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1、南充职业技术学院毕业设计说明书毕 业 设 计 说 明 书题 目： C650卧式车床电气控制系统的 PLC改造 专 业： 年 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 完成日期： 2014年11月21日 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、
2、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C650型车床的电气控制部分进行改造。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
3、根据控制电路的线路图，编译PLC的梯形图。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。关键词：可编程控制器，C650车床，梯形图，电气控制。目 录前 言1第一章 C650卧式车床的改造介绍21.1 C650型卧式车床简介21.2 C650卧式车床改造主要内容31.3 C650卧式车床改造要求4第2章 总体方案设计52.1 方案的提出与比较52.2 方案的选择与论证62.2.1 PLC介绍62.1.2 C650改造方案的选择82.1.3 PLC控制系统与电气控制系统的比较8第三章 控制系统的总体设计103.1 系统工作流程分析103.2 PLC
4、 I/O 分配表103.3 PLC的选择113.4 PLC的I/O电气接线图13第四章 C650卧式车床控制系统硬件设计144.1主电路分析154.2控制电路分析154.2.1 主电动机点动控制分析154.2.2 主电动机的正反转控制分析154.2.3 主电动机反接制动分析164.2.4 快速电动机与冷却泵电动机控制分析164.3 辅助电路分析174.3.1 照明电路和控制电源分析174.3.2 电流表保护电路174.4 电动机选择174.5 系统元器件的选择184.5.1 交流接触器的选择184.5.2 中间继电器的选择184.5.3 保护电器的选择184.5.4 控制开关电器的选择194.
5、5.5 速度继电器选择20第五章 C650车床PLC控制的软件设计215.1 程序设计215.2 系统总程序24第六章 系统调试29总 结30参考文献31附录1系统主要元件清单32附录2 C650卧式车床PLC控制原理图34前 言更新改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业，该设计是对C650卧式车床电气控制系统的PLC改造的研究设计。采用连线少、体积小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系统，来代替电气控制系统中继电器控制逻辑，配以合适的数控系统，可使机床控制功能更加丰富，自动化水平大大提高。今天继电器已应用到工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也
6、随之带来一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具有使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。目前采用继电器控制的旧式普通机床设备仍在企业中广泛使用，特别是工业欠发达地区这些设备的使用效率还较高，在企业中仍然起着较大的作用。由于这些设备使用多年后故障率高、维修量大、可靠性差；其精
7、度、效率、自动化程度都已不能满足当前生产需要等原因，严重影响了正常的生产。本次设计以PLC控制系统取代传统的继电器系统，改造后的系统将提高工作性能，并且达到车床的控制要求，实现车床启动、正反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵等一系列功能，系统改由PLC控制后，其控制系统将大大的简化，并且维修方便、易于检查，节省大量的空间，且机床的各项性能将有很大的改善，工作效率将有明显的提高及整个控制系统将整体可在触摸屏上操作，使控制直观、简单化。为企业提高提高整体效率和增强竞争实力。由于我的水平有限，时间仓促，设计中难免有错误和不足之处，恳请老师批评指正。作者： 2014年11月21日第一章 C650卧式车
8、床的改造介绍1.1 C650型卧式车床简介C650卧式车床属于中型车床，可加工的最大工件回转直径为1020mm，最大工件长度为30000mm，它主要由床身、主轴变速箱、尾座、进给箱、丝杆、光杆、刀架和溜板箱等组成，如图1-1。图1-1 C650卧式车床结构图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机
9、，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。其工作过程过程如下：（1） 正常车削加工时一般不要求反转，但在加工螺纹时，为保证螺纹的加工质量，为避免乱扣，加工完毕后要求反转退刀，且工件旋转速度与刀具的移动速度之间保持严格的比例关系。因此，C650卧式车床溜板箱与主轴变速箱之间通过齿轮传动来连接，由同一台电动机拖动。（2） C650卧式车床通过主电动
10、机的正、反转来实现主轴的正、反转，当主轴反转时，刀架也跟着后退。（3） 电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上，用来监测电动机的负载情况。（4） 车削加工近似于恒功率负载，主电动机M1通常选用普通笼型异步电动机（功率为30KW），完成主轴运动和刀具进给运动的驱动。M1电动机采用直接启动的方式，可正反两个方向旋转，为加工方便，还具有点动功能。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动动能，C650车床的正反停车采用速度继电器控制电源的反接制动，以提高生产效率。（5） 车削加工中，为防止刀具和工件的温度过高，延长刀具使用寿命，提高加工质量
11、，车床附有一台单方向旋转的冷却泵电动机M2，功率为0.18KW。（6） C650卧式车床的床身较长，为了提高生产效率、减轻工人的劳动强度，专门设置了一台功率为2.2KW的电动机来拖动溜板箱快速移动。电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。（7） C650在进行车削加工时，因被加工的工件材料、形状、大小、性质及工艺要求不同，且使用的刀具也不同，所以要求切削速度也不同，这就要求主轴有较大的调速范围。车床大多采用机械方法调速，变换主轴箱外的手柄位置，可改变主轴的转速。1.2 C650卧式车床改造主要内容(1) 主电动机M1采用全压空载直接启动。(2) 要求主电动机M1能实现正、反向连续运转。停止时，
12、由于工件转动惯量大，采用反接制动。（3) 为便于对刀操作，要求M1能实现单向点动控制，同时定子串入电阻获得低(4) 主轴启动之后，再启动冷却泵电动机。（5）有必要的保护和联锁，有安全可靠的照明电路。（6）原车床的工艺速点动。加工方法不变。（7）不改变原控制系统电气操作方法和按钮、手柄等操作元件的功能。1.3 C650卧式车床改造要求（1） 原车床的工艺加工方法不变。（2） 改变原控制系统电气操作方法和按钮、手柄等操作元件的功能。（3） 改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC与 触摸屏屏编程实现。（4） 有完善的限位保护、电机过流保护等保护功能。（5） 原有控制功能不变的情况下，把主轴电机起动
13、改为Y/起动、取消降压电阻。具体要求如下： 主轴具有正、反转起停功能和正转点动功能。 主轴具有点动功能，点动时主轴电机为Y形接法。 主轴正转、反转起动时采用Y/起动。 主轴制动时采用Y接法。 冷却泵电机起停控制功能。 快进电机点动功能，并改用按钮控制点动。 照明电路改为PLC控制，有启停控制功能。因此，可得改造后的系统主电路图，见图1-2。图1-2 系统主电路图第2章 总体方案设计2.1 方案的提出与比较从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济
14、效益的提高。随着科学生产力的发展，机床设备数控化率的提高已是衡量一个国家机械制造业现代化水平的重要标志。对于一个企业要想在竞争激烈的市场中赢得生存，适应当前产品更新日新月异的发展，要求在最短时间生产出优质、高产、低价的新产品。采用先进的工艺设备，包括采用数控机床，已显得越来越重要。因此，逐步提高数控机床的占有比，己经成为我国制造技术发展的总趋势。提高机床数控化率有两个途径:一是购买新的数控机床；二是对旧机床进行数控改造。这对于我国一个机床拥有量极大(其中大部分机床役龄较长)，而当前经济财力又不足的发展中国家来说，采用旧机床改造来提高设备的先进性和数控化率，是一个极其有效和实用的途径。采用数控技术改造旧机床主要有下述适应性和特点:(1) 减少投资、交货期短同购置新相比，一般可以节省60%-80%的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、刀具自动交换装置、托盘自动交换装置的制作与安装等过于费工、费钱，往往使改造成本提高2-3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50%左右。(2) 机械性能稳定可靠，但结构受限由于机床本身的特点，它与汽车等类机电产品不同，机床所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸铁构件，而不是焊接构件。而铸铁件年代愈久，自然时效愈充分，内应力的消
