4353946204plc 課程設(shè)計說明書 臥式車床電氣控制系統(tǒng)

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1、臥式車床電氣控制系統(tǒng)摘 要：傳統(tǒng)的C650臥式車床采用繼電器實現(xiàn)電氣控制，接線多且復(fù)雜，體積大，功耗大，一旦系統(tǒng)構(gòu)成，想改變或增加功能很困難，其工作性能已不能達到現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。因此，采用連線少、體積小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系統(tǒng)，來代替電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制邏輯，可使機床控制功能更加豐富，自動化水平大大提高。本次設(shè)計介紹了C650臥式車床電氣控制系統(tǒng)的工作原理及其運動形式，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)，實現(xiàn)了車床的降壓啟動、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、反接制動、點動控制、刀架快速移動、冷卻泵工作等一些列功能。此次設(shè)計從被控對象的I/O點數(shù)和性價比高、

2、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， PLC的地址分配和用梯形圖編輯的PLC控制程序設(shè)計。 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)省大量的繼電器元件,機床的各項性能有了很大的改善，工作效率有了明顯提高。關(guān)鍵詞: PLC；臥式車床；繼電器目 錄前言1第一章C650車床的主要結(jié)構(gòu)與控制要求 31.1 C650型臥式車床的主要結(jié)構(gòu)31.2 C650控制要求 .31.3保護電器的選擇.41.4 控制電器的選擇4第2章 C650車床控制元件配置.62.1 c650車床結(jié)構(gòu)圖及運行方式62.2 I/O地址的分配及接線圖.62.3流程圖.8第3章 C650臥式

3、車床PLC控制分析.103.1主電路分析.103.2 控制電路分析及主電動機點動控制.103.3 主電動機正反轉(zhuǎn)控制.113.4 主電動機的反接制動控制.113.5 冷卻泵電動機的控制.123.6刀架的快速移動.12第四章 程序設(shè)計及調(diào)試.134.1 C650車床PLC控制梯形圖.134.2 C650的指令表 16參考文獻 .17致 謝.18 前 言C650普通車床屬于中型機床，用于切削工作外圓、內(nèi)孔和端面等。該車床由主軸運動和刀具進給運動完成切削加工。車床是機床中應(yīng)用最廣泛的一種，它可以用于切削各種工件的外圓、內(nèi)孔、端面及螺紋。車床在加工工件時，隨著工件材料和材質(zhì)的不同，應(yīng)選擇合適的主軸轉(zhuǎn)速

4、及進給速度。但目前中小型車床多采用不變速的異步電動機拖動，它的變速是靠齒輪箱的有級調(diào)速來實現(xiàn)的，所以它的控制電路比較簡單。為滿足加工的需要，主軸的旋轉(zhuǎn)運動有時需要正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，這個要求一般是通過改變主軸電動機的轉(zhuǎn)向或采用離合器來實現(xiàn)的。進給運動多半是把主軸運動分出一部分動力，通過掛輪箱傳給進給箱來實現(xiàn)刀具的進給。有的為了提高效率，刀架的快速運動由一臺進給電動機單獨拖動。車床一般都設(shè)有交流電動機拖動的冷卻泵，來實現(xiàn)刀具切削時冷卻。有的還專設(shè)一臺潤滑泵對系統(tǒng)進行潤滑。傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡單、容易掌控、價格便宜等特點，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中普占主

5、要地位，但是繼電器-接觸器控制有明顯的缺點：設(shè)備體積大、壽命短、可靠性差、動作速度慢、功能少、程序不可變；因此對于程序固定，控制過程不太復(fù)雜的系統(tǒng)還是合適的。但是由于它是靠硬連線邏輯結(jié)構(gòu)構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，所以當生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線控制柜就要改連接或更改，通用性靈活性差。傳統(tǒng)的C650臥式車床采用繼電器實現(xiàn)電氣控制，接線多且復(fù)雜，體積大，功耗大，一旦系統(tǒng)構(gòu)成，想改變或增加功能很困難，其工作性能已不能達到現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。因此，以PLC取代常規(guī)的繼電器，可提高工作性能，并且達到車床的控制要求。本次編程的C650臥式車床電氣控制系統(tǒng)的工作原理及其運動形式，編寫了PLC控制梯形圖程序和指

6、令表程序。利用PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了車床啟動、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、反接制動、刀架快速移動、冷卻泵在作等一些列功能，改由PLC控制后，其控制系統(tǒng)大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查，節(jié)省大量的繼電器元件,機床的各項性能有了很大的改善，工作效率有了明顯提高。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個原因：PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間都在30萬小時以上；抗干擾能力強，目前空中各種電磁干擾日益嚴重，為了保證車床控制的靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC；根據(jù)C650車床系統(tǒng)的要求與特點，我們采用了F1N型PLC。F1N型PLC有小型化、高速度、高性能等特點，是F1N系列中最高檔次的超

7、小型程序裝置。F1N型可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴充設(shè)備，有豐富的特殊擴展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器(PLC)對車床電機實現(xiàn)控制。第一章C650車床的主要結(jié)構(gòu)與控制要求1.1 C650車床的主要結(jié)構(gòu)圖1-1 c650的臥式車床結(jié)構(gòu)圖C650臥式普通車床屬中型車床，加工工件回轉(zhuǎn)直徑最大可達1020mm,長度可達3000mm。其結(jié)構(gòu)主要由床身、主軸變速箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、絲桿和光桿等部分組成，如圖1-1所示。C650車床車床由三臺三相籠型異步電動機拖動，即主電動機M1、冷卻電動機M2和刀架快速移動電

8、動機M3。1.2 c650車床控制要求從車削工藝要求出發(fā)，對各電動機的控制要求主要是：主電動機M1（30KW）：由它完成主運動的驅(qū)動。要求：降壓起動連續(xù)運轉(zhuǎn)方式有點動功能以便調(diào)整；能正反轉(zhuǎn)以滿足螺紋加工需要；由于加工工件轉(zhuǎn)動慣性大，停車時帶有反接制動，此外，還要顯示電動機的工作電流以監(jiān)視切削狀況。冷卻電動機M2：用以加工時提供冷卻液，采用直接起動、單向運行、連續(xù)工作方式。快速移動電動機M3：單向點動、短時工作方式。要求有局部照明和必要的電氣保護與聯(lián)鎖。1.3保護電器的選擇 熔斷器 熔斷器在電路中主要起短路保護作用，用于保護線路。熔斷器的熔體串接于被保護的電路中，熔斷器以自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷

9、，從而自動切斷電路，實現(xiàn)短路保護及過載保護。 熱繼電器 熱繼電器主要用于電動機的過載保護，使用中應(yīng)考慮電動機的工作環(huán)境、起動情況、負載性質(zhì)，等因素。星形接法的電動機可選用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，三角形接法的電動機應(yīng)選用帶斷相保護裝置三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。熱繼電器的動作電流整定值一般為電動機額定電流的0.951.05倍。1.4 控制電器選擇（1） 控制按鈕控制按鈕在控制電路中常用作遠距離手動控制接觸器、繼電器等有電磁線圈的電路，也可用于電器連鎖等電路中。各電氣元件的型號及規(guī)格、用途和數(shù)量如下表所示：表11 電氣元件符號及功能說明符號名稱及用途數(shù)量M1主電動機1M2冷卻泵電動機1M3快速移動電動機

10、1FU16熔斷器6KM1M1正轉(zhuǎn)接觸器1KM2M1反轉(zhuǎn)接觸器1KM3短接限流電阻接觸器1KM4冷卻泵電動機啟動接觸器1KM5快移電動機啟動接觸器1BTE1主電動機過載保護熱繼電器1BTE2冷卻泵電動機過載保護熱繼電器1SB1總停按鈕1SB2主電動機正向點動按鈕1SB3主電動機正轉(zhuǎn)按鈕1SB4主電動機反轉(zhuǎn)按鈕1SB5冷卻泵電動機停止按鈕1SB6冷卻泵電動機啟動按鈕1SA選擇開關(guān)1KA中間繼電器1KT通電延時時間繼電器1SQ快移電動機點動行程開關(guān)1PA電流表1TC控制變壓器1R限流電阻3EL照明燈1TA電流互感器1QS隔離開關(guān)1BS速度繼電器1第二章 c650車床控制元件配置2.1 c650車床結(jié)

11、構(gòu)圖及運行方式圖2-1 C650臥式車床的電氣控制系統(tǒng)圖2-1是C650車床的主電路，配置三臺電動機M1、M2、M3。主電動機M1由停止按鈕SB1、點動按鈕SB2、正轉(zhuǎn)按鈕SB3、反轉(zhuǎn)按鈕SB4、熱繼電器常開觸頭BTE1、BTE2、速度繼電器正轉(zhuǎn)觸頭BS-1、速度繼電器反轉(zhuǎn)觸頭BS-2、正轉(zhuǎn)接觸器主觸頭KM1、反轉(zhuǎn)接觸器主觸頭KM2、短接限流電阻接觸器KM3、冷卻泵電動機啟動接觸器KM4、快速移動啟動接觸器等原件。 冷卻泵電動機M2由停止按鈕SB5、起動按鈕SB6、熱繼電器常開觸頭BTE2、接觸器主觸頭KM4等控制；快移電動機M3由限位開關(guān)SQ、接觸器主觸頭KM5控制。2.2 I/O地址的分配

12、電氣控制元件PLC控制的I/O配置見下表，C650車床PLC控制I/O接線見圖2-2。表 2-1C650車床PLC控制元件配置表電氣控制功能PLC電氣控制功能PLC元件符號編程元件元件符號編程元件SB1總停止按鈕X0BS-1速度繼電器正轉(zhuǎn)觸頭X14SB2M1點動按鈕X1BS-2速度繼電器反轉(zhuǎn)觸頭X15SB3M1正轉(zhuǎn)按鈕X2KM1M1正轉(zhuǎn)接觸器主觸頭Y0SB4M1反轉(zhuǎn)按鈕X3KM2M1反轉(zhuǎn)接觸器主觸頭Y1SB5M2停止按鈕X4KM3短接限流電阻接觸器Y2SB6M2起動按鈕X5KM4M2接觸器主觸頭Y3SQM3限位開關(guān)X6KM5M3接觸器主觸頭Y4BTE1M1熱繼電器常開觸頭X7SA選擇開關(guān)X13

13、BTE2M2熱繼電器常開觸頭X12EA照明燈Y5C650車床PLC控制I/O接線見圖2-2。圖2-2 C650車床PLC控制I/O接線2.3流程圖2.3流程圖第三章 C650臥式車床PLC控制分析3.1主電路分析車床的電源采用三相380V交流電源，由隔離開關(guān)QS引入，主電路中包含三臺電動機的驅(qū)動電路。主電動機M1電路分為三部分：交流接觸器KM1，KM2的主觸點分別控制主電路機M1的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)：交流接觸器KM3的主觸點用于控制限流電阻R的接入與切除，在主軸電動調(diào)整時，R的串入可限制啟動電流;電流表PA用來監(jiān)視主電動機M1的繞組電流，由于M1功率很大，所以電流表PA接入電流互感器回路。機床工作時，

14、可調(diào)整切削用量，使電流表PA的電流接近主電動機M1額定電流值（經(jīng)TA后減少了的電流值），以便提高生產(chǎn)率和充分利用電動機的潛力。為防止在主電動機啟動時對電流表造成沖擊損壞，在電路中設(shè)置了時間繼電器KT進行保護，當主電動機正向或反向啟動時，KT線圈通電，當延時時間未到時，電流表PA就被延時動斷觸點短路，延時結(jié)束才會有電流通過。速度繼電器BS的速度檢測部分與主電動機的輸出軸相連，在反接制動時依靠它及時切斷反向序電源。冷卻泵電動機M2的啟動與停止由接觸器KM4的主觸點控制，快速移動電動機M3由接觸器KM5控制。 為保證主電路的正常運行，分別由熔斷器FU1，F(xiàn)U4，F(xiàn)U5對電動機M1，M2，M3實現(xiàn)短路

15、保護，由熱繼電器BTE1，BTE2對M1和M2進行過載保護，快速移動電動機M3由于是短時工作制，所以不需要過載保護。3.2控制電路分析控制電路因電氣元件很多，故通過控制變壓器TC同三相電網(wǎng)進行電隔離，從而提高了操作和維修時的安全性，其所需的110交流電源也由控制變壓器TC提供，由FU3作短路保護?！盎麨榱恪焙罂刂齐娐房蓜澐譃橹麟妱訖CM1，冷卻泵電動機M2及快速移動電動機M3的三部分控制電路。主電路M1控制電路較復(fù)雜，因而還可進一步對其控制電路進行劃分，下面對各局部控制電路逐一分析。主電動機的點動調(diào)整控制。，當按下點動按紐SB2時，接觸器KM1線圈得電，其主觸點閉合，由于KM3線圈并沒接通，因

16、此電源必須經(jīng)限流電阻R進入主電動機，從而減少了啟動電流，此時電動機M1正向直接啟動。KM3線圈為得電其輔助動合觸點不閉合，中間繼電器KA不工作，所以雖然KM1的輔助動合觸點已閉合，但不自鎖。因而松開SB2后，KM1線圈立即斷電，主電動機M1停轉(zhuǎn)。這樣就實現(xiàn)了主電動機的點動控制。3.3主電動機的正反轉(zhuǎn)控制車床主軸的正反轉(zhuǎn)是通過主電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的，主電動機M1的額定功率為30KW，但只是車削加工時消耗功率較大，而啟動時負載很小，因此啟動電流并不大，在非頻繁點動的情況下，仍可采用全壓直接啟動。當按下正向啟動按鈕SB3時，交流接觸器KM3的線圈和通電延時時間繼電器KT線圈同時得電。KT通電，其位

17、于M1主電路中的延時動斷觸點短接電流PA，延時斷開后，電流表接入電路正常工作，從而使其免受啟動電流的沖擊；KM3通電，其主觸點閉合，短接限流電阻R，輔助動合觸點閉合，使得KA線圈得電。KA動斷觸點斷開，分斷反接制動電路；動合觸點閉合，一方面使得KM3在SB3松手后仍保持通電，進而KA也保持通電，另一方面使得KM1線圈通電并形成自鎖，KM1主觸點閉合，此時主電動機M1正向直接啟動。SB4為方向啟動按鈕，反向直接啟動過程同正向類似，不再寫出。3.4主電動機的反接制動按鈕C650車床停車時采用反接制動方式，用速度繼電器BS進行檢測和控制，下面以正轉(zhuǎn)狀態(tài)下的反接制動為例說明電路的工作過程。當主電路M1

18、正轉(zhuǎn)運行時，由速度繼電器工作原理可知，此時BS的動合觸點BS2的閉合。當按下總停按鈕SB1后，原來通電的KM1，KM3，KT和KA線圈全部斷電，它們的所有觸點均被釋放而復(fù)位。當松開SB1后，由于主電動機的慣性轉(zhuǎn)速仍很大，BS-2的動合觸點繼續(xù)保持閉合狀態(tài)，使反接接觸器KM2線圈立即通電，其電流通路是：SB1BTE1KA動斷觸點BS-2KM1動斷觸點KM2線圈。這樣主電動機M1開始反接制動，反向電磁轉(zhuǎn)矩將平衡正向慣性轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩，電動機正向轉(zhuǎn)速很快降下來。當轉(zhuǎn)速接近于零時，BS-2動合觸點復(fù)位斷開，從而切斷了KM2線圈通路，至此正向反接制動結(jié)束。反轉(zhuǎn)時的反接制動過程與上述過程類似，只是在此過程中起作

19、用的為速度繼電器的BS-1動合觸點。反接制動過程中由于KM3線圈未得電，因此限流電阻R被接入電動機主電路，以限制反接制動電流。通過對主電路控制電路的分析，我們看到中間繼電器KA在電路中起著擴展接觸器KM3觸點的作用。 3.5冷卻泵電動機的控制冷卻泵電動機M2的啟停按鈕分別為SB6和SB5，通過它們控制接觸器KM4線圈的得電與斷電，從而實現(xiàn)對冷卻泵電動機M2的長動控制。它是一個典型的電動機直接啟動控制環(huán)節(jié)。 3.6刀架的快速移動轉(zhuǎn)動刀架手柄，行程開關(guān)SQ被壓，其動合觸點閉合，使得接觸器KM5線圈通電，KM5主觸點閉合，快速移動電動機M3就啟動運轉(zhuǎn)，其輸出動力經(jīng)傳動系統(tǒng)最終驅(qū)動溜板箱帶動刀架做快速

20、移動。當?shù)都苁直鷱?fù)位時，M3立即停轉(zhuǎn)。該控制電路為典型的電動機點動控制。另外，由圖所示的臥式車床電氣控制系統(tǒng)可知，控制變壓器TC的二次側(cè)還有一路電壓為36V（安全電壓），提供給車床照明電路。當開關(guān)SA閉合時，照明燈EL點亮；開關(guān)SA斷開時，EL就熄滅。第四章 程序設(shè)計及調(diào)試4.1 C650車床PLC控制梯形圖本順控程序的初始程序、控制程序及輸出程序的梯形圖如下圖所示。 圖4-1圖4-1實現(xiàn)了電機的連續(xù)正轉(zhuǎn)和點動正轉(zhuǎn)。首先按下主電動機正轉(zhuǎn)按鈕X002，輔助繼電器M0先得電，正轉(zhuǎn)Y000得電，同時它的常開觸點閉合，實現(xiàn)自鎖，電機正轉(zhuǎn)。按下主電動機正向點動按鈕X001，輔助繼電器M0不會得電，所以松

21、開主電動機正向點動按鈕X000，則正轉(zhuǎn)Y000立馬失電，實現(xiàn)主電機的正轉(zhuǎn)點動控制。圖4-2圖4-2實現(xiàn)了電機的反轉(zhuǎn)。按下主電動機反轉(zhuǎn)按鈕X003，反轉(zhuǎn)Y001得電同時它的常開觸點閉合，實現(xiàn)主電機反轉(zhuǎn)的自鎖，則會一直運行。圖4-3圖4-3實現(xiàn)了冷卻泵的運轉(zhuǎn)。按下冷卻泵啟動按鈕X005，冷卻泵Y003得電，同時它的常開觸點閉合，實現(xiàn)冷卻泵運轉(zhuǎn)的自鎖。圖4-4圖4-4實現(xiàn)了快速移動電動機的運行。按下快速移動點動行程開關(guān)X006，則Y004得電，實現(xiàn)快速移動。圖4-5圖4-5實現(xiàn)了正轉(zhuǎn)時的反接制動和反轉(zhuǎn)時的反接制動。當電機是正轉(zhuǎn)時，按下總停按鈕X000，所有線圈失電，但此時電機運轉(zhuǎn)速度不能立刻停止，速

22、度很快。這時就需要反接制動，反接制動觸點X014作用，使正轉(zhuǎn)時反接制動時間繼電器得電，實現(xiàn)電機的反轉(zhuǎn)也就實現(xiàn)了反接制動。當電機反轉(zhuǎn)時，同理。圖4-6 圖4-6是照明燈的啟動。按下選擇開關(guān)X013，照明燈Y005得電，實現(xiàn)照明。4.2 C650的指令表由上述可得C650的指令表所示。表4-1表4-1 C650的指令表0LDX00218OUTM036ANIX0001ORY00019LDX00337OUTY0042ANDM020ORY00138LDIX00030RX00121ANDM039MPS4ANIY00122ANIY00040ANDX0145ANDX00023ANDX00041OUTTO6LD

23、T124LDT042OUTT37ORB25ORB43MRD8ANIX00726ANIX00744ANDX0159ANIT227ANIT345OUTT110OUTYOOO28OUTY00146OUTT211LDX00229LDX00547LDX01312ORX00330ORY00348ANDX00013ORY00231ANIX00049OUTY00514ANDXOOO32ANIX00450END15OUTY00233ANIX0125116LDY00234OUTY0035217ANDX00035LDX00653參考文獻1 方承遠.工廠電氣控制技術(shù).M北京：機械工業(yè)出版社，20032 史國生.控制與

24、可編程控制器技術(shù).M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20053 廖常初.可程控制器的編程方法與工程應(yīng)用.M重慶：重慶大學(xué)出版社，20014 江志鋒.編程控制器原理與應(yīng)用.M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20045 丁煒.編程控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用.M杭州：化學(xué)工業(yè)出版社，2004致謝在不知不覺之間，課程設(shè)計終于完成了。這無疑是段糾結(jié)和無措，最后轉(zhuǎn)化為興奮與愉悅的過程。在設(shè)計期間，總會與有一個接一個的問題出現(xiàn)，各種各樣。但最后，一次次的絞盡腦汁，一次次的尋求答案，勝利的曙光普照。這是不僅是一次課程設(shè)計，更是對我們大學(xué)三年所學(xué)知識的一種肯定。課程設(shè)計完成了，我不會為自己感到非常興奮。因為，我知道，期間最大

25、的功勞是我的指導(dǎo)老師張衛(wèi)平老師。剛抽好題目的時候，我是那么的迷茫，因為我根本就不能理解設(shè)計的內(nèi)容與要求，是張老師的細心講解與分析給我指出了正確的思路。在設(shè)計期間，由于設(shè)計的資料相當有限，就在我驚慌無措的時候，是張老師給了我最大的幫助，他幫我尋找了我設(shè)計中用到元件的相關(guān)手冊，這就如同雪中送炭般，給了我物質(zhì)以及精神上最大的支持。每次，在設(shè)計中遇到了不懂的地方，張老師總能耐心地為我講解。整個設(shè)計過程中，我覺得我是幸福的，因為我有一位傳道授業(yè)解惑的優(yōu)秀的老師。再次，我要向張老師致以我最真摯的謝意，謝謝他的一路指導(dǎo)。同時，我還要感謝我的同學(xué)們，你們給予我支持與幫助，是你們在一路上為我加油，為我打氣，正是有你們，我才會有克服困難和挫折的勇氣，成功完成我課程設(shè)計的精彩句點。第 17 頁 共 18 頁