湖南工業(yè)大學

機床電氣控制技術(shù)

課程設(shè)計

資料袋

機械工程學院（系、部）2012?2013學年第二學期

課程名稱機床電氣控制技術(shù)指導教師職稱

學生姓名陳軍專業(yè)班級機械設(shè)計班級10405700404學號

題目__________________壓力機液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計___________________

成績起止日期2013年6月24日?2013年6月28□

目錄清單

序號材料名稱資料數(shù)量備注

1課程設(shè)計任務(wù)書1

2課程設(shè)計說明書1

3電氣控制電路圖1

4可編程控制器硬件接線圖1

5狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、梯形圖1

6控制梯形圖1

課程設(shè)計任務(wù)書

2012—2013學年第二學期

機械工程學院（系、部）機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)機設(shè)1003班級

課程名稱：機床電氣控制技術(shù)

設(shè)計題目：壓力機液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計

完成一、設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)

期具體要求見課程設(shè)計指導書

限：二、設(shè)計任務(wù)

自完成系統(tǒng)的繼電器控制原理圖、PLC控制原理圖及設(shè)計說明書一份

2013三、設(shè)計工作量

年6電氣圖2-3張，不得少于15頁

月電氣圖2-3張，不得少于15頁

24

日至

2013

年6

月

28

FI共

1周

起止日期工作內(nèi)容

進

講解設(shè)計目的、要求、方法，任務(wù)分工

度6.24

安

根據(jù)指導書和任務(wù)書要求確定控制系統(tǒng)的輸入輸出點

排

數(shù)、類型，確定輸入、輸出設(shè)備及元器件種類、數(shù)量，初

6.25

步選定PLC型號

HUNANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

機床電氣控制技術(shù)

設(shè)計說明書

壓力機液壓系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計

起止日期：2013年6

月24日至2013年

6月28日

學生姓名

班級

學號

成績

指導教師（簽字）

機械工程學院（部）

2013年6月17日

目錄

-、課程設(shè)計的內(nèi)容與要求.......................-1-

1.1課程設(shè)計對象簡介.................................-1-

1.2壓力機結(jié)構(gòu)及工作要求.............................-1-

1.3液壓系統(tǒng)工作原理及控制要求.......................-2-

1.4課程設(shè)計的任務(wù)...................................-4-

二、電氣控制電路設(shè)計...........................-4-

2.1繼電器■接觸器電氣控制電路的設(shè)計..................-4-

2.2繼電器-接觸器電氣控制電路圖分析及介紹............-5-

2.3選擇電氣元件.....................................-9-

三、壓力機的可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計............-10-

3.1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則..............-10-

3.2可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計..........................-1()-

四、設(shè)計體會與總結(jié).............................-15-

五、參考資料...................................-16-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

-、課程設(shè)計的內(nèi)容與要求

1.1課程設(shè)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(yīng)用的壓力加工機械設(shè)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(tǒng)產(chǎn)生很大的靜壓力實現(xiàn)對工件進行擠壓、校直、冷彎等加工。液

壓機的結(jié)構(gòu)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(gòu)等部件組成，結(jié)構(gòu)

原理圖如圖1T所示。

1.2壓力機結(jié)構(gòu)及工作要求

圖1-1四柱液壓機結(jié)構(gòu)原理圖

「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

由圖1-1所示，主機為三梁四柱式結(jié)構(gòu)，上滑塊由四柱導向、上液壓缸驅(qū)動,

-1-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

實現(xiàn)“快速下行一慢速加壓一保壓延時一快速回程一原位停止”的動作循環(huán)。下

液壓缸布置在工作臺中間孔內(nèi)，驅(qū)動下滑塊實現(xiàn)“向上頂出f向下退回”或“浮

動壓邊下行一停止一頂出”的動作循環(huán)。壓力機液壓系統(tǒng)以壓力控制為主，系統(tǒng)

壓力高，流量大，功率大，尤其要注意如何提高系統(tǒng)效率和防止產(chǎn)生液壓沖擊。

由上液壓缸和下液壓缸動作循環(huán)路線可以畫出液壓機的工作循環(huán)圖，如圖

1.3液壓系統(tǒng)工作原理及控制要求

由設(shè)計任務(wù)書可知，設(shè)計任務(wù)為3150KN通用液壓系統(tǒng)。

1.31315OKN通用液壓系統(tǒng)工作原理及特點

圖1-3為3150KN通用液壓機的液壓系統(tǒng)圖。系統(tǒng)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(diào)壓

閥5調(diào)壓。輔助泵2是一個低壓小流量定量泵，用于供應(yīng)液動閥的控制油，其壓

力由溢流閥3調(diào)整。

該系統(tǒng)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(jié)構(gòu)簡單，減小了由保壓轉(zhuǎn)換為快速回程

時的液壓沖擊。

-2-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

圖1-33150KN通過液壓機液壓系統(tǒng)圖

1一主泵2—輔助泵3.4.18一溢流閥5—遠程調(diào)壓閥6.21—電液換向閥

7一壓力繼電器8—電磁換向閥9—液控單向閥10、20—背壓閥11一順序

閥12—液控滑閥13—單向閥14—充液閥15一油箱16一上缸17一下

缸19一節(jié)流器22一壓力表

1.3.23150KN通用液壓機液壓系統(tǒng)性能分析

-3-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

由以上的工作原理及特點分析可知，該機液壓系統(tǒng)主要由壓力控制回路,

換向回路，快慢速轉(zhuǎn)換回路,以及平衡鎖緊回路等組成。其主要性能特點如下：

1）系統(tǒng)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(tǒng)工作過程中工作壓力的變化來自動調(diào)節(jié)主泵1的輸出流量與上缸的運

動狀態(tài)相適應(yīng)，這樣既符合液壓機的工藝要求，又節(jié)省能量。

2）系統(tǒng)利用上滑塊組件的自重實現(xiàn)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(jié)構(gòu)簡單，補油充分，且使用的元件少。

3）系統(tǒng)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(jié)構(gòu)簡單，減小了上缸由保壓轉(zhuǎn)換為快速回程時的液壓沖擊。

4）系統(tǒng)采用單向閥13.14保壓，并使系統(tǒng)卸荷的保壓回路，在上缸上腔實現(xiàn)保

壓的同時實現(xiàn)系統(tǒng)卸荷，因此系統(tǒng)節(jié)能效率高。

5）系統(tǒng)采用液控單向閥9和內(nèi)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

1.4課程設(shè)計的任務(wù)

1.在1周時間內(nèi)，根據(jù)給定任務(wù)（具體見課程設(shè)計指導書），繪制電氣原理圖

一張，要求有布局合理，功能完善，有技術(shù)要求及明細欄；

2.有PLC設(shè)計內(nèi)容的（由指導教師指定），要求給出程序框圖和源程序清單；

3、編寫設(shè)計計算說明書一份，不得少于15頁。要求有目錄、設(shè)計任務(wù)書及

元器件選型計算、原理說明、功能說明、控制器的選擇、程序清單、調(diào)試結(jié)論、

參考資料等。

二、電氣控制電路設(shè)計

2.1繼電器-接觸器電氣控制電路的設(shè)計

根據(jù)液壓機的系統(tǒng)性能以及特點的分析之后，還需要考慮了以下幾個方面:

-4-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

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(jié)構(gòu)與電氣

控制的關(guān)系，但機械結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。

2.控制線路中設(shè)置了變速沖動控制，從而使變速順利進行。

3、為了操作方便，采月多地控制，實現(xiàn)兩地啟、停。

4、具有完善的電氣聯(lián)鎖，并具有短路、零壓、過載及超行程限位保護環(huán)節(jié)根

據(jù)設(shè)計要求我們設(shè)計了如圖2-3所示的繼電器-接觸器電氣控制電路圖。

2.2繼電器■接觸器電氣控制電路圖分析及介紹

2.2.1通過以上分析，可得出圖「3中每個換向閥每個電磁鐵的動作順序,

如表2-1所示。

表2T3150KN通用液壓機的電磁鐵動作順序表

動作程序1Y2Y3Y4Y5Y

快速下行+---+

慢速加壓+----

上

保壓-----

缸

泄壓回程-+---

停止-----

頂出--+--

下

退回---+-

缸

壓邊+----

2.2.2動作分析

（1）啟動如圖2-1所示。按啟動按扭SB2,KM1得電吸合，常開開關(guān)KMI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(jīng)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

-5-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

關(guān)KA1閉合，電磁鐵1Y、5Y先后得電，閥6換至右位，控制油經(jīng)閥8右位使液

控單向閥9打開。

進油路：泵1一換向閥6右位一單向閥13f上缸16上腔。

回油路：上缸16下腔液控單向閥9f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(jīng)液控單向閥14(充液閥)進

入上缸上腔。

圖2-1

(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(guān)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(guān)閉。上缸下空油液

經(jīng)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(guān)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(yù)定值時，壓力繼電器KP吸合，常

閉開關(guān)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(diào)整。保壓期間，

泵1經(jīng)閥6.閥21的中位卸載。

(5)泄壓，上缸回程。如圖2-2所示。保壓過程結(jié)束，時間繼電器KM2

發(fā)出信號，其控制的常開開關(guān)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(guān)KA2閉合，形成自鎖。由于上缸上腔壓力很高，液動滑

閥12處丁上位，壓力油經(jīng)閥G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(jīng)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(jīng)此卸載閥芯開口

泄回上部油箱15,壓刀逐漸降低。

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(guān)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左位一液控單向閥9f上缸下腔。

回油路：上缸上腔一充液閥14f上部油箱15。實現(xiàn)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(guān)IS,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(jīng)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(guān)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1一換向閥6中位一換向閥21左位一下缸17下腔。

-6-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

回油路：下缸17上腔一換向閥21左位一油箱。下液壓缸活塞上升，頂出。

按下開關(guān)SB6,接觸器KA4得電，電磁鐵4Y得電，同時電磁鐵3Y失電：換

向閥21換至右位，下液壓缸活塞下行，退回。

圖2-2

(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(jīng)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(diào)節(jié)背壓閥20即可改

變浮動壓邊力。下缸上腔則經(jīng)閥21中位從油箱補油。溢流閥18為下缸下.腔

安全閥。

-7-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

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8

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圖2-3電氣控制電路圖

-8-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

2.3選擇電氣元件

對于電氣元件的選擇，我們應(yīng)注意以下幾點：

⑴根據(jù)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(yīng)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(yīng)選擇中間繼電器;

若伴有延時要求時，則應(yīng)選用時間繼電器。

(2)根據(jù)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(yù)期的工作環(huán)境及供應(yīng)情況，如防油，防塵，貨源等。

⑷為了保證一定的可靠性，采用相應(yīng)的降額系數(shù)，并進行一些必要的技術(shù)和校

核。

根據(jù)以上步驟及參考資料的查找制定了本課程設(shè)計中繼電器元件表(見表2-2)0

表2-2電動機和電器元件明細表

代號名稱型號

QS總電源開關(guān)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JR10-1()1()A

FR2液壓泵2熱繼電器JR10-106A

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(yīng)1Y-5Y接觸器JZ7-44127V

1Y-5Y電磁鐵36V

TL1直流變壓器BK-150380/127/36V

TL2變壓器BK-150380/127/36V

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(guān)LX3-11H

SQ2行程開關(guān)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(guān)TCL_A6

-9-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

三、壓力機的可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計

3.1可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則

在設(shè)計可編程控制器系統(tǒng)時，應(yīng)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(shè)

計中最重要的一條原則。設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料。同時要

注意和現(xiàn)場工程管理和技術(shù)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(tǒng)安全可靠

保證可編程控制器控制系統(tǒng)能夠長期安全，可靠，穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)

的重要原則。

(3)力求簡單，經(jīng)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(yīng)發(fā)展的需要

適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。

3.2可編程控制器系統(tǒng)的設(shè)計

(1)可編程控制器選型

本系統(tǒng)有輸入信號九個，輸出信號有七個，均為開關(guān)量。根據(jù)輸入輸出的點數(shù)、

類型及控制要求，同時考慮到維護、改造和經(jīng)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(jù)系統(tǒng)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(diào)節(jié)壓邊時間以保證工件加工的要求。設(shè)定輸入/輸出控制信號，其I/O

地址分配如下表3.1,

表3-1I/O地址分配表

輸入信號輸出信號

代號功能I點代號功能。點

SB2啟動液壓泵X0KM1泵啟動Y0

SB3快速下行XIKA1慢速下行Y1

SQ2行程開關(guān)2SX2KA2泄壓回程Y2

KP壓力繼電器X3KA3下缸頂出Y3

SQ1行程開關(guān)1SX4KA4下缸退回Y4

-10-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

SB5下缸頂出X5KA5和Y1實現(xiàn)快速下行Y5

SB6下缸退回X6指示燈Y6

SB4下缸停止X7

SBI總停止X10

(3)可編程控制器的輸入\輸出點地址編號及硬件連接線

將輸入信號.輸出信號按功能類型分配，與可編程控制器的輸入\輸出端

一一對應(yīng)連接。如下圖3-1所示。

圖31可編程控制器硬件接線圖

⑷軟件編制

根據(jù)系統(tǒng)要求可知，但系統(tǒng)開始運行時，指示燈首先亮，用啟動抓沖

M8002直接使程序進入等待狀態(tài)。最后用END指令結(jié)束指令?？刂铺菪螆D如圖3-2

所示，根據(jù)控制梯形圖寫出語句表如表3-2所示。

-11-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

M8002

0006)

X010X000

{Y000)

Y000

X003X001Y002

Tk0001)

Y001X002

<1005)

X003K100

T卜<10)

TOX004Y001

T0002)

Y001X005Y002Y004

丸0003)

Y003

HH

Y001Y002X006Y003

并{Y004)

Y004

MM

四}

圖3-2控制梯形圖

表3-2系統(tǒng)語句表

步序指令數(shù)據(jù)步序指令數(shù)據(jù)

1LDM800217ANIX004

2ourY00618ANIY001

3LDIX01019OUTY002

4ANDxooo20LDIY001

5ORY00021ANDX005

6OUTY00022ORY003

-12-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

7LDIX00323ANIY002

8ANDX00124ANIY004

9ORY00125OUTY003

10ANTY00226LDTY001

11OUTY00127ANIY002

12ANIX00228ANDX006

13OUTY00529ORY004

14LDX00330ANIY003

15OUTTO31OUTY004

K10032END

16LDTO

繪制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖，如圖3-3所示，根據(jù)梯形圖編寫的

指令表見表3-3.

表3-3系統(tǒng)指令表

步序指令步序指令步序指令

1LDM800216SETS2231LDX5

2SETSO17STLS2232SETS25

3STLSO18LDTY533STLS25

4LDX1019OUTY134LDIY2

5ANDX020LDX335OUTY3

6SETS2021SETS2336LDX6

7STLS2922STLS2337SETS26

8SETYO23LDTY138STLS26

9LDXI24OUTTO39LDIY3

10SETS2125K10040OUTY4

11STLS2126LDTO41LDXI

12LDYO27SETS2442OUTSO

13OUTY128STLS2443RET

14OUTY529OUTY244END

15LDIX230LDIX4

-13-

機床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計

HSM2

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SB1XI。

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SB2-X0

520