C6140車床電氣控制改造PLC控制1

1、C6140 車床電氣PLC 控制系統(tǒng)皖 西 學 院課程設計報告書課程設計題目： 1皖西學院課程設計報告摘要數(shù)控技術水平的高低和數(shù)控設備擁有的多少已成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的 重要標志。數(shù)控機床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造中發(fā)揮著巨大的作用， 很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結構復雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質量，大幅度提高生產(chǎn)效率。但是，發(fā)展數(shù)控技術的最大障礙就是添置設備的初期投資大，這使許多中小型企業(yè)難以承受。如果淘汰大量的普通機床，而去購買昂貴的數(shù)控機床，勢必造成巨大的浪費。因此，普通機床的數(shù)控化改造大有可為。針對現(xiàn)有常規(guī) C6140 普遍車床的缺點提出數(shù)控

2、改裝方案和單片機系統(tǒng)設計，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說明了普通車床的數(shù)控化改造的設計過程，較詳盡地介紹了 C6140 機械改造部分的設計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設計。采用以 8031 為 CPU 的控制系統(tǒng)對信號進行處理，由 I/O 接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪傳動減速后，帶動滾動絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。通過對 C6140 普通車床的數(shù)控改造，使其加工精度明顯提高，定位準確可靠，操作方便，性能價格比高。這種方法對中小企業(yè)設備的數(shù)控改造有一定的借鑒與推廣作用。本次改造主要針對車床的主軸系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)、進給系統(tǒng)、反饋環(huán)節(jié)、電器控制柜及數(shù)控系統(tǒng)進行了改造，改造方法簡

3、單、改造操作步驟便于實施。而且掌握了一些CAM、CAD 等制圖軟件的應用和論文的撰2C6140 車床電氣PLC 控制系統(tǒng)目錄1 緒論31.1 設計目的及意義31.2C6140 的現(xiàn)狀32 C6140 車床電氣控制原理42.1 電氣控制原理42.2.2C6140 臥式車床的控制要求43 硬件選型53.1 電氣元件明細表53.1.1 電動機的選擇53.1.2 熱繼電器 FR1、FR253.1.3 熔斷器 FU1、FU2、FU3、FU453.1.4 接觸器 KM1,KM2 及 KM363.1.5 轉換開關 SA463.1.6 導線的選擇63.2 制定電器位置圖74 PLC 控制電路設計84.1 PL

4、C 基本原理及選用84.2 I/O 統(tǒng)計84.3 PLC 的 I/O 接線94.4 PLC 控制過程分析94.5 梯形圖程序105 系統(tǒng)調試116 總結13參考文獻14致謝153皖西學院課程設計報告1 緒論1.1 設計目的及意義20 世紀初，由于電動機的出現(xiàn)，使得機床的拖動發(fā)生了變革，用電動機代替蒸汽機，機床的電氣傳動隨電動機的發(fā)展而發(fā)展。電氣傳動的控制方式亦經(jīng)歷了一個從低級到高級的發(fā)展過程。最初采用手動控制。最早的自動控制是 20 世紀 20、30 年代出現(xiàn)的繼電接觸器控制，它可以實現(xiàn)對控制對象的起動、停車、凋速、自動循環(huán)以及保護等控制。它所使用的控制器件結構簡單、價廉、控制方式直觀、易掌握

5、、工作可靠、易維護，因此在機床控制卜得到長期、廣泛的應用。它的缺點是體積大、功耗大、控制速度慢、改變控制程序困難，由于是有觸點控制，在控制復雜時可靠性降低。為了解決復雜和程序可變控制對象的需要，在 20 世紀 60 年代出現(xiàn)了順序控制器。它是繼電器和半導體元件綜合應用的控制裝置，具有程序改變容易、通用性較強等優(yōu)點， 廣泛用于組合機床、自動線上。隨著計算技術的發(fā)展，又出現(xiàn)了以微型計算機為基礎的具有編程、存儲、邏輯控制及數(shù)字運算功能的可編程控制器 PLC【1】。1.2 C6140 的現(xiàn)狀C6140 是一種應用廣泛的金屬切削機床，目前采用傳統(tǒng)的繼電器控制的普通車床在中小型企業(yè)任大量使用。能夠車削外圓

6、、內圓、螺紋、螺桿等，它采用繼電器接觸器電路來實現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)。但由于大量的使用了繼電器與接觸器，再加上繼電器系統(tǒng)接線復雜，經(jīng)常造成接觸不良，而且原件老化快，設備故障頻繁，不便于維修， 故障診斷與排除困難，并存在：（1） 觸電容易被電弧燒壞而導致接觸不良（2） 機械方式實現(xiàn)的觸點控制反映速度慢（3） 繼電器的控制功能被固定在線路中，功能單一、靈活性差影響到實際的生產(chǎn)運用。因此當務之急就是對 ca6140 車床進行技術改造，以提高企業(yè)的設備利用率，提高產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量。4C6140 車床電氣PLC 控制系統(tǒng)2. CA6140 車床電氣控制原理2.1 電氣控制原理根據(jù)電氣傳動的要求，由接觸器 KM

7、1、KM2、KM3 分別控制電動機 M1、M2、M3， 具體電路圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 主控制電路設計C6140 型普通車床共有三臺電動機拖動。其中 M1 為主軸電動機，M2 為冷卻泵電動機，M3 為快速移動電動機。按鈕 SB_2 為主軸電動機 M1 的啟動按鈕，SB_1 為主抽電動機 M1 的停止按鈕，按鈕 SB_3 為快速移動電機 M3 的點動按鈕，手動開關 SA4 為冷卻泵電動機 M2 的啟動開關。2.2 C6140 臥式車床的控制要求主軸電動機 M1 的控制要求：按下啟動按鈕SB_2，接觸器KM 閉合，主軸電動機M1 啟動運轉；按下停止按鈕 SB_1，接觸器 KM 釋放，主軸

8、電動機 M1 停止運轉。冷卻泵電動機 M2 的控制要求：主軸電動機 M1 啟動后（也只有在主軸電動機啟動后），將手動開關 SA4 扳至閉合位置，中間繼電器 K1 閉合，冷卻泵電動機 M2 啟動運轉；將SA4 扳至斷開位置時，中間繼電器 K1 釋放，冷卻泵電動機 M2 停止運轉?？焖僖苿与妱訖C M3 的控制要求：按下點動按鈕SB_3，中間繼電器K2 通電閉合，快速移動電動機 M3 啟動運轉；松開點動按鈕 SB_3，中間繼電器 K2 斷電釋放，快速移5皖西學院課程設計報告動電動機 M3 停轉。當熱繼電器 KR1,KR2 任意一個常閉觸點斷開，接觸器KM、中間繼電器K1、K2 斷電， 電動機 M1,

9、M2,M3 停止運轉。所以此電路設計了短路和過載保護的功能。3. 硬件選型3.1 電氣元件明細表3.1.1 電動機的選擇M1 主軸電動機：Y 系列電動機具有體積小、重量輕、運行可靠，結構堅固，外形美觀等特點，起動性能好，具有效率高等特點，達到了節(jié)能效果。而且噪聲低、壽命長、經(jīng)久耐用。Y 系列電動機適用于空氣中不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的場所。Y132-4-B3 型號電動機功率為 7.5kW，頻率為 50Hz，轉速為 1450r/min，功率因素 COS為，0.85 效率為 87%，堵轉轉矩為 2.2n.m，最大轉矩為 2.3n.m，所以此類型電動機能符合電路配置，并能有效完成工作【3】。M2

10、冷卻泵電動機：AOB-25 機床冷卻泵是一種浸漬式的三相電泵，它由封閉式三相異步電動機與單極離心泵組合而成，具有安裝簡單方便.運行安全可靠.過負荷能力強.效率高.噪聲低等優(yōu)點，適合作為各種機床輸送冷卻液、潤滑液的動力。此電動機輸出功率為 90W，揚程為 4 米，流量為 25 升/分，出口管徑為 1/2 吋，能有效配合 M1 電動機使用。M3 快速移動電動機：AOS5634 功率為 250W，電壓為 380V，頻率為 50Hz，轉速為 1360 轉/分，E 級。3.1.2 熱繼電器 FR1、FR2主電動機 M1 額定電流 15.4A,KH1 應選用 JR16-20/3D 型熱繼電器，熱元件電流為

11、 20A 整定電流調節(jié)范圍較大，工作時將額定電流調到 15.4A.M2 的工作電流只有 0.32A，故選用 JR2-1 型熱繼電器，熱元件整定電流調節(jié)范圍較小，工作時調整在 0.32A。6C6140 車床電氣PLC 控制系統(tǒng)3.1.3 熔斷器 FU1、FU2、FU3FU 對整機進行短路保護的熔斷器，選用 BZ001 型熔斷器，配用 40A 熔斷體。FU1、FU2、FU3 均選用 BZ001 型熔斷器，分別配用 1A,4A,1A 的熔斷體。3.1.5 接觸器 KM1,KM2 及 KM3接觸器 KM1 根據(jù)主電動機的額定電流等于 15.4A，控制回路電源電壓 110V，需主觸點 3 對，動合輔助觸

12、頭2 對，根據(jù)以上情況，選用CJ0-20B 型交流接觸器，電磁線圈電壓為 110V.KM2,KM3 也采用同樣方式選取交流接觸器型號分為 JZ7-44,JZ4-44。3.1.7 轉換開關 SA4SA4 開關，鑰匙式，型號為 LAY3-Y/Z。3.1.8 導線的選擇在安裝電器配電設備中，經(jīng)常遇到導線選擇的問題，正確選擇導線是項十分重要的工作，如果導線的截面積選小了，電器負載大易造成電器火災的后果；如果導線的截面積選大了，造成成本高，材料浪費。導線的載流量與導線截面有關，也與導線的材料、型號、敷設方法以及環(huán)境溫度等有關，根據(jù)以下數(shù)據(jù)，主電路選擇 BVR-2.5mm2 銅芯導線，控制電路 BVR-1

13、mm2 銅芯導線。電氣元件明細表要注明各元器件的型號、規(guī)格及數(shù)量等，如表 3-1 所示。符號元件名稱表 3-1型號C6140 車床電氣元件表規(guī)格件數(shù)作用現(xiàn)狀M1主軸Y132M-47.5KW，15.4A，1工件的旋轉和刀具的進給已有電動機1450r/minM2冷卻泵AOB-2590W，0.32A，30001供給冷卻液已有電動機r/minM3快移電動機AOS5634250W，1.55A，1刀架的快速移動已有1360r/minKM1交流接觸器CJ0-20B線圈 110V17控制主軸電動機M1已有皖西學院課程設計報告KM2交流接觸器JZ7-44線圈 110V1控制冷卻泵電動機M2已有KM3交流接觸器J

14、Z4-44線圈 110V1快速移動電動機M3已有QF低壓斷路器DZ15L-40/3901380V 20A1漏電自動開關開關已有SB1按鈕LA219-11500V 5A1主軸啟動已有SB2按鈕LA -01JZ1主軸停止已有SB3按鈕LA9500V 5A1快速移動電動機M3 點動已有SA4鑰匙式開關LAY3-Y/Z1M3 開關已有FR1熱繼電器JR16-20/30（10-16）/15.4A1M1 過載保護已有FR2熱繼電器JR16-20/30（0.25-0.35）1M2 過載保護已有/0.32AFU1熔斷器BZ0011A3冷卻泵M2 的短路保護已有FU2熔斷器BZ0014A3快速電動機M3 短路保

15、護已有FU3熔斷器BZ0011A2變壓器的短路保護已有PLC軟件FX2NFX2N-48MR-0011實現(xiàn)控制購買3.2 制定 3.10 電器位置圖為了使我們能直觀地了解其電氣系統(tǒng)，便于維修，圖3-1 繪制了電器在 C6140 車床上的位置。其他電器，如熔斷器、變壓器、接觸器、繼電器等裝在電器箱內的控制面板上【5】。圖 3-1 CA6140 車床電器位置圖圖 3-1 CA6140 車床電器位置圖圖 3-1 CA6140 車床電器位置圖8C6140 車床電氣PLC 控制系統(tǒng)4 PLC 控制電路設計4.1 PLC 基本原理及選用PLC 是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC 運 行

16、時，CPU 根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC 的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。PLC 在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。 PLC 在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每

17、條指令，經(jīng)相應的運算和處理后，其結果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管） 輸出，驅動相應輸出設備工作。選用三菱 FX2N 系列即可滿足要求4.2 I/O 統(tǒng)計控制電路中，4 個輸入信號，3 個輸出信號。其輸入/輸出電器及 PLC 的 I/O 配置如表2-1 所示。表 4-1輸入/輸出電器及PLC 的I/O 配置符號輸入設備功能PLC 輸入繼電器符號輸出設備功能PLC 輸出繼電器SB1M1 停止按鈕X000KM1M1 接觸器Y00

18、0SB2M1 啟動按鈕X001KM2M2 接觸器Y001SB3M3 點動按鈕X002KM3M3 接觸器Y0029皖西學院課程設計報告SA4M2 轉換開關X0034.3 PLC 的 I/O 接線PLC 的控制電路的主電路，PLC 的 I/O 接線如下圖 2-4 所示，圖中輸入信號使用 PLC提供的內部直流電源 24V（DC）；負載使用的外部電源為交流 220V(AC)；PLC 的電源為交流 220V（AC）。圖 4-1 C6140 型車床的PLC 的 I/O 外接線圖4.4 PLC 控制過程分析通過 I/O 分配和 I/O 接線可知 PLC 的控制過程如下：（1）M1 主電機10C6140 車床

19、電氣PLC 控制系統(tǒng)KM1 常開輔助觸頭閉合，自鎖M1 啟動：按下 SB2KM1 線圈得電主觸頭閉合M1 通電啟動另一長開輔助觸頭閉合，為冷卻泵電動機工作作準備。常開輔助觸頭分斷，失去自鎖M1 停止：按下 SB2KM1 線圈失電主觸頭分斷，M1 斷電停止運轉另一常開輔助觸頭分斷， 冷卻泵不能工作（2）M2 冷卻泵電機M2 啟動：SA4 打到閉合KA 線圈得電KA1 常閉輔助出頭閉合KM2 線圈得電，實現(xiàn)冷卻電機的長動M2 工作M2 停止:SA4 打到斷開KA 線圈失電KA 常開輔助觸頭斷開KM2 線圈失電M2 停止（3）M3 進刀電機M3 啟動：按下 SB3KM3 線圈得電M3 點動工作M3

20、停止：松開 SB3KM3 線圈失電M3 停止工作4.5 梯形圖程序11皖西學院課程設計報告xoooYOOOX003YOOOM OMOYOO 1X00 2M lYOO2M 1圖 4-2 C6140 型車床的PLC 梯形圖5 系統(tǒng)調試12鄉(xiāng)-· 矗I I··C6140 車床電氣PLC 控制系統(tǒng)圖 5-2 C6140 車床調試圖13皖西學院課程設計報告6 總結為期兩周的課程設計就這樣結束了，在這兩周里我收獲了不少。本次課程設計主要有兩個項目：C6140 普通車床的電氣控制線路設計和其 PLC 控制過程設計。當然其中還學習了畫圖等一些與自己專業(yè)關聯(lián)的知識。我們組分工很明確

21、，查資料、確定設計方案、硬件選型、編程、畫圖、報告等都是很有序的完成的?？偟膩碚f我們組很好的完成了既定任務。每個人都很好的完成了自己的任務，還都不時去幫助組員弄清楚一些問題。課程設計讓我對 PLC 梯形圖、指令表、外部接線圖有了新的認識，也讓我更加懂得了關于 PLC 設計原理。很多設計理念來源于實際，從中找出最適合的設計方法。本次課程設計脫離不了集體的力量，遇到問題和同學互相討論交流，從而使問題變得容易解決。我們在做課程設計項目的過程中遇到的問題都是大家一起的討論和尋找解決方法，我們組員可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便最后設計和在一起。討論不僅是一些

22、思想的問題，還可以深入的討論一些技術上的問題，這樣可以使自己的處理問題要快一些，少走彎路。多改變自己設計的方法，在設計的過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題總的來說，我從本次課程設計中收獲了很多，彌補了很多我在學習 PLC 課程時不懂或是模糊的知識點。在今后的學習過程中，要更加努力的學習自己的專業(yè)知識，多多與同學和老師交流，相信不久的將來可以有點成績。參考文獻：1 熊幸明.電氣控制與 PLCM.北京：機械工業(yè)出版社，2011.2 徐德.孫同景.可編程控制器 PLC 應用技術M濟南：山東科學技術出版，2001. 3王海, 李洪奎, 劉曉. 基于 PLC 的多軸控制研究 J. 機械工程學報 , 2008, 6(4): 470-4724高勤、田培成編.可編程控制器原理及應用（三菱機型）M.電子工業(yè)出版社.2009 5廖常初.PLC 梯形圖的書許控制設計法與順序功能圖 J.電子技術雜志.2001.第11 期.14C6140 車床電氣PLC 控制系統(tǒng)致謝在這次課程設計的編寫過程中，我們得到了很多人的幫助。首先，我們要感謝翁老師在課程設計上給予我們的指導，提供