1、机床电气控制技术第五章 电气控制电路设计 第一节 电气控制系统设计的基本要求 和内容 第二节 电气拖动方案的确定原则与 电动机的选择 第三节 电气控制电路的设计 第四节 常用电气元件的选择 第五节 电气设备装置的安装与调试 第六节 电气控制电路的设计举例返回主目录第一节 电气控制系统设计的基本要求和内容 一、电气控制电路的设计要求 1）必须树立正确的设计思想 2）了解和熟悉所设计机械设备 3）了解该设备中采用的其他系统 4）了解供电系统情况及所需测量器具的种类 5）通过技术经济分析，确定该控制系统具有的自动化、专业化和通用化程度返回本章首页 二、电气控制系统的设计内容 1）确定电气拖动方案与控
2、制方案 2）选择拖动电动机的结构形式、型号与容量 3）设计电气控制系统原理图 4）设计、绘制非标准电器元件和安装零件 5）绘制电器位置图，电气系统互连图 6）设计和选择电气设备元器件。7）编写电气控制系统工作原理和使用说明书第二节 电力拖动方案的确定原则 与电动机的选择 一、电力拖动方案的确定原则 1.确定机械设备传动系统的调速方式 2.拖动方式 单独拖动与分力拖动。3.调速性能与负载特性 4.机械设备传动系统的起动、反向、制动的控制方案 5.控制方案的选择返回本章首页 二、电动机选择 1.电动机的容量的选择 （1）分析计算法 1）长期运行方式电动机容量的选择 2）短期运行方式电动机容量的选择
3、 3）重复短时运动方式电动机容量的选择 （2）调查统计类比法 1）统计分析法 2）类比法p 生产机械所需功率效率表5-1 驱动机床运动部件所需电动机功率机床类型运动部件移动速度/（m/min）所需电动机功率/kW卧式车床Dm=400mm溜板690.51Dm=600mm溜板460.81.2Dm=1000mm溜板343.2摇臂钻床dm=3575mm摇臂0.51.512.8升降台铣床工作台460.81.2升降台1.521.21.5龙门铣床横梁0.250.524横梁上的铣头11.51.52立柱上的铣头0.511.52快速移动所需要的功率可从表5-1中所列数据选择。2.电动机电流种类选择 （1）优先选用
4、三相笼型异步电动机 （2）选用绕线转子异步电动机 （3）选用直流电动机 3.电动机额定电压的选择 4.电动机额定转速的选择 5.电动机形式的选择 （1）开启式 （2）防护式 （3）封闭式 （4）防暴式 第三节 电气控制电路的设计 一、设计电气控制电路的原则和内容 1.电路设计的原则 2.电路设计的内容 （1）确定控制电路的电流种类和电压数值 （2）主电路设计 （3）辅助电路设计 1）控制电路设计。2）执行电路是用于控制执行元件中的电路。3）联锁保护环节。4）信号显示与照明电路。返回本章首页 二、电气控制电路设计的方法与步骤 1.逻辑代数设计法 2.经验分析设计法 （1）正确连接电器的线圈 两个
5、电器线圈的联接 （2）简化电路，减少电器的触点，提高可靠性 简化电路，减少电器触点数 减少串联触点数 用二极管简化直流电路 （3）合理安排元件触点的位置，减少故障与连接导线 触点的正确连接 节省连接导线 （4）尽量减少电器不必要的通电时间 减少电器不必要的通电时间 （5）避免出现寄生电路 寄生电路第四节 常用电气元件的选择 一、电气元件选择的基本原则 二、电气元件的选择 1.引入电源控制开关 （1）刀开关与铁壳开关的选用 （2）组合开关的选用 （3）断路器选择 返回本章首页 2.熔断器 （1）熔体额定电流的选择 1）负载较平稳，无尖峰电流 2）负载出现尖峰电流 当n台电动机不同时起动时的最大的
6、电流 3）采用减压方法起动的电动机 （2）熔断器的规格选择 （3）熔断器类型的选择FUNICNImax7MMNM NiIII 3.接触器选择 （1）种类、类别选择 （2）额定电压与额定电流 额定电压：额定电流：（3）吸引线圈的电流种类及额定电压 （4）考虑辅助触点的额定电流、种类和数量 （5）根据使用环境选择有关系列接触器KMNUCNUKMNI310M NNM NPIK U 4.继电器 （1）电磁式通用继电器 （2）时间继电器 （3）热继电器 （4）速度继电器 5.主令电器 （1）按钮开关 （2）行程开关 （3）万能转换开关 6.制动电磁铁 （1）电源的性质 （2）行程的长短 （3）线圈连接方
7、式 （4）容量确定 直动式制动电磁铁的电磁吸力：转动式制动电磁铁的电磁力矩：FhK1BFYkM1BFY 7.控制变压器和整流变压器 （1）控制变压器 控制变压器容量的近似计算公式：（2）整流变压器 8.其他电器选择 （1）机床工作灯和信号灯 （2）接线板 （3）导线TP110.648qKjKmiPPP KTP22I U第五节电气设备装置的安装与调试 一、电气设备安装、施工实际内容 1.电气设备装置总体布置 2.电气控制装置的结构设计 3.确定电气控制装置的电器位置图 4.确定电气控制板内电器接线图 5.确定电气控制系统的互连图 二、电气设备的安装要求返回本章首页 三、电气控制系统的调试 1.各
8、运动部件应先单独调整2.液压、气动等系统的单独调试 3.电气控制系统的调试第六节 电气控制电路的设计举例 一、机床电气控制技术课程设计的目的与要求 二、设计应完成的技术文件与时间安排 三、机床电气控制电路设计举例 1.设计课题 2.三面铣的主要结构、工艺要求及技术参数返回本章首页 （1）三面铣的主要结构 三面铣削组合机床结构示意图与零件示意图 （2）机床工作情况 （3）机床动作循环 机床动作循环图 （4）液压系统工作原理图及元件动作表 液压系统工作原理图表5-2 元件动作表 元 件工 步YV1YV2YV3YV4YV5KP1KP2原位（）夹紧快进（）工进（）死挡铁停留（）/快退（）松开三面铣液压
9、系统各元件的动作表见表5-2。（5）电动机、电磁阀技术参数（6）机床对电气控制的要求三面铣床上采用的电动机、电磁阀技术参数见表5-3。表5-2 电动机、电磁阀技术参数符号名称型号规格M1液压泵电动机Y110S-4 1.5kW 1410r/min 380V 3.49AM2左铣削头电动机Y132S-4 4kW 1440r/min 380V 8.4AM3右1铣削头电动机Y112S-4 3kW 1430r/min 380V 6.8AM4立铣头电动机Y112S-4 3kW 1430r/min 380V 6.8AM5右2铣削头电动机Y132S-4 4kW 1440r/min 380V 8.4AYV1YV2
10、夹紧松开电磁阀24E-25BD 14.4W 24V 0.6AYV3YV4滑台快进快退电磁阀35E-25BY 14.4W 24V 0.6AYV5滑台工进电磁阀22E-25B 14.4W 24V 0.6A （5）电动机、电磁阀技术参数 （6）机床对电气控制的要求 3.继电-接触器控制电路设计 （1）主电路 三面铣床主电路 （2）控制电动机工作的控制电路 控制电动机工作的控制电路 （3）液压系统执行元件控制电路 执行元件控制电路 （4）照明、信号指示电路 （5）绘制三面铣削组合机床电气控制原理图 三面铣削组合机床电气控制电路 （6）绘制三面铣削机床电气控制箱面板图 （7）电器元件一览表 （8）电气控
11、制系统工作原理说明书 1）概述。2）机床自动加工时电路工作过程。3）调整控制环节。4）保护环节。表5-2三面铣削组合机床电气元件一览表序号代号名称型号规格单位数量备注1Q开关HZ10-25/3 380V 25A只1引入电源2KM1KM5接触器CJ20-10 110V只5五台电动机3FU1熔断器RL1B-15/6A 380V只3液压泵电动机4FU2熔断器RL1B-25/25A 380V只3左、立铣头电动机5FU3熔断器RL1B-25/25A 380V只3右1、右2铣头电动机6FU4熔断器RL1B-15/2A 380V只1控制电路7FU5熔断器RL1B-15/2A 380V只1照明电路8FU6熔断
12、器RL1B-15/2A 380V只1直流电路表5-4为三面铣削组合机床电气元件一览表。序号代号名称型号规格单位数量备注9FR1热继电器JR20-10 10R 3.2/4.8A只1液压泵电动机10FR2FR5热继电器JR20-10 14R 710A只2右1、右2铣头电动机11FR3FR4热继电器JR20-10 13R 68.4A只2右1、立铣头电动机12KA1中间继电器JZ77-44 110V只1工作开始、失压13KA2中间继电器JZ77-44 110V只1快进转工进14KT时间继电器JDZ22-S11 110V只1加工终点延时退回15T1控制变压器BK-150 380V/1102.46.3V只
13、1控制照明、信号电源16T2整流变压器BKZ-5 380V/27V只1电磁铁电源17SQ1SQ5行程开关X19-001 4/3mm只5原位、终点等18SQ6行程开关LX12-2 2开2闭只1工件夹紧19SB1按钮LA20-11J（红）只1总停机20SB2按钮LA20-22D（绿）只1液压泵起动21SB3按钮LA20-22（绿）只1工作开始与工件夹紧22SB4 SB10按钮LA20-11（黑、白、黄等）只7调整23SC1万能转换开关LW6-5 2B0334只1工作与调整24HL1HL3信号灯XD0 6.3V/0.95W（绿）灯座型号E10/13只3电源、液压泵工作、工件夹紧25EL照明灯JC2
14、6040W24V灯座型号E27只1安全照明（续）序号代号名称型号规格单位数量备注26XT端子板JX2-2503只3电源27XT端子板JX5-1005只15电动机28XT端子板JX5-0505只40控制等电路29导线BVR 1.5mm2只30主电路30导线BVR 1mm2只200控制电路（续）4.可编程序控制器控制设计 （1）机型选择。（2）机床控制过程功能表图 （3）现场信号与PLC软继电器编号对照表 （4）梯形图与程序清单 （5）三面铣床PLC外部接线 （6）调试本章节完返回实 验实验一 三相异步电动机的点动控制和长动 控制电路实验二 三相异步电动机的正反转控制电路实验三 三相异步电动机的Y
15、-起动控制电路实验四 X6132万能铣床电气控制电路的实验*实验五 凸轮控制器控制电路实验实验六 编程器使用练习实验七 三相笼形异步电动机Y-减压起动的 PLC控制返回主目录实验一 三相异步电动机的点动控 制和长动控制电路一、实验目的1.通过实验进一步加深对点动控制和长动控制特点的理解2.通过对点动控制和长动控制电路的实验安装接线，初步掌握由电气原理图变换成安装图的能力。返回本章首页二、实验设备 1.三相异步电动机 Y90S-2 1台 2.安装三相异步电动机基本控制环节电路实验板 1块 使用电器如下：交流接触器 CJ20-10 1只 按钮盒 LA10-3H 1只 电源开关 HZ10-10/3
16、1只 组合开关 HZ10-10/1 1只 熔断器 RL1B-15/10 3只 接线端子 JX2-10 1组 三、实验电路 电路图 四、实验步骤 1.检查各电器是否符合本实验要求。2.按图a点动控制电路，在接线板上安装除电动机以外的所有电器，并进行接线。3.自检控制电路后，请指导老师检查。4.在不接电动机的情况下，检查电器动作是否正常。5.接入电动机，观察电器动作是否正常，并注意体会点动控制。6.切断电源，在原电路基础上，按图b的长动控制电路改接控制电路。7.合上电源，按起动按钮 和停止按钮 ，实现正常开机和停机控制。8.切断电源，按图c连接控制电路，操作 、，体会电路实现长动与点动控制的原理。
17、9.在与 并联的接触器辅助触点上插入小纸片，再重新按起动按钮 ，观察有何现象并记录。1SB2SB1SBSC2SB2SB2SB 五、注意事项 1.凡是电动机、按钮及电源引入线，一律要经过接线端子引入。2.安装接线后，请老师检查无误后方可通电操作。3.操作次数不宜过频繁，因为大的起动电流容易损坏电器和电动机。4.注意安全操作。六、实验报告 1.试比较点动控制与长动控制，从结构上看主要区别是什么？从功能上看主要区别是什么？2.分析步骤9中看到的现象。实验二 三相异步电动机的正反转控制电路一、实验目的 1.掌握用接触器控制的正反转电路的工作原理及接线方法。2.熟悉三联按钮的使用和正确接线方法。3.通过
18、实验，训练对本控制线路的故障分析和故障排除的能力。返回本章首页 二、实验设备 1.三相异步电动机 Y90S-2 1台 2.安装三相异步电动机基本环节控制电路实验板 1块 使用电器如下：交流接触器 CJ20-10 2只 热继电器 JR20-10/10R 1只 按钮盒 LA10-3H 1只 电源开关 HZ10-10/3 1只 熔断器 RL1B-15/10 3只 接线端子 JX2-10 1组三、实验电路 实验电路见电路图a 按钮盒接线见电路图b。四、实验步骤 1.检查各电器的型号和规格是否符合实验要求。2.按图a的正反转控制电路，在接线板上安装电器，并参考图b完成接线。3.检查接线是否正常，并请老师
19、检查。4.在不接入电动机的情况下，试验主电路和控制电路。5.接入电动机，操作SB2、SB3、SB1，观察电动机正反转及停机的过程 6.操作以下按钮，观察电路工作情况，并分析原因。（1）按下SB2电动机正转，然后直接按下SB3，此时电动机出现什么情况？记录现象。（2）停机后，同时按下SB2、SB3电路会出现短路吗？电动机运转否？记录现象。（3）按下SB2电动机正向运转，此时很轻按一下SB3出现什么现象？记录现象。（4）断开电源，将KM1、KM2常闭触点连接在本线圈电路上。然后送上电源，分别操作SB2、SB3时，此时看到什么现象？五、注意事项 1.注意按钮盒内接线，防止线间短路。2.实验中电动机正
20、反转操作的变换不宜过快，次数也不宜过多。3.注意安全。六、实验报告 1.实验中出现哪些故障？如何排除？2.回答实验步骤6中出现的四种现象，分析原因。实验三 三相异步电动机的Y-起动控制电路 一、实验目的 1.了解空气阻尼式时间继电器的结构、工作原理及使用方法。2.掌握Y-起动控制电路的工作原理和接线方法。返回本章首页二、实验设备 1.三相异步电动机 Y112M-2 1台（或用白炽灯组代替三相电动机绕组）2.安装三相异步电动机基本环节控制电路实验板 1块 使用电器如下：交流接触器 CJ20-10 3只 热继电器 JR20-10 10R 1只 时间继电器 JS7-2A 1只 按钮盒 LA10-3H
21、 1只 电源开关 HZ10-10 1只 熔断器 RL1B-15/15 3只 接线端子 JX2-10 1组三、实验电路 四、实验步骤 1.检查各电器的好坏及规格是否符合要求。2.用手压动KT衔铁动作，观察时间继电器动作过程，调节进气孔螺钉，观察延时效果。3.按实验三图的Y-起动控制电路进行接线。4.自栓电路确认无误后，请老师检查。5.接通电源，不接入电动机（或白炽灯组），操作主令电器，观察控制电路中各电器工作情况。6.断开电源，接入电动机（或白炽灯组），按正常操作，观察Y-起动控制电路的工作过程。7.故障试验 （1）断开电源，使KMY线圈回路中有一处断线，按正常操作，观察电路工作情况，记录其现象
22、。（2）断开电源，使KMY线圈电路恢复正常，KM线圈回路中有一处断线，按正常操作，观察电路工作情况，记录其现象。（3）断开电源，使KM，线圈电路恢复正常，KT线圈回路中有一处断线，按正常操作，观察电路工作情况，记录其现象。五、试验报告 1.Y-起动方法对电动机有何要求？2.KT延时值对起动有何影响？3.分析并回答故障试验中出现的现、原因和处理方法。（4）断开电源，将KT常闭触点接到KM线圈电路（911）处，常于触点接到KMY线圈电路（57）处，按正常操作，观察电路工作情况，记录其现象。（5）试验过程中有一组实验时发现电动机作Y接起动后，到KT延时触点动作后，电动机停机，检查控制电路工作正常，分
23、析其原因。实验四 X6132万能铣床电气控制电路的实验 一、实验目的 1.了解、熟悉机床电器安装接线情况。2.进一步理解机床电气控制工作原理、操作方法与电器动作情况。返回本章首页 二、实验电路 三、实验设备 X6132铣床电气控制电路模拟控制片 1块 笼型异步电动机 3台 万用表 1只 电工工具 1套 四、预习要求 1.复习X6132铣床电气控制工作原理。2.明确各电器开关的作用。五、实验内容与步骤（大实验建议安排四课时）1.根据电路图查对各电器元件的安装位置。2.详细查对各电器接点与连接线，并将各电器元件处于零位状态。3.联接电源线和到各电动机、电磁铁线圈的端线。4.接通电源进行整机正常运作
24、操作：（1）主轴电动机控制 1）起动。操作预选向开关SC5，确定电动机正、反向运行。操作起动按钮SB1（或SB2），电动机起动运行。2）停机。操作停机按钮SB3（SB4），电动机停机制动。3）冲动。停机情况下冲动和主轴电动机运行情况下冲动。（2）进给电动机控制 1）圆工作台工作。SC1开关置于圆工作台工作位置。2）工作台向右或向左进给工作。操作SC1开关置于圆工作台断开位置，SQ3、SQ4处于零位状态，操作SQ1或SQ2，通过进给电动机正向、反向运行来实现。3）工作台向下、向前或向上、向后进给。SC1开关置于圆工作台断开位置，操作SQ3或SQ4，通过进给电动机正、反向运行来实现。4）工作台快速
25、移动。在主轴正常运转、工作台有进给运动情况下，按SB5（或SB6）按钮，KM2得电，电磁离合器YC2失电，YC3得电。5）工作台变速冲动。主轴正常运转，工作台不作任何运动情况下，操作SQ6来获得。（3）切削液泵电动机的控制，操作SC4开关来获得。（4）验证工作台各运动方向之间的机械、电气互销。1）当圆工作台旋转运动时，误操作进给手柄，使SQ1（或SQ2或SQ3或SQ4）动作时，进给电动机应停转。2）工作台作向左或向右进给时，误操作向下、向上、向前、向后手柄，使SQ3（或SQ4）动作时，进给电动机应停转。3）工作台作向上（或向下、向前或向后）进给时，误操作向左（或向右）手柄，使SQ4（或SQ1）
26、动作时，进给电动机应停转。4）工作台不作任何方向进给时，方可进行冲动变速。（5）故障试验 1）FR2动作后，常闭触点打开，M1、M2、M3电动机工作情况。2）断开电源，将KM4常闭触点与KM3线圈电路处断线，然后按正常操作后，观察进给电动机工作有什么异常，并记录电路工作情况。3）断开电源，将KM3常闭触点与KM4线圈电路处断线，先分析工作台进给运动中会出现哪几种不正常工作状态，然后接通电源，操作有关的电器，验证是否出现这些故障，并记录下来。4）断开电源，KM1线圈接点6处松脱，按正常操作各有关电器时，电路会出现哪些现象？记录并进行分析。六、试验报告 1.回答下列思考题（可以通过试验观察其现象并
27、分析原因）：（1）按下SB3或SB4太轻时，电路工作情况怎样？为什么？（2）SC1开关处于圆工作台工作位置时，按下SB5或SB6，KM2得电否？M3电动机转动否？为什么？（3）工作台快速移动方向未确定，此时操作SB5、SB6时，KM2动作与否？工作台作何方向移动？2.叙述故障试验中的现象与原因。3.写出实验心得体会。*实验五 凸轮控制器控制电路实验 一、实验目的 1.了解凸轮控制器结构与工作原理。2.学会阅读凸轮控制器工作图和电路连接特点。3.通过实验加深对凸轮控制器三对常闭触点联锁作用的理解。4.通过实验进一步理解凸轮控制器控制绕线转子异步电动机转子串电阻起动的限流与调速作用。返回本章首页二
28、、凸轮控制器电路图三、实验设备凸轮控制器 一台变阻器3只电流表 一只转速计1只控制板 一块电源开关1只接触器 1只熔断器2只过电流继电器 2只按钮1只终点开关2只窗口开关1只紧急开关1只电工工具1套绕线转子异步电动机1台 四、预习要求 1.复习凸轮控制器工作原理及保护盘的保护原理。2.复习绕线转子异步电动机转子串电阻起动、调速的工作原理。五、实验内容与步骤 1.打开凸轮控制器外盖，转动操作手柄，观察其结构及触点动作情况。2.按电路图连接电路 （1）主电路从电源开关至电动机接线端点，自上而下连接。（2）控制电路注意正确连接终端保护触点与终端行程开关触点。3.全面检查所接电路，所有电器是否都处于原
29、位状态 4.通电试车 （1）按下起动按钮SB，接触器KM得电，接通主电路电源。（2）操作凸轮控制器向前（或向后），从1-5位置，观察电动机正、反向起动、加速过程，然后退到零位。5.操作有关电器，验证各电器在电路中的保护作用 （1）接通电源，接触器动作，操作凸轮控制手柄，使电动机运行。1）断开紧急开关，观察各电器及电动机的变化情况。2）终点开关的保护作用，电动机正向运行，用手操作正向终端限位开关时，电动机应停机。（2）电源接触器控制 1）零位保护凸轮控制器手柄不在零位时，接触器KM无法得电。2）窗口开关保护。窗口开关未合上时，接触器KM无法得电。6.实验结束，断开电源，拆线，整理电器与设备等。六
30、、实验报告 1.分析凸轮控制器零位触点在电路中的作用。2.终端限位行程开关出现接线错误时，会出现什么情况？3.如果向前运行到终端停机后，直接将操作手柄扳至向后位置上，电动机能否启动？4.写出实验心得体会，若有故障现象应进行分析。实验六 编程器使用练习 一、实验目的 1.掌握编程器的基本操作方法。2.熟悉编程器上的符号及功能。3.通过实例输入用户程序，并进行连机调试的基本方法。二、实验设备 1.ACMY-S256主机 1台 2.ACMY-S256P编程器 1只 3.微动开关 1只 4.1.5V电池和1.5V小灯泡 各1只返回本章首页三、实验内容 电路图 四、程序清单 指令地址 指令名称 操作数
31、0000 LD 1010 0001 LD 3000 0002 CNT 5010 0003#0005 0004 LD 5010 0005 OR 3000 0006 AND-NOT 5000 0007 OUT 3000 0008 LD 3000 0009 OUT 2005 0010 TIM 5000 0011#0020 0012 END 五、实验步骤 1.主机未接通电源前先将编程器插入主机的外设插入口。2.然后将主机的电源（AC220V）接通。3.将主机上的电源开关拨向“ON”，此时显示屏上显示SFI-256，同时编程器上24只指示灯有规律地闪光，这说明主机和编程器已正常，可以工作。4.要进行编程
32、须按下列步骤操作：（1）CTRL （2）0 CPU RUN 闪光 0000 5.清除主机内原有的用户程序步骤如下：顺序 按键操作 显示屏显示 （1）CTRL （2）SHIFT （3）2 （4）CTRL （5）SHIFT （6）20000 6.写出程序操作 7.校对程序 用“ENTER”键对程序的全部指令有下向上或自上而下的地逐条进行校对，按一次“ENTER”键相应的指令移动一条。8.联机 9.调试实验七 三相笼型异步电动机Y-减 压起动的PLC控制 一、实验目的 1.进一步掌握PLC编程的操作方法。2.掌握实际控制电路的连机方法。返回本章首页 二、实验设备 1.PLC主机 ACMY-S256型
33、 1台 2.编程器 ACMY-S256P 1台 3.三相异步电动机 Y90S-2 1台 4.安装三相异步电动机基本环节控制电路实验板 1块 使用电器如下：交流接触器 CJ20-10 3只 热继电器 JR20-10 14R 1只 按钮盒 LA10-3H 1只 电源开关 HZ10-10 1只 熔断器 RL1B-15/15 4只 接线端子 JX2-10 1组三、实验内容电路图 四、实验步骤 1.主机未接通电源前先将编程器插入主机的外设插入口。2.接通主机电源。3.将主机上的电源开关拨向“ON”位。4.编程操作及校对程序。5.联机 6.按电路a进行主电路的接线。7.将主机的工作状态变换为“运行状态”8.调试 五、注意事项 1.按钮及电源引入线，一律要经过接线端子引入电动机。2.按装接线后联机时，必须请老师检查无误后方可通电操作。3.操作次数不宜过频繁，因为大的起动电流容易损坏电器和电动机。4.注意安全操作。本章节完返回
