壓力機液壓系統的電氣控制設計.doc

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課程設計說明書 課程名稱： 機床電氣控制技術課程設計 設計題目： 壓力機液壓系統的電氣控制設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班級： 機械0905班 學生姓名: 馮彬彬 學 號: 0912110524 指導教師: 吳吉平 湖南工業(yè)大學科技學院教務部 制 年 月 日 目 錄 一、課程設計的內容與要求 3 （一）課程設計對象簡介 3 （二）壓力機結構及工作要求 3 （三）液壓系統及控制要求 4 （四）課程設計的任務 5 二、電氣控制電路設計 7 （一）繼電器-接觸器電氣控制電路的設計 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、壓力機可編程控制器系統的設計……………………………………12 (一)可編程控制器控制系統設計的基本原則……………………… 12 （二）可編程控制器系統的設計………………………………………12 四、總結、…………………………………………………………………15 五、參考文獻………………………………………………………………16 六、附圖……………………………………………………………………16 一 、課程設計的內容與要求 （一） 課程設計對象簡介 壓力機是鍛壓、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用的壓力加工機械設備。液壓壓力機（簡稱液壓機）是壓力機的一種類型，它通過液壓系統產生很大的靜壓力實現對工件進行擠壓、校直、冷彎等加工。液壓機的結構類型有單柱式、三柱式、四柱式等形式，其中以四柱式液壓機最為典型，它主要由橫梁、導柱、工作臺、上滑塊和下滑塊頂出機構等部件組成，結構原理圖如圖1-1所示。 （二） 壓力機結構及工作要求 液壓機的結構類型有單柱式、三柱時、四柱式等形式，其中以四柱式液壓機最為典型，它主要由橫梁、導柱、工作臺、上滑塊和下滑塊頂出機構等部件組成，結構原理圖如圖1-1所示。 5 4 3 2 1 6 7 圖 1-1 四柱液壓機結構原理圖 1-床身 2-工作平臺 3-導柱 4-上滑塊 5-上缸 6-上滑塊模具 7-下滑塊模具 液壓機的主要運動是上滑塊機構和下滑塊頂出機構的運動，上滑塊機構由主液壓缸(上缸)驅動，頂出機構由輔助液壓缸(下缸)驅動。液壓機的上滑塊機構通過四個導柱導向、主缸驅動，實現上滑塊機構“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，驅動下滑快頂出機構實現“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。液壓機液壓系統以壓力控制為主，系統具有高壓、大流量、大功率的特點。如何提高系統效率，防止系統產生液壓沖擊是該系統設計中需要注意的問題。 快速回程 減速、加壓 圖 1-2 液壓機的工作循環(huán) 頂出工藝 浮動壓邊工藝 下 缸 上 缸 停止 保壓 快進 （三）液壓系統工作原理及控制要求 1、3150KN通用液壓系統工作原理及特點 圖1為3150KN通用液壓機的液壓系統圖。系統有兩個泵，主泵1是一個高壓、大流量恒功率（壓力補償）變量泵，最高工作壓力由溢流閥4的遠程調壓閥5調壓。輔助泵2是一個低壓小流量定量泵，用于供應液動閥的控制油，其壓力由溢流閥3調整。 該系統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，結構簡單，減小了由保壓轉換為快速回程時的液壓沖擊。 2、3150KN通用液壓機液壓系統控制要求如下： 1）系統采用高壓大流量恒功率(壓力補償)柱塞變量泵供油，通過電液換向閥6、21的中位機能使主泵1空載起動，在主、輔液壓缸原位停止時主泵1卸荷，利用系統工作過程中工作壓力的變化來自動調節(jié)主泵1的輸出流量與上缸的運動狀態(tài)相適應，這樣既符合液壓機的工藝要求，又節(jié)省能量。 2）系統利用上滑塊組件的自重實現主液壓缸（上缸）快速下行，并用充液閥14補油，使快速運動回路結構簡單，補油充分，且使用的元件少。 3)系統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，結構簡單，減小了上缸由保壓轉換為快速回程時的液壓沖擊。 4)系統采用單向閥13、14保壓，并使系統卸荷的保壓回路，在上缸上腔實現保壓的同時實現系統卸荷，因此系統節(jié)能效率高。 5)系統采用液控單向閥9和內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）課程設計的任務 本組最終要求合理設計繼電器電氣原理圖，PLC電氣原理圖。要求上交1份設計說明書（6000字），2張圖紙。 圖1 3150KN通過液壓機液壓系統圖 1—主泵 2—輔助泵 3、4、18—溢流閥 5—遠程調壓閥 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 、電氣控制電路設計 （一）繼電器-接觸器電氣控制電路的設計 根據液壓機的動作順序及控制要求，同時又考慮了以下幾個方面： 1、電氣控制線路與機械配合相當緊密，因此分析中要詳細了解機械結構與電氣控制的關系，但機械結構相對比較復雜。 2、控制線路中設置了變速沖動控制，從而使變速順利進行。 3、為了操作方便，采用多地控制，實現兩地啟、停。 4、具有完善的電氣聯鎖，并具有短路、零壓、過載及超行程限位保護環(huán)節(jié) 根據設計要求我們設計了如圖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通用液壓機的電磁鐵動作順序表 動作程序 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 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KA1閉合，電磁鐵1Y、5Y先后得電，閥6換至右位，控制油經閥8右位使液控單向閥9打開。 進油路：泵1→換向閥6右位→單向閥13→上缸16上腔。 回油路：上缸16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壓，上部油箱15的油液經液控單向閥14（充液閥）進入上缸上腔。 （3）上缸慢速接近工件。 當上缸滑塊降至一定位置觸動行程開關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關閉。上缸下空油液經背壓閥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關閉。上缸在泵1供給的壓力油作用下慢速接近工件。當上缸滑塊接觸工件后，阻力急劇增加，上腔壓力進一步提高，泵1的輸出流量自動減小。 （4）保壓。 當上缸上腔壓力達到預定值時，壓力繼電器KP吸合，常閉開關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調整。保壓期間，泵1經閥6、閥21的中位卸載。 （5）泄壓，上缸回程。 保壓過程結束，時間繼電器KM2發(fā)出信號，其控制的常開開關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，使上缸上腔油液經此卸載閥芯開口泄回上部油箱15，壓力逐漸降低。 當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 進油路：泵1→換向閥6左位→液控單向閥9→上缸下腔。 回油路：上缸上腔→充液閥14→上部油箱15。實現主缸快速回程。 （6）上缸原位停止。 當上缸滑塊上長至觸動行程開關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SB5,接觸器KA3得電，電磁鐵3Y得電，換向閥21換至左位 進油路：泵1→換向閥6中位→換向閥21左位→下缸17下腔。 回油路：下缸17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。調節(jié)背壓閥20即可改 變浮動壓邊力。下缸上腔則經閥21中位從油箱補油。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，我們應注意以下幾點： （1） 根據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，當元件用于通，斷功率較大的主電路時，應選擇交流接觸器；若元件用于切換功率較小的電路（如控制電路）時，則應選擇中間繼電器；若伴有延時要求時，則應選用時間繼電器。 （2） 根據電氣控制的電壓，電流及功率的大小來確定元件的規(guī)格，滿足元器件的負載能力及使用壽命。 （3） 掌握元器件預期的工作環(huán)境及供應情況，如防油，防塵，貨源等。 （4） 為了保證一定的可靠性，采用相應的降額系數，并進行一些必要的技術和校核。 根據以上步驟及參考資料的查找，制定了本課程設計中繼電器元件表（見表4）。 表4 電動機和電器元件明細表 代 號 名 稱 型 號 QS 總電源開關 HZ1-60/3 FU1 熔斷器 RL1-60/40 FU2 熔斷器 RL1-15/4 FU3 熔斷器 RL1-15/4 FU4 熔斷器 RL1-15/4 FR1 液壓泵1熱繼電器 JR10-10 10 A FR2 液壓泵2熱繼電器 JR10-10 6 A KM1 液壓泵啟動接觸器 CJO-40 KM2 延遲繼電器接觸器 CJO-20 KA1-KA5 對應1Y-5Y接觸器 JZ7-44 127 V 1Y-5Y 電磁鐵 36 V TL1 直流變壓器 BK-150 380/127/36 V TL2 變壓器 BK-150 380/127/36 V SB1 總停止按鈕 LA2 SB2 泵啟動按鈕 LA2 SB3 快速下行按鈕 LA2 SB4 下缸停止按鈕 LA2 SB5 下缸頂出按鈕 LA2 SB6 下缸退回按鈕 LA2 SQ1 行程開關 LX3-11H SQ2 行程開關 LX3-11H KP 壓力繼電器接觸器 PFT—L4 VC 直流電源 36V EL 照明燈具 JC6-1 S1 照明燈開關 TCL_A6 三、壓力機的可編程控制器系統的設計 （一） 可編程控制器控制系統設計的基本原則 在設計可編程控制器系統時，應遵循以下基本原則。 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，是設計中最重要的一條原則。設計人員要深入現場進行調查研究，收集資料。同時要注意和現場工程管理和技術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） 保證系統安全可靠 保證可編程控制器控制系統能夠長期安全，可靠，穩(wěn)定運行，是設計控制系統的重要原則。 3） 力求簡單，經濟，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。 4） 適應發(fā)展的需要 適當考慮到今后控制系統發(fā)展和完善的需要。 （二）可編程控制器系統的設計 1）可編程控制器選型 本系統有輸入信號九個，輸出信號有七個，均為開關量。根據輸入輸出的點數、類型及控制要求，同時考慮到維護、改造和經濟性等諸多因素，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 根據系統要完成的動作，考慮在下液壓缸頂出和退回時可能需要點動操作方式，方便調節(jié)壓邊時間以保證工件加工的要求。設定輸入/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 X0 KM1 泵啟動 Y0 SB3 快速下行 X1 KA1 慢速下行 Y1 SQ2 行程開關2S X2 KA2 泄壓回程 Y2 KP 壓力繼電器 X3 KA3 下缸頂出 Y3 SQ1 行程開關1S X4 KA4 下缸退回 Y4 SB5 下缸頂出 X5 KA5 和Y1實現快速下行 Y5 SB6 下缸退回 X6 指示燈 Y6 SB4 下缸停止 X7 SB1 總停止 X10 3） 可編程控制器的輸入、輸出接線圖如圖所示 4）梯形圖 `根據電氣控制圖，我們畫出來了其梯形圖如圖所示 四、總結 機床電氣控制技術課程設計是對機床電氣控制學習的一次小結和深入學習，也是對所學相關知識的一次綜合應用。對提高我們綜合運用基礎知識的能力、理論聯系實際的能力都有很大幫助。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，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。“千里之行始于足下”，通過這次的課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認真地進行課程設計，學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。 這次的課程設計主要是設計液壓機的電氣控制原理和PLC控制原理 ，因為之前學過液壓機的工作原理，所以在理解方面沒有什么疑問，在做控制設計這部分時同組的同學做了深入的討論，通過在網上和圖書館查資料，和同學討論以及老師的幫助下，較好的完成了液壓機的繼電器控制和PLC原理控制的設計，基本達到了預定的設計要求。在此次設計過程中我學到許多的知識 ，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的指令語句。從資料搜集、閱讀相關文獻到設計任務的完成，脫離不了集體的力量。遇到問題和同學互相討論交流，多和同學討論。我們在做課程設計的過程中要不停的討論問題，這樣，我們可以盡可能的統一思想，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計更加完善合理。小組共同設計給我們提供了團體協作的途徑，讓我們更能有利于進行思考和設計，一個人的力量是有限的，但是團體的力量是無窮的，在設計過程中要進行換位思考，綜合大家的力量進行初步的理論設計，然后要獨立的完成自己的設計思路。在學習理論知識的同時也要參加實踐活動，同時，分組設計也有利于我們同學之間的團體協作。把課本上的知識運動到社會實踐當中去，也是我們學習專業(yè)理論知識的最終目的。 本次的課程設計，培養(yǎng)了我綜合應用機電控制技術及其他課程的理論知識和理論聯系實際，應用生產實際知識解決工程實際問題的能力；在設計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團隊精神，同學們共同協作，解決了許多個人無法解決的問題，在今后的學習過程中我會更加努力和團結。 五、參考文獻 [1] 鄭鳳翼，鄭丹丹，趙春江.主編.圖解PLC控制系統梯形圖和語句表..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.機床電器與PLC.西安：西安電子科技大學出版社，2006. [4] 張萬奎主編.機床電氣控制技術.北京：中國林業(yè)出版社.北京大學出版社，2006. [5] 芮靜康 .實用機床電路圖集. 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