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1、第一章引言随着社会生产力的发展，传统的继电器控制系统已经不能满足当今迅猛发 展的社会的现代化生产要求，于是我们在选毕业设计课题之际，一切从实际出 发，选定了毕业设计课题车床PLC控制系统设计。我们选定了C650车床为改 造对象，进行传统控制系统的改造，以PLC控制系统取代之前的传统控制系统。 改由PLC控制后，其控制系统大大的简单化，并且维修方便，易于检查，节省了 大量空间，机床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。1.1 C650 型普通卧式车床简介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、光杆、丝杆、尾座、
2、刀架、主轴变速箱、 进给箱、和溜板箱等组成，如图1-1。图 1-1 C650 卧式车床结构图工艺过程：为了加工各种旋转表面，车床具有切削运动（主运动和进给运动） 和辅助运动。主运动是主轴通过卡盘或顶尖带动工件作旋转运动。进给运动是 溜板带动刀架的纵向和横向的直线运动。辅助运动是指刀架的快速移动及工件 的加紧与放松。C650型卧式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
3、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，经传动机构实现。机床车削加工时，要求车床主轴能在II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i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、II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II溜板箱而获得11.2 C650卧式车床改造主要内容III（1）主电动机Ml采用全压空载直接启动。:（2）要求主电动机Ml能实现正、反向连续运转。停止时，由于工件转动II惯量大，采用反接制动。i（3）为便于对刀操作，要求Ml能实现单向点动控制，同时定子串入电阻装I获得低
4、速点动。II（4）主轴启动之后，再启动冷却泵电动机.II（5）有必要的保护和联锁，有安全可靠的照明电路。II（6）原车床的工艺加工方法不变。订I（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。第二章电气控制原理C650 卧式车床属于中型车床，为提高工作效率，该机床采用了反接制动。 为了减少制动电流，制动时在定子回路串入了限流电阻 R 图 2-1 是它的电气原 理图380vUll V12 W13图 2-1 C650 卧式车床电气原理图2.1 主电路设计断路器QF将三相电源引入，FU1为主电动机Ml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
5、启动电流造成电动机 的过载，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KM1、KM2为 M2、M3电动机启动用接触器。FR2为M2电动机的过载保护，因为快速电动机M3 短时工作，所以不设计过载保护。2.2 交流控制电路设计(1) 主电动机的点动调整控制电路中KM3为Ml电动机的正转接触器，KM1 为Ml电动机的长动接触器，KA为中间继电器。Ml电动机的点动由点动按钮SB6 控制。按下按钮SB6,接触器KM3得电吸合，它的主触电闭合，电动机的定子绕 组经限流电阻 R 与电源接通，电动机在较低速度下起动。(2) 主
6、电动机的正反转控制电路主电动机正转由正向起动按钮SB1控制。 按下SB1时，接触器KM首先得电动作，它的主触点闭合将限流电阻短接，接触 器KM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KM3 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。KM3 的动合触点和KA的动合触点的闭合将KM3线圈自锁。反转起动时用反向启动按 钮SB2，按下SB2，同样是接触器KM得电，然后接通接触器KM4和中间继电器 KA,于是电动机在满压下反转起动。(3) 主电动机的反接制动控制 C650 卧式车床采用了反接制动方式。当电 动机的转速接近零时，用速度继电器的触点给出信号切断
7、电动机的电源。速度 继电器与被控电动机是同轴连接的，当电动机正转时，速度继电器的正转常开 触电 KSl 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KM3和KM，继电器KA都处于得电工作状态，速度继电器 的正转动合触点 KSl 也是闭合的，这样就为电动机正转时的反接制动做好了准 备。(4) 刀架的快速移动和冷却泵的控制 刀架的快速移动是由转动刀架手 柄压动限位开关SQ来实现的。当手柄压动SQ后，接触器KM2得电吸合，M3电 动机转动带动刀架快速移动。 M2 为冷却泵电动机，它的起动与停止是通过按钮 SB3 和 SB5 控制的。2.3 辅助电路分析(1
8、) 照明电路和控制电源分析TC为多绕组变压器，二次侧有两路，一路为110V，为控制电路提供电源；而另 一路为36V (安全电压)，供照明电路照明，SA为控制照明电路的开关，SA闭合 时照明灯EL点亮，断开则熄灭。(2) 电流表保护电路分析 监视主回路负载的电流表是通过电流互感接入的。为防止电动机起动电流对电 流表的冲击，电路中采用一个时间继电器KT。当起动时，KT线圈通电，而KT 的延时断开的动断触点尚未动作，电流互感器二次电流只流经该触点构成闭合 回路，电流表没有电流流过。起动后，KT延时断开的动断触点打开，此时电流 流经电流表，反映出负载电流的大小。第三章 系统元器件的概述与选择3.1 P
9、LC 类型的简介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。 3.2 PLC 的特点PLC 是综合继电器接触器控制优点及计算
10、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。PL
11、C 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
12、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I|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。1（7）安装简单，调试方便，维护工作量小。I1PLC控制系统的安装接线工作量比继电器接触器控制系统少，只需将现场的各种I1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,1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I1PLC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1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。装I第四章 P
13、LC 控制电路设计4.l PLC 的硬件电路框图世界各国各生产厂家生产的 PLC 虽然外观各异,但作为工业控制计算机,其 硬件结构都大体相同。主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输 出单元（I/O）接口、电源及外围编程设备等几大部分构成。PLC的硬件结构框 图如图 4-l 所示。编程器蹴带机打印机EFROM写入器圏形监控系纯PU或上位计算机 外亀设备外设接口存储器扩展接口扩展单元图 4-1 PLC 硬件结构框图4.2 PLC 控制原理电路设计由表 4-1 I/O 口分配表可以知道，输入部分：按钮 SB4 为整个控制系统的 停止开关；按钮 SB1、SB2 及 SB6 分别控
14、制主轴电机 M1 的正反转及点动控制； 按钮SB3、SB5分别控制冷却泵电机的M2启动与停止；按钮SB7、SB8分别控制 HL的照明于熄灭；行程开关SQ控制快进电机的点动；热继电器常闭开关FR1, FR2分别为Ml、M2的过载保护；速度继电器KS1、KS2分别辅助主轴电机Ml的 正反转制动。输出部分：KM3、KM4接触器分别控制主轴电机Ml的正反转；KM 接触器控制主轴电机Ml的低速运行；KM1、KM2接触器分别控制冷却泵电机M2、快进电机M3的运行；EL为车床照明。下图为，PLC的输入、输出I/O电气接线 图，如图 4-2 。图 4-2 PLC 控制原理电路图第五章 C650 卧式车床改造为
15、 PLC 控制的软件设计5.1 三菱 PLC 编程软件 FXGP-WIN-C 的介绍三菱FX系列PLC程序设计软件（不含FX3U），支持梯形图、指令表、SFC 语言程序设计，可进行程序线上更改、监控及调试，具有异地读写 PLC 程序功 能。5.2 梯形图得到完整的 C650 卧式车床的梯形图，该梯形图能完成主电动机 M1 的点动正 转、 M1 的正转、 M1 的反转、 M1 的反接制动，以及 M2 的起动、 M2 的停止、 M3 的起动，以及电流表的正常检测，图5-11为C650卧式车床的梯形图。图 5-1 C650 卧式车床梯形图5.2 C650 卧式车床程序表0LDX00011ORY0011ORY00012ANDY0062ANIX00113ORX0053OUTY00014LDIY0064LDX00215ANDX0105ORY00616ORB6ANIX00317ANIY003
