畢業(yè)設計2016年5月6號(論文)-C650車床PLC控制系統(tǒng)設計

1、開封大學機電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設計說明書目 錄1 引言11.1 C650型臥式車床簡介11.2 C650臥式車床改造要求32 C650 臥式車床控制原理分析42.1主電路分析42.2控制電路分析52.2.1 主電動機點動控制分析52.2.2 主電動機的正反轉(zhuǎn)控制分析52.2.3 主電動機反接制動分析62.2.4 快速電動機與冷卻泵電動機控制分析72.3 輔助電路分析72.3.1 照明電路和控制電源分析72.3.2 電流表A保護電路73 PLC與觸摸屏控制系統(tǒng)設計83.1 電動機選擇103.2 系統(tǒng)元器件的選擇103.2.1 交流接觸器的選擇103.2.2 中間繼電器的選擇113.2.3 保護電

2、器的選擇113.2.4 控制開關(guān)電器的選擇123.2.5 速度繼電器選擇133.3 PLC系統(tǒng)設計143.3.1 確定PLC I/O 口地址表143.3.2 PLC選型153.3.3 PLC的I/O電氣接線圖173.4 觸摸屏系統(tǒng)設計183.4.1 觸摸屏的選擇183.4.2 觸摸屏人界面設計183.4.3 觸摸屏供電電源開關(guān)電源選擇223.5 PLC與 觸摸屏屏控制系統(tǒng)聯(lián)機233.6 程序設計243.7 系統(tǒng)總程序274 系統(tǒng)調(diào)試334.1 系統(tǒng)調(diào)試的準備工作344.1.1 拖動板硬件檢查344.2 功能演示系統(tǒng)綜合調(diào)試344.3 系統(tǒng)調(diào)試應注意事項37結(jié)論38致謝39參 考 文 獻40附錄

3、A411圖1-1 C650臥式車床結(jié)構(gòu)圖C650車床由主軸運動和刀具進給運動完成切削加工，車床的主軸、冷卻泵、刀架快速移動均由三相異步電動機拖動。車床有三種運動形式：車削加工的主運動是主軸通過卡盤或者雞心夾頭帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動，它承受車削加工時的主要切削功率；進給運動是溜板帶動刀架的縱向或橫向運動；輔助運動為溜板箱的快速移動，尾座的移動和工件的夾緊與放松。主軸的旋轉(zhuǎn)運動由主電動機，經(jīng)傳動機構(gòu)實現(xiàn)。機床車削加工時，要求車床主軸能在較大范圍內(nèi)變速。通常根據(jù)被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、車刀材料、冷卻條件及加工方式等來選擇切削速度，采用機械變速方法。車床縱、橫兩個方向的進給運動由主軸變速箱

4、的輸出軸，經(jīng)掛輪箱、進給箱、光桿傳入溜板箱而獲得，其運動方式有手動與機動兩種。其工作過程過程如下：(1) 正常車削加工時一般不要求反轉(zhuǎn)，但在加工螺紋時，為保證螺紋的加工質(zhì)量，為避免亂扣，加工完畢后要求反轉(zhuǎn)退刀，且工件旋轉(zhuǎn)速度與刀具的移動速度之間保持嚴格的比例關(guān)系。因此，C650臥式車床溜板箱與主軸變速箱之間通過齒輪傳動來連接，由同一臺電動機拖動。(2) C650臥式車床通過主電動機的正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn)，當主軸反轉(zhuǎn)時，刀架也跟著后退。(3) 電流表A經(jīng)電流互感器TA接在主電動機M1的動力回路上，用來監(jiān)測電動機的負載情況。(4) 車削加工近似于恒功率負載，主電動機M1通常選用普通籠型異步

5、電動機（功率為30KW），完成主軸運動和刀具進給運動的驅(qū)動。M1電動機采用直接啟動的方式，可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，為加工方便，還具有點動功能。由于加工的工件比較大，加工時其轉(zhuǎn)動慣量也比較大，需停車時不易立即停止轉(zhuǎn)動，必須有停車制動動能，C650車床的正反停車采用速度繼電器控制電源的反接制動，以提高生產(chǎn)效率。(5) 車(7) C650在進行車削加工時，因被加工的工件材料、形狀、大小、性質(zhì)及工藝要求不同，且使用的刀具也不同，所以要求切削速度也不同，這就要求主軸有較大的調(diào)速范圍。車床大多采用機械方法調(diào)速，變換主軸箱外的手柄位置，可改變主軸的轉(zhuǎn)速。1.2 C650臥式車床改造要求（1）原車床的工藝加工方法

6、不變。（2）不改變原控制系統(tǒng)電氣操作方法和按鈕、手柄等操作元件的功能。（3）改造原繼電器控制中的硬件接線，改為PLC與 觸摸屏屏編程實現(xiàn)。（4）有完善的限位保護、電機過流保護等保護功能。（5）原有控制功能不變的情況下，把主軸電機起動改為Y/起動、取消降壓電阻。2 C650 臥式車床控制原理分析圖2-1 C650車床控制原理圖2.1主電路分析如圖2-1，C650臥式車床主電路設有三臺電動機的驅(qū)動電路。組合開關(guān)QS為電源開關(guān)，將電源引入。FU1為主電動機M1的短路保護熔斷器，F(xiàn)R1為M1過載保護熱繼電器。R為限流電阻，當主軸點動時，限制啟動電流，在停車反轉(zhuǎn)制動時，又起限制過大的反向制動電流的作用。

7、電流表A用來監(jiān)視電動機M1的繞組電流，由于主軸電機M1的功率很大，故電流表A經(jīng)電流互感器TA接在主電動機M1的動力回路上。圖中時間繼電器的常閉開關(guān)KT作用是短接電流表A，在機床剛開始啟動時，以讓電流表躲避啟動尖峰電流沖擊，待時間繼電器延時一定時間后，常閉KT斷開，電流表A接入電路，開始監(jiān)測主軸電動機繞組電流。當機床工作時，可調(diào)整切削用量，使電流表A的電流接近主電動機M1額定電流的對應值（經(jīng)電流互感器TA后減小了的電流值），以便提高生產(chǎn)效率和充分利用電動機M1的潛力。KM1、KM2為控制主軸電機正反轉(zhuǎn)接觸器，KM3用于短接電阻R的接觸器，由它們的主觸頭相互組合控制主軸電機M1。速度繼電器KS為控

8、制電機的正反轉(zhuǎn)制動用。FU2為冷卻泵電動機M2的短路保護熔斷器，KM4為控制M2運行的接觸器，F(xiàn)R2為M2過載保護熱繼電器。FU3為快速移動電動機M3的短路熔斷器，KM5為控制M3運行的接觸器點動時運行，故不設置熱繼電器保護。 2.2控制電路分析 2.2.1 主電動機點動控制分析如圖2-1，SB2為控制主電動機的按鈕開關(guān)，當按下SB2且不松手時，接觸器KM1線圈通電，KM1主觸點閉合接通電路，這時接觸器KM3線圈沒有接通，電網(wǎng)電壓經(jīng)限流電阻接入主電動機M1，從而減少了起動電流。由于中間繼電器KA未通電，雖然此時KM1的常開觸點（13-15）已閉合，但并未能自鎖。因此，當松開SB2后，KM1線圈

9、隨即斷電，主電動機M1停止運行。2.2.2 主電動機的正反轉(zhuǎn)控制分析如圖2-1，雖然主電動機M1的額定功率為30KW，但只是在車削時消耗功率較大，而啟動負載很小，因而啟動電流并不很大。所以，在非頻繁點動的一般工作時，仍然采用了全壓直接啟動。SB3為正向啟動控制按鈕開關(guān)，當按下SB3時，SB3（715）閉合，交流接觸器KM3線圈通電，KM3主觸點閉合，短接限流電阻R，另一個常開輔助觸點（5-23）閉合，中間繼電器KA線圈通電，其常開觸點（7-19）閉合，使得KM3在SB3松開后保持通電，進而KA也保持通電。同時KA的常閉觸點將停車制動的基本電路切除。另一方面，當SB3尚未松開時，由于KA的另一個

10、常開輔助觸點（9-13）已閉合，因而使得交流接觸的繞組電流。如圖所示，SB4（13區(qū)）為反向啟動按鈕開關(guān)，反向啟動控制過程與正向啟動控制過程類似，在此不在分析。2.2.3 主電動機反接制動分析如圖2-1， C650臥式車床采用反接制動方式進行停車制動，使用速度繼電器KS（3區(qū)）進行檢測與控制。當主電動機正轉(zhuǎn)啟動時，主軸電動機正向旋轉(zhuǎn)達到120r/min時，速度繼電器KS的正向常開觸點KS1（17-23）閉合，制動電路處于準備狀態(tài)，當按下總停按鈕SB1（3-5）開關(guān)后，原來通電的KM1、KM3、KA、KT就馬上失電，它們的所有觸點均被釋放復位到常態(tài)。而主電動機因慣性仍然運轉(zhuǎn)，因速度不可能立刻降下

11、來（n 100r/min），所以速度繼電器KS1（17-23）仍閉合，當SB1（3-5）復位時KS1（17-23）與控制反接制動電路的KA常閉輔助觸點（7-17）一起接通接觸器KM2的線圈電路，電流通路是：TC（110V） FU5 （1-3） SB1常閉觸點（3-5） FR1（5-7） KA常閉觸點（7-17）KS正向常開觸點KS1（17-23）KM1常閉觸點（23-25）KM2線圈（4-25）FU5（2-4）TC 。這樣，主電動機M1主電路即串入限流電阻R進行反接制動，強迫電動機迅速停止，正向轉(zhuǎn)速很快就降下來，當降到（n 100r/min）很低時，速度繼電器KS的正向常開觸點KS1（17-2

12、3）復位斷開，這樣就切斷了上面的KM2線圈通路，其相應的主觸點復位，電動機斷電，則正向反接制動結(jié)束。反轉(zhuǎn)時的反接制動過程與正轉(zhuǎn)停車制動時的反接制動過程相似，則不在作詳細分析。在反接狀態(tài)下，速度繼電器KS的反向常開觸點KS2（9-17）閉合，制動時接通KM1（4-11）的線圈電路，進行反接制動。2.2.4 快速電動機與冷卻泵電動機控制分析如圖2-1，若要使快速電動機動作(刀架快速移動),則轉(zhuǎn)動刀架手柄,使其壓合位置開關(guān)SQ(5-23),SQ閉合,接通KM5線圈電路,KM5線圈主觸點(5區(qū))閉合,這樣快速電動機M3就開始運轉(zhuǎn),經(jīng)傳動系統(tǒng)驅(qū)動溜板箱,帶動刀架快速移動。當?shù)都苁直鷱臀粫r，快速電動機M3

13、停止運行。 SB5、SB6按鈕開關(guān)分別為冷卻泵電動機M2的停止、啟動開關(guān)，控制接觸器KM4線圈電路的通斷，達到控制冷卻泵M2的通斷運行。2.3 輔助電路分析2.3.1 照明電路和控制電源分析 如圖2-1，TC為控制變壓器，二次側(cè)有兩路，一路為110V，為控制電路提供電源；而另一路為36V（安全電壓），供照明電路照明，SA（7區(qū)）為控制照明電路的開關(guān)，SA閉合時照明燈HL（7區(qū)）點亮，斷開則熄滅。2.3.2 電流表保護電路 如圖2-1，電流表A（3區(qū)）經(jīng)電流互感器TA（2區(qū)）接在主電動機M1的主電路上，由于在主電動機在剛啟動時，啟動尖峰電流很大，為了讓電流表躲過啟動尖峰電流的沖擊，則在線路上設置

14、了時間繼電器KT（12區(qū)）的常閉開關(guān)KT（3區(qū)）進行保護。在主電動機正向或反向啟動后，時間繼電器KT（12區(qū)）通電，延時開始，延時時間尚未到時，電流表A（3區(qū)）被時間繼電器KT（12區(qū)）延時常閉觸點（3區(qū)）短路，延時時間到后，電流表開始指示（監(jiān)測主電動機繞組電流）。3 PLC與觸摸屏控制系統(tǒng)設計任何一個控制系統(tǒng)的都是由輸入部分，邏輯部分和輸出部分組成。而本次畢業(yè)設計要改造的對象C650臥式車床的傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)，其輸入部分由所有行程開關(guān)、方式選擇開關(guān)、控制按鈕等組成。輸出部分為控制各種負載的所有接觸器線圈組成。邏輯部分由各種繼電器及其觸點組成實現(xiàn)邏輯控制。我們本次畢業(yè)設計控制系統(tǒng)以PLC與

15、觸摸屏屏控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的邏輯控制線路部分，輸入部分為車床控制控制系統(tǒng)的控制按鈕（SB1-SB9）,速度繼電器監(jiān)測主軸電動機正反轉(zhuǎn)的正反向常開觸點（KS1、KS2）,及熱繼電器常閉觸點（FR1、FR2）,輸出部分為機床控制系統(tǒng)的接觸器線圈（KM1-KM6）,中間繼電器線圈（KA），照明燈（HL）,其余情況如下：(1)原車床的工藝加工方法不變。(2)不改變原控制系統(tǒng)電氣操作方法和按鈕、手柄等操作元件的功能。(3)改造原繼電器控制中的硬件接線，改為PLC與 觸摸屏屏編程實現(xiàn)。(4)有完善的限位保護、電機過流保護等保護功能。(5)原有控制功能不變的情況下，把主軸電機起動改為Y/起動、取

16、消降壓電阻。具體要求如下：主軸具有正、反轉(zhuǎn)起停功能和正轉(zhuǎn)點動功能。主軸具有點動功能，點動時主軸電機為Y形接法。主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)起動時采用Y/起動。主軸制動時采用Y接法。冷卻泵電機起?？刂乒δ??？爝M電機點動功能并采用按鈕控制快進電機點動。照明電路改為PLC控制，有啟停控制功能。因此，可得改造后的系統(tǒng)主電路圖，見圖3-1。圖3-1 系統(tǒng)主電路圖3.1 電動機選擇本次畢業(yè)設計使用PLC與 觸摸屏屏控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的邏輯控制線路部分，其余基本無變化。電動機亦保留原有主軸電機、冷卻泵電機、快進電機，并將主軸電機改為Y/連接（即在剛啟動或點動及制動時為Y形連接，在啟動時，啟動完成后即改為形連接

17、運行），詳見表3-1。表3-1 主軸電機、快進電機、冷卻泵電機參數(shù)表參數(shù)主軸電機快進電機冷卻泵電機型 號Y255M-6Y90L-2Y2-631-2額定電壓AC 380V 50HzAC 380V 50HzAC 380V 50Hz額定電流59.5A4.8A0.35A額定功率30KW2.2KW0.18KW額定轉(zhuǎn)速98028402730功率因數(shù)0.850.860.8連接方式 Y/YY絕緣等級BEE3.2 系統(tǒng)元器件的選擇3.2.1 交流接觸器的選擇交流接觸器是一種頻繁應用于工業(yè)電氣控制，并用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動切換電器。在功能上除了能自動切換外，還具有刀開關(guān)類手動開關(guān)所不能實現(xiàn)的遠距離操作

18、功能和失壓（或欠壓）保護功能。其生產(chǎn)方便，價格低廉，應用十分廣泛。交流接觸器由電磁機構(gòu)，觸點系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、釋放彈簧機構(gòu)、輔助觸點及基座等部分組成。其原理是當接觸器的電磁線圈通入交流電時，會產(chǎn)生很強的磁場使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動動銜鐵，當兩組銜鐵合攏時，安裝在動銜鐵上的動觸點也隨之與靜觸點閉合，使電氣線路接通。當斷開電磁線圈中的電流時，磁場消失，接觸器在彈簧的作用下恢復到斷開的狀態(tài) 。 在工業(yè)電氣中，常用交流接觸器的型號有CJX8(B系列)CJ12、CJ20、CJT1(CJ10)、CJX1(3TB、3TF系列)、CJ40、SMC等系列產(chǎn)品。在這次控制系統(tǒng)硬件的設計中，采用了CJ20系列的交流

19、接觸器，其額定電流應在控制電流的11.4倍之間（或經(jīng)驗公式2PN 選擇，PN為電動機功率）, 在此控制主軸電機的KM1、KM2、KM3、KM4，選取交流接觸器型號為：CJ2063，線圈電壓220V；控制冷卻泵電機KM5和控制快進電機的KM6選取交流接觸器型號為：CJ2010，線圈電壓220V。3.2.2 中間繼電器的選擇中間繼電器用于繼電保護與自動控制系統(tǒng)中，以增加觸點的數(shù)量及容量。 它用于在控制電路中傳遞中間信號。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。它一般是沒有主觸點的

20、，因為過載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國標對中間繼電器的定義是K，老國標是KA。常用的中間繼電器型號有JZ7、JZ14等。本次設計選擇的中間繼電器型號為JZ7-44。3.2.3 保護電器的選擇 （1）熔斷器熔斷器在電路中主要作短路保護和嚴重過載保護，用于保護線路。熔斷器的熔體串接于被保護的電路中，當通過它的電流小于規(guī)定值時，其熔體相當于一根導線，起電氣連接作用；當通過它的電流超過規(guī)定值（電路發(fā)生嚴重過載或短路時）一定時間后，其熔體自動熔斷并切斷電路，從而起到保護作用。一般電氣控制線路中常用螺旋式熔斷器，其常用的產(chǎn)品有RL5、RL6、RL7和RL8系列產(chǎn)品，一般選擇熔體

21、熔斷電流應為電機額定電流的1.52.5倍。則主軸電機電路熔斷器選取型號為:RL1-100/100.冷卻泵電機電路、快進電機電路熔斷器選取型號分別為：RL1-15/2、RL1-15/6.控制電路選取型號RL1-15/2。（2）熱繼電器熱繼電器是利用電流熱效應原理來工作的保護電器，具有與電動機容許過載特性相近的反時限保護特性。主要用于電動機的過載保護、斷相及電流不平衡運行保護。也常與接觸器配合成電池啟動器。三相異步電動機在實際運行中，常會遇到因電氣或機械原因等引起的過電流(過載和斷相)現(xiàn)象，如果過電流不嚴重，持續(xù)時間短，繞組不超過允許溫升，這種過電流是允許；如果過電流情況嚴重，持續(xù)時間較長，則會加

22、快電動機絕緣老化，甚至會燒毀電動機，因此，在電動機回路中應設置熱繼電器保護。選型原則：應根據(jù)被保護對象的使用條件、工作環(huán)境、啟動情況、負載性質(zhì)，電動機的形式以及電動機允許的過載能力等加以考慮。一般原則是使熱繼電器的安秒特性位于電動機的過載特性之下，并盡可能地接近，以充分發(fā)揮電動機的過載能力，同時使電動機在短時過載和啟動瞬間(56)Ie不受影響。通常熱繼電器選取的額定電流應為大于或等于電動機額定電流。整定電流一般為電動機額定電流的1.051.1倍（或按經(jīng)驗公式整定，2 PN 整定，PN為電動機功率）。主軸電機電路熱繼電器選取型號為：JR36-63,整定電流為：60A；冷卻泵電路熱繼電器選取型號為

23、：JR36-20，整定電流為：0.36A。3.2.4 控制開關(guān)電器的選擇（1）轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān)又稱組合開關(guān)，一般用于電氣設備中非頻繁的通斷電路、換接電源和負載、測量三相電壓以及直接控制小容量感應電動機的運行狀態(tài)。轉(zhuǎn)換開關(guān)由動觸頭（動觸片）、靜觸頭（靜觸片）、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機構(gòu)及外殼等部分組成。其動靜觸頭分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內(nèi)，當轉(zhuǎn)換手柄時，每層的動觸片隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。一般選取的原則為允許通過的電流大于或等于電路的額定電流，按此選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)。常用的產(chǎn)品有：HZ5、HZ10和HZ15等系列。本次設計選取HZ10-100/3。（2）按鈕開關(guān)盒按鈕開關(guān)（簡稱按鈕）又稱控制按鈕，是一種接通或斷開小

24、電流電路的手動開關(guān)電器，一般不直接去控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出啟動或停止“命令”以遠距離控制接觸器、繼電器、電磁啟動器等電器線圈電流的接通或斷開，再由它們?nèi)タ刂浦麟娐?。目前常用的按鈕開關(guān)盒為LA4系列產(chǎn)品，本次設計選擇的按鈕開關(guān)型號為LA4-3H。3.2.5 速度繼電器選擇 速度繼電器是當轉(zhuǎn)速達到規(guī)定值時觸頭動作的繼電器。主要用于電動機反接制動控制電路中，當反接制動的轉(zhuǎn)速下降到接近零時能自動地及時切斷電源。速度繼電器的結(jié)構(gòu)如圖所示。1轉(zhuǎn)子2電動機軸3定子4籠型繞組5定子柄6動觸頭7反力彈簧8靜觸頭圖3-2 速度繼電器結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)子是一塊固定在軸上的永久磁鐵。浮動的定子與轉(zhuǎn)子同心，而且能獨

25、自偏擺，定子由硅鋼片疊成，并裝有籠型繞組。速度繼電器的軸與電動機軸相連，電動機旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動，形成旋轉(zhuǎn)磁場。籠型繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使定子隨轉(zhuǎn)子向轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向偏擺，定子柄推動相應觸頭動作。定子柄推動觸頭的同時，也壓縮反力彈簧，其反作用阻止定子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速下降到一定數(shù)值時，電磁轉(zhuǎn)矩小于反力彈簧的反作用力矩，定子返回原來位置，對應的觸頭恢復原始狀態(tài)。調(diào)整反力彈簧的拉力即可改變觸頭動作的轉(zhuǎn)速。機床上常用的速度繼電器有JY1型、JFZ0型兩種。一般速度繼電器的動作轉(zhuǎn)速為120r/min，觸頭復位轉(zhuǎn)速為100r/min以下。本次設計選擇的

26、速度繼電器型號為JY1型速度繼電器500V、2A。3.3 PLC系統(tǒng)設計3.3.1 確定PLC I/O 口地址表 由系統(tǒng)改造要求可確定I/O地址表，如表3-2所示。表3-2 I/O地址表 輸入輸出名稱功能作用I/O口名稱功能作用I/O口SB1總停X0KM1控制M1正轉(zhuǎn)運行Y0SB2M1正轉(zhuǎn)啟動X1KM2控制M1反轉(zhuǎn)運行Y1SB3M1反轉(zhuǎn)啟動X2KM3控制M1 形運行Y2SB4M1點動X3KM4控制M1 Y形運行Y3SB5M2啟動X4KM5控制M2運行Y4SB6M2停止X5KM6控制M3運行Y5SB7HL照明X6KA電流表A短接中間繼電器Y6SB8HL熄滅X7HL車床照明Y7SB9M3點動X10

27、FR1M1過載保護X11FR2M2過載保護X12KS1正轉(zhuǎn)制動速度繼電器常開觸點X13KS2反轉(zhuǎn)制動速度繼電器常開觸點X143.3.2 PLC選型(1) PLC常用的有晶體管輸出與繼電器輸出，其區(qū)別為： 負載電壓、電流類型不同。負載類型：晶體管只能帶直流負載，而繼電器帶交、直流負載均可。電流：晶體管電流0.2A-0.3A，繼電器2A。電壓：晶體管可接直流24V（一般最大在直流30V左右，繼電器可以接直流24V或交流220V。 負載能力不同。晶體管帶負載的能力小于繼電器帶負載的能力，用晶體管時，有時候要加其他東西來帶動大負載（如繼電器，固態(tài)繼電器等）。 晶體管過載能力小于繼電器過載的能力。一般來

28、說，存在沖擊電流較大的情況時（例如燈泡、感性負載等），晶體管過載能力較小，需要降額更多。 晶體管響應速度快于繼電器。繼電器輸出型原理是CPU驅(qū)動繼電器線圈，令觸點吸合，使外部電源通過閉合的觸點驅(qū)動外部負載，其開路漏電流為零，響應時間慢（約10ms）。晶體管輸出型原理是CPU通過光耦合使晶體管通斷，以控制外部直流負載，響應時間快（約0.2ms甚至更?。?。晶體管輸出一般用于高速輸出，如伺服步進等，用于動作頻率高的輸出。 在額定工作情況下，繼電器有動作次數(shù)壽命，晶體管只有老化沒有使用次數(shù)限制。繼電器是機械元件所以有動作壽命，晶體管是電子元件，只有老化，沒有使用次數(shù)限制。繼電器的每分鐘開關(guān)次數(shù)也是有限

29、制的，而晶體管則沒有。(2)下表為三菱PLC FX2N系列，繼電器輸出、晶體管輸出部分型號列表。表3-3 三菱PLC FX2N系列，繼電器輸出、晶體管輸出部分型號列表序號型號輸入輸出總點數(shù)輸入點數(shù)輸出點數(shù)輸出類型1FX2N-16MR-0011688繼電器輸出2FX2N-32MR-001321616繼電器輸出3FX2N-48MR-001482424繼電器輸出4FX2N-64MR-001643232繼電器輸出5FX2N-16MT-0011688晶體管輸出6FX2N-32MT-001321616晶體管輸出7FX2N-48MT-001482424晶體管輸出8FX2N-64MT-001643232晶體管

30、輸出因此本次設計考慮到共有輸入13個信號，輸出8個信號，又因控制程序不是很大及不需要遠程控制與特殊要求，所以選用三菱FX系列的FX2N-32MR-001,由表知輸入輸出總點數(shù)為32，輸入點數(shù)為16，輸出點數(shù)為16，繼電器輸出，可以滿足本次設計的要求。3.3.3 PLC的I/O電氣接線圖由3.3.1 I/O 口分配表可以知道，輸入部分：按鈕SB1為整個控制系統(tǒng)的停止開關(guān)；按鈕SB2、SB3及SB4分別控制主軸電機M1的正反轉(zhuǎn)及點動控制；按鈕SB5、SB6分別控制冷卻泵電機的M2啟動與停止；按鈕SB7、SB8分別控制HL的照明于熄滅；按鈕SB9控制快進電機的點動；熱繼電器常閉開關(guān)FR1，F(xiàn)R2分別

31、為M1、M2的過載保護；速度繼電器KS1、KS2分別輔助主軸電機M1的正反轉(zhuǎn)制動。輸出部分：KM1、KM2接觸器分別控制主軸電機M1的正反轉(zhuǎn)；KM3、KM4接觸器分別控制主軸電機M1的、Y運行；KM5、KM6接觸器分別控制冷卻泵電機M2、快進電機M3的運行；HL為車床照明。下圖為，PLC的輸入、輸出I/O電氣接線圖，如圖3-3。圖3-3 PLC I/O電氣接線圖3.4 觸摸屏系統(tǒng)設計 3.4.1 觸摸屏的選擇本次設計使用日本三菱公司的觸摸屏，其觸摸屏獨有的“透明傳輸”為其它品牌觸摸屏所不具備，本次設計選擇的型號為：GT1155-QSBD-C。以下為GT1155-QSBD-C部分參數(shù)資料。 產(chǎn)品

32、名稱： 5.7英寸三菱觸摸屏GT1155-QSBD-C。 種類：TFT彩色觸摸屏。畫面尺寸：5.7英寸。分辨率：320*240(點）。 顯示尺寸：115（W）*86（H）（mm）。顯示顏色：256色。 外型尺寸：164(W)*135(H)*56(D)(mm)。重量：0.7KG。輸入電源電壓：DC24V(+10%、-15%) 脈動電壓200mV以下。沖擊電流：15A以下（26.4V）2ms。 面板開孔尺寸：153(W)*121(H)(mm)。 3.4.2 觸摸屏人界面設計注明院校、系別、專業(yè)畫面名稱標注本次設計使用GT Designer3軟件進行設計，畫面建立大概步驟為：先新建一個基本畫面，軟件

33、自動編號為1，然后新建其他畫面，并依次編號設置好，我此次共設計了5幅人機畫面 ，即，（1）開機畫面，（2）系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面，（3）主軸電機監(jiān)控畫面，（4）冷卻泵電機監(jiān)控畫面，（5）快進電機監(jiān)控畫面。建好5幅畫面后，然后對各自畫面進行設計，在此不在一一詳細說明，建好的畫面如下介紹及圖所示。設置同步時間顯示設置日期顯示畫面切換開關(guān)，當系統(tǒng)投入運行，觸摸，則切換到系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面 圖3-4開機畫面課題題目標注畫面名稱標注設置時間顯示圖3-5系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面設置時間顯示如圖3-5所示，課題題目下面有三個畫面切換開關(guān)，畫面右下角有一個畫面切換開關(guān)，共四個畫面切換開關(guān)，分別對應主軸電機監(jiān)控畫面，冷卻泵電機

34、監(jiān)控畫面，快進電機監(jiān)控畫面開機畫面，當系統(tǒng)投入運行時若觸摸任意一個開關(guān)，則畫面切換到相應的畫面。畫面名稱標注圖3-6主軸電機監(jiān)控畫面如圖3-6所示，畫面共設有6個位開關(guān)分別為正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動、照明，熄滅和總停分別控制主軸電機的正反轉(zhuǎn)、點動，車床照明燈HL的亮、熄及主軸電機的制動，即停止，并有總停功能。8個位指示燈分別為正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、Y形、形、KS1、KS2、FR1、照明分別指示主軸電機的正反轉(zhuǎn)運行、Y形運行、形運行，速度繼電器KS正反向常開指示，熱繼電器FR1的正常指示，車床照明指示，圖示為常態(tài)。當主軸電機正反轉(zhuǎn)運行、Y形運行、形運行時分別用紅燈指示，速度繼電器KS正反向常開閉合時用紅燈指示，熱

35、繼電器正常投入工作時亦用紅燈指示，車床照明用黃燈指示。3個畫面切換開關(guān)為冷卻泵電機、快進電機、系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面，當系統(tǒng)投入運行時觸摸其中任一個畫面切換開關(guān)開關(guān)，可轉(zhuǎn)換到冷卻泵電機監(jiān)控畫面、快進電機監(jiān)控畫面、系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面相應的畫面。亦設置有時間顯示，可供工作人員參看。畫面名稱標注設置時間顯示 圖3-7冷卻泵電機監(jiān)控畫面如圖3-7所示，設置有2個位開關(guān)，為啟動、停止分別控制冷卻泵電機的啟動與停止；2個位指示燈，為冷卻泵、FR2分別指示冷卻泵的運行指示和熱繼電器的正常運行指示，圖示為常態(tài)。當冷卻泵運行時，用紅燈指示，熱繼電器正常投入工作時使用紅燈指示；3個畫面切換開關(guān)為主軸電機、快進電機、系統(tǒng)監(jiān)

36、控選擇畫面，當系統(tǒng)投入運行時觸摸其中任一個畫面切換開關(guān)開關(guān)，可轉(zhuǎn)換到主軸電機監(jiān)控畫面、快進電機監(jiān)控畫面、系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面相應的畫面。亦設置有時間顯示，可供工作人員參看。畫面名稱標注畫面切換開關(guān)，當系統(tǒng)投入運行時，觸摸此開關(guān)，可切換到主軸電機監(jiān)控畫面快進電機點動時（紅燈）指示畫面切換開關(guān)，當系統(tǒng)投入運行時，觸摸此開關(guān)，可切換到系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面點動位開關(guān)設置時間顯示 畫面切換開關(guān)，當系統(tǒng)投入運行時，觸摸此開關(guān)，可切換到冷卻泵電機監(jiān)控畫面圖3-8 快進電機監(jiān)控畫面如圖3-8所示，為快進電機監(jiān)控畫面，畫面已作標注，在此不在作介紹。觸摸屏畫面的位開關(guān)、位指示燈相關(guān)設置，見觸摸屏畫面位開關(guān)、位指示燈對應設

37、置一覽表，如表3-4所示。表3-4 觸摸屏畫面位開關(guān)、位指示燈對應設置一覽表畫面位開關(guān)位指示燈主軸電機監(jiān)控畫面名稱設置功能及作用名稱設置功能及作用正轉(zhuǎn)M10控制主軸電機正轉(zhuǎn)啟動正轉(zhuǎn)Y0主軸電機正轉(zhuǎn)指示反轉(zhuǎn)M11控制主軸電機反轉(zhuǎn)啟動反轉(zhuǎn)Y1主軸電機反轉(zhuǎn)指示點動M12控制主軸電機點動形Y2主軸電機形運行指示總停M13控制主軸電機停止、兼有總停功能Y形Y3 主軸電機Y形運行指示照明M14控制車床照明照明Y7車床照明指示熄滅M15控制車床照明熄滅FR1X11熱繼電器FR1正常運行指示KS1X13速度繼電器正向常開KS1閉合指示KS2X14速度繼電器正向常開KS2閉合指示冷卻泵電機監(jiān)控畫面啟動M16控制

38、冷卻泵電機啟動冷卻泵Y4冷卻泵運行指示停止M17控制冷卻泵電機停止FR2X12熱繼電器FR2正常運行指示快進電機監(jiān)控畫面點動M18控制快進電機點動快進Y5快進電機點動指示3.4.3 觸摸屏供電電源開關(guān)電源選擇由觸摸屏的參數(shù)資料可選擇開關(guān)電源型號為：S-50-24 2.1A/24V。輸入電壓為交流220V，功率為：50W，輸出電壓24V，輸出電流2.1A。3.5 PLC與 觸摸屏屏控制系統(tǒng)聯(lián)機綜上，我們有PLC與 觸摸屏控制系統(tǒng)聯(lián)機電氣接線圖，如圖3-9。圖3-9 PLC與觸摸屏控制系統(tǒng)聯(lián)機電氣接線圖3.6 程序設計（1）主軸電機正反轉(zhuǎn)啟動程序設計。如梯形圖所示，X1、M10為正轉(zhuǎn)啟動控制，當按

39、下SB2或觸摸觸摸屏“正轉(zhuǎn)”、則對應的X1或M10閉合，接通輔助繼電器M0線圈，其常開觸點M0閉合，接通Y0線圈，實現(xiàn)主軸電機正轉(zhuǎn)。X2、M11為反轉(zhuǎn)啟動控制，當按下SB3或觸摸觸摸屏 “反轉(zhuǎn)”、則對應的X2或M11閉合，接通輔助繼電器M1線圈，其常開觸點M1閉合，接通Y1線圈，實現(xiàn)主軸電機反轉(zhuǎn)。（2）主軸電機Y/啟動程序設計。如梯形圖所示，當主軸電機正轉(zhuǎn)時常開觸點Y0閉合，接通Y3線圈，同時T0開始計時，5S后動作，其常閉觸點斷開Y3線圈得電通路，常開觸點閉合，接通Y2線圈，實現(xiàn)主軸電機正轉(zhuǎn)Y/啟動運行。主軸電機反轉(zhuǎn)時常開觸點Y1閉合，接通Y3線圈，同時T0開始計時，5S后動作，其常閉觸點斷

40、開Y3線圈得電通路，常開觸點閉合，接通Y2線圈，實現(xiàn)主軸電機反轉(zhuǎn)Y/啟動運行。（3）主軸正反轉(zhuǎn)反接制動程序設計。如梯形圖所示， X0、M13為主軸停車制動控制，當主軸在正轉(zhuǎn)運行時（正向轉(zhuǎn)速達到120r/min時， X13閉合），按下SB1或觸摸觸摸屏上的“總?！睍r（控制正轉(zhuǎn)運行的常開觸點M0失電斷開，切斷主軸正轉(zhuǎn)運行電源，主軸自然停車），則對應的X0或M13閉合，接通輔助繼電器M3線圈，其常開觸點M3閉合，接通Y1線圈，其常開觸點閉合，接通Y3線圈，則立即給主軸電機通入反轉(zhuǎn)Y形制動電源，使之產(chǎn)生一個反向力矩來制動主軸電機的正向旋轉(zhuǎn)，使主軸電機的正轉(zhuǎn)速度很快降下來。當主軸電機正轉(zhuǎn)速度降到100r

41、/min時，正轉(zhuǎn)時已閉合的X13觸點斷開，線圈M3失電、同時Y1線圈、Y3線圈也失電，他們的相應觸點恢復常態(tài)，及時切斷反接制定電源，主軸電機正轉(zhuǎn)停機而又防止了主軸電機反向起動，完成主軸電機正轉(zhuǎn)運行的反接制動過程。 X0、M13為主軸停車制動控制，當主軸在反轉(zhuǎn)運行時（反向轉(zhuǎn)速達到120r/min時， X14閉合），按下SB1或觸摸觸摸屏上的“總停”時（控制反轉(zhuǎn)運行的常開觸點M1失電斷開，切斷主軸反轉(zhuǎn)運行電源，主軸自然停車），則對應的X0或M13閉合，接通輔助繼電器M4線圈，其常開觸點M4閉合，接通Y0線圈，其常開觸點閉合，接通Y3線圈，則立即給主軸電機通入正轉(zhuǎn)Y形制動電源，使之產(chǎn)生一個反向力矩來

42、制動主軸電機的反向旋轉(zhuǎn)，使主軸電機的反轉(zhuǎn)速度很快降下來。當主軸電機反轉(zhuǎn)速度降到100r/min時，反轉(zhuǎn)時已閉合的X14觸點斷開，線圈M4失電、同時Y0線圈、Y3線圈也失電，他們的相應觸點恢復常態(tài)，及時切斷反接制動電源，主軸電機反轉(zhuǎn)停機而又防止了主軸電機正向起動，完成主軸電機反轉(zhuǎn)運行的反接制動過程。（4）主軸電機點動程序設計。如梯形圖所示，X3、M12為主軸電機點動控制，當按下SB4或觸摸觸摸屏上的“點動”，則對應的X3或M12閉合，接通Y0線圈，其常開觸點Y0閉合并接通Y3線圈，主軸電機正轉(zhuǎn)Y形點動，松開SB4或觸摸觸摸屏的手指離開“點動”，則Y0線圈、Y3線圈失電，相應觸點恢復常態(tài)，主軸電機

43、停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)主軸電機的正轉(zhuǎn)Y形點動。（5）冷卻泵電機控制程序設計。 如梯形圖所示，X4、M16為冷卻泵啟動控制，當按下SB5或觸摸觸摸屏上的“啟動”時，則對應的X4或M16閉合，接通Y4線圈，冷卻泵投入工作。當需要冷卻泵停止工作時，按下SB6或觸摸觸摸屏“停止”，則對應X5或M17失電，斷開Y4得電通路，Y4線圈失電，冷卻泵停止工作。（6）快進電機點動程序設計。如梯形圖所示，X10、M18為快進電機點動控制，當按下SB9或觸摸觸摸屏“點動”時，則對應的的X10或M18閉合，接通Y5線圈，快進電機點動，當復位SB9或手離開觸摸觸摸屏“點動”，Y5線圈失電斷開，快進電機實現(xiàn)點動。（7）HL照明設計。

44、如梯形圖所示，X6、M14為HL照明控制，當按下SB7或觸摸觸摸屏“照明”，則對應的X6或M14閉合，接通Y7線圈，HL投入車床照明。X7、M15為HL熄滅控制，當按下SB8或觸摸觸摸屏“熄滅”，則對應的X7或M15失電，斷開Y7得電通路，Y7線圈失電，HL熄滅。3.7 系統(tǒng)總程序（1）梯形圖。程序設計說明： 主軸電機正轉(zhuǎn)控制。如梯形圖第一邏輯行所示，X1、M10為主軸電機正轉(zhuǎn)啟動控制。當按下控制按鈕SB2或在觸摸屏觸摸“正轉(zhuǎn)”，則對應的X1或M10閉合，接通輔助繼電器M0的線圈并自鎖；其位于第五邏輯行的常開觸點M0閉合，接通Y0線圈（X11常開觸點在PLC通電后即為閉合狀態(tài)）；位于第七邏輯行

45、的常開觸點Y0閉合，接通Y3線圈。同時T0開始計時，5S后動作，T0線圈得電，位于第八邏輯行的常開觸點T0 閉合，接通Y2線圈并自鎖，至此完成主軸電機的Y/正轉(zhuǎn)啟動。在主軸電機完成Y/正轉(zhuǎn)啟動的同時T1開始計時，5S后動作，T1線圈得電，其常開觸點閉合并接通Y6線圈，電流表A開始監(jiān)測主軸電機的電流。在主軸電機正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達到120r/min時，第三邏輯行X13常開觸點閉合，為主軸電機正向旋轉(zhuǎn)反接制動做好準備。 主軸電機反轉(zhuǎn)控制。如梯形圖第二邏輯行所示，X2、M11為主軸電機反轉(zhuǎn)啟動控制，當按下控制按鈕SB3或在觸摸屏觸摸“反轉(zhuǎn)”，則對應的X2或M11閉合，接通輔助繼電器M1的線圈并自鎖；其位于第六

46、邏輯行的常開觸點M1閉合，接通Y1線圈（X11常開觸點在PLC通電后即為閉合狀態(tài)）；位于第七邏輯行的常開觸點Y1閉合，接通Y3線圈。同時T0開始計時，5S后動作，T0線圈得電，位于第八邏輯行的常開觸點T0 閉合，接通Y2線圈并自鎖，至此此完成主軸電機的Y/反轉(zhuǎn)啟動。在主軸電機完成Y/反轉(zhuǎn)啟動的同時T1開始計時，5S后動作，T1線圈得電，其常開觸點閉合并接通Y6線圈，電流表A開始監(jiān)測主軸電機的電流。在主軸電機反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達到120r/min時，第三邏輯行X14常開觸點閉合，為主軸電機反向旋轉(zhuǎn)反接制動做好準備。 主軸電機的正向點動控制。如梯形圖第五邏輯行所示，X3、M12為主軸點動控制，當按下SB4或

47、在觸摸屏上觸摸“點動”，則對應的X3或M12閉合，接通Y0線圈（X11常開觸點在PLC通電后即為閉合狀態(tài)），其位于第七邏輯行的常開觸點Y0閉合，接通Y3線圈 ，主軸電機正轉(zhuǎn)Y形點動，松開SB4或觸摸觸摸屏的手指離開“點動”，則Y0、Y3失電，主軸電機停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)點動。 主軸電機正轉(zhuǎn)停機反接制動控制。如梯形圖第三邏輯行所示，X0、M13為主軸停車制動控制（兼有冷卻泵、照明停止工作運行），主軸正轉(zhuǎn)運行時，當按下SB1或觸摸觸摸屏上的“總停”，則輔助繼電器M0線圈、Y0線圈、Y2線圈、T0線圈、T1線圈、Y6線圈失電，他們的相應觸點同時也恢復常態(tài)，切斷主軸電機正轉(zhuǎn)運行電源，主軸電機自然停機。與此同時，

48、第三邏輯行輔助繼電器M3線圈得電（X13已于正轉(zhuǎn)速度達到120r/min時閉合），其位于第六邏輯行的常開觸點M3閉合，接通Y1線圈（X11常開觸點在PLC通電后即為閉合狀態(tài)），其位于第七邏輯行的常開觸點Y1閉合，接通Y3線圈，則立即給主軸電機通入反轉(zhuǎn)Y形制動電源，使之產(chǎn)生一個反向力矩來制動主軸電機的正向旋轉(zhuǎn)，使主軸電機的正轉(zhuǎn)速度很快降下來。當主軸電機正轉(zhuǎn)速度降到100r/min時，正轉(zhuǎn)時已閉合的X13觸點斷開，線圈M3失電、同時Y1線圈、Y3線圈也失電，他們的相應觸點恢復常態(tài)，及時切斷反接制動電源，主軸電機正轉(zhuǎn)停機而又防止了主軸電機反向起動，完成來主軸電機正轉(zhuǎn)運行的反接制動過程。 主軸電機反轉(zhuǎn)

49、停機反接制動控制。如梯形圖第三邏輯行所示，X0、M13為主軸停車制動控制（兼有冷卻泵、照明停止工作運行），主軸反轉(zhuǎn)運行時，當按下SB1或觸摸觸摸屏上的“總?！保瑒t輔助繼電器M1線圈、Y1線圈、Y2線圈、T0線圈、T1線圈、Y6線圈失電，他們的相應觸點同時也恢復常態(tài)，切斷主軸電機反轉(zhuǎn)運行電源，主軸電機自然停機。與此同時，第三邏輯行輔助繼電器M4線圈得電（X14已于反轉(zhuǎn)速度達到120r/min時閉合），其位于第五邏輯行的常開觸點M4閉合，接通Y0線圈（X11常開觸點在PLC通電后即為閉合狀態(tài)），其位于第七邏輯行的常開觸點Y0閉合，接通Y3線圈，則立即給主軸電機通入正轉(zhuǎn)Y形制動電源，使之產(chǎn)生一個反向

50、力矩來制動主軸電機的反向旋轉(zhuǎn)，使主軸電機的反轉(zhuǎn)速度很快降下來。當主軸電機反轉(zhuǎn)速度降到100r/min時，反轉(zhuǎn)時已閉合的X14觸點斷開，線圈M4失電、同時Y0線圈、Y3線圈也失電，他們的相應觸點恢復常態(tài)，及時切斷反接制動電源，主軸電機反轉(zhuǎn)停機而又防止了主軸電機正向起動，完成來主軸電機反轉(zhuǎn)運行的反接制動過程。 冷卻泵電機控制。如梯形圖第十邏輯行所示，X4、M16為冷卻泵啟動控制、X5、M17、為冷卻泵的停止運行控制。當按下SB5或觸摸觸摸屏上的“啟動”，則對應的X4或M16閉合，接通Y4線圈（X12常開觸點在PLC通電后即為閉合狀態(tài)），冷卻泵投入工作。當需要冷卻泵停止工作時，按下SB6或觸摸觸摸屏

51、“停止”，則對應的X4或M16失電，斷開Y4得電通路，Y4線圈失電，冷卻泵停止工作。 快進電機點動控制。如梯形圖所示， X10、M18為快進電機點動控制，當按下SB9或觸摸觸摸屏“點動”時，則對應的的X10或M18閉合，接通Y5線圈，快進電機點動，當復位SB9或手離開觸摸觸摸屏“點動”，Y5線圈失電斷開，快進電機實現(xiàn)點動。照明控制。如梯形圖所示，X6、M14為HL照明控制，X7、M15為HL熄滅控制。當需要照明時，按下SB7或觸摸觸摸屏“照明”，則對應的X7或M14閉合并接通Y7線圈，HL開始車床照明。當不需要照明時，按下SB8或觸摸觸摸屏“熄滅”，則對應的X7或M15失電，斷開Y7得電通路，

52、Y7線圈失電，HL熄滅。（2） 指令表。0LDX126OUTM256LDT11ORM1027LDM057OUTY62ORM028ORX358LDX43ANIX229ORM1259ORM164ANIM230ORM460ORY45ANIM1131ANDX1161ANIX56OUTM032ANIY162ANDX127LDX233OUTY063ANIM28ORM1134LDM164ANIM179ORM135ORM365OUTY410ANIX136ANDX1166LDX1011ANIM237ANIY067ORM1812ANIM1038OUTY168OUTY513OUTM139LDY069LDX614LD X040ORY170ORM1415ORM1341MPS71ORY716ORM342ANIT072ANIX717OR M443ANIY273ANIM218MPS44OUTY374ANIM1519ANDX1345MPP75OUTY720OUTM3 46OUT