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1、1目 录第 1 章 引 言1第 2 章 系统总体方案设计 22.1 C650 卧式车床控制要求2.2 C650 卧式车床控制原理分析2.2.1 主电路分析2.2.2 控制电路分析第 3 章 PLC 控制系统的设计3.1 PLC 的选型 3.2 I/O 地址的分配3.3 I/O 接线图第 4 章 系统软件设计4.1 控制系统的梯形图程序设计结论设计总结谢辞附录参考文献2内容摘要本次设计介绍了 C650 卧式车床电气控制系统的工作原理及其运动形式，编写了 PLC 控制梯形图程序和指令表程序。利用 PLC 控制系统，实现了车床启动、正转反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵在作等一些列功能，改由 PL
2、C 控制后，其控制系统大大的简单化,并且维修方便,易于检查，节省大量的继电器元件,机床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。关键词：卧式车床；PLC 控制 3第 1 章 引言本设计采用可编程控制器代替继电器对机床进行控制，因为可编程控制器组成的控制系统在设计、安装、调试和维修等方面，不仅减少了工作量，而且减少了开支，缩减了成本，效益更高。通过使用 PLC 改造该机床电气系统后，去掉了原机床的中间继电器，时间继电器等等，使线路简化,维修方便。同时要达到的要求有： （1）车床正反向工作及反接制动；（2）主电动机点动；（3）刀架快速移动及冷却泵工作；（4）对主电动机进行电流监控；设计 PL
3、C 控制系统首先要对控制要求进行分析，选择最佳的系统方案，然后对系统硬件设计进行选择，比如：交流接触器；中间继电器；保护电器等。最关键的是选择合适的 PLC，对 I/O 地址分配，再进行梯形图设计。4第2章 系统总体方案设计2.1 C650 卧式车床控制要求轴与进给电动机M1、冷却泵电动机M2和溜板箱快速移动电动机M3。从车削加工工艺出发,对各台电动机的控制要求如下：(1)主轴与进给电动机M1,允许在空载下直接起动。其要求能实现正、反转,从而经主轴变速箱实现主轴的正、反转,或通过挂轮箱传给溜板箱来拖动刀架以实现刀架的横向左、右移动。为便于进行车削加工前的对刀,则要求主轴拖动工件作调整点动,所以
4、要求主轴与进给电动机能实现单方向旋转的低速点动控制。主电动机停车时,由于加工工件转动惯量较大,需采用反接制动。(2)冷却泵电动机M2, 用于在车削加工时,供出冷却液,对工件与刀具进行冷却。2.2 C650 卧式车床控制原理分析2.2.1 主电路分析从附录中可以看出，断路器 QF 将三相电源引入，FU1 为主电动机 M1 的短路保护用熔断器，FR1 为 M1 电动机过载保护用热继电器。为防止在连续点动时的启动电流造成电动机过载，点动时也加入限流电阻 R。通过互感器 TA 接入电流表 A 以监视主电动机绕组的电流。熔断器 FU2 为 M2、M3 电动机的短路保护，接触器 QA4、QA5 为 M2、
5、M3 电动机起动用接触器。BB2 为 M2 电动机的过载保护，因快速电动机 M3 短时工作，所以不设过载保护。2.2.2 控制电路分析(1)主电动机的点动调整控制电路中 QA1 为 M1 电动机的正转接触器，QA3 为 M1 电动机的长动接触器，KA1为中间继电器。M1 电动机的点动由点动按钮 SF4 控制。按下按钮 SF6，接触器KM3 得电吸合，他的主触点闭合，电动机的定子绕组限流电阻 R 与电源接通，电动机在较低速下起动。(2)主电动机的正反转控制电路主电动机的正转由正向起动按钮 SF1 控制。按下按钮 SF1 时，接触器 KM 首先得电动作，他的主触点闭合将限流电阻短接，接触器 QA
6、的辅助动合触点闭合使中间继电器 KA 得电，它的触点闭合，使接触器 QA3 得电吸合。KM3 的主触点将三5相电源接通，电动机在额定电压下正转起动。QA3 的动合辅助触点和 QA 的动合触点的闭合将 QA 3 线圈自锁。反转起动时用反向起动按钮 SF2，按下 SF2，同样是接触器 QA 得电，然后接通接触器 QA4 和中间继电器 KA，于是电动机在满压下反转起动。QA3 的动断辅助触点和 QA4 的动断辅助触点分别串在对方接触器线圈的回路中，起到电动机正传和反转的电气互锁作用。(3)主轴电动机的反接制动控制当速度接近于零时，用速度继电器的触点给出信号切断电动机电源。速度继电器与被控电动机是同轴
7、相连的，当电动机正转时，速度继电器的正转常开触点 KS1 闭合；电动机反转时，速度继电器的反转动合触点 KS2 闭合。当电动机正向旋转时，接触器 QA3 和 QA，继电器 KA 都处于得电动作状态，速度继电器的正转动合触点 KS1 也是闭合的，这样就为电动机正传时的反接制动做好了准备。需要停车时，按下停止按钮 SB4 接触器 QA 失电，其主触点断开，电阻 R串入主回路，与此同时 QA3 也失电，断开了电动机电源，同时 KA 失电，KA 的动断触点闭合。在松开 SB4 后就使反转接触器 QA4 的线圈得电，电动机的电源反接，电动机处于反接制动状态。当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速
8、度继电器 KS 的正转动合触点 KS1 断开，切断了接触器 QA4 的通电回路，电动机脱离电源停止。电动机反转时的制动与正转时的制动相似。当电动机反转时，速度继电器的反转动合触点 KS2 是闭合的，这时按一下停止按钮 SF3，在 SF3 松开后正转接触器线圈得电，正转接触器 QA3 吸合将电源反接使电动机制动后停止。(4)刀架的快速移动和冷却泵控制刀架的快速移动是由转动刀架 SF6 来实现的。接触器 QA4 得电吸合，M3 电动机带动刀架快速移动。如果车削加工需要冷却液时按下 SF5，冷却泵电动机M2 动作，QA4 线圈得电，冷却泵电动机 M2 工作，需要停止开关 SF5 即可。6第 3 章
9、PLC 控制系统的设计3.1 PLC 的选型车床电气控制系统需要 11 个外部输入信号，6 个输出信号。PLC 所具有的输入点和输出点一般要比所需冗余 30 % ，以便于系统的完善和今后的扩展预留。所以本系统所需的输入点为 14 个,输出点为 7 个。现选择西门子公司生产的 S7 - 200 系列的 CPU224 型 PLC ，24V 直流 14 点输入。3.2 I/O 地址的分配根据该系统的控制要求，输入输出设备，确定了 I/O 点数。根据需要控制的开关、设备大约输入点为 11 个,输出点为 6 个需进行控制，现将 I/O 地址分配如附录所示。3.3 I/O 接线图根据 PLC I/O 端子
10、的分配，画出了 C650 卧式车床 PLC 控制系统 I/O 接线图如附录所示7第 4 章 系统软件设计4.1 控制系统的梯形图程序设计 车床正反向工作及反接制动过程该控制程序步骤为：按下 SF1，M0.1 导通，Q0.2 动作，QA3 吸合短接电阻R，同时 M0.1 动作，Q0.0 动作，QA 1 吸合，主电动机 M1 正转起动运行，开始车削加工。要停车时，按下 SF3，Q0.0、Q0.2 释放，松开 SF3，Q0.1 动作，QA2吸合，主电动机 M1 串电阻反接制动，当速度接近于零时，速度继电器正转常开触头 KS1 断开，QA2 释放电动机 M1 停转。反向工作过程与正向相同。主电动机点动
11、过程按下 SF5，Q0.3 动作，使 QA 1 吸合，M1 串电阻限流点动，松开 SF5，Q0.3断开，M1 停转，实现点动控制。 刀架快速移动及冷却泵工作过程该控制程序步骤为：刀架快速移动过程为按下开关 SF6，Q0.5 动作，QA5 吸合，M3 起动运行 。 冷却泵工作过程为按下开关 SF5，Q0.4 动作 QA 4 线圈得电，冷却泵电动机 M2 工作，停止时按下 SF5 即可。梯形图程序见附录8结论本设计具有性能可靠，外围电路简单等优点，设计思路清晰，程序简单明了。C650 车床控制系统利用了西门子 STC-200 系列 PLC 的特点，对按扭、开关等其他一些输入/输出点进行控制，实现了
12、车床过程的自动化。此外 PLC 可以重复使用，降低了测试经费。它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。PLC 又设有串行接口，方便地与计算机进行连接，组成测控系统，给系统的维护和使用带来了很大方便。9设计总结本设计采用可编程控制器代替继电器对机床进行控制，因为可编程控制器组成的控制系统在设计、安装、调试和维修等方面，不仅减少了工作量，而且减少了开支，缩减了成本，效益更高。通过使用 PLC 改造该机床电气系统后，去掉了原机床的中间继电器，时间继电器等等，使线路简化,维修方便。同时，由于 PLC 的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确
13、判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。设计者可在规格繁多、品种齐全的系列可编程控制产品中，精选所需类型，使 PLC 具有较高的性能价格比。针对这点本设计尽量节省可编程控制器的端点，从而提高了性价比，节省了不必要的开支。通过本次设计，使我进一步巩固、深化和扩充专业课的基本理论和基本技能。达到了培养我独立思考、分析和解决实际问题的能力。培养了我综合应用专业知识和实际查阅相关实际资料的能力。10谢 辞在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢学校给了我这次课程设计的机会，感谢薛老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师
14、帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。11参考文献1 罗宇航.流行 PLC 实用程序及设计.西安：西安科技大学出版社,2006.122 林春方.可编程控制器及其应用.上海：上海交通大学出版社,2003.63 廖常初.PLC 编程及应用(第 2 版).北京：机械工业出版社,2007.9 4 曹辉.可编程序控制器系统原理及应用.北京
15、：电子工业出版社,20035 机床电路图大全编写组.机床电路图大全（上册）.北京：机械工业出版社,1993.46 齐占庆.机床电气自动控制.北京：机械工业出版社，1987.87 黎亚元.机床电气自动控制.重庆：重庆大学出版社，1994.108 王士兰.PLC 技术及运用.北京：机械工业出版社，2000.89 方宗达.电气控制与 PLC 运用.北京：机械工业出版社，1996.1010夏国伟.机床电气与维修.西安：陕西科学技术出版社，1980.611邓星钟.机电传动控制.武汉：华中科技大学出版社，2001.312路林吉.江龙康等.可编程序控制器原理及应用.北京：清华大学出版社,200212附录 PLC 控制系统 I/O 分配表输入信号 PLC 地址 输出信号 PLC 地址主轴电动机 MA1 的正转按钮 SF1 I0.0 主电动机 M1 正转 KM1 Q0.0主轴电动机 MA1 的反转按钮 SF2 I0.1 主电动机 M1 反转 KM2 Q
