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1、目 录第1章 引 言1第2章 系统总体方案设计 22.1 C650卧式车床控制要求2.2 C650卧式车床控制原理分析2.2.1 主电路分析2.2.2 控制电路分析第3章 PLC控制系统的设计3.1 PLC的选型3.2 I/O地址的分配3.3 I/O接线图第4章 系统软件设计4.1 控制系统的梯形图程序设计结论设计总结谢辞附录参考文献 内容摘要本次设计介绍了C650卧式车床电气控制系统的工作原理及其运动形式,编写了PLC控制梯形图程序和指令表程序。利用PLC控制系统,实现了车床启动、正转反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵在作等一些列功能,改由PLC控制后,其控制系统大大的简单化,并且维修方便
2、,易于检查,节省大量的继电器元件,机床的各项性能有了很大的改善,工作效率有了明显提高。关键词:卧式车床;PLC控制 第1章 引言本设计采用可编程控制器代替继电器对机床进行控制,因为可编程控制器组成的控制系统在设计、安装、调试和维修等方面,不仅减少了工作量,而且减少了开支,缩减了成本,效益更高。通过使用PLC改造该机床电气系统后,去掉了原机床的中间继电器,时间继电器等等,使线路简化,维修方便。同时要达到的要求有: (1)车床正反向工作及反接制动;(2)主电动机点动;(3)刀架快速移动及冷却泵工作;(4)对主电动机进行电流监控;设计PLC控制系统首先要对控制要求进行分析,选择最佳的系统方案,然后对
3、系统硬件设计进行选择,比如:交流接触器;中间继电器;保护电器等。最关键的是选择合适的PLC,对I/O地址分配,再进行梯形图设计。第2章 系统总体方案设计2.1 C650卧式车床控制要求轴与进给电动机M1、冷却泵电动机M2和溜板箱快速移动电动机M3。从车削加工工艺出发,对各台电动机的控制要求如下: (1)主轴与进给电动机M1,允许在空载下直接起动。其要求能实现正、反转,从而经主轴变速箱实现主轴的正、反转,或通过挂轮箱传给溜板箱来拖动刀架以实现刀架的横向左、右移动。为便于进行车削加工前的对刀,则要求主轴拖动工件作调整点动,所以要求主轴与进给电动机能实现单方向旋转的低速点动控制。主电动机停车时,由于
4、加工工件转动惯量较大,需采用反接制动。(2)冷却泵电动机M2,用于在车削加工时,供出冷却液,对工件与刀具进行冷却。2.2 C650卧式车床控制原理分析2.2.1 主电路分析 从附录中可以看出,断路器QF将三相电源引入,FU1为主电动机M1的短路保护用熔断器,FR1为M1电动机过载保护用热继电器。为防止在连续点动时的启动电流造成电动机过载,点动时也加入限流电阻R。通过互感器TA接入电流表A以监视主电动机绕组的电流。熔断器FU2为M2、M3电动机的短路保护,接触器QA4、QA5为M2、M3电动机起动用接触器。BB2为M2电动机的过载保护,因快速电动机M3短时工作,所以不设过载保护。2.2.2 控制
5、电路分析(1) 主电动机的点动调整控制电路中QA1为M1电动机的正转接触器,QA3为M1电动机的长动接触器,KA1为中间继电器。M1电动机的点动由点动按钮SF4控制。按下按钮SF6,接触器KM3得电吸合,他的主触点闭合,电动机的定子绕组限流电阻R与电源接通,电动机在较低速下起动。(2) 主电动机的正反转控制电路主电动机的正转由正向起动按钮SF1控制。按下按钮SF1时,接触器KM首先得电动作,他的主触点闭合将限流电阻短接,接触器QA的辅助动合触点闭合使中间继电器KA得电,它的触点闭合,使接触器QA3得电吸合。KM3的主触点将三相电源接通,电动机在额定电压下正转起动。QA3的动合辅助触点和QA的动
6、合触点的闭合将QA 3线圈自锁。反转起动时用反向起动按钮SF2,按下SF2,同样是接触器QA得电,然后接通接触器QA4和中间继电器KA,于是电动机在满压下反转起动。QA3的动断辅助触点和QA4的动断辅助触点分别串在对方接触器线圈的回路中,起到电动机正传和反转的电气互锁作用。(3) 主轴电动机的反接制动控制当速度接近于零时,用速度继电器的触点给出信号切断电动机电源。速度继电器与被控电动机是同轴相连的,当电动机正转时,速度继电器的正转常开触点KS1闭合;电动机反转时,速度继电器的反转动合触点KS2闭合。当电动机正向旋转时,接触器QA3和QA,继电器KA都处于得电动作状态,速度继电器的正转动合触点K
7、S1也是闭合的,这样就为电动机正传时的反接制动做好了准备。需要停车时,按下停止按钮SB4接触器QA失电,其主触点断开,电阻R串入主回路,与此同时QA3也失电,断开了电动机电源,同时KA失电,KA的动断触点闭合。在松开SB4后就使反转接触器QA4的线圈得电,电动机的电源反接,电动机处于反接制动状态。当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时,速度继电器KS的正转动合触点KS1断开,切断了接触器QA4的通电回路,电动机脱离电源停止。电动机反转时的制动与正转时的制动相似。当电动机反转时,速度继电器的反转动合触点KS2是闭合的,这时按一下停止按钮SF3,在SF3松开后正转接触器线圈得电,正转接触器QA
8、3吸合将电源反接使电动机制动后停止。(4) 刀架的快速移动和冷却泵控制刀架的快速移动是由转动刀架 SF6来实现的。接触器QA4得电吸合,M3电动机带动刀架快速移动。如果车削加工需要冷却液时按下SF5,冷却泵电动机M2动作,QA4线圈得电,冷却泵电动机M2工作,需要停止开关SF5即可。第3章 PLC控制系统的设计3.1 PLC的选型车床电气控制系统需要11 个外部输入信号,6 个输出信号。PLC 所具有的输入点和输出点一般要比所需冗余30 % ,以便于系统的完善和今后的扩展预留。所以本系统所需的输入点为14 个,输出点为7 个。现选择西门子公司生产的S7 - 200 系列的CPU224 型PLC
9、 ,24V 直流14 点输入。3.2 I/O地址的分配根据该系统的控制要求,输入输出设备,确定了I/O点数。根据需要控制的开关、设备大约输入点为11 个,输出点为6 个需进行控制,现将I/O地址分配如附录所示。3.3 I/O接线图根据PLC I/O端子的分配,画出了C650卧式车床PLC控制系统I/O接线图如附录所示第4章 系统软件设计4.1 控制系统的梯形图程序设计 车床正反向工作及反接制动过程该控制程序步骤为:按下SF1,M0.1导通,Q0.2动作,QA3吸合短接电阻R,同时M0.1动作,Q0.0动作,QA 1吸合,主电动机M1正转起动运行,开始车削加工。要停车时,按下SF3,Q0.0、Q
10、0.2释放,松开SF3,Q0.1动作,QA2吸合,主电动机M1串电阻反接制动,当速度接近于零时,速度继电器正转常开触头KS1断开,QA2释放电动机M1停转。反向工作过程与正向相同。主电动机点动过程按下SF5,Q0.3动作,使QA 1吸合,M1串电阻限流点动,松开SF5,Q0.3断开,M1停转,实现点动控制。 刀架快速移动及冷却泵工作过程该控制程序步骤为:刀架快速移动过程为按下开关SF6,Q0.5动作,QA5吸合,M3起动运行 。 冷却泵工作过程为按下开关SF5,Q0.4动作QA 4线圈得电,冷却泵电动机M2工作,停止时按下SF5即可。梯形图程序见附录17结论本设计具有性能可靠,外围电路简单等优
11、点,设计思路清晰,程序简单明了。C650车床控制系统利用了西门子STC-200系列PLC的特点,对按扭、开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了车床过程的自动化。此外PLC 可以重复使用,降低了测试经费。它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。PLC 又设有串行接口,方便地与计算机进行连接,组成测控系统,给系统的维护和使用带来了很大方便。设计总结本设计采用可编程控制器代替继电器对机床进行控制,因为可编程控制器组成的控制系统在设计、安装、调试和维修等方面,不仅减少了工作量,而且减少了开支,缩减了成本,效益更高。通过使用PLC改造该机床电气系统后,去掉了原机床的中间继电器
12、,时间继电器等等,使线路简化,维修方便。同时,由于PLC的高可靠性,输入输出部分还有信号指示,不仅使电气故障次数大大减少,而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。设计者可在规格繁多、品种齐全的系列可编程控制产品中,精选所需类型,使PLC具有较高的性能价格比。针对这点本设计尽量节省可编程控制器的端点,从而提高了性价比,节省了不必要的开支。通过本次设计,使我进一步巩固、深化和扩充专业课的基本理论和基本技能。达到了培养我独立思考、分析和解决实际问题的能力。培养了我综合应用专业知识和实际查阅相关实际资料的能力。谢 辞在这次课程设计的撰写过程中,我得到了许多人的帮助。首先我要感谢学校给了我这
13、次课程设计的机会,感谢薛老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助,这是我能顺利完成这次报告的主要原因,更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题,让我能把系统做得更加完善。在此期间,我不仅学到了许多新的知识,而且也开阔了视野,提高了自己的设计能力。其次,我要感谢帮助过我的同学,他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。参考文献1 罗宇航.流行PLC实用程序及设计.西安:西安科技大学出版社,2006.122 林春方.可编程控制器及其应用.上海:上海交通大学出版社,2003.63 廖常
14、初.PLC编程及应用(第2版).北京:机械工业出版社,2007.9 4 曹辉.可编程序控制器系统原理及应用.北京:电子工业出版社,20035 机床电路图大全编写组.机床电路图大全(上册).北京:机械工业出版社,1993.46 齐占庆.机床电气自动控制.北京:机械工业出版社,1987.87 黎亚元.机床电气自动控制.重庆:重庆大学出版社,1994.108 王士兰.PLC技术及运用.北京:机械工业出版社,2000.89 方宗达.电气控制与PLC运用.北京:机械工业出版社,1996.1010夏国伟.机床电气与维修.西安:陕西科学技术出版社,1980.611邓星钟.机电传动控制.武汉:华中科技大学出版社,2001.312路林吉.江龙康等.可编程序控制器原理及应用.北京:清华大学出版社,2002附录 PLC控制系统I/O分配表输入信号PLC地址输出信号PLC