C650臥式車(chē)床的控制系統(tǒng)的PLC控制改造

1、C650臥式車(chē)床的控制系統(tǒng)的PLC控制改造摘要:更新改造舊機(jī)床是最近幾年發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，該設(shè)計(jì)是對(duì)C650臥式車(chē)床的控制系統(tǒng)的PLC控制改造的研究設(shè)計(jì)。采用連線少、體積小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系統(tǒng)，來(lái)代替電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制邏輯，配以合適的數(shù)控系統(tǒng)，可使機(jī)床控制功能更加豐富，自動(dòng)化水平大大提高。此次設(shè)計(jì)從被控對(duì)象的I/O點(diǎn)數(shù)和性價(jià)比高、綜合成本低這幾個(gè)主要原則出發(fā)，主要進(jìn)行了控制裝置選型，PLC的地址分配和用梯形圖編輯的PLC控制程序設(shè)計(jì)。改造后的機(jī)床在實(shí)現(xiàn)機(jī)床原有功能的基礎(chǔ)上還增加了自動(dòng)加工、自動(dòng)換刀等多種功能。關(guān)鍵詞.數(shù)控改造繼電器 PLC 梯形圖

2、1、C650車(chē)床的主要結(jié)構(gòu)普通車(chē)床是一種應(yīng)用極為廣泛的金屬切削機(jī)床，能夠車(chē)削外圓、內(nèi)圓、端面、螺紋和定型表面，并可以通過(guò)尾架進(jìn)行鉆孔、鉸孔、攻螺紋等加工。C650臥式普通車(chē)床屬中型車(chē)床，加工工件回轉(zhuǎn)直徑最大可達(dá)1020mm,長(zhǎng)度可達(dá)3000mm。其結(jié)構(gòu)主要由床身、主軸變速箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、絲桿和光桿等部分組成。車(chē)床有兩種運(yùn)動(dòng)，一是軸卡盤(pán)帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱為主運(yùn)動(dòng)（切削運(yùn)動(dòng)），另一種是溜板刀架頂針帶動(dòng)刀具的直線運(yùn)動(dòng)，稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。兩種運(yùn)動(dòng)由同一電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)并通過(guò)各自的變速箱調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速或進(jìn)給速度。此外，為提高效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、便于對(duì)刀和減小輔助工時(shí)，C650車(chē)床的刀架還能快速移

3、動(dòng)，稱為輔助運(yùn)動(dòng)。C650車(chē)床車(chē)床由三臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，即主電動(dòng)機(jī)M1、冷卻電動(dòng)機(jī)M2和刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3。2、 C650車(chē)床的控制要求從車(chē)削工藝要求出發(fā)，對(duì)各電動(dòng)機(jī)的控制要求主要是：主電動(dòng)機(jī)M1（30KW）：由它完成主運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。要求：直接起動(dòng)連續(xù)運(yùn)行方式并有點(diǎn)動(dòng)功能以便調(diào)整；能正反轉(zhuǎn)以滿足螺紋加工需要；由于加工工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大，停車(chē)時(shí)帶有電氣制動(dòng)，此外，還要顯示電動(dòng)機(jī)的工作電流以監(jiān)視切削狀況。冷卻電動(dòng)機(jī)M2：用以加工時(shí)提供冷卻液，采用直接起動(dòng)、單向運(yùn)行、連續(xù)工作方式?？焖僖苿?dòng)電動(dòng)機(jī)M3：?jiǎn)蜗螯c(diǎn)動(dòng)、短時(shí)工作方式。要求有局部照明和必要的電氣保護(hù)與聯(lián)鎖。3、 繼電器電氣線路的分析C65

4、0車(chē)床電氣控制原理圖如圖3-1所示:圖3-1 C650車(chē)床電氣控制原理圖3.1主電路分析該機(jī)床共配置三臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1、M2和M3。主電動(dòng)機(jī)M1（功率為30kW）完成主軸主運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，采用直接啟動(dòng)方式，可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并可進(jìn)行正反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的電氣制動(dòng)停車(chē)。為加工調(diào)整方便，還具有點(diǎn)動(dòng)功能。電動(dòng)機(jī)M1控制電路分為四個(gè)部分：由正轉(zhuǎn)控制接觸器KM1和反轉(zhuǎn)控制接觸器KM2的兩組主觸點(diǎn)構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)電路。電流表PA經(jīng)電流互感器TA接在主電動(dòng)機(jī)M1主運(yùn)動(dòng)上，以監(jiān)視電動(dòng)機(jī)繞組工作電流變化。為防止電流表被啟動(dòng)電流沖擊損壞，利用時(shí)間繼電器KT的動(dòng)斷觸頭，在啟動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)將電流表暫時(shí)短接。串聯(lián)電

5、阻限流控制部分，接觸器KM3的主觸點(diǎn)控制限流電阻R的接入和切除，在進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)整時(shí)，為防止連續(xù)的啟動(dòng)電流造成電動(dòng)機(jī)過(guò)載而串入了限流電阻R，以保證電路設(shè)備正常工作。速度繼電器KS的速度檢測(cè)部分與電動(dòng)機(jī)的主軸相聯(lián)，在停車(chē)制動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，其動(dòng)合觸頭可將控制電路中反接制動(dòng)的相應(yīng)電路切斷，完成停車(chē)制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)M2提供切削液，采用直接啟動(dòng)停止方式，為連續(xù)工作狀態(tài)，由接觸器KM4的主觸點(diǎn)控制其主電路的接通與斷開(kāi)?？焖僖苿?dòng)電動(dòng)機(jī)M3由交流接觸器KM5控制，根據(jù)使用需要，可隨時(shí)手動(dòng)控制啟停。為保證主電路的正常運(yùn)行，主電路中還設(shè)置了采用熔斷器的短路保護(hù)環(huán)節(jié)和采用熱繼電器的電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)環(huán)節(jié)。3.

6、2 控制電路分析電源：由控制變壓器TC（380V/110V，36V）的接線和參數(shù)標(biāo)注可知各接觸器、繼電器線圈電壓等級(jí)為110V，而照明為36V安全電壓由主令開(kāi)關(guān)SA控制。主電動(dòng)機(jī)M1控制：接通電源QS+。正向點(diǎn)動(dòng) SB1+KM1+（無(wú)自保）M1串R正向點(diǎn)動(dòng)（SB1+表示按SB1并保持）正向起動(dòng) SB2+KM3+, KT+短接R, KA+ KM1+ (自保) M1全壓正向起動(dòng)(當(dāng)n120r/min時(shí)) KS-1+ (KT延時(shí)到,起動(dòng)完成) 轉(zhuǎn)速達(dá)n,電流表A接入正向停止制動(dòng) SB0+KM1-，KM3-，KT-，KA-（當(dāng)KS-1+時(shí)）KM2+M1串R反接制動(dòng) n(當(dāng)n100r/min時(shí)) KS-

7、1- KM2-。反向制動(dòng) （接SB3）與停車(chē)制動(dòng)（KS-2+）過(guò)程與正向類似。采用控制流程來(lái)表達(dá)電路的過(guò)程具有簡(jiǎn)單、一目了然的優(yōu)點(diǎn)。其基本步驟是：各自受控點(diǎn)動(dòng)作后出現(xiàn)的控制結(jié)果（利用坐標(biāo)標(biāo)注檢索可避免遺漏）。冷卻泵電動(dòng)機(jī) SQ6+ KM4+（自保）M2起動(dòng)?？焖匐妱?dòng)機(jī) SQ+（刀架手柄壓動(dòng)）KM5+M3起動(dòng)。3.3 整機(jī)線路聯(lián)鎖與保護(hù) 由KM1與KM2各自的常閉觸點(diǎn)串接于對(duì)方工作電路以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行互鎖。由FU及FU1FU6實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。由FR1與FR2實(shí)現(xiàn)M1與M2的過(guò)載保護(hù)（根據(jù)M1與M2額定電流分別整定）。KM1KM4等接觸器采用按鈕與自?？刂品绞?，因此使M1與M2具有欠電壓與零電壓保護(hù)

8、。3.4 I/0分配表根據(jù)所統(tǒng)計(jì)的I/O口與所選的PLC的型號(hào)可列出其I/O分配如表3-4所示:表3-4 PLC I/O分配表輸入設(shè)備PLC輸入繼電器輸出設(shè)備PLC輸出繼電器代號(hào)功能代號(hào)功能SB0M1的停止按鈕X0KM1M1的正轉(zhuǎn)接觸器Y0SB1M1的點(diǎn)動(dòng)按鈕X1KM2M1的反轉(zhuǎn)接觸器Y1SB2M1的正轉(zhuǎn)按鈕X2KM3M1的制動(dòng)接觸器Y2SB3M1的反轉(zhuǎn)按鈕X3KM4M2接觸器Y3SB4M2的停止按鈕X4KM5M3接觸器Y4SB5M2的啟動(dòng)按鈕X5KA電流表接入中間繼電器Y5SQM3的限位開(kāi)關(guān)X6FR1M1的熱繼電器動(dòng)合觸電X7FR2M2的熱繼電器動(dòng)合觸電X10KS1速度繼電器正轉(zhuǎn)觸點(diǎn)X11K

9、S2速度繼電器反轉(zhuǎn)觸點(diǎn)X123.4 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖的設(shè)計(jì)圖3-4 外部接線圖4、1電動(dòng)機(jī)M1正、反轉(zhuǎn)控制梯形圖的設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1KM3控制，PLC中控制KM1KM3的輸出繼電器分別為Y0Y2。Y0Y2分別位于梯形圖的第6、9、10梯級(jí)。在第Y06、Y19線圈電路中，分別串Y1、Y0的動(dòng)斷觸點(diǎn)Y0，Y1實(shí)現(xiàn)互鎖；還分別串聯(lián)有定時(shí)繼電器T1、T2的動(dòng)合觸點(diǎn)#T1、#T2，以控制Y0、Y1延時(shí)啟動(dòng)。在第5、第8梯級(jí)分別設(shè)計(jì)T1、T2的線圈電路，它們分別由輔助繼電器M101、M102的動(dòng)合觸點(diǎn)#M101、#M102控制。在第4、第7梯級(jí)分別設(shè)計(jì)輔助繼電器M101、M102線圈電路

10、，除用動(dòng)斷觸點(diǎn)M101、M102進(jìn)行互鎖外，還分別受輸入繼電器X2、X3的動(dòng)合觸點(diǎn)、動(dòng)斷觸點(diǎn)控制。由I/O分配表可知，輸入繼電器X2、X3分別為啟動(dòng)按鈕SB2、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3控制。由此可知，輔助繼電器M101、M102分別為正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)輔助繼電器。在第Y210線圈電路中，串接有M101、M102的動(dòng)合觸點(diǎn)#M101、#M102的并聯(lián)支路，因此只有輔助繼電器M101或M102得電，輸出繼電器Y2得電，才能使KM3得電吸合，短接電阻R。這樣得到電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制梯形圖如上圖4.1所示。M1正反轉(zhuǎn)控制的轉(zhuǎn)換是由接觸器KM1和KM2的主觸點(diǎn)切換電源的相序?qū)崿F(xiàn)的。在切換時(shí)，必須防止電源相間短路。例

11、如，由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)KM1主觸點(diǎn)斷開(kāi)，產(chǎn)生瞬時(shí)電弧，KM1主觸點(diǎn)仍為導(dǎo)通狀態(tài)，如果此時(shí)KM2主觸點(diǎn)閉合，就會(huì)使電源發(fā)生短路，要避免電源短路，必須在完全沒(méi)有電弧的情況下使KM2主觸點(diǎn)閉合。在繼電器接觸器控制中，通常采用KM1和KM2互鎖的方法來(lái)避免電源的短路。PLC控制與繼電器接觸器控制不同，PLC在循環(huán)掃描，執(zhí)行程序的速度是非?？斓模琘0和Y1觸點(diǎn)切換是在毫秒級(jí)瞬間完成的，幾乎沒(méi)有時(shí)間延時(shí)。因而，必須采取防止電源短路的措施。在梯形圖中，定時(shí)器T1與T2用來(lái)控制正、反轉(zhuǎn)切換的延時(shí)時(shí)間（延時(shí)時(shí)間設(shè)定為0.5秒），待電弧熄滅之后，再接通反方向接觸器。圖4.1電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制梯形假定M1在正轉(zhuǎn)，

12、即Y0為接通，現(xiàn)在要反轉(zhuǎn)，按反轉(zhuǎn)按鈕SB3，輸入繼電器X3得電，X3的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，使反向輔助繼電器M102得電并自鎖。與此同時(shí)，X3的動(dòng)斷點(diǎn)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，使 M101失電，M101的動(dòng)合觸點(diǎn)5復(fù)位斷開(kāi)，使T1失電。T1的動(dòng)合觸點(diǎn)6斷開(kāi)，使Y0失電，接觸器KM1失電釋放，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)停止運(yùn)行。M102的動(dòng)合觸點(diǎn)8閉合，使T2得電，經(jīng)0.5 秒延時(shí)，其動(dòng)合觸點(diǎn)9閉合，使Y1接通，接觸器KM2得電吸合，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。這樣，Y0線圈失電后延時(shí)0.5秒，再接通Y1線圈，這樣就防止了電源短路。電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)動(dòng)作順序如下所示：M1反轉(zhuǎn)的工作過(guò)程與正轉(zhuǎn)的工作過(guò)程相同，不再贅述。4.2 電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制及反接

13、制動(dòng)控制的設(shè)計(jì)圖4.2為M1的點(diǎn)動(dòng)及反接制動(dòng)控制梯形圖。這里使用了MC（主控指令）和MCR（主控復(fù)位指令）。點(diǎn)動(dòng)控制是在接觸器KM2和KM3不動(dòng)作（即輸出繼電器Y1和Y2的動(dòng)斷觸點(diǎn)Y13、Y23閉合）的情況下，按點(diǎn)動(dòng)按鈕SB1，輸入繼電器X1得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)#X11、#X13閉合，使輔助繼電器M1031和M1003得電，而且M103自鎖。由于未按下停止按鈕SB，X0未得電，熱繼電器FR未動(dòng)作，X7未得電，因此它們的動(dòng)斷觸點(diǎn)X02，X72閉合，使輔助繼電器M22得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)#M23閉合，則執(zhí)行MCMCR之間的主控程序。由于M100得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)#M1006閉合，輸出繼電器Y06得電，使KM

14、1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)M1串電阻R正向運(yùn)轉(zhuǎn)。松開(kāi)SB1，即X1的動(dòng)合觸點(diǎn)#X13斷開(kāi)， M1033和Y06失電（由于M100、Y0均無(wú)自鎖），KM1的主觸點(diǎn)切斷正相序電源。由于電動(dòng)機(jī)的慣性作用，速度繼電器正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS1仍閉合，X11仍得電，#X1113仍閉合，另外由于Y06失電，其動(dòng)斷觸點(diǎn)Y09Y013復(fù)位閉合。由于輔助繼電器M1031得電并自鎖，其動(dòng)合觸點(diǎn)#M10313閉合，啟動(dòng)定時(shí)器T313，通過(guò)定時(shí)器T3延時(shí)0.5秒，其動(dòng)合觸點(diǎn)#T39閉合，使Y19得電，KM2得電，電動(dòng)機(jī)M1定子繞組串入電阻R進(jìn)行反接制動(dòng)；當(dāng)M1轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，動(dòng)合觸點(diǎn)KS1斷開(kāi)，X11失電，#X1113斷開(kāi)，T313失電，

15、#T39斷開(kāi)，使Y19失電，制動(dòng)結(jié)束。由此可見(jiàn)，點(diǎn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入反接制動(dòng)。 圖4.2 M1的點(diǎn)動(dòng)及反轉(zhuǎn)控制梯形電動(dòng)機(jī)M1的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行動(dòng)作順序如下電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)停車(chē)反接制動(dòng)控制動(dòng)作順序如下所示 4.3電動(dòng)機(jī)M1的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的反接制動(dòng)的設(shè)計(jì)按動(dòng)一下停止按鈕SB0，X0失電，X02斷開(kāi)，M22失電，M23斷開(kāi)，不執(zhí)行MC N0MCR N0之間的程序；同時(shí)#X01閉合，使M103線圈導(dǎo)通并自鎖。假設(shè)停車(chē)之前電動(dòng)機(jī)M1為正轉(zhuǎn)，速度繼電器正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS1仍閉合，X11仍得電，#X01仍閉合。當(dāng)松開(kāi)停止按鈕SB時(shí)，X0失電，X02又閉合， M22得電， M23閉合，執(zhí)行MC N0MCR N0之間的程序，這

16、時(shí)定時(shí)器T313，延時(shí)0.5秒，#T39閉合，Y19得電，使電動(dòng)機(jī)M1定子繞組串入電阻R進(jìn)行反接制動(dòng)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)M1的轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，速度繼電器正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS1（X11）斷開(kāi)，Y1失電，制動(dòng)結(jié)束。反轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)類同正轉(zhuǎn)，不同的是采用KS2（X12）、T4和Y0來(lái)控制。在反接制動(dòng)中接入輔助繼電器M103，在梯形圖中若沒(méi)有M103的話，當(dāng)車(chē)床合上電源開(kāi)關(guān)后，如果有人用手轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤(pán)的話，則速度繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，那么就有可能使電動(dòng)機(jī) M1突然轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，可能發(fā)生人身事故。為防止這種事故，引入通用輔助繼電器M103。電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)停止的動(dòng)作順序如下：電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)停止反接制動(dòng)動(dòng)作順序如下：4.3 梯形圖根據(jù)以上的各模塊的設(shè)計(jì),可得整體的梯形圖如圖4.3所示:圖4.3 C650車(chē)床梯形圖 5、小結(jié)C650車(chē)床是一種應(yīng)用極為廣泛的金屬切削機(jī)床，能夠車(chē)削外圓、內(nèi)圓、端面、螺紋和定型表面，并可以通過(guò)尾架進(jìn)行鉆孔、鉸孔、攻螺紋。采用傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制，其技術(shù)落后, 可靠性差,工作效率低,故障診斷和排除困難,已嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率，而可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置,是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì)的,它具有可靠性高、設(shè)計(jì)施工周期 短、維修方便,價(jià)格也很便宜等優(yōu)點(diǎn)。因而用PLC改造其繼電器-接觸器成了一種必然的選擇。本設(shè)計(jì)主要是用程序