車床控制線路的PLC改造

1、系別專業(yè)班級姓名學號指導教師日期車床控制線路的PLC 改造電氣工程系電氣自動化技術0903惠碩先09040335郭繼紅設計任務書設計題目：車床控制線路的PLC 改造設計要求1. 分析CA6140 臥式普通車床的工作原理；2. 設計PLC 對 CA6140臥式普通車床進行改造的硬件電路；3. 設計PLC 對 CA6140臥式普通車床進行控制的軟件程序；4. 進行調(diào)試, 找出問題, 并改進設計；5. 撰寫畢業(yè)設計說明書。設計進度要求：第一周：確定題目、準備資料、講解課題；第二周：收集 CA6140臥式普通車床的資料；第三、四周：方案設計；第五、六周：調(diào)試修正；第七周：寫設計說明書；第八周：打印報告

2、、準備答辯。指導教師（簽名）摘要可編程控制器( PLC Programmable Logic Controller) 是在繼電器控制和計算機技術的基礎上，逐漸發(fā)展起來的以微處理器為核心，集微電子技術、自動化技術、計算機技術通信技術為一體，以工業(yè)自動化控制為目標的新型控制裝置。PLC應用技術具有控制能力強、可靠性高、配置靈活、編程簡單、使用方便、易于擴展等優(yōu)點，不僅可以取代繼電器控制系統(tǒng)，還可以進行復雜的生產(chǎn)過程控制以及應用于工廠自動化網(wǎng)絡，它已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的四大支柱技術(可編程控制器技術、機器人技術、CAD/CAM技術和數(shù)控技術)之一。PLC 的功能主要是：控制功能、數(shù)據(jù)采集、儲存與處理功

3、能、通信、聯(lián)網(wǎng)功能、輸入/ 輸出接口調(diào)理功能、人機界面功能。在系統(tǒng)構成時，可由一臺計算機與多臺PLC 構成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡，以便完成較大規(guī)模的復雜控制。本次設計的內(nèi)容主要是利用PLC 對 CA6140 型車床的電氣控制部分進行改造。首先我對本設計進行總體的分析，使自己有一個大致的總體概念，然后仔細分析CA6140 車床，對車床主運動和進給運動還有其它的輔助運動，進行分析。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 實驗臺進行實驗仿真。此次設計還從被控對象的I/O 點數(shù)和性價比高、綜合成本低這幾個主要原則出發(fā)，主要進行了控制裝置選型和導線的選擇。

4、改造后的機床在實現(xiàn)機床原有功能的基礎上還增加了自動加工、自動換刀等多種功能。關鍵詞：可編程控制器，CA6140 車床，電氣控制系統(tǒng)目錄摘要第一章CA6140 型臥式車床簡介及電路分析CA6140 型臥式車床簡介CA6140 型臥式車電路分析第二章普通車床控制線路改造的意義第三章CA6140 車床的改造的硬件設計與軟件設計PLC 的選型I/O 分配表PLC 控制系統(tǒng)外部接線圖的設計CA6140 車床的 PLC 控制梯形圖設計第四章控制電路電氣元件的型號選擇附錄 元器件清單結(jié)論致謝參考文獻第一章 CA6140型臥式車床簡介及電路分析第一節(jié)CA6140型臥式車床簡介CA6140 型臥式車床，其結(jié)構具

5、有典型的臥式車床布局，它的通用性程度較高。加工范圍較廣，適合于中小型的各種軸類和盤套類零件的加工；能車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、各種環(huán)槽、成形面及端面；能車削常用的米制、英制、模數(shù)制及徑節(jié)制四種標準螺紋，也可以車削加大螺距螺紋、非標準螺距及較精密的螺紋；還可以進行鉆孔、擴孔、較孔、滾花和壓光等 工作。CA6140型臥式車床主要結(jié)構及運動情況CA6140 型普通車床的主要組成部件有：主軸箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、 絲杠和床身。圖1-1 CA6140 外形結(jié)構圖1、11 .床腿 2.進給多f 3.主軸箱 4.床鞍 5.中滑板 6.刀架回轉(zhuǎn)盤 8.小滑板 9.尾座 10.床身 12.光杠 1

6、3.絲杠 14.溜板箱 車床對電力拖動的要求(1)主電動機 Ml(功率為30kw),完成主軸主運動和刀具進給運動的驅(qū)動，電動機采用直 接起動的方式起動， 可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)， 并可進行正反兩個旋轉(zhuǎn)方向的電氣停車制動。為加工調(diào)整方便，還具有點動功能。(2)電動機M2拖動冷卻泵，在加工時提供切削液，采用直接起動停止方式.并且為連續(xù) 工作狀態(tài)。(3)快速移動電動機 M3,電動機可根據(jù)使用需要，隨時手動控制起停?？刂凭€路特點與電氣線路概述(1)控制線路的特點控制線路裝設有起動按鈕和停止按鈕。主電路、控制線路及照明線路的電源引入開關均采用隔離開關。由于電動機容量較小，所以三臺異步電動機均采用直接起動控制

7、線路。M1、M2采用熱繼電器做過載保護?？刂凭€路采取了電氣措施，以防止發(fā)生電源短路事故。(2)電氣線路概述主電路由三臺三相異步交流電動機及其附屬電路元件組成。三臺異步電動機均采用接觸器直接起動M1是主軸電機，功率為 7.5KW ,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。M2是冷卻泵電動機，功率為125W ,由交流接觸器 KM2控制M2 ,熱繼電器FR2是過載 保護電器。M3是快速移動電動機，功率為 250W 接觸器KM3控制M3。主電路電源電壓為交流 380v ,隔離開關 QS作為電源引入開關。短路保護電器是 FU1。 控制線路電源電壓為交流110v ,照明電壓為3

8、6v ,由控制變壓器 TC提供電源?？刂莆?、f照明電隔g由相應的熔斷群作為短路保護電器MEFU3圖3.2CA6140 車床電氣原理圖CA6140 型臥式車床電路分析(3)主電路分析圖3.2所示的主電路中有三臺電動機，隔離開關QS將380V的三相電源引入。主電路接線分三部分：第一部分由交流接觸器KM1控制電動機 M1 ;第二部分由交流接觸器 KM2控制電動機 M2 ;第三部由交流接觸器 KM3控制電動機 M3。為保證主電路的正常運行， 主電路中還設置了熔斷器的短路保護環(huán)節(jié)和熱繼電器的過載保護環(huán)節(jié)。(4)控制電路分析控制電路可分為主電動機M1、電動機M2、電動機M3的控制電路以及照明燈和控制電路工

9、作指示燈的控制電路部分。有圖3.2可知，按下按鈕 SB2 ,接觸器KM1線圈通電，常開主觸頭閉合，電動機 M1通 電。同時，并聯(lián)在按鈕SB2兩端的常開輔助觸頭也閉合。當松開按鈕SB2時，由于常開輔助觸頭是閉合的， 所以接觸器KM1線圈繼續(xù)保持通電狀態(tài)， 從而保證了電動機 M1連續(xù)運 轉(zhuǎn)。要使電動機 M1停止運轉(zhuǎn)，可按下停止按鈕SB1 ,切斷線圈 KM1電源，常開主觸頭與輔助觸頭均斷開，電動機M1及控制電路均斷電，電動機體制運行。按下按鈕SB3 ,接觸器KM2線圈通電，電動機 M2通電。當松開按鈕 SB3時，接觸器 KM2線圈斷電，使電動機 M2停住運行。在電動機M1運行的情況下，合上開關SA2

10、 ,接觸器KM3線圈通電，電動機M3通電。斷 開開關SA2 ,接觸器KM3線圈斷電，電動機 M3停止運行。合上開關SA1，照明燈EL亮，斷開開關 SA1，照明燈EL熄滅。在隔離開關QS合上后，控制電路指示燈 HL被點亮。在隔離開關 QS斷開后，控制電路指 示燈HL熄滅?？刂齐娐分甘緹?HL的狀態(tài)受隔離開關 QS的控制，與控制電路無關。第二章普通車床控制線路改造的意義控制系統(tǒng)改造為PLC 控制的意義普通車床是應用非常廣泛的金屬切削工具，目前采用傳統(tǒng)的繼電器控制的普通車床在中小型企業(yè)仍大量使用。由于繼電器系統(tǒng)接線復雜，故障診斷與排除困難，并存在：觸點易被電弧燒壞而導致接觸不良，機械方式實現(xiàn)的觸點控

11、制反映速度慢，繼電器的控制功能被固定在線路中，功能單一、靈活性差等缺點。因而造成了這些企業(yè)的生產(chǎn)率低下，效益差，反過來這些企業(yè)又沒有足夠的資金購買新的數(shù)控車床。因此， 當務之急就是對這些普通車床進行技術改造，以提高企業(yè)的設備利用率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。由于可編程控制器（ PLC ）具有：通用性、適應性強，完善的故障自診斷能力且維修方便，可靠性高及柔性強等優(yōu)點，且小型PLC 的價格目前亦很便宜，因此在普通車床的控制電路改造中發(fā)揮了及其重要的作用?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC ）以其完善的功能，很強的通用性，體積少及高可靠性等特點在各工礦企業(yè)得到廣泛的應用。在工廠自動化系統(tǒng)中，PLC 被廣泛采用為核心

12、的控制器件。它既可組成功能齊全的自控系統(tǒng)控制整個工廠的運行，亦可單獨使用作單機自動控制。它還是繼電器控制柜的理想替代物。在生產(chǎn)工藝控制、過程控制、機床控制、組合機床自動控制等場合， PLC 占有舉足輕重的地位。特別是在數(shù)控機床及大量的機床改造和老設備改造中，PLC應用極其廣泛。PLC 是 20 世紀 70 年代以來以微處理器為核心，綜合計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制，被廣泛應用于各個領域，因為它具有幾個突出的特點：可靠性高，抗干擾強；編程簡單，易于掌握；功能完善，靈活方便；體積小，質(zhì)量輕，功耗低。第三章CA6140 車床的改造的硬件設計與軟件設計硬件設計PLC

13、 （即可編程邏輯控制器，Programmable Logic Controller ）是用來取代用于電機控制的順序繼電器電路的一種器件（圖1-1 ） 。是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC 只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC 的 CPU 內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計

14、數(shù)器自動加1 ，程序從起始步起，依次執(zhí)行到最終步，然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC ,循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16 位為一個模擬量。大型PLC 使用另外一個CPU 來完成模擬量的運算。把計算結(jié)果送給PLC 的控制器。相同I/O 點數(shù)的系統(tǒng)，用 PLC 比用 DCS ，其成本要低一些。PLC 沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS 要低很多。一個PLC 的控制器

15、，可以接收幾千個I/O 點。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用PLC 較為合適。PLC 由于采用通用監(jiān)控軟件，在設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。PLC 在實際中用的很多。只要有工業(yè)的地方，就有 PLC 存在的機會。如果你就在機器制造、包裝、物料輸送、自動裝配等行業(yè)中工作，那么你可能已經(jīng)在使用它了。如果沒有的話，你就是正在浪費金錢和時間。幾乎所有需要電氣控制的地方都需要PLC ?？删幊炭刂破鞯靡匝杆侔l(fā)展和廣泛使用的原因是由于它具有繼電器接觸器控制裝置和通用計算機以及其他控制系統(tǒng)所不具有的特點：（1） 運行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強（2） 設計使用和維護方便（3） 編程御苑直觀易

16、學（4） 與網(wǎng)絡技術相結(jié)合（5） 體積小、質(zhì)量輕、能耗低2 PLC 控制系統(tǒng)設計概述2.1 PLC 控制系統(tǒng)設計要求PLC 的內(nèi)部控制結(jié)構與計算機、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。2.1.1 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

17、入、輸出設備、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，設計I/O 電氣接口接圖；（ 5 ）進行PLC 程序設計，同時可進行控制臺（柜）的設計和現(xiàn)場施工。在設計傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)時，必須在控制線路（接線程序）設計完成后，才能進行控制臺（柜）設計和現(xiàn)場施工。采用PLC 控制，可以使整個工程的周期縮短。2.1.2 PLC 程序設計的步驟（ 1 ）繪制系統(tǒng)流程圖；（ 2 ）設計梯形圖；（ 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

18、；（ 6 ）控制臺現(xiàn)場施工完成后進行聯(lián)合調(diào)試；（ 7 ）編制技術文件。2.2 PLC 系統(tǒng)設計流程圖圖2.1系統(tǒng)流程圖2.3 可編程控制器控制系統(tǒng)設計的基本步驟2.3.1 系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容（ 1 ）擬定控制系統(tǒng)設計的技術條件。技術條件一般以設計任務書的形式來確定，它是整個設計的依據(jù)；（2 ）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構；（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)設計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應的編程語言（常用圖形）進行程序設計；（6 ）了解并遵循用戶認知心理學，重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友

19、善關系；（7 ）設計操作臺、電氣柜及非標準電器元部件；（8 ）編寫設計說明書和使用說明書。2.3.2 系統(tǒng)設計的基本步驟可編程控制器應用系統(tǒng)設計與調(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被控對象就是受控的機械、電氣設備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程?？刂埔笾饕缚刂频幕痉绞健瓿傻膭幼?、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。 對較復雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務分成幾個獨立部分，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、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的

20、輸出設備有繼電器、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 程序設計，同時可進行控制柜或操作臺的設計和現(xiàn)場施工。（ 5 ）設計應用系統(tǒng)梯形圖程序根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設計出梯形圖即編程。這一步是整個應用系統(tǒng)設計的最核心工作，也是比較困難的一步，要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要

21、有一定的電氣設計的實踐經(jīng)驗。（ 6 ）將程序輸入PLC當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，應先進行測試工作。因為在程序設計過程中，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，縮短整體調(diào)試的周期。（ 8 ）應用系統(tǒng)整體調(diào)試在 PLC 軟硬件設計和控制柜及現(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，

22、則應先作局部調(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 ）編制技術文件系統(tǒng)技術文件包括說明書、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，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關系接好線（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，應根據(jù)所選PLC 型號，查閱

23、相應的編程手冊，決不可“張冠李戴”。必須參閱有關操作手冊。（ 12 ）內(nèi)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)程序設計的需要，應合理安排PLC 的內(nèi)部輔助繼電器，在設計說明書中應詳細列出各內(nèi)部輔助繼電器在程序中的用途，避免重復使用。參閱有關操作手冊。（ 13 ）分配定時器/ 計數(shù)器PLC 的定時器/ 計數(shù)器數(shù)量分別見有關操作手冊。PLC 軟件系統(tǒng)

24、設計方法及步驟，PLC 軟件系統(tǒng)設計的方法。在了解了PLC 程序結(jié)構之后，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。2.3.3 計算機輔助設計編程計算機輔助設計是通過PLC 編程軟件在計算機上進行程序設計、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

25、成EXE 運行文件。2.3.4 編制控制系統(tǒng)的邏輯關系圖從邏輯關系圖上，可以反應出某一邏輯關系的結(jié)果是什么，這一結(jié)果又導出哪些動作。這個邏輯關系可以是以各個控制活動順序為基準，也可能是以整個活動的時間節(jié)拍為基準。邏輯關系圖反映了控制過程中控制作用與被控對象的活動，也反應了輸入與輸出的關系。2.3.5 繪制各種電路圖繪制各種電路的目的，是把系統(tǒng)的輸入輸出所設計的地址和名稱聯(lián)系起來。這是很關鍵的一步。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到PLC 的輸入

26、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。但是在電路的設計上仍然需要謹慎、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，都要一絲不茍。2.3.6 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

27、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。3.1 PLC的選型PLC是控制系統(tǒng)的核心部件，正確的選擇 PLC對整個控制系統(tǒng)技術經(jīng)濟性指標起著重要 的作用。選型的基本原則是：所選的 PLC應能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。選型的基本內(nèi) 容應包括以下幾個方面： (1)PLC結(jié)構的選擇 在相同功能和相同I/O點數(shù)的情況下，整體式 PLC比模塊式PLC價格低。 (2)PLC輸出方式的選擇不同的負載對PLC的輸出方式有相應的要求。繼電器輸出型的PLC可以帶直流負載和交流 負載；晶體管型與雙向晶閘管型輸出模塊分別

28、用于直流負載和交流負載。I/O響應時間的選擇PLC的響應時間包括輸入濾波時間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時間延遲。(4)聯(lián)網(wǎng)通信的選擇若PLC控制系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡，則所選用的PLC需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能， 既要求PLC應具有連接其它 PLC、上位計算機及 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，使用直流電源是要選用橋式全波整流電源。 (6)1/0 點數(shù)及I/O 接口設備的選擇PLC程序存儲器的容量通常以字或步為單位，用戶程序存儲器的容量可以作粗略的估算

29、。 一般情況下用戶程序所需的存儲器容量可按照如下經(jīng)驗公式計算： 程序容量=KX總輸入點數(shù)/總輸出點數(shù) 對于簡單的控制系統(tǒng)，K=6 ;若為普通系統(tǒng)，K=8 ;若為較復雜系統(tǒng)，K=10 ;若為復雜系統(tǒng)，則 K=12。在選擇內(nèi)存容量是同樣應留有裕量，一般是運行程序的25%。不應單純追求大容量，在大多數(shù)情況下，滿足 I/O點數(shù)的PLC ,內(nèi)存容量也能滿足。 車床電氣控制系統(tǒng)所需的I/O點總數(shù)在256以下，屬于小型機的范圍，控制系統(tǒng)只需要邏輯運算等簡單功能。主要用來實現(xiàn)條件控制和順序控制。為實現(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。它的價格低，體積小，非常適

30、用于單價自動化控制系統(tǒng)，該機床的輸入信號是開關量信號，輸出是負載三相交流電動機接觸典堂 o車床電氣控制系統(tǒng)需要 5個外部輸入信號，4個輸出信號。PLC所具有的輸入點和輸出點 一般要比所需冗余 30% ,以便系統(tǒng)的完整和今后的擴展預留。所以本系統(tǒng)所需的輸入點為 14個，輸出點為10個?，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點輸入10輸出。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。特性CPU 221CPU 222CPU 224CPU 224XPCPU 226本機I/O?數(shù)字量?模擬量6人/4出 -8人/6出 -14入/10出-1

31、4入/10出2人/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4096字節(jié)4096字節(jié)8192字節(jié)12288字節(jié)16384字節(jié)?不可在運行 模式下編輯高速計數(shù)器4096字節(jié)4096字節(jié)12288字節(jié)16384字節(jié)24576 字節(jié)?單相4 路 30KHz4 路 30KHz6 路 30KHz4 路 30KHz2 路 200KHz6 路 30KHz?雙相2 路 20KHz2 路 20KHz4 路 20KHz3

32、路 20KHz1 路 100KHz4 路 20KHz脈沖輸出(DC)2 路 20KHz2 路 20KHz2 路 20KHz2 路 100 KHz2 路 20KHz模擬電位器11222實時時鐘配時鐘卡配時鐘卡內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置通訊口1 X RS-4851 X RS-4851 X RS-4852 X RS-4852 X RS-485浮點數(shù)運算有有有有有I/O映象區(qū)256256256256256128 入/128 出128 入/128 出128 入 /128 出128 入/128 出128 入/128出布爾指令執(zhí)行 速度0.22 科 s / 指40.22科s /指令0.22科s /指令0.22科s /指令

33、0.22 科 s /指令外形尺寸(mm)90 X 80 X 6290 X 80 X 62120.5 X 80 X 62140 X 80 X 62190 X 80 X62在選用PLC上，考慮到只是對CA6140型車床做電氣控制部分的改造，輸出端口需要4個, 輸入端口需要 5個，且改造后并不通過網(wǎng)絡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S7222作為本次設計 的 PLC 。3.2 I/O分配表功能符號端子所占點數(shù)（個）輸 入主電機啟動按鈕SB2I0.01八主電機停止按鈕SB1I0.11墳備快速移動按鈕SB3I0.21冷卻泵

34、按鈕SA2I0.31照明燈開關SA1I0.41輸主電機接觸器KM1Q0.01出冷卻泵接觸器KM2Q0.11設快速移動接觸器KM3Q0.21備照明燈ELQ0.313.3 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖的設計24V 上 KAI UA2 KA3 &1 HLDC O O O TILQO, 0Q0, 1Q0. 2Q0. 3Q0.4CPU 224IM10. 010. 110.210. 310.424V DCSBlSB2SB3SA2SAI3.4 CA6140 車床的PLC控制梯形圖設計第四章CA6140臥式車床控制電路電氣元件的型號選擇由于根據(jù)生產(chǎn)需要 CA6140 臥式車床需要三臺電動機，即主電動機（Y

35、132M-47.5KW56.8A1470r/min）冷卻電動機（AOB-25、0.125KW0.43A1420r/min） 快速電機（Y100L1-4250W 5A 1420r/min ）考慮到主電路中三臺電動機都需要的斷路、過流、過載保護，所以必須在各自電路上接入斷路器、過載保護等元器件。 空氣斷路器的選擇斷路器的額定電流、電壓不應小于被控制線路的計算負載電流的被控網(wǎng)絡的額定電壓。斷路器的脫扣額定電流不小于線路的計算電流。斷路器的極限通斷能力應補小于被控網(wǎng)絡的最大短路電流。斷路器欠電壓脫扣額定值應與網(wǎng)絡的額定電壓相等。網(wǎng)絡末端單相對地短路電流應不小于1.25倍的斷路器瞬時（或短時）脫扣整流電

36、流。電動機保護用斷路器應滿足條件：長延時，電流整定值等于電動機額定電流；6倍長延時，電流整定值的可返回時間不小于電動機實際啟動時間（鼠籠式電動機）；鼠籠式電動機瞬時整定電流等于 8-15倍的脫扣器額定電流，繞線式電動機瞬時整定電流 等于3-6倍的脫扣器額定電流。 電源開關的選擇：用于照明或電熱電路，轉(zhuǎn)換開關的額定電流應等于或大于被控制電路中各負載電流的總和。用于電動機電路，組合開關的額定電流一般取電動機額定電流的1.5-2.5倍。電源開關QS主要用于 M1、M2、M3電動機提供電源，而在控制變壓器的二次側(cè)的電器在變壓器的一次側(cè)產(chǎn)生白電流不大，因此 QS的選擇主要考慮 M1 、M2、M3電動機的

37、額 定電流和啟動電流。由前面已知M1 、M2、M3的額定電流分別為 56.8A、0.43A和5A易計算額定電流之和為 62.23A ,由于功率最大的主軸電動機 M1為輕載起動，并且M3為 短時間工作，因而電源開關的額定電流應選擇在稍大60A ,轉(zhuǎn)換開關的型號組合開關常用的組合開關見表型號額定電流（A）極數(shù)HZ510、20、40、601、2、3HZ1010、25、60、1001、2、3具體：三極轉(zhuǎn)換開關（組合開關），HZ10-100/3 型的，額定電流100A 照明燈及開關選擇照明燈EL和燈開關SA成套購置，EL可選用JC2型，交流36V , 40W。 熔斷器的選擇常用熔斷器有瓷插式、螺旋式、無

38、填料封閉管式、有填料封閉管式等。熔斷器型號熔斷器額定電流 設計序號 管插式 螺旋式無填料封閉管式 有填料封閨管式 熔斷罄按鈕的選擇根據(jù)使用場合，選擇按鈕的型號的形式，灰塵較多的環(huán)境和電動葫蘆不宜選用LA18和LA19系列按鈕。根據(jù)用途選用合適的形式。按工作狀態(tài)指示和工作情況的要求，選擇按鈕和指示燈的顏色。按控制回路的需要確定按鈕。按鈕的型號LAK-開啟式H-保護式 一結(jié)構型式：J-緊急式 常閉觸頭數(shù)Y一鑰匙式 常開觸頭數(shù)J-帶燈緊急式S防水式F-防腐式X-旋轉(zhuǎn)式6帶指示燈式設計序號按鈕開關主令電器交流接觸器的選擇根據(jù)接觸器所控制負載回路的電壓、電流及所需觸點的數(shù)量來選擇接觸器，根據(jù)M1的額定電

39、流及額定電壓可求得M1主回路交流接觸器 KM1、KM2和KM3主觸點的額定電流Pn30KW380 (11.4)56.3A78.9A需要主觸點三對，輔助常閉觸點一對，所以選才i CJT1-100 型接觸器，主觸點電流為100A 。線圈電壓220V 。同理可得M2回路交流接觸器 KM4的主觸點的額定電流為0.235A 0.329A的范圍，所以選擇交流接觸器CJT1-10 ,線圈電壓220V 。 KM5的主觸點的額定電流范圍值為4.135A 5.789A ,選擇型號為CJT1-10，線圈電壓220V 。接觸器的選擇接觸器是用于遠距離頻繁接通或分斷交、直流電路，具有控制容量大、能實現(xiàn)連鎖控制和失壓及欠

40、壓保護功能， 接觸器廣泛應用于自動控制電路，其主要控制對象是電動機，也可用于控制其他負載。CJ交流接觸器型號主觸頭數(shù)主觸頭額定電流 設計序號交流接觸器中間繼電器的選擇中間繼電器是在自動控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，廣泛應用于遙控、 遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等的感應機構輸入部分；有能對被控電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機構輸出部分；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間， 還有對輸入量進行耦合隔離、功能處理和對輸出部分進行驅(qū)動的中間機構驅(qū)動部分。在工程實際中，

41、中間繼電器主要有兩個作用：一是隔離作用；二是增加輔 助接點。觸頭的額定電壓及額定電流應大于控制線路所使用的額定電壓及控制線路的工作電流。觸頭的種類和數(shù)目應滿足控制線路的需要。電磁線圈的電壓等級應與控制線路電源電壓相等。 中間繼電器的型號常閉觸頭數(shù) 常開觸頭數(shù)設計序號中間繼電器熱繼電器的選擇熱繼電器只能作為電動機的過載保護，不能作為短路保護，常與接觸器和熔斷器組合使用。一般情況下，可選用兩相結(jié)構的熱繼電器， 當電網(wǎng)電壓對稱性差， 工作環(huán)境差或很少有人看 管的電動設備，應選用三相結(jié)構的熱繼電器， 對于三角形連接的電動機， 應選用帶繼電保護 的熱繼電器。熱繼電器的整定電流等于電動機的額定電流。熱繼電

42、器熱元件的額定電流應略大于電動機額定電流。熱繼電器型號帶有斷相保護 級數(shù) 額定電流設計序號熱繼電器原則上熱繼電器的額定電流應按電動機的額定電流選擇，熱繼電器的額定電流為電動機額定電流的60%80% 。選擇如下：FR1應選用JR16-60/3D 型熱繼電器，熱元件額定電流為56.8A ,額定電流調(diào)整范圍為40.063.0A ,工作時調(diào)整在 58.6A 。FR2選用JR16-20/3D 熱繼電器，熱元件額定電流為0.64A ,額定電流調(diào)整范圍為0.400.64A. 工作時調(diào)整在 0.43A 。熔斷器的選擇從熔體電流和熔斷器兩方面考慮。熔體電流的選擇對電爐、照明等負載，熔體的額定電流應略大于或等于負

43、載的額定電流。對于輸配電線路，熔體的額定電流應略大于或等于安全電流。對于電動機的短路保護，如果是一臺電動機，熔體的額定電流應等于1.52.5 倍的電動機的額定電流。對于多臺電動機，熔體的額定電流應大于或等于其中最大容量的一臺電動機的 額定電流的1.52.5倍，加上其余電動機額定電流的總和。熔斷器的選擇熔斷器的額定電壓必須大于或等于線路的工作電壓。熔斷器的額定電流必須大于或等于所裝熔體的額定電流。常用熔斷器的技術參數(shù)名 稱型號熔管 額定 電壓 (V)熔管 額定 電流 (A)熔體額定電流等級(A)短路分斷能力KACos &無RM7-15交流156、 10、 1520.7填RM7-60380

44、6015、20、25、30、40、50、6050.5料RM7-10022010060、80、100200.4封RM7-200直流200100、125、160、200200.4閉RM7-400440350200 、 240 、 260 、 300 、 350 、200.35管 式 熔 斷 器220400RM7-600600400、450、500、560、600200.35RM10-15交流500380220直流440220156、 10、 151.20.8RM10-606015、20、25、30、40、50、603.50.7RM10-10010060、80、100100.35RM10-20020

45、0100、125、160、200100.35RM10-350350200、240、260、300、350100.35RM10-600600350、450、500、600120.35RM10-10001000600、700、850、1000120.35控制變壓器的選擇額定容量是指其二次繞組的額定視在功率，用 SN表示，以V A或KV A為單位。單相變壓器：SN=U2N*I2N三相變壓器：SN=，3*U2N*I2N導線截面的選擇一、按允許載流量選擇IAL > ICA其中ICA為線路的計算電流，IAL導線的允許載流量。對IAL的選擇：1、對降壓變壓器的高壓側(cè)導線，取一次側(cè)額定值；2、電容器線的

46、引入線，因有涌流的情況，選擇 1.35倍；對中性線的選擇：1、一般要求：S0>S；2、對三次諧波電流突出的線路，S0 > = S對保護線的選擇：GB50054-1995 規(guī)定，S V=16MM2 , SPE = 16 MM216MM2 v=S v = 35MM2 , SPE > 16 MM2S >=16MM2 , SPE = 0.5* S 二、按允許電壓損失選擇導線和截面步驟為：1、取導線或電纜的電抗平均值，6-10KV 架空線取0.35 Q/KM,35KV以上取0.4 Q/KM;低壓線路取0.3 Q/KM,穿管及電纜線路取 0.08 Q/KM 。求出無功負荷在電抗上引

47、起的電壓 損失。x0 n Iqili UX= 10U2ni12、根據(jù) UR= AUAL- AUX= 5- UX計算出當前負荷在線路上的有功電壓損失。UR由nPilir0 nS u求出導線的截面積。10U2ni 1 P推出 10rU2n<Ur%其中：r為導線的電導率，銅取 0.053KM/ QMM2,鋁取0.0320.053KM/QMM2.3、根據(jù)算出的截面積 S,查出r0和x0,即單位長度的導線的電阻和電抗值。計算線路的 電壓損失，與允許電壓損失進行比較，看是否滿足要求。三、根據(jù)經(jīng)濟電流密度選擇導線截面積.經(jīng)流電流密度JEC彳1(表)導線類型年最大負荷小時數(shù)<30003000-50

48、00>5000銅裸導線和母線3.02.251.75鋁裸導線和母線1.651.150.9銅芯電纜2.52.252.0鋁芯電纜1.921.731.54計算公式：q1 CASEC-J EC般銅導線的安全載流量為58A/mm2,鋁導線的安全載流量為 35A/mm2。關鍵點>x 8A/mm2=20A、 4mm2BVV 銅導線58A/mm2，計算出所選取銅導線截(mm2 )如：2.5mm2BVV銅導線安全載流量的推薦值2.5安全載流量的推薦值 4 X 8A/mm2=32A計算銅導線截面積利用銅導線的安全載流量的推薦值面積 S 的上下范圍：S=<I/ (58 ) >=0.125I0.

49、2IS銅導線截面積(mm2 ) I負載電流(A)電線的選型在電線、電纜選型時有兩方面須注意：(1)應盡量選用銅芯線，避免使用鋁芯線；(2)須根據(jù)電氣線路防火要求的程度，選擇使用阻燃型、耐火型或防火型的電線、電而且能更好地確保火災發(fā)生時消纜。這樣做不單止能從電氣線路方面更好地防止火災發(fā)生, 防用電設備用電的可靠性和安全性。綜上所述，火災的發(fā)生有諸多因素，特別與電氣線路有著密切聯(lián)系。如何從技術角度把因電氣線路引起的火災降至最低，是建筑電氣設計人員面臨的一大課題，如何更好地解決這個問題，堵塞火災發(fā)生的漏洞，防患于未然，對于廣大建筑電氣設計人員來說是責無旁貸的。絕緣導線明敷設安全載流量( A)導 線 截 面BBLX型鋁心橡皮絕 緣導線BBX型銅心橡皮絕 緣導線BLV導線型鋁心塑料絕緣BV導線型銅心塑料絕緣25303540253035402530354025303540120191715181715141.525232119222018172.2523211933312825232120173028252354333128254340373330282523403734306423936325551474239