电气课程设计说明书
CM6132型车床电气设计
学 院：机电工程学院
专 业：电气工程及其自动化 姓 名：马丁 韩鹏 班 级：1
指导教师：李海军
设计完成日期：2014年4月29日
目录
一．课程设计的目的和要求 ............................................................................................................. 3
二．设计过程 .................................................................................................................................... 5
三．CM6132型车床原理图设计 ..................................................................................................... 6
3.1. 主电路设计............................................................................................................................... 6
3.2．CM6132型辅助电路设计 ........................................................................................................ 8
四．电气控制板的安装制作 ........................................................................................................... 10
五．CM6132型车床PLC控制系统设计 ...................................................................................... 16
5.1．PLC的选择 ............................................................................................................................. 16
5.2．I/O分配 ................................................................................................................................... 17
5.3.外围接线图 ................................................................................................................................ 18
5.4.控制程序设计............................................................................................................................. 18
六.设计小结 ..................................................................................................................................... 24
参考文献 .......................................................................................................................................... 25
附录1 电气控制主接线图 附录2 PLC外围接线图
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一．课程设计的目的和要求
1.课程设计的目的
通过电气控制技术的课程设计实践，掌握电气控制的设计方法、电器元件的选用、电气控制线路的安装与调试，掌握可编程控制器硬件电路的设计方法，熟练使用小型可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法，掌握可编程控制器程序的应用及调试、监控、运行方法，掌握设计资料整理和绘图软件的使用方法。在设计过程中，通过较为完整的工程实践基本训练，为综合素质全面提高及增强工作适应能力打下坚实的基础。 2. 课程设计的要求
（1）在接受设计任务并选课题后根据设计要求和内容，拟定工作进度计划，合理安排时间，并在规定时间内完成所有设计任务。 （2）在方案确定过程中主动提问，以取得指导老师的帮助，广泛讨论，做到思路开阔，依据充分，在设计过程中多思考，主要参数的确定要经过计算论证。
（3）根据要求设计电气控制线路，计算并选择电器元件。 （4）按指导老师制定内容部置并安装电器元件与控制线路。 （5）进行电气控制线路的通电调试，排除故障。 （6）设计相应的PLC控制程序实现传输、调试和运行。 （7）制作电气控制设计过程中的成套图纸与设计说明书。
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课程设计（论文）任务书
专 业 学 生 题 目 子 题 设计时间 班 级 指导教师 CM6132型车床电气控制设计 课题二； 2012年5月17日 至 2012年5月21日 共2周 设计任务： 1. 绘制电气控制原理图（A2图幅）、PLC外围接线图（A3图幅），编写PLC控制程序。 2. 制作电气控制板：按照设计指导书要求的控制功能，制作安装电动机主回路、控制回路和指示回路。 3. 完成设计说明书。 设计内容要求： 1.M1-M3均采用直接起动； 2.主轴电动机M1具有正反转控制功能，并可以实施反接制动； 3.液压泵电动机M3启动后M1才能工作； 4.冷却泵电动机M2由转换开关进行控制； 设计要求 5.只有M1启动后M2才能启动； 6.液压启动电动机M3由中间继电器进行控制； 7.整个线路具有短路保护、过载保护功能； 8.正反转时要具有“互锁”功能； 9．信号灯HL1为电源显示，电压为220V； 10．通过转换开关控制照明灯HL2，电压为36V。 4
二．设计过程
1.查阅资料，明确设计目的、要求、方法，任务分工； 2.制定设计方案，绘制草图； 3设计方案审核，绘制电器原理图；
4.元器件选择、列表，绘制安装图、设计方案修正； 5.领取工具及电器元件等材料，电路控制板安装； 6.检查线路、通电调试、故障排除、绘图； 7.任务验收； 8. PLC程序设计；
9. PLC程序调试、运行与PLC外围接线设计； 10.任务验收； 11.整理归还工具； 12.写课程设计说明书。 13.答辩
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三.CM6132型车床电气控制原理图设计
（一）.主电路设计 1.M1主轴电动机的设计
（1）.主轴电动机要求正反转，并反接制动和必要的短路过载保护，电路图如下：
图3-1
（2）主轴电动机采用直接控制启动，当KMA，KME闭合时电动机正转，当KMB，KME闭合时电动机反转，当电动机正转反接制动时，KMB闭合，KMA KME断开，通过制动电阻实现反接制动，当电动机反转时反接制动时，KMB KME断开，KMA闭合，通过制动电阻实现反接制动，KS为速度继电器，当电
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动机关断电源时，速度继电器由于惯性，仍保持一定的速度，使速度继电器触点闭合，接通反接制动回路，当速度降到一定时，速度继电器触点断开，反接制动结束。 2.M2冷却泵电动机设计
图3-2
（1）冷却泵电动机采用直接启动方式，的条件下，才能启动。
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只有在主电动机启动
3.液压泵电动机设计
图3-3
（1）液压泵电动机同样采取直接启动的方式，动机启动后，主电动机才能工作。
（二）CM6132型车床辅助电路设计 1．照明电路及指示灯电路设计
图3-4
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只有液压泵电
（1） 本设计要求信号灯HL1为电源显示，电压为220V，照
明电路需由转换开关控制，电压为36V。
（2） 本设计中将信号灯接入主电路中，照明电路通过电压
互感器将220V电压转换为36V接入照明电路。
2 控制电路设计
图3-5
控制电路要求电动机的顺序控制，电动机正反转，及反接制动。按下SB2按钮，液压泵电动机机起动，这时后续电路才能得电，SB1按钮为总停按钮。按下SB4按钮，主电动
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机M1正转，此时按下SB3按钮，正转回路失电，由于惯性，电动机仍在旋转，速度继电器触点仍在闭合状态，反接制动回路接通，KMB得电，电路进入反接制动状态，直到速度降到临界值，速度继电器触点断开。反转亦如此。在主电机M1得电的情况下，冷却泵电动机得电，旋转转换开关SA，来控制冷却泵电机的通断。 电气主接线图
根据以上几部分的电路设计，电气原理图整合如下：
图3-6
四.电气控制板的安装制作
1．安装的制作内容要求
制作电气控制板：按照设计指导书要求的控制功能，制作安装M1,M2,M3电机的主回路及控制回路，取消指示回路及照
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明。
2.电气安装的工艺要求 （一）安装前的准备工作 （1）图纸和资料的准备
（2）常用材料，工具和测量仪表的准备 （二）电气设备的总体布置 （1）划分组件和布局的原则
（2）电气控制设备的各部分及组件之间的接线方式 （三）绘制电气控制装置的电器元件布置图 （四）绘制电气控制装置的接线图 （五）电气配线工艺 3.元器件的选择 (一).空气开关的选择
低压断路器俗称为自动开关、空气开关，是一种既有手动开关作用，又能自动进行短路、过载、欠压保护的电器。
作用：用于不频繁地接通和分断线路正常工作电流，也能在电路中流过故障电流时（短路、过载、欠电压等）在一定时间内断开故障电路。
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空气开关的额定电压和额定电流应不小于电路的正常工作电压和电流。
（二）.接触器的选择
接触器是一种能频繁地接通和断开远距离用电设备主回路及其
它大容量用电回路的自动控制电器。主要的控制对象是电动机。
（1）选择接触器的类型：接触器的类型应根据负载电流的类型和负载的轻重来选择,即是交流负载还是直流负载,是轻负载、一般负载还是重负载.
（2）额定电压的选择：接触器的额定电压应大于或等于负载回路的电压。
（3）额定电流的选择：接触器的额定电流应大于或等于被控回路的电流。对于电动机负载可按下列经验公式计算：I=P／KU(I为接触器主触点电流，P为电动机额定功率，U为电动机额定电压，K为经验系数，一般取1～1.4)。
（4）吸引线圈的额定电压选择：吸引线圈的额定电压应与所接控制电路所接控制电路的电压一致。
（5）接触器的触点数量、种类的选择：触点数量和种类应满足主电路和控制线路的要求。
（三）.热继电器的选择
热继电器是一种保护电器，专门用来对电动机进行过载保护和断相保护,以防止电动机过热损坏。
热继电器的选择应按电动机的工作环境、启动情况、负载性质等
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因素来考虑。
热元件选好后，还需根据电动机的额定电流来调整它的整定值。
（四）.按钮的选择
（1）根据使用场合选择种类，如开启式、保护式、防水式、防
腐式等。
（2）根据用途选择型式，如手把旋钮式、钥匙式、紧急式等。 （3）按控制回路的需要，确定不同的按钮数。
（五）熔断器的选择
熔断器是一种最简单有效的保护电器。在使用时，串接在所保护的电路中，作为电路及用电设备的短路和严重过载保护，主要用作短路保护。 (六)元件明细表 如图4-1
元器件 空气开关 型号 数量 1 3 3 1 5 2 13
DZ47-60 CJX2-09 JR36-20 R7/8-32 LAY37(PBC) BE1013-4(ON) 接触器 热继电器 熔断器 按钮 旋钮
中间继电器 JZX-22F 图4-1
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4.实物连接图
图4-2
（1）转换开关SA （2）按钮SB3 （3）按钮SB1 (4) 按钮SB5 （5）按钮SB4 （6）按钮SB4
(7)速度继电器触电 （8-12）中间继电器KA1-KA5
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(13)空气断路器 （14）熔断器 (15)接触器KMA (16)接触器KMB (17)接触器KME （18）接触器KMC (19)接触器KMD (20)热继电器FR1 （21）热继电器 FR2 (22)热继电器FR3
5.板子调试中出现的故障分析
（1）线路连接完毕后，发现所有的自锁回路均不通电，经检查电路，并讨论分析后，发现中间继电器的常开触点连线错误。
解决方法：由于本设计电路连线较复杂，线头较多，故重新拆开电路进行重新组装。
（3） 线路连接完成后发现反接制动按钮如果只是轻轻触碰，电动机
正反转停止，反接制动回路接通不了，经老师指导后，发现时按钮元件轻轻触碰后，常闭触点可以迅速打开，而常开触点却需要深按才能闭合。
解决方法：修改电路图
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五．CM6132型车床PLC控制系统设计
1.PLC的选择
（1）.对输入输出点的选择
要先弄清控制系统的I/O点数，再按实际点数的15%～20%留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需PLC的点数。
一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的60％。
选型时要考虑PLC每个输出点的驱动能力（A／点）也是有限的，有的PLC每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般PLC的允许输出电流随环境温度为升高而有所降低等。
PLC的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以用不同的电压种类和电压等级，但这种PLC平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需隔离，则应选择前两种输出方式的PLC。
（2）.对存储容量的选择
对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘10字／点＋输出总点数乘5字／点来估算；计数器／定时器按（3～5）字／个估算；有运算处理时按（5～10）字／量估算；在有模拟量输入／输出的系统中，可以按每输入（或输出）一路模拟量约需（80～100）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口200字以上的数量粗略估算。一般按估算容量的50~100%
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留有裕量。对缺乏经验的设计者，要留有更大的裕量。
（3）．对I/O响应时间的选择
PLC的 I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2～3个扫描周期）等。对开关量控制的系统，PLC的I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑I/O响应问题。对模拟量控制的系统、特别是闭环控制系统要考虑I/O响应问题。
2.I/O分配表
输入：SB1、SB2、SB3、SB4、SQ5、KS-1、KS-2、SA 输出：KMA、KMB、KMC、KMD、KME 进行I/O分配如下表5-1：
输入 电器元件 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 KS-1 KS-2 SA 地址 00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007 功能 总停 液压泵启动 主电机制动 正转 反转 速度继电器正转 速度继电器反转 冷却泵启动 电器元件 KMA KMB KMC KMD KME 输出 地址 10001 10002 10004 10000 10003 功能 正转线圈 反转线圈 冷却泵线圈 液压泵线圈 制动线圈 图5-1
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3.外围接线图
图
5-2
4.控制程序设计
（1）PLC运行过程图（梯形图）
按下01按钮，中间继电器KA自锁，KMD线圈得电，液压泵启动，如下图所示
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图5-3
按下03按钮，KA3得电自锁，电动机正转
图5-4
按下03按钮后KME得电并自锁，按下07按钮，冷却泵回路接通
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图5-5
按下02和05按钮，电动机正转停止，反接制动回路KA1得电，KMB得电。
图5-6
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按下04按钮，KA4得电自锁，电动机KMB线圈得电，进行反转
图5-7
按下04按钮后KME线圈得电，按下07按钮，冷却泵回路得电
图5-8
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按下06和02按钮，电动机KMB线圈失电，KA2线圈得电，KMA线圈接通
图5-9
2.PLC编程
LDNOT 0.00 LD 0.01 OR 200.00 ANDLD OUT TR0 OUT 200.00 OUT 10.00 AND 200.03 LD TR0
ANDNOT 0.02 OUT TR0 AND 200.02 ORLD
ANDNOT 10.02 OUT 10.01 LD TR0 LD 0.03 OR 200.03
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ANDLD
ANDNOT 0.04 ANDNOT 200.04 OUT 200.03 LD TR0 LD 0.04 OR 200.04 ANDLD
ANDNOT 0.03 ANDNOT 200.03 OUT 200.04 LD TR0 AND 200.04 OR 200.01
ANDNOT 10.01 OUT 10.02 LD 0.02 OR 200.01 OR 200.02 OUT TR0 AND 0.05 OUT 200.01 LD TR0 AND 0.06 OUT 200.02 LDNOT 200.01 AND 200.03 LDNOT 200.02 AND 200.04 ORLD OUT 10.03 LD 10.01 OR 10.02 AND 0.07 OUT 10.04
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六 设计小结
在这次课程设计中，我们认真复习了一遍所学的知识，以及查阅了一些课外资料，加深了对知识的理解，提高了对知识的应用能力。在设计过程中通电时候第一次没有接通，经过很仔细的排查终于检查出来压住了绝缘，修改后最后取得了成功。在平时的学习中要注意细节的知识，往往细节决定着我们的成功与否。本次课程设计中，我们再次体会到了团队合作的重要性，遇到不会的问题要主动向同学、老师请求帮助，认真听取他们的意见和建议，并认真改正自己的问题。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
通过这次CM62型车床课程设计，我们在多方面都有所提高。通过这次设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次PLC设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了电气控制等课程所学的内容，通过本次设计使我们懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，更加深入的了解了低压电气的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
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在这次设计过程中，体现出了我们小组合作能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
在此感谢我们的李老师，刘老师和宗老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次CM62型车床课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持。
参考文献
[1]宋伯生主编.可编程序控制器.北京：中国劳动出版社1993年 [2]田瑞庭.可编程序控制器应用技术，北京：机械工业出版社，1994 [3]耿文学. 可编程序控制器应用技术手册.北京：科学技术出版社，1996
[4]王艳秋.电机及电力拖动，北京及化学工业出版社。2005.8
[5]李礼贤，电力拖动与控制［M］，机械工业出版社，1986。 [6]张凤池，现代工厂电气控制［M］，机械工业出版社，2000。
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