课程设计（论文）C650普通车床PLC控制系统设计

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1、1目目 录录第第 1 1 章章 引引 言言11第第 2 章章 系统总体方案设计系统总体方案设计 22.1 C650 卧式车床控制要求2.2 C650 卧式车床控制原理分析2.2.1 主电路分析2.2.2 控制电路分析第第 3 章章 PLC 控制系统的设计控制系统的设计3.1 PLC 的选型3.2 I/O 地址的分配3.3 I/O 接线图第第 4 章章 系统软件设计系统软件设计4.1 控制系统的梯形图程序设计结论结论设计总结设计总结谢辞谢辞附录附录参考文献参考文献 2内容摘要内容摘要本次设计介绍了 C650 卧式车床电气控制系统的工作原理及其运动形式，编写了 PLC 控制梯形图程序和指令表程序。

2、利用 PLC 控制系统，实现了车床启动、正转反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵在作等一些列功能，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，节省大量的继电器元件,机床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。关键词：卧式车床；PLC 控制 3第第 1 章章 引言引言本设计采用可编程控制器代替继电器对机床进行控制，因为可编程控制器组成的控制系统在设计、安装、调试和维修等方面，不仅减少了工作量，而且减少了开支，缩减了成本，效益更高。通过使用 PLC 改造该机床电气系统后，去掉了原机床的中间继电器，时间继电器等等，使线路简化,维修方便。同时要达到的要求有： （1）车

3、床正反向工作及反接制动；（2）主电动机点动；（3）刀架快速移动及冷却泵工作；（4）对主电动机进行电流监控；设计 PLC 控制系统首先要对控制要求进行分析，选择最佳的系统方案，然后对系统硬件设计进行选择，比如：交流接触器；中间继电器；保护电器等。最关键的是选择合适的 PLC，对 I/O 地址分配，再进行梯形图设计。4第第2章章 系统总体方案设计系统总体方案设计2.1 C650C650 卧式车床控制要求卧式车床控制要求轴与进给电动机M1、冷却泵电动机M2和溜板箱快速移动电动机M3。从车削加工工艺出发,对各台电动机的控制要求如下： (1)主轴与进给电动机M1,允许在空载下直接起动。其要求能实现正、反

4、转,从而经主轴变速箱实现主轴的正、反转,或通过挂轮箱传给溜板箱来拖动刀架以实现刀架的横向左、右移动。为便于进行车削加工前的对刀,则要求主轴拖动工件作调整点动,所以要求主轴与进给电动机能实现单方向旋转的低速点动控制。主电动机停车时,由于加工工件转动惯量较大,需采用反接制动。(2)冷却泵电动机M2,用于在车削加工时,供出冷却液,对工件与刀具进行冷却。2.2 C650C650 卧式车床控制原理分析卧式车床控制原理分析2.2.12.2.1 主电路分析主电路分析 从附录中可以看出，断路器 QF 将三相电源引入，FU1 为主电动机 M1 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

5、止在连续点动时的启动电流造成电动机过载，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 QA4、QA5 为 M2、M3 电动机起动用接触器。BB2 为 M2 电动机的过载保护，因快速电动机 M3 短时工作，所以不设过载保护。2.2.22.2.2 控制电路分析控制电路分析(1)主电动机的点动调整控制电路中 QA1 为 M1 电动机的正转接触器，QA3 为 M1 电动机的长动接触器，KA1为中间继电器。M1 电动机的点动由点动按钮 SF4 控制。按下按钮 SF6，接触器KM3 得电吸合，他的主触点闭合，

6、电动机的定子绕组限流电阻 R 与电源接通，电动机在较低速下起动。(2)主电动机的正反转控制电路主电动机的正转由正向起动按钮 SF1 控制。按下按钮 SF1 时，接触器 KM 首先得电动作，他的主触点闭合将限流电阻短接，接触器 QA 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 QA3 得电吸合。KM3 的主触点将三5相电源接通，电动机在额定电压下正转起动。QA3 的动合辅助触点和 QA 的动合触点的闭合将 QA 3 线圈自锁。反转起动时用反向起动按钮 SF2，按下 SF2，同样是接触器 QA 得电，然后接通接触器 QA4 和中间继电器 KA，于是电动机在满压下反转起动。Q

7、A3 的动断辅助触点和 QA4 的动断辅助触点分别串在对方接触器线圈的回路中，起到电动机正传和反转的电气互锁作用。(3)主轴电动机的反接制动控制当速度接近于零时，用速度继电器的触点给出信号切断电动机电源。速度继电器与被控电动机是同轴相连的，当电动机正转时，速度继电器的正转常开触点 KS1 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 QA3 和 QA，继电器 KA 都处于得电动作状态，速度继电器的正转动合触点 KS1 也是闭合的，这样就为电动机正传时的反接制动做好了准备。需要停车时，按下停止按钮 SB4 接触器 QA 失电，其主触点断开，电阻 R串入主

8、回路，与此同时 QA3 也失电，断开了电动机电源，同时 KA 失电，KA 的动断触点闭合。在松开 SB4 后就使反转接触器 QA4 的线圈得电，电动机的电源反接，电动机处于反接制动状态。当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器 KS 的正转动合触点 KS1 断开，切断了接触器 QA4 的通电回路，电动机脱离电源停止。电动机反转时的制动与正转时的制动相似。当电动机反转时，速度继电器的反转动合触点 KS2 是闭合的，这时按一下停止按钮 SF3，在 SF3 松开后正转接触器线圈得电，正转接触器 QA3 吸合将电源反接使电动机制动后停止。(4)刀架的快速移动和冷却泵控制刀架的快速移动是由

9、转动刀架 SF6 来实现的。接触器 QA4 得电吸合，M3 电动机带动刀架快速移动。如果车削加工需要冷却液时按下 SF5，冷却泵电动机M2 动作，QA4 线圈得电，冷却泵电动机 M2 工作，需要停止开关 SF5 即可。6第第 3 章章 PLC 控制系统的设计控制系统的设计3.1 PLC 的选型的选型车床电气控制系统需要 11 个外部输入信号，6 个输出信号。PLC 所具有的输入点和输出点一般要比所需冗余 30 % ，以便于系统的完善和今后的扩展预留。所以本系统所需的输入点为 14 个,输出点为 7 个。现选择西门子公司生产的 S7 - 200 系列的 CPU224 型 PLC ，24V 直流

10、14 点输入。3.2 I/O 地址的分配地址的分配根据该系统的控制要求，输入输出设备，确定了 I/O 点数。根据需要控制的开关、设备大约输入点为 11 个,输出点为 6 个需进行控制，现将 I/O 地址分配如附录所示。3.3 I/O 接线图接线图根据 PLC I/O 端子的分配，画出了 C650 卧式车床 PLC 控制系统 I/O 接线图如附录所示7第第 4 章章 系统软件设计系统软件设计4.1 控制系统的梯形图程序设计控制系统的梯形图程序设计 车床正反向工作及反接制动过程该控制程序步骤为：按下 SF1，M0.1 导通，Q0.2 动作，QA3 吸合短接电阻R，同时 M0.1 动作，Q0.0 动

11、作，QA 1 吸合，主电动机 M1 正转起动运行，开始车削加工。要停车时，按下 SF3，Q0.0、Q0.2 释放，松开 SF3，Q0.1 动作，QA2吸合，主电动机 M1 串电阻反接制动，当速度接近于零时，速度继电器正转常开触头 KS1 断开，QA2 释放电动机 M1 停转。反向工作过程与正向相同。主电动机点动过程按下 SF5，Q0.3 动作，使 QA 1 吸合，M1 串电阻限流点动，松开 SF5，Q0.3断开，M1 停转，实现点动控制。 刀架快速移动及冷却泵工作过程该控制程序步骤为：刀架快速移动过程为按下开关 SF6，Q0.5 动作，QA5 吸合，M3 起动运行 。 冷却泵工作过程为按下开关

12、 SF5，Q0.4 动作 QA 4 线圈得电，冷却泵电动机 M2 工作，停止时按下 SF5 即可。梯形图程序见附录8结论结论本设计具有性能可靠，外围电路简单等优点，设计思路清晰，程序简单明了。C650 车床控制系统利用了西门子 STC-200 系列 PLC 的特点，对按扭、开关等其他一些输入/输出点进行控制，实现了车床过程的自动化。此外 PLC 可以重复使用，降低了测试经费。它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。PLC 又设有串行接口，方便地与计算机进行连接，组成测控系统，给系统的维护和使用带来了很大方便。9设计总结设计总结本设计采用可编程控制器代替继电器对机床进行控

13、制，因为可编程控制器组成的控制系统在设计、安装、调试和维修等方面，不仅减少了工作量，而且减少了开支，缩减了成本，效益更高。通过使用 PLC 改造该机床电气系统后，去掉了原机床的中间继电器，时间继电器等等，使线路简化,维修方便。同时，由于 PLC 的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。设计者可在规格繁多、品种齐全的系列可编程控制产品中，精选所需类型，使 PLC 具有较高的性能价格比。针对这点本设计尽量节省可编程控制器的端点，从而提高了性价比，节省了不必要的开支。通过本次设计，使我进一步巩固、深化和扩充专业课的基本理论

14、和基本技能。达到了培养我独立思考、分析和解决实际问题的能力。培养了我综合应用专业知识和实际查阅相关实际资料的能力。10谢谢 辞辞在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢学校给了我这次课程设计的机会，感谢薛老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在

15、设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。11参考文献参考文献1 罗宇航.流行 PLC 实用程序及设计.西安：西安科技大学出版社,2006.122 林春方.可编程控制器及其应用.上海：上海交通大学出版社,2003.63 廖常初.PLC 编程及应用(第 2 版).北京：机械工业出版社,2007.9 4 曹辉.可编程序控制器系统原理及应用.北京：电子工业出版社,20035 机床电路图大全编写组.机床电路图大全（上册）.北京：机械工业出版社,1993.46 齐占庆.机床电气自动控制.北京：机械工业出版社，1987.87 黎亚元.机床电气自动控制.重庆：重庆大学出版社，1994.108 王士兰.PLC 技术

16、及运用.北京：机械工业出版社，2000.89 方宗达.电气控制与 PLC 运用.北京：机械工业出版社，1996.1010夏国伟.机床电气与维修.西安：陕西科学技术出版社，1980.611邓星钟.机电传动控制.武汉：华中科技大学出版社，2001.312路林吉.江龙康等.可编程序控制器原理及应用.北京：清华大学出版社,200212附录附录 PLC 控制系统控制系统 I/O 分配表分配表输入信号PLC 地址输出信号PLC 地址主轴电动机 MA1 的正转按钮 SF1I0.0主电动机 M1 正转 KM1Q0.0主轴电动机 MA1 的反转按钮 SF2I0.1主电动机 M1 反转 KM2Q0.1主轴停止按钮

17、 SF3I0.2短接制动电阻 KM3Q0.2主轴电动机 MA1 的点动按钮 SF4I0.3主电动机 M1 点动Q0.3速度继电器正转常开触头 KS1I0.4冷却泵电动机 M2 起、停KM4Q0.4速度继电器正转常开触头 KS2I0.5快速电动机 M3 起、停 KM5Q0.5冷却泵电动机 MA2 起动、停止开关 SF5I0.6快速电动机 MA3 起动按钮 SF6I0.7热继电器 BB1I1.0热继电器 BB2I1.1过流继电器 KFI1.213 附录附录 主要电气元件表主要电气元件表代 号名 称型 号 及 规 格用 途数量MA1三相交流异步电动机JO3-802-6 0.75KW 380V 905

18、r/min主电动机1MA2三相交流异步电动机JO3-802-6 0.75KW 380V 905r/min冷却泵电动机1MA3三相交流异步电动机JO3-802-6 0.75KW 380V 905r/min快速移动电动机1FA1熔断器RL1-15 15A主电动机过载保护1FA2熔断器RL1-15 15AM2、M3 短路保护1QA1交流接触器CJ10-40A 线圈电压 220VM1 正转接触器1QA2交流接触器CJ10-40A 线圈电压 220VM1 反转接触器1QA3交流接触器CJ10-40A 线圈电压 220V 短接制动按钮1QA4交流接触器CJ10-75A 线圈电压 220V控制 M21QA5

19、交流接触器CJ10-40A 线圈电压 220V控制 M31QA6交流接触器CJ10-40A 线圈电压 220VM1 点动接触器1BB1热继电器JR10-60 52.5AM1 过载保护1BB2热继电器JR10-10 *14 7.20AM2 过载保护1SF1按钮黑色M1 正转1SF2按钮黑色M1 反转1SF3按钮黑色M1 停止1SF4按钮黑色M1 点动1SF5开关黑色M2 起动停止1SF6按钮黑色快速移动电机1KS1速度继电器LA2 红色反接制动1KS2速度继电器LA19-11J 红色反接制动1TA电流互感器LQG-0.5 100/5A-1KA中间继电器1A欠电流保护1KF过流继电器 过电流保护1 14附录附录 IIIIII 梯形图及语句表梯形图及语句表151617