C6136B1 普通车床PLC电气改造.docx

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C6136B1普通车床PLC电气改造

开封高级技工学校

毕业设计（论文）

课题名称：

C6136B-1普通车床PLC电气改造

院（系）：

电气工程系

专业班级：

09自动化2班

*******

学号：

*****

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二○一三年5月5日

摘要:

可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起来的以微处理器为核心，集微电子技术、自动化技术、计算机技术通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。

它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。

据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。

专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。

由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富。

它的功能主要是：

控制功能、数据采集、储存与处理功能、通信、联网功能、输入/输出接口调理功能、人机界面功能。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。

本次设计的内容主要是利用PLC（ProgrammableLogicController）对C6136B-1型车床的电器部分进行改造。

首先我对本设计进行总体的分析，使自己有一个大致的总体概念，然后仔细分析C6136B-1车床，对车床主运动和进给运动还有其它的辅助运动，进行分析。

最后根据控制电路的线路图，编译PLC的梯形图，编译通过后，利用PLC实验台进行实验仿真。

因此使C6136B-1车床在完成原有的功能特点外，还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。

关键词：

可编程控制器车床梯形图电气控制系统

第一章C6136B-1车床所要改造的概述...........................4

1.1C6136B-1车床的简介...................................4

1.2C6136B-1车床的电路分析...............................6

1.3C6136B-1车床改造的意义...............................7

第二章硬件的概述与选择.....................................8

2.1可编程控制器（PLC）的简介.............................1

2.1.1可编程控制器的发展历史.........................1

2.1.2可编程控制器的特点.............................1

2.1.3可编程控制器的应用.............................2

2.1.4可编程控制器的发展前景.........................3

2.1.5PLC型号的选择.................................8

2.2电源开关的选择.......................................10

2.3交流接触器的选择.....................................11

2.4热继电器的选择.......................................11

2.5熔断器的选择.........................................12

第三章PLC的控制电路设计...................................13

3.1PLC的硬件电路框图...................................14

3.2车床控制PLC输入/输出接口分配表及电气原理图..........15

3.2.1车床控制PLC输入/输出接口分配表...............16

3.2.2PLC控制原理电路设计...........................17

3.3梯形图的设计.........................................18

毕业总结......................................................19

致谢词........................................................20

参考文献......................................................22

第一章C6136B-1车床所要改造的概述

1.1C6136B-1车床的简介

（1）C6136B-1型卧式车床，其结构具有典型的卧式车床布局，它的通用性程度高，加工范围广，适合于中小型的各种轴类和盘套类零件的加工；能车削内外圆柱面、圆锥面、各种环槽、成型面及端面；能车削常用的米制、英制、模数制及径节制四种标准螺纹，也可以车削加大螺距螺纹、非标准螺距及较精密的螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、滚花和压光等工作。

（2）C6136B-1型车床主要组成部件有：

主轴、滑板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。

图1-1C6136B-1型车床外观图

（3）车床对电力拖动的要求为：

主电动机M1（功率为30kw）,完成主轴主运动和刀具进给的驱动，电动机采用直接启动的方式，并且为连续工作状态。

电动机M2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用顺序启动停止的方式，并且为连续工作状态。

1.2C6136B-1车床控制线路分析

1、控制电路特点：

1）控制线路设有启动和停止按钮。

2）主电路、控制线路及照明线路的电源引入开关均为隔离开关。

3）由于电动机容量较小，所以两台电动机均采用直接启动控制线路。

4）M1、M2采用热继电器做过载保护。

5）由于加工时采用到冷却泵，所以M1、M2采用顺序启动。

6）控制线路采取了短路保护措施，以防止发生电源短路事故。

2、电气线路概述：

图1-2C6136B-1型车床电气原理图

1）主电路有两台三相异步交流电动机及其附属电路元件组成。

两台电动机均采用接触器直接启动。

2）M1是主电动机，功率为7.5kw,有交流接触器KM1控制其启动停止。

热继电器KF1是过载保护器，M2是冷却泵电动机，功率125w，由交流接触器KM2控制M2，热继电器KF2是过载保护电器。

3）主电路电源电压为交流380v，隔离开关QS作为电源引入开关。

短路保护器是FU1。

控制线路电源电压为交流110v，照明电压为36v，由控制变压器TC提供电源。

3、主电路分析：

如图所示的主电路有两台电动机，隔离开关QS将380v的三相电源引入。

主电路接线分两部分：

第一部分由交流接触器KM1控制电动机M1；第二部分由交流接触器KM2控制电动机M2。

为保证主电路正常运行，主电路中还设置了熔断器的短路保护环节和热继电器的过载保护环节。

4、控制电路分析：

（1）控制电路可分为主电动机M1、电动机M2的控制电路以及照明电路和控制电路工作指示灯的控制电路部分。

（2）有图可知，按下按钮SB2，接触器KM1线圈通电，KM1常开主触头闭合，电动机M1通电。

同时，并联在按钮SB2两端的常开辅助触头也闭合，当松开按钮SB2时由于常开辅助触头是闭合的，所以接触器KM1线圈继续保持通电状态，

从而电动机M1连续运转。

要使电动机M1停止运转，可按下停止按钮SB1，切断线圈KM1电源，常开主触头与辅助触头均断开，电动机M1及控制电路均断电，电动机停止运行。

（3）在电动机M1运行情况下，电动机M2的控制电路中的KM1辅助常开闭合，按下SB3接触器KM2线圈通电。

KM2常开主触头闭合，电动机M2通电。

同时，并联在按钮SB3两端的常开辅助触头也闭合，当松开按钮SB3时由于常开辅助触头是闭合的，所以接触器KM1线圈继续保持通电状态，从而电动机M2连续运转。

要使电动机M2停止运转，可按下停止按钮SB1，接触器主触头KM1、KM2均断开，电动机M1、M2都停止运行。

（4）在隔离开关QS合上后，控制电路指示灯HL被点亮，在隔离开关QS断开后，控制电路指示灯HL熄灭。

控制电路指示灯HL的状态受隔离开关QS的控制，与控制电路无关。

1.3C6136B-1车床改造的意义

（1）普通车床是应用非常广泛的金属切削工具，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍大量使用。

由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在：

①触点易被电弧烧坏而导致接触不良，②机械方式实现的触点控制反映速度慢，③继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差等缺点。

因而造成了这些企业的生产率低下，效益差，反过来这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床。

因此，当务之急就是对这些普通车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。

由于可编程控制器（PLC）具有：

①通用性、适应性强，②完善的故障自诊断能力且维修方便，③可靠性高及柔性强等优点，且小型PLC的价格目前亦很便宜，因此在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用。

（2）可编程序控制器（PLC）以其完善的功能，很强的通用性，体积少及高可靠性等特点在各工矿企业得到广泛的应用。

在工厂自动化系统中，PLC被广泛采用为核心的控制器件。

它既可组成功能齐全的自控系统控制整个工厂的运行，亦可单独使用作单机自动控制。

它还是继电器控制柜的理想替代物。

在生产工艺控制、

过程控制、机床控制、组合机床自动控制等场合，PLC占有举足轻重的地位。

特别是在数控机床及大量的机床改造和老设备改造中，PLC应用极其广泛。

（3）PLC是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制，被广泛应用于各个领域，因为它具有几个突出的特点：

可靠性高，抗干扰强；编程简单，易于掌握；功能完善，灵活方便；体积小，质量轻，功耗低。

第二章硬件的概述与选择

2.1可编程控制器（PLC）的简介

2.1.1可编程控制器的发展历史

可编程控制器（ProgrammableLogicController,简称PLC）是将传统的继电器控制技术、现代的微电子技术、计算机技术和通信技术融为一体的自动化控制设备。

20世纪80年代以来，随着大规模集成电路和微型计算机技术的发展，以16位和32位微处理器为核心的PLC得到了迅速发展，使PLC在设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。

不仅控制功能增强、功耗和体积减小、成本下降、可靠性提高、编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图像显示等技术的发展，PLC的应用领域不断扩大。

PLC已成为现代工业生产自动控制的一大支柱设备。

2.1.2可编程控制器的特点

（1）可靠性高，抗干扰能力强

PLC在设计与制造过程中，考虑了工业现场电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度变化等因素的影响，在设备硬件上采用了隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施，主要模块采用大规模或超大规模集成电路，I/O电路设计有完善的通道保护和信号调理电路；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施，所有这些使PLC具备了很强的抗干扰能力。

特别是大量的开关动作由无触点的电子存储器完成，大部分继电器和繁杂的硬件接线被软件程序所取代，故其可靠性大大提高。

PLC一般平均无故障时间可达几十万至上千万小时，组成系统时亦可达4万～5万小时甚至更长，这是一般微型计算机不能比拟的。

（2）通用性强，使用方便

PLC具有功能齐备的各种硬件配置，可以组成能满足各种控制要求的控制系统。

用户硬件确定之后，若生产工艺流程改变或生产设备更新，也不必改变PLC

的硬件设备，只需改编程序就可以满足控制要求。

（3）功能强，适应面广

现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能，既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

（4）编程简单，容易掌握

PLC程序的编制，一般都采用继电控制形式的梯形图编程语言。

梯形图编程语言既继承了传统控制线路的形象直观，又兼顾大多数企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。

（5）体积小、重量轻、功耗低

PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，体积小，重量轻，功耗低。

2.1.3可编程控制器的应用

随着PLC功能的不断完善，性价比的不断提高，其应用面也越来越广。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、2轻纺、交通运输、环保和文化娱乐等各个行业。

（1）开关量逻辑控制

PLC取代传统的继电气控制电路构成的逻辑控制、顺序控制系统是最PLC基本的应用，既可用于单机控制，又可用于多机群控及自动化流水线控制，如组合机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、包装生产线、电镀流水线及电梯控制等。

（2）运动控制

较高档次的PLC都有位置控制模块，用于控制步进电动机或伺服电动机，实现对各种机械的位置和运动控制。

（3）闭环过程控制

PLC具有A/D和D/A转换功能或模块，能完成对温度、压力、速度和流量等模拟量的调节与控制。

现代大中型PLC一般都配备了PID（ProportionalIntegral

Derivative）控制模块，可实现闭环过程控制。

当控制过程中某个变量出现偏差时，

PLC能按照PID算法计算出正确的输出去控制生产过程，把变量保持在设定值上。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

（4）数据处理

现代的PLC不仅能进行算术运算、数据传送、排序、查表等，而且还能进行数据比较、数据转换、数据通信、数据显示和打印等，它具有很强的数据处理能力。

（5）通信及联网

近几年，随着计算机控制技术的发展，为了适应工厂自动化（FA）网络系统及集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）发展的需要，较高档次的PLC都具有通信联网功能，既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与PLC、PLC与计算机之间的通信，构成多级分布式控制系统。

2.1.4可编程控制器的发展前景

PLC经过30多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。

目前，世界上有200多个厂家生产PLC，其中较为著名的有美国AB通用电气公司、莫迪康公司；日本三菱、富士、欧姆龙、松下电工等公司；德国西门子公司；法国施耐德公司；韩国三星、LG公司等。

世界PLC总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种也不断翻新。

21世纪，PLC将会有更大的发展。

在技术上，计算机技术的新成果会更多地应用于PLC的设计与制造，会有运算速度更快、存储容量更大、组网能力更强的品种出现；在产品的规模上，会进一步向超小型和超大型方向发展；在产品的配套性上，新器件、新模块将不断推出，产品的品种会更丰富，规格更齐全；在市场上，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面；在编程上，会出现国际通用的编程语言；在应用上，随着总线技术及计算机网络的进一步发展，PLC将与

计算机组网构成大型的分布式控制系统，并在工控领域发挥越来越大的作用。

随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。

不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，使用的场合也各有侧重。

因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。

PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信连网能力等方面加以综合考虑。

2.1.5PLC型号的选择

PLC机型选择的基本原则应是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。

选择时主要考虑以下几点。

（1）合理的结构形式

PLC主要有整体式和模块式两种结构形式。

整体式PLC的每个I/O的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，I/O点数量、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面，选择余地较大。

维修时只要更换模块，判断故障的范围也很方便。

因此，模块式PLC一般适用于较复杂系统和环境差（维修量大）的场合。

（2）安装方式的选择

安装方式有集中式、远程I/O式及多台PLC联网的分布式。

集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低。

大型系统经常采用远程I/O式，因为它们的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在I/O装置附近，I/O连线比集中式的短，但需要增设驱动器和I/O电源。

多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通信模块。

（3）相应的功能要求

对于开关量控制的工程项目，对其控制速度无需考虑，一般的小型（低档）机就能满足要求。

对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A单元、具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。

对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。

但是中、高档PLC价格较贵，一般大型机主要用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。

（4）响应速度的要求

PLC的扫描工作方式引起的延迟可达2~3个扫描周期。

对于大多数应用场合来说，PLC的响应速度都可以满足要求，不是主要问题。

然而对于某些个别场合，则要求考虑PLC的响应速度。

为了减少PLC的I/O响应的延迟时间，可以选用扫描速度高的PLC，或选用具有高速I/O处理功能指令的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。

（5）系统可靠性的要求

对于一般系统PLC的可靠性均能满足。

对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。

（6）机型尽量统一

因为同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配置上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。

图2-1三菱系列型号

在此次课程设计中我选用的是FX2N-48MR，因为它的编程相对简单易懂，是理想的可编程控制器。

而在设计中的I/O点数在4以下，则用的是微型PLC。

其基本单元中的输入点按照X000—X007、X010—X017…这样的八进制进行编号，而输出点按照YOOO—Y007、Y010—Y017…这样的八进制进行编号，内部继电器可多次使用，定时器将1ms、10ms、100ms等脉冲进行加法计数，计数器可进行向上向下计数。

车床是最常见的一种机床，它的主运动为主轴回转运动，刀架的移动为进给运动，车削加工一般不要求反转，但加工螺纹时，为避免乱扣，需要反转退刀，并保证工件的转速与刀具的移动速度之间具有严格的比例关系，溜板箱与主轴箱之间通过齿轮传动系统连接，C6136B-1卧式车床是其中较为常见的一种，其原控制电路为继电器控制，接触触点多，故障多，操作人员维修任务较大。

针对这种情况，我们用PLC控制改造其继电器控制电路，克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率,运行效果良好。

图2-2FX2n-48MR型PLC

2.2电源开关的选择

用于照明或电热电路，转换开关的额定电流应等于或大于被控制电路中各负载电流的总和。

用于电动机电路，组合开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.5--2.5倍。

电源开关QS主要用于M1、M2、电动机提供电源，而在控制变压器的二次侧的电器在变压器的一次侧产生的电流不大，因此QS的选择主要考虑M1、M2、电动机的额定电流和启动电流。

由于功率最大的主轴电动机M1电动机为轻载起动，并且M2电动机为长短时间工作，因而电源开关的额定电流应选择在稍大的。

2.3交流接触器的选择

我国生产的交流接触器常用的有CJ10、CJ12、CJX1、CJ20、CJT1等系列。

而这次我选用了CJT1-10交流接触器。

CJT1系列交流接触器，主要用于交流50Hz或60Hz，额定工作电压至380V，电流至150A的电力线路中，作为远距离接通以及分断线路之用，并可以与适当的热继电器或电子式保护装置组合成电动机起动器，以便保护可能发生过载的电路。

使用环境与使用条件为：

（1）安装地点的海拔不超过2000m。

（2）周围空气温度：

-5°C～+40°C，24小时的平均值不超过+35°C。

（3）大气相对湿度在周围空气温度为+40°C时不超过50%，在较低的温度下可允许有较高相对湿度。

（4）安装类别为：

Ⅲ类。

（5）污染等级：

3级。

（6）安装面与垂直面倾斜度不大于±5°。

（7）产品应安装和使用在无显著摇动、冲击和振动的地方。

结构特点：

接触器的结构及安装尺寸与CJ10相同。

灭弧罩由耐弧塑料弧罩和铁栅片组成，CJT1-60、100、150的底座用增强塑料制成。

图2-3CJT1-10交流接触器

2.4热继电器的选择

热继电器只能作为电动机的过载保护，不能作为短路保护，常与接触器和熔断器组合使用。

一般情况下，可选用两相结构的热继电器，当电网电压对称性差，工作环境差或很少有人看管的电动设备，应选用三相结构的热继电器，对于三角形连接的电动机，应选用带继电保护的热继电器。

热继电器的整定电流等于电动机的额定电流。

热继电器热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。

热继电器常用的型号有NR2、NR3、JRXX等系列。

在这次设计中我选用了JR36-20系列的热继电器.

JR36-20热继电器适用范围：

交流50Hz/60Hz，电压至690V，电流0.25-22A的长期工作或间断长期工作的交流电动机的过载与断相保护。

JR36-20热继电器具有断相保护、温度补偿、自动与手动复位、产品性能稳定可靠。

JR36-20热继电器符合：

GB14048.4、GB14048.5、IEC60947-4-1等标准。

JR36-20热继电器只有独立安装方式。

JR36-20热继电器产品可与CJT1接触器组成QC12型的电磁起动器。

JR36-20热继电器工作条件:

（1）海拔高度：

不超过2000m。

（2）周围空气温度为-5℃～40℃，24小时内的平均温度不超过35℃。

（3）大气条件：

在40℃时大气相对湿度不超过50%，在较低温度下可以有较高的相对湿度，最湿月的月平均最低温度不超过25℃，该月的月平均最大相对湿度不超过90%，并考虑因温度变化发生在产品的凝露。

（4）污染等级为3级

（5）安装面与垂直面的倾斜不超过±5°。

（6）地无爆炸危险介质中，且介质中无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电尘埃存在的地方。

（7）在有防雨雪设备及没有水蒸气的地方。

（8）在无显著摇动、冲击和振动的地方。

JR36-20热继电器结构特点：

（1）该系列热继电器为三相双金属片式，脱扣级别为10A。

具有差动式的断相保护。

（2）具有整定电流连续可调装置。

（3）具有温度补偿。

（4）具有动作指示。

（5）具有动作灵活性检测机构。

（6）具有检测按钮，能手动断开