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1、韶关学院毕业设计 韶 关 学 院 毕 业 设 计题目：C650型卧式车床电气控制系统PLC设计学生姓名： 朱华学 号： 1028028 系 （院）： 物理与机电工程学院专 业： 电气自动化班 级： 1028 指导教师姓名及职称：陈琛老师起止时间： 2012年 11月 2012 年 12 月 目录摘要1第1章 电气系统控制原理11.1 C650型卧式车床简介11.2C650型卧式车床电气原理图21.3 C650型卧式车床主电路分析31.4 C650型卧式车床控制线路分析4第2章 系统元器件的概述与选择62.1 主要电气元件的选择62.2 电动机的选择62.3 交流接触器和中间继电器的选择62.4
2、 保护电器的选择72.5 控制电器的选择7第3章C650型卧式车床总体设计方案83.1 C650车床的主要结构83.2 设计方案的确定8第4章PLC 对C650 卧式车床的设计94.1 PLC 类型的简介94.2 PLC的硬件电路框图94.3 C650卧式车床主电路104. 4 PLC对C650 卧式车床设计的I/O 分配图114.5 C650 卧式车床PLC 设计接线图114.6 C650 卧式车床PLC 设计梯形图12第5章调试165.1 M1的正转点动调试165.2M1正转调试185.3反转调试195.4反转制动调试195.5M2的起动调试205.6M2的停止调试215.7M3的起动调试
3、21第六章结论22致谢23参考文献：23摘要C650 卧式车床采用传统的继电器控制系统实现电气控制， 接线多而复杂，体积大，功耗大，可靠性差，自动化水平低，难以满足现代化生产的需求，并且系统一旦构成，想改变或增加功能就很困难，随着社会的发展，如今其工作性能已不能满足现代化生产的需求。本次毕业课题设计以PLC控制系统取代传统的继电器控制系统。本次毕业课题设计介绍了C650卧式车床电气控制系统的工作原理及其运行形式，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、正反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵动作等一系列功能等。经反复调试，该项技术可推广应用于自动化其他领域的控
4、制系统中，系统运行情况良好，车削精度更高。关键词：PLC 卧式车床 继电器 梯形图14第1章 电气系统控制原理1.1 C650型卧式车床简介C650 普通车床属于中型车床，用于切削工件外圆、内孔和端面等。该车床由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工。主轴由三相异步电动机拖动，主轴通过卡盘带动工件的旋转运动；进给运动，溜板带动刀架的纵向和横向直线运动，其中纵向运动是指相对操作者向左或向右的运动，横向运动是指相对于操作者向前或向后的运动；辅助运动，包括刀架的快速移动、工件的夹紧与松开等。图1-1 C650卧式车床结构图 21.2 C650型卧式车床电气原理图1.3 C650型卧式车床主电路分析1）主
5、电动机电路 电源引入与故障保护 三相交流电源L1、L2、L3经熔断器FU后，由QS隔离开关引入C650 车床主电路，主电动机电路中，FU1熔断器为短路保护环节，FR1是热继电器加热元件，对电动机M1起过载保护作用。 主电动机正反转 KM1与 KM2分别为交流接触器KM1与KM2的主触头。根据电气控制基本知识分析可知， KM1主触头闭合、KM2主触头断开时，三相交流电源2将分别接入电动机的U1、V1、W1三相绕组中，M1主电动机将正转。反之，当KM1主触头断开、KM2主触头闭合时，三相交流电源将分别接入M1主电动机的W1、V1、U1三相绕组中，与正转时相比，U1与W1进行了换接，导致主电动机反转
6、。 主电动机全压与减压状态 当KM3主触头断开时，三相交流电源电流将流经限流电阻R而进入电 动机绕组，电动机绕组电压将减小。如果KM3主触头闭合，则电源电流不经限流电阻而直接接入电动机绕组中，主电动机处于全压运转状态。 绕组电流监控 电流表A在电动机M1主电路中起绕组电流监视作用，通过TA线圈空套在绕组一相的接线上，当该接线有电流流过时，将产生感应电流，通过这一感应电流间显示电动机绕组中当前电流值。其控制原理是当KT常闭延时断开触头闭合时，TA产生的感应电流不经过A电流表，而一旦KT触头断开，A电流表就可检测到电动机绕组中的电流。 电动机转速监控 KS是和M1主电动机主轴同转安装的速度继电器检
7、测元件，根据主电动机主轴转速对速度继电器触头的闭合与断开进行控制。2）冷却泵电动机电路 冷却泵电动机电路中FU4熔断器起短路保护作用，FR2热继电器则起 过载保护作用。当KM4主触头断开时，冷却泵电动机M2停转不供液；而KM4 主触头一旦闭合，M2将起动供液。3）快移电动机电路 快移电动机电路中FU5熔断器起短路保护作用。KM5主触头闭合时，快移电动机M3起动，而KM5主触头断开，快移电动机M3停止。主电路通过TC变压器与控制线路和照明灯线路建立电联系。TC变压器一次侧接入电压为380V，二次侧有36V、110V两种供电电源，其中36V给照明灯线路供电，而110V给车床控制线路供电。1.4 C
8、650型卧式车床控制线路分析 控制线路读图分析的一般方法是从各类触头的断与合与相应电磁线圈得断电之间的关系入手，并通过线圈得断电状态，分析主电路中受该线圈控制的主触头的断合状态，得出电动机受控运行状态的结论。 控制线路从6区至17区，各支路垂直布置，相互之间为并联关系。各线圈、触头均为原态（即不受力态或不通电态），而原态中各支路均为断路状态，所以KM1、KM3、KT、KM2、KA、KM4、KM5等各线圈均处于断电状态，这一现象可称为“原态支路常断”，是机床控制线路读图分析的重要技巧。1）主电动机点动控制 按下SB2，KM1线圈通电，根据原态支路常断现象，其余所有线圈均处于断电状态。因此主电路中
9、为KM1主触头闭合，由QS隔离开关引入的三相交流电源将经KM1主触头、限流电阻接入主电动机M1的三相绕组中，主电动机M1串电阻减压起动。一旦松开SB2，KM1线圈断电，电动机M1断电停转。SB2是主电动机M2的点动控制按钮。2）主电动机正转控制 4 按下SB3，KM3线圈通电与KT线圈同时通电，并通过20区的常开辅助触头KM3闭合而使KA线圈通电，KA线圈通电又导致11区中的KA常开辅助触头闭合，使KM1线圈通电。而1112区的KM1常开辅助触头与14区的KA常开辅助触头对SB3形成自锁。主电路中KM3主触头与KM1主触头闭合，电动机不经限流电阻R则全压正转起动。 绕组电流监视电路中，因KT线
10、圈通电后延时开始，但由于延时时间还未到达，所以KT常闭延时断开触头保持闭合，感应电流经KT触头短路，造成A电流表中没有电流通过，避免了全压起动初期绕组电流过大而损坏A电流表。KT线圈延时时间到达时，电动机已接近额定转速，绕组电流监视电路中的KT将断开，感应电流流入A电流表将绕组中电流值显示在A表上。3）主电动机反转控制 按下SB4，通过9、10、5、6线路导致KM3线圈与KT线圈通电，与正转控制相类似，20区的KA线圈通电，再通过11、12、13、14使KM2线圈通电。主电路中KM2、KM3主触头闭合，电动机全压反转起动。KM1线圈所在支路与KM2线圈所在支路通过KM2与KM1常闭触头实现电气
11、控制互锁。4）主电动机反接制动控制 正转制动控制 KS2是速度继电器的正转控制触头，当电动机正转起动至接近额定转速时，KS2闭合并保持。制动时按下SB1，控制线路中所有电磁线圈都将断电，主电路中KM1、KM2、KM3主触头全部断开，电动机断电降速，但由于正转转动惯性，需较长时间才能降为零速。 一旦松开SB1，则经1、7、8、KS2、13、14，使KM2线圈通电。主电路中KM2主触头闭合，三相电源电流经KM2使U1、W1两相换接，再经限流电阻R接入三相绕组中，在电动机转子上形成反转转矩，并与正转的惯性转矩相抵消，电动机迅速停车。 在电动机正转起动至额定转速，再从额定转速制动至停车的过程中，KS1
12、反转控制触头始终不产生闭合动作，保持常开状态。 反转制动控制 KS1在电动机反转起动至接近额定转速时闭合并保持。与正转制动相类似，按下SB1，电动机断电降速。一旦松开SB1，则经1、7、8、KS1、2、3，使线圈KM1通电，电动机转子上形成正转转矩，并与反转的惯性转矩相抵消使电动机迅速停车。5）冷却泵电动机起停控制 按下SB6，线圈KM4通电，并通过KM4常开辅助触头对SB6自锁，主电路中KM4主触头闭合，冷却泵电动机M2转动并保持。按下SB5，KM4线圈断电，冷却泵电动机M2停转。6）快移电动机点动控制 行程开关由车床上的刀架手柄控制。转动刀架手柄，行程开关SQ将被压下而闭合，KM5线圈通电
13、。主电路中KM5主触头闭合，驱动刀架快移的电动机M3起动。反向转动刀架手柄复位，SQ行程开关断开，则电动机M3断电停转。7）照明电路 灯开关SA置于闭合位置时，EL灯亮。SA置于断开位置时，EL灯灭。5第2章 系统元器件的概述与选择2.1 主要电气元件的选择任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所有行程开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括各种负载的接触器线圈。在本次控制系统设计中用PLC 代替了继电器控制系统中的逻辑线路部分，由变频器控制电动机。在车床的电气控制系统，所有触头，行程开关，
14、控制按钮（SB1SB6）等为系统的输入信号；接触器线圈（KM1-KM5），为系统的输出信号。2.2 电动机的选择本次毕业设计使用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2-1。表2-1 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0.850.80.86绝缘等级BEE2.3 交流接触器和中间继电器的选择 接触器： 接触器是工业电气中用按钮或其他方式来控制其通断的自动开 关。交流接触器的型号很多，电流在5A-1000A的不等，常用交流接触器的型号有CJ20、CJX1、CJ1和CJ10等系列。在这次控制系统硬件的设计中，采用了CJ10系列的交流接触器，其额定电流应在控制电流的1.11.3倍之间。 中间继电器： 中间
