C650卧式车床改造实施方案Word下载.docx
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Y2-631-2
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二、改造要求
用PLC200改造原有的继电器——接触器控制系统，改造要求如下：
1）原车床的工艺加工方法不变。
2）不改变原控制系统电气操作方法和按钮、手柄等操作元件的功能。
3）改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现。
4）有完善的限位保护、电动机过流保护等保护功能。
5）原有控制功能不变的情况下，把主轴电动机启动改为星三角启动后、取消降压电阻。
具体要求如下：
主轴具有正、反转启停功能和正转点动功能。
主轴正转、反转启动时采用星三角启动
主轴制动时采用星型接法
冷却泵电动机启停控制功能
快速电动机点动功能
三、系统框图
模块
作用
电源
供电
主控制电路
信号输入给PLC
PLC控制电路
经CPU处理后将信号输出
中间继电器触头
控制交流接触器的线圈是否的得电从而控制主电路的通断
交流接触器线圈
整流器
为PLC提供输入输出驱动
中间继电器线圈
控制中间继电器触头的通断
电动机
为车床的执行元件
四、C650卧式车床电气控制要求分析
M1为主轴电动机，拖动主轴旋转并通过进给机构实现进给运动，主要有正转与反转控制、停车制动时快速停转、加工调整时点动操作等电气控制要求。
主轴电动机需要正反转互锁、短路保护、过载保护等保护措施。
与主轴电动机有关的操作元件有正向点动按钮、正向启动按钮、反向启动按钮、停止按钮。
控制要求
操作
主要电气原理
结果
主轴正向旋转（正转长动）
按下主轴电机正转按钮（如果电机正在反转则须先按下急停按钮）
按下主轴正转按钮→主轴电机星型线圈得电，电机星型运行（同时松开主轴正转按钮。
一段时间后）→星型线圈失电，三角形线圈得电，电机三角形运行。
主轴电动机正向星三角启动，三角形长期运行。
主轴反向旋转（反转长动）
按下主轴电机反转按钮（如果电机正在正转则须先按下急停按钮）
按下主轴反转按钮→主轴电机星型线圈得电，电机星型运行（同时松开主轴反转按钮。
主轴电动机反向星三角启动，三角形长期运行。
加工位置调整（正向点动）
主轴电机点动按钮（进行此项操作前须确保主轴电机为停转状态）
按下主轴点动按钮→主轴电机星型线圈得电，电机星型运行。
一段时间后，电机星型线圈失电，电机停转。
（转动时间由PLC编程决定）
主轴电动机正向点动运行，加工位置调整
停车制动时快速制动
急停按钮
按下急停按钮→主轴三角星型线圈失电，由于速度继电器常开处于闭合状态→星型线圈得电，电机反接→电机转速降低至速度继电器设定值→星型线圈失电→电机惯性停止。
主轴电动机快速平稳的停止
保护机制：
①.过载保护（熔断器-电路过载时即时断开）
②.正反转接触器线圈电气互锁
③.反接制动（按下急停按钮时让电机更快更平稳的停下）
M2为冷却泵电动机，驱动冷却泵对零件加工部位进行供液，电气控制是要求加工时供液，并能长期运转。
冷却泵电动机需要短路保护、过载保护等保护措施。
与冷却泵电动机有关的操作元件有启动按钮、停止按钮。
冷却泵电动机在加工时供液，并能长期运行
按下冷却泵启动按钮
当按下冷却泵启动按钮，PLC采集信号且输出到中间继电器且自锁，中间继电器控制交流接触器，交流接触器闭合。
冷却泵电动机启动。
冷却泵电动机启动且长期运行，零件加工部位开始供液
停止供液
按下冷却泵停止按钮
当按下冷却泵启动按钮，PLC采集信号且输出到中间继电器且失电，中间继电器控制交流接触器，交流接触器断开。
冷却泵电动机停止。
冷却泵电动机停止，零件加工部位停止供液
冷却泵电动机过载保护
无
当冷却泵电动机发生过载保护，热继电器触头动作，PLC采集信号，使中间继电器失电，从而使得交流接触器断开，主轴电动机停车。
冷却泵电动机短路保护
当主回路短路，熔断器熔断，主回路全部掉电。
冷却泵电动机停车。
M3是快速移动电动机，拖动刀架快速移动，要求能够随时手动控制启动与停止。
快速移动电动机需要短路保护等保护措施。
与快速移动电动机有关的操作元件有点动行程开关（SQ）。
手动控制启动与停止
压下手柄
当压下手柄后，行程开关被压下，PLC采集信号并输出到中间继电器，中间继电器控制交流接触器使得快速移动电动机点动。
快速移动电动机点动，拖动刀架快速移动
快速移动电动机短路保护
快速移动电动机得到短路保护
EL是照明灯，为加工时提供照明。
照明灯需要短路保护，相关元件有手动开关
加工时提供照明
旋转手动开关
旋转手动开关，电路接通，照明灯点亮
照明灯点亮
照明灯短路保护
照明灯熄灭
照明灯得到短路保护
五、主要应用技术
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C650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C650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C650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。
SIMATICS7-200Micro自成一体：
特别紧凑但是具有惊人的能力－特别是有关它的实时性能－它速度快，功能强大的通讯方案，并且具有操作简便的硬件和软件。
但是还有更多特点：
SIMATICS7-200MicroPLC具有统一的模块化设计－目前不是很大，但是未来不可限量的定制解决方案。
这一切都使得SIMATICS7-200MicroPLC在一个紧凑的性能范围内为自动化控制提供一个非常有效和经济的解决方案。
六、硬件部分
1.熔断器选型（额定电压AC220V）：
因为电动机熔断器选型规则为熔体额定电流=（~）*电动机额定电流，所以做出以下计算和选型：
主轴电动机额定电流：
，且频繁使用。
所以应选熔体额定电流为：
*=，根据查表无恰好为规格的熔断器，所以选择相近为150A的规格的熔断器，详细分析和选择后，选择填料封闭管式熔断器，型号为RTO-150。
冷却泵电动机额定电流为：
，非频繁使用。
*=，根据查表无恰好为规格的熔断器，所以选择相近为10A的规格的熔断器，详细分析和选择后，选择螺旋式陶瓷熔断器，型号为RL1-10。
快速移动电动机额定电流为：
*=，根据查表无恰好为规格的熔断器，所以选择相近为的规格的熔断器，详细分析和选择后，选择螺旋式陶瓷熔断器，型号为。
整流器所带负载太低，所以采用螺旋式陶瓷熔断器，型号为。
照明电路的负载只有灯泡所带的负载较低，所以采用螺旋式陶瓷熔断器，型号为。
交流接触器的负载较低，但是频繁使用且带额定电压为220V，选择填料封闭管式熔断器螺旋式陶瓷熔断器，型号为RL1-10。
2.热继电器选型（额定电压为：
AC380V）：
热继电器的选型规则为额定电流为（~）*电动机额定电压，所以做出以下计算和选型：
所以应选热继电器额定电流为：
*=，根据查表无恰好为规格的热继电器，所以选择相近为160A的规格的热继电器，详细分析和选择后，选择填料封闭管式熔断器型号为JR36-160。
冷却泵电动机额定电流：
*=，根据查表无恰好为规格的热继电器，所以选择相近为的规格的热继电器，详细分析和选择后，选择填料封闭管式熔断器型号为。
3.交流接触器选型（额定电压为AC220V）
交流接触器的选型规则为控制电流为额定电流的65%~75%，所以做出以下计算和选型：
所以应选交流接触器额定电流为：
=，根据查表无恰好为规格的交流接触器，所以选择相近为100A的规格的交流接触器，详细分析和选择后，选择填料封闭管式熔断器型号为CHT1-100。
=，根据查表无恰好为规格的交流接触器，所以选择相近为10A的规格的交流接触器，详细分析和选择后，选择填料封闭管式熔断器型号为CHT1-10。
快速移动电动机额定电流：
=，根据查表无恰好为更小规格的交流接触器，所以选择相近为10A的规格的交流接触器，详细分析和选择后，选择填料封闭管式熔断器型号为CHT1-10。
4.中间继电器选型（额定电压DC24V）：
中间继电器的选型与交流接触器的选型一样，所以做出以下计算和选型：
由于中间继电器由PLC控制通断，额定电流负载小所以选择规格为5A的中间继电器，型号为JQX-13F，且与之配套的底座为JQX-13F2Z。
5.按钮选型：
由于整个电路中不会出大电流经过按钮开关等所以选择：
按钮：
LAY7-11BN
行程开关：
JLXK1-111
手动开关：
LAY7-11X/2
急停按钮：
XB2-542
6.PLC选型：
PLC选择简单实用小型的PLC200系列，CPU型号为CPU224
备注：
详细更换元件的型号价格等，请参考《附件一采购清单》
七、软件部分
（一）I\O表
输入I\O表
标签名称
元件符号
地址
功能
备注
主轴急停
SB1
主轴电机急停
常闭
主轴点动
SB2
主轴电机点动
常开
主轴正转
SB3
主轴电机正转
主轴反转
SB4
主轴电机反转
SB5
冷却泵电机停止
启动供液
SB6
冷却泵电机启动
刀架移动
SQ
快速移动电机点动
主轴电机过载
FR1
主轴电机过载保护
冷却电机过载
FR2
I1,1
冷却泵电机过载保护
正向速度触点
KS1
反转制动
反向速度触点
KS2
正转制动
输出I\O表
序号
1
KA1
正转KM1中间继电器
2
KA2
反转KM2中间继电器
3
KA3
星型KM3中间继电器
4
KA4
三角型KM4中间继电器
5
KA5
冷却泵KM5中间继电器
6
KA6
快速移动电机KM6中间继电器
7
KA7
电流表防烧保护
（二）程序组成框图
其他子程序：
包括照明电路和电流表防烧电路的控制
（三）程序流程图（请与I\O表对照查阅）
M1电机的点动控制子程序
主轴点动按钮是否按下
按下松开
主轴正转中间继电器得电
主轴正转中间继电器失电
主轴星型中间继电器得电
主轴星型中间继电器失电
主轴电机启动
主轴电机停止
M1电机的长动运行子程序
正转
主轴正转按钮是否按下
按下后松开
延时
主轴星型中间继电器失电
主轴三角型中间继电器得电
电机正向三角型长期运行
反转
主轴反转按钮是否按下
主轴反转中间继电器得电
电机反向三角型长期运行
M1电机反接制动子程序
过载保护
是否过载
是否
主轴电动机有关中间继电器全部失电
电动机继续运行
主轴电动机停止
正转反接制动
是否按下急停按钮主轴电动机继续运行
是否
正向速度触头是否闭合
是
主轴正转中间继电器失电
主轴三角型中间继电器失电
主轴三角型中间继电器失电
正向速度触头是否闭合是
否
主轴反转中间继电器失电
电机停止
反转反接制动
M2电机启停控制子程序
是否按下启动按钮否
冷却泵电机中间继电器得电
是否按下停止按钮否是否过载否
是是
冷却泵电动机中间继电器失电
冷却泵电动机停止
M3电机点动子程序
手柄是否压下
压下松开
快速移动电机中间继电器得电
快速移动电机中间继电器失电
快速移动电机启动
快速移动电机停止
其他子程序
电流表防烧
主轴电机三角型中间继电器是否得电否
延时
防烧电路中间继电器得电
防烧电路中间继电器失电
（四）源程序
源程序请参考《附件二源程序》
八、系统操作说明
1）操作说明
操作方式与操作结果请参考《四、C650卧式车床电气控制要求分析》，改造后的方式与改造前的方式保持一致，未发生改变。
2）系统注意事项
严禁非专业人员拆动电路，以防触电事故
当机床运转时，非专业人员请远离机床以免发生伤害事故
当对机床进行改造升级或维修时，请切断电源后方可进行
机床的操作运行请由专业人员进行，非专业人员
九、进度表
事项
操作员
开始日期
结束日期
对旧车床检测，检查元件的损坏情况，做好记录
拆除旧车床损坏元件以及更换的元件
撰写改造方案和采购清单
采购元件
对旧车床按照改造电气原理图施工进行施工
PLC编程
现场调试、测试
8
编写、整理技术资料
十、总结
通过这次改造方案的撰写使我收获不少,在系统全面总结以前所学知识的同时,又学到了新的知识。
不仅锻炼了思考能力，也提高了总结、归纳、综合运用的能力，是毕业前对所学的知识的回顾和检验。
无论是基础知识方面还是软件应用，绘图方面都有提高，对可编程控制器有了更深一步的理解。
C650车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹。
采用传统的继电器—接触器控制，其技术落后,可靠性差,工作效率低,故障诊断和排除困难,已严重制约了企业的生产效率，而可编程控制器是在继电器控制和计算机控制基础上开发的工业自动化控制装置,是一种数字运算操作的电子系统,专门为在工业环境下应用设计的,它具有可靠性高、设计施工周期短、维修方便,价格也很便宜等优点。
因而用PLC改造其继电器-接触器成了一种必然的选择。
本设计主要是用程序的设计来实现其传统的继电器-接触器线路，以实现C650车床的各项控制要求。
详细介绍了电动机的正反转控制、电动机的正转点动控制及其反接制动控制、电动机的正反转运行的反接制动控制等的设计。
并分析了其工作过程。
用文字、图表、动作的顺序的标示的形式展现出来，增加了可读性。
最后对程序进行了调试，通过调试的结果证明，此程序是可行的。
十一、附件
附件包含清单
名称
页数
《附件一采购清单》
《附件二源程序》
14
《附件三改造电气原理图》
《附件四改造记录》
《附件五检查记录》
《附件六维修记录》
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