畢業(yè)設(shè)計(jì)之C650普通車床的PLC電氣控制系統(tǒng)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： C650普通車床的PLC電氣控制系統(tǒng) 學(xué)生姓名： 黃宗江 學(xué) 號(hào)： 86 系別： 機(jī)電工程系 專業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 指導(dǎo)教師： 張彥 專業(yè)技術(shù)職務(wù)： 助教 重慶機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處二一一年七月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 任 務(wù) 書(shū) 學(xué)生姓名：黃宗江學(xué)號(hào)：86 年 級(jí)：2009專業(yè)：機(jī)電一體化 班 級(jí)：4系部：機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目：C650普通車床的PLC電氣控制系統(tǒng)完成日期：2011年9月20日 設(shè)計(jì)地點(diǎn)：重慶機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院壁山校區(qū)指導(dǎo)教師：張彥系部負(fù)責(zé)人：張利國(guó)發(fā)任務(wù)書(shū)日期： 2011年 7 月 1 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)內(nèi)容一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：1對(duì)

2、本課題的總體介紹：傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)由繼電器接觸器控制組成，存在故障多、可靠性差、工作壽命短、不易檢修等缺點(diǎn)。隨著PLC的普及和完善，以及PLC本身所具有的高可靠性、易編程修改的特點(diǎn)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用取得了良好的效果。C650普通車床示意圖如下所示。C650臥式車床屬中型車床，加工工件:回轉(zhuǎn)半徑最大可達(dá)1020mm，長(zhǎng)度可達(dá)3000mm。工藝過(guò)程：為了加工各種旋轉(zhuǎn)表面，車床具有切削運(yùn)動(dòng)(主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng))和輔助運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是主軸通過(guò)卡盤(pán)或頂尖帶動(dòng)工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是溜板帶動(dòng)刀架的縱向和橫向的直線運(yùn)動(dòng)。輔助運(yùn)動(dòng)是指刀架的快速移動(dòng)及工件的加緊與放松。2主要內(nèi)容：2.1主電動(dòng)機(jī)M1采用全壓

3、空載直接啟動(dòng)。2.2要求主電動(dòng)機(jī)M1能實(shí)現(xiàn)正、反向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。停止時(shí)，由于工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，采用反接制動(dòng)。2.3.為便于對(duì)刀操作，要求M1能實(shí)現(xiàn)單向點(diǎn)動(dòng)控制，同時(shí)定子串入電阻獲得低速點(diǎn)動(dòng)。2.4.主軸啟動(dòng)之后，再啟動(dòng)冷卻泵電動(dòng)機(jī).2.5.有必要的保護(hù)和聯(lián)鎖，有安全可靠的照明電路。3. 對(duì)完成課題內(nèi)容的具體要求：3.1.編制電氣控制總體方案說(shuō)明；3.2. 設(shè)計(jì)電氣控制原理圖；(1) 主電路設(shè)計(jì)；(2) 交流控制電路設(shè)計(jì)；(3) 主要器件參數(shù)計(jì)算；(4) PLC控制電路設(shè)計(jì)：包括PLC硬件結(jié)構(gòu)配置及PLC控制原理電路設(shè)計(jì)；(5) PLC控制程序設(shè)計(jì)：系統(tǒng)控制流程圖和PLC控制梯形圖程序；用仿真軟件和編

4、程軟件將程序錄入計(jì)算機(jī)并進(jìn)行模擬調(diào)試。二、時(shí)間安排與要求：序號(hào)日期（起止日期）設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度17月2日7月15日收集相關(guān)資料及有關(guān)專利文獻(xiàn)。27月16日7月31日編制電氣控制總體方案。38月1日8月15日PLC硬件配置電路。48月16日8月31日PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。PLC控制程序(梯形圖和指令表)，用仿真軟件和編程軟件將程序錄入計(jì)算機(jī)并進(jìn)行模擬調(diào)試。59月1日9月20日畢業(yè)論文撰寫(xiě)。三、其他需要說(shuō)明的的事項(xiàng)：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫(xiě)內(nèi)容與格式要求必須嚴(yán)格按照學(xué)院教務(wù)處規(guī)定的格式執(zhí)行(分別詳見(jiàn)附件2和3)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,同學(xué)們要以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，求實(shí)創(chuàng)新的精神,獨(dú)立地保質(zhì)保量完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。注

5、：任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)C650臥式車床的控制系統(tǒng)的PLC控制改造摘要可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)展起來(lái)的以微處理器為核心，集微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)通信技術(shù)為一體，以工業(yè)自動(dòng)化控制為目標(biāo)的新型控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過(guò)程和位置的自動(dòng)控制中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)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(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富。它的功能主要是：控制功能、

6、數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)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(jī)界面功能。在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)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(jì)的內(nèi)容主要是利用PLC（Programmable Logic Controller）對(duì)C650型車床的電器部分進(jìn)行改造。首先我對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行總體的分析，使自己有一個(gè)大致的總體概念，然后仔細(xì)分析C650車床，對(duì)車床主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)還有其它的輔助運(yùn)動(dòng)，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(guò)后，利用PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。因此使C650車床在完成原有的功能特點(diǎn)外，還具有安裝簡(jiǎn)便

7、、穩(wěn)定性好、易于維修、擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：可編程控制器，C650車床，梯形圖，電氣控制。目錄1 引言111 C650型普通臥式車床簡(jiǎn)介11.2 C650臥式車床改造主要內(nèi)容32 電氣控制原理32.1 主電路設(shè)計(jì)42.2 交流控制電路設(shè)計(jì)53 系統(tǒng)元器件的概述與選擇83.1 PLC 類型的簡(jiǎn)介83.1.1 PLC的特點(diǎn)83.2 PLC型號(hào)的選擇93.3 電動(dòng)機(jī)選擇103.4 其它元器件的選擇113.4.1 交流接觸器的選擇113.4.2 中間繼電器的選擇113.4.3 保護(hù)電器的選擇123.4.4 控制開(kāi)關(guān)電器的選擇124 PLC控制電路設(shè)計(jì)144.1 PLC的硬件電路框圖144.2 車床

8、控制PLC輸入/輸出接口分配表及電氣原理圖144.2.1 車床控制PLC輸入/輸出接口分配表（表4-1）144.2.2 PLC控制原理電路設(shè)計(jì)155 C650臥式車床改造為PLC控制的軟件設(shè)計(jì)165.1 S7200PLC編程軟件STEP 7-Micro/WIN的介紹165.2 梯形圖的設(shè)計(jì)165.2.1 機(jī)床工作指示燈開(kāi)關(guān)控制的梯形圖設(shè)計(jì)165.2.2 電動(dòng)機(jī)M1正、反轉(zhuǎn)控制梯形圖的設(shè)計(jì)175.2.3 電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制的設(shè)計(jì)185.2.4 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)185.2.5 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)計(jì)205.2.6 冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)計(jì)205.2.7 梯形圖中的其它控

9、制設(shè)計(jì)205.3 梯形圖215.4 C650臥式車床程序表226 調(diào)試236.1 硬件檢查236.2 系統(tǒng)綜合調(diào)試236.3 M1的正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)調(diào)試246.4 M1的正轉(zhuǎn)調(diào)試256.5 M1的反轉(zhuǎn)調(diào)試266.6 M1的反接制動(dòng)調(diào)試286.7 M2的起動(dòng)調(diào)試296.8 M2的停止調(diào)試296.9 M3的起動(dòng)調(diào)試29總結(jié)31致謝32參考文獻(xiàn)331 引言隨著社會(huì)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(huì)的現(xiàn)代化生產(chǎn)要求，于是我們?cè)谶x畢業(yè)設(shè)計(jì)課題之際，一切從實(shí)際出發(fā)，選定了畢業(yè)設(shè)計(jì)課題車床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。我們選定了C650車床為改造對(duì)象，進(jìn)行傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的改造，以PLC控制系統(tǒng)取代

10、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(jiǎn)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(xiàng)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(jiǎn)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(zhǎng)度為30000mm。它主要由床身、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(guò)程：為了加工各種旋轉(zhuǎn)表面，車床具有切削運(yùn)動(dòng)(主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng))和輔助運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是主軸通過(guò)卡盤(pán)或頂尖帶動(dòng)工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是溜板帶動(dòng)刀架的縱向和橫向的直線運(yùn)動(dòng)。輔助運(yùn)動(dòng)是指刀架的快速

11、移動(dòng)及工件的加緊與放松。C650型臥式車床由主軸運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)完成切削加工，車床的主軸、冷卻泵、刀架快速移動(dòng)均由三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。車床有三種運(yùn)動(dòng)形式：車削加工的主運(yùn)動(dòng)是主軸通過(guò)卡盤(pán)或者雞心夾頭帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它承受車削加工時(shí)的主要切削功率；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是溜板帶動(dòng)刀架的縱向或橫向運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)為溜板箱的快速移動(dòng)，尾座的移動(dòng)和工件的夾緊與放松。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由主電動(dòng)機(jī)，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。機(jī)床車削加工時(shí)，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(lái)選擇切削速度，采用機(jī)械變速方法。車床縱、橫兩個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由主軸變速箱的輸出軸，

12、經(jīng)掛輪箱、進(jìn)給箱、光桿傳入溜板箱而獲得，其運(yùn)動(dòng)方式有手動(dòng)與機(jī)動(dòng)兩種。其工作過(guò)程過(guò)程如下：(1) 正常車削加工時(shí)一般不要求反轉(zhuǎn)，但在加工螺紋時(shí)，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(dòng)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(guò)齒輪傳動(dòng)來(lái)連接，由同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。(2) C650臥式車床通過(guò)主電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸反轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)機(jī)M1的動(dòng)力回路上，用來(lái)監(jiān)測(cè)電動(dòng)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(dòng)機(jī)M1通常選用普通籠型異步電動(dòng)機(jī)（功

13、率為30KW），完成主軸運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。M1電動(dòng)機(jī)采用直接啟動(dòng)的方式，可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，為加工方便，還具有點(diǎn)動(dòng)功能。由于加工的工件比較大，加工時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也比較大，需停車時(shí)不易立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，必須有停車制動(dòng)動(dòng)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(dòng)，以提高生產(chǎn)效率。(5) 車削加工中，為防止刀具和工件的溫度過(guò)高，延長(zhǎng)刀具使用壽命，提高加工質(zhì)量，車床附有一臺(tái)單方向旋轉(zhuǎn)的冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2。(6) C650臥式車床的床身較長(zhǎng)，為了提高生產(chǎn)效率、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，專門(mén)設(shè)置了一臺(tái)功率為2.2KW的電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)溜板箱快速移動(dòng)。電動(dòng)機(jī)可根據(jù)使用需要，隨時(shí)手動(dòng)控制起停。(7) C

14、650在進(jìn)行車削加工時(shí)，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(dòng)機(jī)M1采用全壓空載直接啟動(dòng)。 要求主電動(dòng)機(jī)M1能實(shí)現(xiàn)正、反向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。停止時(shí)，由于工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，采用反接制動(dòng)。 為便于對(duì)刀操作，要求M1能實(shí)現(xiàn)單向點(diǎn)動(dòng)控制，同時(shí)定子串入電阻獲得低速點(diǎn)動(dòng)。 主軸啟動(dòng)之后，再啟動(dòng)冷卻泵電動(dòng)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?cè)刂葡到y(tǒng)電氣操作方法和按鈕、手柄

15、等操作元件的功能。2 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(dòng)。為了減少制動(dòng)電流，制動(dòng)時(shí)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(jì)斷路器QF將三相電源引入，F(xiàn)U1為主電動(dòng)機(jī)M1的短路保護(hù)用熔斷器，F(xiàn)R1為M1電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器。為防止在連續(xù)點(diǎn)動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流造成電動(dòng)機(jī)的過(guò)載，點(diǎn)動(dòng)時(shí)也加入限流電阻R。通過(guò)互感器TA接入電流表A以監(jiān)視主電動(dòng)機(jī)繞組的電流。熔斷器FU2為M2、M3電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，接觸器KM1、KM2為M2、M3電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)用接觸器。FR2為M2電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，因?yàn)榭焖匐妱?dòng)機(jī)M3短

16、時(shí)工作，所以不設(shè)計(jì)過(guò)載保護(hù)。圖2-2為C650臥式車床的主電路圖。圖2-2 C650臥式車床主電路2.2 交流控制電路設(shè)計(jì) 主電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制 圖2-3為點(diǎn)動(dòng)環(huán)節(jié)的控制電路原理圖。電路中KM3為M1電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器，KM1為M1電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)動(dòng)接觸器，KA為中間繼電器。M1電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)由點(diǎn)動(dòng)按鈕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(dòng)機(jī)的定子繞組經(jīng)限流電阻R與電源接通，電動(dòng)機(jī)在較低速度下起動(dòng)。圖2-3 C650臥式車床點(diǎn)動(dòng)控制電路 主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路 圖2-4為主電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路。主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)由正向起動(dòng)按鈕SB1控制。按下SB1時(shí)，接觸器KM首先得電動(dòng)

17、作，它的主觸點(diǎn)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(dòng)合觸點(diǎn)閉合使中間繼電器KA得電，它的觸點(diǎn)（137）閉合，使接觸器KM3得電吸合。KM3的主觸點(diǎn)將三相電源接通，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正轉(zhuǎn)起動(dòng)。KM3的動(dòng)合觸點(diǎn)（1513）和KA的動(dòng)合觸點(diǎn)（515）的閉合將KM3線圈自鎖。反轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)用反向啟動(dòng)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(dòng)機(jī)在滿壓下反轉(zhuǎn)起動(dòng)。KM3的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)（2325），KM4的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)（714）分別串在對(duì)方接觸器線圈的回路中，起到了電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。 主電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制

18、C650臥式車床采用了反接制動(dòng)方式。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，用速度繼電器的觸點(diǎn)給出信號(hào)切斷電動(dòng)機(jī)的電源。圖2-5是C650臥式車床正反轉(zhuǎn)與反接制動(dòng)的控制電路圖。圖2-5 C650臥式車床正反轉(zhuǎn)與反接制動(dòng)控制電路速度繼電器與被控電動(dòng)機(jī)是同軸連接的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開(kāi)觸電KS1（1723）閉合；電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS2（177）閉合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)合觸點(diǎn)KS1（1723）也是閉合的，這樣就為電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)做好了準(zhǔn)備。需要停車時(shí)，按下停止按鈕SB4，接觸器KM失電，其主觸電斷開(kāi)，電

19、阻R串入主回路。與此同時(shí)KM3也失電，斷開(kāi)了電動(dòng)機(jī)的電源，同時(shí)KA失電，KA的動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合。在松開(kāi)SB4后就使反轉(zhuǎn)接觸器KM4的線圈通過(guò)1-3-5-17-23-25電路得電，電動(dòng)機(jī)的電源反接，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的復(fù)位轉(zhuǎn)速時(shí)，速度繼電器KS的正轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS1（17-23）斷開(kāi)，切斷了接觸器KM4的通電回路，電動(dòng)機(jī)脫離電源停止。電動(dòng)機(jī)的反接時(shí)的制動(dòng)與正轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)相似。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS2是閉合的，這是按一下停止按鈕SB4，在SB4松開(kāi)后正轉(zhuǎn)接觸器線圈通過(guò)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(dòng)機(jī)制動(dòng)后停

20、止。 刀架的快速移動(dòng)和冷卻泵的控制 刀架的快速移動(dòng)是由轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄壓動(dòng)限位開(kāi)關(guān)SQ來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓動(dòng)SQ后，接觸器KM2得電吸合，M3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)刀架快速移動(dòng)。M2為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，它的起動(dòng)與停止是通過(guò)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，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(kāi)關(guān)，SA閉合時(shí)照明燈EL點(diǎn)亮，斷開(kāi)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(guò)電流互感接入的。為防止電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流對(duì)電流表的沖擊，電路中采用一個(gè)時(shí)間繼電器KT。當(dāng)起動(dòng)時(shí)，KT

21、線圈通電，而KT的延時(shí)斷開(kāi)的動(dòng)斷觸點(diǎn)尚未動(dòng)作，電流互感器二次電流只流經(jīng)該觸點(diǎn)構(gòu)成閉合回路，電流表沒(méi)有電流流過(guò)。起動(dòng)后，KT延時(shí)斷開(kāi)的動(dòng)斷觸點(diǎn)打開(kāi)，此時(shí)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(hào)及功能說(shuō)明表。表2-1 電氣元件符號(hào)及功能說(shuō)明序號(hào)名稱及用途序號(hào)名稱及用途M1主電動(dòng)機(jī)SB1主電動(dòng)機(jī)正向啟動(dòng)按鈕M2冷卻泵電動(dòng)機(jī)SB2主電動(dòng)機(jī)反向啟動(dòng)按鈕M3快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)SB3冷卻泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕KM短接限流電阻接觸器SB4總停按鈕KM1冷卻泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接觸器SB5冷卻泵電動(dòng)機(jī)停止按鈕KM2快移電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接觸器SB6主電動(dòng)機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)按鈕KM3主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器TC控制變壓器KM4主電

22、動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器FU15熔斷器KA中間繼電器FR1主電機(jī)過(guò)載保護(hù)熱繼電器KT通電延時(shí)時(shí)間繼電器FR2冷卻泵電機(jī)保護(hù)熱繼電器SQ快移電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)行程開(kāi)關(guān)R限流電阻SA開(kāi)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(jiǎn)介20世紀(jì)70年代末至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(duì)模擬量進(jìn)行控制，它以面向工業(yè)控制為特點(diǎn)，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(guó)生產(chǎn)的PLC品種繁多，發(fā)展迅速。在國(guó)內(nèi)的市

23、場(chǎng)上應(yīng)用較多的PLC多為日本、德國(guó)和美國(guó)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(guó)西門(mén)子公司的S7系列和美國(guó)ABB公司的07系列等。西門(mén)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S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無(wú)論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 3.1.1 PLC的特點(diǎn)PLC是綜合繼電器接觸器控制優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活方便的優(yōu)點(diǎn)而制造和發(fā)展的、這使PLC具有許多其他控制器無(wú)法相比的

24、特點(diǎn)：（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(chǎng)而穩(wěn)定可靠地工作。目前各個(gè)生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的PLC，其平均無(wú)故障時(shí)間大大超過(guò)了IEC規(guī)定的10萬(wàn)小時(shí)。而且為了適應(yīng)特殊場(chǎng)合需求，有的PLC生產(chǎn)廠商還采用差異設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高其可靠性。（2）通用性強(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(jiǎn)各異的空子系統(tǒng)要求。（3）編程語(yǔ)言簡(jiǎn)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(yǔ)言，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電器技術(shù)人員的歡迎。近年來(lái)

25、又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樞蚩刂屏鞒虉D語(yǔ)言，也稱功能圖，使編成更加簡(jiǎn)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(gè)部件，均采用模塊化設(shè)計(jì)、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(shí)際需求自行組合，使系統(tǒng)的性能價(jià)格更容易趨于合理。（5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短。由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)任務(wù)僅僅是根據(jù)對(duì)象的控制要求配置適當(dāng)?shù)哪K，而不要去設(shè)計(jì)具體的接口電路，這樣大大的縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間，加快了整個(gè)工程的進(jìn)度。（6）對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)。PLC的核心是微處理器，它實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其控制功能是通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，不必改變PLC硬件設(shè)備，只需改變P

26、LC中的程序。這對(duì)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(jiǎn)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(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相比的I/O端相連，而且PLC軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試太多可在實(shí)驗(yàn)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(chǎng)調(diào)試，這樣既省時(shí)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(bào)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(hào)的選擇S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或

27、相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列在集散自動(dòng)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(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)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、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。S7-200系列PLC可提供5個(gè)不同的基本型號(hào)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(duì)C650型車床做電器部分的改造，輸出端口需要6個(gè)，輸入端口需要13個(gè)。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(guò)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(shí)用

28、，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(jì)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）908062120.5806214080621968062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(wú)2輸入/1輸出無(wú)擴(kuò)展I/O模塊無(wú)27數(shù)字I/O映像256（128輸入/128輸出）電容后備50h（40時(shí)最少8h）100h（40時(shí)最少70h）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2KB8KB10KB程序存儲(chǔ)器4

29、KB8KB/12KB12KB/16KB16KB/24KB模擬電位器1個(gè)8位分辨率2個(gè)8位分辨率執(zhí)行速度每條布爾運(yùn)算指令0.22s通信接口1個(gè)RS-485接口2個(gè)RS-485接口卡選項(xiàng)存儲(chǔ)器、電池和實(shí)時(shí)時(shí)鐘存儲(chǔ)器、電池（實(shí)時(shí)時(shí)鐘內(nèi)置）高速計(jì)數(shù)器單相兩相4個(gè) 30kHZ2個(gè)20kHZ6個(gè)30kHZ4個(gè)20kHZ4個(gè)30kHZ，2個(gè)200kHZ3個(gè)，每個(gè)20kHZ，1個(gè)100kkZ6個(gè)30kHZ4個(gè)20kHZ脈沖輸出（DC）2個(gè)20kHZ2個(gè)100kHZ2個(gè)20kHZ3.3 電動(dòng)機(jī)選擇本次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(wú)變化。電動(dòng)機(jī)亦保留原有主軸電機(jī)、冷

30、卻泵電機(jī)、快進(jìn)電機(jī)，詳見(jiàn)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(hào)Y255M-6Y2-631-2Y90L-2額定電壓AC 380V 50HzAC 380V 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(jí)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(lái)控制其通斷的自動(dòng)切換電器。在功能上除了能自動(dòng)切換外，還具有刀開(kāi)關(guān)類手動(dòng)開(kāi)關(guān)所不能實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離操作功能和失壓

31、（或欠壓）保護(hù)功能。其生產(chǎn)方便，價(jià)格低廉，應(yīng)用十分廣泛。交流接觸器由電磁機(jī)構(gòu)，觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、釋放彈簧機(jī)構(gòu)、輔助觸點(diǎn)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動(dòng)動(dòng)銜鐵，當(dāng)兩組銜鐵合攏時(shí)，安裝在動(dòng)銜鐵上的動(dòng)觸點(diǎn)也隨之與靜觸點(diǎn)閉合，使電氣線路接通。當(dāng)斷開(kāi)電磁線圈中的電流時(shí)，磁場(chǎng)消失，接觸器在彈簧的作用下恢復(fù)到斷開(kāi)的狀態(tài) 。 在工業(yè)電氣中，常用交流接觸器的型號(hào)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(jì)中，采用了CJ20系列的交流接觸器，其

32、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(hào)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(hào)為：CJ2010，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(dòng)控制系統(tǒng)中，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量及容量。 它用于在控制電路中傳遞中間信號(hào)。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(guò)大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過(guò)小電流。所以，它只能用于控制電路中。它一般是沒(méi)有主觸點(diǎn)的，因?yàn)檫^(guò)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

33、國(guó)標(biāo)對(duì)中間繼電器的定義是K，老國(guó)標(biāo)是KA。常用的中間繼電器型號(hào)有JZ7、JZ14等。本次設(shè)計(jì)選擇的中間繼電器型號(hào)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)重過(guò)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(guò)它的電流小于規(guī)定值時(shí)，其熔體相當(dāng)于一根導(dǎo)線，起電氣連接作用；當(dāng)通過(guò)它的電流超過(guò)規(guī)定值（電路發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載或短路時(shí)）一定時(shí)間后，其熔體自動(dòng)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

34、取型號(hào)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(hào)分別為：RL1-15/2、RL1-15/6.控制電路選取型號(hào)RL1-15/2。（2）熱繼電器熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)原理來(lái)工作的保護(hù)電器，具有與電動(dòng)機(jī)容許過(guò)載特性相近的反時(shí)限保護(hù)特性。主要用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)、斷相及電流不平衡運(yùn)行保護(hù)。也常與接觸器配合成電池啟動(dòng)器。三相異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)遇到因電氣或機(jī)械原因等引起的過(guò)電流(過(guò)載和斷相)現(xiàn)象，如果過(guò)電流不嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間短，繞組不超過(guò)允許溫升，這種過(guò)電流是允許；如果過(guò)電流情況嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)加快電動(dòng)機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)，因此，在電動(dòng)機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置熱

35、繼電器保護(hù)。選型原則：應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的使用條件、工作環(huán)境、啟動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)，電動(dòng)機(jī)的形式以及電動(dòng)機(jī)允許的過(guò)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(dòng)機(jī)的過(guò)載特性之下，并盡可能地接近，以充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，同時(shí)使電動(dòng)機(jī)在短時(shí)過(guò)載和啟動(dòng)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(dòng)機(jī)額定電流。整定電流一般為電動(dòng)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(hào)為：JR36-63,整定電流為：60A；冷卻泵電路熱繼電器選取型號(hào)為：JR36-20，整定電流為：0.36A。3.4.4 控制開(kāi)關(guān)電器的選擇（1）轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)又稱組合開(kāi)關(guān)，一般用于電

36、氣設(shè)備中非頻繁的通斷電路、換接電源和負(fù)載、測(cè)量三相電壓以及直接控制小容量感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由動(dòng)觸頭（動(dòng)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(dòng)靜觸頭分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)換手柄時(shí)，每層的動(dòng)觸片隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。一般選取的原則為允許通過(guò)的電流大于或等于電路的額定電流，按此選擇轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。常用的產(chǎn)品有：HZ5、HZ10和HZ15等系列。本次設(shè)計(jì)選取HZ10-100/3。（2）按鈕開(kāi)關(guān)盒按鈕開(kāi)關(guān)（簡(jiǎn)稱按鈕）又稱控制按鈕，是一種接通或斷開(kāi)小電流電路的手動(dòng)開(kāi)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(dòng)或停止“命令”以遠(yuǎn)距離控制接觸器、繼電器、

37、電磁啟動(dòng)器等電器線圈電流的接通或斷開(kāi)，再由它們?nèi)タ刂浦麟娐?。目前常用的按鈕開(kāi)關(guān)盒為L(zhǎng)A4系列產(chǎn)品，本次設(shè)計(jì)選擇的按鈕開(kāi)關(guān)型號(hào)為L(zhǎng)A4-3H。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(shí)觸頭動(dòng)作的繼電器。主要用于電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)控制電路中，當(dāng)反接制動(dòng)的轉(zhuǎn)速下降到接近零時(shí)能自動(dòng)地及時(shí)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(dòng)機(jī)軸3定子4籠型繞組5定子柄6動(dòng)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(dòng)的定子與轉(zhuǎn)子同心，而且能獨(dú)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(dòng)機(jī)軸相連，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，形成旋轉(zhuǎn)

38、磁場(chǎng)?；\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(chǎng)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(dòng)方向偏擺，定子柄推動(dòng)相應(yīng)觸頭動(dòng)作。定子柄推動(dòng)觸頭的同時(shí)，也壓縮反力彈簧，其反作用阻止定子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速下降到一定數(shù)值時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩小于反力彈簧的反作用力矩，定子返回原來(lái)位置，對(duì)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(dòng)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(dòng)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(jì)選擇的速度繼電器型號(hào)為JY1型速度繼電器500V、2A。4 PLC控制電路設(shè)計(jì)4.1 PLC的硬件電路框圖世界各國(guó)各生

39、產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC雖然外觀各異，但作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)都大體相同。主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）接口、電源及外圍編程設(shè)備等幾大部分構(gòu)成。PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示。圖4-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖4.2 車床控制PLC輸入/輸出接口分配表及電氣原理圖4.2.1 車床控制PLC輸入/輸出接口分配表（表4-1）表4-1 I/O接口分配表序號(hào)名稱符號(hào)輸入端子序號(hào)名稱符號(hào)輸出端子1控制燈EL開(kāi)SB7X014控制照明燈ELY02控制燈EL關(guān)SB8X115主電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器KM3Y13主電機(jī)正向啟動(dòng)按鈕SB1X216短接限流電阻KMY24總停止按鈕

40、SB4X317主電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器KM4Y35主電機(jī)過(guò)載保護(hù)FR1X418冷卻泵電機(jī)接觸器KM1Y46主電機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB6X519快移電動(dòng)機(jī)接觸器KM2Y57速度繼電器正轉(zhuǎn)觸點(diǎn)KS1X68主軸反向啟動(dòng)SB2X79速度繼電器反轉(zhuǎn)觸點(diǎn)KS2X1010冷卻泵啟動(dòng)按鈕SB3X1111冷卻泵停止按鈕SB5X1212行程開(kāi)關(guān)SQX1313冷卻泵電機(jī)過(guò)載保護(hù)FR2X144.2.2 PLC控制原理電路設(shè)計(jì)由表4-1 I/O 口分配表可以知道，輸入部分：按鈕SB4為整個(gè)控制系統(tǒng)的停止開(kāi)關(guān)；按鈕SB1、SB2及SB6分別控制主軸電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)及點(diǎn)動(dòng)控制；按鈕SB3、SB5分別控制冷卻泵電機(jī)的M2啟動(dòng)與停止；

41、按鈕SB7、SB8分別控制HL的照明于熄滅；行程開(kāi)關(guān)SQ控制快進(jìn)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)；熱繼電器常閉開(kāi)關(guān)FR1，F(xiàn)R2分別為M1、M2的過(guò)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(dòng)。輸出部分：KM3、KM4接觸器分別控制主軸電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)；KM接觸器控制主軸電機(jī)M1的低速運(yùn)行；KM1、KM2接觸器分別控制冷卻泵電機(jī)M2、快進(jìn)電機(jī)M3的運(yùn)行；EL為車床照明。下圖為，PLC的輸入、輸出I/O電氣接線圖，如圖4-2。圖4-2 PLC控制原理電路圖5 C650臥式車床改造為PLC控制的軟件設(shè)計(jì)5.1 S7200PLC編程軟件STEP 7-Micro/WIN的介紹S7200可編程控制器使用S

42、TEP7-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(kāi)發(fā)程序，也可用于適時(shí)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(jí)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(shè)計(jì)師）工具箱；以及Microwin 3.11 Chinese（Microwin3.11 SP1和Tp Designer

43、的專用漢化工具）等編程軟件。5.2 梯形圖的設(shè)計(jì)5.2.1 機(jī)床工作指示燈開(kāi)關(guān)控制的梯形圖設(shè)計(jì)機(jī)床工作指示燈EL由SB7和SB8控制指示燈的開(kāi)關(guān)，對(duì)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(diǎn)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(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KM、KM3、KM4控制，PLC中控制KM、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(jí)。在第Y110、Y321線圈電路中，分別串Y3、Y1的動(dòng)斷觸點(diǎn)，線圈Y0， Y1

44、實(shí)現(xiàn)互鎖使電動(dòng)機(jī)無(wú)法在正轉(zhuǎn)過(guò)程中直接切換為反轉(zhuǎn)或直接在反轉(zhuǎn)過(guò)程中直接切換為正轉(zhuǎn)；在第10梯級(jí)和第19梯級(jí)中都串如了中間繼電器KA（Y006）并用中間繼電器KA對(duì)啟動(dòng)按鈕X2和X7進(jìn)行自鎖。在第4梯級(jí)和第15梯級(jí)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(wú)論正反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)M1都是采用全壓空載直接啟動(dòng)。在第4梯級(jí)和第15梯級(jí)中也都使用了X3（SB4）總停按鈕，使主電動(dòng)機(jī)M1無(wú)論是在正傳過(guò)程中還是在反轉(zhuǎn)過(guò)程中都能過(guò)停下來(lái)。這樣得到電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制梯形圖如圖5-2所示。圖5-2 主電動(dòng)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(diǎn)

45、控制的，在主電機(jī)M1通電正轉(zhuǎn)時(shí)在第21梯級(jí)上面串聯(lián)的常閉觸點(diǎn)Y1打開(kāi)，所以此時(shí)無(wú)法直接切換完成電機(jī)的反轉(zhuǎn)，此時(shí)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(dòng)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(shí)在第10梯級(jí)上面串聯(lián)的常閉觸點(diǎn)Y3打開(kāi)，此時(shí)無(wú)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(dòng)按鈕SB1（X2）完成電機(jī)的轉(zhuǎn)向切換。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(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制的設(shè)計(jì)主電動(dòng)機(jī)M1的正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制是由按鈕SB6對(duì)應(yīng)的X5控制的，由于是點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行所以不能對(duì)X5產(chǎn)生自

46、鎖現(xiàn)象，為了保護(hù)電機(jī)的運(yùn)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(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制梯形圖5.2.4 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)由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速過(guò)高，在切斷電源之后如果使其正常停止花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)，使機(jī)床無(wú)法也充分使用，為了使主電機(jī)能夠快速停下來(lái)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中添加了速度繼電器。將其與主電動(dòng)機(jī)同軸連接，在電機(jī)斷電后起制動(dòng)作用。當(dāng)主電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開(kāi)觸點(diǎn)KS1閉合；主電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS2閉合。轉(zhuǎn)速低于120r/min時(shí)速度繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)使電機(jī)自然停車。例如：要使主電

47、動(dòng)機(jī)M1快速停車，在電機(jī)正傳運(yùn)行時(shí)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(jí)和27梯級(jí)中的中間繼電器Y6由于斷電恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)由原來(lái)的斷開(kāi)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(kāi)觸點(diǎn)KS1（X6）此時(shí)處于閉合狀態(tài)，而反轉(zhuǎn)動(dòng)合觸點(diǎn)KS2（X10）處于斷開(kāi)狀態(tài)，并且此時(shí)Y1與Y3均已失電，處于導(dǎo)通狀態(tài)，故在第10梯級(jí)和27梯級(jí)中只有27梯級(jí)能通過(guò)Y6-X6-Y1-X4使主電動(dòng)機(jī)M1反轉(zhuǎn)接觸器KM3（Y3）得電，從而主電動(dòng)機(jī)M1開(kāi)始產(chǎn)生反轉(zhuǎn)制動(dòng)的力，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)M1的正轉(zhuǎn)速度低于120r/min時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開(kāi)觸點(diǎn)KS1（X6）斷開(kāi)，使第27梯級(jí)

48、中的Y3失電，此時(shí)反轉(zhuǎn)制動(dòng)力消失，主電機(jī)開(kāi)始從120r/min的轉(zhuǎn)速自然停下來(lái)，這樣就用速度繼電器完成了反接制動(dòng)，使主電機(jī)快速的停了下來(lái)，如圖5-7所示。主電動(dòng)機(jī)M1反轉(zhuǎn)時(shí)，反接制動(dòng)的方法與正轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)方法類似，不同的是采用KS2（X10）來(lái)控制。圖5-7 電動(dòng)機(jī)M1正反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)控制梯形圖5.2.5 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)計(jì)快速移動(dòng)電機(jī)Y5為小容量電機(jī)采用直接啟動(dòng)點(diǎn)動(dòng)控制方式，用限位開(kāi)關(guān)SQ（X13）作為點(diǎn)動(dòng)按鈕來(lái)完成快速移動(dòng)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制，如圖5-8所示。圖5-8 快速移動(dòng)電機(jī)的控制梯形圖5.2.6 冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)計(jì)冷卻泵電動(dòng)機(jī)Y4為一長(zhǎng)動(dòng)電機(jī)所以在梯形圖中添加有自鎖，并為其設(shè)有熱繼

49、電器FR2（X14）做過(guò)載保護(hù)，設(shè)置的啟動(dòng)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(dòng)機(jī)的控制梯形圖5.2.7 梯形圖中的其它控制設(shè)計(jì)監(jiān)視主回路負(fù)載的電流表延時(shí)控制，由于電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)瞬間電流過(guò)大，如果直接進(jìn)行電流的檢測(cè)必定對(duì)電流表造成極大的負(fù)面影響。為了時(shí)電流表正常工作在梯形圖中使用延時(shí)器設(shè)定在主電機(jī)通電5S后開(kāi)始檢測(cè)主回路中電流，如圖5-10所示。圖5-10 電流表的控制梯形圖5.3 梯形圖由5.2設(shè)計(jì)的各個(gè)部分梯形圖匯總設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)M1的點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)、M1的正轉(zhuǎn)、M1的反轉(zhuǎn)、M1的反接制動(dòng)，以及

50、M2的起動(dòng)、M2的停止、M3的起動(dòng)，以及電流表的正常檢測(cè)，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 12 AND Y006 13 OR X005 14 LDI Y006 15 AND X010 16 ORB17 ANI Y003 18 ANI X003 19 ANI X004 20 O

51、UT 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 X003 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 END6 調(diào)試在調(diào)試前我們需要對(duì)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(kāi)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(tái)等部件的位置是否合適，防止通電時(shí)發(fā)生失誤。在檢查完各部分正確無(wú)誤后，便可接上設(shè)備的工作電源，開(kāi)始通電調(diào)試了。6.1 硬件檢查合上實(shí)驗(yàn)臺(tái)上供電的電源開(kāi)關(guān)，用萬(wàn)用表測(cè)量系統(tǒng)總電源開(kāi)關(guān)進(jìn)線端的電壓，看一看電壓是否正常，有無(wú)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(kāi)關(guān)