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1、基于PLC的C650型普通车床电气控制系统改造设计摘 要 可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起来的一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计的。它采用可编程序逻辑控制的存储器，在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、技术和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 本次设计的内容主要是利用 PLC（Programmable Logic Controller）对 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
2、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实验台进行实验仿真。关键词：可编程序控制器,C650车床,电气控制,梯形图目 录摘要I1 绪论11.1 普通车床改造的意义11.2 PLC的基础知识11.3 PLC工作原理12 电气线路的工作流程22.1 C650车床电器控制原理图22.2 主电路分析32.3 控制电路分析32.4 整机线路联锁与保护33 C650车床电气控制的硬件设计33.1 统计I/O点数33.2 PLC的选型43.3 I/O分配表53.4 PLC控制系统外部接线图的设计54 C650车床电气控制的编程设计74.1电动机M1正、反转
3、控制梯形图的设计及程序仿真74.2 电动机M1正转点动控制及反接制动控制设计及程序仿真115 心得体会16参考文献17II1 绪论1.1 普通机床改造的意义目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。机床数控改造的意义：1）节省资金。 机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将
4、原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。3） 提高生产效率。 机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。1.2 PLC的基础知识PLC（即可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller）是用来取代用于电机控制的顺序继电器电路的一种器件。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
5、，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。PLC在程序运行过程中，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。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点。1.3 PLC工作原理PLC的CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式。在扫描程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断获跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后，再从头开始扫描执行，周而复始重复进行。此过程又
6、分为扫描阶段、用户执行阶段、输出刷新阶段三个阶段。2 C650车床电气控制工作原理2.1 C650车床电气控制原理图C650车床电气控制原理图如图2-1所示:图2-1 C650车床电气控制原理图2.2 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和点动功能。电动机M1控制电路分为四个部分：由正、反转控制接触器KM1、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。时间继电器KT的动断触头，在
7、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。2.3控制电路分析主电动机M1控制：接通电源QS+。正向点动 SB
8、1+KM1+（无自保）M1串R正向点动（SB1+表示按SB1并保持）正向起动 SB2+KM3+, KT+短接R, KA+ KM1+ (自保) M1全压正向起动(当n120r/min时) KS-1+ (KT延时到,起动完成) 转速达n,电流表A接入正向停止制动 SB0+KM1-，KM3-，KT-，KA-（当KS-1+时）KM2+M1串R反接制动 n(当n100r/min时) KS-1- KM2-。反向制动 （接SB3）与停车制动（KS-2+）过程与正向类似。冷却泵电动机 SQ6+ KM4+（自保）M2起动。快速电动机 SQ+（刀架手柄压动）KM5+M3起动。2.4 整机线路的联锁与保护 由KM1
9、与KM2各自的常闭触点串接于对方工作电路以实现正反转运行互锁。由FU及FU1FU6实现短路保护。由FR1与FR2实现M1与M2的过载保护。KM1KM4等接触器采用按钮与自保控制方式。3 C650车床电气控制的硬件设计3.1 统计I/0的点数根据第2章的主电路分析,统计的输入设备点数有11个，输出设备点数有6个。如表3-1所示：表3-1 I/0的点数统计类 型功能所占点数(个)输入设备M1的停止按钮1M1的点动按钮1M1的正转按钮1M1的反转按钮1M2的停止按钮1M2的启动按钮1M3的限位开关1M1的热继电器动合触电1M2的热继电器动合触电1速度继电器正转触点1速度继电器反转触点1 输出设备M1
10、的正转接触器1M1的反转接触器1M1的制动接触器1M2接触器1M3接触器1电流表接入中间继电器13.2 PLC的选型此次课程设计中我选用FX2N-48MR，因为它的编程相对简单易懂，是理想的可编程控制器。而在设计中的I/O点数在48以下，则用的是微型PLC。其基本单元中的输入点按照X000X007,X010X017 这样的八进制进行编号，而输出点按照YOOOY007,Y010Y017这样的八进制进行编号，内部继电器可多次使用，定时器将1ms,10ms,100ms等脉冲进行加法计数，计数器可进行向上向下计数。根据设计要求可知，PLC点数的选择，不管是输入点数还是输出点数都要留有10%的余量，根据
11、I/O口分配情况可知：输入信号有11个，输出信号有6个，根据I/O点数可选择FX2N24MR可编程控制器，以满足控制要求，而且输入输出都留有一定的余量。3.3 I/0分配表根据所统计的I/O口与所选的PLC的型号可列出其I/O分配，如表3-2:表3-2 I/O分配表输入设备PLC输入继电器输出设备PLC输出继电器代号功能代号功能SB0M1的停止按钮X0KM1M1的正转接触器Y0SB1M1的点动按钮X1KM2M1的反转接触器Y1SB2M1的正转按钮X2KM3M1的制动接触器Y2SB3M1的反转按钮X3KM4M2接触器Y3SB4M2的停止按钮X4KM5M3接触器Y4SB5M2的启动按钮X5KA电流
12、表接入中间继电器Y5SQM3的限位开关X6FR1M1的热继电器动合触电X7FR2M2的热继电器动合触电X10KS1速度继电器正转触点X11KS2速度继电器反转触点X123.4 PLC控制系统外部接线图的设计根据PLC型号的选定及I/O接口的点数确定和I/O分配表，可以设计出PLC控制系统的外部接线图，如图3-3：图3-3 外部接线图164 C650车床电气控制的编程设计4.1 电动机M1正、反转控制梯形图程序设计及程序仿真电动机M1由接触器KM1KM3控制，PLC中控制KM1KM3的输出继电器分别为Y0Y2。Y0Y2分别位于梯形图的第6、9、10梯级。在第Y06、Y19线圈电路中，分别串Y1、
13、Y0的动断触点Y0，Y1实现互锁；还分别串联有定时继电器T1、T2的动合触点#T1、#T2，以控制Y0、Y1延时启动。在第5、第8梯级分别设计T1、T2的线圈电路，它们分别由辅助继电器M101、M102的动合触点#M101、#M102控制。在第4、第7梯级分别设计辅助继电器M101、M102线圈电路，除用动断触点M101、M102进行互锁外，还分别受输入继电器X2、X3的动合触点、动断触点控制。由I/O分配表可知，输入继电器X2、X3分别为启动按钮SB2、反转启动按钮SB3控制。由此可知，辅助继电器M101、M102分别为正转、反转启动辅助继电器。在第Y210线圈电路中，串接有M101、M10
14、2的动合触点#M101、#M102的并联支路，因此只有辅助继电器M101或M102得电，输出继电器Y2得电，才能使KM3得电吸合，短接电阻R。这样得到电动机正、反转控制梯形图如上图4-1所示。M1正反转控制的转换是由接触器KM1和KM2的主触点切换电源的相序实现的。在切换时，必须防止电源相间短路。例如，由正转变为反转时，当KM1主触点断开，产生瞬时电弧，KM1主触点仍为导通状态，如果此时KM2主触点闭合，就会使电源发生短路，要避免电源短路，必须在完全没有电弧的情况下使KM2主触点闭合。在继电器接触器控制中，通常采用KM1和KM2互锁的方法来避免电源的短路。PLC控制与继电器接触器控制不同，PLC在循环扫描进，执行程序的速度是非常快的，Y0和Y1触点切换是在毫秒级瞬间完成的，几乎没有时间延时。因而，必须采取防止电源短路的措施。在梯形图中，定时器T1与T2用来控制正、反转切换的延时时间（延时时间设定为0.5秒），待电弧熄灭之后，再接通反方向接触器。
