毕业设计 车床控制线路的PLC改造.docx

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毕业设计车床控制线路的PLC改造

车床控制线路的PLC改造

系别

电气工程系

专业

电气自动化技术

班级

电气0903

姓名

惠硕先

学号

指导教师

郭继红

日期

设计任务书

设计题目：

车床控制线路的PLC改造

设计要求

1.分析CA6140卧式普通车床的工作原理；

2.设计PLC对CA6140卧式普通车床进行改造的硬件电路；

3.设计PLC对CA6140卧式普通车床进行控制的软件程序；

4.进行调试,找出问题,并改进设计；

5.撰写毕业设计说明书。

设计进度要求：

第一周：

确定题目、准备资料、讲解课题；

第二周：

收集CA6140卧式普通车床的资料；

第三、四周：

方案设计；

第五、六周：

调试修正；

第七周：

写设计说明书；

第八周：

打印报告、准备答辩。

指导教师（签名）：

摘　　要

可编程控制器（PLCProgrammableLogicController）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。

PLC应用技术具有控制能力强﹑可靠性高﹑配置灵活﹑编程简单﹑使用方便﹑易于扩展等优点，不仅可以取代继电器控制系统，还可以进行复杂的生产过程控制以及应用于工厂自动化网络，它已成为现代工业控制的四大支柱技术（可编程控制器技术﹑机器人技术﹑CAD/CAM技术和数控技术）之一。

PLC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对CA6140型车床的电气控制部分进行改造。

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CA6140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。

此次设计还从被控对象的I/O点数和性价比高、综合成本低这几个主要原则出发，主要进行了控制装置选型和导线的选择。

改造后的机床在实现机床原有功能的基础上还增加了自动加工、自动换刀等多种功能。

关键词：

可编程控制器，CA6140车床，电气控制系统

目　　录

第一章CA6140型卧式车床简介及电路分析

CA6140型卧式车床简介

CA6140型卧式车电路分析

第二章普通车床控制线路改造的意义

第三章CA6140车床的改造的硬件设计与软件设计

PLC的选型

I/O分配表

PLC控制系统外部接线图的设计

CA6140车床的PLC控制梯形图设计

第四章控制电路电气元件的型号选择

附录元器件清单

结论

致谢

参考文献

第一章CA6140型卧式车床简介及电路分析

第一节CA6140型卧式车床简介

CA6140型卧式车床，其结构具有典型的卧式车床布局，它的通用性程度较高。

加工范围较广，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、成形面及端面；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、铰孔、滚花和压光等工作。

CA6140型卧式车床主要结构及运动情况

CA6140型普通车床的主要组成部件有：

主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。

图1-1CA6140外形结构图

1、11．床腿2.进给箱3.主轴箱4.床鞍5.中滑板6.刀架

回转盘8.小滑板9.尾座10.床身12.光杠13.丝杠14.溜板箱

车床对电力拖动的要求

（1）主电动机Ml（功率为30kw），完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动，电动机采用直接起动的方式起动，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气停车制动。

为加工调整方便，还具有点动功能。

（2）电动机M2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接起动停止方式．并且为连续工作状态。

（3）快速移动电动机M3，电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。

控制线路特点与电气线路概述

（1）控制线路的特点

①控制线路装设有起动按钮和停止按钮。

②主电路、控制线路及照明线路的电源引入开关均采用隔离开关。

③由于电动机容量较小，所以三台异步电动机均采用直接起动控制线路。

④M1、M2采用热继电器做过载保护。

⑤控制线路采取了电气措施，以防止发生电源短路事故。

（2）电气线路概述

主电路由三台三相异步交流电动机及其附属电路元件组成。

三台异步电动机均采用接触器直接起动

M1是主轴电机，功率为7.5KW，由交流接触器KM1控制其起动与停止。

热继电器FR1是过载保护电器。

M2是冷却泵电动机，功率为125W，由交流接触器KM2控制M2，热继电器FR2是过载保护电器。

M3是快速移动电动机，功率为250W接触器KM3控制M3。

主电路电源电压为交流380v，隔离开关QS作为电源引入开关。

。

短路保护电器是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。

控制线路、照明电路均由相应的熔断器作为短路保护电器。

图3.2CA6140车床电气原理图

CA6140型卧式车床电路分析

（3）主电路分析

图3.2所示的主电路中有三台电动机，隔离开关QS将380V的三相电源引入。

主电路接线分三部分：

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；第三部由交流接触器KM3控制电动机M3。

为保证主电路的正常运行，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

控制电路可分为主电动机M1﹑电动机M2﹑电动机M3的控制电路以及照明灯和控制电路工作指示灯的控制电路部分。

有图3.2可知，按下按钮SB2，接触器KM1线圈通电，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，从而保证了电动机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，电动机体制运行。

按下按钮SB3，接触器KM2线圈通电，电动机M2通电。

当松开按钮SB3时，接触器KM2线圈断电，使电动机M2停住运行。

在电动机M1运行的情况下，合上开关SA2，接触器KM3线圈通电，电动机M3通电。

断开开关SA2，接触器KM3线圈断电，电动机M3停止运行。

合上开关SA1，照明灯EL亮，断开开关SA1，照明灯EL熄灭。

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。

第二章普通车床控制线路改造的意义

控制系统改造为PLC控制的意义

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。

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。

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。

第三章CA6140车床的改造的硬件设计与软件设计

硬件设计

PLC（即可编程逻辑控制器，ProgrammableLogicController）是用来取代用于电机控制的顺序继电器电路的一种器件（图1-1）。

是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。

它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。

用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。

运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。

PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步起，依次执行到最终步，然后再返回起始步循环运算。

PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。

不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。

PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。

它把所有的输入都当成开关量来处理，16位为一个模拟量。

大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。

把计算结果送给PLC的控制器。

相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些。

PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。

一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点。

如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。

PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。

PLC在实际中用的很多。

只要有工业的地方，就有PLC存在的机会。

如果你就在机器制造、包装、物料输送、自动装配等行业中工作，那么你可能已经在使用它了。

如果没有的话，你就是正在浪费金钱和时间。

几乎所有需要电气控制的地方都需要PLC。

可编程控制器得以迅速发展和广泛使用的原因是由于它具有继电器接触器控制装置和通用计算机以及其他控制系统所不具有的特点：

（1）运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强

（2）设计使用和维护方便

（3）编程御苑直观易学

（4）与网络技术相结合

（5）体积小、质量轻、能耗低

2PLC控制系统设计概述

2.1PLC控制系统设计要求

PLC的内部控制结构与计算机、微机相似，但其接口电路不同,编程语言也不一致。

因此PLC控制系统与微机控制系统开发过程不完全相同，需要根据PLC本身的特点、性能进行系统的设计。

为实现被控对象的工艺要求，以及生产效率和产品产量的进一步提高最大限度地发挥PLC控制系统的优势。

2.1.1流程图功能说明

（1）根据生产的工艺分析控制要求：

如需要完成的动作（动作顺序、动作条件及必须的保护和联锁）、操作方式（手动、自动；连续、单周期及单步等）；

（2）根据控制要求确定所需要的用户输入、输出设备、据此确定PLC的I/O点数；

（3）选择PLC；

（4）分配PLC的I/O接口，设计I/O电气接口接图；

（5）进行PLC程序设计