c650車床畢業(yè)設(shè)計

1、摘要可編程控制器是在繼電器控制和計算機(jī)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)、自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)通信技術(shù)為一體，以工業(yè)自動化控制為目標(biāo)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(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)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(shè)備之一，PLC、機(jī)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(yīng)性強(qiáng)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

2、、人機(jī)界面功能。在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機(jī)與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。本次設(shè)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(jìn)行改造。首先我對本設(shè)計進(jìn)行總體的分析，使自己有一個大致的總體概念，然后仔細(xì)分析C650車床，對車床主運動和進(jìn)給運動還有其它的輔助運動，進(jìn)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(jìn)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(kuò)展能力強(qiáng)等特點。關(guān)鍵詞：可編程控制器，C

3、650車床，梯形圖，電氣控制。目錄第一章 引言隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足當(dāng)今迅猛發(fā)展的社會的現(xiàn)代化生產(chǎn)要求，于是我們在選畢業(yè)設(shè)計課題之際，一切從實際出發(fā)，選定了畢業(yè)設(shè)計課題車床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計。我們選定了C650車床為改造對象，進(jìn)行傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的改造，以PLC控制系統(tǒng)取代之前的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)。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)省了大量空間，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。1.1 C650型普通臥式車床簡介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

4、身、光桿、絲桿、尾座、刀架、主軸變速箱、進(jìn)給箱、和溜板箱等組成，如圖1-1。圖1-1 C650臥式車床結(jié)構(gòu)圖工藝過程：為了加工各種旋轉(zhuǎn)表面，車床具有切削運動(主運動和進(jìn)給運動)和輔助運動。主運動是主軸通過卡盤或頂尖帶動工件作旋轉(zhuǎn)運動。進(jìn)給運動是溜板帶動刀架的縱向和橫向的直線運動。輔助運動是指刀架的快速移動及工件的加緊與放松。C650型臥式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

5、為溜板箱的快速移動，尾座的移動和工件的夾緊與放松。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

6、通過齒輪傳動來連接，由同一臺電動機(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

7、) 車削加工中，為防止刀具和工件的溫度過高，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。(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 C650臥式車床改造主要內(nèi)容 主電動機(jī)M1采用全壓空載直接啟動。 要求主

8、電動機(jī)M1能實現(xiàn)正、反向連續(xù)運轉(zhuǎn)。停止時，由于工件轉(zhuǎn)動慣量大，采用反接制動。 為便于對刀操作，要求M1能實現(xiàn)單向點動控制，同時定子串入電阻獲得低速點動。 主軸啟動之后，再啟動冷卻泵電動機(jī). 有必要的保護(hù)和聯(lián)鎖，有安全可靠的照明電路。 原車床的工藝加工方法不變。 不改變原控制系統(tǒng)電氣操作方法和按鈕、手柄等操作元件的功能第二章 電氣控制原理C650臥式車床屬于中型車床，為提高工作效率，該機(jī)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圖2-1是它的電氣原理圖圖2-1 C650臥式車床電氣原理圖2.1 主電路設(shè)計斷路器QF將三相電源引入，F(xiàn)U1為主電動機(jī)M1的短路保護(hù)用熔斷器，

9、FR1為M1電動機(jī)過載保護(hù)用熱繼電器。為防止在連續(xù)點動時的啟動電流造成電動機(jī)的過載，點動時也加入限流電阻R。通過互感器TA接入電流表A以監(jiān)視主電動機(jī)繞組的電流。熔斷器FU2為M2、M3電動機(jī)的短路保護(hù)，接觸器KM1、KM2為M2、M3電動機(jī)啟動用接觸器。FR2為M2電動機(jī)的過載保護(hù)，因為快速電動機(jī)M3短時工作，所以不設(shè)計過載保護(hù)。圖2-2為C650握式車床的主電路圖。圖2-2 C650臥式車床主電路2.2 交流控制電路設(shè)計 主電動機(jī)的點動調(diào)整控制 圖2-3為點動環(huán)節(jié)的控制電路原理圖。電路中KM3為M1電動機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器，KM1為M1電動機(jī)的長動接觸器，KA為中間繼電器。M1電動機(jī)的點動由點動按

10、鈕SB6控制。按下按鈕SB6，接觸器KM3得電吸合，它的主觸電閉合，電動機(jī)的定子繞組經(jīng)限流電阻R與電源接通，電動機(jī)在較低速度下起動。圖2-3 C650臥式車床點動控制電路 主電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路 圖2-4為主電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路。主電動機(jī)正轉(zhuǎn)由正向起動按鈕SB1控制。按下SB1時，接觸器KM首先得電動作，它的主觸點閉合將限圖2-4 C650臥式車床正反轉(zhuǎn)控制電路流電阻短接，接觸器KM的輔助動合觸點閉合使中間繼電器KA得電，它的觸點（137）閉合，使接觸器KM3得電吸合。KM3的主觸點將三相電源接通，電動機(jī)在額定電壓下正轉(zhuǎn)起動。KM3的動合觸點（1513）和KA的動合觸點（515）的閉合將KM

11、3線圈自鎖。反轉(zhuǎn)起動時用反向啟動按鈕SB2，按下SB2，同樣是接觸器KM得電，然后接通接觸器KM4和中間繼電器KA，于是電動機(jī)在滿壓下反轉(zhuǎn)起動。KM3的動斷輔助觸點（2325），KM4的動斷輔助觸點（714）分別串在對方接觸器線圈的回路中，起到了電動機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。 主電動機(jī)的反接制動控制 C650臥式車床采用了反接制動方式。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速接近零時，用速度繼電器的觸點給出信號切斷電動機(jī)的電源。圖2-5是C650臥式車床正反轉(zhuǎn)與反接制動的控制電路圖。圖2-5 C650臥式車床正反轉(zhuǎn)與反接制動控制電路速度繼電器與被控電動機(jī)是同軸連接的，當(dāng)電動機(jī)正轉(zhuǎn)時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸電KS1（1

12、723）閉合；電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點KS2（177）閉合。當(dāng)電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時，接觸器KM3和KM，繼電器KA都處于得電工作狀態(tài)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)動合觸點KS1（1723）也是閉合的，這樣就為電動機(jī)正轉(zhuǎn)時的反接制動做好了準(zhǔn)備。需要停車時，按下停止按鈕SB4，接觸器KM失電，其主觸電斷開，電阻R串入主回路。與此同時KM3也失電，斷開了電動機(jī)的電源，同時KA失電，KA的動斷觸點閉合。在松開SB4后就使反轉(zhuǎn)接觸器KM4的線圈通過1-3-5-17-23-25電路得電，電動機(jī)的電源反接，電動機(jī)處于反接制動狀態(tài)。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時，速度繼電器KS的正轉(zhuǎn)動合觸點KS1（

13、17-23）斷開，切斷了接觸器KM4的通電回路，電動機(jī)脫離電源停止。電動機(jī)的反接時的制動與正轉(zhuǎn)時的制動相似。當(dāng)電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點KS2是閉合的，這是按一下停止按鈕SB4，在SB4松開后正轉(zhuǎn)接觸器線圈通過1-3-5-17-7-11電路得電，正轉(zhuǎn)接觸器KM3吸合將電源反接使電動機(jī)制動后停止。 刀架的快速移動和冷卻泵的控制 刀架的快速移動是由轉(zhuǎn)動刀架手柄壓動限位開關(guān)SQ來實現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓動SQ后，接觸器KM2得電吸合，M3電動機(jī)轉(zhuǎn)動帶動刀架快速移動。M2為冷卻泵電動機(jī)，它的起動與停止是通過按鈕SB3和SB5控制的。2.3 輔助電路分析 照明電路和控制電源分析 TC為多繞組變壓器，

14、二次側(cè)有兩路，一路為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為控制照明電路的開關(guān)，SA閉合時照明燈EL點亮，斷開則熄滅。 電流表保護(hù)電路分析監(jiān)視主回路負(fù)載的電流表是通過電流互感接入的。為防止電動機(jī)起動電流對電流表的沖擊，電路中采用一個時間繼電器KT。當(dāng)起動時，KT線圈通電，而KT的延時斷開的動斷觸點尚未動作，電流互感器二次電流只流經(jīng)該觸點構(gòu)成閉合回路，電流表沒有電流流過。起動后，KT延時斷開的動斷觸點打開，此時電流流經(jīng)電流表，反映出負(fù)載電流的大小。表2-1 為電氣元件符號及功能說明表。表2-1 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

15、機(jī)SB1主電動機(jī)正向啟動按鈕M2冷卻泵電動機(jī)SB2主電動機(jī)反向啟動按鈕M3快速移動電動機(jī)SB3冷卻泵電動機(jī)啟動按鈕KM短接限流電阻接觸器SB4總停按鈕KM1冷卻泵電動機(jī)啟動接觸器SB5冷卻泵電動機(jī)停止按鈕KM2快移電動機(jī)啟動接觸器SB6主電動機(jī)正向點動按鈕KM3主電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器TC控制變壓器KM4主電動機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器FU15熔斷器KA中間繼電器FR1主電機(jī)過載保護(hù)熱繼電器KT通電延時時間繼電器FR2冷卻泵電機(jī)保護(hù)熱繼電器SQ快移電動機(jī)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QF低壓斷路器3 系統(tǒng)元器件的概述與選擇 3.1 PLC 類型的簡介20世紀(jì)70年代末

16、至80年代初，PLC產(chǎn)品的處理速度大大提高，增加了許多特殊功能使得PLC不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且可以對模擬量進(jìn)行控制，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。在國內(nèi)的市場上應(yīng)用較多的PLC多為日本、德國和美國的產(chǎn)品，如日本OMRON公司的C系列、日本松下公司的FP系列、日本三菱公司的FX系列、德國西門子公司的S7系列和美國ABB公司的07系列等。西門子公司的最新PLC產(chǎn)品有SIMATIC S7、M7和C7等幾大系列。S7系列是傳統(tǒng)意義的PLC產(chǎn)品，其中的S7-

17、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(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 3.1.1 PLC的特點PLC是綜合繼電器接觸器控制優(yōu)點及計算機(jī)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(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)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)場而穩(wěn)定可靠地工作。目前各個生產(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(yīng)特殊場合需求，有的PLC生產(chǎn)廠商還采用差異設(shè)計進(jìn)一步提高其可靠性。（2）通

18、用性強(qiáng)，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(kuò)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(xué)，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）采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便PLC的各個部件，均采用模塊化設(shè)計、各模塊之間可由機(jī)架和電纜連接。系統(tǒng)的功能和規(guī)模可根據(jù)用戶的實際需求自行組合，使系統(tǒng)的性能價格更容易趨于合理。（5）系統(tǒng)設(shè)計周期短。由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計任

19、務(wù)僅僅是根據(jù)對象的控制要求配置適當(dāng)?shù)哪K，而不要去設(shè)計具體的接口電路，這樣大大的縮短了整個設(shè)計所花費的時間，加快了整個工程的進(jìn)度。（6）對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)。PLC的核心是微處理器，它實質(zhì)上是一種工業(yè)控制計算機(jī)，其控制功能是通過軟件編程來實現(xiàn)的。當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，不必改變PLC硬件設(shè)備，只需改變PLC中的程序。這對現(xiàn)代化的小批量，多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)尤其適合。（7）安裝簡單，調(diào)試方便，維護(hù)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(shè)備與PLC相比的I/O端相連，而且PLC軟件設(shè)計和調(diào)試太多可在實驗室進(jìn)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

20、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(hù)了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。3.2 PLC型號的選擇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(qiáng)大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)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(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施

21、、環(huán)境保護(hù)設(shè)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。如表3-1所示在選用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字節(jié)，內(nèi)容小于4千字節(jié)。而且并不通過網(wǎng)絡(luò)或其他方式做遠(yuǎn)程控制。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)，實用，穩(wěn)定等方面因素。我們決定選用SIMATIC S7-200 系列的S7224CN 作為本次設(shè)計的PLC。表3-1 S7-200 CN系列PLC CPU模塊的技術(shù)規(guī)范及特性描述CPU221CPU222CNCPU224CNCPU224XP CNCPU226CN尺寸（mm）90×80

22、5;62120.5×80×62140×80×62196×80×62數(shù)字量I/O6輸入/4輸出8輸入/6輸出14輸入/10輸出24輸入/16輸出模擬量I/O無2輸入/1輸出無擴(kuò)展I/O模塊無27數(shù)字I/O映像256（128輸入/128輸出）電容后備50h（40時最少8h）100h（40時最少70h）數(shù)據(jù)存儲器2KB8KB10KB程序存儲器4KB8KB/12KB12KB/16KB16KB/24KB模擬電位器1個8位分辨率2個8位分辨率執(zhí)行速度每條布爾運算指令0.22通信接口1個RS-485接口2個RS-485接口卡選項存儲器、電池和實時時

23、鐘存儲器、電池（實時時鐘內(nèi)置）高速計數(shù)器單相兩相4個 30kHZ2個20kHZ6個30kHZ4個20kHZ4個30kHZ，2個200kHZ3個，每個20kHZ，1個100kkZ6個30kHZ4個20kHZ脈沖輸出（DC）2個20kHZ2個100kHZ2個20kHZ3.3 電動機(jī)選擇本次畢業(yè)設(shè)計使用PLC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的邏輯控制線路部分，其余基本無變化。電動機(jī)亦保留原有主軸電機(jī)、冷卻泵電機(jī)、快進(jìn)電機(jī)，詳見表3-2。表3-2 主軸電機(jī)、快進(jìn)電機(jī)、冷卻泵電機(jī)參數(shù)表參數(shù)主軸電機(jī)冷卻泵電機(jī)快進(jìn)電機(jī)型 號Y255M-6Y2-631-2Y90L-2額定電壓AC 380V 50HzAC 380

24、V 50HzAC 380V 50Hz額定電流（A）59.50.354.8額定功率（KW）300.182.2額定轉(zhuǎn)速98027302840功率因數(shù)0.850.80.86絕緣等級BEE3.4 其它元器件的選擇3.4.1 交流接觸器的選擇交流接觸器是一種頻繁應(yīng)用于工業(yè)電氣控制，并用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動切換電器。在功能上除了能自動切換外，還具有刀開關(guān)類手動開關(guān)所不能實現(xiàn)的遠(yuǎn)距離操作功能和失壓（或欠壓）保護(hù)功能。其生產(chǎn)方便，價格低廉，應(yīng)用十分廣泛。交流接觸器由電磁機(jī)構(gòu)，觸點系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、釋放彈簧機(jī)構(gòu)、輔助觸點及基座等部分組成。其原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通入交流電時，會產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場使裝在線

25、圈中心的靜銜鐵吸動動銜鐵，當(dāng)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(dāng)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(fù)到斷開的狀態(tài) 。 在工業(yè)電氣中，常用交流接觸器的型號有CJX8(B系列)CJ12、CJ20、CJT1(CJ10)、CJX1(3TB、3TF系列)、CJ40、SMC等系列產(chǎn)品。在這次控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計中，采用了CJ20系列的交流接觸器，其額定電流應(yīng)在控制電流的11.4倍之間, 在此控制主軸電機(jī)的KM3、KM4、KM，選取交流接觸器型號為：CJ2063，線圈電壓220V；控制冷卻泵電機(jī)KM1和控制快進(jìn)電機(jī)的KM2選取交流接觸器型號為：CJ

26、2010，線圈電壓220V。3.4.2 中間繼電器的選擇中間繼電器用于繼電保護(hù)與自動控制系統(tǒng)中，以增加觸點的數(shù)量及容量。 它用于在控制電路中傳遞中間信號。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。它一般是沒有主觸點的，因為過載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國標(biāo)對中間繼電器的定義是K，老國標(biāo)是KA。常用的中間繼電器型號有JZ7、JZ14等。本次設(shè)計選擇的中間繼電器型號為JZ7-44。3.4.3 保護(hù)電器的選擇 （1）熔斷器熔斷器在電路中主要作短路保護(hù)和嚴(yán)重

27、過載保護(hù)，用于保護(hù)線路。熔斷器的熔體串接于被保護(hù)的電路中，當(dāng)通過它的電流小于規(guī)定值時，其熔體相當(dāng)于一根導(dǎo)線，起電氣連接作用；當(dāng)通過它的電流超過規(guī)定值（電路發(fā)生嚴(yán)重過載或短路時）一定時間后，其熔體自動熔斷并切斷電路，從而起到保護(hù)作用。一般電氣控制線路中常用螺旋式熔斷器，其常用的產(chǎn)品有RL5、RL6、RL7和RL8系列產(chǎn)品，一般選擇熔體熔斷電流應(yīng)為電機(jī)額定電流的1.52.5倍。則主軸電機(jī)電路熔斷器選取型號為:RL1-100/100.冷卻泵電機(jī)電路、快進(jìn)電機(jī)電路熔斷器選取型號分別為：RL1-15/2、RL1-15/6.控制電路選取型號RL1-15/2。（2）熱繼電器熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)原理來工作

28、的保護(hù)電器，具有與電動機(jī)容許過載特性相近的反時限保護(hù)特性。主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)、斷相及電流不平衡運行保護(hù)。也常與接觸器配合成電池啟動器。三相異步電動機(jī)在實際運行中，常會遇到因電氣或機(jī)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(yán)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(yán)重，持續(xù)時間較長，則會加快電動機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱訖C(jī)，因此，在電動機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置熱繼電器保護(hù)。選型原則：應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對象的使用條件、工作環(huán)境、啟動情況、負(fù)載性質(zhì)，電動機(jī)的形式以及電動機(jī)允許的過載能力等加以考慮。一般原則是使熱繼電器的安秒特性位于電動機(jī)的過載特性之下，并盡可能地接近，以

29、充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，同時使電動機(jī)在短時過載和啟動瞬間(56)Ie不受影響。通常熱繼電器選取的額定電流應(yīng)為大于或等于電動機(jī)額定電流。整定電流一般為電動機(jī)額定電流的1.051.1倍。主軸電機(jī)電路熱繼電器選取型號為：JR36-63,整定電流為：60A；冷卻泵電路熱繼電器選取型號為：JR36-20，整定電流為：0.36A。3.4.4 控制開關(guān)電器的選擇（1）轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān)又稱組合開關(guān)，一般用于電氣設(shè)備中非頻繁的通斷電路、換接電源和負(fù)載、測量三相電壓以及直接控制小容量感應(yīng)電動機(jī)的運行狀態(tài)。轉(zhuǎn)換開關(guān)由動觸頭（動觸片）、靜觸頭（靜觸片）、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機(jī)構(gòu)及外殼等部分組成。其動靜觸頭分別疊裝于數(shù)層

30、絕緣殼內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)換手柄時，每層的動觸片隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。一般選取的原則為允許通過的電流大于或等于電路的額定電流，按此選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)。常用的產(chǎn)品有：HZ5、HZ10和HZ15等系列。本次設(shè)計選取HZ10-100/3。（2）按鈕開關(guān)盒按鈕開關(guān)（簡稱按鈕）又稱控制按鈕，是一種接通或斷開小電流電路的手動開關(guān)電器，一般不直接去控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出啟動或停止“命令”以遠(yuǎn)距離控制接觸器、繼電器、電磁啟動器等電器線圈電流的接通或斷開，再由它們?nèi)タ刂浦麟娐?。目前常用的按鈕開關(guān)盒為LA4系列產(chǎn)品，本次設(shè)計選擇的按鈕開關(guān)型號為LA4-3H。3.4.5 速度繼電器選擇 速度繼電器是當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定值時觸頭

31、動作的繼電器。主要用于電動機(jī)反接制動控制電路中，當(dāng)反接制動的轉(zhuǎn)速下降到接近零時能自動地及時切斷電源。速度繼電器的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。1轉(zhuǎn)子2電動機(jī)軸3定子4籠型繞組5定子柄6動觸頭7反力彈簧8靜觸頭圖3-1 速度繼電器結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)子是一塊固定在軸上的永久磁鐵。浮動的定子與轉(zhuǎn)子同心，而且能獨自偏擺，定子由硅鋼片疊成，并裝有籠型繞組。速度繼電器的軸與電動機(jī)軸相連，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動，形成旋轉(zhuǎn)磁場。籠型繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使定子隨轉(zhuǎn)子向轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向偏擺，定子柄推動相應(yīng)觸頭動作。定子柄推動觸頭的同時，也壓縮反力彈簧，其反作用阻止定子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子

32、的轉(zhuǎn)速下降到一定數(shù)值時，電磁轉(zhuǎn)矩小于反力彈簧的反作用力矩，定子返回原來位置，對應(yīng)的觸頭恢復(fù)原始狀態(tài)。調(diào)整反力彈簧的拉力即可改變觸頭動作的轉(zhuǎn)速。機(jī)床上常用的速度繼電器有JY1型、JFZ0型兩種。一般速度繼電器的動作轉(zhuǎn)速為120r/min，觸頭復(fù)位轉(zhuǎn)速為100r/min以下。本次設(shè)計選擇的速度繼電器型號為JY1型速度繼電器500V、2A。第四章 PLC系統(tǒng)設(shè)計4.1 確定PLC I/O 口地址表 由系統(tǒng)改造要求可確定I/O地址表，如表4-1所示。表4-1 I/O地址表 輸入輸出名稱功能作用I/O口名稱功能作用I/O口SB1總停X0KM1控制M1正轉(zhuǎn)運行Y0SB2M1正轉(zhuǎn)啟動X1KM2控制M1反轉(zhuǎn)運

33、行Y1SB3M1反轉(zhuǎn)啟動X2KM3控制M1 形運行Y2SB4M1點動X3KM4控制M1 Y形運行Y3SB5M2啟動X4KM5控制M2運行Y4SB6M2停止X5KM6控制M3運行Y5SB7HL照明X6KA電流表A短接中間繼電器Y6SB8HL熄滅X7HL車床照明Y7SB9M3點動X10FR1M1過載保護(hù)X11FR2M2過載保護(hù)X12KS1正轉(zhuǎn)制動速度繼電器常開觸點X13KS2反轉(zhuǎn)制動速度繼電器常開觸點X144.2 PLC選型(1) PLC常用的有晶體管輸出與繼電器輸出，其區(qū)別為： 負(fù)載電壓、電流類型不同。負(fù)載類型：晶體管只能帶直流負(fù)載，而繼電器帶交、直流負(fù)載均可。電流：晶體管電流0.2A-0.3A

34、，繼電器2A。電壓：晶體管可接直流24V（一般最大在直流30V左右，繼電器可以接直流24V或交流220V。 負(fù)載能力不同。晶體管帶負(fù)載的能力小于繼電器帶負(fù)載的能力，用晶體管時，有時候要加其他東西來帶動大負(fù)載（如繼電器，固態(tài)繼電器等）。 晶體管過載能力小于繼電器過載的能力。一般來說，存在沖擊電流較大的情況時（例如燈泡、感性負(fù)載等），晶體管過載能力較小，需要降額更多。 晶體管響應(yīng)速度快于繼電器。繼電器輸出型原理是CPU驅(qū)動繼電器線圈，令觸點吸合，使外部電源通過閉合的觸點驅(qū)動外部負(fù)載，其開路漏電流為零，響應(yīng)時間慢（約10ms）。晶體管輸出型原理是CPU通過光耦合使晶體管通斷，以控制外部直流負(fù)載，響應(yīng)

35、時間快（約0.2ms甚至更?。?。晶體管輸出一般用于高速輸出，如伺服步進(jìn)等，用于動作頻率高的輸出。 在額定工作情況下，繼電器有動作次數(shù)壽命，晶體管只有老化沒有使用次數(shù)限制。繼電器是機(jī)械元件所以有動作壽命，晶體管是電子元件，只有老化，沒有使用次數(shù)限制。繼電器的每分鐘開關(guān)次數(shù)也是有限制的，而晶體管則沒有。 (2)下表為三菱PLC FX2N系列，繼電器輸出、晶體管輸出部分型號列表。表4-2 三菱PLC FX2N系列，繼電器輸出、晶體管輸出部分型號列表序號型號輸入輸出總點數(shù)輸入點數(shù)輸出點數(shù)輸出類型1FX2N-16MR-0011688繼電器輸出2FX2N-32MR-001321616繼電器輸出3FX2N-

36、48MR-001482424繼電器輸出4FX2N-64MR-001643232繼電器輸出5FX2N-16MT-0011688晶體管輸出6FX2N-32MT-001321616晶體管輸出7FX2N-48MT-001482424晶體管輸出8FX2N-64MT-001643232晶體管輸出因此本次設(shè)計考慮到共有輸入13個信號，輸出8個信號，又因控制程序不是很大及不需要遠(yuǎn)程控制與特殊要求，所以選用三菱FX系列的FX2N-32MR-001,由表知輸入輸出總點數(shù)為32，輸入點數(shù)為16，輸出點數(shù)為16，繼電器輸出，可以滿足本次設(shè)計的要求。4.3 PLC的I/O電氣接線圖由4.1 I/O 口分配表可以知道，輸

37、入部分：按鈕SB1為整個控制系統(tǒng)的停止開關(guān)；按鈕SB2、SB3及SB4分別控制主軸電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)及點動控制；按鈕SB5、SB6分別控制冷卻泵電機(jī)的M2啟動與停止；按鈕SB7、SB8分別控制HL的照明于熄滅；按鈕SB9控制快進(jìn)電機(jī)的點動；熱繼電器常閉開關(guān)FR1，F(xiàn)R2分別為M1、M2的過載保護(hù)；速度繼電器KS1、KS2分別輔助主軸電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)制動。輸出部分：KM1、KM2接觸器分別控制主軸電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)；KM3、KM4接觸器分別控制主軸電機(jī)M1的、Y運行；KM5、KM6接觸器分別控制冷卻泵電機(jī)M2、快進(jìn)電機(jī)M3的運行；HL為車床照明。下圖為，PLC的輸入、輸出I/O電氣接線圖，如圖4-1

38、。圖4-1 PLC I/O電氣接線圖第五章 C650臥式車床改造為PLC控制的軟件設(shè)計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(jìn)行編程。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)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(jìn)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

39、用，TP070：觸摸屏的組態(tài)軟件Tp Designer V1.0設(shè)計師）工具箱；以及Microwin 3.11 Chinese（Microwin3.11 SP1和Tp Designer的專用漢化工具）等編程軟件。5.2 梯形圖的設(shè)計5.2.1 機(jī)床工作指示燈開關(guān)控制的梯形圖設(shè)計機(jī)床工作指示燈EL由SB7和SB8控制指示燈的開關(guān)，對應(yīng)的I/O接口分別為X0，X1并由Y0作為輸出，在梯形圖中Y0和X0形成自鎖，X1常閉觸點串聯(lián)在Y0的主線路上，如圖5-1所示。圖5-1 機(jī)床工作指示燈控制梯形圖5.2.2 電動機(jī)M1正、反轉(zhuǎn)控制梯形圖的設(shè)計電動機(jī)M1由接觸器KM、KM3、KM4控制，PLC中控制KM

40、、KM3、KM4的輸出繼電器分別為Y2、Y1、Y3。Y2、Y1、Y3分別位于梯形圖的第4、10、21梯級。在第Y110、Y321線圈電路中，分別串Y3、Y1的動斷觸點，線圈Y0， Y1實現(xiàn)互鎖使電動機(jī)無法在正轉(zhuǎn)過程中直接切換為反轉(zhuǎn)或直接在反轉(zhuǎn)過程中直接切換為正轉(zhuǎn)；在第10梯級和第19梯級中都串如了中間繼電器KA（Y006）并用中間繼電器KA對啟動按鈕X2和X7進(jìn)行自鎖。在第4梯級和第15梯級中也都使用了Y2（KM）在進(jìn)行正反轉(zhuǎn)之前都現(xiàn)將KM閉合（將限流電阻進(jìn)行短接），這樣也就使無論正反轉(zhuǎn)電動機(jī)M1都是采用全壓空載直接啟動。在第4梯級和第15梯級中也都使用了X3（SB4）總停按鈕，使主電動機(jī)M1

41、無論是在正傳過程中還是在反轉(zhuǎn)過程中都能過停下來。這樣得到電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制梯形圖如圖5-2所示。圖5-2 主電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制梯形圖M1正反轉(zhuǎn)控制的轉(zhuǎn)換是由接觸器KM3和KM4的主觸點控制的，在主電機(jī)M1通電正轉(zhuǎn)時在第21梯級上面串聯(lián)的常閉觸點Y1打開，所以此時無法直接切換完成電機(jī)的反轉(zhuǎn)，此時若想切換電機(jī)的轉(zhuǎn)向必須先按下SB4（X3）總停車按鈕，在按下反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2（X7）完成電機(jī)的轉(zhuǎn)向切換。同理在主電機(jī)M1通電反轉(zhuǎn)時在第10梯級上面串聯(lián)的常閉觸點Y3打開，此時無法直接切換電機(jī)的轉(zhuǎn)向，若想切換電機(jī)的轉(zhuǎn)向必須先按下SB4（X3）總停車按鈕，在按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB1（X2）完成電機(jī)的轉(zhuǎn)向切換。

42、如流程圖5-3所示。圖5-3 主電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制流程圖5.2.3 電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)點動控制的設(shè)計主電動機(jī)M1的正轉(zhuǎn)點動控制是由按鈕SB6對應(yīng)的X5控制的，由于是點動運行所以不能對X5產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象，為了保護(hù)電機(jī)的運行所以將熱繼電器FR1、總停車按鈕X3與主電機(jī)Y1串聯(lián)在一起，如圖5-6所示。圖5-6 電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)點動控制梯形圖5.2.4 電動機(jī)M1的正、反轉(zhuǎn)運行的反接制動的設(shè)計由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速過高，在切斷電源之后如果使其正常停止花費的時間太長，使機(jī)床無法也充分使用，為了使主電機(jī)能夠快速停下來創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，在本次畢業(yè)設(shè)計中添加了速度繼電器。將其與主電動機(jī)同軸連接，在電機(jī)斷電后起制動作用。當(dāng)主電

43、動機(jī)M1正轉(zhuǎn)時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點KS1閉合；主電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點KS2閉合。轉(zhuǎn)速低于120r/min時速度繼電器的動合觸點斷開使電機(jī)自然停車。例如：要使主電動機(jī)M1快速停車，在電機(jī)正傳運行時按下SB4（X3）所用元器件全部恢復(fù)到最初狀態(tài)。梯形圖中在第10梯級和27梯級中的中間繼電器Y6由于斷電恢復(fù)到原來狀態(tài)由原來的斷開變?yōu)殚]合狀態(tài)，由于主電機(jī)M1是在高速正轉(zhuǎn)所以速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸點KS1（X6）此時處于閉合狀態(tài)，而反轉(zhuǎn)動合觸點KS2（X10）處于斷開狀態(tài)，并且此時Y1與Y3均已失電，處于導(dǎo)通狀態(tài)，故在第10梯級和27梯級中只有27梯級能通過Y6-X6-Y1-X4使

44、主電動機(jī)M1反轉(zhuǎn)接觸器KM3（Y3）得電，從而主電動機(jī)M1開始產(chǎn)生反轉(zhuǎn)制動的力，當(dāng)主電動機(jī)M1的正轉(zhuǎn)速度低于120r/min時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點KS1（X6）斷開，使第27梯級中的Y3失電，此時反轉(zhuǎn)制動力消失，主電機(jī)開始從120r/min的轉(zhuǎn)速自然停下來，這樣就用速度繼電器完成了反接制動，使主電機(jī)快速的停了下來，如圖5-7所示。主電動機(jī)M1反轉(zhuǎn)時，反接制動的方法與正轉(zhuǎn)時的制動方法類似，不同的是采用KS2（X10）來控制。圖5-7 電動機(jī)M1正反轉(zhuǎn)反接制動控制梯形圖5.2.5 快速移動電動機(jī)的控制設(shè)計快速移動電機(jī)Y5為小容量電機(jī)采用直接啟動點動控制方式，用限位開關(guān)SQ（X13）作為點動按

45、鈕來完成快速移動電機(jī)的點動控制，如圖5-8所示。圖5-8 快速移動電機(jī)的控制梯形圖5.2.6 冷卻泵電動機(jī)的控制設(shè)計冷卻泵電動機(jī)Y4為一長動電機(jī)所以在梯形圖中添加有自鎖，并為其設(shè)有熱繼電器FR2（X14）做過載保護(hù)，設(shè)置的啟動按鈕為SB3（X11），停車按鈕為SB5（X12）如圖5-9所示。圖5-9 冷卻泵電動機(jī)的控制梯形圖5.2.7 梯形圖中的其它控制設(shè)計監(jiān)視主回路負(fù)載的電流表延時控制，由于電動機(jī)的直接起動瞬間電流過大，如果直接進(jìn)行電流的檢測必定對電流表造成極大的負(fù)面影響。為了時電流表正常工作在梯形圖中使用延時器設(shè)定在主電機(jī)通電5S后開始檢測主回路中電流，如圖5-10所示。圖5-10 電流表

46、的控制梯形圖5.3 梯形圖由5.2設(shè)計的各個部分梯形圖匯總設(shè)計可以得到完整的C650臥式車床的梯形圖，該梯形圖能完成主電動機(jī)M1的點動正轉(zhuǎn)、M1的正轉(zhuǎn)、M1的反轉(zhuǎn)、M1的反接制動，以及M2的起動、M2的停止、M3的起動，以及電流表的正常檢測，圖5-11為C650臥式車床的梯形圖。圖5-11 C650臥式車床梯形圖5.4 C650臥式車床程序表0 LD X000 1 OR Y000 2 ANI X001 3 OUT Y000 4 LD X002 5 OR Y006 6 ANI X003 7 OUT Y002 8 LD Y002 9 OUT Y006 10 LD X002 11 OR Y001 1

47、2 AND Y006 13 OR X005 14 LDI Y006 15 AND X010 16 ORB17 ANI Y003 18 ANI X003 19 ANI X004 20 OUT Y001 21 LD X007 22 OR Y006 23 ANI X003 24 OUT Y002 25 LD Y002 26 OUT Y006 27 LD X007 28 OR Y003 29 AND Y006 30 LDI Y006 31 AND X006 32 ORB33 ANI Y001 34 ANI X004 35 ANI X003 36 OUT Y003 37 LD X013 38 ANI X

48、003 39 OUT Y005 40 LD X011 41 OR Y004 42 ANI X012 43 ANI X014 44 ANI X003 45 OUT Y004 46 LD Y001 47 OR Y003 48 ANI X003 49 OUT T0 K50 52 LD T0 53 OUT Y007 54 END第六章 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)是否處于低位，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。6.1 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)調(diào)。6.2 系統(tǒng)綜合調(diào)試將編寫好的PLC程序進(jìn)行編譯