C650普通車床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計說明書

1、河南科技大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書課程名稱 電氣控制與plc應(yīng)用技術(shù) 題 目 c650普通車床plc控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院 車輛與動力工程學(xué)院 班 級 農(nóng)電101 日 期 2013年7月5日 c650普通車床plc控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要本次設(shè)計介紹了c650臥式車床電氣控制系統(tǒng)的工作原理及其運動形式，編寫了plc控制梯形圖程序和指令表程序。利用plc控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了車床啟動、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、反接制動、刀架快速移動、冷卻泵工作等一些列功能，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)床的各項性能有了很大的改善，工作效率有了明顯提高。另外，本設(shè)計具有性能可靠，

2、外圍電路簡單等優(yōu)點，設(shè)計思路清晰，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，對按扭、開關(guān)等其他一些輸入/輸出點進(jìn)行控制，實現(xiàn)了車床過程的自動化。此外plc 可以重復(fù)使用，降低了測試經(jīng)費。它的靈活性、操作方便性也方便測試者隨時輸入、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。 關(guān)鍵詞 ：臥式車床；plc控制；目 錄第一章 緒論11.1 c650型臥式車床簡介11.2 plc在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用31.3 c650型臥式車床發(fā)展趨勢4第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計62.1 c650臥式車床控制要求

3、62.2 c650臥式車床控制原理分析62.2.1主電路分析62.2.2主電動機(jī)點動控制分析72.2.3主電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制分析72.2.4主電動機(jī)反接制動分析82.2.5快速電動機(jī)與冷卻泵電動機(jī)控制分析.82.3 輔助電路分析92.3.1照明電路和控制電源分析92.3.2電流表保護(hù)電路10第三章 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計113.1 plc的選型113.2 i/o地址的分配123.3 i/o接線圖133.4 plc控制原理圖143.5 元器件清單15第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計164.1 控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計164.2 plc控制程序流程圖如下18第五章 系統(tǒng)調(diào)試195.1 硬件檢查195.2 系統(tǒng)綜

4、合調(diào)試19第六章 結(jié)論21參考文獻(xiàn)22 第一章 緒論本設(shè)計采用可編程控制器代替繼電器對機(jī)床進(jìn)行控制，因為可編程控制器組成的控制系統(tǒng)在設(shè)計、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，時間繼電器等等，使線路簡化,維修方便。同時要達(dá)到的要求有： （1）車床正反向工作及反接制動；（2）主電動機(jī)點動；（3）刀架快速移動及冷卻泵工作；（4）對主電動機(jī)進(jìn)行電流監(jiān)控；設(shè)計plc控制系統(tǒng)首先要對控制要求進(jìn)行分析，選擇最佳的系統(tǒng)方案，然后對系統(tǒng)硬件設(shè)計進(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

5、擇合適的plc，對i/o地址分配，再進(jìn)行梯形圖設(shè)計。 1.1 c650型臥式車床簡介c650臥式車床屬于中型車床，可加工的最大工件回轉(zhuǎn)直徑為1020mm，最大工件長度為30000mm，它主要由床身、主軸變速箱、尾座、進(jìn)給箱、絲桿、光桿、刀架和溜板箱等組成，如圖1-1。圖1-1 c650臥式車床結(jié)構(gòu)圖c650車床由主軸運動和刀具進(jìn)給運動完成切削加工，車床的主軸、冷卻泵、刀架快速移動均由三相異步電動機(jī)拖動。車床有三種運動形式：車削加工的主運動是主軸通過卡盤或者雞心夾頭帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動，它承受車削加工時的主要切削功率；進(jìn)給運動是溜板帶動刀架的縱向或橫向運動；輔助運動為溜板箱的快速移動，尾座的移動和

6、工件的夾緊與放松。主軸的旋轉(zhuǎn)運動由主電動機(jī)，經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。機(jī)床車削加工時，要求車床主軸能在較大范圍內(nèi)變速。通常根據(jù)被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、車刀材料、冷卻條件及加工方式等來選擇切削速度，采用機(jī)械變速方法。車床縱、橫兩個方向的進(jìn)給運動由主軸變速箱的輸出軸，經(jīng)掛輪箱、進(jìn)給箱、光桿傳入溜板箱而獲得，其運動方式有手動與機(jī)動兩種。其工作過程過程如下： (1) 正常車削加工時一般不要求反轉(zhuǎn)，但在加工螺紋時，為保證螺紋的加工質(zhì)量，為避免亂扣，加工完畢后要求反轉(zhuǎn)退刀，且工件旋轉(zhuǎn)速度與刀具的移動速度之間保持嚴(yán)格的比例關(guān)系。因此，c650臥式車床溜板箱與主軸變速箱之間通過齒輪傳動來連接，由同一臺電

7、動機(jī)拖動。(2) c650臥式車床通過主電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸反轉(zhuǎn)時，刀架也跟著后退。(3) 電流表a經(jīng)電流互感器ta接在主電動機(jī)m1的動力回路上，用來監(jiān)測電動機(jī)的負(fù)載情況。(4) 車削加工近似于恒功率負(fù)載，主電動機(jī)m1通常選用普通籠型異步電動機(jī)（功率為30kw），完成主軸運動和刀具進(jìn)給運動的驅(qū)動。m1電動機(jī)采用直接啟動的方式，可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，為加工方便，還具有點動功能。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，必須有停車制動動能，c650車床的正反停車采用速度繼電器控制電源的反接制動，以提高生產(chǎn)效率。(5) 車削加工中，為防止刀具和工

8、件的溫度過高，延長刀具使用壽命，提高加工質(zhì)量，車床附有一臺單方向旋轉(zhuǎn)的冷卻泵電動機(jī)m2，功率為0.18kw。(6) c650臥式車床的床身較長，為了提高生產(chǎn)效率、減輕工人的勞動強(qiáng)度，專門設(shè)置了一臺功率為2.2kw的電動機(jī)來拖動溜板箱快速移動。電動機(jī)可根據(jù)使用需要，隨時手動控制起停。(7) c650在進(jìn)行車削加工時，因被加工的工件材料、形狀、大小、性質(zhì)及工藝要求不同，且使用的刀具也不同，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，變換主軸箱外的手柄位置，可改變主軸的轉(zhuǎn)速。1.2 plc在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用plc 是先進(jìn)的工業(yè)化國家通用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制設(shè)備，在現(xiàn)

9、代工業(yè)自動化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大技術(shù)支柱(plc,cad/cam,robot) 之一，可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc 是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點。用plc 控制改造其繼電器控制電路, 可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積

10、小，降低了設(shè)備故障率, 提高了設(shè)備使用效率, 運行效果良好。隨著我國電力體制改革的深化，電力市場競爭將更加激烈，降低資源損耗和提高管理效益成為各發(fā)電企業(yè)的迫切需求。為此，對火電廠輔助車間自動控制水平提出了更高的要求。經(jīng)過科技人員的不斷引進(jìn)、開發(fā)、研究, 我國大型火電站的輔助系統(tǒng)（輸煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循環(huán)水泵房等）已由繼電器控制過渡到完全由plc 監(jiān)控。 plc 是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動化控制設(shè)計的，一般而言，無須任何保護(hù)措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備

11、的失控和誤動作，從而不能保證plc 的正常運行。要提高plc 控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高plc 的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè)計、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對plc 的影響。在新的時代，plc 會有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場總線通信能力會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求，plc 作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國發(fā)電廠的電氣自動化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。1.3 c650型臥式車床發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著

12、數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對國計民生的一些重要行業(yè)(it、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。當(dāng)前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。 1. 高速、高精密化高速、精密是機(jī)床發(fā)展永恒的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，對零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來愈高。為滿足這個復(fù)雜多變市場的需求，當(dāng)前機(jī)床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的

13、面市，也為機(jī)床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。 數(shù)控車床采用電主軸，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動的轉(zhuǎn)動慣量，提高了主軸動態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運轉(zhuǎn)時皮帶和帶輪等傳動的振動和噪聲問題。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到10000r/min以上。 直線電機(jī)驅(qū)動速度高，加減速特性好，有優(yōu)越的響應(yīng)特性和跟隨精度。用直線電機(jī)作伺服驅(qū)動，省去了滾珠絲杠這一中間傳動環(huán)節(jié)，消除了傳動間隙(包括反向間隙)，運動慣量小，系統(tǒng)剛性好，在高速下能精密定位，從而極大地提高了伺服精度。 直線滾動導(dǎo)軌副，由于其具有各向間隙為零和非常小的滾動摩擦，磨損小，發(fā)熱可忽略不計，有非常好的熱穩(wěn)定性，提高了

14、全程的定位精度和重復(fù)定位精度。通過直線電機(jī)和直線滾動導(dǎo)軌副的應(yīng)用，使機(jī)床的快速移動速度由目前的1020m/mim提高到6080m/min，甚至高達(dá)120m/min。 2. 高可靠性 數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項關(guān)鍵性指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。 3. 數(shù)控車床設(shè)計cad化、結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊化。隨著計算機(jī)應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展，cad技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。cad不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進(jìn)行設(shè)計方案選擇和大件整機(jī)的靜、動態(tài)特性分析、計算、預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計，可以對整機(jī)各工作部件進(jìn)行動態(tài)模擬仿真。在模塊化

15、的基礎(chǔ)上在設(shè)計階段就可以看出產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用cad，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計成本，提高市場競爭能力。 通過對機(jī)床部件進(jìn)行模塊化設(shè)計，不僅能減少重復(fù)性勞動，而且可以快速響應(yīng)市場，縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計周期。 4. 功能復(fù)合化 功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時間減至最少。通過功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺數(shù)控車床既可以實現(xiàn)車削功能，也可以實現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的機(jī)床上也可以實現(xiàn)磨削加工。寶雞機(jī)床廠已經(jīng)研制成功的cx25y數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機(jī)床同時具有x、

16、z軸以及c軸和y軸。通過c軸和y軸，可以實現(xiàn)平面銑削和偏孔、槽的加工。該機(jī)床還配置有強(qiáng)動力刀架和副主軸。副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機(jī)床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 c650臥式車床控制要求軸與進(jìn)給電動機(jī)m1、冷卻泵電動機(jī)m2和溜板箱快速移動電動機(jī)m3。從車削加工工藝出發(fā),對各臺電動機(jī)的控制要求如下： (1)主軸與進(jìn)給電動機(jī)m1,允許在空載下直接起動。其要求能實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn),從而經(jīng)主軸變速箱實現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn),或通過掛輪箱傳給溜板箱來拖動刀架以實現(xiàn)刀架的橫向左、右移動。為便于進(jìn)行車削加工前的對刀,則要求

17、主軸拖動工件作調(diào)整點動,所以要求主軸與進(jìn)給電動機(jī)能實現(xiàn)單方向旋轉(zhuǎn)的低速點動控制。主電動機(jī)停車時,由于加工工件轉(zhuǎn)動慣量較大,需采用反接制動。(2)冷卻泵電動機(jī)m2,用于在車削加工時,供出冷卻液,對工件與刀具進(jìn)行冷卻。2.2 c650臥式車床控制原理分析2.2.1主電路分析如圖2-1，c650臥式車床主電路設(shè)有三臺電動機(jī)的驅(qū)動電路。組合開關(guān)qs為電源開關(guān)，將電源引入。fu1為主電動機(jī)m1的短路保護(hù)熔斷器，fr1為m1過載保護(hù)熱繼電器。r為限流電阻，當(dāng)主軸點動時，限制啟動電流，在停車反轉(zhuǎn)制動時，又起限制過大的反向制動電流的作用。電流表a用來監(jiān)視電動機(jī)m1的繞組電流，由于主軸電機(jī)m1的功率很大，故電流

18、表a經(jīng)電流互感器ta接在主電動機(jī)m1的動力回路上。圖中時間繼電器的常閉開關(guān)kt作用是短接電流表a，在機(jī)床剛開始啟動時，以讓電流表躲避啟動尖峰電流沖擊，待時間繼電器延時一定時間后，常閉kt斷開，電流表a接入電路，開始監(jiān)測主軸電動機(jī)繞組電流。當(dāng)機(jī)床工作時，可調(diào)整切削用量，使電流表a的電流接近主電動機(jī)m1額定電流的對應(yīng)值（經(jīng)電流互感器ta后減小了的電流值），以便提高生產(chǎn)效率和充分利用電動機(jī)m1的潛力。km1、km2為控制主軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器，km3用于短接電阻r的接觸器，由它們的主觸頭相互組合控制主軸電機(jī)m1。速度繼電器ks為控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)制動用。fu2為冷卻泵電動機(jī)m2的短路保護(hù)熔斷器，km4為

19、控制m2運行的接觸器，fr2為m2過載保護(hù)熱繼電器。fu3為快速移動電動機(jī)m3的短路熔斷器，km5為控制m3運行的接觸器點動時運行，故不設(shè)置熱繼電器保護(hù)。 2.2.2主電動機(jī)點動控制分析如圖2-1，sb2為控制主電動機(jī)的按鈕開關(guān)，當(dāng)按下sb2且不松手時，接觸器km1線圈通電，km1主觸點閉合接通電路，這時接觸器km3線圈沒有接通，電網(wǎng)電壓經(jīng)限流電阻接入主電動機(jī)m1，從而減少了起動電流。由于中間繼電器ka未通電，雖然此時km1的常開觸點（13-15）已閉合，但并未能自鎖。因此，當(dāng)松開sb2后，km1線圈隨即斷電，主電動機(jī)m1停止運行。2.2.3主電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制分析如圖2-1，雖然主電動機(jī)m1

20、的額定功率為30kw，但只是在車削時消耗功率較大，而啟動負(fù)載很小，因而啟動電流并不很大。所以，在非頻繁點動的一般工 作時，仍然采用了全壓直接啟動。sb3為正向啟動控制按鈕開關(guān)，當(dāng)按下sb3時，sb3（715）閉合，交流接觸器km3線圈通電，km3主觸點閉合，短接限流電阻r，另一個常開輔助觸點（5-23）閉合，中間繼電器ka線圈通電，其常開觸點（7-19）閉合，使得km3在sb3松開后保持通電，進(jìn)而ka也保持通電。同時ka的常閉觸點將停車制動的基本電路切除。另一方面，當(dāng)sb3尚未松開時，由于ka的另一個常開輔助觸點（9-13）已閉合，因而使得交流接觸器km1線圈通電，其主觸點閉合，主電動機(jī)m1全

21、壓啟動運行。與此同時，km1的常開輔助觸點（13-15）閉合，與之前閉合的兩個ka常開觸點（7-19、9-13）形成自鎖通路，當(dāng)sb3松開后，從而km1保持通電。kt的常閉觸點在主電路中短接電流表a，其作用是使電流表避過啟動尖峰電流的沖擊。在ka常開觸點（7-19）閉合km3通電的同時，通電延時時間繼電器kt通電，開始延時，時間到后，其主電路的常閉觸點斷開，此時電流表接入電路開始監(jiān)測主電動機(jī)m1的繞組電流。如圖所示，sb4（13區(qū)）為反向啟動按鈕開關(guān)，反向啟動控制過程與正向啟動控制過程類似。2.2.4主電動機(jī)反接制動分析如圖2-1， c650臥式車床采用反接制動方式進(jìn)行停車制動，使用速度繼電器

22、ks（3區(qū)）進(jìn)行檢測與控制。當(dāng)主電動機(jī)正轉(zhuǎn)啟動時，主軸電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)達(dá)到120r/min時，速度繼電器ks的正向常開觸點ks1（17-23）閉合，制動電路處于準(zhǔn)備狀態(tài)，當(dāng)按下總停按鈕sb1（3-5）開關(guān)后，原來通電的km1、km3、ka、kt就馬上失電，它們的所有觸點均被釋放復(fù)位到常態(tài)。而主電動機(jī)因慣性仍然運轉(zhuǎn)，因速度不可能立刻降下來（n 100r/min），所以速度繼電器ks1（17-23）仍閉合，當(dāng)sb1（3-5）復(fù)位時ks1（17-23）與控制反接制動電路的ka常閉輔助觸點（7-17）一起接通接觸器km2的線圈電路，電流通路是：tc（110v） fu5 （1-3） sb1常閉觸點（3-5

23、） fr1（5-7） ka常閉觸點（7-17）ks正向常開觸點ks1（17-23）km1常閉觸點（23-25）km2線圈（4-25）fu5（2-4）tc 。這樣，主電動機(jī)m1主電路即串入限流電阻r進(jìn)行反接制動，強(qiáng)迫電動機(jī)迅速停止，正向轉(zhuǎn)速很快就降下來，當(dāng)降到（n 100r/min）很低時，速度繼電器ks的正向常開觸點ks1（17-23）復(fù)位斷開，這樣就切斷了上面的km2線圈通路，其相應(yīng)的主觸點復(fù)位，電動機(jī)斷電，則正向反接制動結(jié)束。反轉(zhuǎn)時的反接制動過程與正轉(zhuǎn)停車制動時的反接制動過程相似，則不在作詳細(xì)分析。在反接狀態(tài)下，速度繼電器ks的反向常開觸點ks2（9-17）閉合，制動時接通km1（4-11

24、）的線圈電路，進(jìn)行反接制動。2.2.5快速電動機(jī)與冷卻泵電動機(jī)控制分析.如圖2-1，若要使快速電動機(jī)動作(刀架快速移動),則轉(zhuǎn)動刀架手柄,使其壓合位置開關(guān)sq(5-23),sq閉合,接通km5線圈電路,km5線圈主觸點(5區(qū))閉合,這樣快速電動機(jī)m3就開始運轉(zhuǎn),經(jīng)傳動系統(tǒng)驅(qū)動溜板箱,帶動刀架快速移動。當(dāng)?shù)都苁直鷱?fù)位時，快速電動機(jī)m3停止運行。 sb5、sb6按鈕開關(guān)分別為冷卻泵電動機(jī)m2的停止、啟動開關(guān)，控制接觸器km4線圈電路的通斷，達(dá)到控制冷卻泵m2的通斷運行。圖2-1 c650車床控制原理圖2.3 輔助電路分析2.3.1照明電路和控制電源分析如圖2-1，tc為控制變壓器，二次側(cè)有兩路，一

25、路為110v，為控制電路提供電源；而另一路為36v（安全電壓），供照明電路照明，sa（7區(qū)）為控制照明電路的開關(guān)，sa閉合時照明燈hl（7區(qū)）點亮，斷開則熄滅。2.3.2電流表保護(hù)電路如圖2-1，電流表a（3區(qū)）經(jīng)電流互感器ta（2區(qū)）接在主電動機(jī)m1的主電路上，由于在主電動機(jī)在剛啟動時，啟動尖峰電流很大，為了讓電流表躲過啟動尖峰電流的沖擊，則在線路上設(shè)置了時間繼電器kt（12區(qū)）的常閉開關(guān)kt（3區(qū)）進(jìn)行保護(hù)。在主電動機(jī)正向或反向啟動后，時間繼電器kt（12區(qū)）通電，延時開始，延時時間尚未到時，電流表a（3區(qū)）被時間繼電器kt（12區(qū)）延時常閉觸點（3區(qū)）短路，延時時間到后，電流表開始指示（

26、監(jiān)測主電動機(jī)繞組電流）。第三章 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1 plc的選型 plc 是控制系統(tǒng)的核心部件，正確的選擇plc對整個控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)起著重要的作用。選型的基本原則是：所選的 plc 應(yīng)能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。選型的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面： plc 結(jié)構(gòu)的選擇 在相同功能和相同 i/o 點數(shù)的情況下，整體式 plc 比模塊式 plc 價格低。 plc 輸出方式的選擇 不同的負(fù)載對 plc 的輸出方式有相應(yīng)的要求。繼電器輸出型的 plc 可以帶直流負(fù)載和交流負(fù)載；晶體管型與雙向晶閘管型輸出模塊分別用于直流負(fù)載和交流負(fù)載。 i/o 響應(yīng)時間的選擇 plc 的響應(yīng)時間包括輸入濾

27、波時間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時間延遲。 聯(lián)網(wǎng)通信的選擇 若 plc 控制系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則所選用的 plc 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 plc 應(yīng)具有連接其它 plc 、上位計算機(jī)及 crt 等接口的能力。 plc 電源的選擇 電源是 plc 干擾引入的主要途徑之一，因此應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)電源以助于提高 plc 控制系統(tǒng)的可靠性。一般可選用畸變較小的穩(wěn)壓器或帶有隔離變壓器的電源，使用直流電源時要選用橋式全波整流電源。 i/o 點數(shù)及 i/o 接口設(shè)備的選擇 存儲容量的選擇 plc 程序存儲器的容量通常以字或步為單位，用戶程序存儲器的容量可以作粗略的估算。一般情況下用戶程序所需的存

28、儲器容量可按照如下經(jīng)驗公式計算： 程序容量 =k 總輸入點數(shù) / 總輸出點數(shù) 對于簡單的控制系統(tǒng)， k=6 ；若為普通系統(tǒng)， k=8 ；若為較復(fù)雜系統(tǒng)， k=10 ；若為復(fù)雜系統(tǒng)，則 k=12 。在選擇內(nèi)存容量時同樣應(yīng)留有裕量，一般是運行程序的 25% 。不應(yīng)單純追求大容量，在大多數(shù)情況下，滿足 i/o 點數(shù)的 plc ，內(nèi)存容量也能滿足。 車床電氣控制系統(tǒng)所需的i/ o 點總數(shù)在256以下，屬于小型機(jī)的范圍. 控制系統(tǒng)只需要邏輯運算等簡單功能。主要用來實現(xiàn)條件控制和順序控制。為實現(xiàn)c650 車床上述的電氣控制要求，所以plc 可以選擇西門子公司的s7 - 200 系列。它的價格低，體積小，非

29、常適用于單機(jī)自動化控制系統(tǒng). 該機(jī)床的輸入信號是開關(guān)量信號，輸出是負(fù)載三相交流電動機(jī)接觸器等。 車床電氣控制系統(tǒng)需要9個外部輸入信號，6 個輸出信號。plc 所具有的輸入點和輸出點一般要比所需冗余30 % ，以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴(kuò)展預(yù)留。所以本系統(tǒng)所需的輸入點為14 個,輸出點為7 個?，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 點輸入。 3.2 i/o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點數(shù)。根據(jù)需要控制的開關(guān)、設(shè)備大約輸入點為9個,輸出點為6 個需進(jìn)行控制，i/o地址分配如下表3-1所示。輸入信號plc地址輸出信號pl

30、c地址主軸停止按鈕sb1i0.0主電動機(jī)m1 正轉(zhuǎn)km1q0.0主軸電動機(jī)m1 的正轉(zhuǎn)按鈕sb3i0.1主電動機(jī)m1 反轉(zhuǎn)km2q0.1主軸電動機(jī)m1 的反轉(zhuǎn)按鈕sb4i0.2短接制動電阻km3q0.2主軸電動機(jī)m1 的點動按鈕sb2i0.3冷卻泵電動機(jī)m2 起、停km4q0.3冷卻泵電動機(jī)m2 停止按鈕sb5i0.4快速電動機(jī)m3 起、停km5q0.4冷卻泵電動機(jī)m2 起動按鈕sb6i0.5快速電動機(jī)m3 起、停位置開關(guān)sqi0.6速度繼電器正向常開觸頭ks1i0.7速度繼電器反向常開觸頭ks2i1.0表3-1 c650臥式車床plc控制系統(tǒng)i/o地址分配圖3.3 i/o接線圖根據(jù)plc i

31、/o端子的分配，畫出了c650臥式車床plc控制系統(tǒng)i/o接線圖如下圖3-1所示圖3-1 c650臥式車床plc控制系統(tǒng)i/o接線圖3.4 plc控制原理圖3.5 元器件清單 代號名 稱型 號 及 規(guī) 格用 途數(shù)量m1三相交流異步電動機(jī)jo3-802-6 0.75kw 380v 905r/min主電動機(jī)1m2三相交流異步電動機(jī)jo3-802-6 0.75kw 380v 905r/min冷卻泵電動機(jī)1m3三相交流異步電動機(jī)jo3-802-6 0.75kw 380v 905r/min快速移動電動機(jī)1fu1熔斷器rl1-15 15a主電動機(jī)過載保護(hù)1fu2熔斷器rl1-15 15am2、m3短路保護(hù)

32、1km1交流接觸器cj10-40a 線圈電壓220vm1正轉(zhuǎn)接觸器1km2交流接觸器cj10-40a 線圈電壓220vm1反轉(zhuǎn)接觸器1km3交流接觸器cj10-40a 線圈電壓220v 短接制動按鈕1km4交流接觸器cj10-75a 線圈電壓220v控制m21km5交流接觸器cj10-40a 線圈電壓220v控制m31fr1熱繼電器jr10-60 52.5am1過載保護(hù)1fr2熱繼電器jr10-10 *14 7.20am2過載保護(hù)1sb1按鈕黑色m1正轉(zhuǎn)1sb2按鈕黑色m1反轉(zhuǎn)1sb3按鈕黑色m1停止1sb4按鈕黑色m1點動1sb5開關(guān)黑色m2起動停止1sb6按鈕黑色快速移動電機(jī)1ks1速度繼

33、電器la2 紅色反接制動1ks2速度繼電器la19-11j 紅色反接制動1ta電流互感器lqg-0.5 100/5a-1表3-2 元器件清單第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計 車床正反向工作及反接制動過程該控制程序步驟為：按下sb3，m0.0導(dǎo)通，q0.2動作，km3吸合短接電阻r，同時m0.1動作，q0.0動作，km1吸合，主電動機(jī)m1正轉(zhuǎn)起動運行，開始車削加工。要停車時，按下sb1，q0.0、q0.2釋放，松開sb1，q0.1動作，km2吸合，主電動機(jī)m1串電阻反接制動，當(dāng)速度接近于零時，速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭ks1斷開，km2釋放電動機(jī)m1停轉(zhuǎn)。反向工作過程與正向相同。

34、主電動機(jī)點動過程按下sb2，q0.0動作，使km1吸合，m1串電阻限流點動，松開sb2，q0.0斷開，m1停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)點動控制。 刀架快速移動及冷卻泵工作過程該控制程序步驟為：刀架快速移動過程為按下開關(guān)sq，q0.4動作，km5吸合，m3起動運行 。 冷卻泵工作過程為按下開關(guān)sb6，q0.3動作km4線圈得電，冷卻泵電動機(jī)m2工作，停止時按下sb5即可。梯形圖程序見下圖4-1圖4-1 梯形圖4.2 plc控制程序流程圖如下圖4-2 程序流程圖第五章 系統(tǒng)調(diào)試 在調(diào)試前我們需要對線路進(jìn)行檢查，按照接線圖檢查電源線和接地線是否可靠，主線路和控制線路連接是否正確，絕緣是否良好，各開關(guān)是否處于“0”位，插頭和各插接件是否全部插緊；檢查工作臺等部件的位置是否合適，防止通電時發(fā)生失誤。在檢查完各部分正確無誤后，便可接上設(shè)備的工作電源，開始通電調(diào)試了。5.1 硬件檢查合上實驗臺上供電的電源開關(guān)，用萬用表測量系統(tǒng)總電源開關(guān)進(jìn)線端的電壓，看一看電壓是否正常，有無斷相或三相電壓特別不平衡的現(xiàn)象。如果一切正常，便可合上總電源開關(guān)sb1，并用萬用表測量電源能供到的各支路終端的電壓是否正常。有無斷相。 用萬用表測量各硬件的接線情況，看是否有短接，斷接和虛連的情況，并與電路控制原理圖一一對照，看是否有無接錯的地方。各部分都正確無誤的情況下進(jìn)行軟硬件聯(lián)