機電轉動課程設計

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　學 號： </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1機電傳動與控制概述</p><p>　　1.2

2、題目的來源，意義</p><p><b>　　第二章 整體設計</b></p><p>　　第三章 繼電器、接觸器、電氣原理設計</p><p>　　3.1電動機控制設計</p><p>　　3.1.1主回路設計</p><p><b>　　3.1.2控制回路</b>&l

3、t;/p><p>　　3.2電磁鐵控制設計</p><p><b>　　3.3其他電路</b></p><p><b>　　3.4總成</b></p><p>　　第四章 繼電器、接觸器控制工藝設計</p><p><b>　　4.1元件選型</b><

4、/p><p><b>　　4.2結構圖設計</b></p><p>　　第五章 PLC控制設計</p><p><b>　　5.1元件選型</b></p><p>　　5.2 PLC接線圖</p><p><b>　　5.3 梯形圖</b></p>

5、;<p><b>　　總結</b></p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1 機電傳動與控制概述</p><p>　　機電傳動（又稱電力傳動或電力拖動）是指以電動機為原動機驅動生產機械的系統(tǒng)之總稱。它的目的是將電能轉變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)生產機械的啟動、停止以及速度調節(jié)，滿足

6、各種生產工藝過程的要求，保證生產過程正常運行。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實現(xiàn)生產過程自動化的要求，機電傳動不僅包括拖動生產機械的電動機，而且包括控制電動機的一整套控制系統(tǒng)。也就是說，現(xiàn)代機電傳動是和由各種控制元件組成的自動控制系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在一起的，所以，本課程被命名為《機電傳動控制》（也稱為《機械電氣控制》）。</p><p>　　從現(xiàn)代化生產的要求出發(fā)，機電傳動控制系統(tǒng)所

7、要完成的任務，從廣義上講，就是要使生產機械設備、生產線、車間甚至整個工廠都實現(xiàn)自動化；從狹義上講，則專指控制電機驅動生產機械，實現(xiàn)產品數(shù)量的增加、產品質量的提高、生產成本的降低工人勞動條件的改善以及能源的合理利用。例如，一些精密機床要求加工精度達百分之幾毫米，甚至幾微米；重型鏜床為保證加工精度和控制表面粗糙度，要求能在極慢的穩(wěn)速下進給，即要求能在很寬的范圍內調速；軋鋼車間的可逆式軋機及其輔助操作頻繁，要求在不到一秒的時間內疚能完成從正轉

8、到反轉的過程，即要求能迅速地啟動、制動和反轉；對于電梯和提升機，要求啟動和制動平穩(wěn)，能并能準確地停止在給定的位置上；對于冷、熱連軋機以及造紙機的各機架或各部分，要求它們的轉速保持一定的比例關系，以便進行協(xié)調運轉；為了提高效率，要求對由數(shù)臺或數(shù)十臺設別組成的生產自動線實行統(tǒng)一控制和管理。諸如此類要求，都是靠電動機及其控制系統(tǒng)和機械傳動裝置來實現(xiàn)的。</p><p>　　在近代機械工業(yè)的發(fā)展過程中，機電傳動的發(fā)展，經

9、歷了一個復雜的過程：</p><p>　?。?） 電機的拖動的發(fā)展過程如下：</p><p>　　（2） 控制系統(tǒng)的發(fā)展過程如下：</p><p><b>　　圖1-2</b></p><p>　　由整個發(fā)展過程，不難看出，隨著機械加工要求不斷提高，機電傳動控制系統(tǒng)的復雜度也在不斷增加。本課程的重點在與控制部分，如何利用

10、電氣元件或計算機控制電氣來拖動機械實現(xiàn)所要求的功能。在設計控制系統(tǒng)時，就要求設計人員對執(zhí)行元件（電動機）、控制元件的熟練掌握與運用，同時也要求對控要求進行了解。</p><p>　　1.2題目的來源、意義</p><p>　　本課程是機械設計制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)必修課。課程設計的目的和任務在于使學生掌握機械設備電器控制的基本知識、基本原理和基本方法,以培養(yǎng)學生對電氣控制系統(tǒng)的分析和設計

11、的基本能力。加深學生對課程內容的理解，驗證理論和鞏固、擴大所學的基本理論知識。</p><p>　　課題的意義：（1）培養(yǎng)學生具有一定的實踐技能，樹立實事求是的思想和嚴謹?shù)目茖W作風。 </p><p>　　（2）能正確設計電氣控制線路原理圖。</p><p>　　（3）能正確選擇常用低壓電氣元件。</p><p>　?。?）掌握可編程控制系統(tǒng)

12、的設計方法。</p><p>　?。?）能獨立的完成課程設計，提高分析問題和解決問題的能力。</p><p><b>　　第二章．整體設計</b></p><p>　　任務書中的控制要求有以下幾點：</p><p>　　動力頭位單向運轉，停車采用能耗制動；</p><p>　　只有在油泵工作，油壓

13、達到一定壓力后（由油壓繼電器控制）才能進行其他的控制；</p><p>　　專業(yè)機床能進行半自動循環(huán)，又能各個動作單獨進行調整；</p><p>　　需要一套局部照明裝置以及工作狀態(tài)指示燈；</p><p>　　有必要地過電流保護和連鎖；</p><p>　　鉆孔過程中需用冷卻泵進行冷卻，冷卻泵電動機功率為0.125kW。</p>

14、<p>　　由上述控制要求，可分析出以下幾點：</p><p>　　在主回路中僅需對電機的啟停進行控制和對動力頭電機進行能耗制動的設計，不需控制正反轉；</p><p>　　在液壓回路的液壓泵附近處應添加壓力繼電器，并在液壓控制回路的首端加入該壓力繼電器的常開觸點，以實現(xiàn)滿足油壓后才能進行其他控制的要求；</p><p>　　對于機床的半自動循環(huán)，可以

15、采用起保停電路來實現(xiàn)，而對于各個動作的單獨調整則可在控制首端加入萬能轉換開關，并對各個動作設置手動按鈕來實現(xiàn)該控制要求；</p><p>　　控制回路中可添加輔助回路，以控制照明和顯示功能；</p><p>　　在每個電動機的連接處，均接入一個適合的熱繼電器，以實現(xiàn)過熱保護，在主回路中各個支路與主電源相連接處均接入一個適合的熔斷器，以實現(xiàn)過流保護（短路保護），而在控制回路與變壓器相連處也應

16、接入適合的熔斷器，同樣實現(xiàn)過流保護；</p><p>　　增選一個冷卻泵，并接入主回路，在控制回路中加設一支路，通過按鈕控制冷卻泵的啟停。</p><p>　　2.1 2種控制方式</p><p>　　本次設計可采用繼電器----接觸器控制和PLC控制，2種均滿足設計要求</p><p>　　2.2 2種方案整體設計</p>

17、;<p>　　繼電器——接觸器控制方案的整體設計</p><p>　?。?）電氣原理圖的設計（要求有詳細的分析過程）</p><p>　　（2）電氣原理圖的設計（要求有詳細的分析過程）</p><p>　?。?）電氣接線圖的繪制</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)方案的整體設計</p><p>　?。?）

18、可編程控制器的選型</p><p>　?。?）設計控制系統(tǒng)的PLC外部接線圖</p><p>　　（3）編寫控制系統(tǒng)的梯形圖和指令表</p><p>　　第三章 繼電器、接觸器、電氣原理設計</p><p>　　3.1電動機控制設計</p><p>　　根據設計要求需配備4臺電動機，油泵電機M1，冷卻泵電動機M2，動

19、力頭電動機M3、M4。</p><p>　　M1為液壓泵電動機，并且只有當液壓泵啟動后（即油壓達到工作要求時），按下開工按鈕，主軸電機才開始動作；</p><p>　　M2為冷卻泵電動機，當動力頭出現(xiàn)工進、退位時，冷卻泵電動機才開始啟動；</p><p>　　M3主軸電動機 ，動力頭的工進及退位均由液壓油缸驅動，并用擋鐵方法實現(xiàn)位置控制</p><

20、;p>　　3.1.1主回路的設計</p><p><b>　　圖3-1 主回路</b></p><p><b>　　3.1.2控制回路</b></p><p>　?。?）控制電源的設計</p><p>　　控制電源采用110v交流電壓、照明燈采用24v電壓、指示燈采用6v電壓。</p&

21、gt;<p>　　（2）電機控制電路的設計：</p><p><b>　　電機的制動及其原理</b></p><p>　　由于動力頭為單向運轉，停車采用能耗制動，所以異步電動機進行能耗制動時，首先定子繞組從三相交流電源斷開，接著立即將一低壓直流通入定在繞組直流中通過定制繞組后，在電動機內建立一個固定不變的磁場，由于轉子在運動系統(tǒng)儲存的機械能作用下繼續(xù)旋轉

22、，轉載到體內就產生感應電動勢和電流，該電流與恒定磁場相互作用產生作用方向與轉子實際旋轉方向相反的制動轉矩。在它的作用下，電動機轉速下迅速下降，此時運動系統(tǒng)存儲的機械能被電動機轉換成電能后小號在轉子電路的電阻中。</p><p>　?、儆捅眠\轉情況由KM3控制，并且使用最基本的“啟—?！！钡目刂齐娐罚贿^載保護由FR長臂出頭串在油泵控制回路中實現(xiàn)；油泵電機的開關分別為SB1和SB2。</p><

23、p>　?、趧恿︻^電動機的運轉由一個接觸器KM1控制，其中能耗制動過程由KM3控制，制動時間由時間繼電器KT1來確定；過載保護由FR2常閉觸頭串在動力頭及能耗控制回路中實現(xiàn)，SB3為啟動按鈕，SB4為停止按鈕；為避免動力頭長期工作，用SB5實現(xiàn)點動控制，對動力頭工作狀態(tài)進行調整。</p><p>　　圖3-2 主控制回路</p><p><b>　　3.2液壓控制設計&l

24、t;/b></p><p>　?。?） 液壓控制回路</p><p>　　在液壓控制回路中，應分為自動控制和手動控制兩部分。</p><p>　　在自動控制中，主要由行程開關（SQ1到SQ6）、壓力繼電器（YJ1與YJ2）和按鈕SB1來共同控制電磁閥（YV1到YV5）來實現(xiàn)整個動作。其動作表如下：</p><p>　　表1. 液壓回路電

25、磁閥被控一覽表</p><p>　　由上表可知，在設計液壓控制回路時，可以直接利用起保停電路直接控制電磁閥的動作。在表中，每一列以第一個“+”為該電磁閥的得電信號，而以連續(xù)“+”后的第一個“-”為失電信號。但應該注意的是行程開關的串并聯(lián)關系：在夾緊動作時（YV2），若要使其失電，則應兩動力頭均達復位位置才可松開，故此時SQ3與SQ6應為并聯(lián)關系；在工進或退位時（YV4、YV5），若要使其得電，則只要有一個行程開關

26、的信號，則應該立即動作，故SQ1與SQ5或SQ2與SQ4應為并聯(lián)關系；在要求入位、工進或退位（YV3、YV4、YV5）的停止信號時，必須兩個行程開關均有信號才可失電，故此時SQ2與SQ4或SQ3與SQ6應為串聯(lián)關系。</p><p>　　在手動控制中，我們利用萬能選擇開關來控制自動與手動的轉換。另外，在控制電磁閥（YV1到 YV5）的電路上，我們直接設計5個按鈕（SB2到SB6）來實現(xiàn)手動調節(jié)。</p>

27、;<p>　　在萬能轉換開關與110V交流電源連接的部分，我們增加一盒壓力繼電器YJ0，以實現(xiàn)在液壓回路中達到一定壓力才進行控制動作的要求。</p><p><b>　　具體電路圖如下：</b></p><p>　　圖3. 液壓控制回路設計圖</p><p><b>　　3.3其他電路</b></p&g

28、t;<p>　　輔助電路（照明顯示）</p><p>　　在輔助回路中，主要包含有照明燈的控制與顯示燈的控制。照明燈所需電源為24V交流電，而顯示燈所需電源為6V交流電。故將它們分別有變壓器TC的不同變壓接口引出即可。</p><p>　　照明燈應與總電源開關相同時亮滅，故在電源刀開關QS選型的時候應選擇有三個主觸點并帶有一對常開常閉輔助觸點的刀開關，并將照明燈的控制接入刀開

29、關QS的輔助常開觸點。</p><p>　　在本設計中，我們共設置了5個指示燈（HL1、HL2、HL3、HL4、HL5），分別為定位、夾緊、入位、工進、退位。故它們分別由交流接觸器KA1\KA2\KA3\KA4\KA5的輔助常開觸點來控制。</p><p>　　另外，在控制回路的起始端（即由變壓器TC引出的3端110V、24V、6V）應設置短路保護。故在該處分別接上相合適的熔斷器。<

30、;/p><p><b>　　具體電路圖如下：</b></p><p>　　圖4. 輔助回路（照明與顯示）設計圖</p><p><b>　　3.4總成</b></p><p><b>　　（見原理圖）</b></p><p>　　第四章 繼電器、接觸器控制工

31、藝設計</p><p><b>　　4.1元件的選型</b></p><p><b>　　（1）電動機的選型</b></p><p>　　根據任務書中要求得知液泵電動機M1的功率為370W，冷卻泵電動機M2的功率為0.125kW，動力頭電動機M3、M4的功率均為1.5kW。而工業(yè)用電一般都為380V三相交流電，故查[3]，

32、選擇功率相近的電動機得一下結果：</p><p>　　M1：Y2-90L-8</p><p>　　M2：Y2-801-8</p><p>　　M3、M4：Y2-100L1-4</p><p>　　其中，M1功率0.55kW，轉速660r/min；M2功率0.18kW，轉速630r/min；M3、M4功率2.2kW，轉速1420r/min。&

33、lt;/p><p>　?。ㄗⅲ涸趯嶋H設計當中，應同時考慮工況、班制等選擇因素）</p><p><b>　?。?）熔斷器的選型</b></p><p>　　根據選擇出的電機型號，可大致計算該電機工作時的最大電流：</p><p>　　再根據以下經驗公式，計算出所需熔斷器的最大允許電流值：</p><p&g

34、t;<b>　　故計算得：</b></p><p>　　另外，根據經驗，控制回路中的電流最大不會超法國5A，照明顯示回路電流最大不會超過2A，故查[2]，并選擇熔斷器結果如下</p><p>　　FU1：RL-15/4,最大熔斷電流4A；</p><p>　　FU2：RL-15/2,最大熔斷電流2A；</p><p>　

35、　FU3：RL-60/25,最大熔斷電流25A；</p><p>　　FU4：RL-15/6,最大熔斷電流6A；</p><p>　　FU5：RL-15/2最大熔斷電流2A。</p><p><b>　?。?熱繼電器的選型</b></p><p>　　根據前面算出的電動機工作電流，查[2]可直接選出熱繼電器，得如下結果：

36、</p><p>　　FR1：LR1-D09307，整定電流范圍1.6~2.5；</p><p>　　FR2：LR1-D09306，整定電流范圍1~1.6；</p><p>　　FR3：LR1-D09310，整定電流范圍4~6；</p><p>　　FR4：LR1-D09310，整定電流范圍4~6。</p><p>　

37、?。?）交流接觸器、中間繼電器與時間繼電器的選型</p><p>　　根據前面計算出的電動機工作電流值，可知交流接觸器的工作電流應在10A以內，而由設計的原理圖知交流接觸器所需要的主觸點為3對輔助觸點不超過2常開2常閉，再根據380V三相交流電的要求，查[2]，可選出交流接觸器如下：</p><p>　　KM0~4：CJ20-10，允許功率4kW，輔助觸點2常開2常閉。</p>

38、<p>　　由于控制回路中，電壓為110V交流電，且根據控制回路設計圖得知中間繼電器所需觸點不超過4常開4常閉，故查[2]，可選擇中間繼電器如下：</p><p>　　KA1~6：JZ14-44J/Z，110V吸引線圈電壓，觸點數(shù)4常開4常閉。</p><p>　　由于動力頭電動機的能耗制動時間較短，故可確定在0.4~60s的范圍內。根據110V交流電，同樣查[2]，選擇時間

39、繼電器如下：</p><p>　　KT：JS7-1A，110V吸引線圈電壓，定時時間調節(jié)范圍0.4~60s。</p><p>　　（5）照明與顯示燈的選型</p><p>　　根據經驗，一般照明燈使用的是24V交流電，故查[2]得，照明燈選擇型號為：AD1-22/11。</p><p>　　在我們設計的系統(tǒng)中，有三種指示燈：啟動、工進以及急停

40、。根據經驗，啟動指示燈一般用綠色，工進用黃色，急停用紅色。而工廠中，一般指示燈使用電壓為6V。故查[2]，選擇指示燈型號如下：</p><p>　　定位、夾緊、入位、復位：AD1-22/11，電壓6V，綠色；</p><p>　　工進：AD1-22/11，電壓6V，黃色；</p><p>　　急停：AD1-22/11，電壓6V，紅色。</p><

41、p><b>　?。?）變壓器的選型</b></p><p>　　由于我們設計的系統(tǒng)中，需要將380V三相交流電轉換成110V、24V、6V等三種不同壓值的交流電，故選擇變壓器時應同時考慮考慮變壓器的容量與接處的點數(shù)。查[3]，選擇變壓器結果如下：</p><p>　　TC：BK-100，4變壓接出頭。</p><p><b>　

42、　按鈕及刀開關的選型</b></p><p>　　在液壓控制回路中，共有6個常開按鈕。其中SB2~SB6為手動控制按鈕，故可選擇黃色；SB1為定位啟動按鈕，故選擇綠色。</p><p>　　在電機控制回路中，共有3個常開按鈕、2個常閉按鈕與1個聯(lián)動開關。其中SB11、SB21、SB31為電機啟動按鈕，故可選擇綠色；SB10、SB20為電機停止按鈕，故選擇紅色；SB30為聯(lián)動開關

43、，控制動力頭電機的停止，同時也開始能耗制動，故也選擇紅色。</p><p>　　查[2]，選擇按鈕型號如下：</p><p>　　SB1：LA19-11，綠色；</p><p>　　SB2~SB5：LA19-11，黃色；</p><p>　　SB11、SB12、SB13：SB14、SB15LA19-11，綠色；</p><

44、p>　　SA：LAZ-11A/XR，紅色。</p><p>　　而在整個設計中，我們用到了兩個刀開關，總閘一個（即控制電源，又控制照明燈），急停一個。故總閘刀開關QS選用藍色；急停刀開關QS0選用紅色色。查[2]選擇刀開關如下：</p><p>　　QS：DZ20-100/3，藍色；</p><p>　　QS0：DZ20-100/3，紅色。</p>

45、<p>　　表4-1 元件選型表附表1：元器件選型明細表</p><p><b>　　2原理圖的設計</b></p><p>　　第五章 PLC控制的設計</p><p>　　PLC控制的設計包括I/O設備的確定、I/O分配表、接線圖</p><p>　　其中I/O設備的確定：輸入：按鈕，行程開關，壓力

46、繼電器，選擇開關</p><p>　　輸出：接觸器，電磁鐵，燈</p><p><b>　　5.1 元件選型</b></p><p>　　PLC控制設計與前面的接觸器-繼電器控制雖然是兩種不同的控制方式，但它們完成的控制內容是一致的，即執(zhí)行元件幾乎完全一致，所以在PLC控制設計的元件選型大部分和前面接觸器-繼電器的元件選型幾乎相同，只需做少量調

47、整如下：</p><p>　　去掉“接觸器-繼電器控制”中用到的的中間繼電器和時間繼電器。</p><p>　　因為中間繼電器在前面的主要作用是增加接點數(shù)量，而小型PLC已經可以提供足夠的接點數(shù)量，而且PLC內部自帶定時器，所以在PLC控制中，中間繼電器和時間繼電器均不需要。</p><p>　　增加一個可編程控制器（即PLC）</p><p&g

48、t;　　PLC 選型依據如下：</p><p>　　因為全自動雙面鉆床屬于單機生產過程，控制過程主要是條件、順序控制，以開關量為主，并且I/O點數(shù)小于128 點。所以選擇小規(guī)模PLC控制系統(tǒng)。這里我們選擇三菱FX2N-64MR。</p><p>　　5.2外部接線圖及I/O分配表</p><p><b>　　外部接線圖如下：</b></p

49、><p><b>　　5.3梯形圖如下：</b></p><p><b>　　5.4指令表如下：</b></p><p><b>　　總結:</b></p><p>　　通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關機電傳動方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一次的

50、思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。</p><p>　　只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實驗結束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。</

51、p><p>　　回顧起此課程設計，至今我仍感慨頗多，通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。 </p><p>　　課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn)、提出、

52、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，這次課程設計雖然很累，但我學到了不少東西，對軟件的設計過程和方法有了更深入的了解，培養(yǎng)了我們的團隊精神，鍛煉了我們的溝通和表達能力。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p>　　此次設計也讓我明白了思路即出路，有什

53、么不懂不明白的地方要及時請教或上網查詢，只要認真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。同時還要感謝在課程設計期間老師的關心與幫助！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］孫克軍，電工手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　［2］高玉奎，簡明維修電工手冊.北京：中國電力出版社