鏜床電氣控制系統(一)

鏜床電氣控制系統(一)

【摘要】
 本篇文章介紹了自動鏜床PLC控制系統設計方案，并且敘述了鏜床運行的基本原理、PLC的基本原理、PLC的工程設計步驟。整個系統采用了一臺PLC控制，整個控制系統設一個控制室。利用PLC控制鏜床運行，實現了鏜床啟動、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動控制和自動控制兩種控制方式，從而實現了銑床運行的自動化功能。PLC控制的特點使原機床控制大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查。節省大量的繼電器元件,使機床的工作效率更高。                  關鍵詞：可編程序控制器； 鏜床；   電氣控制系統； 
 
ABSTRACT：This page has introduced the design plan of theautomatic boring machine PLC control system, and has narrated thebasic principles of the boring machine’s operation, the basicprinciples of PLC and the engineering design step of PLC. the whole system has adopted aPLC to control, the whole control system sets up a control room andutilize a PLC control boring machine to run. It realized thefunction of boring machine’s start , stop , trouble stop , stoppromptly. And it has two kinds of control methods the manuallycontrol and automatically control, thus realized the automaticfunction of the boring machine’s operation.
KEYWORDS: PLC；boring machine；control system

目錄
【摘要】 1
目錄 2
1.緒論 4
1.1 選題的目的和意義 4
1.2  電氣控制技術的發展 4
1.3PLC的概述及構成 5
1.31PLC的定義 5
1.3.2 PLC的發展史 5
1.3.3 PLC的特點 6
1.3.4 PLC的基本組成 7
2  車鏜專機的概況 8
2.1車鏜專機概述 8
2.1.1車鏜專機的功用及組成 8
2.1.2車鏜專機加工過程及控制要求 8
2.2車鏜專機的電氣控制 10
2.2.1概述 10
2.2.2電氣控制線路工作原理 10
3車鏜專機電力拖動電動機的選擇 14
3.1電動機選擇的基本知識 14
3.2.1連續工作制電動機容量的選擇 14
3.2.2長期變化負載下電動機容量的選擇 15
3.3車鏜專機用電動機容量的選擇 15
3.3.1車鏜專機主軸和油泵電動機容量的選擇 15
3.3.2快速移動電動機容量的選擇 16
4車鏜專機電氣控制用低壓電器的選擇 17
4.1低壓電器的定義 17
4.2低壓電器的選擇 17
4.2.1低壓斷路器的選擇 17
4.2.2交流接觸器的選擇 17
4.2.3熔斷器的選擇 18
4.2.4熱繼電器的選擇 18
4.2.5行程開關與刀開關的選擇 19
4.2.6組合開關與萬能轉換開關的選擇 19
4.2.7主令控制電器的選擇 19
4.2.8指示燈的選擇 19
5車鏜專機PLC控制系統的設計 20
5.1PLC控制系統的設計內容 20
5.2PLC控制系統設計步驟 20
5.2.1選擇PLC的機型 20
5.2.2車鏜專機PLC的I/O接線圖 21
5.2.3其他硬件配置 22
5.2.4車鏜專機梯形圖的設計 22
5.2.5程序調試過程 24
5.2.6列寫電器元件一覽表 24
結束語 26
謝 辭 27
文 獻 28

1.緒論
1.1 選題的目的和意義
  由于現代加工技術的益提高，對加工機床特別是工作母機的要求也越來越高，數控技術是計算機技術、信息技術、現代控制技術等發展的產物，他的出現極大的推動了制造業的進步。機床的控制系統的優劣與機床的加工精度息息相關，特別是PLC廣泛應用于控制領域后，已經顯現出它的優越性。可編程控制器PLC已廣泛應用于各行各業的自動控制。在機械加工領域，機床的控制上更顯示出其優點。由于鏜床的運動很多、控制邏輯復雜、相互連鎖繁多，采用傳統的繼電器控制時，需要的繼電器多、接線復雜，因此故障多維修困難，費工費時，不僅加大了維修成本，而且影響設備的功效。采用PLC控制可使接線大為簡化，不但安裝十分方便而且工作可靠、降低了故障率、減小。
1.2  電氣控制技術的發展
    現代化生產的水平、產品的質量和經濟效益等各項指標，在很大程度上取決于生產設備的先進性和電氣自動化程度。機電一體化技術是隨著科學技術的不斷發展，生產工藝不斷提出新的要求而迅速發展的。在控制方法上主要是從手動到自動；在控制功能上，是從簡單到復雜；在操作上，是由笨重到輕巧。隨著新的控制理論和新型電器及電子器件的出現，又為電氣控制技術的發展開拓了新的途徑。 傳統的機床電氣控制是繼電器接觸式控制系統，由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關等組成，實現對機床的啟動、停車、有極調速等控制。繼電器接觸式控制系統的優點是結構簡單、維護方便、抗干擾強、價格低，因此廣泛應用于各類機床和機械設備。目前，在我國繼電器接觸式控制仍然是機床和其他機械設備最基本的電氣控制形式之一。 在實際生產中，由于大量存在用開關量控制的簡單的程序控制過程，而實際生產工藝和流程又是經常變化的，因而傳統的繼電器接觸式控制系統常不能滿足這種要求，因此曾出現了繼電器接觸控制和電子技術相結合的控制裝置，叫做順序控制器。它能夠根據生產的需要改變控制程序，而又遠比電子計算機結構簡單，價格低廉，它是通過組合邏輯元件插接或編程來實現繼電器接觸控制的。但它的裝置體積大，功能也受到一定限制。隨著大規模集成電路和微處理機技術的發展及應用，上述控制技術也發生了根本性的變化，在70年代出現了將計算機的存儲技術引入順序控制器，產生了新型工業控制器——可編程序控制器（PLC），它兼備了計算機控制和繼電器控制系統兩方面的優點，故目前在世界各國已作為一種標準化通用裝置普遍應用于工業控制。為解決占機械總加工量80％左右的單件和小批量生產的自動化的難題，50年代出現了數控機床。它綜合應用了電子技術、計算機技術、檢測技術、自動控制和機床結構設計等各個技術領域的最新技術成就，它是典型的機電一體化產品。數控機床經過40年來的發展，品種日益增多，性能不斷完善，其中以輪廓控制的數控機床和帶有自動換刀裝置和工作臺能自動轉位的數控加工中心發展更為迅速。數控機床由控制介質、數控裝置、伺服系統和機床本體等部分組成，其中伺服系統的性能是決定數控機床加工精度和生產率的主要因素之一。
 1.3PLC的概述及構成
1.31PLC的定義
 20世紀是人類科學技術迅猛發展的一個世紀，電氣控制技術也由繼電控制過渡到計算機控制系統。各種工業用計算機控制產品的出現，對提高機械設備自動控制性能起到了關鍵的做用。進入20世紀，各種自動控制產品正在向著控制可靠，操作簡單，通用性強，價格低廉的方向發展，使自動控制的實現越來越容易。
 早期的可編程控制器是為了取代繼電器控制線路，采用存儲器程序指令完成順序控制而設計的。它僅有邏輯運算、定時、計數等功能，用于開關量控制，實際只能進行邏輯運算，所以稱為可編程控制器，簡稱PLC（Programmable Logic Controller）。隨著可編程控制器的不斷發展，其定義也在不斷變化。國際電工委員會（IEC）曾于1982年11月頒布了可編程邏輯控制器標準草案第一稿，1985年1月發表了第二稿，1987年2月又頒布了第三稿。1987年頒布的可編程邏輯控制器的定義如下：
 “可編程邏輯控制器是專為在工業環境下應用而設計的一種數字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器、可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執行命令，進行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作，并通過數字式和模擬式的輸入、輸出，控制各種類型的機械或生產過程�？删幊炭刂破骷捌溆嘘P的外圍設備，都應按易于工業控制系統形成一個整體、易于擴展其功能的原則設計�！�
1.3.2 PLC的發展史
 雖然PLC 問世時間不長，但是隨著微處理器的出現，大規模、超大規模集成電路技術的迅速發展和數據通訊技術的不斷進步，PLC也迅速發展，其發展過程大致可分三個階段： 1．早期的PLC（60 年代末—70 年代中期）     早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上以準計算機的形式出現，在I/O 接口電路上作了改進以適應工業控制現場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優于繼電器控制裝置，其優點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。 2．中期的PLC（70 年代中期—80 年代中后期）     在70年代微處理器的出現使PLC 發生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC 的中央處理單元（CPU）。這樣，使PLC得功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數等功能以外，還增加了算術運算、數據處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數量增加，還提供了一定數量的數據寄存器，使PLC得應用范圍得以擴大。 3．近期的PLC（80 年代中后期至今）     進入80年代中、后期，由于超大規模集成電路技術的迅速發展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的當次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發生了巨大變化。　
1.3.3 PLC的特點
1． PLC的主要特點 （1）高可靠性 1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業現場的外電路與PLC內部電路之間電氣上隔離。 2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數一般為10~20ms。 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 4）采用性能優良的開關電源。 5）對采用的器件進行嚴格的篩選。 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。 7）大型PLC 還可以采用由雙CPU 構成冗余系統或有三CPU 構成表決系統,使可靠性更進一步提高。 （2）豐富的I/O 接口模塊     PLC針對不同的工業現場信號，如： • 交流或直流； • 開關量或模擬量； • 電壓或電流； • 脈沖或電位； • 強電或弱電等。     有相應的I/O 模塊與工業現場的器件或設備，如： • 按鈕 • 行程開關 • 接近開關 • 傳感器及變送器 • 電磁線圈 • 控制閥     直接連接另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊；為了組成工業局部網絡，它還有多種通訊聯網的接口模塊，等等。 （3）采用模塊化結構      為了適應各種工業控制需要除了單元式的小型PLC以外，絕大多數PLC均采用模塊化結構PLC的各個部件包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設計由機架及電纜將各模塊連接起來系統的規模和功能可根據用戶的需要自行組合。 （4）編程簡單易學      PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式對使用者來說不需要具備計算機的專門知識因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。（5）安裝簡單維修方便      PLC不需要專門的機房，可以在各種工業環境下直接運行使用時只需將現場的各種設備與PLC相應的I/O端相連接即可投入運行，各種模塊上均有運行和故障指示裝置便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構因此一旦某模塊發生故障用戶可以通過更換模塊的方法使系統迅速恢復運行。
1.3.4 PLC的基本組成
 可編程控制器系統由輸入部分、運算控制部分和輸出部分組成。
 可編程控制器主機的硬件電路由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設接口、電源等五大部分組成，PLC典型硬件系統如圖1-1所示。
 
圖1-1 可編程控制器主機硬件電路圖

 2  車鏜專機的概況
2.1車鏜專機概述
2.1.1車鏜專機的功用及組成
 車鏜專機是用來對臺式鉆床的立拄進行鏜孔加工，同時對孔的右端面進行車削加工的一種自動加工設備。加工工件如圖2-1所示。

圖2-1  工件示意圖
    車鏜專機的基本組成  車鏜專機的基本組成如圖2-2所示。左、右機械動力頭各有三臺電動機（快速電動機、工速電動機、主軸電動機），液壓站由一臺電動機拖動。

圖2-2  車鏜專機的基本組成示意圖
2.1.2車鏜專機加工過程及控制要求
1.車鏜專機加工過程
  加工過程如圖2-3所示。操作者將要加工的工件放在工作臺上的夾具中，在其他準備工作就緒后，發出加工指令（按下按鈕）。工件自動夾緊，壓力繼電器動作，左、右動力頭同時開始鏜削加工。左動力頭快進，工進至終點后，快退回原位；而右動力頭快進、工進至終點后還應進行右端面的車削加工（車刀橫進、橫退）后才快退。當兩動力頭都退回原位，此時Ⅰ工位的粗加工結束，工作臺移到Ⅱ工位，開始進行精鏜加工。左、右動力頭重新起動，快進，工進到終點延時后快退回原位，Ⅱ工位加工結束，工作臺退到Ⅰ工位，松開工件，一個自動工作循環結束。
 
圖2-3  車鏜專機的加工過程
 （3）液壓系統  車鏜專機液壓系統元件如表2-1所示。
表2-1  車鏜專機液壓系統元件表
YV1 + 卸荷   SP1 + 油壓到信號 
YV2 +（-） 工件松開（夾緊）   SP2 + 工件緊信號 
YV3 + 向Ⅰ工位   YV5 + 橫  進 
YV4 + 向Ⅱ工位   YV6 + 橫  退 
    注：表中“+”表示得電，“-”表示斷電。
2．車鏜專機的控制要求
1）本系統有七臺電機：油泵電機、右主軸電機、右快速電機、右工速電機、左主軸電機、左快速電機、左工速電機。
2）工作臺有兩個工位，由液壓系統實現兩工位的轉換和加工工件的夾緊與松開。
3）有自動和點動兩種工作方式，其中自動工作方式又有三種形式：全自動循環、Ⅰ工位循環、Ⅱ工位循環工作。全自動循環過程是從Ⅰ工位→Ⅱ工位→Ⅰ工位，Ⅰ工位循環、Ⅱ工位循環工作是指工件只在Ⅰ工位或Ⅱ工位時的加工循環。
4）手動工作方式包括左、右主軸的點動對刀，左、右動力頭的快進與快退點動，手動松開工件、手動移位等。
5）左、右床身導軌應具有自動潤滑功能（YV7、YV8）。
6）左、右快速電動機均采用電磁鐵抱閘制動（YB1、YB2）。
7）油泵起動后，液壓系統要有一定的壓力緩沖，才允許開始工作，工作結束要卸荷。
8）具有電源、油泵工作、原位、工作指令等信號的指示。
9）具有照明和必要的聯鎖環節和保護環節。
2.2車鏜專機的電氣控制
2.2.1概述
 鏜床是一種精密加工機床，主要用于加工精確的孔和各孔間相互位置要求較高的零件。它的運動由部件多，調速范圍寬。鏜床主運動與進給運動由一臺主軸電動機拖動，有各自傳動鏈傳動，為縮短輔助時間，鏜頭架的上下運動、工作臺的前后左右運動及鏜軸的進出運動除工作進給外，還應有快速移動，由快速移動電動機拖動。
2.2.2電氣控制線路工作原理
（1）主軸的點動控制
 主軸的正反向點動由按鈕SB3和SB4操縱。按下正向點動按鈕SB3后，PLC輸出使KM1、KM6線圈得電動作。因此，三相電源經KM1主觸點、限流電阻R和接觸器KM6的主觸點接通電動機M1，使電動機在低速下旋轉。放開按鈕時，KM1和KM6都相繼斷電釋放，電動機斷電停止。反向點動與正向點動相似，由SB4操縱，經接觸器KM2及KM6相互配合動作來完成。
（2）主電機的正反向長動
 主電機正反控制由SB1和SB2操縱。當要求電動機低速運轉時，限位開關XK為斷開狀態，按下起動按鈕SB1、KM1、KM3、KM6得電動作。主電機就在全電壓和三角形接線下，直接起動低速運行。
 使用高速時，限位開關XK閉合，按下SB1后，電動機先低速起動，延時5秒后KM6斷開，再經0.6秒KM7得電動作。KM7的主觸點使電機的繞組連成雙星形并重新接入電流，從而使主電動機從低速再起動到高速。
 反向起動原理與正向起動相同，但參與控制的按鈕為SB2，接觸器為KM2、KM3、KM6及KM7。斷開，當按下SB5時，KM1斷電釋放，切斷了主電機電源。延時0.6秒后，KM2閉合和KM6得電，使三相電源經過KM2主觸點，限流電阻R和KM6主觸點反接給電動機。電動機反接制動。當電動機轉速降低到一定速度時，正轉動合觸點Kn打開，切斷KM2的通電回路，使KM2和KM6相繼斷電釋放，及時切斷電動機的反接電源，制動結束。反向運行時的制動過程與正向相似。此時參與控制的電器是速度繼電器的反轉動合觸點Kn 接觸器KM1、KM2。
（3）主軸或進給變速時主電機的緩轉控制
 主軸變速時，主軸電動機可獲得緩慢轉動，以利于齒輪順利嚙合。將S1、S2閉合，KM1、KM6線圈得電動作，電機得電正向加速，當達到一定速度時，速度繼電器Kn的動斷觸點斷開，動合觸點閉合，延時0.6秒后，KM2閉合，電機開始反接制動，當電機低于某一速度時，Kn動作，KM2斷開，延時0.6秒后KM1閉合，正向加速，如此反復，實現緩動。進給變速時緩轉控制原理與主軸時完全相同，不過用的是限位開關是S3、S4。
（4）主軸箱、工作臺或主軸的快速移動
 機床的各部件的快速移動由限位開關S2、S6和快速電機M2驅動。S2被壓動，PLC輸出使KM4得電動作，快速移動電動機M2正轉、限位開關S6被壓動，PLC輸出使接觸器KM5得電動作，快速電動機M2反轉。
（5）主電機的反接制動控制
 當電動機正轉時，速度繼電器的正轉動合觸點Kn閉合，而正轉動斷觸點Kn。圖2-4是鏜床電氣控制系統主電路圖

 圖2-4  鏜床電氣控制系統主電路圖
2.2.3車鏜專機接線布置圖設計
1、控制面板圖的設計要使整個系統的控制處于方便、快捷、集中、緊湊；
2、在場地允許條件下對發熱厲害，噪聲振動大的電氣部件放在離操作者較遠的地方或隔離起來；
3、對于多工位加工的大型設備，應考慮兩地操作的可能；
4、總電源緊急停止控制應安放在方便而明顯的位置，圖2-5安裝板電氣元件平面布置圖，圖2-6 控制面板按鈕、行程開關平面布置圖。

圖2-5  安裝板電氣元件平面布置圖

圖2-6控制面板按鈕、行程開關平面布置圖

3車鏜專機電力拖動電動機的選擇
3.1電動機選擇的基本知識
    要使電力拖動系統經濟而可靠地運行，必須正確選擇拖動電動機。這包括電動機的種類、型式、額定電壓、額定轉速和容量﹝功率﹞的選擇。
    選擇電動機的種類時，對一般要求的生產機械，優先考慮選用三相籠型異步電動機。對于要求起動轉矩大，并且有一定調速要求的生產機械，可選用繞線轉子異步電動機；對拖動功率大，需要補償電網功率因數以及穩定的工作速度時，優先考慮選用三相同步電動機；對于調速性能要求高，在要求快速而平滑的起、制動時，考慮優先選用直流電動機。
 在選擇電動機的電壓等級時，應使電動機額定電壓與供電電壓等級一致。一般中、小型交流電動機的額定電壓為380V，大型交流電動機的額定電壓為3000V、6000V、10000V三種。直流電動機的額定電壓為110V、220V、440V和660V等。
 在選擇電動機的額定轉速時，根據電機設計知識，當電動機功率一定時，則高速電動機教經濟。但當生產機械的工作速度一定，則電動機轉速越高，傳動機構的傳速比越大，使傳動機構復雜，整個系統裝置的造價升高。所以選擇電動機額定轉速時，必須從電動機與機械裝置兩個方面綜合考慮。
 在選擇電動機容量時，必須從生產機械的工藝過程、負載轉矩的性質、電動機的工作制及經濟性等幾個方面綜合考慮。如果選擇容量太小，電動機將長期過載而使其過早損壞；如果選擇容量過大，不僅電動機容量不能被充分利用，造成設備投資浪費，而且造成運行效率低及異步電動機的功率因數低。因此，正確選擇電動機的容量非常重要。
3.2電動機容量選擇的基本方法
3.2.1連續工作制電動機容量的選擇
 長期恒定負載時指在長期運行過程中，電動機處于連續工作狀態，負載大小
恒定或負載基本恒定不變，工作時能達到穩定溫升τ，其負載圖Pl=F﹙t﹚與溫

圖3-1連續工作制時電動機的負載圖與溫升曲線
升曲線τ=F﹙t﹚如圖3-1所示。這種生產機械所用的電動機容量選擇比較簡單。選擇的原則是使穩定溫升τ在電動機絕緣允許的最高溫升限度之內選擇的方法是使電動機的額定容量等于生產機械的負載功率加上拖動系統的能量損耗。
3.2.2長期變化負載下電動機容量的選擇
    電動機拖動長期變化負載連續工作時，它的輸出功率也按一定規律變化，變化周期為Tz，一般Tz=T1+T2+T3+…+Tn,共n段，長期變化負載圖Pl=F﹙t﹚如圖3-2所示。當電動機拖動這類生產機械工作時，因為負載作周期性變化，所以溫升也必然隨負載周期性變化而波動。溫升波動的最大值必須低于負載的穩定溫升，而高于對應于最小負載的穩定溫升。這樣，如按最大負載選擇電動機，顯然是不經濟的；而按最小負載選擇電動機，其溫升將超過允許溫升。因此，電動機容量應在最大負載與最小負載之間。
  
圖3-2  長期變化負載圖
3.3車鏜專機用電動機容量的選擇
3.3.1車鏜專機主軸和油泵電動機容量的選擇
 主軸箱和工作臺油泵電動機屬于連續工作制且長期工作在恒定負載下的電動機，由于一般電動機是按照常值負載連續工作設計的，電動機設計及出廠試驗保證是在額定容量下工作時，溫度不超出允許值，而電動機所帶負載功率小于或等于其額定功率，發熱自然沒問題，不需發熱校驗。則主軸電動機和油泵電動機參數如下：
 左右主軸電機的一些參數：交流380V 8.4A 4.0KW
 油泵電機的一些參數：交流380V 3.0A 1.1KW
3.3.2快速移動電動機容量的選擇
 左右快速移動電動機屬于斷續周期工作制的電動機，此種時的電動機起制動頻繁，要求慣性小，機械強度高。其標準暫載率為15%、25%、40%、60%、四種。
 如果電動機實際暫載率與標準暫載率相同，則可直接按照產品目錄選擇合適電動機，如果電動機實際暫載率與標準暫載率不相等，應該把實際功率換算成鄰近的標準暫載率下的功率，在選擇電動機和校驗溫升。則選擇左右快速電機的參數和左右工速電機的參數如下：
 左右快速電機的參數為：交流380V 4.9A 2.2KW
 左右工速電機的參數為：交流380V 3.0A 1.1KW

4車鏜專機電氣控制用低壓電器的選擇
4.1低壓電器的定義
 低壓電器通常是指在交流額定電壓1200V、直流額定電壓1500V及以下的電路中起通斷、保護、控制或調節作用的電器產品。
4.2低壓電器的選擇
4.2.1低壓斷路器的選擇
 低壓斷路器又稱自動空氣開關或自動空氣斷路器，主要用于電力線路中。它相當于刀閘開關、熔斷器、熱繼電器和欠壓繼電器的組合，是一種自動切斷電路故障的保護電器。
（1）低壓斷路器主要由觸電系統、操作機構和保護元件三部分組成。
低壓斷路器的選用的技術原則：
斷路器的額定工作電壓應大于或等于線路或設備的額定工作電壓。對于配電   電路來說應注意區別事電源保護還是負載保護，電源端電壓比負載端電壓高出約5%左右。
（2）斷路器主電路額定工作電流大于或等于負載工作電流。
（3）斷路器的過載脫口征訂電流應等于負載工作電流。
（4）斷路器的額定通斷能力大于或等于電路的最大短路電流。
（5）斷路器的欠電壓脫口器額定電壓等于主電路額定電壓。
（6）斷路器類型的選擇，應根據電路的額定電流及保護的要求來選用。
4.2.2交流接觸器的選擇
 交流接觸器主要由觸電系統、電磁機構和滅弧裝置等組成。接觸器主觸點的額定電壓選擇事根據被選用的接觸器主觸點的額定電壓應大于或等于負載的額定電壓，接觸器主觸點的額定電流選擇是根據對于電動機負載，接觸器主觸點額定電流計算可得到。
 接觸器的類型應根據電路中負載電流的種類來選擇。即交流負載應選用交流接觸器，直流負載應選用直流接觸器。根據使用類別選用相應系列產品，接觸器產品系列是按使用類別設計的，所以應根據接觸器負擔的工作任務來選擇相應的使用類別。
 所以根據上面電動機參數選出接觸器的型號為： KM1、KM3、KM4、KM5、KM7、KM8、KM9的型號CJ20-6.3 ，KM2、KM6的型號CJ0-20。
 接觸器的圖形符號及文字符號如圖4-1所示
 
圖4-1  接觸器的圖形符號和文字符號
      ﹙a﹚ 線圈  ﹙b﹚主觸點   ﹙c﹚ 動和鋪助觸點   ﹙d﹚動斷鋪助觸點
4.2.3熔斷器的選擇
 熔斷器是一種廣泛應用的最簡單有效的保護電器之一。其主體是低熔點金屬絲和金屬薄片制成的熔體串聯在被保護的電路中。在選擇熔斷器時應該考慮熔體的額定電流以及熔斷器的額定電流與額定電壓。
熔體額定電流的選擇
熔體額定電流與負載大小、負載性質有關：
 （1）對于一般照明電路、電熱電路等負載可按負載電流大小來確定熔體的額定電流。
（2）對于電動機負載: 單臺: INP =（1.5~2.5）INM
                      多臺: INP =（1.5~2.5）INmMax+∑INM
2、熔斷器額定電流與額定電壓的選擇
（1）熔斷器額定電流大于或等于熔體的額定電流；
（2）熔斷器額定電壓大于或等于電路的工作電壓。
4.2.4熱繼電器的選擇
 熱繼電器是一種具有反時限過載保護特性的過流繼電器，廣泛應用于電動機的過載保護，也可用于其他電氣設備的過載保護。
 一般情況下熱元件額定電流按電動機額定電流來選擇。對于過載能力較差的電動機，熱元件額定電流應適當降低。熱繼電器的額定電流大于等于熱元件的額定電流，熱繼電器的額定電壓大于或等于線路和額定電壓，根據車鏜專機電氣原理圖及上述電動機的一些參數其型號可選：JR20-10/9R，JR20-10/11R， JR20-10/14R等。
4.2.5行程開關與刀開關的選擇
 刀開關主要由手柄、觸刀、靜插座和底板組成。刀開關參數選擇應從：極數，額定電流，額定電壓，通斷能力等進行選擇；
 依據生產機械的行程發出指令以控制其運行方向和行程長短的主令電器，稱為行程開關。行程開關參數選擇：操作頭的結構，自動復位或非自動復位，長擋鐵與短擋鐵，觸點的數量。
4.2.6組合開關與萬能轉換開關的選擇
    組合開關又稱轉換開關，也是一種刀開關。組合開關參數選擇：位數（2 ~ 4 ）、極數（1 ~ 4）、額定電流（≤100A）、額定電壓（≤380V） 、通斷能力等；組合開關類型選擇：HZ5系列普通型組合開關(10A/20A/40A/60A) 、HH10系列組合開關(10A/25A/60A/100A)。
 萬能轉換開關是一種多擋式且能對電路進行多種轉換的主令電器。萬能轉換開關參數選擇：位數，接線圖編號，額定電流，額定電壓，通斷能力等。
4.2.7主令控制電器的選擇
 應根據使用場所，結構型式，觸頭數及顏色來進行選擇。
4.2.8指示燈的選擇
1.額定電壓：交流 6/12/24/36/48/110/220/380V
2.直流 6/12/24/36/48/110/220V
3.尺寸：∮10/∮12 /∮16 /∮22 /∮25/∮30
4.形狀：球形/園平頭/方形/長方形
5.顏色：紅、綠、黑、黃、白、藍等
6.發光源：LED、白熾燈泡和氖泡

 

 

5車鏜專機PLC控制系統的設計
5.1PLC控制系統的設計內容
 PLC是現代工業自動控制的一種通用計算機，但其工作方式與微機控制系統不同，與繼電接觸器控制系統也有本質的不同。PLC應用系統設計包括硬件設計和軟件設計兩個方面。
1.硬件設計
 PLC應用系統硬件設計的主要內容包括PLC的機型選擇、輸入輸出設備的選擇、控制柜的設計和控制系統各種技術文件的編寫，PLC外部硬件電路的設計等。
2.軟件設計
 PLC應用系統軟件的主要內容就是編寫PLC用戶程序，即繪制梯形圖或編寫語句表。
5.2PLC控制系統設計步驟
 1.熟悉被控對象，制定控制方案；
 2.確定I/O點數；
 3.選擇PLC機型；
 4.選擇輸入輸出設備，分配PLC的I/O地址；
 5.設計PLC應用系統電氣圖紙；
 6.程序設計；
 7.系統調試；
 8.建立文檔。
5.2.1選擇PLC的機型
 
圖5-1   流程圖
 
 PLC機型的選擇基本原則是在滿足功能要求及保證可靠，維護方便，可擴展，經濟的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：
 1.I／O點數在滿足控制要求的前提下力爭使用的I／O點最少，但必須留有一定的裕量（10％~15％ ）；
 2.基于本設計I/O口的要求，需24個輸入16個輸出，因此我們選擇了FX-0N這種型號的PLC；
 3.根據動力頭的工作過程分析，結合PLC外部電氣控制線路的設計，可以很方便地設計出系統的工作流程圖﹙如圖5-1﹚。
5.2.2車鏜專機PLC的I/O接線圖
 總共用到22個輸入端，基本功能的實現用22個,另外有2個用于擴展功能.。輸入點采用分組輸入的方法減少輸入點數.將“自動”控制中的“起動”按紐與
“手動”控制的“右主軸點動”，“右終點”與“左主軸點動”，“左終點”與“右動力頭快進”，“橫原點”與“右動力頭快退”，“橫終點”與“左動力頭快進”分別共用5個按紐。輸出端口16個。其中16個是基本功能實現必須用到的端口，2個擴展端口（圖5-2輸入輸出及I/O 接線圖）。

5-2 鏜床控制系統PLC外部接線圖
5.2.3其他硬件配置
 PLC選型確定以后還要考慮系統中的其他部分，主要有：
 ① 電源
 有的PLC機具有獨立的電源模塊，選擇電源模塊時要使電源模塊的額定輸出電流大于或等于主機、I/O模塊、專用模塊等總的消耗電流之和。為I/O模塊選擇直流電源時必須查閱產品手冊，按其給出的模塊技術參數正確選配。
 ② 大中型系統配置
 對大中型的控制系統，可能須要配置總監控制臺和監控模擬屏、PLC輸入輸出二次隔離重動繼電器柜以及系統專用UPS電源等。
5.2.4車鏜專機梯形圖的設計
 根據鏜床控制系統PLC外部接線圖，來畫梯形圖。畫是應該主要每運行一次要線圈復位一次。
    輸入點部分：油壓信號 BP1、夾緊信號BP2、Ⅰ工位限位SQ5、Ⅱ工位限位SQ6、左原點SQ8、右原點SQ1、橫原點SQ4、左轉工SQ9、右轉工SQ2、左終點SQ10、右終點SQ3、橫終點SQ7、手/自動選擇SA1、工作循環方式選擇SA2、工作按鈕SB2、左主軸對刀SB3、右主軸對刀SB4、左快進SB5、左快退SB6、右快進SB7、右快退SB8、手動松開SA3、手動移位SB9、左斷機SA4、右斷機SA5、上位機/下位機轉換SA6。（因為工作循環方式有全工、Ⅰ工、Ⅱ工三種方式所以工作循環方式選擇SA2用兩個輸入點X12、X13）。
    其中手動加工部分有：左主軸對刀SB3、右主軸對刀SB4、左快進SB5、左快退SB6、右快進SB7、右快退SB8、手動松開SA3、手動移位SB9。
 車鏜專機控制系統中有自動和手動兩種工作方式，其中手、自動加工共同用到的部分有：油壓信號 BP1、夾緊信號BP2、Ⅰ工位限位SQ5、Ⅱ工位限位SQ6、左原點SQ8、右原點SQ1、左終點SQ10、右終點SQ3、上位機/下位機轉換SA6。用手/自動選擇SA1來切換“手動”還是“自動”信號的輸入電路，另外SQ9與SB3共用一個輸入點X16、SQ2與SB4共用一個輸入點X17、SA4與SB7共用一個輸入點X20、SA5與SB8共用一個輸入點X21、SQ4與SB5共用一個輸入點X22、SQ7與SB6共用一個輸入點X23。
 判斷油壓是否到位（到T0后如果油壓沒有上升報警）—手/自動選擇（假如是自動加工）—判斷是否夾緊—原位判斷（假如工作臺不在原位則快退回原位，包括左原點、右原點、橫原點）—當工作臺都回到原位的時候原位指示燈HL1亮并進行工位判斷（若工作臺不在Ⅰ工位則YV4得電工作臺回Ⅰ工位）—工作臺松開，當工件放上去時，再次手自動判斷—按啟動按鈕，工作臺再次夾緊，工作指示燈亮（當工作臺松開時長時間沒有按下啟動按鈕則直接卸荷）—工作循環方式選擇，判斷是否是Ⅱ工位加工（因為Ⅰ工位加工與全循環加工的前面部分一樣，
所以只要判斷是否是Ⅱ工位加工）—左右斷機判斷—快進（到工進點）—工進（到終點，假如是右工作臺加工還需進行端面加工）—快退（Ⅰ工位加工退到原點，全循環加工退到工進點）—判斷是否是Ⅰ工位加工（若不是則進行Ⅱ工位加工）—Ⅱ工位快進、工進、快退（Ⅱ工位加工到終點是還需延時一段時間，去除毛刺）—回Ⅰ工位。
 輸出點部分：原位指示HL1、工作指示HL2、左主軸電機KM2、右主軸電機KM3、左快進電機KM4、左快退電機KM6、左工進電機KM8、右快進電機KM5、右快退電機KM7、右工進電機KM9、Ⅰ工位轉Ⅱ工位電磁閥YV3、Ⅱ工位轉Ⅰ工位電磁閥YV4、卸荷YV1、夾緊/松開YV2、橫進YV5、橫退YV6。
 輸出點部分I/O點數比較少故不要使用減少I/O點數的措施。圖5-2 鏜床控制系統PLC梯形圖。

 

圖5-3鏜床控制系統PLC梯形圖
5.2.5程序調試過程
 按功能表圖的流程順序來調試程序，調試的過程應該符合設計的控制要求，主要能執行全自動、單I、單II、斷左、右機、手動。
5.2.6列寫電器元件一覽表
 整理全部電路設計圖，程序流程框圖，程序清單，元件參數計算公式、結果，列出元件清單。表5-1 電氣元件一覽表
表5-1  電氣元件一覽表
符號 數量 名稱及用途 
M1 1 主電動機，拖動主運動和進給運動用 
M2 1 快速移動用電機 
Q 1 空氣開關，限流、欠壓保護 
KM1  KM2 2 主電動機正反轉用接觸器 
KM3 1 限流電阻短路用接觸器 
KM6 KM7 3 主電動機高低速轉換用接觸器 
KM4  KM5 2 快速電機正反轉用接觸器 
SB5 1 主電動機停止用按鈕 
Kn 1 主電動機反轉制動用速度繼電器 
SB1  SB2 2 主電動機正反轉用按鈕 
SB3  SB4 2 主電動機正反轉點動按鈕 
S1  S2 2 主軸用變速限位開關 
S3  S4 2 進給變速用限位開關 
S 1 接通主電動機高速用限位開關 
S5  S6 2 快速電動機正反轉用限位開關 
R 2 點動、高速啟動，制動用限流電阻 
FU1~FU8 8 短路保護熔斷器 
KR 1 主電動機過載保護用熱繼電器 
K1 1 控制PLC用開關 
PLC 1 可編程控制器 

結束語
 此次畢業設計是我們從大學畢業生走向未來工程師重要的一步。從最初的選題，開題到計算、繪圖直到完成設計。其間，查找資料，老師指導，與同學交流，反復修改圖紙，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。通過這次實踐，我了解了車鏜專機PLC控制系統的用途及工作原理，熟悉了車鏜專機PLC控制系統的設計步驟，鍛煉了工程設計實踐能力，培養了自己獨立設計能力。此次設計是對我專業知識和專業基礎知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。此次設計收獲很多，比如學會了查找相關資料相關標準，分析數據，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經驗公式的獲得是前人不懈努力的結果。同時，仍有很多課題需要后輩去努力去完善。 但是此次也暴露出自己專業基礎的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業知識的能力，對材料的不了解，等等。這次實踐是對自己大學3年所學的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業了，但是自己的求學之路還很長，以后更應該在工作中學習，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人，為中國工業添上自己的微薄之力。

謝 辭
 在整個畢業設計中，我得到了指導老師王署霞老師的熱心指導和幫助，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。
 感謝我的室友們，從遙遠的家來到這個陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我們沒有紅過臉，沒有吵過嘴，沒有發生上大學前所擔心的任何不開心的事情。只是今后大家就難得再聚在一起吃每年元旦那頓飯了吧，沒關系，各奔前程，大家珍重。我們在一起的日子，我會記一輩子的。
 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。
 在論文完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完
成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的
謝意！

文 獻
[1] ：胡辛鳴主編.電機及拖動基礎.北京：機械工業出版社，1999
[2] ：張運波.劉淑榮.工廠電氣控制技術.北京：高等教育出版社，2004
[3] ：孫平.可編程控制器原理及應用.北京：高等教育出版社，2003
[4] ：余雷聲.電氣控制與PLC應用.北京：機械工業出版社1996
[5] ：馬鏡成.低壓電器.北京：兵器工業出版社，1993
[6] ：李桂和.電器及控制.重慶：重慶大學出版社，1993
[7] ：齊占山.機床電氣控制技術.北京：機械工業出版社，1999
[8] ：丁明道.高低壓電器選用與維修.北京：兵器工業出版社，1990
[9] ： 周紹群，牛秀巖.電機及拖動.北京：機械工業出版社，1995

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