PLC任務設計書

1、任務設計書設計題目C650臥式普通車床PLC電氣改造設計要求1.分析C650臥式普通車床的工作原理；2.設計PLC對C650臥式普通車床進行改造的硬件電路；3.設計PLC對C650臥式普通車床進行控制的軟件程序；4.進行調(diào)試,找出問題,并改進設計；5.撰寫畢業(yè)設計說明書。設計進度要求：第一周： 確定題目、準備資料、講解課題；第二周： 企業(yè)實習、收集C650臥式普通車床的資料；第三、四周： 方案設計；第五、六周： 調(diào)試修正；第七周： 寫設計說明書；第八周： 打印報告、準備答辯。指導教師（簽名）： 摘要可編程控制器是在繼電器控制和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)展起來的以微處理器為核心，集微電子技術(shù)、自

2、動化技術(shù)、計算機技術(shù)通信技術(shù)為一體，以工業(yè)自動化控制為目標的新型控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設備之一，PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對使用環(huán)境適應性強的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富。它的功能主要是：控制功能、數(shù)據(jù)采集、儲存與處理功能、通信、聯(lián)網(wǎng)功能、輸入/輸出接口調(diào)理功能、人機界面功能。在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡，

3、以便完成較大規(guī)模的復雜控制。本次設計的內(nèi)容主要是利用PLC（Programmable Logic Controller）對C650型車床的電器部分進行改造。首先我對本設計進行總體的分析，使自己有一個大致的總體概念，然后仔細分析C650車床，對車床主運動和進給運動還有其它的輔助運動，進行分析。最后根據(jù)控制電路的線路圖，編譯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車床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，車床，梯形圖，電氣控制系統(tǒng)目錄摘要II1可編程控制器概述及構(gòu)成原理11.1 可編程控制器的產(chǎn)生及定義1

4、1.2 可編程控制器的特點21.3 可編程控制器的應用及發(fā)展32 PLC控制系統(tǒng)設計概述52.1 PLC控制系統(tǒng)設計要求52.2 PLC系統(tǒng)設計流程圖52.3 可編程控制器控制系統(tǒng)設計的基本步驟73 電氣功能的主要分析和特點113.1 C650型臥式車床的主要結(jié)構(gòu)及運動情況113.2 車床對電力拖動的要求123.3 控制線路特點與電氣線路概述124 硬件的概述174.1 PLC 類型的簡介174.2 PLC的特點174.3 選配PLC型號184.4 車床控制PLC電氣原理圖及I/O分配圖194.5外部硬件接線電路205 軟件的概述215.1 S7200 PLC編程軟件STEP 7-Micro/

5、WIN的介紹215.2 梯形圖21結(jié)論23致謝24參考文獻251可編程控制器概述及構(gòu)成原理1.1 可編程控制器的產(chǎn)生及定義1.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生20世紀是人類科學技術(shù)迅速發(fā)展的一個世紀，電器控制技術(shù)也由繼電器控制過度到計算機控制系統(tǒng)。各種工業(yè)用計算機控制產(chǎn)品的出現(xiàn)，對提高機械設備自動控制性能起到關(guān)鍵的作用。進入21世紀，各種自動控制產(chǎn)品在向控制可靠、操作簡單、通用性強、價格低廉的方向發(fā)展，是自動控制的實現(xiàn)越來越容易。自動控制裝置的研究，是為了最大限度的滿足人們對機械設備的要求。在1969年，美國數(shù)字設備公司（DEC）首先研制出第一臺符合要求的控制器，即可編程邏輯控制器，并在美國GE公司

6、的汽車自動裝置上試用成功。此后，這項研究技術(shù)迅速發(fā)展，從美國、日本、歐洲普及到全世界。我國從1976年開始研制，1977年應用與工業(yè)控制。目前已有型號數(shù)百種?？删幊炭刂破鲬邆涞?0項指標：（1） 編程簡單，可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序；（2） 維護方便，采用插入式，模塊結(jié)構(gòu)；（3） 可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；（4） 體積小于繼電器控制柜；（5） 成本可與繼電器控制系統(tǒng)相競爭；（6） 能與管理中心計算機系統(tǒng)進行通信；（7） 輸入量是115V交流電壓（美國電網(wǎng)電壓110）；（8） 輸出量為115V，輸出電流在2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；（9） 系統(tǒng)擴展時，原系統(tǒng)只需要作很小改動；（10） 用戶程序存儲

7、器容量至少4KB。1.1.2 可編程控制器的定義IEC在1987年對可編程控制器下的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計；它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、記數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令；并通過數(shù)字式或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。1.2 可編程控制器的特點1.2.1 可編程控制器的特點（1）軟硬件功能強PLC的功能非常強大，其內(nèi)部具備很多功能，如時序、計數(shù)器、主控繼電器、移位寄存器及中間寄存器等，能夠方便

8、地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強制I/O等功能。PLC不僅可進行邏輯運算，算術(shù)運算，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及順序控制，還可以實現(xiàn)模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印及報表生成等功能，并具有完善的輸入輸出系統(tǒng)。PLC能夠適應各種形式的開關(guān)量和模擬量的輸入、輸出控制，還可以和其他計算機系統(tǒng)、控制設備共同組成分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)成組數(shù)據(jù)傳送、矩陣運算、閉環(huán)控制、排序與查表、函數(shù)運算及快速中斷等功能。PLC的編程語言豐富，可分為梯形圖語言、邏輯功能語言、指令表、順序功能4種。特別是梯形圖語言，它直觀、方便，只要有了通常的繼電接觸器電路圖、邏輯圖或邏輯方程，就等于有了PLC系統(tǒng)的用戶程序，很適合電器工程技術(shù)人員使用。（2）使

9、用維護方便PLC不需要像計算機控制那樣在輸入輸出接口上做大量的工作。PLC的輸入輸出接口是已經(jīng)按不同需求做好的，可直接與控制現(xiàn)場的設備相連接的接口。如輸入接口可以與各種開關(guān)、傳感器連接；輸出接口具有較強的驅(qū)動能力，可以直接與繼電器，接觸器、電磁閥等連接。不論是輸入接口或輸出接口，使用都很簡單。PLC具有很強的監(jiān)控功能，利用編程器、監(jiān)視器或觸摸屏等人機界面可對PLC的運行狀態(tài)進行監(jiān)控 （3）運行穩(wěn)定可靠由于PLC采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作有無觸點的半導體電路來完成，同是還采用了屏蔽，濾波，隔離等抗干擾措施，所以其平均無故障時間在2萬小時以上。特別是在制造工藝上加強了抗干擾措施，例如輸入輸出

10、都采用光電隔離，能有效的隔離PLC內(nèi)部電路與輸入輸出電路之間的聯(lián)系，從而避免了有輸入輸出同道串入的干擾信號引起的誤動作。PLC還采取了屏蔽，輸入延時濾波等軟，硬件措施，有效的防止了空間電磁干擾，特別對高頻傳導干擾信號具有良好的抑制作用。所以這一切措施，都有效的保證了PLC在惡劣的工作環(huán)境下能正常穩(wěn)定的運行。（4）組成靈活可編程控制器品種很多。小型PLC為整體結(jié)構(gòu)，并可外接I/O擴展機箱構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。中大型PLC采用分體模塊式結(jié)構(gòu)，設有各種專用功能模塊（開關(guān)量、模擬量輸入/輸出模塊、位控模塊、伺服、步進驅(qū)動模塊等）供選用和組合，由各種模塊組成大小和要求不同的控制系統(tǒng)。外部控制電路雖然仍為硬

11、接線系統(tǒng)，但當受控對象的控制要求改變時，可以在線使用編程器修改用戶程序來滿足新的控制要求，最大限度地縮短了工藝更新所需要的時間。1.3 可編程控制器的應用及發(fā)展1.3.1 可編程控制器的應用目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛的應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保以及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應用范圍不斷擴大，大致可歸納以下幾類：（1）開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，可用于單機控制、多機群控、自動化生產(chǎn)線的控制等，例如注塑機、印刷機械、組合機械、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流

12、水線等等。（2）位置控制大多數(shù)的PLC制造商，目前都提供拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，這一功能可廣泛應用于各種機械，如金屬切削機床、金屬成型機床、裝配機械、機器人和電梯等。（3）過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制，PLC通過模擬量I/O模塊，實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間A/D、D/A轉(zhuǎn)換，并對模擬量進行閉環(huán)PID（Pro-portional-Integral-Derivative）控制?，F(xiàn)代的大、中型PLC一般都有PID閉環(huán)控制模塊，這一功能可用PID子程序來實現(xiàn)，也可用專用的智能PID模塊實現(xiàn)。 （4）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學運算（包括矩陣運算

13、、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作功能。也能完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可通過接口傳送到其它智能裝置，如計算機數(shù)值控制（CNC）設備，進行處理。（5）通信聯(lián)網(wǎng)PLC的通信包括PLC相互之間，PLC與上位計算機，PLC和其它智能設備見間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計算機可以直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換器相連接成網(wǎng)絡，以實現(xiàn)信息的交換。并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要，各PLC系統(tǒng)或遠程I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場分散控制。然后采用網(wǎng)絡連接構(gòu)成集中管理信息分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)。1.3.2 可編程控制器的發(fā)展隨著技術(shù)

14、的發(fā)展和市場需求的增加，PLC的結(jié)構(gòu)和功能也不斷改進，生產(chǎn)廠家不斷推出功能更強的PLC新產(chǎn)品，平均35年更新?lián)Q代一次。如西門子公司在S5系列PLC的基礎(chǔ)上又推出了S7系列PLC，性能價格越來越高。S7300屬中小型PLC，有很強的模擬器處理能力和數(shù)字運算功能，用戶程序存儲容量達24KB，具有許多過去大型PLC才具有的功能。它的掃描速度為1000條0.3ms，超過了許多大型PLC?，F(xiàn)代PLC的發(fā)展主要有二大趨勢：其一是向體積更小，速度更快，功能更強，價格更低的微小型PLC方面發(fā)展；其二是向大型網(wǎng)絡化，高可靠性，好的兼容性，多功能方面發(fā)展。2 PLC控制系統(tǒng)設計概述2.1 PLC控制系統(tǒng)設計要求P

15、LC的內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)與計算機、微機相似，但其接口電路不同,編程語言也不一致。因此PLC控制系統(tǒng)與微機控制系統(tǒng)開發(fā)過程不完全相同，需要根據(jù)PLC本身的特點、性能進行系統(tǒng)的設計。為實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以及生產(chǎn)效率和產(chǎn)品產(chǎn)量的進一步提高最大限度地發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢。2.1.1 流程圖功能說明（1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝分析控制要求：如需要完成的動作（動作順序、動作條件及必須的保護和聯(lián)鎖）、操作方式（手動、自動；連續(xù)、單周期及單步等）；（2）根據(jù)控制要求確定所需要的用戶輸入、輸出設備、據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)；（3）選擇PLC；（4）分配PLC的I/O接口，設計I/O電氣接口接圖；（5）進行PLC程

16、序設計，同時可進行控制臺（柜）的設計和現(xiàn)場施工。在設計傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)時，必須在控制線路（接線程序）設計完成后，才能進行控制臺（柜）設計和現(xiàn)場施工。采用PLC控制，可以使整個工程的周期縮短。2.1.2 PLC程序設計的步驟（1）繪制系統(tǒng)流程圖；（2）設計梯形圖；（3）根據(jù)梯形圖編制程序清單；（4）用編程其將程序鍵入到PLC的用戶程序存儲器中，并檢驗后鍵入的程序是否正確；（5）調(diào)試和修改程序，直到滿足要求為止；（6）控制臺現(xiàn)場施工完成后進行聯(lián)合調(diào)試；（7）編制技術(shù)文件。2.2 PLC系統(tǒng)設計流程圖 圖2.1系統(tǒng)流程圖2.3 可編程控制器控制系統(tǒng)設計的基本步驟2.3.1系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容 （1）

17、擬定控制系統(tǒng)設計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設計任務書的形式來確定，它是整個設計的依據(jù)；（2）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)；（3）選定PLC的型號； （4）編制PLC的輸入/輸出分配表或繪制輸入/輸出端子接線圖；（5）根據(jù)系統(tǒng)設計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應的編程語言（常用圖形）進行程序設計； （6）了解并遵循用戶認知心理學，重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友善關(guān)系；（7）設計操作臺、電氣柜及非標準電器元部件； （8）編寫設計說明書和使用說明書。 2.3.2 系統(tǒng)設計的基本步驟 可編程控制器應用系統(tǒng)設計與調(diào)試的主要步驟：（1）深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要

18、求 被控對象就是受控的機械、電氣設備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程?？刂埔笾饕缚刂频幕痉绞?、應完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。對較復雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。（2）確定I/O設備 根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。（3）選擇合適的PLC類型 根據(jù)已確定的用戶I/O設備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的PLC類型，包括機型、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 （

19、4）分配I/O點 分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入/輸出分配表或者畫出輸入/輸出端子的接線圖。接著九可以進行PLC程序設計，同時可進行控制柜或操作臺的設計和現(xiàn)場施工。（5）設計應用系統(tǒng)梯形圖程序 根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設計出梯形圖即編程。這一步是整個應用系統(tǒng)設計的最核心工作，也是比較困難的一步，要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經(jīng)驗。（6）將程序輸入PLC 當使用簡易編程器將程序輸入PLC時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到PLC中去。 （7）進行軟件

20、測試程序輸入PLC后，應先進行測試工作。因為在程序設計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將PLC連接到現(xiàn)場設備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。 （8）應用系統(tǒng)整體調(diào)試 在PLC軟硬件設計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應先作局部調(diào)試，然后再進行整體調(diào)試；如果控制調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。（9）編制技術(shù)文件 系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、PLC梯形圖。（10）分配輸入/輸出點 一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應的。

21、 分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點。（11）確定I/O通道范圍不同型號的PLC，其輸入/輸出通道的范圍是不一樣的，應根據(jù)所選PLC型號，查閱相應的編程手冊，決不可“張冠李戴”。必須參閱有關(guān)操作手冊。 （12）內(nèi)部輔助繼電器內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器/計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。未分配模塊的輸入/輸出繼電器區(qū)以及未

22、使用1：1鏈接時的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設計的需要，應合理安排PLC的內(nèi)部輔助繼電器，在設計說明書中應詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。參閱有關(guān)操作手冊。 （13）分配定時器/計數(shù)器 PLC的定時器/計數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊。PLC軟件系統(tǒng)設計方法及步驟，PLC軟件系統(tǒng)設計的方法。在了解了PLC程序結(jié)構(gòu)之后，就要具體地編制程序了。編制PLC控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。圖解法編程，圖解法是靠畫圖進行PLC程序設計。為此，不少PLC生產(chǎn)廠家在自己的PLC中增加了步進順控指令。在畫完各個步進的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進順控

23、指令方便地編寫控制程序。2.3.3 計算機輔助設計編程計算機輔助設計是通過PLC編程軟件在計算機上進行程序設計、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等等。使用編程軟件可以十分方便地在計算機上離線或在線編程、在線調(diào)試，使用編程軟件可以十分方便地在計算機上進行程序的存取、加密以及形成EXE運行文件。 2.3.4 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖 從邏輯關(guān)系圖上，可以反應出某一邏輯關(guān)系的結(jié)果是什么，這一結(jié)果又導出哪些動作。這個邏輯關(guān)系可以是以各個控制活動順序為基準，也可能是以整個活動的時間節(jié)拍為基準。邏輯關(guān)系圖反映了控制過程中控制作用與被控對象的活動，也反應了輸入與輸出的關(guān)系。2.3.5 繪制各種電路圖 繪制

24、各種電路的目的，是把系統(tǒng)的輸入輸出所設計的地址和名稱聯(lián)系起來。這是很關(guān)鍵的一步。在繪制PLC的輸入電路時，不僅要考慮到信號的連接點是否與命名一致，還要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適，也要考慮到在特殊條件下運行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導到PLC的輸入端，把高壓引入 PLC輸入端，會對PLC造成比較大的傷害。在繪制PLC的輸出電路時，不僅要考慮到輸出信號的連接點是否與命名一致，還要考慮到PLC輸出模塊的帶負載能力和耐電壓能力。此外，還要考慮到電源的輸出功率和極性問題。在整個電路的繪制中，還要考慮設計的原則努力提高其穩(wěn)定性和可靠性。雖然用PLC進行控制方便、靈活。但是在電

25、路的設計上仍然需要謹慎、全面。因此，在繪制電路圖時要考慮周全，何處該裝按鈕，何處該裝開關(guān)，都要一絲不茍。 2.3.6 編制PLC程序并進行模擬調(diào)試 在繪制完電路圖之后，就可以著手編制PLC程序了。當然可以用上述方法編程。在編程時，除了要注意程序要正確、可靠之外，還要考慮程序要簡捷、省時、便于閱讀、便于修改。編好一個程序塊要進行模擬實驗，這樣便于查找問題，便于及時修改，最好不要整個程序完成后一起算總帳。2.3.7 制作控制臺與控制柜 在繪制完電器、編完程序之后，就可以制作控制臺和控制柜了。在時間緊張的時候，這項工作也可以和編制程序并列進行。在制作控制臺和控制柜的時候要注意選擇開關(guān)、按鈕、繼電器等

26、器件的質(zhì)量，規(guī)格必須滿足要求。設備的安裝必須注意安全、可靠。比如說屏蔽問題、接地問題、高壓隔離等問題必須妥善處理?，F(xiàn)場調(diào)試是整個控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。任何程序的設計場調(diào)試就能使用的。只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制回路和控制程序不能滿足系統(tǒng)要求之處；只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制電路和控制程序發(fā)生矛盾之處；只有進行現(xiàn)場調(diào)試才能最后實地測試和最后調(diào)整控制電路和控制程序，以適應控制系統(tǒng)的要求。 3 電氣功能的主要分析和特點臥式車床是機械加工中廣泛使用的一種機床，可以用來加工各種回轉(zhuǎn)表面、螺紋和端面。臥式車床通常由一臺主電動機拖動，經(jīng)由機械傳動鏈，實現(xiàn)切削主運動和刀具進給運動的輸出，其運動速度由變速齒輪

27、箱通過手柄操作進行切換。刀具的快速移動、冷卻泵和液壓泵等，常采用單獨電動機驅(qū)動。圖.臥式車床外觀圖、床身、主軸、刀架、溜板箱3.1 C650型臥式車床的主要結(jié)構(gòu)及運動情況C650型臥式車床主要由床身、主軸、刀架、溜板箱和尾架等部分組成。該車床有兩種主要運動：一種是安裝在床身主軸箱中的主軸轉(zhuǎn)動，稱為主運動；另一種是溜板箱中的溜板帶動刀架的直線運動，稱為進給運動。刀安裝在刀架上，與滑板一起隨溜板箱沿主軸軸線方向?qū)崿F(xiàn)進給移動，主軸的轉(zhuǎn)動和溜板箱的移動均由住電機驅(qū)動。由于加工的工件比較大，加工時其轉(zhuǎn)動慣量也比較大，需停車時不易立即停止轉(zhuǎn)動，因為必須有停車制動的功能，較好的停車制動是采電氣制動方法。為了

28、加工螺紋等工件，主軸需要正反轉(zhuǎn)，主軸的轉(zhuǎn)速應工件的材料、尺寸、工藝要求及刀住的種類不同而變化，要求在相當寬的范圍內(nèi)可進行速度調(diào)節(jié)。在加工過程中，還需提供切削液，為減輕工人的勞動強度和節(jié)約輔助工作時間，要求帶動刀架移動的溜板能夠快速移動。車床的運動形式有：（1）主運動 主軸的旋轉(zhuǎn)運動（2）進給運動 帶動刀架的直線移動3.2 車床對電力拖動的要求（1）主電動機Ml(功率為30kw)，完成主軸主運動和刀具進給運動的驅(qū)動，電動機采用直接起動的方式起動，可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，并可進行正反兩個旋轉(zhuǎn)方向的電氣停車制動。為加工調(diào)整方便，還具有點動功能。 （2）電動機M2拖動冷卻泵，在加工時提供切削液，采用直接起

29、動停止方式并且為連續(xù)工作狀態(tài)。 （3）快速移動電動機M3，電動機可根據(jù)使用需要，隨時手動控制起停。3.3 控制線路特點與電氣線路概述（1）控制線路的特點控制線路裝設有總起動按鈕和總停止按鈕，便于操縱和緊急停車。主電路、控制線路及照明線路的電源引入開關(guān)均采用隔離開關(guān)。由于電動機容量較小，所以三臺異步電動機均采用直接起動控制線路。M1、M2采用熱繼電器做過載保護。控制線路采取了電氣措施，以防止發(fā)生電源短路事故。（2）電氣線路概述 主電路由三臺三相異步交流電動機及其附屬電路元件組成。三臺異步電動機均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KM1、KM2、KM3控制其起動與停止

30、。熱繼電器FR1是過載保護電器。短路保護電器是FU1。M2是冷卻泵電動機，接觸器KM4控制M2，M2的短路保護電器是FU4，熱繼電器FR2是過載保護電器。M3是快速移動電動機，接觸器KM5控制M3，其短路保護電器的FU5。主電路電源電壓為交流380v，隔離開關(guān)QS作為電源引入開關(guān)?？刂凭€路電源電壓為交流110v，照明電壓為36v，由控制變壓器TC提供電源?？刂凭€路、照明電路均由相應的熔斷器作為短路保護電器。表3.1 電氣元件符號及功能說明序號名稱及用途序號名稱及用途M1主電動機SB1總停按鈕M2冷卻泵電動機SB2主電動機正向電動按鈕M3快速移動電動機SB3主電動機正向啟動按鈕KM1主電動機正轉(zhuǎn)

31、接觸器SB4主電動機反向啟動按鈕KM2主電動機反轉(zhuǎn)接觸器SB5冷卻泵電動機停止按鈕KM3短接限流電阻接觸器SB6冷卻泵電動機啟動按鈕KM4冷卻泵電動機啟動接觸器TC控制變壓器KM5快移電動機啟動接觸器FU06熔斷器KA中間繼電器FR1主電動機過載保護熱繼電器KT通電延時時間繼電器FR2冷卻泵電動機保護熱繼電器SQ快移電動機點動行程開關(guān)R限流電阻SA開關(guān)EL照明燈KS速度繼電器TA電流互感器A電流表QS隔離開關(guān)圖3.2 C650車床電氣原理圖本機床使用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

32、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。（3）主電路分析圖3.2所示的主電路中有三臺電動機，隔離開關(guān)QS將380V的三相電源引入。電動機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的兩組主觸點構(gòu)成電動機的正反轉(zhuǎn)接線；第二部分為電流表A經(jīng)電流互感器TA接在主電動機M1的主回路上以監(jiān)視電動機繞組工作時的電流變化。為防止電流表被啟動電流沖擊損壞，利用時間繼電器KT的延時動斷觸點，在啟動的短時間內(nèi)將電流表暫時短接掉；第三部分為一串聯(lián)電阻控制部分，交流接觸器KM3的主觸點控制限流電阻R的接入和切除，在進行點動調(diào)整時，為防止連續(xù)的

33、啟動電流造成電動機過載，串入限流電阻R保證電路設備的正常運行。速度繼電器KS的速度檢測部分與電動機的主軸同軸相聯(lián)，在停車制動過程中，當主電動機轉(zhuǎn)速低于KS的動作值時，其常開觸點可將控制電路中反接制動的相應電路切斷，完成停車制動。電動機M2有接觸器KM4的主觸點控制其主電路的接通和斷開，電動機M3由交流接觸器KM5的主觸點控制。為保證主電路的正常運行，主電路中還設置了熔斷器的短路保護環(huán)節(jié)和熱繼電器的過載保護環(huán)節(jié)。（4）控制電路分析 控制電路可分為主電動機M1的控制電路和電動機M2及M3的控制電路部分。由于主電動機控制電路比較復雜，因而還可進一步將主電動機控制電路分為正、反轉(zhuǎn)啟動、點動和停車制動等

34、局部控制電路，它們的控制電路如圖3-3所示。下面對各部分控制電路進行分析。 a)主電動機正反轉(zhuǎn)及點動控制電路 b)主電動機制動控制電路圖3.3 控制主電動機的基本控制電路主軸電動機的正、反向啟動控制由圖3.3（a）可知，當正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB3壓下時，其兩常開觸點同時閉合，一常開觸點接通交流接觸器KM3的線圈電路和時間繼電器KT的線圈電路，時間繼電器的常閉觸點在主電路中短接電流表A，以防止電流對電流表的沖擊，經(jīng)延時短開后，電流表接入電路正常工作。KM3的主觸點將主電路中限流電阻短接，其輔助動合觸點同時將中間繼電器KA的線圈電路接通，KA的常閉觸點將停車制動的基本電路切除，其動合觸點與SB3的的動合

35、觸點均在閉合狀態(tài)，控制主電機的交流接觸器KM1的線圈電路得電工作并自鎖，其主觸點閉合，電動機正向直接啟動并結(jié)束。KM1的自鎖回路由它的常開輔助觸點和KM3線圈上方的KA的常開觸點組成的自鎖回路，來維持KM1的通電狀態(tài)。反向直接啟動控制過程與其相同，只是啟動按鈕為SB4。主軸電動機的點動控制SB2為主電動機點動控制按鈕。按下SB2點動按鈕，直接接通KM1的線圈電路，電動機M1正向直接啟動，這時KM3線圈電路并沒有接通，因此其主觸點不閉合，限流電阻R介接入主電路限流，其輔助動合觸點不閉合，KA線圈不能得電工作，從而使KM1線圈電路形不成自鎖，松開按鈕，M1停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了主電動機串聯(lián)電阻限流的點動控制

36、。主軸電動機的反接控制 圖3.3(b)所示為主電動機反接制動控制電路的構(gòu)成。C650型臥式車床采用反接制動的方式進行停車制動，停車按鈕按下后開始制動過程。當電動機轉(zhuǎn)速接近零時，速度繼電器的觸點打開，結(jié)束制動。以原工作狀態(tài)為正轉(zhuǎn)時進行停車制動過程為例，說明電路的工作過程。當電動機正向轉(zhuǎn)動時，速度繼電器KS的動合觸點KS1閉合，制動電路處于準備狀態(tài)，按下停車按鈕SB1，切斷控制電源，KM1、KM3、KA線圈均失電，此時控制反接制動電路工作與不工作的KA動斷觸點恢復原狀閉合，與KS1觸點一起將反向啟動交流接觸器KM2的線圈電路接通，電動機M1接入反向序電流，反向啟動轉(zhuǎn)矩將平衡正向慣性轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩，強迫電

37、動機迅速停車。當電動機速度趨近于零時，速度繼電器觸點KS2復位打開，切斷KM2的線圈電路，完成正轉(zhuǎn)的反接制動。在反接制動過程中，KM3失電，所以限流電阻R一直起限制反接制動電流的作用。反轉(zhuǎn)時的反接制動工作過程相似，此時反轉(zhuǎn)狀態(tài)下，KS2觸點閉合，制動時，接通交流接觸器KM1的線圈電路，進行反接制動。另外，接觸器KM3的輔助觸點數(shù)量是有限的，故在控制電路中使用了中間繼電器KA，因為KA沒有主觸點，而KM3的輔助觸點又不夠，所以用KM3來帶一個KA，這樣解決了在主電路中使用主觸點，而控制電路輔助觸點不夠的問題。刀架的快速移動和冷卻泵電動機的的控制刀架快速移動是由轉(zhuǎn)動刀架手柄壓動位置開關(guān)SQ，接通快

38、速移動M3的控制接觸器KM5的線圈電路，KM5的主觸點閉合，M3電動機啟動運行，經(jīng)傳動系統(tǒng)驅(qū)動溜板帶動刀架快速移動。冷卻泵電動機M2由啟動按鈕SB6、停止按鈕SB5和KM4輔助觸點組成自鎖回路，并控制接觸器KM4線圈電路的通斷，來實現(xiàn)電動機M2的控制。開關(guān)SA可控制照明燈EL，EL的電壓為36V安全照明電壓。4 硬件的概述4.1 PLC 類型的簡介自20世紀70年代末，PLC產(chǎn)品出現(xiàn)以來，它以面向工業(yè)控制為特點，普通受到電氣控制領(lǐng)域的歡迎。特別是中小容量PLC成功地取代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。目前各國生產(chǎn)的PLC品種繁多，發(fā)展迅速。在中國的市場上最具競爭力的有德國西

39、門子公司、日本三菱系列、歐姆龍公司、AB公司所推出的PLC均為從小到大全系列的產(chǎn)品，可滿足各種各樣的需求。其中，S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。4.2 PLC的特點PLC是綜合繼電器接觸器控制優(yōu)點及計算機靈活方便的優(yōu)點而制造和發(fā)展的、這使PLC具有許多其他控制器無法相比的特點：（1）可靠性強，抗干擾能力強PLC生產(chǎn)廠商在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，使他可以直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場而

40、穩(wěn)定可靠地工作。目前個生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的PLC，其平均無故障時間大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時。而且為了適應特殊場合需求，有的PLC生產(chǎn)廠商還采用差異設計進一步提高其可靠性。（2）通用性強，使用方便由于PLC均為系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴展方便，用戶可根據(jù)自己的需用靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡各異的空子系統(tǒng)要求。（3）編程語言簡單，易學，便于掌握。PLC的編成可采用與繼電器電路極為相似的梯形圖語言，直觀易懂，深受現(xiàn)場電器技術(shù)人員的歡迎。近年來又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樞蚩刂屏鞒虉D語言，也稱功能圖，使編成更加簡單方便。（4）系統(tǒng)設計周期短。（5）對生產(chǎn)工藝改變適應

41、性強。（6）安裝簡單，調(diào)試方便，維護工作量小。PLC控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器接觸器控制系統(tǒng)少，只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相比的I/O端相連，而且PLC軟件設計和調(diào)試太多可在實驗室進行，模擬調(diào)試以后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到現(xiàn)場調(diào)試，這樣既省時間又方便，由于PLC本身的 可靠性高，又有完善的自診斷能力。一旦發(fā)生故障可以根據(jù)報警信息迅速查明原因，這樣即保證了工作效率又維護了生產(chǎn)的正常進行。4.3 選配PLC型號S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。因此S7-200系列具有

42、極高的性能/價格比。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。S7-200系列PLC可提供5個不同的基本型號的8種CPU可供使用。表4.1 S7-200 CPU的技術(shù)指標特性CPU 221CPU 222CPU 224CPU 224XPCPU 226本機I/O數(shù)字量模擬量6入/4出-8入/6出-14入/10出-14入/10出2入/1出24入/16出-最大擴展模塊數(shù)量 0個模塊2個模塊7個模塊7個模塊7

43、個模塊數(shù)據(jù)存儲區(qū)2048字節(jié)2048字節(jié)8192字節(jié)10240字節(jié)10240字節(jié)掉電保持時間50小時50小時100小時100小時100小時程序存儲器：可在運行模式下編輯不可在運行模式下編輯4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)8192字節(jié)12288字節(jié)12288字節(jié)16384字節(jié)16384字節(jié)24576字節(jié)高速計數(shù)器單相雙相4路30KHz2路20KHz4路30KHz2路20KHz6路30KHz4路20KHz4路30KHz2路200KHz3路20KHz1路100KHz6路30KHz4路20KHz脈沖輸出（DC）2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路100 KHz2路20KHz模

44、擬電位器11222實時時鐘配時鐘卡配時鐘卡內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置通訊口1RS-4851RS-4851RS-4852RS-4852RS-485浮點數(shù)運算有有有有有I/O映象區(qū)256 128入/128出256 128入/128出256 128入/128出256 128入/128出256 128入/128出布爾指令執(zhí)行速度0.22s /指令0.22s /指令0.22s /指令0.22s /指令0.22s /指令外形尺寸（）908062908062120.5806214080621908062在選用PLC上，考慮到只是對C650型車床做電器部分的改造，輸出端口需要6個，輸入端口需要13個。改造后的程序只143字

45、節(jié)，內(nèi)容小于4千字節(jié)。而且并不通過網(wǎng)絡或其他方式做遠程控制。因此，考慮到經(jīng)濟，實用，穩(wěn)定等方面因素。我們決定選用SIMATIC S7-200 系列的S7224 作為本次設計的PLC。4.4 車床控制PLC電氣原理圖及I/O分配圖表4.2 I/O接口分配表名稱符號輸出端子名稱符號輸出端子控制燈EL開SB7I0.0控制照明燈ELQ0.0控制燈EL關(guān)SB8I0.1主電機正轉(zhuǎn)接觸器KM1Q0.1主電機正向啟動按鈕SB3I0.2短接限流電阻KM3Q0.2總停止按鈕SB1I0.3主電機反轉(zhuǎn)接觸器KM2Q0.3主電機過載保護FR1I0.4冷卻泵電機接觸器KM4Q0.4主電機正向點動啟動按鈕SB2I0.5快移

46、電動機接觸器KM5Q0.5速度繼電器KS1I0.6主軸反向啟動SB4I0.7速度繼電器KS2I1.0冷卻泵啟動按鈕SB6I1.1冷卻泵停止按鈕SB5I1.2行程開關(guān)SQI1.3冷卻泵電機過載保護FR2I1.44.5 外部硬件接線電路圖4.1 接線圖5 軟件的概述5.1 S7200PLC編程軟件STEP 7-Micro/WIN的介紹S7200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設計師）工具箱；以及Microwin 3.