臥式車床電氣PLC控制系統(tǒng)-課程設(shè)計(jì)

1、臥式車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1設(shè)備概況車床是機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的一種，它可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面及螺紋。車床在加工工件時(shí)，隨著工件材料和材質(zhì)的不同，應(yīng)選擇合適的主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度。但目前中小型車床多采用不變速的異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，它的變速是靠齒輪箱的有級(jí)調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以它的控制電路比較簡(jiǎn)單。為滿足加工的需要，主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有時(shí)需要正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，這個(gè)要求一般是通過(guò)改變主軸電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向或采用離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)多半是把主軸運(yùn)動(dòng)分出一部分動(dòng)力，通過(guò)掛輪箱傳給進(jìn)給箱來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的進(jìn)給。有的為了提高效率，刀架的快速運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)單獨(dú)拖動(dòng)。車床一般都設(shè)有交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的冷卻泵，來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具

2、切削時(shí)冷卻。有的還專設(shè)一臺(tái)潤(rùn)滑泵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑。2控制要求(1) 主要控制電器為三臺(tái)電機(jī)：主電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電機(jī)、快速移動(dòng)電機(jī)。三臺(tái)電機(jī)都要有短路保護(hù)措施。主電動(dòng)機(jī)和冷卻泵電機(jī)采用熱繼電器進(jìn)行過(guò)載保護(hù)主電動(dòng)機(jī)要采用降壓起動(dòng)方式起動(dòng)主電動(dòng)機(jī)要求能夠正反轉(zhuǎn)控制，并且有點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制和長(zhǎng)動(dòng)控制，采用反接制動(dòng)主回路負(fù)載的電流大小能夠監(jiān)控，但要防止啟動(dòng)電流對(duì)電流表產(chǎn)生沖擊。機(jī)床要有照明設(shè)施表3-1 車床控制系統(tǒng)信號(hào)說(shuō)明 符 號(hào) 名 稱 及 用 途 符 號(hào) 名 稱 及 用 途 QF 斷路器作電源引入及短路保護(hù)用 FR1 熱繼電器，主電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用 FU1FU2 熔斷器作短路保護(hù) FR2 熱繼電器，冷卻泵電動(dòng)

3、機(jī)過(guò)載保護(hù)用 Ml 主電動(dòng)機(jī) KM1 接觸器，主電動(dòng)機(jī)正向起動(dòng)、停止用 M2 冷卻泵電動(dòng)機(jī) KM2 接觸器，主電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)、停止用 M3 快速電動(dòng)機(jī) KM3接觸器，主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)切入電阻 SBlSB4 主電動(dòng)機(jī)起、停、點(diǎn)動(dòng)按鈕 KM4 接觸器，冷卻泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止用SB5SB6 冷卻泵電動(dòng)機(jī)起停按鈕 KM5接觸器，快速電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止用SQ限位開(kāi)關(guān)，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制 TC 控制與照明變壓器 HLl 主電動(dòng)機(jī)起停指示燈SA 機(jī)床照明燈開(kāi)關(guān) HL2 電源接通指示燈EL 機(jī)床照明燈3設(shè)計(jì)任務(wù)1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行臥式車床電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。

4、2) 根據(jù)控制要求，編制臥式車床控制PLC應(yīng)用程序。3) 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，內(nèi)容包括： 設(shè)計(jì)過(guò)程和有關(guān)說(shuō)明。 基于PLC的臥式車床電氣控制系統(tǒng)電路圖。 PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 電器元器件的選擇和有關(guān)計(jì)算。 電氣設(shè)備明細(xì)表。 參考資料、參考書(shū)及參考手冊(cè)。 其他需要說(shuō)明的問(wèn)題，例如操作說(shuō)明書(shū)、程序的調(diào)試過(guò)程、遇到的問(wèn)題及解決方法、對(duì)課程設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和建議等。臥式車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄一、緒論二、總體方案設(shè)計(jì)三、臥式車床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程 3.1 PLC控制電路圖3.2 主電動(dòng)機(jī)控制流程圖3.3 輸入輸出列表3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 PLC控制梯形圖3.2 梯形圖說(shuō)明3.4 PLC

5、指令表4 總結(jié)5 參考文獻(xiàn) 一、緒論本次課程設(shè)計(jì)的課題是臥式車床的電氣控制系統(tǒng)，即用可編程控制器PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行的控制。傳統(tǒng)的C650臥式車床采用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣控制，接線繁多而且復(fù)雜，體積大，功耗大，一旦系統(tǒng)構(gòu)造完成，想改變和增加功能很困難，所以其工作性能已不能達(dá)到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求。而可編程控制器PLC有編程簡(jiǎn)單、可靠性高、系統(tǒng)配置靈活、成本低、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，用PLC取代常用的繼電器控制，可提高系統(tǒng)的工作性能，并且可以滿足車床的控制要求。本次課程設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容：一是硬件電路的設(shè)計(jì)，包括主電路、控制電路和PLC硬件配置電路；二是PLC的控制程序的編程，包括梯形圖和指令表。利

6、用PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車床的降壓?jiǎn)?dòng)、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、反接制動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、刀架快速移動(dòng)、冷卻泵工作等功能。改用PLC控制后，其控制系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，修改維修方便，容易檢查，節(jié)省了大量的繼電器元件，機(jī)床性能有了很大提高，工作效率明顯提高。二、總體方案設(shè)計(jì)臥式車床是機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的一種，它可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面及螺紋。車床由主軸運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)完成切削加工。主軸由三相異步電機(jī)拖動(dòng)，主軸通過(guò)卡盤帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。車床在加工工件時(shí)，隨著工件材料和材質(zhì)的不同，應(yīng)選擇合適的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給速度。其工作過(guò)程如下： 正常加工時(shí)一般不需要反轉(zhuǎn)，但加工螺紋時(shí)需反轉(zhuǎn)退刀，且工件的旋轉(zhuǎn)速度與刀具的進(jìn)給速度要保持嚴(yán)

7、格的比例關(guān)系。主電動(dòng)機(jī)M1采用降壓起動(dòng)的方式，可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，為加工調(diào)整方便，還具有點(diǎn)動(dòng)功能。由于加工的工件比較大，加工時(shí)其旋轉(zhuǎn)慣量也比較大，需停車時(shí)不易立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，必須有停車制動(dòng)的功能，C650車床的正反向停車采用反接制動(dòng)的方式。電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)冷卻泵。車削加工時(shí)，刀具與工件的溫度較高，需設(shè)一冷卻泵電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的冷卻。冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2單向旋轉(zhuǎn)，采用直接起動(dòng)、停止方式，且與主電動(dòng)機(jī)有必要的連鎖保護(hù)。3 快速電動(dòng)機(jī)M3。為減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省輔助工作時(shí)間，利用M3帶動(dòng)刀架快速移動(dòng)。電動(dòng)機(jī)可根據(jù)使用需要，隨時(shí)手動(dòng)控制起停。4. 采用電流表檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況。但要有保護(hù)措施，防止

8、啟動(dòng)電流對(duì)電流表產(chǎn)生沖擊。5. 車削加工時(shí)，因被加工的工件材料、性質(zhì)、形狀、大小及工藝要求不同，且刀具種類也不同，所以要求切削速度也不同，這就要求主軸有較大的調(diào)速范圍。車床大多采用機(jī)械方法調(diào)速，改變主軸箱外的手柄位置，可以改變主軸的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的機(jī)床控制系統(tǒng)是硬連線方式的繼電器接觸器控制系統(tǒng)，但該系統(tǒng)連線復(fù)雜，體積大，可靠性差，自動(dòng)化水平低，難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。PLC的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要設(shè)備之一。PLC以軟手段實(shí)現(xiàn)了各種控制功能，與繼電器系統(tǒng)相比較，靈活性大大提高；與普通計(jì)算機(jī)相比，又具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、組合靈活、擴(kuò)展方便、體積小等優(yōu)點(diǎn)，

9、因而在機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。3.1PLC控制電路圖 圖1本機(jī)床使用380V、50HZ三相交流電源。根據(jù)特殊定貨，亦可使用220V、50HZ、380V、60HZ、420V、50HZ、220V/440V、60HZ等三相交流電源?？刂齐娐?，照明電路由控制變壓器供電。電壓分別為110V、36V。主電路分析圖所示的主電路中有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，隔離開(kāi)關(guān)QF將380V的三相電源引入。電動(dòng)機(jī)M1的電路接線分三部分：第一部分由正轉(zhuǎn)控制交流接觸器KM1和反轉(zhuǎn)控制交流接觸器KM2的兩組主觸點(diǎn)構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)接線；第二部分為電流表A經(jīng)電流互感器TA接在主電動(dòng)機(jī)M1的主回路上以監(jiān)視電動(dòng)機(jī)繞組工作時(shí)的電流變化。為

10、防止電流表被啟動(dòng)電流沖擊損壞，利用時(shí)間繼電器KT的延時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)，在啟動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)將電流表暫時(shí)短接掉；第三部分為一串聯(lián)電阻控制部分，交流接觸器KM3的主觸點(diǎn)控制限流電阻R的接入和切除，在進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)整時(shí)，為防止連續(xù)的啟動(dòng)電流造成電動(dòng)機(jī)過(guò)載，串入限流電阻R保證電路設(shè)備的正常運(yùn)行。速度繼電器KS的速度檢測(cè)部分與電動(dòng)機(jī)的主軸同軸相聯(lián)，在停車制動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于KS的動(dòng)作值時(shí)，其常開(kāi)觸點(diǎn)可將控制電路中反接制動(dòng)的相應(yīng)電路切斷，完成停車制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)M2有接觸器KM4的主觸點(diǎn)控制其主電路的接通和斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)M3由交流接觸器KM5的主觸點(diǎn)控制。為保證主電路的正常運(yùn)行，主電路中還設(shè)置了熔斷器的短路保護(hù)環(huán)節(jié)

11、和熱繼電器的過(guò)載保護(hù)環(huán)節(jié)。 2.2 主電動(dòng)機(jī)控制流程圖開(kāi)始正轉(zhuǎn)? Y N點(diǎn)動(dòng)？點(diǎn)動(dòng)？ Y Y N N N長(zhǎng)動(dòng)操作點(diǎn)動(dòng)操作點(diǎn)動(dòng)操作長(zhǎng)動(dòng)操作降壓起動(dòng)降壓起動(dòng)計(jì)時(shí)3S？計(jì)時(shí)3S？ N N Y Y反接制動(dòng)停止操作全壓運(yùn)行反接制動(dòng)全壓運(yùn)行停止操作 結(jié)束 圖22.3輸入輸出列表 輸入列表文字符號(hào)輸入口功能SB1X1主電動(dòng)機(jī)正向起動(dòng)開(kāi)關(guān)SB2X2主電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)開(kāi)關(guān)SB3X3主電動(dòng)機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)SB4X4主電動(dòng)機(jī)反向點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)SB5X5主電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行開(kāi)關(guān)SB6X6冷卻泵停止運(yùn)行開(kāi)關(guān)SB7X7冷卻泵起動(dòng)開(kāi)關(guān)SQX10快速電動(dòng)機(jī)限位起動(dòng)開(kāi)關(guān)KS1X11反向速度繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)KS2X12正向速度繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)FR

12、1X13主電動(dòng)機(jī)熱繼電器保護(hù)開(kāi)關(guān)FR2X14冷卻泵熱繼電器保護(hù)開(kāi)關(guān)SAX15照明電路開(kāi)關(guān) 表1 輸出列表文字符號(hào)輸入口功能KM1Y0主電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行繼電器KM2Y1主電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行繼電器KM3Y2主電動(dòng)機(jī)三角形連接運(yùn)行繼電器KM4Y3主電動(dòng)機(jī)星形連接運(yùn)行繼電器KM5Y4冷卻泵運(yùn)行繼電器KM6Y5快速電動(dòng)機(jī)運(yùn)行繼電器KTY6控制電流檢測(cè)時(shí)間繼電器ELY7照明電燈HL1Y10主電動(dòng)機(jī)起停指示燈 表2 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 圖1 系統(tǒng)流程圖 3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 PLC控制梯形圖 圖33.2 梯形圖說(shuō)明（1）主電動(dòng)機(jī)的控制 圖4如圖4所示，為主電動(dòng)機(jī)的控制梯形圖。結(jié)合輸入輸出列表可知，當(dāng)按動(dòng)開(kāi)關(guān)S

13、B1時(shí)，X1閉合，Y0與中間繼電器M0得電并分別實(shí)現(xiàn)自鎖，主電動(dòng)機(jī)在星形連接方式下起動(dòng)，同時(shí)時(shí)間繼電器TI與T2得電開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間計(jì)到3秒時(shí)，T1動(dòng)作，TI的長(zhǎng)閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y3得電，Y4失電，主電動(dòng)機(jī)由星形連接變?yōu)槿切芜B接，開(kāi)始全壓運(yùn)行，由此實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)的正向降壓起動(dòng)；同理，當(dāng)閉合SB2時(shí)，可實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)的反向降壓起動(dòng)；當(dāng)時(shí)間計(jì)到10S時(shí)，T2動(dòng)作，主電路中電流表開(kāi)始檢測(cè)電流，避開(kāi)了起動(dòng)電流的沖擊。當(dāng)按下SB3時(shí)，X3閉合，Y0得電，主電動(dòng)機(jī)正向低速運(yùn)行，當(dāng)放開(kāi)SB3時(shí)，主電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)正向點(diǎn)動(dòng)；同理，按動(dòng)SB4可實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)的反向點(diǎn)動(dòng)控制。當(dāng)主電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)，按動(dòng)S

14、B5，即X5斷開(kāi)然后閉合，Y0失電，但由于慣性作用，電動(dòng)機(jī)不能立即停止，通過(guò)速度繼電器的作用，使KS2閉合，即X12閉合，Y1得電，使主電動(dòng)機(jī)電源反接，得到一個(gè)與轉(zhuǎn)速相反的轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)迅速制動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)，反轉(zhuǎn)時(shí)與此同理。圖中，X13與熱繼電器長(zhǎng)閉觸點(diǎn)連接，實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。 （2） 冷卻泵的控制 圖5 如圖5所示，為冷卻泵的控制梯形圖。當(dāng)按動(dòng)SB7時(shí)，X7閉合然后斷開(kāi)，Y4得電同時(shí)實(shí)現(xiàn)自鎖，從而實(shí)現(xiàn)冷卻泵的起動(dòng)。當(dāng)按動(dòng)SB6時(shí)，X6斷開(kāi)，Y4失電，冷卻泵停止運(yùn)行。 （3） 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制 圖6如圖6所示，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄壓動(dòng)限位開(kāi)關(guān)SQ時(shí)，X10閉合，Y5得電，KM6吸合，

15、快速移動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)刀架快速移動(dòng)。 （4） 照明電路及指示燈的控制 圖7 圖8 如圖7所示，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)正向或反向運(yùn)行時(shí)，Y10得電，指示燈HL1接通發(fā)光；當(dāng)主電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，Y10失電，指示燈HL1熄滅。 如圖8所示，當(dāng)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)SA時(shí)，X15閉合，Y7得電，照明燈EL接通，實(shí)現(xiàn)照明；當(dāng)關(guān)斷SA時(shí)，Y7失電，照明燈EL熄滅3.3 PLC指令表0 LDI X0051 ANI X0132 MPS 3 LD X0034 LD X0115 ANI M06 ORB 7 LD Y0008 AND M09 ORB 10 OR X00111 ANB12 ANI Y00113 OUT Y00014 MRD 1

16、5 LD X00116 OR M017 OR X00218 ANB19 OUT M020 MRD21 LD X00222 LD Y00123 AND M024 ORB25 LD X01226 ANI M027 ORB28 OR X00429 ANB 30 ANI Y00031 OUT Y00132 MRD33 AND M034 OUT T1 K3037 OUT T2 K10040 MRD41 ANI T142 OUT Y00343 MRD 44 AND T145 OUT Y00246 MRD 47 AND T248 OUT Y00649 MPP50 LD Y00051 OR Y00152 ANB 53 OUT Y01054 LDI X00655 ANI X01456 LD X00757 OR Y00458 ANB59 OUT Y00460 LD X01061 OUT Y00562 LD X01563 OUT Y00764 END 四、總結(jié)通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，使我充分理解了PLC的應(yīng)用原理，更加熟練了對(duì)PL