机电传动课程设计《C650型卧式车床》plc设计.docx

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机电传动课程设计《C650型卧式车床》plc设计

前言

传统的C650卧式车床采用继电器实现电气控制，接线多且复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成，想改变或增加功能很困难，其工作性能已不能达到现代生产的要求。

因此，以PLC取代常规的继电器，可提高工作性能，并且达到车床的控制要求。

本次设计介绍了C650卧式车床电气控制系统的工作原理及其运动形式，编写了PLC控制梯形图程序和指令表程序。

利用PLC控制系统，实现了车床启动、正转反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵在作等一些列功能，改由PLC控制后，其控制系统大大的简单化,并且维修方便,易于检查，节省大量的继电器元件,机床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。

可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用设计，它采用了可以编制程序的存储器，用来在其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等面向用户的指令，并通过数字和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

与传统的继电器—接触器控制方式相比，PLC控制具有可靠性高、灵活组态、功能强大、编程方便、运行速度快等特点。

西门子公司的SIMATICS7-200系列属于小型的PLC,既可以用于代替电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化场合控制系统。

由于它有极强的通信功能，所以在大型网络控制系统中，也能发挥作用。

PLC的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。

PLC以软件手段实现了各种控制功能，与继电器控制系统相比，灵活性大大提高；与普通的计算机相比，又具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、组合灵活、扩展方便、体积小等突出优点，因而在机床电气控制系统中得到广泛的应用。

目录

1c650概述及PLC应用

1.1C650型卧式车床简介..............................1

1.2PLC在电气控制系统中的应用........................2

2课程设计的任务和要求

2.1课程设计的任务....................................3

2.2课程设计的要求....................................4

3系统总设计.

3.1主要电气元件的选择................................5

3.2保护电器的选择....................................5

3.3C650卧式车床控制原理电路图分析...................6

3.4PLC的选型........................................8

3.5I/O地址的分配....................................9

3.6I/O端子的分配....................................9

4电路图的确定

4.1PLC外部接线.....................................10

4.2改造后的电气原理图...............................11

5控制系统的梯形图程序设计

5.1PLC梯形图设计....................................12

6系统调试

6.1系统综合调试.....................................14

7结束语................................................15

8参考文献...............................................16

1c650概述及PLC应用

C650型卧式车床概述

C650普通车床属于中型车床，用于切削工件外圆、内孔和端面等。

该车床由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工。

主轴由三相异步电动机拖动，主轴通过卡盘带动工件的旋转运动；进给运动，溜板带动刀架的纵向和横向直线运动，其中纵向运动是指相对操作者向左或向右的运动，横向运动是指相对于操作者向前或向后的运动；辅助运动，包括刀架的快速移动、工件的夹紧与松开等。

工作过程如下：

1．正常加工时一般不需反转，但加工螺纹时需反转退刀，且工件旋转速度与刀具的进给速度要保持严格的比例关系，为此主轴的转动和溜板箱的移动由同一台电动机拖动。

主电动机M1（功率为20kW），采用直接起动的方式，可正反两个方向旋转，为加工调整方便，还具有点动功能。

由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动的功能，C650-2车床的正反向停车采用速度继电器控制的电源反接制动。

2．电动机M2拖动冷却泵。

车削加工时，刀具与工件的温度较高，需设一冷却泵电动机，实现刀具与工件的冷却。

冷却泵电动机M2单向旋转，采用直接起动、停止方式，且与主电动机有必要的联锁保护。

3．快速移动电动机M3。

为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，利用M3带动刀架和溜板箱快速移动。

电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。

4．采用电流表检测电动机负载情况。

5．车削加工时，因被加工的工件材料、性质、形状、大小及工艺要求不同，且刀具种类也不同，所以要求切削速度也不同，这就要求主轴有较大的调速范围。

车床大多采用机械方法调速，变换主轴箱外的手柄位置，可以改变主轴的转速。

1.2PLC在电气控制系统中的应用

PLC是先进的工业化国家通用的标准工业控制设备，在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术，现在已经成为现代工业控制三大技术支柱（PLC,CAD/CAM,ROBOT）之一，可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子系统。

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，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。

用PLC控制改造其继电器控制电路,可靠性高、逻辑功能强、体积小，降低了设备故障率,提高了设备使用效率,运行效果良好.PLC是一种专为工业生产自动化控制设计的，一般而言，无须任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。

然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。

要提高PLC控制系统可靠性，一方面生产厂家要提高PLC的抗干扰能力；另一方面，要在设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合，减少及消除干扰对PLC的影响。

在新的时代，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备、成熟的现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在我国发电厂的电气自动化建设中发挥越来越大的作用。

课程设计的任务和要求

2.1课程设计的任务

保留主电路，将控制电路功能用PLC实现。

PLC要通过控制继电器，再控制对应的接触器

2.2课程设计的要求

2.2.1基本要求

1、掌握机电传动控制系统中PLC控制的基本原理、顺序控制设计方法

2、具备一定的设计能力和调试能力。

2.2.2设计说明书内容及书写格式要求

1）设计题目；

2）控制要求；

3）任务分析、方案确定。

包括PLC输入和输出点的确定。

PLC的选择，控制规则，操作方式及设计思想等；

4）画出主电路原理图（可选）；

5）画出PLC端子分配图；

6）画出顺序功能图（可选）；

7）设计PLC控制梯形图并模拟调试；

系统总设计

3.1主要电气元件的选择

任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。

系统输入部分由所有行程开关、方式选择开关、控制按钮等组成。

逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括各种负载的接触器线圈。

在本次控制系统设计中用PLC代替了继电器控制系统中的逻辑线路部分。

在车床的电气控制系统，所有触头，行程开关，控制按钮（SB1～SB6）等为系统的输入信号；接触器线圈（KM1-KM5），为系统的输出信号。

3.2保护电器的选择

熔断器

熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。

热继电器

热继电器主要用于电气设备（电动机）的过再保护。

3.3C650卧式车床控制原理电路图分析

C650卧式车床控制电路原理图分为主电路，冷却电路，快速移动电路等三部分。

主电路分析

断路器QS将三相电源引入，FU1为主电动机M1的短路保护用熔断器，FR1为M1电动机过载保护用热继电器。

为防止在连续点动时的启动电流造成电动机过载，点动时也加入限流电阻R。

通过互感器TA接入电流表A以监视主电动机绕组的电流。

熔断器FU2为M2、M3电动机的短路保护，接触器KM4、KM5为M2、M3电动机起动用接触器。

FR2为M2电动机的过载保护，因快速电动机M3短时工作，所以不设过载保护。

控制电路分析

1.主电动机的点动调整控制

电路中KM1为M1电动机的正转接触器，KM3为M1电动机的长动接触器，KA

为中间继电器。

M1电动机的点动由点动按钮SB4控制。

按下按钮SB4，接触器KM1得电吸合，他的主触点闭合，电动机的定子绕组限流电阻R与电源接通，电动机在较低速下起动。

2.主电动机的正反转控制电路

主电动机的正转由正向起动按钮SB1控制。

按下按钮SB1时，接触器KM3首先得电动作，接触器KM3的辅助动合触点闭合使中间继电器KA得电，触点闭合，使接触器KM1得电吸合。

KM1的主触点将三相电源接通，电动机在额定电压下正转起动。

KM1的动合辅助触点和KA的动合触点的闭合将KM1线圈自锁。

反转起动时用反向起动按钮SB2，按下SB2，同样是接触器KM3得电，然后接通接触器KM2和中间继电器KA，于是电动机在满压下反转起动。

3.主轴电动机的反接制动控制

当速度接近于零时，用速度继电器的触点给出信号切断电动机电源。

当电动机正转时，速度继电器的正转常开触点KS1闭合；电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2闭合。

当电动机正向旋转时，接触器KM1和KM3，继电器KA都处于得电动作状态，速度继电器的正转动合触点KS1也是闭合的，这样就为电动机正传时的反接制动做好了准备。

需要停车时，按下停止按钮SB6接触器KM3失电，其主触点断开，电阻R串入主回路，与此同时KM1也失电，断开了电动机电源，同时KA失电，KA的动断触点闭合。

在松开SB6后就使反转接触器KM2的线圈得电，电动机的电源反接，电动机处于反接制动状态。

当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器KS的正转动合触点KS1断开，切断了接触器KM2的通电回路，电动机脱离电源停止。

电动机反转时的制动与正转时的制动相似。

当电动机反转时，速度继电器的反转

动合触点KS2是闭合的，这时按一下停止按钮SB6，在SB6松开后正转接触器线圈得电，正转接触器KM1吸合将电源反接使电动机制动后停止。

4.刀架的快速移动和冷却泵控制

刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动限位开关SQ来实现的。

当手柄压动SQ后，接触器KM2得电吸合，M3电动机带动刀架快速移动。

如果车削加工需要冷却液时按下SB3，冷却泵电动机M3动作，KM4线圈得电，冷却泵电动机M2工作，需要停止时按下按钮SB5即可。

3.4PLC的选型

PLC是控制系统的核心部件，正确的选择PLC对整个控制系统技术经济性指标起着重要的作用。

选型的基本原则是：

所选的PLC应能够满足控制系统的功能需要。

选型的基本内容应包括以下几个方面：

PLC结构的选择

在相同功能和相同I/O点数的情况下，整体式PLC比模块式PLC价格低。

（2）PLC电源的选择

电源是PLC干扰引入的主要途径之一，因此应选择优质电源以助于提高PLC控制系统的可靠性。

一般可选用畸变较小的稳压器或带有隔离变压器的电源，使用直流电源时要选用桥式全波整流电源。

（3）存储容量的选择

 PLC程序存储器的容量通常以字或步为单位，用户程序存储器的容量可以作粗略的估算。

一般情况下用户程序所需的存储器容量可按照如下经验公式计算：

为实现C650车床上述的电气控制要求，所以PLC可以选择西门子公司的S7-200系列。

它的价格低，体积小，非常适用于单机自动化控制系统.该机床的输入信号是开关量信号，输出是负载三相交流电动机接触器等。

车床电气控制系统需要9个外部输入信号，5个输出信号。

PLC所具有的输入点和输出点一般要比所需冗余30%，以便于系统的完善和今后的扩展预留。

所以本系统所需的输入点为11个,输出点为6个。

现选择西门子公司生产的S7-200系列的CPU224型PLC。

3.5I/O地址的分配

根据该系统的控制要求，输入输出设备，确定了I/O点数。

根据需要控制的开关、设备大约输入点为11个,输出点为6个需进行控制。

3.6I/O端子分配

根据PLCI/O端子的分配，画出了C650卧式车床PLC控制系统I/O端子分配表，如表2-5：

3-5端子分配表

输入端

输入说明

输出端

输出说明

I0.0

M1正转启动按钮SB1

Q0.0

M1正转接触器KM1

I0.1

M1反转启动按钮SB2

Q0.1

M1反转接触器KM2

I0.2

M2的启动按钮SB3

Q0.2

接触器KM3

I0.3

M1手动启动按钮SB4

Q0.3

M2接触器KM4

I0.4

M2停止按钮SB5

Q0.4

M3接触器KM5

I0.5

M总停止按钮SB6

Q0.5

中间继电器KA

I0.6

行程开关SQ

I0.7

速度继电器KS1

I1.0

速度继电器KS2

I1.1

M1热继电器触点FR1

I1.2

M2热继电器触点FR2

4电路图的确定

4.1外部接线图

图4.1外部接线图

图4.1是PLC的外部接线图，11个输入，6个输出。

为了保证在紧急情况下能可靠的切断PLC的负载电源，设置了交流接触器KM（见图4.1）。

在PLC开始运行时，按下“负载电源”按钮，使KM线圈得电并自锁，KM主触点接通，给外部负载提供交流电源，出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。

4.2改造后的电气原理图

图4.2C650改造后电气原理图

图4.2为改造后的电气原理图，线圈KM1控制M1电机的正转，KM2控制M1电机的反转,KM1，KM2相互互锁;线圈KM4控制冷却泵电动机M2;线圈KM5控制刀架快速移动电动机M3

5控制系统的梯形图程序设计

1）车床正反向工作及反接制动过程

该控制程序步骤为：

按下SB1，KM3吸合短接电阻R，Q0.0动作，KM1吸合，主电动机M1正转起动运行，开始车削加工。

要停车时，按下SB6，Q0.0、Q0.2释放，松开SB6，KM2吸合，主电动机M1串电阻反接制动，当速度接近于零时，速度继电器正转常开触头KS1断开，KM2释放电动机M1停转。

反向工作过程与正向相同。

（2）主电动机点动过程

按下SB4，Q0.0动作，使KM1吸合，M1串电阻限流点动，松开SB4，Q0.0断开，M1停转，实现点动控制。

刀架快速移动及冷却泵工作过程如图5.1

图5.1梯形图设计程序

6系统仿真调试

系统综合调试

将编写好的PLC程序进行导出，装载程序至S7-200仿真软件，输出部分（接触器，电动机，快速移动刀架）用指示灯代替,观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与梯形图对照。

仿真时当拨动按钮I0.0时，M1正转且自锁；当拨动I0.1时，M2反转并自锁；拨动I0.2时启动冷却泵电动机；I0.3为手动控制正转；当按下I0.5时，所有动作全部停止，为总停止开关；I0.6控制刀架快速移动，按下按钮指示灯亮。

分别拨动相应的启动按钮，分别观察各电动机的工作状态，运行无误后，没有发现什么问题。

此控制程序设计能够满足控制系统的要求。

7结束语

本设计采用可编程控制器代替继电器对机床进行控制，因为可编程控制器组成的控制系统在设计、安装、调试和维修等方面，不仅减少了工作量，而且减少了开支，缩减了成本，效益更高。

通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的中间继电器，时间继电器等等，使线路简化,维修方便。

同时，由于PLC的高可靠性，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。

设计者可在规格繁多、品种齐全的系列可编程控制产品中，精选所需类型，使PLC具有较高的性能价格比。

针对这点本设计尽量节省可编程控制器的端点，从而提高了性价比，节省了不必要的开支。

通过本次设计，使我进一步巩固、深化和扩充专业课的基本理论和基本技能。

达到了培养我独立思考、分析和解决实际问题的能力。

培养了我综合应用专业知识和实际查阅相关实际资料的能力。

8参考文献

［1］罗宇航.流行PLC实用程序及设计.西安：

西安科技大学出版社,2006.12

［2］林春方.可编程控制器及其应用.上海：

上海交通大学出版社,2003.6

［3］廖常初.PLC编程及应用（第2版）.北京：

机械工业出版社,2007.9

［4］曹辉.可编程序控制器系统原理及应用.北京：

电子工业出版社,2003

［5］机床电路图大全编写组.机床电路图大全（上册）.北京：

机械工业出版社,1993.4

［6］齐占庆.机床电气自动控制.北京：

机械工业出版社，1987.8

［7］黎亚元.机床电气自动控制.重庆：

重庆大学出版社，1994.10

［8］王士兰.PLC技术及运用.北京：

机械工业出版社，2000.8