機電一體化畢業(yè)設計（論文）車床的PLC控制設計

1、車床的 plc 控制設計 the lathe plc control desig 專 業(yè)：08 機電一體化大專班 學 生 姓 名： 學 號： 指 導 教 師： 完 成 日 期： 武威職業(yè)學院工程技術系 車床的plc 控制設計 - i - 摘 要 傳統(tǒng)的 c650 車床采用繼電器實現(xiàn)電氣控制，接線多且復雜，體積大，功耗大， 一旦系統(tǒng)構成，想改變或增加功能很困難，其工作性能已不能達到現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。 因此，以 plc 取代常規(guī)的繼電器，可提高工作性能，并且達到車床的控制要求。 本次設計介紹了 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

2、plc 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了車床啟動、正 轉反轉、反接制動、刀架快速移動、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,機床的 各項性能有了很大的改善，工作效率有了明顯提高。 經(jīng)反復調(diào)試，該項技術可推廣應用于自動化其他領域的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)運行 情況良好，車削精度更高。 關鍵詞：plc；車床；繼電器 車床的plc 控制設計 - ii - abstract the traditional c650 lathe adopts relays electrical control realization .wiring and com

3、plex, big volume and power consumption .once composition the systems, it is very difficult to change or add function. its performance cannot reach the requirement of modern production. therefore, replace relay of conventional plc, it is can improve the working performance and achieve the lathe contr

4、ol requirements. this design recommends c650 horizontal lathes are introduced the working principle of electric control system and the forms of exercise. write a plc control procedures and instructions ladder-diagram form program. using plc control system, realized the lathe, are turning inversion,

5、reverse connect braking, cutter in fast moving, cooling pump and some function. by plc control, the control system of large and convenient maintenance, simple, easy to check and save a lot of relays, various properties of machine elements have greatly improved, work efficiency was obviously improved

6、. after repeated testing, the technology can be applied to other areas of automation control system, the system operation condition, turning a higher pre key words：plc； lathe；relay 車床的plc 控制設計 - iii - 目 錄 摘要. .i abstract. .ii 1 前言.1 1.1 c650 型臥式車床簡介.2 1.2 plc 在電氣控制系統(tǒng)中的應用.3 1.3c650 型臥式車床發(fā)展趨勢.4 2 系統(tǒng)總設

7、計.4 2.1plc 控制系統(tǒng)的設計基本內(nèi)容. .5 2.2plc 控制系統(tǒng)設計原則.5 3 系統(tǒng)硬件設計.5 3.1 主要電氣的選擇. 5 3.1.1 交流接觸器和中間繼電器的選擇.6 3.1.2 保護電器的選擇.6 3.1.3 控制器的選擇.7 3.2 c650 臥式車床的主要結構和運動形式.7 3.3 c650 臥式車床控制原理電路圖概述及原理分析.8 3.4i/o 地址的分配.11 3.5i/o 接線圖.12 4 系統(tǒng)軟件設計.13 4.1 plc 的系統(tǒng)結構和基本工作原理.13 4.2 plc 的基本功能和基本指令.14 4.21 plc 基本功能.14 4.22 plc 基本指令.

8、15 4.3 plc 控制梯形圖.16 5 系統(tǒng)調(diào)試.17 5.1 硬件檢查.17 5.2 系統(tǒng)綜合調(diào)試.18 結論.19 車床的plc 控制設計 - iv - 致謝.20 參考文獻.21 附錄.22 車床的plc 控制設計 1 1 前言 1.1 c650 型臥式車床簡介 c650 普通車床屬于中型車床，用于切削工件外圓、內(nèi)孔和端面等。該車床由主 軸運動和刀具進給運動完成切削加工。主軸由三相異步電動機拖動，主軸通過卡盤 帶動工件的旋轉運動；進給運動，溜板帶動刀架的縱向和橫向直線運動，其中縱向 運動是指相對操作者向左或向右的運動，橫向運動是指相對于操作者向前或向后的 運動；輔助運動，包括刀架的快

9、速移動、工件的夾緊與松開等。工作過程如下： 1正常加工時一般不需反轉，但加工螺紋時需反轉退刀，且工件旋轉速度與刀 具的進給速度要保持嚴格的比例關系，為此主軸的轉動和溜板箱的移動由同一臺電 動機拖動。主電動機 m1（功率為 20kw），采用直接起動的方式，可正反兩個方向旋 轉，為加工調(diào)整方便，還具有點動功能。由于加工的工件比較大，加工時其轉動慣 量也比較大，需停車時不易立即停止轉動，必須有停車制動的功能，c650-2 車床的 正反向停車采用速度繼電器控制的電源反接制動。 2電動機 m2 拖動冷卻泵。車削加工時，刀具與工件的溫度較高，需設一冷卻泵 電動機，實現(xiàn)刀具與工件的冷卻。冷卻泵電動機 m2

10、單向旋轉，采用直接起動、停止 方式，且與主電動機有必要的聯(lián)鎖保護。 3快速移動電動機 m3。為減輕工人的勞動強度和節(jié)省輔助工作時間，利用 m3 帶動刀架和溜板箱快速移動。電動機可根據(jù)使用需要，隨時手動控制起停。 4采用電流表檢測電動機負載情況。 5車削加工時，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 床大多采用機械方法調(diào)速，變換主軸箱外的手柄位置，可以改變主軸的轉速。 傳統(tǒng)的機床控制系統(tǒng)是硬連線方式的繼電一接觸器控制系統(tǒng)，但該系統(tǒng)連線復 雜，體積大，可靠性差，自動化水平低，難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。 現(xiàn)代工

11、業(yè)生產(chǎn)中，中小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來越高，零件的復 雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通磨床已經(jīng)越來越難以適應現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求， 制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動力成本、產(chǎn)品成本，提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的競 爭，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的競爭，將面臨知識技術產(chǎn)品 的更新周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，而對質(zhì)量、性能的要求更高，同時社會 車床的plc 控制設計 2 對環(huán)境保護、綠色制造的意識不斷加強，因此敏捷先進的制造技術將成為企業(yè)贏得 競爭和生存、發(fā)展的主要手段。計算機信息技術和制造自動化技術的結合越來越緊 密，作為自動化柔性生產(chǎn)重要基礎的“軟”控制系統(tǒng)機床，在生產(chǎn)中所占比

12、例將越 來越高。 20 世紀 70 年代以前，電氣自動控制的任務基本上是由繼電器控制系統(tǒng)來完成。 繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單、價格低廉、抗干擾能力強，所以當時應用的十 分廣泛，至今仍在許多簡單的機械設備中應用。但是，該類控制系統(tǒng)的缺點也十分 明顯，它采用固定的硬件接線方式來完成各種邏輯控制，靈活性差；另外機械性觸 點的工作頻率低，易損壞，因此可靠性較差。 當前，隨著科學技術的不斷發(fā)展及生產(chǎn)工藝上不斷提出新的要求，電氣控制技 術得到飛速的發(fā)展。在控制方法上，主要是從手動到自動控制；在控制功能上，是 從簡單的控制設備到復雜的控制系統(tǒng)；在操作方式上，由笨重到輕巧；在控制原理 上，從有觸點的繼電接

13、觸式控制系統(tǒng)到以計算機為核心的“軟”控制系統(tǒng)。 plc 的應用面廣、功能強大、使用方便，是當代工業(yè)自動化的主要設備之一。 plc 以軟件手段實現(xiàn)了各種控制功能，與繼電器控制系統(tǒng)相比，靈活性大大提高； 與普通的計算機相比，又具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、組合靈活、擴 展方便、體積小等突出優(yōu)點，因而在機床電氣控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。 1.2 plc 在電氣控制系統(tǒng)中的應用 plc 是先進的工業(yè)化國家通用的標準工業(yè)控制設備，在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中 是最值得重視的先進控制技術，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大技術支柱 (plc,cad/cam,robot) 之一，可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境

14、下應用而設計 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，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc 是微機技術與傳統(tǒng)的繼 電接觸控制技術相結合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復 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、體積小，降低了設備 故障率, 提高了設備使用效率, 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

15、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 車床的plc 控制設計 3 進、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)自動化控制設計的，一般而言，無須任何保護措施就 可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或 安裝使用不當，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， 這將會造成設備的失控和誤動作，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

16、提高 plc 的抗干擾能力；另一方面，要在設計、 安裝和使用維護中引起高度重視，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 機界面、完備的通信設備、成熟的現(xiàn)場總線通信能力會更好地適應各種工業(yè)控制場 合的需求，plc 作為自動化控制網(wǎng)絡和國際通用網(wǎng)絡的重要組成部分，將在我國發(fā) 電廠的電氣自動化建設中發(fā)揮越來越大的作用。 1.3 c650 型臥式車床發(fā)展趨勢 數(shù)控技術的應用不但給傳統(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，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重 要行業(yè)(it、

17、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、精密是機床發(fā)展永恒的目標。隨著科學技術突飛猛進的發(fā)展，機電產(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 復雜多變市場的需求，當前機床正向高速切削、干切削和準干切削方向發(fā)展，加工 精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機的成功應用，陶瓷滾珠軸承、 高精度大導程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直 線導軌副等機床功能部件的面市，也為機床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。 數(shù)控車床采用

18、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 轉動慣量，提高了主軸動態(tài)響應速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運轉時皮帶 和帶輪等傳動的振動和噪聲問題。采用電主軸結構可使主軸轉速達到 10000r/min 以 上。 車床的plc 控制設計 4 直線電機驅(qū)動速度高，加減速特性好，有優(yōu)越的響應特性和跟隨精度。用直線 電機作伺服驅(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，提高了全程的定位精

19、度和重復定位精度。通 過直線電機和直線滾動導軌副的應用，可使機床的快速移動速度由目前的 1020m/mim 提高到 6080m/min，甚至高達 120m/min。 2. 高可靠性 數(shù)控機床的可靠性是數(shù)控機床產(chǎn)品質(zhì)量的一項關鍵性指標。數(shù)控機床能否發(fā)揮 其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關鍵取決于其可靠性的高低。 3. 數(shù)控車床設計 cad 化、結構設計模塊化。 隨著計算機應用的普及及軟件技術的發(fā)展，cad 技術得到了廣泛發(fā)展。cad 不僅 可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進行設計方案選擇和大件整機 的靜、動態(tài)特性分析、計算、預測及優(yōu)化設計，可以對整機各工作部件進行動態(tài)模

20、 擬仿真。在模塊化的基礎上在設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，提高設計的一次成功率，從而縮短試制 周期，降低設計成本，提高市場競爭能力。 通過對機床部件進行模塊化設計，不僅能減少重復性勞動，而且可以快速響應 市場，縮短產(chǎn)品開發(fā)設計周期。 4. 功能復合化 功能復合化的目的是進一步提高機床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時間減至 最少。通過功能的復合化，可以擴大機床的使用范圍、提高效率，實現(xiàn)一機多用、 一機多能，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 為主的機床上也可以實現(xiàn)磨削加工。寶雞機床廠已經(jīng)研制成功的 cx25y

21、數(shù)控車銑復 合中心，該機床同時具有 x、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。該機床還配置有強動力刀架和副主軸。副主軸采用內(nèi)藏式 電主軸結構，通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實現(xiàn)主、副主軸轉速同步。該機床工件一次裝夾 即可完成全部加工，極大地提高了效率。 車床的plc 控制設計 5 2 系統(tǒng)總設計 2.1 plc 控制系統(tǒng)的設計基本內(nèi)容 plc 控制系統(tǒng)是由 plc 與用戶輸入、輸入設備連接而成的，用以完成預期的控 制目的與相應的控制要求。因比 plc 控制系統(tǒng)設計的基本內(nèi)容應包括: 了解設備電器的工作原理。根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，如需要完成 的動

22、作（動作順序，必需的保護和聯(lián)鎖等），操作方式（手動，自動，點動，連續(xù) 等）。根據(jù)控制要求確定系統(tǒng)控制方案，進行系統(tǒng)的總體設計。 進行 plc 控制系統(tǒng)配置的設計，主要為 plc 的選擇，plc 是 plc 控制系 統(tǒng)的核心部件，正確選擇 plc 對于保證整個控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性能指標起著重要 的作用。選擇 plc，應包括機型的選擇 、i/o 模塊的選擇等。 選擇用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關、行程開關等）、輸出設備 （繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件），以及由輸出設備驅(qū)動的控制對象（電動 機、電磁閥等），這些設備屬于一般的電器元件。 根據(jù)控制要求基本確定 i/o 點數(shù)和模擬量通道數(shù)，進

23、行 i/o 初步分配，繪制 i/o 接線圖 程序設計主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設計梯形圖、語句表程序，控制程 序是控制整個系統(tǒng)工作的核心條件，是保證系統(tǒng)工作正常，安全、可靠的關鍵。 聯(lián)機調(diào)試。按照控制電路原理圖連接硬件，將編寫好的控制程序下載至 plc，進行軟硬件聯(lián)調(diào)，如果不滿足控制系統(tǒng)的要求，再返回修改程序或檢查接線， 直到滿足控制系統(tǒng)的要求為止。 2.2 plc 控制系統(tǒng)設計原則 最大限度地滿足被控對象的控制要求。設計前應深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究， 搜集資料，并 擬定電氣控制方案。 在滿足控制要求的前提下， 力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維護方便。 保證控制系統(tǒng)安全可靠。 車床的plc 控

24、制設計 6 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇 plc 的容量時，應適當留有裕量。 3 系統(tǒng)硬件設計 3.1 主要電氣的選擇 任何一種繼電器系統(tǒng)都有三個部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。 系統(tǒng)輸入部分由所有行程開關、方式選擇開關、控制按鈕等組成。邏輯部分是指由 各種繼電器及其觸點組成的實現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路，輸出部分包括各種負載 的接觸器線圈。在本次控制系統(tǒng)設計中用 plc 代替了繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路 部分。在車床的電氣控制系統(tǒng)，所有觸頭，行程開關，控制按鈕（sb1sb6）等為 系統(tǒng)的輸入信號；接觸器線圈（km1-km5），為系統(tǒng)的輸出信號。 3.1.1 交流接觸器和中間繼

25、電器的選擇 接觸器 接觸器是工業(yè)電氣中用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動開關。交流接觸器 由電磁線圈，靜銜鐵，動銜鐵，靜觸點，動觸點、滅弧裝置和固定支架等部分組成。 其原理是當接觸器的電磁線圈通入交流電時，會產(chǎn)生很強的磁場使裝在線圈中心的 靜銜鐵吸動動銜鐵，當兩組銜鐵合攏時，安裝在動銜鐵上的動觸點也隨之與靜觸點 閉合，使電氣線路接通。當斷開電磁線圈中的電流時，磁場消失，接觸器在彈簧的 作用下恢復到斷開的狀態(tài)。 在工業(yè)電氣中，交流接觸器的型號很多，電流在 5a-1000a 的不等，常用交流 接觸器的型號有 cj20、cjx1、cj1 和 cj10 等系列。在這次控制系統(tǒng)硬件的設計中， 采用了 c

26、j10 系列的交流接觸器，其額定電流應在控制電流的 1.11.3 倍之間,各接 觸器型號見附錄。 中間繼電器 中間繼電器是最常用的繼電器之一，它的結構和接觸器的基本相同，只是電磁 系統(tǒng)小些，觸點多一些。常用的繼電器型號有 jz7、jz14 等。 3.1.2 保護電器的選擇 熔斷器 車床的plc 控制設計 7 熔斷器在電路中主要起短路保護作用，用于保護線路。熔斷器的熔體串接于被 保護的電路中，熔斷器以自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現(xiàn)短 路保護及過載保護。 熱繼電器 熱繼電器主要用于電氣設備（電動機）的過負荷保護。熱繼電器勢利用一種電 流熱效應原理工作的電器，它具有與電動機容許過載

27、特性相近的反時限動作特性， 主要與接觸器配合使用，用于對三相異步電動機的過負荷和斷相保護。 三相異步電動機在實際運行中，常會遇到因電氣或機械原因等引起的過電流(過 載和斷相)現(xiàn)象，如果過電流不嚴重，持續(xù)時間短，繞組不超過允許溫升，這種過電 流是允許；如果過電流情況嚴重，持續(xù)時間較長，則會加快電動機絕緣老化，甚至 會燒毀電動機，因此，在電動機回路中應設置電動機保護裝置。 熱繼電器的選型原則：熱繼電器主要用于電動機的過載保護，使用中應考慮電 動機的工作環(huán)境、起動情況、負載性質(zhì)，等因素。星形接法的電動機可選用兩相或 三相結構的熱繼電器，三角形接法的電動機應選用帶斷相保護裝置三相結構的熱繼 電器。熱繼

28、電器的動作電流整定值一般為電動機額定電流的 1.051.1 倍。 3.1.3 控制器的選擇 選擇開關 萬能轉換開關是一種多檔式控制多回路的開關電器。一般用于各種配電裝置的 遠距離控制，也可作為電器測量儀表的轉向開關或用作小容量電動機的啟動、制動、 調(diào)速和換向的控制，用途廣泛，故稱萬能轉換開關。常用的萬能轉換開關有 lw8、lw6 和 la18 系列。 控制按鈕 控制按鈕在控制電路中常用作遠距離手動控制接觸器、繼電器等有電磁線圈的 電路，也可用于電器連鎖等電路中。目前常用的按鈕有 la10、la18、la19、la20 等系列產(chǎn)品。 3.2 c650 臥式車床的主要結構和運動形式 c650臥式車

29、床屬于中型車床，床身的最大工件回轉半徑為1020mm，最大工件 長度為3000mm。主電動機功率為30kw，為提高工作效率，該機床采用了反接制動。 為了減少制動電流，制動時在定子回路串入了限流電阻r。拖動溜板箱快速移動的 車床的plc 控制設計 8 2.2kw電動機是為了減輕工人的勞動強度和節(jié)省輔助工作時間而專門設計的。對車床 的電氣控制要求是，車床加工工件時，首先由主軸上的夾頭夾緊工件，然后由主電 動機驅(qū)動旋轉，待冷卻液噴流到加工位置后，再進刀進行切削加工。加工完畢，將 刀具退回原位，關閉冷卻液，待主軸停轉后，取下工件，完成加工工藝。由此可見， 車床的運動主要有兩種：主運動和進給運動。主運動

30、由主電動機m1 完成，為了保證 啟動平穩(wěn)，采用y/降壓啟動方式。km1 控制主電動機正轉，km2 控制主電動機反 轉，km3 控制主電動機y 啟動運行，km4 控制主電動機啟動運行。m2 拖動冷卻泵， 在加工時提供冷卻液采用直接啟動及停止方式，km5 控制冷卻泵電動機。進給運動 有步進電機m3 拖動刀架快速移動，根據(jù)c650臥式車床運動情況及加工需要,本研究 采用3臺三相鼠籠型異步電動機拖動，即:主軸與進給電動機m1、冷卻泵電動機m2和 溜板箱快速移動電動機m3。從車削加工工藝出發(fā),對各臺電動機的控制要求如下： (1)主軸與進給電動機m1,功率為30 kw,允許在空載下直接起動。其要求能實現(xiàn)

31、正、反轉, ,從而經(jīng)主軸變速箱實現(xiàn)主軸的正、反轉, ,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。為便于進行車削加工前的對刀, ,則要求主軸拖動 工件作調(diào)整點動, ,所以要求主軸與進給電動機能實現(xiàn)單方向旋轉的低速點動控制。主 電動機停車時, ,由于加工工件轉動慣量較大, ,需采用反接制動。 (2)冷卻泵電動機m2,功率為0. 15 kw,用于在車削加工時,供出冷卻液,對工件與 刀具進行冷卻。 車床的plc 控制設計 9 圖 3-1 臥式車床的結構 3.3 c650 臥式車床控制原理電路圖概述及原理分析 c650 臥式車床控制電路原理圖所示。圖中主要分為主電路，冷卻電路，快速移

32、 動電路等三部分。 1 主電路分析 如圖所示主電路中有三臺電動機，隔離開關 qs 將 380v 的三相電源接入。電動 機 m1 的電路接線分為三部分：第一部分由正轉控制交流接觸器 km1 和反轉控制交 流接觸器 km2 的兩組主觸點構成電動機的正反轉接線；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)視的電動機繞組工作時的電流變 車床的plc 控制設計 10 化。為防止電流表被起動電流沖擊損壞，利用時間繼電器 kt 的延時動斷觸點，在 起動的短時間內(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，

33、在進行點動調(diào)整時，為防止連續(xù) 的起動電流造成電動機過載，串入限流電阻 r，保證電路設備正常工作。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，當主軸電動 機轉速低于速度繼電器 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 由交流接觸器 km4 的主觸點控制其電路的接通斷開，電動機 m3 由 交流接觸器 km5 的主觸點控制。 為保證電路的正常運行，主電路中還設置了熔斷器保護環(huán)節(jié)和熱繼電器的過載 保護環(huán)。 2 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 的控制電路兩部 分。由于主

34、電動機控制電路比較復雜，因而還可以進一步將主電動機控制電路分為 正、反轉起動、點動和停車制動等局部控制電路它們的控制電路如圖 3-2 所示。各 部分控制電路分析如下。 (1)主電動機正、反轉起動與點動控制 由圖 3-2 可知，當正轉起動按鈕 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與電流表 a 短接，以防止電流對電流表的沖擊，經(jīng)延時斷開后， 電流表接入電路正常工作。km3 的主觸點將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

35、本電路切 除，其動合觸點與 sb3 的動合觸點均在閉合狀態(tài)，控制主電動機的交流接觸器 km1 的線圈電路得電工作并自鎖，其主觸點閉合，電動機 m1 正向直接起動并結束。 km1 的自鎖回路由它的常開輔助觸點和 km3 線圈上方的 ka 的常開觸點組成自鎖 回路，來維持 km1 的通電狀態(tài)。反向直接起動控制過程與其相同，只是起動按鈕為 sb4。 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 正向直接起動，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 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， 車床

36、的plc 控制設計 11 從而使 km1 線圈電路形不成自鎖，松開按鈕，m1 停轉，實現(xiàn)了主電動機串聯(lián)電阻 限流的點動控制。 (2)主電動機反接制動控制電路 由圖 3-2 中主電動機反接制動控制電路可知，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。當電動機轉速接近零時，速度 繼電器的觸點打開，結束制動。下面以原工作狀態(tài)為正轉時進行停車制動過程為例， 說明電路的工作過程。當電動機正向轉動時，速度繼電器 ks 的動合觸點 ks2 閉合， 制動電路處于準備狀態(tài)，壓下停車按鈕 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

37、作的 ka 動斷觸點恢復原狀閉合，與 ks1 觸點一起，將反向起動交流接觸器 km2 的線圈電路接通，電動機 m1 接入反向 序電流，反向起動轉矩將平衡正向慣性轉動轉矩，強迫電動機迅速停車。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 一直限制反接制動 電流的作用。反接時的反接制動工作過程與此相似，此時反接狀態(tài)下，ks1 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。 (3)刀架的快速移動和冷卻泵電動機的控制 刀架的快速移動是由轉動刀架手柄壓動位置開關 qs，

38、接通快速移動電動機 m3 的控制接觸器 km5 的線圈電路，km5 的主觸點閉合，m3 電動機起動運行，經(jīng)傳動 系統(tǒng)驅(qū)動溜板箱帶動刀架快速移動。 冷卻泵電動機 m2 由起動按鈕 sb6、停車按鈕 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 sa 可控制照明燈 el，el 的電壓為 36v 的安全照明電壓。 3.4 i/o 地址的分配圖 根據(jù)該系統(tǒng)的控制要求，輸入輸出設備，確定了 i/o 點數(shù)。根據(jù)需要控制的開 關、設備大約輸入點為 12 個,輸出點為 7 個需進行控制，現(xiàn)將 i/o 地址分配如圖所 示。 車床的plc 控

39、制設計 12 圖 3-2 i/o 地址分配圖 輸入信號 plc 地址 輸出信號plc 地址 反接制動按鈕 sb1 i0.0 主電動機 m1 正轉 km1q0.0 主軸電動機 m1 的正轉按鈕 sb2 i0.1 主電動機 m1 反轉 km2q0.1 主軸電動機 m1 的反轉按鈕 sb3 i0.2 短接制動電阻 km3q0.2 主軸電動機 m1 的點動按鈕 sb4 i0.3 冷卻泵電動機 m2 起、停 km4 q0.3 冷卻泵電動機 m2 停止按鈕 sb5 i0.4 快速電動機 m3 起、停 km5q0.4 冷卻泵電動機 m2 起動按鈕 sb6 i0.5 快速電動機 m3 起、停位置開關 sq i

40、0.6 速度繼電器正轉常開觸頭 ks1 i0.7 速度繼電器正轉常開觸頭 ks2 i1.0 3.5 i/o 接線圖 車床的plc 控制設計 13 圖 3-3 i/o 接線圖 4 系統(tǒng)軟件設計 4.1 plc 的系統(tǒng)結構和基本工作原理 4.1.1plc 的系統(tǒng)結構 目前 plc 種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心 用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結構和工作原理都大致相同，硬件結構與微機 相似。主要包括中央處理單元 cpu、存儲器 ram 和 rom、輸入輸出接口電路、電 源、i/o 擴展接口、外部設備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結構來進行數(shù)據(jù)和指令的 車床的plc 控制設

41、計 14 傳輸。 plc 控制系統(tǒng)由輸入量plc輸出量組成，外部的各種開關信號、模擬信 號、傳感器檢測的各種信號均作為 plc 的輸入量，它們經(jīng) plc 外部輸入端子，作 為 plc 的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見，plc 的基本結構有控制部分 輸入和輸出組成。 4.12plc 的基本工作原理 plc 采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，cpu 從第一條指令開始執(zhí)行， 按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉指令，則從則從第一條指令開 始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不 斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。 輸入刷新階段 在輸入刷新階段，

42、cpu 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。 完成后關閉輸入端口，轉入程序執(zhí)行階段。 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相 應的邏輯運算結果存入對應的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 輸出刷新階段 當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并 通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成 plc 的實際輸出。 4.2 plc 的基本功能和基本指令 4.21 plc 基本功能 條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用 plc 的與、或、非指令取代 繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)及其它各種

43、邏輯連接，進行開關控制。 定時/計數(shù)控制功能 定時/計數(shù)控制功能指用 plc 提供的定時器、計數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時 或計數(shù)控制，以取代時間繼電器和計數(shù)繼電器。 數(shù)據(jù)處理功能 車床的plc 控制設計 15 數(shù)據(jù)處理功能是指 plc 能進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉換、算術運算、 邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 步進控制功能 步進控制功能是指用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道 工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構成的步進控制器。 運動控制功能 運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控 制。 過程控制功能 過程控制功能是指

44、通過 plc 的 pid 控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、 流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 擴展功能 擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即 i/o 擴展單元）模塊來增加輸入 輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高 plc 的控制功能。 遠程 i/o 功能 遠程 i/o 功能是指通過 i/o 單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與 plc 主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。 通信聯(lián)網(wǎng)功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過 plc 之間的聯(lián)網(wǎng)、plc 與上位機的鏈接等，實現(xiàn)遠程 i/o 控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復雜控制。 監(jiān)控功能 監(jiān)控功能是指 plc

45、能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進行狀態(tài)和進程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常 情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時 器、記數(shù)器等設定值或強制 i/o 狀態(tài)。 4.22 plc 基本指令 標準觸點指令 車床的plc 控制設計 16 常開觸點對應的存儲器地址為 1 狀態(tài)時，該觸點閉合，在語句表中，分別用 ld、and、or 指令表示開始、串聯(lián)和并聯(lián)的常開觸點。 常閉觸點對應的存儲地址為 0 狀態(tài)時，該觸點閉合，在語句表中分別用 ldn、ani、ori 來表示開始、串聯(lián)和并聯(lián)的常閉觸點。 輸出指令 輸出指令與線圈相對應，驅(qū)動線圈的觸點電路接通時，線圈流過“能流 4.3 plc 控制梯形圖

46、 車床的plc 控制設計 17 車床的plc 控制設計 18 5 系統(tǒng)調(diào)試 在調(diào)試前我們需要對線路進行檢查，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，用萬用表測量系統(tǒng)總電源開關進線端的電壓， 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 車床的plc 控制設計 19 可合上總電源開關 sb1，并用萬用表測量

47、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行 軟硬件聯(lián)調(diào)。 5.2 系統(tǒng)綜合調(diào)試 將編寫好的 plc 程序進行編譯，下載至 plc，由于控制系統(tǒng)運行電壓是在 220v，為了保證安全只好先在實驗臺上分步模擬，觀察各步的動作都正確無誤后， 按照 plc 控制系統(tǒng)接線圖在實驗臺上整體模擬，輸出部分（接觸器，電動機，快速 移動刀架）用實驗臺上的指示燈代替, 觀察輸出端點指示燈在一個工作循環(huán)里的狀 態(tài)變化，并與工藝過程對照。在對照前由于忘記對 plc 進行復位，雖然程序正確當 沒達到控制效果，所以在調(diào)試前應先進行復位操作。 在實驗臺上整體模擬無誤后，將檢查完畢的硬件連接電路（各電動機連接的電路） 與 plc 連接在一起，分別觀察各電動機的工作狀態(tài)，分步運行無誤后，將所有的電 動機按照 plc 接線圖連接在一起，分別觀察各個電動機的運行狀態(tài)，并與工藝過程 比較，沒有發(fā)現(xiàn)什么問題。此控制程序設計能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。 車床的plc 控制設計 20 結 論 本設計采用可編