PLC课程设计C650机床控制.docx

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PLC课程设计C650机床控制

电气控制课程设计

专业：

自动化

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

评语：

平时（40）

修改（30）

报告（30）

总成绩

2012年7月1日

1控制要求

1.1设计要求

（1）主电动机M1（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可根据使用需要，随时手动控制起停。

满足上述控制要求的C650车床的电气原理如图1.1所示，现要求改为PLC控制。

图1.1C650车床电气原理图

1.2主电路分析

该车床有三台电动机，M1为主电动机，拖动主轴旋转，并通过进给机构以实现进给运动。

M2为冷却泵电机，提供切削液。

M3为快速移动电动机，拖动刀架快速移动。

开关QS将三相电源引人，FU1为主轴电动机M1的短路保护用的熔断器，FR1为M1的过载保护用的热继电器。

R为限流电阻，防止在点动时连续的起动电流造成电动机过载。

通过电流互感器TA接入电流表A以监视主电动机的绕组的电流，熔断器的FU2、FU3分别为M2、M3电动机的短路保护，接触器KM4、KM5为M2、M3起动接触器。

FR2为M2的过载保护用热继电器，因快速电动机M3短时工作，故不设过载保护。

1.3控制电路分析

主电动机M1的点动调整控制调整车床时，要求主电动机M1的点动控制。

电路中KM1为M1电动机的正转接触器，KM2为M1的反转接触器，KA为中间继电器。

工作过程:

M1电动机的点动由点动按钮SB2控制。

按下SB2接触器KM1得电吸合,主触点闭合,电动机定子绕组经限流电阻R和电源接通，电动机在低速下起动。

松开SB2,KM1断电,电动机被反接制动而停止。

在点动过程中,中间继电器KA不通电,因此KM1不会自锁。

主电动机M1的正,反转控制电路

（1）正转:

主电动机正转由正向起动按钮SB3控制。

按下SB3时，接触器KM3首先得电动作，它的主触点闭合将限流电阻R短接，辅助触点也同时闭合，使中间继电器KA得电吸合，KA的辅助触点（13－9）闭合是使接触器KM1得电，电动机在全压下起动。

由于KM1的常开触点（13－15）、KA的常开触点（7－15）闭合将KM1自锁。

（2）反转:

主电动机的反转是由起动按钮SB４控制的。

其控制过程与上面的类似，当按下SB4时，KM3首先得电，然后KA的电，它的辅助触点（21－23）闭合，使KM2得电吸合KM2的主触点将三相电源反接，使电动机在全压下反转起动。

KM2的常开触点（15－21）和KA的主触点（7－15）的闭合将KM2

自锁。

KM2和KM1的常闭触点分别串在对方的接触器线圈的回路中，起到正转和反转的互锁作用。

主电动机M1的反接制动控制:

C650卧式车床采用速度继电器实现反接制动。

当电动机的转速制动到接近零时,用速度继电器的触点及时切断其电源。

速度继电器与被控电动机是同轴的连接的,当电动机正转时，速度继电器的正转常开触点KS－2（17－23）闭合,电动机反转时，速度继电器的反转常开触点KS-1（17-9）闭合。

在电动机正转时，接触器KM1,KM3和继电器都处于得电状态,速度继电器的正转常开触点KS－2（17－23）也是闭合的,这样就为正转反接制动做好准备。

当停车时按下停止按钮SB1接触器KM3失电，其主触点断开,电阻R串入主回路。

与此同时KM1也失电,断开了电动机的电源,同时KA也失电,使它的常开触点闭合。

这样就使反转接触器线圈KM2通过1－3－7－17－23－25电路得电,电动机的电源反接,使其处于反接制动状态。

当电动机的转速下降为速度继电器的复位转速时,速度继电器的正转常开触点KS－2（17－23）断开,切断了KM2的通电回路,电动机脱离电源停止。

电动机反转时的制动与正转时的制动相似。

当电动机反转时,速度继电器的反转常开触点KS－１是闭合的,这时按下SB1正转接触器线圈通过1-3-5-7-17-9-11电路得电,正转接触器KM1吸合将电源反接并串入电阻R使电动机制动停止。

刀架的快速移动和冷却泵控制:

刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动限位开关SQ,使接触器KM5吸合,M3电动机转动来实现的。

M2电动机为冷却泵电动机，它的起动和停止通过按钮SB6和SB5控制。

其他辅助电路,监视主回路负载的电流表是通过电源互感器接入的,为防止电动机起动,点动和制动电流对电流表的冲击,电路中采用一个时间继电器KT。

例如当电动机起动时,KT线圈通电,而KT的延时断开的常闭触点尚未动作,电流互感器二次电流只流经该触点构成闭合回路,电流表没有电流流过。

电动机起动后,KT延时断开的常闭触点打开,此时电流才流经电流表。

电动机点动和制动时,电流表A的监测情况。

2编程元件地址分配表

根据该系统的控制要求及所选用的PLC，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11个,输出点为6个需进行控制,现将I/O地址分配如表2.1所示。

表格2.1I/O地址分配表

输入信号

输出信号

名称

代号

输入点编号

名称

代号

输出点编号

M1正转启动按钮

SB3

I0.0

M1切除电阻R运行接触器

KM3

Q4.0

M1反转启动按钮

SB4

I0.1

M2运行接触器

KM4

Q4.1

M2启动按钮

SB6

I0.2

M3运行接触器

KM5

Q4.2

总停止按钮

SB1

I0.3

M1正转接触器

KM1

Q4.3

M2停止按钮

SB5

I0.4

M1反转接触器

KM2

Q4.4

M1点动按钮

SB2

I0.5

电流表A短接中间继电器

KA

Q4.5

M3点动位置开关

SQ

I0.6

M1过载保护热继电器

FR1

I0.7

M2过载保护热继电器

FR2

I1.0

正转制动速度继电器常开触点

KS1

I1.1

反转制动速度继电器常开触点

KS2

I1.2

3PLC控制系统外部接线图的设计

车床电气控制系统需要11个外部输入信号，6个输出信号。

PLC所具有的输入点和输出点一般要比所需冗余30%,以便于系统的完善和今后的扩展预留。

所以本系统所需的输入点为14个,输出点为7个。

现选择西门子公司生产的S7-300系列的PLC,24V直流14点输入。

按钮SB0为整个控制系统的停止开关;按钮SB1、SB2及SB3分别控制主轴电机M1的正反转及点动控制；按钮SB4、SB5分别控制冷却泵电机的M2启动与停止；行程开关SQ控制快进电机的点动；热继电器常闭开关FR1,FR2分别为M1、M2的过载保护;速度继电器KS1、KS2分别辅助主轴电机M1的正反转制动。

输出部分:

KM1、KM2接触器分别控制主轴电机M1的正反转;KM4、KM5接触器分别控制冷却泵电机M2、快进电机M3的运行;EL为车床照明,外部接线图如图3.1所示。

图1.3PLC外部接线图

4主电路接线图

（1）主电动机的点动调整控制电路中KM1为M1电动机的正转接触器。

（2）为中间继电器。

M1电动机的点动由点动按钮SB1控制。

（2）主电动机的正反转控制电路主电动机正转由正向起动按钮SB2控制。

按下SB2时,接触器KM首先得电动作,它的主触点闭合将限流电阻短接,接触器KM的辅助动合触点闭合使中间继电器KA得电。

如图4.1所示。

图4.1主接线电路图

5梯形图控制程序

电动机M1由接触器KM1～KM3控制，PLC中控制KM1～KM3的输出继电器分别为Q4.0～Q4.2。

Q4.0～Q4.2分别位于梯形图的第2、5、6网络。

在Q4.1和Q4.0的输出线圈端分别连接上Q4.0和Q4.1的动合触点以实现自锁，并连接上断电延时器T39和T38辅助电机反接制动。

在Q4.2的输出上也接上了定时器T37主要是为了延时接入电流表监控电流。

M1正反转控制的转换是由接触器KM1和KM2的主触点切换电源的相序实现的。

在切换时，必须防止电源相间短路。

例如，由正转变为反转时，当KM1主触点断开，产生瞬时电弧，KM1主触点仍为导通状态，如果此时KM2主触点闭合，就会使电源发生短路，要避免电源短路,必须在完全没有电弧的情况下使KM2主触点闭合。

在继电器接触器控制中,通常采用KM1和KM2互锁的方法来避免电源的短路。

PLC控制与继电器接触器控制不同，PLC在循环扫描进，执行程序的速度是非常快的，Q4.0和Q4.1触点切换是在毫秒级瞬间完成的，

梯形图程序如图5.1所示。

Network1.

Network2

Network3

Network4

Network5

Network6

Network7

Network8

Network9

Network10

图5.1程序梯形图

6系统运行调试及S7-PLCSIM仿真

在硬件目录中选择需要的模块,将他们安排在机架中指定的槽位上。

在项目管理器中选择找出输入输出模块,电源模块和CPU模块型号,创建M1电机的仿真窗口，若要使M1正向转动只需点下IB口中的3端就可在QB的0端看到运行结果,若要使M1反向转动只需点下IB口中的5端就可在QB的3端看到运行结果,如图6.1所示：

图6.1KM3得电时的仿真图

KM4通电快速移动电动机启动时的仿真图如图6.2所示。

图6.2快速移动电动机启动时的仿真图

KM5通电,冷却泵电动机启动时的仿真图如图6.3所致。

图6.3冷却泵电动机启动时的仿真图

KM1通电，主轴电动机正转启动,主电动机反转制动仿真图如图6.4所示。

图6.4反接制动仿真图

7设计体会

通过这次课程设计使我收获不少,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，是对之前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,而且通过这次设计实践，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。

能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

8参考文献

[1]顾桂梅.电气控制与PLC应用项目教程[M].北京:

机械工业出版社,2010.

[2]张万忠.电气与PLC控制技术[M].北京:

化学工业出版社,2003.