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1、目目 录录前言.1第 1 章 C650 车床的主要结构与控制要求.41.1 C650 车床的主要结构.41.2 C650 车床的控制要求.41.3 继电器电气线路的分析 .41.3.1 主电路分析 .51.3.2 控制电路分析.61.3.3 整机线路联锁与保护.6第 2 章 C650 卧式车床改造为 PLC 控制的硬件设计.72.1 统计 I/0 的点数 .72.2 PLC 的选型.72.3 I/0 分配表.82.4 PLC 控制系统外部接线图的设计.9第 3 章 C650 卧式车床改造为 PLC 控制的软件设计.103.1 电动机 M1 正、反转控制梯形图的设计 .103.2 电动机 M1
2、正转点动控制及反接制动控制的设计 .113.3 电动机 M1 正、反转运行的反接制动的设计.133.4 梯形图.133.5 指令表.14结论.16参考文献.17致谢.18前言PLC 是用来取代用于电机控制的顺序继电器电路的一种器件图。是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的 PLC 只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入 PLC 的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。
3、PLC 的 CPU 内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步起，依次执行到最终步，然后再返回起始步循环运算。PLC 每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的 PLC，循环扫描周期在 1微秒到几十微秒之间。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
4、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/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 由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。PLC 在实际中用的很多。只要有工业的地方，就有 PLC 存在的机会。如果你就在机器制造、包装、物料输送、自动装配等行业中工作，那么你可能已经在使用它了。如果没有的话，你就是正在浪费金钱和时间。几乎所有需要电气控制的地方都需要 PLC。可编程控制器得以迅速发展和广泛使用的原因是由于它具有继电器接触器控制装置和通用计算机以及其他控制系统所不
5、具有的特点：(1) 运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强(2) 设计使用和维护方便(3) 编程御苑直观易学(4) 与网络技术相结合(5) 体积小、质量轻、能耗低1.1 PLC 控制系统与电气控制系统的比较PLC 控制系统与电气控制系统的比较主要有以下优点：（1） 控制方法电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电气控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而 PLC 采用了计算机技术，其控制逻辑时以程序的方式存放在存储器中的，要改变控制逻辑只需改变程序，因而
6、很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且 PLC 所谓的“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的 PLC 系统的灵活性和可扩展性也较好。（2） 工作方式在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而 PLC 的用户程序按一定顺序循环执行，所以各继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。（3） 控制速度继电器控制系统依靠机械触点的动作实现控制，工作
7、效率低，机械触点还会出现抖动问题。而 PLC 时通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。（4） 定时和计数控制电气控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而 PLC 采用半导体集成电路做定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定时值，修改方便，不受环境的影响，且 PLC 具有计数功能，而电气控制系统一般不具备计数功能。（5） 可靠性和可维护性由于电气控制系统使用了大量的机械触点，存在机械磨损、电弧烧伤等问题，寿命短，系统的连线多，
8、所以可靠性和可维护性较差。而 PLC 大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，寿命长、可靠性高。PLC 还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场的调试和维护提供了方便。1.2 电气系统改造为 PLC 控制的意义传统的继电器接触器控制系统由于其结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定的范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中曾占主导地位，但是继电器接触器控制有着明显的缺点：设备体积大、寿命短、可靠性差、动作速度慢、功能少、程序不可变；因此对于程序固定，控制过程不太复杂的系统还是适合的。但是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂
9、，所以当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制柜就要改接或更改，通用性和灵活性较差。可编程序控制器（PLC）以其完善的功能，很强的通用性，体积少及高可靠性等特点在各工矿企业得到广泛的应用。在工厂自动化系统中，PLC 被广泛采用为核心的控制器件。它既可组成功能齐全的自控系统控制整个工厂的运行，亦可单独使用作单机自动控制。它还是继电器控制柜的理想替代物。在生产工艺控制、过程控制、机床控制、组合机床自动控制等场合，占有举足轻重的地位。特别是在机床改造和老设备改造中，应用极广。第 1 章 C650 车床的主要结构与控制要求1.1 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
10、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、攻螺纹等加工。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
11、动机 M1、冷却电动机 M2 和刀架快速移动电动机 M3。1.2 C650 车床的控制要求从车削工艺要求出发，对各电动机的控制要求主要是：主电动机 M1（30KW）：由它完成主运动的驱动。要求：直接起动连续运行方式并有点动功能以便调整；能正反转以满足螺纹加工需要；由于加工工件转动惯性大，停车时带有电气制动，此外，还要显示电动机的工作电流以监视切削状况。冷却电动机 M2：用以加工时提供冷却液，采用直接起动、单向运行、连续工作方式。快速移动电动机 M3：单向点动、短时工作方式。要求有局部照明和必要的电气保护与联锁。1.3 继电器电气线路的分析C650 车床电气控制原理图如图 1.1 所示:图 1.
12、1 C650 车床电气控制原理图1.3.1 主电路分析该机床共配置三台电动机 M1、M2 和 M3。主电动机 M1 完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动，采用直接启动方式，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气制动停车。还具有点动功能。电动机 M1 控制电路分为四个部分：由正转控制接触器 KM1 和反转控制接触器 KM2的两组主触点构成电动机的正反转电路。电流表 PA 经电流互感器 TA 接在主电动机 M1 主运动上，以监视电动机绕组工作电流变化。为防止电流表被启动电流冲击损坏，利用时间继电器 KT 的动断触头，在启动的短时间内将电流表暂时短接。串联电阻限流控制部分，接触器 KM3
13、的主触点控制限流电阻 R 的接入和切除，在进行点动调整时，为防止连续的启动电流造成电动机过载而串入了限流电阻 R，以保证电路设备正常工作。速度继电器 KS 的速度检测部分与电动机的主轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速接近零时，其动合触头可将控制电路中反接制动的相应电路切断，完成停车制动。电动机 M2 提供切削液，采用直接启动停止方式，为连续工作状态，由接触器KM4 的主触点控制其主电路的接通与断开。快速移动电动机 M3 由交流接触器 KM5 控制，根据使用需要，可随时手动控制启停。为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了采用熔断器的短路保护环节和采用热继电器的电动机过载保护环节。1.3.2 控制电路分析电源：由控制变压器 TC（380V/110V，36V）的接线和参数标注可知各接触器、继电器线圈电压等级为110V，而照明为36V 安全电压由主令开关 S
