PLC對C650普通車床的電氣改造

1、1揚揚州市技州市技師師學(xué)院學(xué)院畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文題目 plc 對 c650 普通車床的電氣改造 系別 電氣工程系 班級 07 高機電（2） 姓名學(xué)號指導(dǎo)教師日期 2011.04.17 i摘 要可編程控制器是近年來發(fā)展迅速應(yīng)用廣泛的控制裝置，是一種工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字電子控制系統(tǒng)，它不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)還可以完成邏輯運算，順序控制，定時、計數(shù)、數(shù)值計算和特定的功能，其應(yīng)用于從單機自動化控制到整條生產(chǎn)線的自動化及至整個工廠的生產(chǎn)自動化控制，使電器控制技術(shù)進入了一個嶄新的階段，目前 plc 控制幾乎在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。車床主要是加工各種零件的回轉(zhuǎn)表面，

2、如內(nèi)外圓柱面，內(nèi)外圓錐面，成形回轉(zhuǎn)表面和回轉(zhuǎn)替端面等，有些車床還能車削螺紋表面。因此車床是一般機器制造業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類機床，約占機床總數(shù)的 35%50%。但是普通車床在加工過程中還是存在很多缺點如工作效率低、精度低、故障率高、維修不便、對環(huán)境要求嚴(yán)格、自動化程度不高等。因此，本次設(shè)計的內(nèi)容主要是利用 plc（programmable logic controller）對具有代表性的 c650 普通臥式型車床的電器部分進行改造。首先分析 c650 普通臥式型車床的電器控制部分，除了要完成主軸電動機點動控制運動之外，還要實現(xiàn)主軸電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制運動，主軸電動機正轉(zhuǎn)時的反接制動、主軸電動機

3、反轉(zhuǎn)時的反接制動控制，快速移動電動機的啟動與停止控制，冷卻泵電動機的啟動與停止控制。同時主電動機和冷卻泵電動機有短路和過載保護， 有安全照明電路。 然后根據(jù)控制電路的線路圖，編寫相應(yīng)的 plc 的梯形圖，編譯通過后，利用 plc 實驗臺進行實驗仿真。因此使 c650 普通臥式車床的電器部分在完成原有的功能特點外，還具有安裝簡便、穩(wěn)定性好、易于維修、擴展能力強等特點。關(guān)鍵詞：可編程控制器，plc 改造，梯形圖，車床，反接制動- i -目 錄摘 要.i1 車床的電氣功能分析.11.1 車床的概述.11.2 車床電氣原理圖.22.3 控制線路特點與電氣線路概述.21.4 電氣主要功能分析.52 軟件

4、的設(shè)計.62.1 s7200 plc 編程軟件 step 7-micro/win 的介紹 .62.2 各電氣控制部分分析及梯形圖.62.3 電氣控制部分總梯形圖.133 系統(tǒng)調(diào)試.15致 謝.1611 車床的電氣功能分析1.11.1 車床的概述車床的概述1、車床的用途車床主要是加工各種零件的回轉(zhuǎn)表面，如內(nèi)外圓柱面，內(nèi)外圓錐面，成形回轉(zhuǎn)表面和回轉(zhuǎn)替端面等，有些車床還能車削螺紋表面。由于大多數(shù)機器零件都具有回轉(zhuǎn)表面，并且大部分需要用車床來加工，因此車床是一般機器制造業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類機床，約占機床總數(shù)的 35%50%。在車床上，除使用車刀進行加工之外，還可以使用各種孔加工工具如鉆頭、絞刀、鏜刀等

5、進行加工，或者使用螺紋刀具進行內(nèi)、外螺紋的加工。2、車床的運動為形成工件加工表面形狀，車床必須具有以下運動：（1）工件的旋轉(zhuǎn)運動 是車床的主運動，其功用是使工件得到所得到的切削速度，其特點是速度較高，功率較大。（2）車刀的直線運動 是車床的進給運動，其功用是使毛坯上新的金屬層被不斷的投入切削，以便加工出整個加工表面。上述運動是車床形成加工表面所需的表面成形運動。車床上車削螺紋時，工件的旋轉(zhuǎn)運動和刀具的直線運動則形成螺旋運動，是一種復(fù)合成形運動。（3） 輔助運動 車床上切入運動及其刀架橫向或縱向快速運動，稱為輔助運動，其功用是為表面成行運動創(chuàng)造條件，也是機床比不可少的運動3、車床的分類為適用不同

6、的加工要求，車床的分類很多。按其結(jié)構(gòu)和用途不同，可分為臥式車床、立式車床、轉(zhuǎn)塔車床、回輪車床、落地車床、液壓仿形和半自動車床、各種專用車床（如曲軸車床、凸輪車床等） 、數(shù)控車床和車削加工中心。21.21.2 車床電氣原理圖車床電氣原理圖圖 2.1 c650 型臥式車床的電氣控制線路圖2.32.3 控制線路特點與電氣線路概述控制線路特點與電氣線路概述1、控制線路的特點(1) 主軸正反轉(zhuǎn)用正、反向接觸器進行控制。 (2) 主電動機的功率為 30 kw, 但因不經(jīng)常啟動, 所以采用直接啟動。 (3) 為了對刀和工件進行調(diào)整, 主軸電動機的控制線路設(shè)有點動環(huán)節(jié)。 (4) 為提高工作效率,主軸電動機采用

7、反接制動。在反接制動時, 為減小制動電流,定子回路串入限流電阻 r。在點動時, r 也串入定子回路, 防止頻繁點動時使主電動機過熱。 (5) 為監(jiān)測主軸電動機定子大電流, 通過電流互感器接入電流表。為防止主軸電動機的啟動電流以及反接制動電流對電流表造成沖擊, 在主軸電動機啟動和反接制動時, 與電流表并聯(lián)一個時間繼電器的通電延時打開的常閉觸頭。 3(6) 加工螺紋時, 為了保證工件的旋轉(zhuǎn)速度與刀具的進給速度間的嚴(yán)格比例關(guān)系,刀架的進給運動也由主軸電動機拖動。 (7) 為減輕工人的勞動強度和節(jié)省輔助工時,專設(shè)一臺 2.2 kw 的電動機拖動溜板箱快速運動。 (8) 加工時為防止刀具和工件的溫度過高

8、,用一臺電動機驅(qū)動的冷卻泵供給切削液實現(xiàn)冷卻。冷卻泵電動機在主軸電動機開動后方可啟動旋轉(zhuǎn)。 (9) 主電動機和冷卻泵電動機有短路和過載保護。 (10) 有安全照明電路。 2、電氣線路概述 該機床電氣線路較為復(fù)雜。主電路由四臺三相異步交流電動機及其附屬電路元件組成。除冷卻泵電動機采用開關(guān)直接起動外，其余三臺異步電動機采用接觸器直接起動。m1 是主軸電機，功率為 30kw，由交流接觸器 km3 ,km4 控制其起動與停止。熱繼電器 fr1 是過載保護電器。短路保護電器是總電源開關(guān)中的熔斷器 fu1。m2 是冷卻泵電動機，功率為 1.5kw，由接觸器 km1 控制其啟動與停止，熱繼電器 fr2 是過

9、載保護電器。短路保護電器是總電源開關(guān)中的熔斷器 fu2。m3 是快速移動電動機，功率為 2.2kw，由接觸器 km2 控制其啟動與停止，短路保護電器是總電源開關(guān)中的熔斷器 fu2。該電動機的主要作用拖動溜板箱快速運動，因功率小，所以未裝設(shè)過載保護電器。主電路電源電壓為交流 380v，自動空氣斷路器 qf1 作為電源引入開關(guān)?？刂凭€路電源電壓為交流 110v，由控制變壓器 tc 提供電源。照明電壓為 24v，由 tc1 提供電源。照明線路、控制電路由相應(yīng)的熔斷器 fu3、fu4、fu5 作為短路保護電器。4 表 2.1 c650 普通車床主要電氣元件目錄表符 號名 稱用途數(shù)量 m1 m2 m3

10、km km1 km2 km3 km4ktka sq1fr1 fr2 sb1 sb2 sb3 sb4 sb5 sb6fu1fu2fu3fu4 fu5elks1ks2ar電動機電動機電動機交流接觸器交流接觸器交流接觸器交流接觸器交流接觸器時間繼電器中間繼電器限位開關(guān) 熱繼電器熱繼電器按鈕 按鈕按鈕按鈕按鈕按鈕熔斷器熔斷器熔斷器熔斷器熔斷器照明燈速度繼電器速度繼電器電流表電阻主傳動交流電動機冷卻泵交流電動機快速移動交流電動機短路限流電阻交流接觸器冷卻泵電動機起停交流接觸器快速移動電動機交流接觸器主軸電動機正轉(zhuǎn)交流接觸器主軸電動機反轉(zhuǎn)交流接觸器電流表時間繼電器軸電動機起停反接制動中間繼電器快速移動電動

11、機起停限位開關(guān)主軸電動機過載保護繼電器冷卻泵電動機過載保護繼電器冷卻電動機停止按鈕主軸電動機反傳啟動按鈕冷卻電動機啟動按鈕反接制動按鈕冷卻電動機停止按鈕冷卻電動機點動按鈕主軸電動機短路保護熔斷器冷卻泵電動機短路保護熔斷器照明電路短路保護熔斷器控制電路短路保護熔斷器控制電路短路保護熔斷器照明主軸電動機反轉(zhuǎn)反接制動速度繼電器主軸電動機正轉(zhuǎn)反接制動速度繼電器監(jiān)視電流表啟動與反接制動限流電阻 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 151.41.4 電氣主要功能分析電氣主要功能分析本機床使用 380v、50hz 三相交流電源。根據(jù)

12、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?，照明電路均由控制變壓器供電。電壓分別為 110v、24v。為了傳動各機構(gòu)，機床上裝有下列電動機m1主電動機 m2冷卻泵電動機 m3快速移動電動機機床主電路分析：組合開關(guān) q1 將三相電源引入, fu1 為主電動機 m1 的短路保護用熔斷器, fr1為 m1 電動機過載保護用熱繼電器, r 為限流電阻,防止在點動時連續(xù)的啟動電流造成電動機的過載。通過互感器 ta 接入電流表 以監(jiān)視主電動機繞組的電流。熔斷器 fu2 為 m2、m3 電動機的短路保護, 接觸器 km

13、1、km2 為電動機 m2、 m3 啟動用接觸器, fr2 為 m2 電動機的過載保護, 快速電動機 m3 短時工作, 所以不設(shè)過載保護。監(jiān)視主回路負(fù)載的電流表是通過電流互感器接入的。 為防止電動機啟動電流對電流表的沖擊,線路中采用一個時間繼電器 kt。啟動時,kt 線圈通電,而 kt 的延時斷開的動斷觸點尚未動作,電流互感器二次側(cè)電流只流經(jīng)該觸點構(gòu)成閉合回路, 電流表沒有電流流過。 啟動后, kt 延時斷開的動斷觸點打開, 此時電流流經(jīng)電流表, 反映出負(fù)載電流的大小。62 軟件的設(shè)計2.12.1 s7s7200200 plcplc 編程軟件編程軟件 stepstep 7-micro/win7

14、-micro/win 的介紹的介紹s7-200 可編程控制器使用 step7-micro/win32 編程軟件進行編程。step7-micro/win32 編程軟件是基于 windows 的應(yīng)用軟件，功能強大，主要用于開發(fā)程序，也可用于適時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序，可在全漢化的界面下進行操作。 step7-micro/win32 編程軟件包括 microwin3.1；microwin3.1 的升級版本軟件microwin3.1 sp1；toolbox（包括 uss 協(xié)議指令：變頻通信用，tp070：觸摸屏的組態(tài)軟件 tp designer v1.0 設(shè)計師）工具箱；以及 mic

15、rowin 3.11 chinese（microwin3.11 sp1 和 tp designer 的專用漢化工具）等編程軟件。step 7-micro/win 編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。2.22.2 各電氣控制部分分析及梯形圖各電氣控制部分分析及梯形圖1、主電動機的點動調(diào)整圖 4.1 所示為點動環(huán)節(jié)的控制線路圖。線路中 km3 為電動機 m1 的正轉(zhuǎn)用接觸器,km4 為 m1 的反轉(zhuǎn)用接觸器, ka 為中間繼電器。 按下點動按鈕 sb6,接觸器 km3 得電,其主觸點閉合,電動機的定子繞組經(jīng)限流電阻 r 和電源接通, 電動機在較低速度下啟動。松開按鈕

16、sb6,km3 斷電, m1 停止轉(zhuǎn)動。在點動過程中, 中間繼電器 ka 線圈不通電, km3 線圈不會自鎖。7 圖 3.1 c650 型車床點動控制線路2、主電動機的正反轉(zhuǎn)控制主電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路如圖 3.2 所示。(1) m1 的正向長動按下正向啟動按鈕 sb1, 接觸器 km 首先得電動作, 其主觸點閉合將限流電阻 r短接,其輔助觸點閉合使中間繼電器 ka 得電, 其輔助觸點(13-7)閉合使接觸器 km3得電, km3 的主觸點閉合使 m1 直接正向啟動,km3 的動合觸點(15-13)和 k 的動合觸點(5-15)的閉合將 km3 的線圈自鎖。m1 的正向長動對應(yīng)的梯形圖如下：8

17、梯形圖分析：按下或松開觸點 i0.6 實現(xiàn)主電動機的點動控制；按下觸點 i0.1，繼電器線圈 q0.0得電，之后中間繼電器線圈.m0.0 得電，使正轉(zhuǎn)線圈 q0.3 得電，q0.3 對應(yīng)的觸點動作，常開觸點 q0.3 閉合，完成了對正轉(zhuǎn)線圈 q0.3 的自鎖控制，主電動機長期處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)。(2) m1 的反向長動按下反向啟動按鈕 sb2, 接觸器 km 首先得電動作, 其主觸點閉合將限流電阻 r短接, 其輔助觸點閉合使中間繼電器 ka 得電, 其輔助觸點(21-23)閉合使接觸器km4 得電, km4 的主觸點將三相電源反接,電動機在全壓下反轉(zhuǎn)啟動。km4 的動合觸點(15-21)和 ka 的

18、動合觸點(5-15)的閉合將 km4 的線圈自鎖。km4 的動斷觸點(7-11)和km3 的動斷觸點(23-25)分別串在對方接觸器線圈的回路中, 起到了電動機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。9圖 3.2 c650 型車床正反轉(zhuǎn)控制線路10梯形圖分析：按下觸點 i0.2，繼電器線圈 q0.0 得電，之后中間繼電器線圈.m0.0 得電，使反轉(zhuǎn)線圈 q0.4 得電，q0.4 對應(yīng)的觸點動作，常開觸點 q0.4 閉合，完成了對正轉(zhuǎn)線圈q0.3 的自鎖控制，主電動機長期處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)。3、主軸電動機的反接制動控制c650 型臥式車床采用了反接制動方式。當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速接近于零時,用速度繼電器的觸點給出信號切斷電

19、動機的電源。 圖 4.3 所示是 c650 型車床正反轉(zhuǎn)與反接制動的控制線路。速度繼電器與被控電動機是同軸連接的,當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)時, 速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點 ks1(17-23)閉合,電動機反轉(zhuǎn)時,速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點ks2(17-7)閉合。當(dāng)電動機正向旋轉(zhuǎn)時, 接觸器 km3 和 km、繼電器 ka 都處于得電動作狀態(tài), 速度繼電器的正轉(zhuǎn)動合觸點 ks1(17-23)也是閉合的, 這樣就為電動機正轉(zhuǎn)時的反接制動做好了準(zhǔn)備。 需要停車時,按下停止按鈕 sb4,接觸器 km 失電, 其主觸點斷開,電阻 r 串入主回路。同時 km3 和 ka 也失電,km3 斷開了電動機的電源, ka失電后其

20、動斷觸點復(fù)位閉合。這樣就使反轉(zhuǎn)接觸 km4 的線圈通過線路“1-3-5-17-23-25”得電,電動機的電源反接,電機處于反接制動狀態(tài)。當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時, 速度繼電器 ks 的正轉(zhuǎn)動合觸點 ks1(17-23)斷開, 切斷了接觸器 km4 的通電回路, 電動機脫離電源停止。11 圖 3.3 c650 型車床正反轉(zhuǎn)與反接制動的控制線路 梯形圖分析：12正轉(zhuǎn)時的反接制動分析：當(dāng)主電動機處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)時，按下反接制動按扭sb4，常閉觸點 i0.4 斷開，中間繼電器線圈 m0.0 失電，它所對應(yīng)的觸點要復(fù)位，常開觸點恢復(fù)為常開狀態(tài)，常閉觸點恢復(fù)為常閉狀態(tài)閉合，所以此時主電動停止

21、正轉(zhuǎn)，同時網(wǎng)絡(luò) 7 接通，定時器 t38 開始定時，中間繼電器線圈 m0.1 得電，m0.1 的開觸點要閉合，所以線圈 q0.4 接通，電動機開始反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)正轉(zhuǎn)時的反接制動。當(dāng)定時器 t38 定時 10 秒時間到后，t38 所對應(yīng)的觸點動作，中間繼電器線圈 m0.1 失電，主電動機停止反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)時的反接制動結(jié)束。反轉(zhuǎn)時的反接制動分析：當(dāng)主電動機處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)時，按下反接制動按扭sb4，常閉觸點 i0.4 斷開，中間繼電器線圈 m0.0 失電，它所對應(yīng)的觸點要復(fù)位，常開觸點恢復(fù)為常開狀態(tài)，常閉觸點恢復(fù)為常閉狀態(tài)閉合，所以此時主電動停止正轉(zhuǎn)，同時網(wǎng)絡(luò) 8 接通，定時器 t37 開始定時，中間繼電器線

22、圈 m0.2 得電，m0.2 的開觸點要閉合，所以線圈 q0.3 接通，電動機開始正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)反轉(zhuǎn)時的反接制動。當(dāng)定時器 t37 定時 10 秒時間到后，t38 所對應(yīng)的觸點動作，中間繼電器線圈 m0.2 失電，主電動機停止正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)時的反接制動結(jié)束。4、刀架的快速移動和冷卻泵控制刀架的快速移動是由轉(zhuǎn)動刀架手柄壓動行程開關(guān) sq 來實現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓下 sq后,接觸器 km2 得電吸合,電動機 m3 轉(zhuǎn)動帶動刀架快速移動。m2 為冷卻泵電動機, 其啟動與停止是通過按鈕 sb3 和 sb5 控制的。 梯形圖分析：按下觸點 i0.3，線圈 q0.1 得電，快速移動電動機開始工作，同時完成自鎖控制,按下

23、常閉觸點 i0.4，線圈 q0.1 失電，電動機停止工作。5、照明電路13梯形圖分析：按下觸點 i1.0，線圈 q0.6 得電，照明燈開始工作，同時完成自鎖控制 ， 按下常閉觸點 i1.1，線圈 q0.6 失電，停止照明2.32.3 電氣控制部分總梯形圖電氣控制部分總梯形圖14153 系統(tǒng)調(diào)試首先，把所編的程序輸入到計算機，進行編譯，所輸入的程序通過編譯后直到最后通過。接入 plc 通信口后，將所編程序進行調(diào)試，直到調(diào)試結(jié)果出現(xiàn)正常的結(jié)果 。在調(diào)試過程中出現(xiàn)了以下幾個問題：（1）在調(diào)試程序前試前,忘記對 plc 進行復(fù)位,這樣雖然編寫的程序正確,但按下控制按鈕,也不能達(dá)到控制要求.在調(diào)試程序前應(yīng)先對 plc 進行復(fù)位操作,然后再進行程序調(diào)試.（2）在同一個網(wǎng)絡(luò)中輸出端的個數(shù)過多,雖然在計算機上程序通過,在裝如 plc 后,按下控制按鈕,不能正常運行,這是由于在 plc 在順序掃描的過程中,由于輸出端的個數(shù)多,而不能掃描上去.修改程序,減少同一個網(wǎng)絡(luò)中輸出端的個數(shù),再進行調(diào)試.（3）主機的 cpu 應(yīng)當(dāng)與 plc 的 cp