C650普通車床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目目 錄錄 第第 1 1 章章 引引 言言11 第第 2 章章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2 2.1 C650 臥式車床控制要求 2.2 C650 臥式車床控制原理分析 2.2.1 主電路分析 2.2.2 控制電路分析 第第 3 章章 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 PLC 的選型 3.2 I/O 地址的分配 3.3 I/O 接線圖 第第 4 章章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計(jì) 結(jié)論結(jié)論 設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié) 謝辭謝辭 附錄附錄 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 內(nèi)容摘要內(nèi)容摘要 本次設(shè)計(jì)介紹了 C650 臥式車床電氣控制系統(tǒng)的工作原理及其運(yùn)動(dòng)形式，編 寫了 P

2、LC 控制梯形圖程序和指令表程序。利用 PLC 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車床啟動(dòng)、 正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、反接制動(dòng)、刀架快速移動(dòng)、冷卻泵在作等一些列功能，改由 PLC 控 制后，其控制系統(tǒng)大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查，節(jié)省大量的繼電器 元件,機(jī)床的各項(xiàng)性能有了很大的改善，工作效率有了明顯提高。 關(guān)鍵詞：臥式車床；PLC 控制 第第 1 章章 引言引言 本設(shè)計(jì)采用可編程控制器代替繼電器對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，因?yàn)榭删幊炭刂破?組成的控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修等方面，不僅減少了工作量，而且 減少了開支，縮減了成本，效益更高。通過使用 PLC 改造該機(jī)床電氣系統(tǒng)后， 去掉了原機(jī)床的中間繼電器，時(shí)間繼電器等等，使線

3、路簡化,維修方便。 同時(shí)要達(dá)到的要求有： （1）車床正反向工作及反接制動(dòng)； （2）主電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)； （3）刀架快速移動(dòng)及冷卻泵工作； （4）對(duì)主電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電流監(jiān)控； 設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)首先要對(duì)控制要求進(jìn)行分析，選擇最佳的系統(tǒng)方案，然 后對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇，比如：交流接觸器；中間繼電器；保護(hù)電器等。 最關(guān)鍵的是選擇合適的 PLC，對(duì) I/O 地址分配，再進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)。 第第2章章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 C650C650 臥式車床控制要求臥式車床控制要求 軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M1、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2和溜板箱快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3。從車削 加工工藝出發(fā),對(duì)各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制要求如下：

4、(1)主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M1,允許在空載下直接起動(dòng)。其要求能實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn), 從而經(jīng)主軸變速箱實(shí)現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn),或通過掛輪箱傳給溜板箱來拖動(dòng)刀架以 實(shí)現(xiàn)刀架的橫向左、右移動(dòng)。為便于進(jìn)行車削加工前的對(duì)刀,則要求主軸拖動(dòng)工 件作調(diào)整點(diǎn)動(dòng),所以要求主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)單方向旋轉(zhuǎn)的低速點(diǎn)動(dòng)控制。 主電動(dòng)機(jī)停車時(shí),由于加工工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大,需采用反接制動(dòng)。 (2)冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2,用于在車削加工時(shí),供出冷卻液,對(duì)工件與刀具進(jìn)行冷卻。 2.2 C650C650 臥式車床控制原理分析臥式車床控制原理分析 2.2.12.2.1 主電路分析主電路分析 從附錄中可以看出，斷路器 QF 將三相電源引入，F(xiàn)U1 為主

5、電動(dòng)機(jī) M1 的 短路保護(hù)用熔斷器，F(xiàn)R1 為 M1 電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)用熱繼電器。為防止在連續(xù)點(diǎn)動(dòng) 時(shí)的啟動(dòng)電流造成電動(dòng)機(jī)過載，點(diǎn)動(dòng)時(shí)也加入限流電阻 R。通過互感器 TA 接入 電流表 A 以監(jiān)視主電動(dòng)機(jī)繞組的電流。熔斷器 FU2 為 M2、M3 電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)， 接觸器 QA4、QA5 為 M2、M3 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)用接觸器。BB2 為 M2 電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)， 因快速電動(dòng)機(jī) M3 短時(shí)工作，所以不設(shè)過載保護(hù)。 2.2.22.2.2 控制電路分析控制電路分析 (1)主電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制 電路中 QA1 為 M1 電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器，QA3 為 M1 電動(dòng)機(jī)的長動(dòng)接觸器，KA1 為中間繼電器。M

6、1 電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)由點(diǎn)動(dòng)按鈕 SF4 控制。按下按鈕 SF6，接觸器 KM3 得電吸合，他的主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)的定子繞組限流電阻 R 與電源接通， 電動(dòng)機(jī)在較低速下起動(dòng)。 (2)主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路 主電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)由正向起動(dòng)按鈕 SF1 控制。按下按鈕 SF1 時(shí)，接觸器 KM 首先得 電動(dòng)作，他的主觸點(diǎn)閉合將限流電阻短接，接觸器 QA 的輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合使中 間繼電器 KA 得電，它的觸點(diǎn)閉合，使接觸器 QA3 得電吸合。KM3 的主觸點(diǎn)將三 相電源接通，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正轉(zhuǎn)起動(dòng)。QA3 的動(dòng)合輔助觸點(diǎn)和 QA 的動(dòng)合 觸點(diǎn)的閉合將 QA 3 線圈自鎖。反轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)用反向起動(dòng)按鈕 SF2，

7、按下 SF2，同 樣是接觸器 QA 得電，然后接通接觸器 QA4 和中間繼電器 KA，于是電動(dòng)機(jī)在滿 壓下反轉(zhuǎn)起動(dòng)。QA3 的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)和 QA4 的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)分別串在對(duì)方接觸 器線圈的回路中，起到電動(dòng)機(jī)正傳和反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。 (3)主軸電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制 當(dāng)速度接近于零時(shí)，用速度繼電器的觸點(diǎn)給出信號(hào)切斷電動(dòng)機(jī)電源。速度 繼電器與被控電動(dòng)機(jī)是同軸相連的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開 觸點(diǎn) KS1 閉合；電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn) KS2 閉合。當(dāng)電動(dòng) 機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，接觸器 QA3 和 QA，繼電器 KA 都處于得電動(dòng)作狀態(tài)，速度繼電 器的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn) KS1 也是

8、閉合的，這樣就為電動(dòng)機(jī)正傳時(shí)的反接制動(dòng)做好了 準(zhǔn)備。需要停車時(shí)，按下停止按鈕 SB4 接觸器 QA 失電，其主觸點(diǎn)斷開，電阻 R 串入主回路，與此同時(shí) QA3 也失電，斷開了電動(dòng)機(jī)電源，同時(shí) KA 失電，KA 的 動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合。在松開 SB4 后就使反轉(zhuǎn)接觸器 QA4 的線圈得電，電動(dòng)機(jī)的電源 反接，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn) 速時(shí)，速度繼電器 KS 的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn) KS1 斷開，切斷了接觸器 QA4 的通電回路， 電動(dòng)機(jī)脫離電源停止。 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)與正轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)相似。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器 的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn) KS2 是閉合的，這時(shí)按一下停止按鈕 S

9、F3，在 SF3 松開后正轉(zhuǎn) 接觸器線圈得電，正轉(zhuǎn)接觸器 QA3 吸合將電源反接使電動(dòng)機(jī)制動(dòng)后停止。 (4)刀架的快速移動(dòng)和冷卻泵控制 刀架的快速移動(dòng)是由轉(zhuǎn)動(dòng)刀架 SF6 來實(shí)現(xiàn)的。接觸器 QA4 得電吸合，M3 電 動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀架快速移動(dòng)。如果車削加工需要冷卻液時(shí)按下 SF5，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 動(dòng)作，QA4 線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 工作，需要停止開關(guān) SF5 即可。 第第 3 章章 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 PLC 的選型的選型 車床電氣控制系統(tǒng)需要 11 個(gè)外部輸入信號(hào)，6 個(gè)輸出信號(hào)。PLC 所具有 的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般要比所需冗余 30 % ，以便于系統(tǒng)的完善

10、和今后的擴(kuò)展 預(yù)留。所以本系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)為 14 個(gè),輸出點(diǎn)為 7 個(gè)?，F(xiàn)選擇西門子公司生 產(chǎn)的 S7 - 200 系列的 CPU224 型 PLC ，24V 直流 14 點(diǎn)輸入。 3.2 I/O 地址的分配地址的分配 根據(jù)該系統(tǒng)的控制要求，輸入輸出設(shè)備，確定了 I/O 點(diǎn)數(shù)。根據(jù)需要控制 的開關(guān)、設(shè)備大約輸入點(diǎn)為 11 個(gè),輸出點(diǎn)為 6 個(gè)需進(jìn)行控制，現(xiàn)將 I/O 地址分 配如附錄所示。 3.3 I/O 接線圖接線圖 根據(jù) PLC I/O 端子的分配，畫出了 C650 臥式車床 PLC 控制系統(tǒng) I/O 接線圖 如附錄所示 第第 4 章章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 控制系統(tǒng)的梯形圖

11、程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計(jì) 車床正反向工作及反接制動(dòng)過程 該控制程序步驟為：按下 SF1，M0.1 導(dǎo)通，Q0.2 動(dòng)作，QA3 吸合短接電阻 R，同時(shí) M0.1 動(dòng)作，Q0.0 動(dòng)作，QA 1 吸合，主電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)行，開始 車削加工。要停車時(shí)，按下 SF3，Q0.0、Q0.2 釋放，松開 SF3，Q0.1 動(dòng)作，QA2 吸合，主電動(dòng)機(jī) M1 串電阻反接制動(dòng)，當(dāng)速度接近于零時(shí)，速度繼電器正轉(zhuǎn)常開 觸頭 KS1 斷開，QA2 釋放電動(dòng)機(jī) M1 停轉(zhuǎn)。反向工作過程與正向相同。 主電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)過程 按下 SF5，Q0.3 動(dòng)作，使 QA 1 吸合，M1 串電阻限流點(diǎn)動(dòng)，松開 SF5，

12、Q0.3 斷開，M1 停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制。 刀架快速移動(dòng)及冷卻泵工作過程 該控制程序步驟為：刀架快速移動(dòng)過程為按下開關(guān) SF6，Q0.5 動(dòng)作，QA5 吸合， M3 起動(dòng)運(yùn)行 。 冷卻泵工作過程為按下開關(guān) SF5，Q0.4 動(dòng)作 QA 4 線圈得電， 冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 工作，停止時(shí)按下 SF5 即可。梯形圖程序見附錄 結(jié)論結(jié)論 本設(shè)計(jì)具有性能可靠，外圍電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)思路清晰，程序簡單明 了。C650 車床控制系統(tǒng)利用了西門子 STC-200 系列 PLC 的特點(diǎn)，對(duì)按扭、開 關(guān)等其他一些輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了車床過程的自動(dòng)化。此外 PLC 可 以重復(fù)使用，降低了測試經(jīng)費(fèi)。它的靈活

13、性、操作方便性也方便測試者隨時(shí)輸 入、調(diào)試和修改控制程序。PLC 又設(shè)有串行接口，方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接， 組成測控系統(tǒng)，給系統(tǒng)的維護(hù)和使用帶來了很大方便。 設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)總結(jié) 本設(shè)計(jì)采用可編程控制器代替繼電器對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，因?yàn)榭删幊炭刂破?組成的控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修等方面，不僅減少了工作量，而且 減少了開支，縮減了成本，效益更高。通過使用 PLC 改造該機(jī)床電氣系統(tǒng)后， 去掉了原機(jī)床的中間繼電器，時(shí)間繼電器等等，使線路簡化,維修方便。同時(shí)， 由于 PLC 的高可靠性，輸入輸出部分還有信號(hào)指示，不僅使電氣故障次數(shù)大大 減少，而且還給準(zhǔn)確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便。 設(shè)計(jì)

14、者可在規(guī)格繁多、品種齊全的系列可編程控制產(chǎn)品中，精選所需類型， 使 PLC 具有較高的性能價(jià)格比。針對(duì)這點(diǎn)本設(shè)計(jì)盡量節(jié)省可編程控制器的端點(diǎn)， 從而提高了性價(jià)比，節(jié)省了不必要的開支。 通過本次設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)充專業(yè)課的基本理論和基本技 能。達(dá)到了培養(yǎng)我獨(dú)立思考、分析和解決實(shí)際問題的能力。培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用 專業(yè)知識(shí)和實(shí)際查閱相關(guān)實(shí)際資料的能力。 謝謝 辭辭 在這次課程設(shè)計(jì)的撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。首先我要感謝學(xué) 校給了我這次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，感謝薛老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供 給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報(bào)告的主要原因，更重要的是老師 幫我解決了許多技術(shù)上的難

15、題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不 僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。 其次，我要感謝幫助過我的同學(xué)，他們也為我解決了不少我不太明白的設(shè) 計(jì)上的難題。同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 羅宇航.流行 PLC 實(shí)用程序及設(shè)計(jì).西安：西安科技大學(xué)出版社,2006.12 2 林春方.可編程控制器及其應(yīng)用.上海：上海交通大學(xué)出版社,2003.6 3 廖常初.PLC 編程及應(yīng)用(第 2 版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.9 4 曹輝.可編程序控制器系統(tǒng)原理及應(yīng)用.北京：電

16、子工業(yè)出版社,2003 5 機(jī)床電路圖大全編寫組.機(jī)床電路圖大全（上冊）.北京：機(jī)械工業(yè)出版 社,1993.4 6 齊占慶.機(jī)床電氣自動(dòng)控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.8 7 黎亞元.機(jī)床電氣自動(dòng)控制.重慶：重慶大學(xué)出版社，1994.10 8 王士蘭.PLC 技術(shù)及運(yùn)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.8 9 方宗達(dá).電氣控制與 PLC 運(yùn)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.10 10夏國偉.機(jī)床電氣與維修.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1980.6 11鄧星鐘.機(jī)電傳動(dòng)控制.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001.3 12路林吉.江龍康等.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社, 20

17、02 附錄附錄 PLC 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) I/O 分配表分配表 輸入信號(hào)PLC 地址輸出信號(hào)PLC 地址 主軸電動(dòng)機(jī) MA1 的正轉(zhuǎn)按鈕 SF1 I0.0 主電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn) KM1 Q0.0 主軸電動(dòng)機(jī) MA1 的反轉(zhuǎn)按鈕 SF2 I0.1 主電動(dòng)機(jī) M1 反轉(zhuǎn) KM2 Q0.1 主軸停止按鈕 SF3 I0.2 短接制動(dòng)電阻 KM3 Q0.2 主軸電動(dòng)機(jī) MA1 的點(diǎn)動(dòng)按鈕 SF4 I0.3 主電動(dòng)機(jī) M1 點(diǎn)動(dòng) Q0.3 速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭 KS1 I0.4 冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 起、停 KM4 Q0.4 速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭 KS2 I0.5 快速電動(dòng)機(jī) M3 起、停 KM5 Q0

18、.5 冷卻泵電動(dòng)機(jī) MA2 起動(dòng)、停止開 關(guān) SF5 I0.6 快速電動(dòng)機(jī) MA3 起動(dòng)按鈕 SF6 I0.7 熱繼電器 BB1 I1.0 熱繼電器 BB2 I1.1 過流繼電器 KF I1.2 附錄附錄 主要電氣元件表主要電氣元件表 代 號(hào)名 稱型 號(hào) 及 規(guī) 格用 途數(shù)量 MA1 三相交流異步電動(dòng)機(jī) JO3-802-6 0.75KW 380V 905r/min 主電動(dòng)機(jī) 1 MA2 三相交流異步電動(dòng)機(jī) JO3-802-6 0.75KW 380V 905r/min 冷卻泵電動(dòng)機(jī) 1 MA3 三相交流異步電動(dòng)機(jī) JO3-802-6 0.75KW 380V 905r/min 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) 1

19、FA1 熔斷器 RL1-15 15A 主電動(dòng)機(jī)過載保護(hù) 1 FA2 熔斷器 RL1-15 15A M2、M3 短路保護(hù) 1 QA1 交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓 220VM1 正轉(zhuǎn)接觸器 1 QA2 交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓 220VM1 反轉(zhuǎn)接觸器 1 QA3 交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓 220V 短接制動(dòng)按鈕 1 QA4 交流接觸器CJ10-75A 線圈電壓 220V控制 M2 1 QA5 交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓 220V控制 M3 1 QA6 交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓 220VM1 點(diǎn)動(dòng)接觸器 1 BB1 熱繼電器 JR10-60

20、52.5A M1 過載保護(hù) 1 BB2 熱繼電器 JR10-10 *14 7.20A M2 過載保護(hù) 1 SF1 按鈕黑色M1 正轉(zhuǎn) 1 SF2 按鈕黑色M1 反轉(zhuǎn) 1 SF3 按鈕黑色M1 停止 1 SF4 按鈕黑色M1 點(diǎn)動(dòng) 1 SF5 開關(guān)黑色M2 起動(dòng)停止 1 SF6 按鈕黑色快速移動(dòng)電機(jī) 1 KS1 速度繼電器LA2 紅色反接制動(dòng) 1 KS2 速度繼電器LA19-11J 紅色反接制動(dòng) 1 TA 電流互感器 LQG-0.5 100/5A-1 KA 中間繼電器 1A 欠電流保護(hù) 1 KF 過流繼電器 過電流保護(hù) 1 附錄附錄 IIIIII 梯形圖及語句表梯形圖及語句表 tgKQcWA3P

21、tGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1