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1、燕山大学课程设计说明书电气工程学院课 程 设 计 说 明 书 设计题目： 卧式车床电气控制系统 系 别： 电气工程学院 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 燕山大学课程设计说明书电气工程学院课程设计任务书课程名称： 电气控制与PLC课程设计 基层教学单位：电气工程及自动化系 指导教师： 郭忠南等学号学生姓名（专业）班级设计题目卧式车床电气控制系统设计技术参数主要控制电器为三台电机：主电动机、冷却泵电机、快速移动电机。三台电机都要有短路保护措施。主电动机和冷却泵电机采用热继电器进行过载保护主电动机要采用降压起动方式起动主电动机要求能够正反转控制，并且有点动调整控制和长动控制，采用反接制
2、动主回路负载的电流大小能够监控，但要防止启动电流对电流表产生冲击。机床要有照明设施（C650卧式车床）设计要求1) 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路和PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制卧式车床PLC电气控制程序。3) 按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。参考资料1、PLC电气控制技术 漆汉宏主编 机械工业出版社 20082、图书馆各类期刊文献相关数据库3、相关电气设计手册周次第一周第二周应完成内容完成全部方案设计：周一、二：查、阅相关参考资料周二至周五：方案设计周六、日：设计方案完善周一、二：完成设计说明书周三、四：绘制A1设计图纸周五：答辩考核指导教师
3、签字基层教学单位主任签字说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。 目录摘要第一章 绪论1 1.1卧式车床简介 1 1.2 PLC在控制系统中的应用2第二章 硬件系统设计4 2.1 控制系统的设计要求4 2.2 元器件的选择4 2.3 卧式车床主电路电气原理图7 2.4 PLC控制电路图9 2.5 主电动机控制流程图 11 2.6 I/O口分配列表12第三章 软件系统设计 13 3.1 PLC控制梯形图 13 3.2 梯形图说明 14 3.3 PLC指令表 17 3.4 PLC逻辑功能测试 18心得体会22致谢23参考文献24摘要
4、本次课程设计的课题是卧式车床的电气控制系统，即用可编程控制器PLC来实现对电机运行的控制。传统的C650卧式车床采用继电器来实现电气控制，接线繁多而且复杂，体积大，功耗大，一旦系统构造完成，想改变和增加功能很困难，所以其工作性能已不能达到现代工业生产的要求。而可编程控制器PLC有编程简单、可靠性高、系统配置灵活、成本低、维护方便等优点，因此，用PLC取代常用的继电器控制，可提高系统的工作性能，并且可以满足车床的控制要求。本次课程设计包括两部分内容：一是硬件电路的设计，包括主电路、控制电路和PLC硬件配置电路；二是PLC的控制程序的编程，包括梯形图和指令表。利用PLC控制系统，实现了车床的降压启
5、动、正转反转、反接制动、点动、刀架快速移动、冷却泵工作等功能。改用PLC控制后，其控制系统大大简化，修改维修方便，容易检查，节省了大量的继电器元件，机床性能有了很大提高，工作效率明显提高。关键词：卧式车床；PLC；继电器；梯形图第一章 绪论1.1 卧式车床的简介卧式车床是机床中应用最广泛的一种，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹。车床由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工。主轴由三相异步电机拖动，主轴通过卡盘带动工件的旋转运动。车床在加工工件时，随着工件材料和材质的不同，应选择合适的旋转和进给速度。其工作过程如下：1、正常加工时一般不需要反转，但加工螺纹时需反转退刀，且工件的旋转速度
6、与刀具的进给速度要保持严格的比例关系。主电动机M1采用降压起动的方式，可正反两个方向旋转，为加工调整方便，还具有点动功能。由于加工的工件比较大，加工时其旋转惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动的功能，C650车床的正反向停车采用反接制动的方式。2、电动机M2拖动冷却泵。车削加工时，刀具与工件的温度较高，需设一冷却泵电动机，实现刀具与工件的冷却。冷却泵电动机M2单向旋转，采用直接起动、停止方式，且与主电动机有必要的连锁保护。3、快速电动机M3。为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，利用M3带动刀架快速移动。电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。4、采用电流表检测电动机的负载
7、情况。但要有保护措施，防止启动电流对电流表产生冲击。5、车削加工时，因被加工的工件材料、性质、形状、大小及工艺要求不同，且刀具种类也不同，所以要求切削速度也不同，这就要求主轴有较大的调速范围。车床大多采用机械方法调速，改变主轴箱外的手柄位置，可以改变主轴的转速。传统的机床控制系统是硬连线方式的继电器接触器控制系统，但该系统连线复杂，体积大，可靠性差，自动化水平低，难以满足现代化生产的要求。现代工业生产中，中小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求越来越高，传统的普通磨床已经难以适应现代化生产的要求，制造业的竞争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量竞争
8、，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竞争，将面临知识技术产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求更高，同时社会对环境保护的意识不断加强，因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竞争和生存发展的主要手段。当前随着科学技术的不断发展及生产工艺上不断提出新的要求，电气控制技术得到飞速发展。在控制方法上，主要是从手工到自动控制；在控制功能上，是从简单的控制设备到复杂的控制系统；在操作方式上，由笨重到轻巧；在控制原理上，从有触点的继电接触式控制系统到以计算机为核心的“软”控制系统。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。PLC以软手段实现了各种控制功
9、能，与继电器系统相比较，灵活性大大提高；与普通计算机相比，又具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、组合灵活、扩展方便、体积小等优点，因而在机床电气控制系统中得到广泛的应用。1.2 PLC在控制系统中的应用 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。现在PLC来控制，它有以下优点：（1）实时性 由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。 基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。 更能满足各个领域大、中、
10、小型工业控制项目。（2）高可靠性 所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。 各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。 采用性能优良的开关电源。 对采用的元器件进行严格的筛选。 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。 大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。（3）系统配置简单灵活 控制器 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。 I/O卡件种类丰富，
11、可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。 满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。（4）丰富的I/O卡件控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。（5）控制系统采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件，包括
12、CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。（6）价格优势质优价廉，性价比高。（7） 安装简单，维修方便可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。（8）制器实现的功能：逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序控制、PID控制、数据计算、通讯和联网其它：还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。车床是最常见的一种机床,它的主运动为主轴回转运动,刀架的移动为进给运动,车削加工一般不要求反转,但加工螺纹时,为避免乱扣,需要反转退刀,并保证工件的转速与刀具的移动速度之间具有严格的比例关系,溜板箱与主轴箱之间通过齿轮传动系统连接, C650卧式车床是其中较为常见的一种,其原控制电路为继电器控制,接触触点多、故障多、操作人员维修任务较大，针对这种情况,我们用PLC控制改造其继电器控制电路,克服了以上缺点,降低了设备故障率,提高了设备使用效率。 第二章 硬件系统设计2.1 控制系统的设计要求
