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1、毕业设计任务书课题名称:应用 PLC 改造普通车床的电气控制系统 学生姓名 潘际林 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 1242001259147 论文写作时间 2015.03.09-2015.06.10 指导教师 严爱平 中央电大毕业论文目 录摘要 前言 第一章 绪论1 1.1 普通机床发展历史及应用1 1.2 PLC 的基础知识2 1.3 采用 PLC 改造 C650 车床的意义4 第 2 章 C650 车床的主要结构与控制要求5 2.1 C650 车床的主要结构5 2.2 电气控制线路分析72.2.1 主电路分析72.2.2 控制电路分析9 2.3 整机线路联锁与保护13 第 3 章
2、 PLC 的简介及控制原理13 3.1 PLC 的发展历史13 3.2 PLC 系统14 3.3 PLC 的基本结构15 3.3.1 中央处理器（CPU）15 3.3.2 存储器16 3.3.3 输入输出接口电路16 3.4 PLC 的工作原理173.4.1 输入采样阶段173.4.2 用户程序执行阶段183.4.3 输出刷新阶段19 3.5 PLC 的选型19 第 4 章 改造车床 C650 硬件设计20 4.1 用 PLC 控制车床的优点及意义20 4.1.1 控制方式20 4.1.2 工作方式20 4.1.3 控制速度21 4.1.4 定时和计数控制21 4.1.5 可靠性和可维护性21
3、 4.2 统计 I/0 的点数22 4.3 I/O 分配表及外部硬件接线图23 第 5 章 控制 C650 车床的的软件设计25 5.1 改造 C650 的梯形图25 5.2 梯形图分析27 5.3 产品调试28 结 论28 致 谢30 参考文献31中央电大毕业论文摘摘 要要针对现有普通车床 C650 车床存在的缺点提出 PLC 改造方案和基于控制系统设计，提高了机床的加工精度，扩大了机床的使用范围，并提高了生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了如何采用 PLC 控制普通 C650 车床。如 PLC 的选型、PLC 的基本机构和工作原理，存储器和 I/O 扩展电路设
4、计、普通车床 C650 的主要结构和控制要求，其它辅助电路设计、系统管理程序、零件加工源程序的输入处理程序、 。本设计采用三菱 FX2N 系列 PLC 控制系统，由 I/O 接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向的两轴联动进给运动。改造后的机床在实现机床原有功能的基础上还增加了自动加工、自动换刀等多种功能。可编程控制器（PLC）是在继电器控制和计算机控制基础上开发的工业自动化控制装置，是一种数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境下应用设计的，它具有可靠性高、设计施工周期短、维修方便，价格也很便宜等优点。关键词关键词：数控机床，可编程控制器， 梯形图中央电
5、大毕业论文前前 言言自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC 得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC 的功能也不断完善，今天的PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。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
6、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，运行效果良好。机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是典型的机电一体化产品。它的出现及所带来的巨大效益,引起世界各国科技界和工业界的普遍重视。发展数控机床是当前我国机械制造业技术改造的必由之路，是未来工厂自动化的基础。中央电大毕业论文第 0 页第一章 绪论1.1 普通机床发展历史及应用目前，先进制造技术已广泛应用到工业、民用各个领域中，如汽车制造、船舶制造、石油化工等。计算机技术的飞速发展使
7、先进制造技术的发展如虎添翼，并有了质的飞跃。因此，市场对先进制造技术中的生产设备数控机床的需求也大大提升。 数控机床是装备制造业的工作母机，是实现制造技术和装备现代化的基石，是保证高新技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。目前，由于我国数控机床产业发展相对滞后，已经制约了整个装备制造业的发展，直接影响到国防军工产业安全。国内外装备制造业的发展经验表明，发展装备制造业，数控机床是基础。 “十五”期间，我国机床工业连续几年快速发展，我国机床产值已从“九五”末期的世界第八位,跃居到 2005 年的世界第三位。在全球倡导绿色制造的大环境下，机床数控化改造成为了热点。 众所周知，我国机电行业拥有的机床
8、结构比较陈旧，操作系统复杂，控制系统落后，生产效率低下，如果购置新的数控机床取而代之，显然耗资巨大，不符合国情。因此，采用数控技术对现有机床进行改造，符合国家的产业政策。另外，从市场容量来讲，不管是汽车制造业、模具制造业，还是军工企业，机床数控化改造都蕴藏着无限商机。 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断中央电大毕业论文第 1 页提高，改型频繁，数控机床在机械制造中的地位越来越重要。在国内，目前各企业有大量普通机床，但绝大多数设备落后，技术陈旧，完全用数控机床替换根本不大可能，而且替代又造成很大浪费，因此针对生产中的旧设备进行数控改造，有着十分现实的意义，数控改造一次性投
9、资较少，而且对机床增加许多种性能，使得加工质量稳定，生产率得到提高。 机床数控化改造主要是针对数控系统、伺服系统、辅助控制系统和液压系统的改造。由于数控机床本身是机电液一体化、结构复杂的产品,因此在改造中是否按照准确的计算方法计算，是否按照规则、要求选择改造方案和元器件的类型是决定改造后机床的性能、运行精度、加工质量和可靠性的关键因素。1.2 PLC 的基础知识PLC 的中文名称为可编程控制器，是一种专门为工业环境下应用设计的控制器，集计算机技术.控制技术，通信技术于一体。PLC 是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序运
10、算，定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。中央电大毕业论文第 2 页图 11 PLC 的基本结构PLC 用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算 1K 逻辑程序不到 1 毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16 位为一个模拟量。大型 PLC 使用另外一个 CPU 来完成模拟量的运算。把计算结果送给 PLC 的控制器。相同 I/O 点数的系统，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些。PLC 没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比 DCS 要低很多。一个 PLC 的控制器，可以接收几千个 I
11、/O 点。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用 PLC 较为合适。PLC 由于采用通用外 设 接 口输 入 接 口I/O 扩 展 口输 出 接 口电源中央处理 器CPU存储器RAMROMI/O 扩展 单元编程器 计算机 驱动 接受 中央电大毕业论文第 3 页监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。1.3 采用 PLC 改造 C650 车床的意义可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起来的以微处理器为核心，集微电子技术、自动化技术、计算机技术通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置
12、的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM 将成为工业生产的三大支柱。由于 PLC 具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富。 它的功能主要是：控制功能、数据采集、储存与处理功能、通信、联网功能、输入/输出接口调理功能、人机界面功能。在系统构成时，可由一台计算机与多台 PLC 构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。 本次设计的内容主要是利用 PLC（Programmable Logic Controller）对
13、C650 型车床的电器部分进行改造。首先我对本设计进行总体的分析，使自己有一个大致的总体概念，然后仔细分析 C650 车床，对车床主运动和进给运动还有其它的辅助运动，进行分析。最后根据控制电路的线路图，编译 PLC 的梯形图，编译通过后，利用 PLC 实验台进行实验仿中央电大毕业论文第 4 页真。因此使 C650 车床在完成原有的功能特点外，还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。第 2 章 C650 车床的主要结构与控制要求2.1 C650 车床的主要结构普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹等加
14、工。中央电大毕业论文第 5 页C650 卧式普通车床属中型车床，加工工件回转直径最大可达 1020mm,长度可达 3000mm。其结构主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆和光杆等部分组成。车床有两种运动，一是轴卡盘带动工件的旋转运动，称为主运动（切削运动） ，另一种四溜板刀架顶针带动刀具的直线运动，称为进给运动。两种运动由同一电动机带动并通过各自的变速箱调节主轴转速或进给速度。此外，为提高效率、减轻劳动强度、便于对刀和减小辅助工时，C650 车床的刀架还能快速移动，称为辅助运动。C650 车床由三台三相笼型异步电动机拖动，即主电动机 M1、冷却电动1.主轴变速箱 2.溜板与刀架 3.尾座 4.床身 5.丝杠 6.光杠 7.溜板箱 8.进给箱 9.挂轮箱中央电大毕业论文第 6 页机 M2 和刀架快
