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1、辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）辽 宁 工 业 大 学 PLC技术与应用 课程设计（论文）题目： C650卧式车床的PLC控制系统设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间： 2013.12.09-2013.12.18本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目C650卧式车床的PLC控制系统设计课程设计（论文）任务实现功能C650卧式车床有两种主要运动：一种是安装在床身主轴箱中的主轴作旋转运动，另一种是刀架的快速直线移动；在加工过程中
2、，还需要提供切削液。从车床的加工工艺出发，对电气控制有以下要求：1）主轴电动机M1完成主轴旋转运动，采用直接起动方式，可正、反两个方向旋转。2）电动机M2拖动冷却泵，为加工时提供切削液，采用直接起动、单向运行。3）快速移动电动机M3拖动刀架快速移动，根据需要可随时进行手动控制起停，采用单向点动的工作方式。4)通过组态实现控制，状态显示。设计任务及要求1、根据系统控制要求，确定总体控制方案（包括设计系统组成框图，分析各部分的作用）2、确定输入输出信号和类型，选择PLC型号和扩展模块。3、设计3台电机的主电路；建立I/O分配表，完成PLC与输入/输出信号的外部接线；4、按系统的控制要求，用梯形图设
3、计程序，在PC机上设计组态界面；5、上机调试、完善程序；6、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数1）主轴电动机：P=4.0kw，n=1440转/分，U=380V，I=8.4A；2）冷却泵电动机：P=3.0kw，n=1430转/分，U=380V，I=6.5A；3）刀架移动电动机：P=1.5kw，n=1410转/分，U=380V，I=3.49A；指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要本次课程设计介绍了卧式车床电气控制系统的工作原理及其运行形式，
4、进行了系统I/O分析，选择了PLC型号，进行了I/O分配，及PLC外部链接，完成了点击电路设计，编写了PLC控制梯形图和上位机组态程序。改造了C650车床的原有按钮操作的方式，通过上位机组态，实现了主轴电动机M1的正、反两个方向旋转、停止。冷却泵M2启动停止，快速移动电机M3的启动停止。该控制系统具有操作简单，维修方便，易于检查的特点，机床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。由于采用了自动化控制，安全性等指标也有很大提升。关键词：C650；PLC；正反转；改造；目 录目 录V第1章 绪论11.1 C650卧式车床简介11.2 PLC可编程逻辑控制器2第2章 系统方案设计42.1 系
5、统电气控制要求42.2 车床工作过程4第3章 系统组成53.1 系统输入/输出信号选择53.2 PLC选择53.3 电动机的型号选择63.4 速度继电器选择73.5 I/O分配表及PLC外部接线73.6 PLC外部接线设计83.7 电动机电路图设计9第4章 软件设计104.1 编程软件的介绍104.2 关键功能的实现104.2.1 正，反转启停104.2.2 点动正反转启停124.3 辅助功能的实现134.4 安全功能的实现144.5 操作组态界面16第5章 实验模拟调试及分析17第6章 课程设计总结20参考文献21V第1章 绪论1.1 C650卧式车床简介C650普通卧式车床是本次设计主要要
6、进行改造的设备。该床采用了主轴电动机功率达30kW的电动机拖动，床身最大工件回转半径为1020mm，最大工件长度达3000mm，属于中型车床。它主要由床身、光杆、丝杆、尾座、刀架、主轴变速箱、进给箱、和溜板箱等组成，其结构如图1-1。图1-1 C650卧式车床C650车床由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工，车床的主轴、冷却泵、刀架快速移动均由三相异步电动机拖动。车床有三种运动形式：车削加工的主运动是主轴通过卡盘或者鸡心夹头带动工件的旋转运动，它承受车削加工时的主要切削功率；进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向运动；辅助运动为溜板箱的快速移动，尾座的移动和工件的夹紧与放松。主轴的旋转运动由主电动
7、机，经传动机构实现。机床车削加工时，要求车床主轴能在较大范围内变速。通常根据被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、车刀材料、冷却条件及加工方式等来选择切削速度，采用机械变速方法。车床纵、横两个方向的进给运动由主轴变速箱的输出轴，经挂轮箱、进给箱、光杆传入溜板箱而获得，其运动方式有手动与机动两种。1.2 PLC可编程逻辑控制器PLC是综合继电器接触器控制优点及计算机灵活方便的优点而制造和发展的、这使PLC具有许多其他控制器无法相比的特点：（1）可靠性强，抗干扰能力强PLC生产厂商在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使他可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。目前各个生产厂商生产的PLC，其平
8、均无故障时间大大超过了IEC规定的10万小时。而且为了适应特殊场合需求，有的PLC生产厂商还采用差异设计进一步提高其可靠性。（2）通用性强，使用方便由于PLC均为系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需用灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的空子系统要求。（3）编程语言简单，易学，便于掌握。PLC的编成可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电器技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺序控制流程图语言，也称功能图，使编成更加简单方便。（4）采用模块化结构，使系统组合灵活方便PLC的各个部件，均采用模块化设计、各模块之间可由机架
9、和电缆连接。系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行组合，使系统的性能价格更容易趋于合理。（5）系统设计周期短。由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的控制要求配置适当的模块，而不要去设计具体的接口电路，这样大大的缩短了整个设计所花费的时间，加快了整个工程的进度。（6）对生产工艺改变适应性强。PLC的核心是微处理器，它实质上是一种工业控制计算机，其控制功能是通过软件编程来实现的。当生产工艺发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序。这对现代化的小批量，多品种产品的生产尤其适合。（7）安装简单，调试方便，维护工作量小。PLC控制系统的安装接线工作量比继电器接触器控制系统少，只需将现
10、场的各种设备与PLC相比的I/O端相连，而且PLC软件设计和调试太多可在实验室进行，模拟调试以后再将PLC控制系统安装到现场调试，这样既省时间又方便，由于PLC本身的 可靠性高，又有完善的自诊断能力。一旦发生故障可以根据报警信息迅速查明原因，这样即保证了工作效率又维护了生产的正常进行。第2章 系统方案设计2.1 系统电气控制要求C650卧式车床有两种主要运动：一种是安装在床身主轴箱中的主轴作旋转运动，另一种是刀架的快速直线移动；在加工过程中，还需要提供切削液。从车床的加工工艺出发，对电气控制有以下要求：1）主轴电动机M1完成主轴旋转运动，采用直接起动方式，可正、反两个方向旋转。2）电动机M2拖
11、动冷却泵，为加工时提供切削液，采用直接起动、单向运行。3）快速移动电动机M3拖动刀架快速移动，根据需要可随时进行手动控制起停，采用单向点动的工作方式。4)通过组态实现控制，状态显示2.2 车床工作过程根据车床的功能和硬件设备，系统由PLC，各种控制按钮，控制电机的接触器，人机界面等组成，如图2-1。图2-1 系统输入输出框图第3章 系统硬件设计3.1 PLC选择20世纪70年代末至80年代初，PLC产品的处理速度大大提高，增加了许多特殊功能使得PLC不仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量进行控制，它以面向工业控制为特点，普通受到电气控制领域的欢迎。特别是中小容量PLC成功地取代了传统的继电器控
12、制系统，使控制系统的可靠性大大提高。目前各国生产的PLC品种繁多，发展迅速。在国内的市场上应用较多的PLC多为日本、德国和美国的产品，如日本OMRON公司的C系列、日本松下公司的FP系列、日本三菱公司的FX系列、德国西门子公司的S7系列和美国ABB公司的07系列等。西门子公司的最新PLC产品有SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。S7系列是传统意义的PLC产品，其中的S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。S7-200系列PLC可提供5个不同的基本型号的
13、8种CPU可供使用。如表3-1所示。表3-1 S7-200系列PLC CPU模块的技术规范及特性描述CPU221CPU222CNCPU224CNCPU224XP CNCPU226CN数字量I/O6输入/4输出8输入/6输出14输入/10输出24输入/16输出模拟量I/O无2输入/1输出无扩展I/O模块无27在选用PLC上，考虑到只是对C650型车床做电器部分的改造，输出端口需要10个，输入端口需要12个。程序下载完成后，只需通过PPI与触摸屏通讯。因此，考虑到经济，实用，稳定等方面因素。我们决定选用SIMATIC S7-200 系列的S7200 CPU224 作为本次设计的PLC。3.2 电动
14、机的型号选择本次设计使用PLC控制系统取代传统继电器控制系统的逻辑控制线路部分，其余基本无变化。电动机亦保留原有主轴电机、冷却泵电机、快进电机，详见表3-2。表3-2 主轴电机、快进电机、冷却泵电机参数表参数主轴电机冷却泵电机快进电机型 号Y255M-6Y2-631-2Y90L-2额定电压AC 380V 50HzAC 380V 50HzAC 380V 50Hz额定电流（A）59.50.354.8额定功率（KW）300.182.2额定转速98027302840功率因数0.850.80.863.3 速度继电器选择速度继电器是当转速达到规定值时触头动作的继电器。主要用于电动机反接制动控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时能自动地及时切断电源。速度继电器的结构如图3-1所示。1转子2电动机轴3定子4笼型绕组5定子柄6
