C650普通車床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、 . . . 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目C650普通車床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生 進(jìn)國(guó) 學(xué)號(hào) 10021038 班 級(jí) 100210班 專 業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 分 院 工程技術(shù)分院 指導(dǎo)教師 于周男 2012年 12 月02日23 / 26摘 要本次設(shè)計(jì)介紹了C650臥式車床電氣控制系統(tǒng)的工作原理與其運(yùn)動(dòng)形式，編寫了PLC控制梯形圖程序和指令表程序。利用PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車床啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、反接制動(dòng)、刀架快速移動(dòng)、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(jiǎn)單化,并且維修方便,易于檢查，節(jié)省大量的繼電器元件,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。關(guān)鍵詞 ：臥式車床；P

2、LC控制；目 錄第一章緒論11.1 C650型臥式車床簡(jiǎn)介11.2 PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用31.3 C650型臥式車床發(fā)展趨勢(shì)4第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)72.1 C650臥式車床控制要求72.2 C650臥式車床控制原理分析72.3 輔助電路分析11第三章 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)123.1PLC的選型123.2 I/O地址的分配133.3 I/O接線圖14第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)154.1 控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計(jì)15第五章系統(tǒng)調(diào)試195.1 硬件檢查195.2 系統(tǒng)綜合調(diào)試19結(jié)論22參考文獻(xiàn)23致語(yǔ)24第一章 緒論本設(shè)計(jì)采用可編程控制器代替繼電器對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，因?yàn)榭删幊炭刂破鹘M成的控制系統(tǒng)在

3、設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修等方面，不僅減少了工作量，而且減少了開(kāi)支，縮減了成本，效益更高。通過(guò)使用PLC改造該機(jī)床電氣系統(tǒng)后，去掉了原機(jī)床的中間繼電器，時(shí)間繼電器等等，使線路簡(jiǎn)化,維修方便。同時(shí)要達(dá)到的要求有： （1）車床正反向工作與反接制動(dòng)；（2）主電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)；（3）刀架快速移動(dòng)與冷卻泵工作；（4）對(duì)主電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電流監(jiān)控；設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)首先要對(duì)控制要求進(jìn)行分析，選擇最佳的系統(tǒng)方案，然后對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇，比如：交流接觸器；中間繼電器；保護(hù)電器等。最關(guān)鍵的是選擇合適的PLC，對(duì)I/O地址分配，再進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)。1.1 C650型臥式車床簡(jiǎn)介C650臥式車床屬于中型車床，可加工的最大工件回轉(zhuǎn)

4、直徑為1020mm，最大工件長(zhǎng)度為30000mm，它主要由床身、主軸變速箱、尾座、進(jìn)給箱、絲桿、光桿、刀架和溜板箱等組成，如圖1-1。圖1-1 C650臥式車床結(jié)構(gòu)圖C650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圍變速。通常根據(jù)被加工零件的材料性能、

5、零件尺寸精度要求、車刀材料、冷卻條件與加工方式等來(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，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

6、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，功率為0.18KW。(6) C650臥式車床的床身較

7、長(zhǎng)，為了提高生產(chǎn)效率、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，專門設(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) C650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)與工藝要求不同，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 PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用PLC 是先進(jìn)的工業(yè)化國(guó)家通用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大技術(shù)支柱(PLC,CAD/CAM,ROBOT) 之一，可編程邏輯控制

8、器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC 是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)。用PLC 控制改造其繼電器控制電路, 可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小，降低了設(shè)備故障率, 提高了設(shè)備使用效率, 運(yùn)行效果良好。隨著我國(guó)電力體制改革的深化，電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈，降低資源損耗和提高管理效益成為各

9、發(fā)電企業(yè)的迫切需求。為此，對(duì)火電廠輔助車間自動(dòng)控制水平提出了更高的要求。經(jīng)過(guò)科技人員的不斷引進(jìn)、開(kāi)發(fā)、研究, 我國(guó)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(guò)渡到完全由PLC 監(jiān)控。 PLC 是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，一般而言，無(wú)須任何保護(hù)措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC 的正常運(yùn)行。要提高PLC 控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高PLC 的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè)計(jì)、安裝

10、和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少與消除干擾對(duì)PLC 的影響。在新的時(shí)代，PLC 會(huì)有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，通過(guò)完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求，PLC 作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國(guó)發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。1.3 C650型臥式車床發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字

11、化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。當(dāng)前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)。 1. 高速、高精密化高速、精密是機(jī)床發(fā)展永恒的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，對(duì)零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來(lái)愈高。為滿足這個(gè)復(fù)雜多變市場(chǎng)的需求，當(dāng)前機(jī)床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)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(jī)的成功應(yīng)用，瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副與帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市，也為機(jī)床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。 數(shù)控車床采用電主軸，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高了主軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和工

12、作精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)皮帶和帶輪等傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到10000r/min以上。 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)速度高，加減速特性好，有優(yōu)越的響應(yīng)特性和跟隨精度。用直線電機(jī)作伺服驅(qū)動(dòng)，省去了滾珠絲杠這一中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，消除了傳動(dòng)間隙(包括反向間隙)，運(yùn)動(dòng)慣量小，系統(tǒng)剛性好，在高速下能精密定位，從而極提高了伺服精度。 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，由于其具有各向間隙為零和非常小的滾動(dòng)摩擦，磨損小，發(fā)熱可忽略不計(jì)，有非常好的熱穩(wěn)定性，提高了全程的定位精度和重復(fù)定位精度。通過(guò)直線電機(jī)和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的應(yīng)用，可使機(jī)床的快速移動(dòng)速度由目前的1020m/mim提高到6080m/min，甚至高達(dá)12

13、0m/min。 2. 高可靠性 數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)。數(shù)控機(jī)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(guān)鍵取決于其可靠性的高低。 3. 數(shù)控車床設(shè)計(jì)CAD化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普與與軟件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)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(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和大件整機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)與優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對(duì)整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計(jì)成本，

14、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 通過(guò)對(duì)機(jī)床部件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，不僅能減少重復(fù)性勞動(dòng)，而且可以快速響應(yīng)市場(chǎng)，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期。 4. 功能復(fù)合化 功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時(shí)間減至最少。通過(guò)功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大機(jī)床的使用圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺(tái)數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的機(jī)床上也可以實(shí)現(xiàn)磨削加工。機(jī)床廠已經(jīng)研制成功的CX25Y數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機(jī)床同時(shí)具有X、Z軸以與C軸和Y軸。通過(guò)C軸和Y軸，可以實(shí)現(xiàn)平面銑削和偏孔、槽的加工。該機(jī)床還配置有強(qiáng)動(dòng)力刀架和副主軸。副主軸采用藏式電主軸結(jié)構(gòu)，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)主、

15、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機(jī)床工件一次裝夾即可完成全部加工，極提高了效率。第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 C650臥式車床控制要求軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M1、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2和溜板箱快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3。從車削加工工藝出發(fā),對(duì)各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制要求如下： (1)主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M1,允許在空載下直接起動(dòng)。其要求能實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn),從而經(jīng)主軸變速箱實(shí)現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn),或通過(guò)掛輪箱傳給溜板箱來(lái)拖動(dòng)刀架以實(shí)現(xiàn)刀架的橫向左、右移動(dòng)。為便于進(jìn)行車削加工前的對(duì)刀,則要求主軸拖動(dòng)工件作調(diào)整點(diǎn)動(dòng),所以要求主軸與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)單方向旋轉(zhuǎn)的低速點(diǎn)動(dòng)控制。主電動(dòng)機(jī)停車時(shí),由于加工工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大,需采用反接制動(dòng)。(2)冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2,

16、用于在車削加工時(shí),供出冷卻液,對(duì)工件與刀具進(jìn)行冷卻。2.2 C650臥式車床控制原理分析2.2.1主電路分析如圖2-1，C650臥式車床主電路設(shè)有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。組合開(kāi)關(guān)QS為電源開(kāi)關(guān)，將電源引入。FU1為主電動(dòng)機(jī)M1的短路保護(hù)熔斷器，F(xiàn)R1為M1過(guò)載保護(hù)熱繼電器。R為限流電阻，當(dāng)主軸點(diǎn)動(dòng)時(shí)，限制啟動(dòng)電流，在停車反轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)，又起限制過(guò)大的反向制動(dòng)電流的作用。電流表A用來(lái)監(jiān)視電動(dòng)機(jī)M1的繞組電流，由于主軸電機(jī)M1的功率很大，故電流表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。圖中時(shí)間繼電器的常閉開(kāi)關(guān)KT作用是短接電流表A，在機(jī)床剛開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，以讓電流表躲避啟動(dòng)尖峰電流沖擊，待時(shí)間繼電器

17、延時(shí)一定時(shí)間后，常閉KT斷開(kāi)，電流表A接入電路，開(kāi)始監(jiān)測(cè)主軸電動(dòng)機(jī)繞組電流。當(dāng)機(jī)床工作時(shí)，可調(diào)整切削用量，使電流表A的電流接近主電動(dòng)機(jī)M1額定電流的對(duì)應(yīng)值（經(jīng)電流互感器TA后減小了的電流值），以便提高生產(chǎn)效率和充分利用電動(dòng)機(jī)M1的潛力。KM1、KM2為控制主軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器，KM3用于短接電阻R的接觸器，由它們的主觸頭相互組合控制主軸電機(jī)M1。速度繼電器KS為控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)制動(dòng)用。FU2為冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2的短路保護(hù)熔斷器，KM4為控制M2運(yùn)行的接觸器，F(xiàn)R2為M2過(guò)載保護(hù)熱繼電器。FU3為快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3的短路熔斷器，KM5為控制M3運(yùn)行的接觸器點(diǎn)動(dòng)時(shí)運(yùn)行，故不設(shè)置熱繼電器保護(hù)。2.2.

18、2主電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制分析如圖2-1，SB2為控制主電動(dòng)機(jī)的按鈕開(kāi)關(guān)，當(dāng)按下SB2且不松手時(shí)，接觸器KM1線圈通電，KM1主觸點(diǎn)閉合接通電路，這時(shí)接觸器KM3線圈沒(méi)有接通，電網(wǎng)電壓經(jīng)限流電阻接入主電動(dòng)機(jī)M1，從而減少了起動(dòng)電流。由于中間繼電器KA未通電，雖然此時(shí)KM1的常開(kāi)觸點(diǎn)（13-15）已閉合，但并未能自鎖。因此，當(dāng)松開(kāi)SB2后，KM1線圈隨即斷電，主電動(dòng)機(jī)M1停止運(yùn)行。2.2.3主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制分析如圖2-1，雖然主電動(dòng)機(jī)M1的額定功率為30KW，但只是在車削時(shí)消耗功率較大，而啟動(dòng)負(fù)載很小，因而啟動(dòng)電流并不很大。所以，在非頻繁點(diǎn)動(dòng)的一般工作時(shí)，仍然采用了全壓直接啟動(dòng)。SB3為正向啟動(dòng)控制

19、按鈕開(kāi)關(guān)，當(dāng)按下SB3時(shí)，SB3（715）閉合，交流接觸器KM3線圈通電，KM3主觸點(diǎn)閉合，短接限流電阻R，另一個(gè)常開(kāi)輔助觸點(diǎn)（5-23）閉合，中間繼電器KA線圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)（7-19）閉合，使得KM3在SB3松開(kāi)后保持通電，進(jìn)而KA也保持通電。同時(shí)KA的常閉觸點(diǎn)將停車制動(dòng)的基本電路切除。另一方面，當(dāng)SB3尚未松開(kāi)時(shí)，由于KA的另一個(gè)常開(kāi)輔助觸點(diǎn)（9-13）已閉合，因而使得交流接觸器KM1線圈通電，其主觸點(diǎn)閉合，主電動(dòng)機(jī)M1全壓?jiǎn)?dòng)運(yùn)行。與此同時(shí)，KM1的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)（13-15）閉合，與之前閉合的兩個(gè)KA常開(kāi)觸點(diǎn)（7-19、9-13）形成自鎖通路，當(dāng)SB3松開(kāi)后，從而KM1保持通電。KT

20、的常閉觸點(diǎn)在主電路中短接電流表A，其作用是使電流表避過(guò)啟動(dòng)尖峰電流的沖擊。在KA常開(kāi)觸點(diǎn)（7-19）閉合KM3通電的同時(shí)，通電延時(shí)時(shí)間繼電器KT通電，開(kāi)始延時(shí)，時(shí)間到后，其主電路的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，此時(shí)電流表接入電路開(kāi)始監(jiān)測(cè)主電動(dòng)機(jī)M1的繞組電流。如圖所示，SB4（13區(qū)）為反向啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)，反向啟動(dòng)控制過(guò)程與正向啟動(dòng)控制過(guò)程類似，在此不在分析。2.2.4主電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)分析如圖2-1， C650臥式車床采用反接制動(dòng)方式進(jìn)行停車制動(dòng)，使用速度繼電器KS（3區(qū)）進(jìn)行檢測(cè)與控制。當(dāng)主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)，主軸電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)達(dá)到120r/min時(shí)，速度繼電器KS的正向常開(kāi)觸點(diǎn)KS1（17-23）閉合，制動(dòng)電

21、路處于準(zhǔn)備狀態(tài)，當(dāng)按下總停按鈕SB1（3-5）開(kāi)關(guān)后，原來(lái)通電的KM1、KM3、KA、KT就馬上失電，它們的所有觸點(diǎn)均被釋放復(fù)位到常態(tài)。而主電動(dòng)機(jī)因慣性仍然運(yùn)轉(zhuǎn)，因速度不可能立刻降下來(lái)（n < 100r/min），所以速度繼電器KS1（17-23）仍閉合，當(dāng)SB1（3-5）復(fù)位時(shí)KS1（17-23）與控制反接制動(dòng)電路的KA常閉輔助觸點(diǎn)（7-17）一起接通接觸器KM2的線圈電路，電流通路是：TC（110V） FU5 （1-3） SB1常閉觸點(diǎn)（3-5） FR1（5-7） KA常閉觸點(diǎn)（7-17）KS正向常開(kāi)觸點(diǎn)KS1（17-23）KM1常閉觸點(diǎn)（23-25）KM2線圈（4-25）FU5（2

22、-4）TC 。這樣，主電動(dòng)機(jī)M1主電路即串入限流電阻R進(jìn)行反接制動(dòng)，強(qiáng)迫電動(dòng)機(jī)迅速停止，正向轉(zhuǎn)速很快就降下來(lái)，當(dāng)降到（n < 100r/min）很低時(shí)，速度繼電器KS的正向常開(kāi)觸點(diǎn)KS1（17-23）復(fù)位斷開(kāi)，這樣就切斷了上面的KM2線圈通路，其相應(yīng)的主觸點(diǎn)復(fù)位，電動(dòng)機(jī)斷電，則正向反接制動(dòng)結(jié)束。反轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)過(guò)程與正轉(zhuǎn)停車制動(dòng)時(shí)的反接制動(dòng)過(guò)程相似，則不在作詳細(xì)分析。在反接狀態(tài)下，速度繼電器KS的反向常開(kāi)觸點(diǎn)KS2（9-17）閉合，制動(dòng)時(shí)接通KM1（4-11）的線圈電路，進(jìn)行反接制動(dòng)。2.2.5快速電動(dòng)機(jī)與冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制分析如圖2-1，若要使快速電動(dòng)機(jī)動(dòng)作(刀架快速移動(dòng)),則轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手

23、柄,使其壓合位置開(kāi)關(guān)SQ(5-23),SQ閉合,接通KM5線圈電路,KM5線圈主觸點(diǎn)(5區(qū))閉合,這樣快速電動(dòng)機(jī)M3就開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn),經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)溜板箱,帶動(dòng)刀架快速移動(dòng)。當(dāng)?shù)都苁直鷱?fù)位時(shí)，快速電動(dòng)機(jī)M3停止運(yùn)行。 SB5、SB6按鈕開(kāi)關(guān)分別為冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2的停止、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，控制接觸器KM4線圈電路的通斷，達(dá)到控制冷卻泵M2的通斷運(yùn)行。圖2-1 C650車床控制原理圖2.3 輔助電路分析2.3.1 照明電路和控制電源分析如圖2-1，TC為控制變壓器，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（7區(qū)）為控制照明電路的開(kāi)關(guān)，SA閉合時(shí)照明燈H

24、L（7區(qū)）點(diǎn)亮，斷開(kāi)則熄滅。2.3.2 電流表保護(hù)電路如圖2-1，電流表A（3區(qū)）經(jīng)電流互感器TA（2區(qū)）接在主電動(dòng)機(jī)M1的主電路上，由于在主電動(dòng)機(jī)在剛啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)尖峰電流很大，為了讓電流表躲過(guò)啟動(dòng)尖峰電流的沖擊，則在線路上設(shè)置了時(shí)間繼電器KT（12區(qū)）的常閉開(kāi)關(guān)KT（3區(qū)）進(jìn)行保護(hù)。在主電動(dòng)機(jī)正向或反向啟動(dòng)后，時(shí)間繼電器KT（12區(qū)）通電，延時(shí)開(kāi)始，延時(shí)時(shí)間尚未到時(shí)，電流表A（3區(qū)）被時(shí)間繼電器KT（12區(qū)）延時(shí)常閉觸點(diǎn)（3區(qū)）短路，延時(shí)時(shí)間到后，電流表開(kāi)始指示（監(jiān)測(cè)主電動(dòng)機(jī)繞組電流）。第三章 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1PLC的選型 PLC 是控制系統(tǒng)的核心部件，正確的選擇PLC對(duì)整個(gè)控制系

25、統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)起著重要的作用。選型的基本原則是：所選的 PLC 應(yīng)能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。選型的基本容應(yīng)包括以下幾個(gè)方面： PLC 結(jié)構(gòu)的選擇 在一樣功能和一樣 I/O 點(diǎn)數(shù)的情況下，整體式 PLC 比模塊式 PLC 價(jià)格低。 PLC 輸出方式的選擇 不同的負(fù)載對(duì) PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。繼電器輸出型的 PLC 可以帶直流負(fù)載和交流負(fù)載；晶體管型與雙向晶閘管型輸出模塊分別用于直流負(fù)載和交流負(fù)載。 I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇 PLC 的響應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時(shí)間延遲。 聯(lián)網(wǎng)通信的選擇 若 PLC 控制系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，則所選用的 PLC 需要

26、有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其它 PLC 、上位計(jì)算機(jī)與 CRT 等接口的能力。 PLC 電源的選擇 電源是 PLC 干擾引入的主要途徑之一，因此應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)電源以助于提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性。一般可選用畸變較小的穩(wěn)壓器或帶有隔離變壓器的電源，使用直流電源時(shí)要選用橋式全波整流電源。 I/O 點(diǎn)數(shù)與 I/O 接口設(shè)備的選擇 存儲(chǔ)容量的選擇 PLC 程序存儲(chǔ)器的容量通常以字或步為單位，用戶程序存儲(chǔ)器的容量可以作粗略的估算。一般情況下用戶程序所需的存儲(chǔ)器容量可按照如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 程序容量 =K ×總輸入點(diǎn)數(shù) / 總輸出點(diǎn)數(shù) 對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)， K=6 ；若為普通系統(tǒng)

27、， K=8 ；若為較復(fù)雜系統(tǒng)， K=10 ；若為復(fù)雜系統(tǒng)，則 K=12 。在選擇存容量時(shí)同樣應(yīng)留有裕量，一般是運(yùn)行程序的 25% 。不應(yīng)單純追求大容量，在大多數(shù)情況下，滿足 I/O 點(diǎn)數(shù)的 PLC ，存容量也能滿足。 車床電氣控制系統(tǒng)所需的I/ O 點(diǎn)總數(shù)在256以下，屬于小型機(jī)的圍. 控制系統(tǒng)只需要邏輯運(yùn)算等簡(jiǎn)單功能。主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)條件控制和順序控制。為實(shí)現(xiàn)C650 車床上述的電氣控制要求，所以PLC 可以選擇西門子公司的S7 - 200 系列。它的價(jià)格低，體積小，非常適用于單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng). 該機(jī)床的輸入信號(hào)是開(kāi)關(guān)量信號(hào)，輸出是負(fù)載三相交流電動(dòng)機(jī)接觸器等。 車床電氣控制系統(tǒng)需要11 個(gè)外部

28、輸入信號(hào)，6 個(gè)輸出信號(hào)。PLC 所具有的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般要比所需冗余30 % ，以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴(kuò)展預(yù)留。所以本系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)為14 個(gè),輸出點(diǎn)為7 個(gè)?，F(xiàn)選擇西門子公司生產(chǎn)的S7 - 200 系列的CPU224 型PLC ，24V 直流14 點(diǎn)輸入。 3.2 I/O地址的分配根據(jù)該系統(tǒng)的控制要求，輸入輸出設(shè)備，確定了I/O點(diǎn)數(shù)。根據(jù)需要控制的開(kāi)關(guān)、設(shè)備大約輸入點(diǎn)為11 個(gè),輸出點(diǎn)為6 個(gè)需進(jìn)行控制，現(xiàn)將I/O地址分配如下圖3-1所示。輸入信號(hào)PLC地址輸出信號(hào)PLC地址主軸電動(dòng)機(jī)MA1 的正轉(zhuǎn)按鈕SF1I0.0主電動(dòng)機(jī)M1 正轉(zhuǎn)KM1Q0.0主軸電動(dòng)機(jī)MA1 的反轉(zhuǎn)按鈕SF2I

29、0.1主電動(dòng)機(jī)M1 反轉(zhuǎn)KM2Q0.1主軸停止按鈕SF3I0.2短接制動(dòng)電阻KM3Q0.2主軸電動(dòng)機(jī)MA1 的點(diǎn)動(dòng)按鈕SF4I0.3主電動(dòng)機(jī)M1點(diǎn)動(dòng)Q0.3速度繼電器正轉(zhuǎn)常開(kāi)觸頭KS1I0.4冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2 起、停KM4Q0.4速度繼電器正轉(zhuǎn)常開(kāi)觸頭KS2I0.5快速電動(dòng)機(jī)M3 起、停KM5Q0.5冷卻泵電動(dòng)機(jī)MA2起動(dòng)、停止開(kāi)關(guān) SF5I0.6快速電動(dòng)機(jī)MA3 起動(dòng)按鈕SF6I0.7熱繼電器BB1I1.0熱繼電器BB2I1.1過(guò)流繼電器KFI1.2圖3-1 C650臥式車床PLC控制系統(tǒng)I/O地址分配圖3.3 I/O接線圖根據(jù)PLC I/O端子的分配，畫出了C650臥式車床PLC控制系統(tǒng)I

30、/O接線圖如下圖3-2所示代 號(hào)名 稱型 號(hào) 與 規(guī) 格用 途數(shù)量MA1三相交流異步電動(dòng)機(jī)JO3-802-6 0.75KW 380V 905r/min主電動(dòng)機(jī)1MA2三相交流異步電動(dòng)機(jī)JO3-802-6 0.75KW 380V 905r/min冷卻泵電動(dòng)機(jī)1MA3三相交流異步電動(dòng)機(jī)JO3-802-6 0.75KW 380V 905r/min快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)1FA1熔斷器RL1-15 15A主電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)1FA2熔斷器RL1-15 15AM2、M3短路保護(hù)1QA1交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220VM1正轉(zhuǎn)接觸器1QA2交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220VM1反轉(zhuǎn)接觸器1QA3交

31、流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220V 短接制動(dòng)按鈕1QA4交流接觸器CJ10-75A 線圈電壓220V控制M21QA5交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220V控制M31QA6交流接觸器CJ10-40A 線圈電壓220VM1點(diǎn)動(dòng)接觸器1BB1熱繼電器JR10-60 52.5AM1過(guò)載保護(hù)1BB2熱繼電器JR10-10 *14 7.20AM2過(guò)載保護(hù)1SF1按鈕黑色M1正轉(zhuǎn)1SF2按鈕黑色M1反轉(zhuǎn)1SF3按鈕黑色M1停止1SF4按鈕黑色M1點(diǎn)動(dòng)1SF5開(kāi)關(guān)黑色M2起動(dòng)停止1SF6按鈕黑色快速移動(dòng)電機(jī)1KS1速度繼電器LA2 紅色反接制動(dòng)1KS2速度繼電器LA19-11J 紅色反接制動(dòng)1T

32、A電流互感器LQG-0.5 100/5A-1KA中間繼電器1A欠電流保護(hù)1KF過(guò)流繼電器 過(guò)電流保護(hù)1圖3-2 C650臥式車床PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)的梯形圖程序設(shè)計(jì) 車床正反向工作與反接制動(dòng)過(guò)程該控制程序步驟為：按下SF1，M0.1導(dǎo)通，Q0.2動(dòng)作，QA3吸合短接電阻R，同時(shí)M0.1動(dòng)作，Q0.0動(dòng)作，QA 1吸合，主電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)行，開(kāi)始車削加工。要停車時(shí)，按下SF3，Q0.0、Q0.2釋放，松開(kāi)SF3，Q0.1動(dòng)作，QA2吸合，主電動(dòng)機(jī)M1串電阻反接制動(dòng)，當(dāng)速度接近于零時(shí)，速度繼電器正轉(zhuǎn)常開(kāi)觸頭KS1斷開(kāi)，QA2釋放電動(dòng)機(jī)M1停轉(zhuǎn)。反向工作

33、過(guò)程與正向一樣。主電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)過(guò)程按下SF5，Q0.3動(dòng)作，使QA 1吸合，M1串電阻限流點(diǎn)動(dòng)，松開(kāi)SF5，Q0.3斷開(kāi)，M1停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制。 刀架快速移動(dòng)與冷卻泵工作過(guò)程該控制程序步驟為：刀架快速移動(dòng)過(guò)程為按下開(kāi)關(guān)SF6，Q0.5動(dòng)作，QA5吸合，M3起動(dòng)運(yùn)行 。 冷卻泵工作過(guò)程為按下開(kāi)關(guān)SF5，Q0.4動(dòng)作QA 4線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2工作，停止時(shí)按下SF5即可。梯形圖程序見(jiàn)下圖4-1圖4-1 梯形圖與語(yǔ)句表第五章 系統(tǒng)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“0”位，插頭和各插接件是否全部

34、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。5.1 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)SB1，并用萬(wàn)用表測(cè)量電源能供到的各支路終端的電壓是否正常。有無(wú)斷相。 用萬(wàn)用表測(cè)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(duì)照，看是否有無(wú)接錯(cuò)的地方。各部分都正確無(wú)誤的情況下進(jìn)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(jìn)行編譯，下載至PLC，由于控制系統(tǒng)運(yùn)行電壓是在220V，為了保證安全只好先在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上分步模擬，觀察各步的動(dòng)作都正確無(wú)誤后，按照PLC控制系統(tǒng)接線圖在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上整體模擬，輸出部分（接觸器，電動(dòng)機(jī)，快速移動(dòng)刀架）用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的指示燈代替, 觀察輸出端點(diǎn)指示燈