C650卧式车床电气控制系统的改造(共38页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上毕 业 设 计 说 明 书题 目： C650卧式车床电气控制系统的 PLC改造 专 业： 年 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 完成日期： 2014年11月21日 摘 要可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起来的以微处理器为核心，集微电子技术、自动化技术、计算机技术通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富。它的功能主要是：控制功能、数据采集、储存与处理功能、通信、联网功能、输入/输出接口调理功能、人机界面功能。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。本次设计的内容主要是利用PLC（Programmable Logic Controller）对C650型车床的电气控制部分进行改造。首先我对本设计进行总体的分析，使自己有一个大致的总体概念，然后仔细分析C650车床，对车床主运动和进给运动还有其它的辅助运动，进行分析。最后根据控制电路的线路图，编译PLC的梯形图。因此使C650车床在完成原有的功能特点外，还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。关键词：可编程控制器，C650车床，梯形图，电气控制。目 录9前 言更新改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业，该设计是对C650卧式车床电气控制系统的PLC改造的研究设计。采用连线少、体积小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系统，来代替电气控制系统中继电器控制逻辑，配以合适的数控系统，可使机床控制功能更加丰富，自动化水平大大提高。今天继电器已应用到工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也随之带来一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具有使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。目前采用继电器控制的旧式普通机床设备仍在企业中广泛使用，特别是工业欠发达地区这些设备的使用效率还较高，在企业中仍然起着较大的作用。由于这些设备使用多年后故障率高、维修量大、可靠性差；其精度、效率、自动化程度都已不能满足当前生产需要等原因，严重影响了正常的生产。本次设计以PLC控制系统取代传统的继电器系统，改造后的系统将提高工作性能，并且达到车床的控制要求，实现车床启动、正反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵等一系列功能，系统改由PLC控制后，其控制系统将大大的简化，并且维修方便、易于检查，节省大量的空间，且机床的各项性能将有很大的改善，工作效率将有明显的提高及整个控制系统将整体可在触摸屏上操作，使控制直观、简单化。为企业提高提高整体效率和增强竞争实力。由于我的水平有限，时间仓促，设计中难免有错误和不足之处，恳请老师批评指正。作者： 2014年11月21日第一章 C650卧式车床的改造介绍1.1 C650型卧式车床简介C650卧式车床属于中型车床，可加工的最大工件回转直径为1020mm，最大工件长度为30000mm，它主要由床身、主轴变速箱、尾座、进给箱、丝杆、光杆、刀架和溜板箱等组成，如图1-1。图1-1 C650卧式车床结构图C650车床由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工，车床的主轴、冷却泵、刀架快速移动均由三相异步电动机拖动。车床有三种运动形式：车削加工的主运动是主轴通过卡盘或者鸡心夹头带动工件的旋转运动，它承受车削加工时的主要切削功率；进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向运动；辅助运动为溜板箱的快速移动，尾座的移动和工件的夹紧与放松。主轴的旋转运动由主电动机，经传动机构实现。机床车削加工时，要求车床主轴能在较大范围内变速。通常根据被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、车刀材料、冷却条件及加工方式等来选择切削速度，采用机械变速方法。车床纵、横两个方向的进给运动由主轴变速箱的输出轴，经挂轮箱、进给箱、光杆传入溜板箱而获得，其运动方式有手动与机动两种。其工作过程过程如下：（1） 正常车削加工时一般不要求反转，但在加工螺纹时，为保证螺纹的加工质量，为避免乱扣，加工完毕后要求反转退刀，且工件旋转速度与刀具的移动速度之间保持严格的比例关系。因此，C650卧式车床溜板箱与主轴变速箱之间通过齿轮传动来连接，由同一台电动机拖动。（2） C650卧式车床通过主电动机的正、反转来实现主轴的正、反转，当主轴反转时，刀架也跟着后退。（3） 电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上，用来监测电动机的负载情况。（4） 车削加工近似于恒功率负载，主电动机M1通常选用普通笼型异步电动机（功率为30KW），完成主轴运动和刀具进给运动的驱动。M1电动机采用直接启动的方式，可正反两个方向旋转，为加工方便，还具有点动功能。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动动能，C650车床的正反停车采用速度继电器控制电源的反接制动，以提高生产效率。（5） 车削加工中，为防止刀具和工件的温度过高，延长刀具使用寿命，提高加工质量，车床附有一台单方向旋转的冷却泵电动机M2，功率为0.18KW。（6） C650卧式车床的床身较长，为了提高生产效率、减轻工人的劳动强度，专门设置了一台功率为2.2KW的电动机来拖动溜板箱快速移动。电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。（7） C650在进行车削加工时，因被加工的工件材料、形状、大小、性质及工艺要求不同，且使用的刀具也不同，所以要求切削速度也不同，这就要求主轴有较大的调速范围。车床大多采用机械方法调速，变换主轴箱外的手柄位置，可改变主轴的转速。1.2 C650卧式车床改造主要内容(1) 主电动机M1采用全压空载直接启动。(2) 要求主电动机M1能实现正、反向连续运转。停止时，由于工件转动惯量大，采用反接制动。（3) 为便于对刀操作，要求M1能实现单向点动控制，同时定子串入电阻获得低(4) 主轴启动之后，再启动冷却泵电动机。（5）有必要的保护和联锁，有安全可靠的照明电路。（6）原车床的工艺速点动。加工方法不变。（7）不改变原控制系统电气操作方法和按钮、手柄等操作元件的功能。1.3 C650卧式车床改造要求（1） 原车床的工艺加工方法不变。（2） 改变原控制系统电气操作方法和按钮、手柄等操作元件的功能。（3） 改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC与 触摸屏屏编程实现。（4） 有完善的限位保护、电机过流保护等保护功能。（5） 原有控制功能不变的情况下，把主轴电机起动改为Y/起动、取消降压电阻。具体要求如下： 主轴具有正、反转起停功能和正转点动功能。 主轴具有点动功能，点动时主轴电机为Y形接法。 主轴正转、反转起动时采用Y/起动。 主轴制动时采用Y接法。 冷却泵电机起停控制功能。 快进电机点动功能，并改用按钮控制点动。 照明电路改为PLC控制，有启停控制功能。因此，可得改造后的系统主电路图，见图1-2。图1-2 系统主电路图第2章 总体方案设计2.1 方案的提出与比较从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。随着科学生产力的发展，机床设备数控化率的提高已是衡量一个国家机械制造业现代化水平的重要标志。对于一个企业要想在竞争激烈的市场中赢得生存，适应当前产品更新日新月异的发展，要求在最短时间生产出优质、高产、低价的新产品。采用先进的工艺设备，包括采用数控机床，已显得越来越重要。因此，逐步提高数控机床的占有比，己经成为我国制造技术发展的总趋势。提高机床数控化率有两个途径:一是购买新的数控机床；二是对旧机床进行数控改造。这对于我国一个机床拥有量极大(其中大部分机床役龄较长)，而当前经济财力又不足的发展中国家来说，采用旧机床改造来提高设备的先进性和数控化率，是一个极其有效和实用的途径。采用数控技术改造旧机床主要有下述适应性和特点:(1) 减少投资、交货期短同购置新相比，一般可以节省60%-80%的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、刀具自动交换装置、托盘自动交换装置的制作与安装等过于费工、费钱，往往使改造成本提高2-3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50%左右。(2) 机械性能稳定可靠，但结构受限由于机床本身的特点，它与汽车等类机电产品不同，机床所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸铁构件，而不是焊接构件。而铸铁件年代愈久，自然时效愈充分，内应力的消除使得精度比新铸件更稳定。从另一方面来说，这些铸铁件的重复使用，即节约了社会资源，又减少了铸铁件生产时对环保的影响。但旧机床的改造，由于受到原机床机械结构的限制，不宜做突破性的改进。(3) 熟悉了解设备结构性能，便于操作维修购新设备时，事先不能全面了解机床结构性能，以致很难预计是否能完全适合其加工要求。改造则不然，由于旧设备已多年使用，机床操作者和维修人员已对其机械性能和结构了解透彻，对机床的加工能力能较准确地估算。机床数控改造时，可根据企业自身的技术力量和有关条件，采用自己改造或委托专业改造公司，并派原设备维修技术人员参加相结合的方法进行。这样，既可在数控改造过程中，培养提高相关人员的数控技术水平和有关专业知识，又便于合理选择更换原机床设备中的部份元器件，更主要的通过改造，大大提高了企业自身对数控机床维修的技术力量，并且也大大缩短了对数控机床在操作使用和维修方面的培训时间，机床一旦改造调试完毕，就可很快投入正常全负荷运转，见效甚快 。(4) 可充分利用现有的条件可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基，同时工夹具、样板及外围设备也能再利用。以加工中心为例子，工艺装备的费用一般要占整个机床售价的10%以上。(5) 可更好地因地制宜，合理删选功能购买现成的通用数控机床，往往对一个具体的生产加工有一些多余的功能，而又可能缺少某一专用的特殊功能。如向机床制造厂提出特殊订货，增加某些专用功能，往往费用大、交货期长。而采用改造的方案，就可灵活选取所要的功能，并可根据生产加工要求，采用组合的方法，增添某些部件，设计改造成专用数控机床。(6) 可及时采用最新技术、充分利用社会资源由于技术进步和我国机床功能部件专业化生产的发展，目前已有众多的社会资源来支持机械方面的改造。如可随意采购各种尺寸的滚珠丝杠副，而且交货期短:采用贴塑导轨新技术，不仅可使传统的滑动导轨的摩擦系数降低五至十几倍来防止爬行，还使得刮研极为容易。这种塑料导轨带和粘结剂，国内己有多家厂生产，可敞开供应。此外，国产数控系统还具有导轨精度自动补偿的功能，最终可以获得高于导轨实际具有精度。2.2 方案的选择与论证2.2.1 PLC介绍PLC（即可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller）是用来取代用于电机控制的顺序继电器电路的一种器件（图2-1）。是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步起，依次执行到最终步，然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。图2-1可编程序控制器的基本结构PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点。可编程控制器得以迅速发展和广泛使用的原因是由于它具有继电器接触器控制装置和通用计算机以及其他控制系统所不具有的特点：(1) 运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强(2) 设计使用和维护方便(3) 编程御苑直观易学(4) 与网络技术相结合(5) 体积小、质量轻、能耗低2.2.2 C650改造方案的选择C650卧式车床的控制方式是将接触器、继电器、定时器、其他电器及其触点按一定逻辑关系连接的继电接触器控制系统，其具有结构简单、价格便宜、便于掌握的特点，在一定范围内满足控制要求，此控制方式在工业控制中比较常见。但这种控制方式存在着设备体积大、动作速度慢、功能少而固定、可靠性差、难于实现较复杂的控制的缺点，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺改变时，原有的接线和控制盘就要更换，缺乏通用性和灵活性。为了解决继电接触器控制系统的这一缺点，寻求一种比继电接触器更可靠、功能更齐全、相应速度更快的新型工业控制器势在必行。此新型工业控制器应该既有电接触器简单易懂、使用方便、价格低的特点又有功能完善、通用性好、灵活性好的优点。从被控制对象维护简单和控制器性价比高、综合成本低这几个主要原则出发，可编程控制器（PLC）是最佳的选择。2.2.3 PLC控制系统与电气控制系统的比较PLC控制系统与电气控制系统的比较主要有以下优点：（1） 控制方法电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电气控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑时以程序的方式存放在存储器中的，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓的“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的PLC系统的灵活性和可扩展性也较好。（2） 工作方式在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序按一定顺序循环执行，所以各继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。（3） 控制速度继电器控制系统依靠机械触点的动作实现控制，工作效率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC时通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。（4） 定时和计数控制电气控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路做定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能，而电气控制系统一般不具备计数功能。（5） 可靠性和可维护性由于电气控制系统使用了大量的机械触点，存在机械磨损、电弧烧伤等问题，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，寿命长、可靠性高。PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场的调试和维护提供了方便。第三章 控制系统的总体设计3.1 系统工作流程分析C650卧式车床工作流程图如图3-1所示。图3-1 C650卧式车床PLC控制工作流程示意图PLC控制的C650卧式车床工作过程为：（1）开机。（2）PLC开始运行，分析机床是否有故障，若发现系统故障，则发出故障报警；若系统正常，则机床开始运行。（3）判断刀架位置是否正确，若位置不正确，则点动调整到正确位置。（4）则选择操作方式，若手动操作，开始单步操作；若自动操作，开始运行自动循环程序。（5）机床停止工作。（6）关机。3.2 PLC I/O 分配表由系统改造要求可确定I/O分配表，如表3-1所示。表3-1 I/O分配表输入输出名称功能作用I/O口名称功能作用I/O口SB1总停X0KM1控制M1正转运行Y0SB2M1正转启动X1KM2控制M1反转运行Y1SB3M1反转启动X2KM3控制M1 形运行Y2SB4M1点动X3KM4控制M1 Y形运行Y3SB5M2启动X4KM5控制M2运行Y4SB6M2停止X5KM6控制M3运行Y5SB7HL照明X6KA电流表A短接中间继电器Y6SB8HL熄灭X7HL车床照明Y7SB9M3点动X10FR1M1过载保护X11FR2M2过载保护X12KS1正转制动速度继电器常开触点X13KS2反转制动速度继电器常开触点X143.3 PLC的选择(1) PLC常用的有晶体管输出与继电器输出，其区别为： 负载电压、电流类型不同。负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A。电压：晶体管可接直流24V（一般最大在直流30V左右，继电器可以接直流24V或交流220V。 负载能力不同。晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。 晶体管过载能力小于继电器过载的能力。一般来说，存在冲击电流较大的情况时（例如灯泡、感性负载等），晶体管过载能力较小，需要降额更多。 晶体管响应速度快于继电器。继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms）。晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至更小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服步进等，用于动作频率高的输出。 在额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制。继电器是机械元件所以有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。(2)下表为三菱PLC FX2N系列，继电器输出、晶体管输出部分型号列表表3-2三菱PLC FX2N系列，继电器输出、晶体管输出部分型号列表序号型号输入输出总点数输入点数输出点数输出类型1FX2N-16MR-0011688继电器输出2FX2N-32MR-001321616继电器输出3FX2N-48MR-001482424继电器输出4FX2N-64MR-001643232继电器输出5FX2N-16MT-0011688晶体管输出6FX2N-32MT-001321616晶体管输出7FX2N-48MT-001482424晶体管输出8FX2N-64MT-001643232晶体管输出因此本次设计考虑到共有输入13个信号，输出8个信号，又因控制程序不是很大及不需要远程控制与特殊要求，所以选用三菱FX系列的FX2N-32MR-001,由表知输入输出总点数为32，输入点数为16，输出点数为16，继电器输出，可以满足本次设计的要求。3.4 PLC的I/O电气接线图由4.1 I/O 分配表可以知道，输入部分：按钮SB1为整个控制系统的停止开关；按钮SB2、SB3及SB4分别控制主轴电机M1的正反转及点动控制；按钮SB5、SB6分别控制冷却泵电机的M2启动与停止；按钮SB7、SB8分别控制HL的照明于熄灭；按钮SB9控制快进电机的点动；热继电器常闭开关FR1，FR2分别为M1、M2的过载保护；速度继电器KS1、KS2分别辅助主轴电机M1的正反转制动。输出部分：KM1、KM2接触器分别控制主轴电机M1的正反转；KM3、KM4接触器分别控制主轴电机M1的、Y运行；KM5、KM6接触器分别控制冷却泵电机M2、快进电机M3的运行；HL为车床照明。PLC的输入、输出I/O电气接线图，如3-2图。图3-2 PLC I/O电气接线图第四章 C650卧式车床控制系统硬件设计图4-1 C650车床改造前控制原理图4.1主电路分析如图4-1，C650卧式车床主电路设有三台电动机的驱动电路。组合开关QS为电源开关，将电源引入。FU1为主电动机M1的短路保护熔断器，FR1为M1过载保护热继电器。R为限流电阻，当主轴点动时，限制启动电流，在停车反转制动时，又起限制过大的反向制动电流的作用。电流表A用来监视电动机M1的绕组电流，由于主轴电机M1的功率很大，故电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上。图中时间继电器的常闭开关KT作用是短接电流表A，在机床刚开始启动时，以让电流表躲避启动尖峰电流冲击，待时间继电器延时一定时间后，常闭KT断开，电流表A接入电路，开始监测主轴电动机绕组电流。当机床工作时，可调整切削用量，使电流表A的电流接近主电动机M1额定电流的对应值（经电流互感器TA后减小了的电流值），以便提高生产效率和充分利用电动机M1的潜力。KM1、KM2为控制主轴电机正反转接触器，KM3用于短接电阻R的接触器，由它们的主触头相互组合控制主轴电机M1。速度继电器KS为控制电机的正反转制动用。FU2为冷却泵电动机M2的短路保护熔断器，KM4为控制M2运行的接触器，FR2为M2过载保护热继电器。FU3为快速移动电动机M3的短路熔断器，KM5为控制M3运行的接触器点动时运行，故不设置热继电器保护。4.2控制电路分析4.2.1 主电动机点动控制分析如图4-1，SB2为控制主电动机的按钮开关，当按下SB2且不松手时，接触器KM1线圈通电，KM1主触点闭合接通电路，这时接触器KM3线圈没有接通，电网电压经限流电阻接入主电动机M1，从而减少了起动电流。由于中间继电器KA未通电，虽然此时KM1的常开触点（13-15）已闭合，但并未能自锁。因此，当松开SB2后，KM1线圈随即断电，主电动机M1停止运行。4.2.2 主电动机的正反转控制分析如图4-1，虽然主电动机M1的额定功率为30KW，但只是在车削时消耗功率较大，而启动负载很小，因而启动电流并不很大。所以，在非频繁点动的一般工作时，仍然采用了全压直接启动。SB3为正向启动控制按钮开关，当按下SB3时，SB3（715）闭合，交流接触器KM3线圈通电，KM3主触点闭合，短接限流电阻R，另一个常开辅助触点（5-23）闭合，中间继电器KA线圈通电，其常开触点（7-19）闭合，使得KM3在SB3松开后保持通电，进而KA也保持通电。同时KA的常闭触点将停车制动的基本电路切除。另一方面，当SB3尚未松开时，由于KA的另一个常开辅助触点（9-13）已闭合，因而使得交流接触器KM1线圈通电，其主触点闭合，主电动机M1全压启动运行。与此同时，KM1的常开辅助触点（13-15）闭合，与之前闭合的两个KA常开触点（7-19、9-13）形成自锁通路，当SB3松开后，从而KM1保持通电。KT的常闭触点在主电路中短接电流表A，其作用是使电流表避过启动尖峰电流的冲击。在KA常开触点（7-19）闭合KM3通电的同时，通电延时时间继电器KT通电，开始延时，时间到后，其主电路的常闭触点断开，此时电流表接入电路开始监测主电动机M1的绕组电流。如图所示，SB4（13区）为反向启动按钮开关，反向启动控制过程与正向启动控制过程类似，在此不在分析。4.2.3 主电动机反接制动分析如图4-1， C650卧式车床采用反接制动方式进行停车制动，使用速度继电器KS（3区）进行检测与控制。当主电动机正转启动时，主轴电动机正向旋转达到120r/min时，速度继电器KS的正向常开触点KS1（17-23）闭合，制动电路处于准备状态，当按下总停按钮SB1（3-5）开关后，原来通电的KM1、KM3、KA、KT就马上失电，它们的所有触点均被释放复位到常态。而主电动机因惯性仍然运转，因速度不可能立刻降下来（n < 100r/min），所以速度继电器KS1（17-23）仍闭合，当SB1（3-5）复位时KS1（17-23）与控制反接制动电路的KA常闭辅助触点（7-17）一起接通接触器KM2的线圈电路，电流通路是：TC（110V）FU5（1-3）SB1常闭触点（3-5）FR1（5-7）KA常闭触点（7-17）KS正向常开触点KS1（17-23）KM1常闭触点（23-25）KM2线圈（4-25）FU5（2-4）TC。这样，主电动机M1主电路即串入限流电阻R进行反接制动，强迫电动机迅速停止，正向转速很快就降下来，当降到（n<100r/min）很低时，速度继电器KS的正向常开触点KS1（17-23）复位断开，这样就切断了上面的KM2线圈通路，其相应的主触点复位，电动机断电，则正向反接制动结束。反转时的反接制动过程与正转停车制动时的反接制动过程相似，则不在作详细分析。在反接状态下，速度继电器KS的反向常开触点KS2（9-17）闭合，制动时接通KM1（4-11）的线圈电路，进行反接制动。4.2.4 快速电动机与冷却泵电动机控制分析如图4-1，若要使快速电动机动作(刀架快速移动),则转动刀架手柄,使其压合位置开关SQ(5-23),SQ闭合,接通KM5线圈电路,KM5线圈主触点(5区)闭合,这样快速电动机M3就开始运转,经传动系统驱动溜板箱,带动刀架快速移动。当刀架手柄复位时，快速电动机M3停止运行。 SB5、SB6按钮开关分别为冷却泵电动机M2的停止、启动开关，控制接触器KM4线圈电路的通断，达到控制冷却泵M2的通断运行。4.3 辅助电路分析4.3.1 照明电路和控制电源分析如图4-1，TC为控制变压器，二次侧有两路，一路为110V，为控制电路提供电源；而另一路为36V（安全电压），供照明电路照明，SA（7区）为控制照明电路的开关，SA闭合时照明灯HL（7区）点亮，断开则熄灭。4.3.2 电流表保护电路如图4-1，电流表A（3区）经电流互感器TA（2区）接在主电动机M1的主电路上，由于在主电动机在刚启动时，启动尖峰电流很大，为了让电流表躲过启动尖峰电流的冲击，则在线路上设置了时间继电器KT（12区）的常闭开关KT（3区）进行保护。在主电动机正向或反向启动后，时间继电器KT（12区）通电，延时开始，延时时间尚未到时，电流表A（3区）被时间继电器KT（12区）延时常闭触点（3区）短路，延时时间到后，电流表开始指示（监测主电动机绕组电流）。4.4 电动机选择本次毕业设计使用PLC控制系统取代传统继电器控制系统的逻辑控制线路部分，其余基本无变化。电动机亦保留原有主轴电机、冷却泵电机、快进电机，并将主轴电机改为Y/连接（即在刚启动或点动及制动时为Y形连接，在启动时，启动完成后即改为形连接运行），详见表4-1。表4-1 主轴电机、快进电机、冷却泵电机参数表参数主轴电机快进电机冷却泵电机型 号Y255M-6Y90L-2Y2-631-2额定电压AC 380V 50HzAC 380V 50HzAC 380V 50Hz额定电流59.5A4.8A0.35A额定功率30KW2.2KW0.18KW额定转速98028402730功率因数0.850.860.8连接方式Y/YY绝缘等级BEE4.5 系统元器件的选择4.5.1 交流接触器的选择交流接触器是一种频繁应用于工业电气控制，并用按钮或其他方式来控制其通断的自动切换电器。在功能上除了能自动切换外，还具有刀开关类手动开关所不能实现的远距离操作功能和失压（或欠压）保护功能。其生产方便，价格低廉，应用十分广泛。交流接触器由电磁机构，触点系统、灭弧系统、释放弹簧机构、辅助触点及基座等部分组成。其原理是当接触器的电磁线圈通入交流电时，会产生很强的磁场使装在线圈中心的静衔铁吸动动衔铁，当两组衔铁合拢时，安装在动衔铁上的动触点也随之与静触点闭合，使电气线路接通。当断开电磁线圈中的电流时，磁场消失，接触器在弹簧的作用下恢复到断开的状态 。 在工业电气中，常用交流接触器的型号有CJX8(B系列)CJ12、CJ20、CJT1(CJ10)、CJX1(3TB、3TF系列)、CJ40、SMC等系列产品。在这次控制系统硬件的设计中，采用了CJ20系列的交流接触器，其额定电流应在控制电流的11.4倍之间（或经验公式2PN选择，PN为电动机功率）,在此控制主轴电机的KM1、KM2、KM3、KM4，选取交流接触器型号为：CJ2063，线圈电压220V；控制冷却泵电机KM5和控制快进电机的KM6选取交流接触器型号为：CJ2010，线圈电压220V。4.5.2 中间继电器的选择中间继电器用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。 它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。新国标对中间继电器的定义是K，老国标是KA。常用的中间继电器型号有JZ7、JZ14等。本次设计选择的中间继电器型号为JZ7-44。4.5.3 保护电器的选择（1）熔断器熔断器在电路中主要作短路保护和严重过载保护，用于保护线路。熔断器的熔体串接于被保护的电路中，当通过它的电流小于规定值时，其熔体相当于一根导线，起电气连接作用；当通过它的电流超过规定值（电路发生严重过载或短路时）一定时间后，其熔体自动熔断并切断电路，从而起到保护作用。一般电气控制线路中常用螺旋式熔断器，其常用的产品有RL5、RL6、RL7和RL8系列产品，一般选择熔体熔断电流应为电机额定电流的1.52.5倍。则主轴电机电路熔断器选取型号为:RL1-100/100；冷却泵电机电路、快进电机电路熔断器选取型号分别为：RL1-15/2、RL1-15/6；控制电路选取型号RL1-15/2。（2）热继电器热继电器是利用电流热效应原理来工作的保护电器，具有与电动机容许过载特性相近的反时限保护特性。主要用于电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行保护。也常与接触器配合成电池启动器。三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流(过载和断相)现象，如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至会烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置热继电器保护。选型原则：应根据被保护对象的使用条件、工作环境、启动情况、负载性质，电动机的形式以及电动机允许的过载能力等加以考虑。一般原则是使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之下，并尽可能地接近，以充分发挥电动机的过载能力，同时使电动机在短时过载和启动瞬间(56)Ie不受影响。通常热继电器选取的额定电流应为大于或等于电动机额定电流。整定电流一般为电动机额定电流的1.051.1倍（或按经验公式整定，2 PN 整定，PN为电动机功率）。主轴电机电路热继电器选取型号为：JR36-63,整定电流为：60A；冷却泵电路热继电器选取型号为：JR36-20，整定电流为：0.36A。4.5.4 控制开关电器的选择（1）转换开关转换开关又称组合开关，一般用于电气设备中非频繁的通断电路、换接电源和负载、测量三相电压以及直接控制小容量感应电动机的运行状态。转换开关由动触头（动触片）、静触头（静触片）、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其动静触头分别叠装于数层绝缘壳内，当转换手柄时，每层的动触片随方形转轴一起转动。一般选取的原则为允许通过的电流大于或等于电路的额定电流，按此选择转换开关。常用的产品有：HZ5、HZ10和HZ15等系列。本次设计选取HZ10-100/3。（2）按钮开关盒按钮开关（简称按钮）又称控制按钮，是一种接通或断开小电流电路的手动开关电器，一般不直接去控制主电路的通断，而在控制电路中发出启动或停止“命令”以远距离控制接触器、继电器、电磁启动器等电器线圈电流的接通或断开，再由它们去控制主电路。目前常用的按钮开关盒为LA4系列产品，本次设计选择的按钮开关型号为LA4-3H。4.5.5 速度继电器选择速度继电器是当转速达到规定值时触头动作的继电器。主要用于电动机反接制动控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时能自动地及时