電氣控制系統(tǒng)畢業(yè)論文-成型版.doc

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摘 要 車床是機械加工中使用最廣泛的機床，它可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面及螺紋等?，F(xiàn)代生產(chǎn)機械多采用機械、電氣、液壓、氣動相結(jié)合的控制技術(shù)。電氣控制技術(shù)起聯(lián)接中樞作用，應(yīng)用最為廣泛。用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。本設(shè)計主要任務(wù)是將CA6140型普通車床改造為數(shù)控車床。 關(guān)鍵詞：車床 數(shù)控 PLC 機床改造，電氣控制系統(tǒng)。 目 錄 摘要.....................................................................................................Ι 第1章 前 言 ……………………………………………………1 第2章 電氣控制系統(tǒng)……………………………………………2 2.1 電氣控制系統(tǒng)簡介………………………………………2 2.2 電路控制…………………………………………………2 第3章 PLC控制電路……………………………………………4 4.1 P L C機型選擇、 硬件連接及 l ／ O地址分配……..4 　4.2 P L C梯形圖控制分析…………………………………5 第4章 電動機正反轉(zhuǎn)控制……………………………………….5 5.1結(jié)構(gòu)控制……………………………………………………5 5.2. 電動機正反轉(zhuǎn)控制梯形圖設(shè)計………………………….6 第6章 結(jié)束語………………………………………………………6 第7章 致謝…………………………………………………………7 參考文獻……………………………………………………………8 第一章 前 言 在機床工業(yè)的發(fā)展過程中，提高機床的加工速度和加工精度，始終是人們努力解決的相互制約的兩大課題，也是推動機床電氣控制系統(tǒng)發(fā)展的動力。電力拖動控制、電力電子、檢測、計算機和控制理論的發(fā)展，為機床電氣控制系統(tǒng)不斷發(fā)展提供了物質(zhì)和科技條件。 20世紀40年代以前，機床的電氣控制主要采用交流電動機拖動的繼電器-接觸器控制。由于當時的交流電動機難以實現(xiàn)調(diào)速，只能通過皮帶、齒輪等機械機構(gòu)來實現(xiàn)有級變速，因而機床的機械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時還限制了加工精度的提高。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)機床的各種運動控制（如啟動、制動、反轉(zhuǎn)、變速等），并可實現(xiàn)邏輯控制、聯(lián)鎖控制、異地控制等，因而大大提高了機床的自動化水平，有助于減輕工人的勞動強度。這種控制系統(tǒng)技術(shù)簡單、易于掌握，至今仍被廣泛采用。 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由各種電器組成的，而這些電器的機械動作壽命是有限的，必須按時更換損壞的電器，以免影響系統(tǒng)的可靠性。另外，根據(jù)加工工藝的要求，需要改變控制邏輯關(guān)系時，必須修改線路，重新安裝配線，這對現(xiàn)代機床的控制要求是很不適應(yīng)的。 20世紀40年代后，發(fā)電機-電動機、交磁放大機-電動機等直流調(diào)速系統(tǒng)，以其優(yōu)良的調(diào)速性能，被廣泛用于大型機床的主拖動和進給拖動系統(tǒng)中。不僅提高了機床的加工性能，還簡化了機床的傳動機構(gòu)。 近年來，由于電力電子器件及其變換技術(shù)的發(fā)展和矢量控制技術(shù)的應(yīng)用，交流調(diào)速系統(tǒng)有了很大的發(fā)展，在調(diào)速性能上完全可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，加之性能可靠、維護方便，因而在星帶機床中逐步取代著直流調(diào)速系統(tǒng)。 在機床的控制方面，今年出現(xiàn)的可編程控制器（PLC）已廣泛用于電氣控制系統(tǒng)中?？删幊炭刂破鞑粌H可以按事先編好的程序進行各種邏輯控制，還具有隨意編程、自動診斷、通用性好、體積小、可靠性高的特點。因此，可編程控制器正逐步取代著繼電器－接觸器控制系統(tǒng)。 可以預(yù)料，隨著科學(xué)季度的發(fā)展，機床PLC電氣控制系統(tǒng)將繼續(xù)向更高的方向發(fā)展，以不斷提高機床的加工精度、生產(chǎn)效率和自動化水平。 第2章 電氣控制系統(tǒng) 2.1　電氣控制系統(tǒng)簡介 電氣控制系統(tǒng)一般稱為電氣設(shè)備二次控制回路，不同的設(shè)備有不同的控制回路，而且高壓電氣設(shè)備與低壓電氣設(shè)備的控制方式也不相同。 　 為了保證一次設(shè)備運行的可靠與安全，需要有許多輔助電氣設(shè)備為之服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)某項控制功能的若干個電器組件的組合，稱為控制回路或二次回路。這些設(shè)備要有以下功能： 　1）　自動控制功能。高壓和大電流開關(guān)設(shè)備的體積是很大的，一般都采用操作系統(tǒng)來控制分、合閘，特別是當設(shè)備出了故障時，需要開關(guān)自動切斷電路，要有一套自動控制的電氣操作設(shè)備，對供電設(shè)備進行自動控制。 　2）保護功能。電氣設(shè)備與線路在運行過程中會發(fā)生故障，電流(或電壓)會超過設(shè)備與線路允許工作的范圍與限度，這就需要一套檢測這些故障信號并對設(shè)備和線路進行自動調(diào)整(斷開、切換等)的保護設(shè)備。 　3）監(jiān)視功能。電是眼睛看不見的，一臺設(shè)備是否帶電或斷電，從外表看無法分辨，這就需要設(shè)置各種視聽信號，如燈光和音響等，對一次設(shè)備進行電氣監(jiān)視。 　4）　測量功能。燈光和音響信號只能定性地表明設(shè)備的工作狀態(tài)(有電或斷電)，如果想定量地知道電氣設(shè)備的工作情況，還需要有各種儀表測量設(shè)備，測量線路的各種參數(shù)，如電壓、電流、頻率和功率的大小等。 　　在設(shè)備操作與監(jiān)視當中，傳統(tǒng)的操作組件、控制電器、儀表和信號等設(shè)備大多可被電腦控制系統(tǒng)及電子組件所取代，但在小型設(shè)備和就地局部控制的電路中仍有一定的應(yīng)用范圍。這也都是電路實現(xiàn)微機自動化控制的基礎(chǔ)。 2.2　電路控制 常用的控制線路的基本回路由以下幾部分組成。 　1）電源供電回路。供電回路的供電電源有AC380V和220V等多種。 　　2）保護回路。保護(輔助)回路的工作電源有單相220、36V或直流220、24V等多種，對電氣設(shè)備和線路進行短路、過載和失壓等各種保護，由熔斷器、熱繼電器、失壓線圈、整流組件和穩(wěn)壓組件等保護組件組成。 　　3）信號回路。能及時反映或顯示設(shè)備和線路正常與非正常工作狀態(tài)信息的回路，如不同顏色的信號燈，不同聲響的音響設(shè)備等。 　　4）自動與手動回路。電氣設(shè)備為了提高工作效率，一般都設(shè)有自動環(huán)節(jié)，但在安裝、調(diào)試及緊急事故的處理中，控制線路中還需要設(shè)置手動環(huán)節(jié)，通過組合開關(guān)或轉(zhuǎn)換開關(guān)等實現(xiàn)自動與手動方式的轉(zhuǎn)換。 　　5）制動停車回路。切斷電路的供電電源，并采取某些制動措施，使電動機迅速停車的控制環(huán)節(jié)，如能耗制動、電源反接制動，倒拉反接制動和再生發(fā)電制動等。 　　6）自鎖及閉鎖回路。啟動按鈕松開后，線路保持通電，電氣設(shè)備能繼續(xù)工作的電氣環(huán)節(jié)叫自鎖環(huán)節(jié)，如接觸器的動合觸點串聯(lián)在線圈電路中。兩臺或兩臺以上的電氣裝置和組件，為了保證設(shè)備運行的安全與可靠，只能一臺通電啟動，另一臺不能通電啟動的保護環(huán)節(jié)，叫閉鎖環(huán)節(jié)。如兩個接觸器的動斷觸點分別串聯(lián)在對方線圈電路中。 第3章 PLC控制電路 4.1 P L C機型選擇、 硬件連接及 l ／ O地址分配 車床電氣控制系統(tǒng)所需的 I ／ 0點總數(shù)在 2 5 6以下 ， 屬于整體式PLC的范圍?？刂葡到y(tǒng)只需要邏輯運算等簡單功能， 主要用來實現(xiàn)條件控制和順序控制。為實現(xiàn) C 6 5 0車床上述的電氣控制要求， 所以P L C可以選擇歐姆龍公司的C P 1 H系列。它的價格低， 體積小， 非常適用于單機自動化控制系統(tǒng)。 該機床的輸入信號是開關(guān)量信號， 輸出是負載三相交流電動機接觸器等。根據(jù)表 1可知，車床電氣控制系統(tǒng)需要 9個外部輸入信號， 5 個輸出信號 。P L C所具有的輸入點和輸出點一般要比所需小于3 0 ％以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴展預(yù)留。所以本系統(tǒng)所需的輸入點為 1 2個 ，輸出點為 7個?，F(xiàn)選擇歐姆龍公司C P I H系列的C P 1 H一 4 0 C D R— A型 P L C， 2 4 V直流 2 4點輸入繼電器型交流 1 6點輸出。 4.3 P L C梯形圖控制分析 (1) 車床正向工作及反接制動過程： 按下 S B 2 ， 接通內(nèi)部輔助繼電器 W2 0 0 ． 0 0 ， 進入聯(lián)鎖程序 ， 由內(nèi)部輔助繼電器接通K M3吸合短接電阻 R ， 同時接通 K M1 ， 主電動機 M1 正轉(zhuǎn)起動運行， 開始車削加工。要停車時， 按下 S B1 ， K M1 、 KM3 線圈失電， 同時 K M2吸合 ， 主電動機 M1串電阻反接制動， 當速度接近零時， 速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸點 K S 1 斷開， K M2釋放電動機M1 停轉(zhuǎn)。 反向工作過程與正向相同。 ( 2) 刀架快速移動過程： 扳動進給操縱手柄壓合位置開關(guān)Q， KM5吸合 ， M3起動運行， 刀架向指定方向快速移動。 (3) 主電動機正向點動過程： 按下 S B 4 ， 使 K M1吸合 ， M1電阻限流點動， 松開 S B 4 ， K M1 失電， M1 停轉(zhuǎn)， 實現(xiàn)點動控制。 ( 4) 冷卻泵工作過程： 如果車削加工過程中， 工件需要使冷卻液時，按下S B 6 ， KM4 線圈得電，冷卻泵電動機 M2 提供冷卻液。要停止， 按下 S B 5即可。 第5章 電動機正反轉(zhuǎn)控制 5.1結(jié)構(gòu)控制 流電源E由PLC內(nèi)部提供，可直接將PLC電源端子接在開關(guān)上。交流電源則是由外部供給。利用PLC控制一臺異步電動機的正反轉(zhuǎn)。輸入端黃按鈕按下：電機正轉(zhuǎn)藍按鈕按下：電機反轉(zhuǎn)紅按鈕按下：電機停止設(shè)計正反轉(zhuǎn)控制過程： 機床的工作部件常需要作兩個相反方向的運動，大都靠電動機正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。其控制原理很簡單，只要將三相電源中的任意兩相對調(diào)，就可使電動機實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。下面就按此原理設(shè)計正反轉(zhuǎn)控制過程原理圖。 1.利用接觸器控制正反轉(zhuǎn)線路，下圖為電動機正反轉(zhuǎn)按鈕控制設(shè)計原理圖。在主電路中，兩個接觸器KM1、KM2觸點接法不同，故可改變電動機電源相序，從而改變電動機轉(zhuǎn)向。在控制電路中，SB1、SB2分別正反轉(zhuǎn)控制按鈕，SB3為停止按鈕。動斷觸點KM1、KM2為互鎖觸點，以避免SB1、SB2同時同時按下可能造成的短路故障；電動機換向需先按下停止按鈕SB3。 5.2. 電動機正反轉(zhuǎn)控制梯形圖設(shè)計 其中，X0為正轉(zhuǎn)啟動按鈕，X1為反轉(zhuǎn)啟動按鈕，X2停止按鈕地址，Y0正轉(zhuǎn)輸出，Y1反轉(zhuǎn)輸出。 RD X1 OR Y0 AND.NOT X1 AND.NOT X2 AND.NOT Y1 WRT Y0 RD X1 OR Y1 AND.NOT X0 AND.NOT X2 AND.NOT Y0 WRT Y1 第6章 結(jié)束語 通過實踐證明用 P L C代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電一接觸器控制能達到很好的效果， 不僅簡化了控制線路 ， 縮小了控制裝置的體積， 提 高了系統(tǒng)工作的可靠性、 通用性， 而且增強了控制系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)了C 6 5 0車床的自動控制， 生產(chǎn)效率得到了很大提高， 并能很好地保證其加工精度。我們衷心希望，我國科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識經(jīng)濟給我們帶來的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴峻挑戰(zhàn)，為在21世紀使我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)走向世界的前列，使我國經(jīng)濟繼續(xù)保持強勁的發(fā)展勢頭而共同努力奮斗。 致 謝 本文研究工作得到了指導(dǎo)教師戴雅婷的精心指導(dǎo)，同時也得到了機械系廣大教師的關(guān)心和支持，使得本次畢業(yè)設(shè)計得以順利地完成。在設(shè)計過程中，于老師多次提出建設(shè)性的意見，給我們指明了方向，講解數(shù)控設(shè)備、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢，提出了課題的研究思路和方向，使本論文得以完成。在這里對老師表示衷心的感謝!也感謝機械系的各位教師和幫助我的同學(xué)。