C60卧式机床PLC改造Word格式.docx

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辅助运动，包括刀架的快速移动、工件的夹紧与松开等。

工作过程如下：

1．正常加工时一般不需反转，但加工螺纹时需反转退刀，且工件旋转速度与刀具的进给速度要保持严格的比例关系，为此主轴的转动和溜板箱的移动由同一台电动机拖动。

主电动机M1（功率为20kW），采用直接起动的方式，可正反两个方向旋转，为加工调整方便，还具有点动功能。

由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动的功能，C650-2车床的正反向停车采用速度继电器控制的电源反接制动。

2．电动机M2拖动冷却泵。

车削加工时，刀具与工件的温度较高，需设一冷却泵电动机，实现刀具与工件的冷却。

冷却泵电动机M2单向旋转，采用直接起动、停止方式，且与主电动机有必要的联锁保护。

3．快速移动电动机M3。

为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，利用M3带动刀架和溜板箱快速移动。

电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。

4．采用电流表检测电动机负载情况。

5．车削加工时，因被加工的工件材料、性质、形状、大小及工艺要求不同，且刀具种类也不同，所以要求切削速度也不同，这就要求主轴有较大的调速范围。

车床大多采用机械方法调速，变换主轴箱外的手柄位置，可以改变主轴的转速。

C650卧式机床如图所示：

（三）设计任务书

车床加工工件时，首先由主轴上的夹头夹紧工件，然后由主电动机驱动旋转，待冷却液喷流到加工位置后，再进刀进行切削加工。

加工完毕，将刀具退回原位，关闭冷却液，待主轴停转后，取下工件，完成加工工艺。

由此可见，车床的运动主要有两种：

主运动和进给运动。

主运动由主电动机M1 

完成。

KM1 

控制主电动机正转，KM2 

控制主电动机反转，接触器KM3 

的主触点控制限流电阻R的接入和切除，防止电流过大。

KM4 

控制冷却泵电动机。

进给运动由步进电机M3 

拖动刀架快速移动，根据C650卧式车床运动情况及加工需要,本设计采用3台三相鼠笼型异步电动机拖动，即:

主轴与进给电动机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下：

（1）主轴与进给电动机M1,其要求能实现正、反转,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。

（3）快速移动电动机M3，单向点动，短时运行，随手动控制启停。

（4）电路应有必有的保护和联锁，又安全可靠的照明电路。

照明灯为EL。

先利用PLC进行对车床改造，硬件选择方面：

现选择西门子公司生产的S7-300系列的CPU314C-2PN/DP型PLC；

电源模块选择PS307是西门子公司为S7-300系列专配的DC24V电源。

（四）电气工作原理分析

主电动机M1完成主轴主运动和刀具的进给运动的驱动，采用直接启动方式，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气制动停车。

为加工调整方便，还具有点动功能。

电动机M1控制电路分为4个部分。

由正转控制接触器KM1和反转控制接触器KM2的两组主触点构成电动机的正反转电路。

电流表PA经电流互感器TA接在主电动机M1的主电路上，以监视电动机绕组工作时的电流变化。

为防止电流表被启动电流冲击损坏，利用时间继电器的动断触点KT（P-Q），在启动的短时间内将电流表暂时短接。

串联电阻限流控制部分，接触器KM3的主触点控制限流电阻R的接入和切除，在进行点动调整时，为防止连续的启动电流造成电动机过载而串入了限流电阻R，以保证电路设备正常工作。

速度继电器KS的速度检测部分与电动机的主轴同轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速接近零时，其动合触点可将控制电路中反接制动的相应电路切断，完成停车制动。

电动机M2提供切削液，采用直接启动停止方式，为连续工作状态，由接触器KM4的主触点控制其主电路的接通与断开。

快速移动电动机M3由交流接触器KM5控制，根据使用需要，可随时手动控制启停。

为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了采用熔断器的短路保护环节好人采用热继电器的电动机过载保护环节。

M1的点动控制

调整刀架时，要求M1点动控制。

合上隔离开关QS，按启动按钮SB2，接触器KM1得电，M1串接限流电阻R低速转动，实现点动。

松开SB2，接触器KM1失电，M1停转。

M1的正反转控制

合适隔离开关QS，按正向启动按钮SB3,接触器KM3得电，中间继电器KA得电，时间继电器KT得电，接触器KM1得电，电动机M1短接电阻R正向启动，主回路中电流表A被时间继电器KT的动断触点短接，延时ts后KT的延时断开的动断触头断开，电流表A串接于主电路，监视负载情况。

主电路中通过电流互感器TA接入电流表PA，为防止启动时启动电流对电流表的冲击，启动时利用时间继电器KT的动断触点将电流表短接，启动结束，KT的动断触点断开，电流表投入使用。

反转启动的情况与正转时类似，KM3与KM2得电，电动机反转。

M1的停车制动

假设停车前M1为正向转动，速度继电器正向动断触点KS1（17~23）闭合。

制动时，按下停车按钮SB1，使接触器KM3、时间继电器KT、中间继电器KA、接触器KM1均失电，主回路中串入电阻R（限制反接制动电流）。

当SB1松开时，由于速度继电器的触点KS1（17~23）仍闭合，使得KM2得电，电机M1接入反序电源制动。

当速度降低，KS1（17~23）断开时，使得KM2失电，制动结束。

电机M1反转时的停车制动情况于此类似。

刀架的快速移动控制

转动刀架手柄压下点动行程开关SQ使接触器KM5得电，电动机M3转动，刀架实现快速移动。

冷却泵电动机控制

按下冷却泵启动按钮SB6，接触器KM4得电，电动机M2转动，提供冷却液。

按冷却泵停止按钮SB5，KM4断电，M2停止。

（五）硬件设备的选型

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。

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S7-300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。

C650卧式车床电气控制系统需要8个外部输入信号，5个输出信号。

现选择西门子公司生产的S7-300系列的CPU314C-2PN/DP型PLC，它集成有24个数字量输入端口，16个数字量输出口，已经足够满足我们本次设计车床所需的I\O数量。

下图示了具有开放式前盖板的CPU的集成数字量和模拟量输入输出的位置

对CPU314C-2PN/DP的集成I/O寻址如下图所示：

电源模块：

PS307是西门子公司为S7-300系列专配的DC24V电源。

它可以输出额定电流2A,5A,10A。

（六）PLC系统的软件设计

1.整体设计流程图

2.I/O的地址分配

由于数字输入量的默认地址为I136.0-I138.7，数字输出量的默认地址为Q136.0-Q137.7。

故可以利用软件修改的方法将输入量的地址改为：

I0.0-I2.7，输出量的地址为：

Q0.0-Q1.7。

I/O的地址分配表如下表所示：

输入设备

PLC输入继电器

输出设备

PLC输出继电器

代号

功能

SB1

停止按钮

I0.0

KM1

主轴正转接触器

Q0.0

SB2

点动按钮

I0.1

KM2

主轴反转接触器

Q0.1

SB3

正转启动按钮

I0.2

KM3

切断电阻接触器

Q0.2

SB4

反转启动按钮

I0.3

KM4

冷却泵接触器

Q0.3

SB5

冷却泵停止

I0.4

KM5

快速电动机接触器

Q0.4

SB6

冷却泵启动

I0.5

KT

延时接触器

Q0.5

KS1

速度继电器正转触点

I0.6

KS2

速度继电器反转触点

I0.7

SQ

快速移动电动机点动开关

I1.0

3.输入输出接线图

4.功能图

5.梯形图LAD程序指令如下图所示

（七）系统操作说明

正转启动按钮SB3控制主电机M1正转，反转启动按钮SB4控制主电机M1反转，按下停止按钮SB1，主电机M1停止工作。

合上隔离开关QS，按启动按钮SB2，实现点动。

松开SB2，M1停转。

快速移动电动机M3由点动行程开关SQ控制，根据使用需要，可随时手动控制启停。

按下冷却泵启动按钮SB6，电动机M2转动，提供冷却液。

按冷却泵停止按钮SB5，M2停止。

（8）设计体会

通过本次对C650卧式车床的PLC改造，使我学到了很多知识。

首先本次设计让我对C650卧式车床的工作原理，电气控制方面更加了解。

然后通过绘制电气控制图，PLC的I/O接线图，巩固了以前学过的CAD制图软件，还学会了面对复杂的电气控制图，将它分解成一部分一部分进行分析，然后逐个击破难点。

熟练学会了利用setp7进行PLC编程，并在PLCsim仿真，检验设计程序的结果是否正确。

参考文献

西门子PLC入门与典型应用/主编王建,时永贵,张文凡北京:

中国电力出版社,2011

西门子PLC开发入门与典型实例/海心,马银忠,刘树青编著北京:

人民邮电出版社,2009

西门子PLC200/300/400应用程序设计实例精讲/高强,马丁编著北京:

电子工业出版社,2009