畢業(yè)設(shè)計35濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電系PLC畢業(yè)設(shè)計

濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目 PLC 對 C650 普通車床的電氣改造 系別 機電系 專業(yè) 機電一體化 班級 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 日期 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 目 錄 目 錄 . 錯誤 !未定義書簽。 摘 要 . 2 前 言 . 3 1 概述 . 4 1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計概要 . 5 1.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計流程圖 . 6 1.3 可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 . 7 2 電氣功能主要分析和特點 . 10 2.1 電氣原理圖 . 10 2.2控制線路特點與電氣線路概述 . 11 2.3 電氣主要功能分析 . 13 3 硬件的概述 . 錯誤 !未定義書簽。 3.1 PLC類型的簡介 . 16 3.2.PLC的特點 . 16 3.3 選配 PLC型號 . 17 3.4 外部接線圖 . 22 4 軟件的概述 . 23 4.1 S7 200 PLC編程軟件 STEP 7-Micro/WIN 的介紹 . 23 4.2 梯形圖 . 23 4.3 語句表 . 26 4.4 PLC調(diào)試過程分析 . 27 結(jié) 論 . 28 致 謝 . 29 參考文獻 . 30 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 摘要 面對我國經(jīng)濟近年來的快速發(fā)展，機械制造工業(yè)的壯大，在國民經(jīng)濟中占重要地位的制造業(yè)領(lǐng)域得以健康快速的發(fā)展。制造裝備的改進，使得作為工業(yè)重要設(shè)備的各類機 械 工藝裝備 也有了許多新的變化，尤其是 振動機械產(chǎn)品 ，其在今天 機械產(chǎn)品 的地位越來越重要。 在原普通水平輸送機的基礎(chǔ)上，經(jīng)過市場與現(xiàn)場調(diào)研，應(yīng)用非線性振動理論，微彎等截面梁的彎曲振動理論、最優(yōu)化理論、近共振理論急 CAD技術(shù)，研制出振動機械新產(chǎn)品。該產(chǎn)品與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比具有重量輕、體積小、節(jié)能、低噪聲、高效的特點，是一個極具有發(fā)展前景、推廣及應(yīng)用價值高的高新技術(shù)產(chǎn)品。 本文從零件的分析，工藝規(guī)格設(shè)計，夾具的設(shè)計三個方面，闡述了 直線振動輸送機 設(shè)計與制造的全過程。尤其在工藝規(guī)程設(shè)計中，我們運用了大量的科學(xué)的加工理論及計算公式， 選擇了基面，制定了工藝路線確定了機械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸，最后 確定了切削用量及基本工時。 關(guān)鍵詞 實驗 PLC 改造 （ 1） 論文第二頁為 300 字左右的中文內(nèi)容摘要，應(yīng)說明本論文的目的、研究方法、成果和結(jié)論。 （ 2）論文摘要是學(xué)位論文的縮影，盡可能保留原論文的基本信息，突出論文的創(chuàng)造性成果和 先進性。 （ 3）論文摘要應(yīng)盡量深入淺出，通俗易懂，少用公式字母，語言力求精煉、準(zhǔn)確。 （ 4） 在本頁的最下方另起一行，注明本文的關(guān)鍵詞 3-5 個。 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 前言 在工業(yè)生產(chǎn)和生活中，人們都使用或接觸過許多機 器，這些機器能承擔(dān)人力不能或不便承擔(dān)的工作，能大大提高人們的勞動生產(chǎn)率，改進產(chǎn)品質(zhì)量，還能改善人們的勞動環(huán)境，減輕勞動強度，尤其是使用機器可大規(guī)模進行生產(chǎn)，實現(xiàn)高度的機械化生活的需要。因此使用機器進行生產(chǎn)的水平是一個國家綜合國力的標(biāo)志，也是這個國家工業(yè)化水平的標(biāo)志。 此次我們設(shè)計的機器為直線振動輸送機。 該機用于各種顆粒狀，中等塊度以下的非粘性物料（含水量小于 5%）。最適宜于輸送高磨耗，高溫度（ 300 度以下的物料）如水泥，熟料，烘干熱礦渣，沙等，還可以用于冶金，礦山，化工，電力等行業(yè)，是一種理想的新型輸送設(shè) 備。 本機有以下特點： 輸送量大，重量輕，電耗低。 負載特性好，機槽振幅受電壓波動動輸送量的影響很??；起動快，在滿足負載的情況下均能正常起動；起動快，停車時整機穩(wěn)定。 結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試容易，磨損件少，維修量小。 安裝方便，不需要專用的地基和地腳螺栓，便于移動位置。 隔振性能好，故適宜水泥及礦渣庫頂輸送。 本機主要組成部分： 本機主要由出料槽體、底架、主振彈簧、減振彈簧、彈簧座、振動電機等部件組成。 輸送槽體截面采用優(yōu)化理論確定，槽體采用耐熱板制作，各段間的連接部件要求平整。 振動電機兩臺采用穿透 螺栓連接，激振力可調(diào)。 主振彈簧為非線形彈簧，可用調(diào)整螺栓調(diào)節(jié)其預(yù)壓縮量，以適應(yīng)不同比重的物料輸送。 該產(chǎn)品由于研制及小批量生產(chǎn)狀態(tài)，其工時、工裝費用較高，使成本提高，在推廣新產(chǎn)品的同時，嚴(yán)格控制產(chǎn)品的各種消耗，在保證質(zhì)量的前提下，進一步降低成本，降低費用，加強核算，就能使該產(chǎn)品的價格進一步降低，取得更好的社會效益和經(jīng)濟利益 。 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 概述 1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計概要 PLC的內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)與計算機、微機相似，但其接口電路不同 ,編程語言也不一致。因此 PLC控制系統(tǒng)與微機控制系統(tǒng)開發(fā)過程不完全相同，需要根 據(jù) PLC 本身的特點、性能進行系統(tǒng)的設(shè)計。 為實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以及生產(chǎn)效率和產(chǎn)品產(chǎn)量的進一步提高最大限度地發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循以下步驟： 1.流程圖功能說明 （ 1） 根據(jù)生產(chǎn)的工藝分析控制要求：如需要完成的動作（動作順序、動作條件及必須的保護和聯(lián)鎖）、操作方式（手動、自動；連續(xù)、單周期及單步等）。 （ 2） 根據(jù)控制要求確定所需要的用戶輸入、輸出設(shè)備、據(jù)此確定 PLC的 I/O點數(shù) （ 3） 選擇 PLC （ 4）分配 PLC的 I/O接口，設(shè)計 I/O電氣接口接圖。 （ 5）進行 PLC程序設(shè)計， 同時可進行控制臺（柜）的設(shè)計和現(xiàn)場施工。在設(shè)計傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)時，必須在控制線路（接線程序）設(shè)計完成后，才能進行控制臺（柜）設(shè)計和現(xiàn)場施工。采用 PLC 控制，可以使整個工程的周期縮短。 2.PLC程序設(shè)計的步驟 （ 1）繪制系統(tǒng)流程圖 （ 2）設(shè)計梯形圖 （ 3）根據(jù)梯形圖編制程序清單 （ 4）用編程其將程序鍵入到 PLC的用戶程序存儲器中，并檢驗后鍵入的程序是否正確 （ 5）調(diào)試和修改程序，直到滿足要求為止 （ 6）控制臺現(xiàn)場施工完成后進行聯(lián)合調(diào)試 （ 7）編制技術(shù)文件 （ 8）交付使用 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 1.2 PLC 系統(tǒng)設(shè)計流程圖 圖 1.1 P LC 設(shè)計控制流程圖 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 1.3 可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 1.系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容 （ 1）擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計任務(wù)書的形式來確定，它是整個設(shè)計的依據(jù)； （ 2）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)； （ 3）選定 PLC 的型號； （ 4）編制 PLC 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖； （ 5）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應(yīng)的編程語言（常用 形圖）進行程序設(shè)計； （ 6）了解并遵循用戶認(rèn)知心理學(xué)，重視人機界面的設(shè)計，增強人與機器之間的友善關(guān)系； （ 7）設(shè)計操作臺、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元部件； （ 8）編寫設(shè)計說明書和使用說明書 。 根據(jù)具體任務(wù)，上述內(nèi)容可適當(dāng)調(diào)整。 2.系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟 ： （ 1）深入了解和分析被控對象的工藝條 件和控制要求 a、 被控對象就是受控的機械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。 b、 控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。 （ 2）確定 I/O 設(shè)備 根據(jù)被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。 （ 3）選擇合適的 PLC 類型 根據(jù)已確定的用戶 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 PLC 類型，包括機型、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 （ 4）分配 I/O 點 分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。接著九可以進行 PLC 程序設(shè)計，同時可進行控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。 （ 5）設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序 根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計出梯形圖即編程。這一步是整個應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的最核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計好梯形圖，首先要十分熟悉控制 要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計的實踐經(jīng)驗。 （ 6）將程序輸入 PLC 當(dāng)使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。 （ 7）進行軟件測試 程序輸入 PLC 后，應(yīng)先進行測試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。 （ 8）應(yīng)用系統(tǒng)整體 調(diào)試 在 PLC 軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進行整體調(diào)試；如果控制調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。 （ 9） 編制技術(shù)文件 系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、 PLC 梯形圖。 （ 10） 分配輸入 / 輸出點 一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應(yīng)的。 分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。在個別情況下，也有兩個信號用一個 輸入點的，那樣就應(yīng)在接入輸入點前，按邏輯關(guān)系接好線（如兩個觸點先串聯(lián)或并聯(lián)），然后再接到輸入點。 （ 11） 確定 I/O 通道范圍 不同型號的 PLC ，其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選 PLC 型號，濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 查閱相應(yīng)的編程手冊，決不可 “ 張冠李戴 ” 。必須參閱有關(guān)操作手冊。 （ 12） 部輔助繼電器 內(nèi)部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器 / 計數(shù)器時作數(shù)據(jù)存儲或數(shù)據(jù)處理用。 從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當(dāng)于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。 未分配模塊的輸入 / 輸出繼電 器區(qū)以及未使用 1 ： 1 鏈接時的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部輔助繼電器使用。根據(jù)程序設(shè)計的需要，應(yīng)合理安排 PLC 的內(nèi)部輔助繼電器，在設(shè)計說明書中應(yīng)詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復(fù)使用。參閱有關(guān)操作手冊。 （ 13） 分配定時器 / 計數(shù)器 PLC 的定時器 / 計數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊。 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計方法及步驟 ，PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法 。 在了解了 PLC 程序結(jié)構(gòu)之后，就要具體地編制程序了。編制 PLC 控制程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。 圖解法編程 ， 圖 解法是靠畫圖進行 PLC 程序設(shè)計。為此，不少 PLC 生產(chǎn)廠家在自己的 PLC 中增加了步進順控指令。在畫完各個步進的狀態(tài)流程圖之后，可以利用步進順控指令方便地編寫控制程序。 3 計算機輔助設(shè)計編程 計算機輔助設(shè)計是通過 PLC 編程軟件在計算機上進行程序設(shè)計、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等等。使用編程軟件可以十分方便地在計算機上離線或在線編程、在線調(diào)試，使用編程軟件可以十分方便地在計算機上進行程序的存取、加密以及形成 EXE 運行文件。 4 PLC 軟件系統(tǒng)設(shè)計的步驟 在了解了程序結(jié)構(gòu)和編程方法 的基礎(chǔ)上，就要實際地編寫 PLC 程序了。編寫 PLC 程序和編寫其他計算機程序一樣，都需要經(jīng)歷如下過程。對系統(tǒng)任務(wù)分塊 分塊的目的就是把一個復(fù)雜的工程，分解成多個比較簡單的小任務(wù)。這樣就把一個復(fù)雜的大問題化為多個簡單的小問題。這樣可便于編制程序。 5 編制控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖 從邏輯關(guān)系圖上，可以反應(yīng)出某一邏輯關(guān)系的結(jié)果是什么，這一結(jié)果又英國導(dǎo)出哪些動作。這個邏輯關(guān)系可以是以各個控制活動順序為基準(zhǔn)，也可能是以整個活動的時間節(jié)拍為基準(zhǔn)。邏輯關(guān)系圖反映了控制過程中控制作用與被控對象的活動，也反應(yīng)了輸入與輸 出的關(guān)系。 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 6. 繪制各種電路圖 繪制各種電路的目的，是把系統(tǒng)的輸入輸出所設(shè)計的地址和名稱聯(lián)系起來。這是很關(guān)鍵的一步。在繪制 PLC 的輸入電路時，不僅要考慮到信號的連接點是否與命名一致，還要考慮到輸入端的電壓和電流是否合適，也要考慮到在特殊條件下運行的可靠性與穩(wěn)定條件等問題。特別要考慮到能否把高壓引導(dǎo)到 PLC 的輸入端，把高壓引入 PLC 輸入端，會對 PLC 造成比較大的傷害。在繪制 PLC 的輸出電路時，不僅要考慮到輸出信號的連接點是否與命名一致，還要考慮到 PLC 輸出模塊的帶負載能力和耐 電壓能力。此外，還要考慮到電源的輸出功率和極性問題。在整個電路的繪制中，還要考慮設(shè)計的原則努力提高其穩(wěn)定性和可靠性。雖然用 PLC 進行控制方便、靈活。但是在電路的設(shè)計上仍然需要謹(jǐn)慎、全面。因此，在繪制電路圖時要考慮周全，何處該裝按鈕，何處該裝開關(guān)，都要一絲不茍。 7 編制 PLC 程序并進行模擬調(diào)試 在繪制完電路圖之后，就可以著手編制 PLC 程序了。當(dāng)然可以用上述方法編程。在編程時，除了要注意程序要正確、可靠之外，還要考慮程序要簡捷、省時、便于閱讀、便于修改。編好一個程序塊要進行模擬實驗，這樣便于查 找問題，便于及時修改，最好不要整個程序完成后一起算 總帳 。 8 制作控制臺與控制柜 在繪制完電器、編完程序之后，就可以制作控制臺和控制柜了。在時間緊張的時候，這項工作也可以和編制程序并列進行。在制作控制臺和控制柜的時候要注意選擇開關(guān)、按鈕、繼電器等器件的質(zhì)量，規(guī)格必須滿足要求。設(shè)備的安裝必須注意安全、可靠。比如說屏蔽問題、接地問題、高壓隔離等問題必須妥善處理。 現(xiàn)場調(diào)試是整個控制系統(tǒng)完成的重要環(huán)節(jié)。任何程序的設(shè)計場調(diào)試就能使用的。只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制回路和控制程序不能滿足系統(tǒng)要求之處；只有通過現(xiàn)場調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)控制電路和控制程序發(fā)生矛盾之處；只有進行現(xiàn)場調(diào)試才能最后實地測試和最后調(diào)整控制電路和控制程序，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 2 電氣功能主要分析和特點 2.1 電氣原理圖 圖 2.1 C650 型臥式車床的電氣控制線路圖 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 2.2 控制線路特點與電氣線路概述 1. 控制線路的特點 (1) 主軸正反轉(zhuǎn)用正、 反向接觸器進行控制。 (2) 主電動機的功率為 30 kW, 但因不經(jīng)常啟動 , 所以采用直接啟動。 (3) 為了對刀和工件進行調(diào)整 , 主軸電動機的 控制線路設(shè)有點動環(huán)節(jié)。 (4) 為提高工作效率 ,主軸電動機采用反接制動。在反接制動時 , 為減小制動電流 ,定子回路串入限流電阻 R。在點動時 , R 也串入定子回路 , 防止頻繁點動時使主電動機過熱。 (5) 為監(jiān)測主軸電動機定子大電流 , 通過電流互感器接入電流表。為防止主軸電動機的啟動電流以及反接制動電流對電流表造成沖擊 , 在主軸電動機啟動和反接制動時 , 與電流表并聯(lián)一個時間繼電器的通電延時打開的常閉觸頭。 (6) 加工螺紋時 , 為了保證工件的旋轉(zhuǎn)速度與刀具的進給速度間的嚴(yán)格比例關(guān)系 ,刀架 的進給運動也由主軸電動機拖動。 (7) 為減輕工人的勞動強度和節(jié)省輔助工時 ,專設(shè)一臺 2.2 kW的電動機拖動溜板箱快速運動。 (8) 加工時為防止刀具和工件的溫度過高 ,用一臺電動機驅(qū)動的冷卻泵供給切削液實現(xiàn)冷卻。冷卻泵電動機在主軸電動機開動后方可啟動旋轉(zhuǎn)。 (9) 主電動機和冷卻泵電動機有短路和過載保護。 (10) 有安全照明電路。 2 .電氣線路概述 該機床電氣線路較為復(fù)雜。主電路由四臺三相異步交流電動機及其附屬電路元件組成。除冷卻泵電動機采用開關(guān)直接起動外，其余三臺 異步電動機采用接觸器直接起動。 M1是主軸電機，功率為 3kw，由交流接觸器 KM1控制其起動與停止。熱繼電器 FR1是過載保護電器。短路保護電器是總電源開關(guān)中的電磁脫扣裝置。 M2是搖臂升降電動機，功率為 1.5kw，可以做正向轉(zhuǎn)動和反向轉(zhuǎn)動。接觸器 KM2和KM3分別是搖臂升降電動機正向轉(zhuǎn)動和反向轉(zhuǎn)動與停止控制電器。 M3是液壓油泵電動機，功率為 0.75kw，可以正向轉(zhuǎn)動和反向旋轉(zhuǎn)。正向轉(zhuǎn)動和反向轉(zhuǎn)動的起動與停止由交流接觸器 KM4和 KM5控制。熱繼電器 FR2是液壓油泵電動機的過載保護 電器。該電動機的主要作用是供給夾緊裝置壓力油，實現(xiàn)搖臂和立柱的夾緊與松開。 M4是冷卻泵電動機，功率很小，只有 90 w，由開關(guān)直接起動與停止。因功率小，所以未裝設(shè)過載保護電器。 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 主電路電源電壓為交流 380v，自動空氣斷路器 QF1作為電源引入開關(guān)?？刂凭€路電源電壓為交流 110v，信號燈電路電壓為 6v，均由控制變壓器 TC1提供電源。照明電壓為24v，由 TC2提供電源。 控制線路、照明電路和信號燈電路均由相應(yīng)的自動空氣短路器中的電磁脫扣作為短路保護電器。 表 2.1 C650 普通車床主 要電氣元件目錄表 符 號 名 稱 用途 數(shù)量 M1 M2 M3 KM KM1 KM2 KM3 KM4 KT1 KA SQ1 FR1 FR2 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 FU1 FU2 FU3 FU4 FU5 EL KS1 KS2 A R 電動機 電動機 電動機 交流接觸器 交流接觸器 交流接觸器 交流接觸器 交流接觸器 時間繼電器 中間繼電器 限位開關(guān) 熱繼電器 熱繼電器 按鈕 按鈕 按鈕 按鈕 按鈕 按鈕 熔斷器 熔斷器 熔斷器 熔斷器 熔斷器 照明燈 速度繼電器 速度繼電器 電流表 電阻 主傳動交流電動機 冷卻泵交流電動機 快速移動交流電動機 短路限流電阻交流接觸器 冷卻泵電動機起停交流接觸器 快速移動電動機交流接觸器 主軸電動機正轉(zhuǎn)交流接觸器 主軸電動機反轉(zhuǎn)交流接觸器 電流表時間繼電器 軸電動機起停反接制動中間繼電器 快速移動電動機起停限位開關(guān) 主軸電動機過載保護繼電器 冷卻泵電動機過載保護繼電器 冷卻電動機停止按鈕 主軸電動機反傳啟動按鈕 冷卻電動機啟動按鈕 反接制動按鈕 冷卻電動機停止 按鈕 冷卻電動機點動按鈕 主軸電動機短路保護熔斷器 冷卻泵電動機短路保護熔斷器 照明電路短路保護熔斷器 控制電路短路保護熔斷器 控制電路短路保護熔斷器 照明 主軸電動機反轉(zhuǎn)反接制動速度繼電器 主軸電動機正轉(zhuǎn)反接制動速度繼電器 監(jiān)視電流表 啟動與反接制動限流電阻 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 2.3 電氣主要功能分析 本機床使用 380V、 50HZ三相交流電源。根據(jù)特殊定貨，亦可使用 220V、 50HZ、 380V、60HZ、 420V、 50HZ、 220V/440V、 60HZ等三相交流電源?？刂齐娐?，照明電路和指示燈均由控制變壓器供電。電壓分別為 110V、 24V和 6V。 為了傳動各機構(gòu)，機床上裝有下列電動機 M1 主電動機 M2 冷卻泵電動機 M3 快速移動電動機 3.1.1 主電路 組合開關(guān) Q1 將三相電源引入 , FU1 為主電 動機 M1 的短路保護用熔斷器 , FR1 為 M1電動機過載保護用熱繼電器 , R 為限流電阻 ,防止在點動時連續(xù)的啟動電流造成電動機的過載。通過互感器 TA 接入電流表 以監(jiān)視主電動機繞組的電流。熔斷器 FU2 為 M2、 M3電動機的短路保護 , 接觸器 KM1、 KM2為電動機 M2、 M3啟動用接觸器 , FR2為 M2電動機的過載保護 , 快速電動機 M3短時工作 , 所以不設(shè)過載保護。 監(jiān)視主回路負載的電流表是通過電流互感器接入的。 為防止電動機啟動電流對電流表的沖擊 ,線路中采用一個時間繼電器 KT。啟動時 ,KT 線圈通電 ,而 KT的 延時斷開的動斷觸點尚未動作 ,電流互感器二次側(cè)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。 啟動后 , KT延時斷開的動斷觸點打開 , 此時電流流經(jīng)電流表 , 反映出負載電流的大小。 3.1.2 控制電路 1. 主電動機的點動調(diào)整 圖 3-2所示為點動環(huán)節(jié)的控制線路圖。線路中 KM3 為電動機 M1的正轉(zhuǎn)用接觸器 ,KM4為 M1的反轉(zhuǎn)用接觸器 , KA為中間繼電器。 按下點動按鈕 SB6,接觸器 KM3得電 ,其主觸點閉合 , 電動機的定子繞組經(jīng)限流電阻 R和電源接通 , 電動機在較低速度下啟動。松開按鈕SB6,KM3斷電 , M1停止轉(zhuǎn)動。在點動過程中 , 中間繼電器 KA線圈不通電 , KM3線圈不會自鎖 。 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 圖 3-2 C650 型車床點動控制線路 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 2. 主電動機的正反轉(zhuǎn)控制 主電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路如圖 3-3所示。 1) M1的正向長動 按下正向啟動按鈕 SB1, 接觸器 KM首先得電動作 , 其主觸點閉合將限流電阻 R短接 ,其輔助觸點閉合使中間繼電器 KA 得電 , 其輔助觸點 (13-7)閉合使接觸器 KM3 得電 , KM3的主觸點閉合使 M1 直接正向啟動 ,KM3 的動合觸點 (15-13)和 K 的動合觸點 (5-15)的閉合將 KM3的線圈自鎖。 2) M1的反向長動 按下反向啟動按鈕 SB2, 接觸器 KM首先得電動作 , 其主觸點閉合將限流電阻 R短接 , 其輔助觸點閉合使中間繼電器 KA得電 , 其輔助觸點 (21-23)閉合使接觸器 KM4得電 , KM4的主觸點將 三相電源反接 ,電動機在全壓下反轉(zhuǎn)啟動。 KM4 的動合觸點 (15-21)和 KA 的動合觸點 (5-15)的閉合將 KM4的線圈自鎖。 KM4的動斷觸點 (7-11)和 KM3的動斷觸點 (23-25)分別串在對方接觸器線圈的回路中 , 起到了電動機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的電氣互鎖作用。 圖 3-4 C650 型車床正反轉(zhuǎn)與反接制動的控制線路 速度繼電器與被控電動機是同軸連接的 ,當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)時 , 速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點 KS1(17-23)閉合 ,電動機反轉(zhuǎn)時 ,速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點 KS2(17-7)閉合。當(dāng)電動機正向旋轉(zhuǎn)時 , 接觸器 KM3和 KM、繼電器 KA都處于得電動作狀態(tài) , 速度繼電器的正轉(zhuǎn)動合觸點 KS1(17-23)也是閉合的 , 這樣就為電動機正轉(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 , 其主觸點斷開 ,電阻 R 串入主回路。同時KM3和 KA也失電 ,KM3斷開了電動機的電源 , KA 失電后其動斷觸點復(fù)位閉合。這樣就使反轉(zhuǎn)接觸 KM4 的線圈通過線路 “ 1-3-5-17-23-25” 得電 ,電動機的電源反接 ,電機處于反接制動狀態(tài)。當(dāng)電動機的轉(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(17-23)斷開 , 切斷了接觸器 KM4的通電回路 , 電動機脫離電源停止。 4. 刀架的快速移動和冷卻泵控制 刀架的快速移動是由轉(zhuǎn)動刀架手柄壓動行程開關(guān) SQ來實現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓下 SQ后 ,接濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 觸器 KM2 得電吸合 ,電動機 M3 轉(zhuǎn)動帶動刀架快速移動。 M2 為冷卻泵電動機 , 其啟動與停止是通過按鈕 SB3和 SB5 控制的 。 3 硬件的概述 3.1 PLC類型的簡介 自 20世紀(jì) 70年代末， PLC產(chǎn)品出現(xiàn)以來，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。在中國的市場上最具競爭力的有德國西門子公司、日本三菱系列、歐姆龍公司、 AB 公司所推出的 PLC 均為從小到大全系列的產(chǎn)品，可滿足各種各樣的需求。 三菱公司的產(chǎn)品有： FX系列：為小型 PLC，單元式，單機最大容量為 256點。 A系列、 Ans系列、 Q 系列、 QnA系列等為模塊式大型 PLC，最大容量為 8K點。 西門子公司的產(chǎn)品有： S7-200:微型 PLC，單機最大容量為 256點； S7-300:小到中型 PLC 單機 最大容量為 1K； S7-400:大到超大型 PLC，單機可組態(tài)點數(shù)過萬點。 其中， S7-200 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 的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 S7-200PLC 可提供 4個不同的基本型號與 8種 CPU可供選擇使用。 3.2.PLC的特點 PLC 是綜合繼電器接觸器控制優(yōu)點及計算機靈活方便的優(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，抗干擾能力強。 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)計進一步提高其可靠性。 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 2)通用性強，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。 1)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。 2）系統(tǒng)設(shè)計周期短。 3）對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強。 4）安裝簡單，調(diào)試方便，維護工作量小。 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了生產(chǎn)的正常進行。 3.3 選配 PLC型號 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，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護 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。 圖 3-4 C650 型車床正反轉(zhuǎn)與反接制動的控制線路 速度繼電器與被控電動機是同軸連接的 ,當(dāng)電動機正轉(zhuǎn)時 , 速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點KS1(17-23)閉合 ,電動機反轉(zhuǎn)時 ,速度繼電器的反轉(zhuǎn)動合觸點 KS2(17-7)閉合。當(dāng)電動機正向旋轉(zhuǎn)時 , 接觸器 KM3 和 KM、繼電器 KA都處于得電動作狀態(tài) , 速度繼電器的正轉(zhuǎn)動合觸點 KS1(17-23)也是閉 合的 , 這樣就為電動機正轉(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 , 其主觸點斷開 ,電阻 R 串入主回路。同時KM3和 KA也失電 ,KM3斷開了電動機的電源 , KA 失電后其動斷觸點復(fù)位閉合。這樣就使反轉(zhuǎn)接觸 KM4 的線圈通過線路 “ 1-3-5-17-23-25” 得電 ,電動機的電源反接 ,電機處于反接濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 18 制動狀態(tài)。當(dāng)電動機的轉(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(17-23)斷開 , 切斷了接觸器 KM4的通電回路 , 電動機脫離電源停止 。 4. 刀架的快速移動和 冷卻泵控制 刀架的快速移動是由轉(zhuǎn)動刀架手柄壓動行程開關(guān) SQ 來實現(xiàn)的。當(dāng)手柄壓下 SQ 后 ,接觸器 KM2 得電吸合 ,電動機 M3 轉(zhuǎn)動帶動刀架快速移動。 M2 為冷卻泵電動機 , 其啟動與停止是通過按鈕 SB3和 SB5 控制的 。 表 3.1 S7-200 CPU的技術(shù)指標(biāo) 特性 CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 224XP CPU 226 本機 I/O 數(shù)字量 模擬量 6入 /4出 - 8入 /6出 - 14 入 /10出 - 14入 /10 出 2入 /1出 24入 /16出 - 最大擴展模塊數(shù)量 0個模塊 2個模塊 7個模塊 7個模塊 7個模塊 數(shù)據(jù)存儲區(qū) 2048字節(jié) 2048字節(jié) 8192 字節(jié) 10240字節(jié) 10240字節(jié) 掉電保持時間 50小時 50小時 100 小時 100小時 100小時 程序存儲器： 可在運行模式下編輯 不可在運行模式下編輯 4096字節(jié) 4096字節(jié) 4096字節(jié) 4096字節(jié) 8192 字節(jié) 12288 字節(jié) 12288字節(jié) 16384字節(jié) 16384字節(jié) 24576字節(jié) 高速計數(shù)器 單相 雙相 4路 30KHz 2路 20KHz 4路 30KHz 2路 20KHz 6路 30KHz 4路 20KHz 4路 30KHz 2路 200KHz 3路 20KHz 1路 100KHz 6路 30KHz 4路 20KHz 脈沖輸出（ DC） 2路 20KHz 2路 20KHz 2路 20KHz 2路 100 KHz 2路 20KHz 模擬電位器 1 1 2 2 2 實時時鐘 配時鐘卡 配時鐘卡 內(nèi)置 內(nèi)置 內(nèi)置 通訊口 1RS -485 1RS -485 1RS -485 2RS -485 2RS -485 浮點數(shù)運算 有 有 有 有 有 I/O 映象區(qū) 256 128入 /128 出 256 128入 /128出 256 128 入 /128出 256 128入 /128 出 256 128入 /128出 布爾指令執(zhí)行速度 0.22s / 指令 0.22s / 指令 0.22s / 指令 0.22s / 指令 0.22s / 指令 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 19 外形尺寸（ mm） 908062 908062 120.58062 1408062 1908062 在選用 PLC上，考慮到只是對 Z3040型 鉆床做電器部分的改造，輸出端口需要 8個，輸入端口需要 12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)或其他方式做遠程控制。因此，考慮到經(jīng)濟，實用，穩(wěn)定等方面因素。我們決定選用 SIMATIC S7-200 系列的 S7 224 作為本次設(shè)計的 PLC濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 20 表 3.1 S7-200 CPU 的技術(shù)指標(biāo) 特性 CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 224XP CPU 226 本機 I/O 數(shù)字量 模擬量 6入 /4出 - 8入 /6出 - 14 入 /10出 - 14入 /10 出 2入 /1出 24入 /16出 - 最大擴展模塊數(shù)量 0個模塊 2個模塊 7個模塊 7個模塊 7個模塊 數(shù)據(jù)存儲區(qū) 2048字節(jié) 2048字節(jié) 8192 字節(jié) 10240字節(jié) 10240字節(jié) 掉電保持時間 50小時 50小時 100 小時 100小時 100小時 程序存儲器： 可在運行模式下編輯 不可在運行模式下編輯 4096字節(jié) 4096字節(jié) 4096字節(jié) 4096字節(jié) 8192 字節(jié) 12288 字節(jié) 12288字節(jié) 16384字節(jié) 16384字節(jié) 24576字節(jié) 高 速計數(shù)器 單相 雙相 4路 30KHz 2路 20KHz 4路 30KHz 2路 20KHz 6路 30KHz 4路 20KHz 4路 30KHz 2路 200KHz 3路 20KHz 1路 100KHz 6路 30KHz 4路 20KHz 脈沖輸出（ DC） 2路 20KHz 2路 20KHz 2路 20KHz 2路 100 KHz 2路 20KHz 模擬電位器 1 1 2 2 2 實時時鐘 配時鐘卡 配時鐘卡 內(nèi)置 內(nèi)置 內(nèi)置 通訊口 1RS -485 1RS -485 1RS -485 2RS -485 2RS -485 浮點數(shù)運算 有 有 有 有 有 I/O 映象區(qū) 256 128入 /128 出 256 128入 /128出 256 128 入 /128出 256 128入 /128 出 256 128入 /128出 布爾指令執(zhí)行速度 0.22s / 指令 0.22s / 指令 0.22s / 指令 0.22s / 指令 0.22s / 指令 外形尺寸（ mm） 908062 908062 120.58062 1408062 1908062 在選用 PLC上，考慮到只是對 Z3040型鉆床做電器部分的改造，輸出端口需要 8個，輸入端口需要 12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)或其他方式做遠程控制。因此，考慮到經(jīng)濟，實用，穩(wěn)定等方面因素。我們決定選用 SIMATIC S7-200 系列的 S7 224 作為本次設(shè)計的 PLC 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 21 表 3.3 輸入端口對照表 名 稱 符 號 輸出端口 名 稱 符 號 輸入端口 冷卻泵電動機開啟 QF2 I0.0 開關(guān) QF1 Q0.0 總啟動 SB1 I0.1 接觸器 KM1 Q0.1 主電動 機停止 SB2 I0.2 接觸器 KM2 Q0.2 主電動機開啟 SB3 I0.3 接觸器 KM3 Q0.3 搖臂上升 SB4 I0.4 接觸器 KM4 Q0.4 搖臂下降 SB5 I0.5 接觸器 KM5 Q0.5 立柱主軸松開 SB6 I0.6 燈 HL Q0.6 立柱主軸夾緊 SB7 I0.7 電磁鐵 YA1 Q0.7 主軸過載保護 SB8 I1.0 電磁鐵 YA2 Q1.0 搖臂升降限位保護 SQ1a-SQ1b I1.1 時間繼電器 KT1 M0.1 限位開關(guān) SQ2 I1.2 時 間繼電器 KT2 M0.2 限位開關(guān) SQ3 I1.3 時間繼電器 KA M0.4 限位開關(guān) SQ4 I1.4 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 22 3.4 外部接線圖 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 23 4 軟件的概述 4.1