设备电气控制综合实训.docx
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设备电气控制综合实训
概要
本文介绍了如何将课本学到的知识运用到实际工作中。
基于设备电气控制综合实训是机械设计与制造专业群技术平台综合实训项目之一，在电气技术基础平台课程及设备电气综合实训Ⅰ的基础上，侧重于培养机床电气控制线路以及PLC程序分析、设计的能力，能够解决机床电气控制工程实际问题的基本技能，在老师的指导下能完成数控设备电气设计、接线调试、排除故障等能力。
目录
前言............................................................4
第一章电气控制设计方案........................................5
1.1电气控制要求和技术参数.................................5
1.2主电路设计.............................................5
1.3控制电路设计...........................................6
第二章基本元器件及原理图设计方法..............................7
2.1基本元器件简单介绍.....................................7
2.2电气原理图设计方法.....................................9
2.3控制方案和过程.........................................9
2.4电气控制设计...........................................10
第三章PLC程序的编写..........................................11
3.1PLC的简介及特点.......................................11
3.2PLC的分类及应用.......................................12
3.3FANACPLC使用介绍.....................................12
3.4程序的编写与分析......................................13
第四章电气安装及调试.........................................14
4.1电路的安装............................................14
4.2线路的调试............................................14
4.3故障检索及排除........................................14
第五章实训总结.............................................15
第六章致谢................................................16
第七章参考文献...............................................17
附录1.........................................................18
附录2.........................................................24
附录3.........................................................25
附录4.........................................................26
附录5························································27
附录6························································28
前言
本实训项目是通过理论结合实际的方法，来培养我们系统、完整、具体地完成一个设备电气控制系统项目所需的工作能力，通过信息收集处理、方案比较决策、制定行动计划、实施计划任务和自我检查评价的能力训练，以及团队工作的协作配合，锻炼我们自己今后职场应有的团队工作能力。
我们经历综合实训项目完整工作过程的训练，将掌握完成电气控制系统实际项目应具备的核心能力和关键能力。
实训过程是先由小组讨论、设计主轴的控制电路和PLC的编写编程，再由老师评点修改方案。
接下来便是实际操作，先让本组动手能力较强的成员熟悉设备，在由他与本组的其他成员交流，以节省时间，而且充分体现了自学的理念。
通过本次的实训的，我们的合作能力，动手解决问题的能力都有了很大的提高。
第一章电气控制设计方案
1.1电气控制要求和技术参数
1.1.1总述
本实训要求进行主轴控制系统的设计与调试。
主轴采用变频器和三相异步电动机的控制。
工作中施放冷却液，并有指示灯（主轴故障灯、机床正常灯）提醒工作状态。
控制电路由PLC控制。
设计时要注意通电顺序。
即：
交流控制回路—主电机上电—冷却电机上电
1.1.2具体要求
1.主轴能正反转
2.主轴与冷却电机能分别停车
3.工作状态指示灯有：
主轴故障灯，机床控制灯
4.根据以上要求，用继电器和PLC控制结合起来设计机床电气控制系统
1.1.3主要参数
主轴电机：
3相AC380V50HZ3KW2880r/min
冷却电机：
3相AC380V50HZ125KW2790r/min
1.2主电路设计
1.2.1主轴电动机M1
M1功率3KW，要求正反转，由接触器H1—K1接通。
断开主轴动力电源。
变频器接两个中间接电器（M3—K3，M3—K4）常开触点，通过PLC实现反转，M1—K1为急停继电器，当接下急停开关时，断开主轴电路。
当变频器有异常情况时，通过1.2端输出报警信号到PLC。
短路保护由FU1来实现。
1.2.2冷却泵电动机M2
M2功率小，单向运转。
用E1K1控制运行，E1com过载保护
1.2.3变频器
在变频器中有调节电阻，起到对主轴转速的改变。
当电阻调小，主轴转速变小。
电阻调大，主轴转速变大。
同时通过常用按钮按下主轴则停止工作
1.3控制电路设计
M1-K1用作急停继电器，M1-K2做交流回路上继电器，只有M1-K2线圈接通才有可能接通主轴及冷却电机电源。
主轴电机接通，断开按钮，冷却接通按钮急停，主轴正转，反转按钮，冷却电机保护开关常开触点及主轴报警均与PLC输入相连，作为输入信号。
而PLC的输出信号将直接控制M5-K1,K2,K3,K4等四个继电器，它们分别控制主轴电机，冷却电机的接通及主轴正反转。
机床正常灯与故障灯由PLC输出信号控制。
第二章基本元器件及原理图设计方法
2.1基本元器件简单介绍
2.1.1元器件的选择原理
1.熔断器：
主要由熔体和安装熔体的绝缘管组成。
使用时，熔体串接被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬间熔断而分断电路起到保护作用。
在选择熔断器时，主要考虑以下几个主要特殊参数：
（1）额定电压：
这是从飞弧角度出发，规定熔断器所在电路作电压的最高极限。
（2）熔体额定电压：
这是指熔体长期工作所允许的由温度决定的电流值。
（3）熔断器的额定电流：
这是熔断器长期工作所允许的由温度决定的电流值。
（4）极限分段能力：
这是指熔断器所能分析的最大短路电流值。
2．热继电器：
是根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。
热继电器的选择主要根据电动机的额定电流来确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级。
3．接触器：
是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器。
它可以频繁的接通或分断交直流电路，并可实现远距离控制。
在选用接触器时，应遵循以下的原则：
（1）根据被接通或分断的电流种类选择接触器的类型。
（2）接触器的额定电压大于或等于主电流的额定电压。
（3）接触器线圈的额定电压必须与接入此线圈的额定电压相等。
（4）接触器触头数量和种类应该满足主电路和控制线路的需要。
（5）接触器的额定电流应等于或稍大于负载额定电流。
4.低压断路器：
也称为自动控制开关。
用来接触和分断负载电路，也可用来控制不频繁启动的电动机。
它具有多种保护功能（过载，短路，负电压保护等）。
1.动作值可调，分断能力高，操作安全等优点，所以目前被广泛应用。
断路器常用作电动机的过载短路保护，因此选用原则如下：
（1）电压，电流的选择，自动开关的额定电压和额定电流应小于电路的额定电压和电压最大工作电流。
（2）脱扣器整定电流的计算：
热脱扣器的整定电流与所控制负载的额定电流一致。
电磁脱扣器的瞬时脱口整定电流应大于负载电流正常工作时的最大电流。
5.可编程控制器：
简称PLC，它是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以未处理为核心，把自动化技术计算机技术，通信技术融为一体的新型工业控制装置。
在设计PLC控制系统时应遵循以下基本原则：
（1）最大限度地满足被控对象的控制要求。
（2）保证PLC控制系统安全可靠。
（3）力求简单经济，使用及维修方便。
2.1.2元器件的参数计算
1.电源断路器的选择，确定Q1-QF1,E1-QU的电流。
电源断路器QF1的确定H1-M1和E1-M1电动机额定电流和电源断路器E1-aM1电流计算E1-M1额定电流IM1=0.33A.因此E1-QM1，额定电流0.33A.断路器Q1-QF电流计算工作电流取H1-M1和E1-M1,额定电流和主轴电机额定电流为16A，选择额定电流为16A的电源断路器。
2.接触器选择
根据接触器的负载回路的电流及所需数量M1电流7.89A.控制回路电源220V须主触点三对辅助触点配对。
主触点Ic=5.69-7.89A.故选10A，所以选择CJ10-10型接触器。
线圈电压220V，Z1-K1用来控制冷却泵电机E1-M1电源断电。
Im=0.33A。
所以选择CJ10-5型接触器电流5A，线圈电压220V。
设计法等。
3.中间继电器
M1-K1用于急停。
M3-K1-K4控制主电机通断，主轴正、反转和冷却电路通断额定电压，故选择JZ8-ZP。
选择参数，交流：
额定电流1.5-2.5倍。
PLC的总功率为48KW.总功率10KW，所以电流I=0.53A即选择2A
4.开关电源
选择参数及电流，电路的总功率为10KW,I总=P/V=4A.故选择额定电流为6A，即RT18-22.
5.机床显示灯
选择参数及颜色，在正常情况下，绿灯亮，所以正常下选择灯的颜色为绿色。
在过载时红灯亮，所以在过载情况下选择灯的颜色为红色。
2.2电气原理图设计方案
2.2.1电气原理图的画法规则
（1）分析主电路、
（2）分析控制电路、（3）分析辅助电路、（4）分析联锁及保护环节、（5）总体检查.
基本规则和注意事项：
（1）一般主电路用粗实线表示，画在左边（或上部）;辅助电路用细实线表示，画在右边（或下部）.
（2）在原理图中，各电器元件不画实际的外形图，而采用国家规定的统一标准来画，文字符号也要符合最新国家标准.
（3）原理图中各电器元件和部件在控制电路中的位置，应根据便于阅读的原则安排.同一电器的各个部件可以不画在一起.
（4）元器件设备的可动部分在图中通常均以自然状态画出.
（5）有直接电联系的交叉导线的连接点，要用黑圆点表示.
（6）无论是主电路还是辅电路，各电气元件一般应按动作
顺序从上到下，从左到右依次排列，可水平布置或垂直布置.
阅读电器原理图的方法主要有两种：
查线读图法和逻辑代数法.
2.2.2电气原理图的设计
T4T9复杂的控制系统或电路都是由一些比较简单的基本控制环节。
保护环节，根据不同的控制要求连接而成。
1.电路图
2.电气原理图（见附录1）
2.3.1控制方案
根据要求，使用PLC控制来设计机床控制系统.首先画出相应的电路图，再根据电路图来接线，最后进行检测和调试.
2.3.2主轴控制系统主要分为主电路和控制电路
一．主电路：
1）主轴电动机M,M的功率是3KW，主轴电动机要求能够正反转，它的工作是通过接触器KM1,KM2和变频器来控制的同时完成主轴的调速。
2）冷却泵电机功率较小，单向运转，用接触器KM3来控制它的运行，用热继电器进行热载保护。
二．控制电路设计：
1）主轴电机和冷却泵能分别启动和停车；
2）主轴用两个启动器按钮（正转，反转）,冷却泵用一对启动和停止按钮。
2.3.3控制过程
机床主轴采用变频器和三相异步电机控制，加工中需要切削夜进行冷却.控制回路由继电器控制，通电顺序为：
交流控制回路上电—主电机上电、冷却电机上电.
2.4电气控制设计
2.4.1主轴电动机的设计
1.通过使用变频器可以设计电动机的转速，达到所需要求。
2.正转：
由电气原理图可知:
当按一下SB2时，KM1的电线圈通电，KM1闭合，因此主轴电动机正传。
按一下SB1时，km1的电线圈没有电，km1分开，因此主轴电动机停止。
3.反转：
由电气原理图可知：
当按一下sb3时，km2的电线圈通电，km2闭合，因此主轴电动机反转。
按一下sb1时，km2的电线圈没有电，km2分开，因此主轴电动机静止。
4.两歌常闭接触点：
为了防止sb2，sb3同时按下，损害电动机而设置。
2.4．2工作原理设计
由电气原理图可知，当按下sb5时，km3的电线圈通电时，km3闭合，因此冷却电动机转动。
当按一下sb4时，km3的电线圈没有电，km3分开，因此冷却电动机静止。
第三章PLC程序的编写
3.1PLC的简介及特点
3.1.1PLC的简介
可编程序控制器（ProgrammableController）简称PLC。
PLC是专门针对工业环境应用设计的，自带直观、简单并易于掌握的编程语言环境的工业现场控制装置。
可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。
国际电工学会（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2发布了可编程序控制器标准草案的第一，二，三稿。
在第三稿中，对PLC作了如下定义：
可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
定义强调了PLC是：
1数字运算操作的电子系统——也是一种计算机
2专为在工业环境下应用而设计
3面向用户指令——编程方便
4逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作
5数字量或模拟量输入输出控制
6易与控制系统联成一体
7易于扩充
3.1.2可编程序控制器的特点
为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PC机有以下特点：
1.可靠性高，抗干扰能力强
2.通用性强，控制程序可变，使用方便
3.功能强，适应面广
4.编程简单，容易掌握
5.减少了控制系统的设计及施工的工作量
6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便
3.2可编程序控制器的分类及应用
3.2.1PLC的应用
随着PLC的性能价格比的不断提高：
①微处理器的芯片及有关的元件价格大大降低，PC的成本下降②PLC的功能大大增强，因而PLC的应用日益广泛。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保等各行各业。
其应用范围大致可归纳为以下几种：
1.开关量的逻辑控制
2.运动控制
3.闭环过程控制
4.数据处理
5.通讯连网
并不是所有的PLC都具有上述的全部功能，有的小型PLC只具上述部分功能，但价格比较便宜。
3.2.2可编程序控制器的分类
由于PLC的品种、型号、规格、功能各不相同，要按统一的标准对它们进行分类十分困难。
通常，按I/O点数可划分成大、中、小型三类；按功能强弱又可分为低档机、中档机和高档机三类。
1.小型PLC——I/O点数<256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。
如：
GE-I型美国通用电气（GE）公司
2.中型PLC——I/O点数256～2048点；双CPU，用户存储器容量2～8K
如：
S7-300德国西门子公司
3.大型PLC——I/O点数>2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K
如：
S7-400德国西门子公司
3.3FANACPLC使用介绍
一、系统上电
上拨机子后面的开关，把左边的红按钮拨到1，打开钥匙开关电源。
按下SB4.机子启动（关闭按下SB2停止）
系统上电后，如有报警，同时按CAN+RESET两个键几秒。
先去除报警.
二、PMC程序的编写（注意：
在“STOP”停止状态）
按System/按软键PMC/EDIT/CLEAR（清除）/CLDLAD/EXET（执行）可删除程序。
按System/按软键PMC/EDIT/CLEAR，然后编辑录入程序。
（注：
本系统第一行PMC必须为急停：
1-X8.4/1-G8.4-0-1）
编完后以END1、END2结束
方法：
按FUNCTN选END1（号码为1，按“1”键即可选择）按INPUT
程序录完后，按回会出现“Write.toF-Rom”，按软键“EXET”程序保护。
三、运行
按System/按软键PMC/出现RUN/STOP可运行或停止。
按System/按软键PMC/PMCLAD.即可看到梯形回运行情况。
注：
不要在System/按软键PMC/EDIT/LADER”回，这样不能监控运行。
四、实验调试
下图为面板上的输入输出设置与指示
X8
X9
X10
X11
X12
X13
Y0
Y2
X8.0
0
0
0
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Y1
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Y3
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0
0
X8.7
0
0
0
0
0
0
0
0
3.4程序的编写与分析
（见附录）
第四章电气安装及调试
3.1安装电路
（1）电源电路的安装：
在接电源电路时，注意选择用粗线连接，这样才致使不被烧坏该接地的要接地，并施加电源保护.
（2）主轴电机线路的连接是要接入变频器，在接入变频器时要注意把正反转接对了.
（3）冷却电机的接线.
（4）控制电路的接线.
3.2线路调试
首先打开电源，接下SB1，实现对主轴电机正转。
按下SB2，实现对主轴转机反转.接下即停按钮，冷却电机启动，可通过变频器改变转速.
3.3故障检索及排除
（见附录3）
结论
两周时间很快就过去了，关于主轴控制系统的设计与调试的综合实训已经结束了，在这两周时间里，不管谁都或多或少的学到了一些知识，我们组员一起从讨论、找资料遇到困难各想方法在结合各个方法的优点解决，在这一系列的电气原理图的绘制和PLC的程序编程中，我们组员配合的很好，可以说在这次实训中大家不仅是学到了一些理论知识，在实践方面也有了很大的提高，至少大家通过实训知道了PLC的用途、型号、类型等，在将来的一些较为简单的PLC编程上已经不难了。
在这两周实训里大家也同样知道了对于一个电气设备的故障的维护，能完成一个实际工业设备电气控制项目的综合职业能力，不管以后从事什么样的工作都是益匪浅的。
希望以后还有更多累似的实训来锻炼我们学生的动手和与其他人的团队合作能力。
致谢
本综合实训项目是在两位老师的悉心指导下完成的，他们对本次实训工作倾注了大量的心血。
两周以来，老师深厚的专业背景、严谨的治学态度、平易宽厚的人格作风使我受益匪浅。
感谢他们对我的悉心教诲，使我顺利地完成了实训任务，在实训任务完成之际，衷心感谢老师对我的关心和培养！
同时也感谢我同组的同学及同班同学，是他们协助我一起完成了此次的电气实训。
最后向审阅技术报告的老师致以深深的谢意！
参考文献
1．南京工业职业技术学院综合实训项目资源积累与学习分享系统
2．数控机床电气控制.夏燕兰主编.北京：
机械工业出版社.2006
3．王淑英编.电气与PLC控制技术.机械工业出版社,2005.01
4.数控机床故障诊断与维修技术.刘永久主编.北京：
机械工业出版社.2006
5.电气制图1984版国家标准.北京：
中国标准出版社
6.电气图用符号1984版国家标准.北京：
中国标准出版社
7.电气技术中的文字符号制定通则1984版国家标准.北京：
中国标准出版社
8.新标准电气识图.王普生编.北京：
中国电力出版社.2002
9.低压电器产品样本
附录1六种电路图
1）电源电路图
2）主轴电路
3）辅助设备总电路
4）强制控制电路
5）PLC输入电路M2
6）PLC输入电路M3
附录2电气元器件明细表
序号
符号
名称
型号
规格
数量
1
KM1、KM2、KM3
接触器
CJ10-10
主触点电流10A，线圈电压220V
3
2
SB1
SB2
启动按钮
正反转按钮
LA18
绿色
2
3
SB3、SB4
停止按钮
LA18
红色
2
4
FR1
热继电器
JRO-40
额定电流0.64A，额定电流调节在0.40-0.64A，整定在0.43A
1
5
FU1
熔断器
RT18-32
额定电流0.64A，放大1.5-2倍，配12A熔体
1
6
FU2
熔断器
RT18-32
额定电流0.43A，放大1.5-2倍，配2A熔体
1
7
QF
电源断路器
DZ15-40/3901
额定电流10A
1
8
变压器
BK-30;220VA
380V/220V
1
9
钥匙开关
1
10
冷却泵电动机
TC13-22
125W380V
1
11
主轴电动机
Y100K-2
3KW380V
1
附录3电气系统安装调试故障分析表
序号
出现问题
原因分析
解决方法
1
一个开关没锁死
接触器辅助触片发生松动
将接触片接好
2
控制电路无法进行正常的工作
变频器正转，反转接线柱下开关闭合
使两者都断开
3
按下启动按钮，接触器不闭合
1.供电线圈电路断路
2.按钮的触头失效，不能接触电路
按可能的原因依次检查判断
4
接入热继电器后，主电路不通
1.热元件烧毁
2.热继电器的接线螺钉松动
1.换热继电器
2.拧紧接线螺钉
5
按下停
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