项目6电气控制系统的设计 安装与调试 任务6 1电气控制系统设计的基本内容和要求 任务6 2电机与电器元件的选用 任务6 3电气控制系统的安装与调试 设计Z512W台式钻床主轴箱定位面与两边 80 90端面铣削的三面铣削组合机床 以下简称三面铣 的电气控制电路 任务引入 图6 5三面铣组合机床结构示意图与零件示意图1 左铣削动力头2 立铣削动力头3 右2铣削动力头4 右1铣削动力头5 工件6 夹具7 液压滑动台8 床身 三面铣的主要结构与工艺要求1 三面铣的主要结构如图6 5为三面铣削组合机床结构示意图及被加工零件示意图 2 机床工作情况液压泵电动机启动工作后 按下按钮 发出加工指令信号 工件松紧油缸动作 当工件夹紧到位 压力继电器动作 发出液压动力滑台快进信号 滑台快进到位转工进 同时启动左 右1两铣削动力头电动机 分别对零件的左 右侧端面开始加工 当滑台进给到零件的定位面接近中间 垂直方向 铣刀时 中间铣削动力头电动机启动加工 滑台继续进给到右1 80端面加工结束 右1动力头电动要停机 同时右2动力头电动机启动 对右 90端面加工 直到加工终点 此时 左 中间及右2动力头电动机同时停机 待上述铣刀完全停止后 发出滑台快速退回信号 滑台快退到原位 夹紧工件的油缸自动将工件松开 机床一个工作循环结束 操作者取下加工好的工件 再放上未加工的工件 重新发出加工指令 重复以上工作过程 当不再继续加工时 应将液压泵电动机停机 并切断电源 3 机床动作循环机床动作循环见图6 6a 铣刀与工件的相互位置见图6 6b 机床动作循环图b 工件与铣刀的相互位置图1 工件2 立铣削动力头3 右2铣削动力头4 右1铣削动力头5 工件6 夹具7 液压滑动台8 床身图6 6机床动作循环图 4 液压系统工作原理图及元件动作表三面铣液压系统工作原理图见图6 7 各元件的动作表见表6 1 图6 7液压系统工作原理图 表6 1元件动作表 5 机床对电气控制要求 1 五台电机均为单向旋转 2 液压泵电动机启动工作后 直至停止工作时按下总停按钮才停机 在加工过程中 每一工作循环结束时不停机 3 在机床不进行加工时 四台铣削动力头电动机均要求能实现点动对刀控制 4 工件的夹紧 松开及滑台的快进 快退应能调整控制 5 机床能实现单工件一个工作循环的半自动加工过程的控制 6 控制电路具有必要的联锁环节 及电源 工件夹紧 油泵电动机工作的指示信号电路 7 电路具有必要的保护环节及机床安全照明电路 2 电气系统的控制电路设计1 主电路 2 控制电动机动作的控制电路 3 液压系统执行元件控制电路 4 照明 信号指示电路 3 绘制三面铣削组合机床电气控制原理图见图6 12 三面铣削组合机床电气控制电路 6 1 1电气控制系统设计的一般原则一个设计合理 运行可靠的电气控制系统 一般在设计时应该遵循以下原则 1 从工程实践出发 广泛收集关技术资料 2 最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制系统的要求 3 设计方案要合理 在满足控制要求的前提下 设计方案应力求简单 经济 便于操作和维修 不要盲目追求高指标和自动化 4 妥善处理机械与电气的关系 要从工艺要求 制造成本 机械电气结构的复杂性和使用维护等方面综合考虑 5 确保电气控制系统的安全性与可靠性 任务6 1电气控制系统设计的基本内容和要求 6 1 2电气控制系统设计的主要内容电气控制系统设计的基本任务是根据控制要求设计 编制出设备制造和使用维修过程中所必须的图纸 资料等 图纸包括电气原理图 元器件布置图 安装接线图 电气箱图 控制面板图 电器元件安装底板图和非标准件加工图等 另外还要编制购件目录 单台材料消耗清单 设备说明书等文字资料 电气控制系统设计的内容主要包含两部分内容 分别是控制原理设计与工艺设计 1 原理设计内容l 拟订电气控制设计任务书 2 确定电力拖动方案 选择电动机 3 设计电气控制原理图 计算主要技术参数 4 选择电器元件 制订元器件明细表 5 编写设计说明书 2 工艺设计内容主要是便于组织电气控制设备的制造 实现电气原理设计所要求的各项技术指标 为设备的使用 维修提供必需的图样资料 根据控制设备的总体技术要求和电气系统的复杂程度不同 以上内容可以有增有减 某些图纸和技术文件也可适当合并或增删 6 1 3电气控制系统设计的一般步骤1 拟订设计任务书设计任务书是整个电气控制系统的设计依据 任务书中应说明以下技术指标及要求 1 控制精度 生产效率要求2 电力拖动的方式及控制要求等 3 用户供电系统的电源种类 电压等级 频率及容量等要求 4 自动化程度 稳定性及抗干扰要求 5 操作台 照明 信号指示 报警方式等要求 6 设备验收标准 7 其它要求 2 确定电力拖动方案1 拖动方式的选择电动机的拖动方式有单独拖动和分立拖动 单独拖动指一台设备只有一台电动机拖动 分立拖动指一台设备由多台电动机分别驱动各个工作机构 通过机械传动链连接各个工作机构 2 调速方案的选择为了达到一定的调速范围 可采用齿轮变速箱 液压调速装置 双速或多速电动机以及电气的无级调速传动方案 在选择调速方案时 可参考以下几点 1 重型或大型设备主运动及进给运动 应尽可能采用无级调速 这有利于简化机械结构 缩小体积 降低制造成本 2 精密机械设备如坐标镗床 精密磨床 数控机床以及某些精密机械手 为了保证加工精度和动作的准确性 便于自动控制也应采用电气无级调速方案 3 一般中小型设备如普通机床没有特殊要求时 可选用经济 简单 可靠的三相鼠笼式异步电动机 配以适当级数的齿轮变速箱 机械设备主运动传动系统的启动转矩一般都比较小 可采用任何一种启动方式 对于它的辅助运动 在启动时往往要克服较大的静转矩 可选用高启动转矩的电动机 或采用提高启动转矩的措施 另外 还要考虑电网容量 对电网容量不大而启动电流较大的电动机 一定要采取限制启动电流的措施 如串电阻降压启动等 以免电网电压波动较大而造成事故 传动电动机是否需要制动 应视机电设备工作循环的长短而定 对于某些高速高效金属切削机床 宜采用电气制动 如果对于制动的性能无特殊要求而电动机又需要反转时 则采用反接制动可使线路简化 在要求制动平稳 准确 即在制动过程中不允许有反转出现时 则宜采用能耗制动方式 在起吊运输设备中也常采用具有连锁保护功能的电磁机械制动 电磁抱闸 有些场合也采用回馈制动 4 控制方案的选择控制方式主要是实现拖动方案的控制要求 3 机械设备传动系统的启动 制动和反转控制方案的选择 3 电动机的选择主要包括电动机的类型 结构形式 电动机的容量 电流种类 额定电压及额定转速等 拖动电动机选择的基本原则 1 根据生产机械调速的要求选择电动机的种类 2 根据电动机负载的工作方式 选择电动机的容量 保证功率能被充分利用 3 根据工作环境 选择电动机的结构形式 4 设计电气控制原理图 并合理选用元器件 编制元器件明细表 5 设计电气设备的各种施工图纸 6 编写设计说明书和使用说明书 6 1 4电气控制电路设计的原则和内容 1 电气控制电路设计的原则1 电气控制电路应最大限度地满足机械设备加工工艺过程的要求 2 控制电路应能安全 可靠地工作 3 在保证控制功能要求的前提下 控制电路应简单 造价低 4 控制电路应便于操作和维修 2 电气控制电路设计的内容1 确定控制电路的电流种类和电压值 2 主电路设计主电路是指从供电电网到被控对象 如电动机 电磁铁等 的动力装置的电路 主电路的设计主要考虑电动机的启动 正反向运转 制动 变速等的控制方式及其保护环节的电路 3 辅助电路设计辅助电路在电气控制系统中起着逻辑判断 记忆 顺序动作 联锁保护及信号显示等作用 辅助电路含有控制电路 执行电路 联锁保护环节 信号显示及安全照明等电路 6 1 5电气控制电路设计的方法与步骤 1 逻辑代数设计法它根据生产过程的工艺要求 将控制电路中的继电器 接触器线圈的通电与断电 触点的闭合与断开 主令元件中的接通与断开等 看作逻辑函数和逻辑变量 用逻辑函数关系式表示它们之间的逻辑关系 再运用逻辑函数基本公式和运算规律 对逻辑函数式进行化简 按化简后的表达式 画出相应的电气原理图 2 经验分析设计法根据生产机械的工艺要求 适当选用典型的基本控制电路 并加以自行设计使其有机地组合起来 以满足工艺要求的一种设计方法 3 经验分析设计法的基本步骤l 主电路设计主要考虑电动机的启动 点动 正反转 制动及多速电动机的调速 2 控制电路设计主要考虑如何满足电动机的各种运转功能及生产工艺要求 包括实现加工过程自动或半自动的控制等 3 辅助电路设计主要考虑如何完善整个控制电路的设计 包括短路 过载 零压 联锁 照明 信号等各种保护环节 4 反复审核电路是否满足设计原则在条件允许的情况下 进行模拟试验 直至电路动作准确无误 并逐步完善整个电气控制电路的设计 为使设计电路既简单又能可靠工作 设计控制电路时还应注意以下事项 1 正确连接电器的线圈 a b c d 两个交流励磁的电器线圈不能串联连接 a 所示为不正确的连接 正确连接方法如图b 电感量相差悬殊的两个电器线圈 也不要并联连接 如图c 正确连接方法如图d 2 尽量减少连接导线 合理安排元件触头的位置 b 如图a 所示电路为不合理电路 图b 所示为合理的电路联接 3 尽量减少电器数量 采用标准件和相同型号的电器 a b 如图a 改成图b 所示的线路后 可减少一个触点 当控制的支路数较多 而触头数目不够时 可采用中间继电器增加控制支路的数量 4 控制线路中应避免出现寄生电路 如图所示 是一个具有指示灯和过载保护的电动机正反转控制电路 正常工作时 能完成正反向起动 停止与信号指示 若出现过载 热继电器动作断开后 本应切断KM1线圈的供电电路 电动机停止运转 但由于信号灯HL2并接于KM2线圈与FR触点两端 此时 因接触器KM2没有吸合 KM2线圈阻抗小 且HL2灯丝冷态电阻也小 可能造成KM1线圈两端电压仍然较高 不能可靠释放 造成电动机过载运行 热继电器FR虽然断开 但没达到过载保护的作用 如果将FR触点位置移到SB1上端就可避免产生寄生电路 5 尽量减少电器不必要的通电时间在实现正常工作情况下必要的电器通电外 其它可通可不通电的电器均应不通电 以节省电能与减少故障隐患 6 可逆线路的联锁在频繁操作的可逆线路中 正反向接触器之间不仅要由电气互锁而且要有机械互锁 7 完善的保护措施在电气控制线路中 为保证操作人员 电气设备及生产机械的安全 一定要有完善的保护措施 常用的保护环节有漏电流 短路 过载 过流 过压 失压等保护环节 有时还应设有合闸 断开 事故 安全等必需的指示信号等 6 1 4电气控制电路设计的原则和内容工艺设计内容包括 1 电气控制设备总体配置设计 即总装配图 总接线图 2 各部分电器装配图与接线图 并列出各部分的元件目录 进出线号以及主要材料清单等技术资料 3 各类元器件及材料清单的编制 4 编写设计说明书和使用说明书 1 电气设备总体配置设计1 组件的划分 1 把功能类似的元件组合在一起 2 尽可能减少组件之间的连线数量 同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中 3 让强弱电控制器分离 以减少干扰 4 力求整齐美观 可把外形尺寸 重量相近的电器组合一起 5 便于检查与调试 可将经常调节 维护和易损元件组合一起 2 电气控制设备的各部分及组件之间的接线方式 1 开关电器 控制板的进出线一般采用接线端子或接线鼻子连接 可按电流大小及进出线数选用不同规格的接线端子或接线鼻子 2 电气柜 箱 控制箱 柜 台 之间以及它们与被控制设备之间 采用接线端子排或工业联接器连接 3 弱电控制组件 印制电路板组件之间应采用各种类型的标准接插件连接 4 电气柜 箱 控制箱 柜 台 内的元件之间的连接 可以借用元件本身的接线端子直接连接 过渡连接线应采用端子排过渡连接 端头应采用相应规格的接线端子处理 2 电器元件布置图的设计及电器元件接线图的绘制1 电气元件布置图的设计原则如下 1 同一组件中电器