵X0KM1泵啟動Y0SB3快速下行X1KA1慢速下行Y1SQ2行程開關(guān)2SX2KA2泄壓回程Y2KP壓力繼電器X3KA3下缸頂出Y3SQ1行程開關(guān)1SX4KA4下缸退回Y4SB5下缸頂出X5KA5和Y1實現(xiàn)快速下行Y5SB6下缸退回X6指示燈Y6SB4下缸停止X7SB1總停止X103） 可編程控制器的輸入、輸出接線圖如圖所示4）梯形圖 根據(jù)電氣控制圖，我們畫出來了其梯形圖如圖所示四、總結(jié)機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計是對機(jī)床電氣控制學(xué)習(xí)的一次小結(jié)和深入學(xué)習(xí)，也是對所學(xué)相關(guān)知識的一次綜合應(yīng)用。對提高我們綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識的能力、理論聯(lián)系實際的能力都有很大幫助。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前的一個必不可少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次的課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真地進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地地邁開這一步，就是為明天能夠穩(wěn)健地在社會的大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。這次的課程設(shè)計主要是設(shè)計液壓機(jī)的電氣控制原理和PLC控制原理 ，因為之前學(xué)過液壓機(jī)的工作原理，所以在理解方面沒有什么疑問，在做控制設(shè)計這部分時同組的同學(xué)做了深入的討論，通過在網(wǎng)上和圖書館查資料，和同學(xué)討論以及老師的幫助下，較好的完成了液壓機(jī)的繼電器控制和PLC原理控制的設(shè)計，基本達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計要求。在此次設(shè)計過程中我學(xué)到許多的知識 ，對繼電器控制原理和PLC控制原理有更深層次的了解，尤其是繼電器部分，能較熟練的選擇各電氣元件型號，分析電路圖，在PLC部分，對編程有簡單的了解，會畫簡單的梯形圖，較熟練的寫出其相應(yīng)的指令語句。從資料搜集、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)到設(shè)計任務(wù)的完成，脫離不了集體的力量。遇到問題和同學(xué)互相討論交流，多和同學(xué)討論。我們在做課程設(shè)計的過程中要不停的討論問題，這樣，我們可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便最后設(shè)計更加完善合理。小組共同設(shè)計給我們提供了團(tuán)體協(xié)作的途徑，讓我們更能有利于進(jìn)行思考和設(shè)計，一個人的力量是有限的，但是團(tuán)體的力量是無窮的，在設(shè)計過程中要進(jìn)行換位思考，綜合大家的力量進(jìn)行初步的理論設(shè)計，然后要獨立的完成自己的設(shè)計思路。在學(xué)習(xí)理論知識的同時也要參加實踐活動，同時，分組設(shè)計也有利于我們同學(xué)之間的團(tuán)體協(xié)作。把課本上的知識運(yùn)動到社會實踐當(dāng)中去，也是我們學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識的最終目的。本次的課程設(shè)計，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用機(jī)電控制技術(shù)及其他課程的理論知識和理論聯(lián)系實際，應(yīng)用生產(chǎn)實際知識解決工程實際問題的能力；在設(shè)計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊精神，同學(xué)們共同協(xié)作，解決了許多個人無法解決的問題，在今后的學(xué)習(xí)過程中我會更加努力和團(tuán)結(jié)。五、參考文獻(xiàn)1 鄭鳳翼，鄭丹丹，趙春江.主編.圖解PLC控制系統(tǒng)梯形圖和語句表.北京：人民郵電出版社,2006.2 .孫余凱,吳鳴山等編著.學(xué)看實用電氣控制線路圖.北京：電子工業(yè)出版社，2006.3 李偉主編.機(jī)床電器與PLC.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.4 張萬奎主編.機(jī)床電氣控制技術(shù).北京：中國林業(yè)出版社.北京大學(xué)出版社，2006.5 芮靜康 .實用機(jī)床電路圖集. 北京：中國水利水電出版社.2006.六、附錄1、電氣控制原理圖2、PLC主電路和接線圖