C650型臥式車床電氣PLC控制

1、攀枝花學院本科學生課程設計任務書題目C650型普通臥式車床電氣及 PLC控制1、課程設計 專業(yè)課; 機電控制系統(tǒng) 的設計能力， 踐能力。的目的程綜合訓練的目的是使學生通過對所學主要專業(yè)課的綜合應用，基本掌握一般 E設計的設計方法及步驟。綜合運用所學的基礎知識和技能，進一步提高學生 培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，提高控制系統(tǒng)分析設計的總體意識和項目實2、課程設計的內容和要求 包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）試C650型普通臥式車床電氣及 PLC控制。具體控制要求是：完成系統(tǒng)的軟、件設計。設計結束后提交：1.4000 字左右的課程設計論文； 2.電氣元件表；3.繪制的工作狀 態(tài)圖、控制原理圖 若

2、為PLC程序，繪制PLC的接線圖與梯形圖及程序。）； 4.有機械設 計的完成設計分析計算及 CAD制圖。3、主要參考文獻1 張建明等.機電一體化系統(tǒng)設計北京：高等教育出版社，2002年 .2 趙先仲.機電系統(tǒng)設計.北京：機械工業(yè)出版社，2004年.3 吳圣莊.金屬切削機床概論.北京：機械工業(yè)出版社，1993年.4、課程設計工作進度計劃內容學時明確對控制系統(tǒng)的要求，進行工作過程分析8初步確定控制系統(tǒng)的形式。進行控制系統(tǒng)輸入、輸出參數(shù)的確定與米用 的安全保護措施48確定控制系統(tǒng)方案，擬訂電氣控制圖16分析計算電氣參數(shù)并選擇適合的電器兀件8系統(tǒng)性能驗算4繪制所需的各類圖及編制技術文件20合計3周:旨

3、導教師 簽字日期年月日教研室意見： 年月日學生 簽字）： 接受任務時間：年月日目錄前言2C650型普通臥式車床電氣及PLC控制控設計任務書41 C650型普通臥式車床51.2 電氣原理圖說明 61.3 主軸電動機 M1 的各種控制流程圖 92 PLC 選擇和控制 112.1 PLC 的選擇 :112.2開關列表及所對應的 PLC接線圖122.3 PLC的程序設計13總結18、八 、-前言在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照 邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離 散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的?，F(xiàn) 在PLC來控制，它有以

4、下優(yōu)點：1. 實時性 因為控制器產品設計和開發(fā)是基于控制為前提，信號處理時間短，速度 快。基于信號處理和程序運行的速度，PLC經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián) 鎖保護。更能滿足各個領域大、中、小型工業(yè)控制項目。2. 高可靠性所有的 I/O 輸入輸出信號均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與控制器 內部電路之間電氣上隔離。各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms 各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。采用性能優(yōu)良的開關電源。 對采用的元器件進行嚴格的篩選。良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴大。大型控制器還可以采用由雙CPU

5、勾成冗余系統(tǒng)或有三CPU勾成表決系統(tǒng),以及實現(xiàn)電源模塊冗余、 IO 模塊冗余，使可靠性更進一步提高。3. 系統(tǒng)配置簡單靈活控制器 產品種類繁多，規(guī)模可分大、中、小等。I/O 卡件種類豐富，可根據(jù)自控項目實現(xiàn)功能要求不同，而進行不同的配 置。滿足控制項目需要前提下， I/O 卡件可靈活組合。4. 豐富的 I/O 卡件 控制器針對不同的工業(yè)自控項目的現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關量或 模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等 , 有相應的 I/O 模塊與工業(yè) 現(xiàn)場的器件或設備，如：按鈕、行程開關、接近開關、傳感器及變送器、電磁 線圈、控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人 -

6、機對話的接口模塊。 為了組成工業(yè)局 部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。5. 控制系統(tǒng)采用模塊化結構 為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型控制器以外，絕大多數(shù)控制器均采用模塊化結構?？刂破鞯母鱾€部件，包括 CPU電源，I/O等均采用模 塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的 需要自行組合。6. 價格優(yōu)勢 質優(yōu)價廉，性價比高。7. 安裝簡單，維修方便可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便 于用戶了解運行情況和查找故障。因為采用模塊化結構，因此一旦某模塊

7、發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方 法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。8. 控制器實現(xiàn)的功能邏輯控制定時控制計數(shù)控制順序控制PID控制數(shù)據(jù)計算 通訊和聯(lián)網(wǎng) 其它：還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模 塊，CRT模塊。車床是最常見的一種機床 ,它的主運動為主軸回轉運動 ,刀架的移動為進給 運動 ,車削加工一般不要求反轉 ,但加工螺紋時 ,為避免亂扣 ,需要反轉退刀 ,并保證 工件的轉速與刀具的移動速度之間具有嚴格的比例關系 ,溜板箱與主軸箱之間通 過齒輪傳動系統(tǒng)連接 ,C650臥式車床是其中較為常見的一種，其原控制電路為繼電器控制，接觸觸點多 故障多操作人員維修任務較大針對這種情

8、況，我們用PLC控制改造其繼電器控制 電路,克服了以上缺點 ,降低了設備故障率 ,提高了設備使用效率 ,運行效果良C650 型普通臥式車床電氣及 PLC 控制控設計任務書根據(jù)C650型普通臥式車床電氣原理圖，計算輸入、輸出接口數(shù)。完成系統(tǒng) 的軟、件設計、列出電氣元件表、繪制工作狀態(tài)圖及控制原理圖選擇 PLC類型 。再根據(jù)所選PLC類型的編程說明書連接線路和設計設計控制程序或梯形圖基本掌握一般機電控制系統(tǒng)設計的設計方法及步驟。綜合運用所學的基礎 知識和技能，進一步提高自己的設計能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，提高控 制系統(tǒng)分析設計的總體意識和項目實踐能力。1 C650 型普通臥式車床1.1 C65

9、0 型普通臥式車床接觸器繼電器控制電路的理圖5日L35LJsirKM4LIP11*K1E/21?7E3J?卜©熾13-川 KT KM4L_w146168：3LjF pLIL=；L?:h0X£E快速移 動電動 機（ML -I_|9o丁 KM3-4L31O O O O1113lLfKV31曾3二_3 : .331：冷卻泵 電動機FU1 主軸電動機L16K卜“4血F.M2圖1.1電源主軸電動冷卻泵快速移動主軸電動主軸電電流主軸 電動失壓冷卻 泵由快速移動開關機電動機電動機變壓器機正動機啟表保機反保護動機電動轉動護轉機1.2電氣原理圖說明：從上圖中可以看出，C650型普通臥式車床共

10、有三臺電動機。主軸電動機 M1 由接觸器KM3、KM4、KM控制：冷卻泵電動機M2由接觸器KM1控制；快速移 動電動機M3由接觸器KM2控制。其中主軸電動機M1可以正、反轉控制，也可 以點動控制，還可以雙向反接制動控制。（1）主電路組合開關QS將三相電源引入，F(xiàn)U1為主電動機M1的短路保護用熔斷器，KR1為 M1電動機過載保護用熱繼電器。R為限流電阻，防止在點動時連續(xù)的起動電流 造成電動機的過載。通過互感器TA接入電流表A以監(jiān)視主電動機繞組的電流。熔斷器FU2為M2、M3電動機的短路保護，接觸器 KM1、KM2為M2、M3電動機 起動用接觸器。KR2為M2電動機的過載保護，因快速電動機 M3短

11、時工作，所 以不設過載保護。（2）控制電路a主電動機的點動調整控制圖1 2為點動環(huán)節(jié)的控制電路圖。線路中 KM3為M1電動機的正轉接觸器，KM4為M1 電動機的反轉用接觸器，K為中間繼電器。M1電動機的點動由點動按鈕SB6控 制。按下SB6,接觸器KM3得電吸合，它的主觸點閉合，電動機的定子繞組經(jīng) 限流電阻R和電源接通，電動機在較低速度下起動。松開按鈕 SB6，KM3斷電， 電動機停止轉動。在點動過程中，中間繼電器 K線圈不通電，KM3線圈不會自 鎖。b、主電動機的正反轉控制電路1-2 C650臥式車床點動控制線路3為主電動機正反控制電路。主電動機正轉由正向起動按鈕f I j /鈕SB1時，接

12、觸器圖1SB1控制。按下按KM首先得電動作，它的主觸點閉合將限流電阻短接，接觸器 KM的輔助觸點閉合使中間繼電器_ 一接觸器 KM4得電吸合n剤4的動合觸點<15-21）K得血:它的輔助觸點<21-KM4 主觸制三相電源反接呷動1'和K的動合觸點<5-K巳23）閉合，使 機在滿民壓下反轉起動15）的閉合將K|M*線圈自鎖25）分別串在對方接觸器線圈的回路中，起到了電動機止轉與反轉的電氣 t / . tt” 。KM4的動斷觸點 <7-11）, KM3的'動斷觸點 <23-氣互鎖作用。Ml * VJ 圖占3 C650臥式車床反轉控制線路<3）主軸

13、電動機的反接制動控制卜C.650臥式車床采用了反接制動方式。當電動機的轉速接近到零時，用速 度繼電器的觸點給出信號切斷電動機的電源。圖 4是C650臥；式車床止轉、反轉與反我們知道1 接制動的控制線路。，速度繼電器與被控電動機是同軸連I/-1.：怦器的BV1閉合；電動機,點BV2閉合，當電動機正向旋轉時，接觸器.J1 VI Wl坳機止轉時，L 反轉時，速度繼電器的反轉動合觸 KM3和KM繼電器K都處于得電動作m狀態(tài)，速度繼電器的正轉動合觸點 BV1也是閉合的，這樣就為電動機正轉時的 反接制動做好了準備。需要停車時，按下停止按鈕 SB4,接觸器KM失電，其主 觸點斷開，電阻R串入主回路。與些同時

14、KM3也失電，斷開了電動機的電源， 同時K失電，K的動斷觸點閉合。這樣就使反轉接觸器 KM4的線圈也能過1-3-5- 17-23-25線路得電，電動機的電源反接，電機處于反接制動狀態(tài)。當電動機的轉速下 降到速度繼電器的復位轉速時，速度繼電器 BV的正轉動合觸點BV1斷開，切斷 了接觸器KM4的通電回路，電動機脫離電源停止。電動機反轉時的制支與正轉時的制動相似。當電動機反轉時，速度繼電器的反轉動合觸點BV2是閉合的，這時按下停止按鈕SB4,正轉接觸器線圈通 過1-3-5-17-7-11線路得電，正轉接觸器KM3吸合將電源反接使電動機停止。<4)US _ 刀架的快速 程開關st后 卻泵電動機

15、，3圖1-4 C650臥式車床正反與反接制動線路 刀架的快速移動和冷卻泵控制電移'動是由轉動動刀架手柄壓動行程開關 ST來實現(xiàn)的。當手柄壓動行 接孤器KM2得電吸合M3電動機轉動帶動刀架快速移動。豐起動與停止是通過M2為冷甬過銨鈕 SB3和 SB5控制的。瀘° 我班#主回路負載的電流表是通過電流互感器接入的。.為防止電動機起動 電流對電流表的 電，而Kt 的延時斷開的動斷觸點尚未動作，電流互感器二次側電流只流經(jīng)該觸 點構成閉合回路，此時電流流經(jīng)此外，監(jiān)視沖擊，線路中采用一個時間繼 一 T。當起動時,，電流表沒有電流流過。尤起動大小。丄 KM4 |電流表，反映出負載電流白TTK

16、T延時斷開的動斷觸點打開1.3主軸電動機M1的各種控制流程圖按正轉啟動按鈕SB1KM閉合 _ K閉合KT閉合 KM自鎖KT保持KM3閉合經(jīng)過一定時間動作，短接電流表觸點斷開主 軸 電 動 機M1正 “轉va）主軸電動機M1正轉控制流程圖按正轉啟動按鈕SB2KT保持KM4閉合KM自鎖經(jīng)過一定時間動作，短接電流表觸點斷開主軸電動機M1反轉<b）主軸電動機M1正轉控制流程圖按點動按鈕SB6 - KM3閉合 主軸電動機串電阻R降壓運行<c）主軸電動機M1點動控制流程圖M1達到120r/ m時電動機M1串電阻R反向運 轉M1 達至 到 100r/mW速度繼電器BV1觸點斷開. KM4釋放電動

17、機M1停轉KM3、KM、KT、K閉合，主軸電動機M1正轉向運轉速度繼電器BV1觸點閉合.按停止按鈕SB4KM3、KM、KT、K失電釋放 KM4閉合 M1達到120r/ m時<6主軸電動機M1正向運轉反向制動控制流 程圖KM4、KM、KT、K閉合，主軸電動機M1正轉向運轉速度繼電器BV1觸點閉合按停止按鈕SB4KM4、KM、KT、K失電釋放 . KM3閉合 速度繼電器BV2觸點斷開電動機M1串電阻R反向運M1達到100r/mW轉- KM3釋放-電動機M1停轉<6主軸電動機M1反向運轉正向制動控制流程圖圖1.3從圖1.1中還可以看出，冷卻泵電動機M2由接觸器KM1控制。當按下冷卻泵 電

18、動機M2的啟動按鈕SB3時，接觸器KM1閉合，冷卻泵電動機M2啟動運轉； 當按下冷卻泵電動機M2的停止按鈕SB5時，冷卻泵電動機M2就停止?？焖僖苿与妱訖CM3則由行程開關ST點動控制。2 PLC選擇和控制2.1 PLC的選擇:由圖1.1可以算出輸入點數(shù)為11,輸出點數(shù)為6。所以選擇PLC類型為S7- 200。關于S7-200的概述S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功 能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的

19、可靠性極豐富的指令集易于掌握便捷的操作豐富的內置集成功能實時特性強勁的通訊能力豐富的擴展模塊S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電 器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢 測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民 用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械 ，中央空調，電梯控制，運動系統(tǒng)。2.2開關列表及所對應的 PLC接線圖根據(jù)第一節(jié)的圖1.1可以列出輸入/輸出開關的列表如下所示:表2.2輸入信號輸出信號名稱代號輸入點 編號名稱代號輸出點 編號M1正轉啟動按鈕SB110

20、.0M1切除電阻R運行接觸 器KMQ0.1M1反轉啟動按鈕SB210.1M2運行接觸器KM1Q0.2M2啟動按鈕SB3I0.2M3運行接觸器KM2Q0.3總停止按鈕SB4I0.3M1正轉接觸器KM3Q0.4M2停止按鈕SB5I0.4M1反轉接觸器KM4Q0.5M1點動按鈕SB6I0.5電流表A短接中間繼電器KQ0.6M3點動位置開關STI0.6M1過載保護熱繼 電器KR1I0.7M2過載保護熱繼 電器KR2I1.0正轉制動速度繼電 器常開觸點BV111.1反轉制動速度繼電 器常開觸點BV211.2開關所對應的PLC接線圖:圖2.22.3 PLC 的程序設計由第一節(jié)的電氣控制原理圖及電氣原理說明

21、可以很清楚地理解其控制目的 ，所以根據(jù)第一節(jié)的電氣圖及PLC自身的特點，所以來設計PLC控制程序就比 較容易了。它主要是通過開關來控制主軸電動機的正反轉、冷卻泵電動機和快 速移動電動機。現(xiàn)由PLC來控制，其接線圖如圖2.2所示。 其梯形圖如下所示：0.010.110.30JQC.OKM通電-1M0.0H30.0T37IN TON+50 PTIOOhe通電延時定時器通電QQ.O通用繼電器K通電MC.1 通用繼電器陽0.1通電TM0.2通用繼電器hl .-.2通電MO.l IC-7 Q0.4 T T iKM通電 主軸電動機正轉啟動 主電動機反向制動點動MC.31。心Il.F*M0.2 IQ.7H

22、IHHT10.3HQ0.4T kIDEinQ )Q0.4 0.0KM通電 主軸電動機反轉啟動 主電動機正向制動Q0.110511.CUC.1KM通電快速移動 電動機啟動10.6H卜QC.2KM通電冷卻泵電 動機啟動T37H I-Q0,5KT通電主軸正常工 作電燈亮對應程序如下：LDI0.0ORI0.1ORM0.0ANDNI0.3ANDI0.7OUTQ0.0TONT37 , +50LDQ0.0OUTM0.0LDI0.0ORM0.1ANDNI0.3OUTM0.1LDI0.1ORM0.2ANDNI0.3OUTM0.2LDM0.0ANDM0.1LDI0.5ORLDLDI0.3ORQ0.3ANDI1.2

23、ORLDANDI0.7ANDNQ0.4OUTQ0.3LDM0.0ANDM0.2LDI0.3ORQ0.4ANDI1.1ORLDANDI0.7ANDNQ0.3OUTQ0.4LDI0.2ORQ0.1ANDNI0.5ANDI1.0OUTQ0.1LDI0.6OUTQ0.2LDT37OUTPLC程序設計說明：Q0.5<1）主軸電動機正轉控制：按下主軸電動機正轉啟動按鈕SB1，第1邏輯行中的10.1閉合，Q0.0接通并自鎖，T37接通并開始計時；第3邏輯行中的I0.0閉合，通用 繼電器M0.1接通。第2邏輯行中的Q0.0常閉觸點閉合，通用繼電器 M0.0接通， 第5邏輯行中的M0.0、M0.1常開觸點

24、閉合，Q0.3接通<因I0.7的常開觸點在PLC 通電后即為閉合狀態(tài)），主軸電動機正向啟動運轉。當主軸電動機正向旋轉速度達到120r/min時，第6邏輯行中的11.1常開觸點 閉合，為主軸電動機正向旋轉反向制動作好準備。T37計時經(jīng)過5s后動作，第9邏輯行中的T37常開觸點閉合，接通Q0.5，電流 表A開始監(jiān)測主軸電動機的電流。<2）主軸電動機反轉控制：按下主軸電動機正轉啟動按鈕SB2，第1邏輯行中的I0.1閉合，Q0.0接通并自鎖，T37接通并開始計時；第4邏輯行中的I0.1閉合 ，通用繼電器M0.2接通。第2邏輯行中的Q0.0常閉觸點閉合，通用繼電器 M0.0 接通，第6邏輯行

25、中的M0.0、M0.2常開觸點閉合，Q0.4接通，主軸電動機反向 啟動運轉。當主軸電動機反向旋轉速度達到120r/min時，第5邏輯行中的11.2常開觸點 閉合，為主軸電動機反向旋轉正向制動作好準備。T37計時經(jīng)過5s后動作，第9邏輯行中的T37常開觸點閉合，接通Q0.5，電流 表A開始監(jiān)測主軸電動機的電流。<3）主軸電動機點動控制：按下主軸電動機點動按鈕SB6,第5邏輯行中的10.5常開觸點閉合，Q0.3接通，主軸電動機串電阻R啟動運行。<4）主軸電動機正向啟動運行反向制動停止控制：當Q0.0、Q0.3、T37、Q0.5閉合，主軸電動機正向運轉時，按下停止按鈕 SB4,第1邏輯行中的I0.3常閉 觸點斷開，Q0.0、T37失電，第3邏輯行中的I0.3常閉觸點斷開，M0.1失電；而 第5邏輯行中的M0.1常開觸點復位斷開，Q0.3失電，主軸電動機停止正轉。同 時，第6邏輯行中的I0.3常開觸點閉合，Q0.4接通