PLC控制的C6502普通车床电气控制.docx

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PLC控制的C6502普通车床电气控制

淮阴工学院

课程设计

课程名称：

机电传动控制课程设计

题目：

PLC控制的C650-2普通车床电气控制

学院：

机械工程学院

专业班次：

机械电子2011级

姓名：

顾雷

指导教师：

路连

学期：

2013~2014学年第一学期

日期：

2013.12.27

第一章引言………………………………….…….……….……1

第二章系统方案设定…………..……………..………….……1

2.1C650-2型普通机床的结构……………………………………1

2.2C650-2型普通机床的运动形式………….…..………………1

2.3C650-2型普通机床的电气控制分析…………………………1

2.4C650-2型普通机床电气元件………………………………….5

2.5C650-2型普通机床电气控制原理图…………………..……..6

2.6C650-2型普通机床的控制要求……………………………….7

第三章PLC的改造…………...………………..…….………..…7

3.1PLC改造的特点....................................7

3.2PLC的选择……………………………………………….…7

3.3I/O地址的分配…………………………….…………..………8

第四章梯形图参考程序………………………………..…….…9

总结…………………………...…………………………..…...…..10

参考文献……………………………………………..……..……10

1引言

C650-2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。

2系统方案设定

2.1C650-2型普通机床的结构

它主要由床身、主轴、进给箱、溜板箱、刀架、丝杆、光杆、尾座等部分组成。

2.2运动形式

车床的切削运动包括工件旋转的主运动和刀具的直线进给运动。

根据工件的材质性质、车刀材料及几何形头、工件直径、加工方式及冷却条件的不同，要求主轴有不同的切削速度。

车床的进给运动是刀架带动刀具的直线运动。

溜板箱把丝杆或光杆的转动传递给刀架部分，变换溜板箱外的手柄位置，经刀架部分使车辆做纵横或横向进给。

车床的辅助运动为机床上除切削运动以外的其它一切必须运动，如尾架的纵向移动，工件的夹紧与放松等。

2.3C650-2型普通机床的电气控制分析

接线图主线路图

PLC输入、输出接线图

2.3.1主电路分析

图中QS1为电源开关。

FU1为主轴电动机M1的短路保护用熔断器，FR1为其过载保护用热继电器。

R为限流电阻，在主轴点动时，限制起动电流，在停车反接制动时，又起限制过大的反向制动电流的作用。

电流表A用来监视主电动机M1的绕组电流，由于实际机床M1功率很大，故A接入电流互感器TA回路。

机床工作时，可调整切削用量，是电流表A的电流接近主轴电动机M1额度电流的对应值（经TA后减少了的电流值），以便提高生产效率和充分利用电动机潜力。

KM1、KM2为正反转接触器，KM3为用于短接电阻R的接触器，由它们的主触点控制主轴电动机M1。

2.3.2控制电路分析

2.3.2.1主轴电动机的点动调整控制

当按下点动按钮SB2不松手时，接触器KM1线圈通电，KM1主触点闭合，电网电压经限流电阻R通入主电动机M1，从而减少了起动电流。

由于中间继电器KA未通电，故虽然KM1的辅助常开触点（5-8）已闭合，但不自锁，因而，当松开SB2后，KM1线圈随机断电，进而反接制动（详见下述）主轴电动机M1停转。

2.3.2.2主轴电动机的正反转控制

当按下正向起动按钮SB3时，KM3通电，其主触点闭合，短接限流电阻R，另有一个常开辅助触点KM3（3-13）闭合，使得KA通电吸合，KA（8-3）闭合，使得KM3在SB3松手后也保持通电，进而KA也保持通电。

另一方面，当SB3尚未松开时，由于KA的另一常开触点KM1（5-4）已闭合，故使得KM1通电，其主触点闭合，主电动机M1全压起动运行。

KM1的辅助常开触点KM1（5-8）也闭合。

这样，当松开SB3后，由于KA的二个常开触点KA（3-8）、KA（5-4）保持闭合，KM1（5-8）也闭合，故可形成自锁通路，从而KM1保持通电。

另外，在KM3得电同时，时间继电器KT通电吸合，其作用是使电流表避免起动电流的冲击（KT延时应稍长于M1的起动时间）。

图中SB4为反向起动按钮，反向起动过程同正向时类似，不再赘述。

2.3.2.3主轴电动机的反接制动

C650-2车床采用反接制动方式，用速度继电器Ks进行检测和制动。

点动、正转、反转停车时均有反接制动。

假设原来主轴电动机M1正运转着，则KS的正向常开触点KS（9-10）闭合，而反向常开触点KS（9-4）依然断开着。

当按下总停按钮SB1后，原来通电的KM1、KM3、KT和KA就随即断电，它们的所有触点均被释放而复位。

然而，当SB1松开后，M1由于惯性转速还很高，KS（9-10）仍闭合，所以反转接触器KM2立即通电吸合，电流通路是：

1→2→3→9→10→12→KM2线圈→7→0。

这样，主电动机M1就被串电阻反接制动，正向转速很快降下来，当降到很低时（n<100r/min），KS的正向常开触点KS（9-10）断开复位，从而切断了上述电流通路。

至此，正向反接制动就结束了。

点动时反接制动过程和反向时反接制动过程不再赘述。

2.3.2.4刀架的快速移动和冷却泵控制

转动刀架手柄，限位开关SQ被压动而闭合，使得快速移动接触器KM5通电，快速移动电动机M3就起动运转，而当刀架手柄复位时，M3随机停转。

冷却泵电动机M2的起停按钮分别为SB6和SB5。

2.3.3辅助电路分析

虽然电流表A接在电流互感器TA回路里，但主电动机M1起动时对它的冲击仍然很大。

为此，在线路中设置了时间继电器KT进行保护。

当主电动机正向或反向起动时，KT通电，延时时间尚未到时，A就被KT延时断开的常闭触点短路，延时时间到后，才有电流指示。

2.4C650-2型普通机床电气元件

符号

名称

型号

规格

件数

作用

FU1

FU2

FU3

FU4

SB1

SB2

SB3

SB4

SB5

SB6

FR1

FR2

KM1

KM2

KM3

KM4

KM5

主轴电动机

冷却泵电动机

快速移动电动机

电源引入隔离开关

熔断器

按钮

热继电器

限位开关

中间继电器

交流接触器

电流表

限流电阻

电流互感器

速度继电器

变压器

Y200L1-2

DB-25

JO2-21-4

H22-60/3

RL1-60

RL1-15

LA2

JR16-60/3

JR10-10

LX12

JZ7-44

CJ0-75A

交流60A

RT-0.125

LDZJ1-10

JY1

BZ-50

30KW56.6A

380V

0.12KW380V

1.1KW380V

60A

10A

60A

0.47A

110V

200Ω125W

100/5

110V2A

50VA110V/

36VA110V

主轴传动及进给动力

带动冷却泵供给冷却液

刀架快速移动

电源总开关

主轴电动机短路保护

M2短路保护

M3短路保护

照明电路控制电路短路保护

反接制动按钮

M1点动按钮

M1正转起动按钮

M1反转起动按钮

M2停止按钮

M2起动按钮

M1过载保护

M2过载保护

快速移动电动机起停

M1起动、停止、反接

限流电阻短接

M1正转

M1反转

M2起动、停止

M3起动、停止

M1负载监视

反接制动限流

M1反接制动速度检测

照明、控制低压电源

表1

C650-2型普通机床电气控制原理图

7.2C650-2型普通机床的控制要求

C650-2型普通车床是一种中型车床，除有主轴电动机M1和冷却泵电动机M2外，还设置了刀转来实现的，从而简化了机械结构。

1主轴的正反转不是通过机械方式来实现，而是通过电气方式，即主轴的电动机M1的正反转来实现的，从而简化了机械结构。

7主轴电动机的制动采用了电气反接制动形式，并且速度继电器进行控制，实现快速停车。

7为便于对到的操作，主轴设有电动控制。

7采用电流表来检测电动机负载情况。

5控制回路由于电器元件很多，故通过控制变压器TC同三相电网进行电隔离，提高了操作和维修时的安全性。

7PLC的改造

3.1PLC改造的特点

1抗干扰性强，可靠性高，环境适宜性好。

7编程方法简单易学。

7应用灵活，通用性好。

4完善监视和诊断功能。

3.2PLC的选择

PLC是控制系统的核心部件，正确的选择PLC对整个控制系统技术经济性指标起着重要的作用。

选型的基本原则是：

所选的PLC应能够满足控制系统的功能需要。

选型的基本内容应包括以下几个方面：

1PLC结构的选择在相同功能和相同I/O点数的情况下，整体式PLC比模块式PLC价格低。

7PLC输出方式的选择不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求。

继电器输出型的PLC可以带直流负载和交流负载；晶体管型与双向晶闸管型输出模块分别用于直流负载和交流负载。

7I/O响应时间的选择PLC的响应时间包括输入滤波时间、输出电路的延迟和扫描周期引起的时间延迟。

7联网通信的选择若PLC控制系统需要联入工厂自动化网络，则所选用的PLC需要有通信联网功能，即要求PLC应具有连接其它PLC、上位计算机及CRT等接口的能力。

5PLC电源的选择电源是PLC干扰引入的主要途径之一，因此应选择优质电源以助于提高PLC控制系统的可靠性。

一般可选用畸变较小的稳压器或带有隔离变压器的电源，使用直流电源时要选用桥式全波整流电源。

6I/O点数及I/O接口设备的选择

7存储容量的选择PLC程序存储器的容量通常以字或步为单位，用户程序存储器的容量可以作粗略的估算。

一般情况下用户程序所需的存储器容量可按照如下经验公式计算：

程序容量=K×总输入点数/总输出点数对于简单的控制系统，K=6；若为普通系统，K=8；若为较复杂系统，K=10；若为复杂系统，则K=12。

在选择内存容量时同样应留有裕量，一般是运行程序的25%。

不应单纯追求大容量，在大多数情况下，满足I/O点数的PLC，内存容量也

能满足。

车床电气控制系统所需的I/O点总数在256以下，属于小型机的范围.控制系统只需要逻辑运算等简单功能。

主要用来实现条件控制和顺序控制。

为实现C650-2车床上述的电气控制要求，所以PLC可以选择西门子公司的S7–200系列。

它的价格低，体积小，非常适用于单机自动化控制系统.该机床的输入信号是开关量信号，输出是负载三相交流电动机接触器等。

车床电气控制系统需要12个外部输入信号，9个输出信号，现选择西门子公司生产的S7–200系列的CPU224型PLC。

3.3I/O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12个,输出点为9个需进行控制，现将I/O地址分配如下图所示。

序号

功能

输入

序号

功能

输出

停止按钮SB1

I0.0

M1正转接触器KM1

Q0.0

M1点动按钮SB2

I0.1

M1反转接触器KM2

Q0.1

M1正转按钮SB3

I0.2

短接电阻接触器KM3

Q0.2

M1反转按钮SB4

I0.3

M2控制接触器KM4

Q0.3

M2停止按钮SB5

I0.4

M3控制接触器KM5

Q0.4

M2启动按钮SB6

I0.5

主轴正转HL2

Q0.5

速度继电器正转常开触点KSZ

I0.6

主轴反转HL3

Q0.6

速度继电器反转常开触点KSF

I0.7

冷却泵工作HL4

Q0.7

热保护FR1

I1.0

刀架快速移动工作HL5

Q1.0

热保护FR2

I1.1

热保护FR3

I1.2

M3启停SQ3

I1.3

表2

梯形图参考程序

总结

通过本次设计，使我们进一步巩固、深化和扩充专业课的基本理论和基本技能。

让我们充分理解PLC的作用及控制原理，掌握一般机床控制的设计方法用步骤运用所学的基础知识和技能，提高了我们的设计能力。

还让我们认识到了团队合作的力量。

参考文献

1.《电气控制与PLC应用技术》刘长青编科学出版社

2.《现代电气控制及PLC应用技术》第二版王永华著北京航空航天大学出版社

3.《PLC基础及应用》第二版廖常初著机械工业出版社

4.《PLC梯形图设计方法与应用实例》张浩风著机械工业出版社

5.《PLC编程实用指南》宋伯生著机械工业出版社

6.《电气控制设备》辽宁省农业工程学校主编中国农业出版社

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