基于plc的c650卧式车床控制系统设计毕业设计.docx
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基于plc的c650卧式车床控制系统设计毕业设计
毕业设计
题目基于PLC的C650卧
式车床控制系统设计
学生所在学院电气信息学院
专业电气工程及其自动化
学号12155989
学生姓名
指导教师
起止日期
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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日 期：
指导教师签名：
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本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
目录
摘要3
引言4
1.1设计研究意义4
1.2论文主要内容及安排4
2.C650卧式机床概述5
2.1C650卧式机床简介5
2.2PLC在电气控制系统中的应用7
3系统总体方案设计8
3.1C650卧式车床控制原理分析8
3.1.1主电路分析8
3.1.2主电动机点动控制分析10
3.1.3主电动机的正反转控制分析10
3.1.4主电动机反接制动分析11
3.1.5快速电动机与冷却泵电动机控制分析11
3.2辅助电路分析12
3.2.1照明电路和控制电源分析12
3.2.2电流表保护电路12
3.3系统元器件的选择13
3.3.1熔断器13
3.3.2热继电器13
3.3.3速度继电器13
3.4PLC的简介与选择14
4基于PLC控制C650卧式车床硬件设计15
4.1I/O地址的分配15
4.2I/O接线图15
5.C650卧式车床改造为PLC控制的软件设计17
5.1电动机M1正、反转控制梯形图的设计17
5.2电动机M1正转点动控制的设计18
5.3电动机M1的正、反转运行的反接制动的设计18
5.4快速移动电动机的控制设计19
5.5冷却泵电动机的控制设计20
5.6梯形图中的其它控制设计20
5.7系统总梯形图设计20
总结22
参考文献：
23
摘要
传统的C650卧式车床采用继电器实现电气控制，接线多且复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成，想改变或增加功能很困难，其工作性能已不能达到现代生产的要求。
本设计以西门子S7-200系列PLC取代常规的继电器，根据C650普通卧式车床原控制要求，利用PLC控制系统，实现了车床启动、正转反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵工作等一些列功能，确定了PLC的I/O地址分配，PLC控制系统的I/O外部接线图，设计了梯形图并进行现场模拟调试，绘制组态监控画面对车床的运行状态进行监控。
C650卧式车床改由PLC控制后，其控制系统大大的简单化,并且维修方便,易于检查，节省大量的继电器元件，车床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。
系统运行情况良好，车削精度更高该项技术可推广应用于自动化其他领域的控制系统中。
关键词：
C650卧式车床PLC继电器程序
引言
1.1设计研究意义
随着社会生产力的发展，传统的继电器控制系统已经不能满足当今迅猛发展的社会的现代化生产要求，于是我们在选毕业设计课题之际，一切从实际出发，选定了毕业设计课题——车床PLC控制系统设计。
我们选定了C650车床为改造对象，进行传统控制系统的改造，以PLC控制系统取代之前的传统控制系统，改为PLC控制，得到了很大简单化,且维修方便，便于检查，节省了大量空间，这样就提高了企业的利润空间，有利于企业的发展，最主要的是机床的很多性能页都得到明显的改善，工作效率页有了很大的提高。
1.2论文主要内容及安排
本次论文主要研究如何设计PLC对C650卧式车床进行控制，包括对C650车床工作原理的介绍，设计电路。
还有PLC以及硬件设计。
我先对C650进行了了解，在学习C650卧式车床的运行原理，有个总体了解之后再设计电路和PLC梯形图。
2.C650卧式机床概述
2.1C650卧式机床简介
C650卧式车床属于中型车床，它是由床身、刀架、主轴变速箱、进给箱、和溜板箱等组成，结构图如图2-1所示
图2-1C650卧式车床结构图
工艺过程：
车床具有切削运动和辅助运动。
车床有三种运动形式：
车削加工的主运动是主轴通过卡盘或者鸡心夹头带动工件的旋转运动，它承受车削加工时的主要切削功率；进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向运动；辅助运动为溜板箱的快速移动，尾座的移动和工件的夹紧与放松。
主轴的旋转运动由主电动机，经传动机构实现。
机床车削加工时，要求车床主轴能在较大范围内变速。
通常根据被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、车刀材料、冷却条件及加工方式等来选择切削速度，采用机械变速方法。
车床纵、横两个方向的进给运动由主轴变速箱的输出轴，经挂轮箱、进给箱、光杆传入溜板箱而获得，其运动方式有手动与机动两种。
2.2PLC简介
PLC是先进的工业化国家通用的标准工业控制设备，在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术，现在已经成为现代工业控制三大技术支柱（PLC,CAD/CAM,ROBOT）之一，PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物。
用PLC控制其继电器控制电路,可靠性高、逻辑功能强、体积小。
降低了设备故障率,提高了设备使用效率,运行效果良好。
随着我国电力体制改革的深化，电力市场竞争将更加激烈，降低资源损耗和提高管理效益成为各发电企业的迫切需求，PLC是一种专为工业生产自动化控制设计的。
在新的时代，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备、成熟的现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在我国发电厂的电气自动化建设中发挥越来越大的作用。
3系统总体方案设计
3.1C650卧式车床控制原理分析
3.1.1主电路分析
如图3-1，C650卧式车床主电路是由三台电动机的驱动电路组成。
QS为电源开关，FU1是主电动机M1的短路保护熔断器，FR1是M1过载保护热继电器。
R为限流电阻，当主轴点动时，起到限制启动电流的作用，在停车反转制动时，又能将让反向制动电流不会过大。
电动机M1的绕组电流用电流表A来显示，电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上。
图中短接电流表A用时间继电器的常闭开关KT来控制，机床刚启动时，以让电流表躲避启动尖峰电流冲击。
等一段时间过后，时间继电器的KT断开，电流表A接入电路，显示主轴电动机绕组电流。
机床处于正常工作状态时，采用调整切削用量的方法来让电流和M1的额定电流的对应值相等，以便提高生产效率。
KM1、KM2为控制主轴电机正反转接触器，KM3用于短接电阻R的接触器，它们相互组合控制主轴电机M1。
速度继电器KS为控制电机的正反转制动用。
FU2为冷却泵电动机M2的短路保护熔断器，KM4为控制M2运行的接触器，FR2为M2过载保护热继电器。
FU3为快速移动电动机M3的短路熔断器，KM5为控制M3运行的接触器点动时运行，故不设置热继电器保护。
图3-1C650车床控制原理图
3.1.2主电动机点动控制分析
如图2-1，SB2为控制主电动机的按钮开关，当按下SB2且不松手时，接触器KM1线圈通电，KM1主触点闭合接通电路，这时接触器KM3线圈没有接通，电网电压经限流电阻接入主电动机M1，从而减少了起动电流。
由于中间继电器KA未通电，虽然此时KM1的常开触点（13-15）已闭合，但并未能自锁。
因此，当松开SB2后，KM1线圈随即断电，主电动机M1停止运行。
3.1.3主电动机的正反转控制分析
如图2-1，虽然主电动机M1的额定功率为30KW，但只是在车削时消耗功率较大，而启动负载很小，因而启动电流并不很大。
所以，在非频繁点动的一般工
作时，仍然采用了全压直接启动。
SB3为正向启动控制按钮开关，当按下SB3时，SB3（7—15）闭合，交流接触器KM3线圈通电，KM3主触点闭合，短接限流电阻R，另一个常开辅助触点（5-23）闭合，中间继电器KA线圈通电，其常开触点（7-19）闭合，使得KM3在SB3松开后保持通电，进而KA也保持通电。
同时KA的常闭触点将停车制动的基本电路切除。
另一方面，当SB3尚未松开时，由于KA的另一个常开辅助触点（9-13）已闭合，因而使得交流接触器KM1线圈通电，其主触点闭合，主电动机M1全压启动运行。
与此同时，KM1的常开辅助触点（13-15）闭合，与之前闭合的两个KA常开触点（7-19、9-13）形成自锁通路，当SB3松开后，从而KM1保持通电。
KT的常闭触点在主电路中短接电流表A，其作用是使电流表避过启动尖峰电流的冲击。
在KA常开触点（7-19）闭合KM3通电的同时，通电延时时间继电器KT通电，开始延时，时间到后，其主电路的常闭触点断开，此时电流表接入电路开始监测主电动机M1的绕组电流。
如图所示，SB4（13区）为反向启动按钮开关，反向启动控制过程与正向启动控制过程类似，在此不在分析。
3.1.4主电动机反接制动分析
如图2-1，C650卧式车床采用反接制动方式进行停车制动，使用速度继电器KS（3区）进行检测与控制。
当主电动机正转启动时，主轴电动机正向旋转达到120r/min时，速度继电器KS的正向常开触点KS1（17-23）闭合，制动电路处于准备状态，当按下总停按钮SB1（3-5）开关后，原来通电的KM1、KM3、KA、KT就马上失电，它们的所有触点均被释放复位到常态。
而主电动机因惯性仍然运转，因速度不可能立刻降下来（n<100r/min），所以速度继电器KS1（17-23）仍闭合，当SB1（3-5）复位时——KS1（17-23）与控制反接制动电路的KA常闭辅助触点（7-17）一起接通接触器KM2的线圈电路，电流通路是：
TC（110V）→FU5（1-3）→SB1常闭触点（3-5）→FR1（5-7）→KA常闭触点（7-17）→KS正向常开触点KS1（17-23）→KM1常闭触点（23-25）→KM2线圈（4-25）→FU5（2-4）→TC。
这样，主电动机M1主电路即串入限流电阻R进行反接制动，强迫电动机迅速停止，正向转速很快就降下来，当降到（n<100r/min）很低时，速度继电器KS的正向常开触点KS1（17-23）复位断开，这样就切断了上面的KM2线圈通路，其相应的主触点复位，电动机断电，则正向反接制动结束。
反转时的反接制动过程与正转停车制动时的反接制动过程相似，则不在作详细分析。
在反接状态下，速度继电器KS的反向常开触点KS2（9-17）闭合，制动时接通KM1（4-11）的线圈电路，进行反接制动。
3.1.5快速电动机与冷却泵电动机控制分析
如图2-1，若要使快速电动机动作（刀架快速移动）,则转动刀架手柄,使其压合位置开关SQ（5-23）,SQ闭合,接通KM5线圈电路,KM5线圈主触点（5区）闭合,这样快速电动机M3就开始运转,经传动系统驱动溜板箱,带动刀架快速移动。
当刀架手柄复位时，快速电动机M3停止运行。
SB5、SB6按钮开关分别为冷却泵电动机M2的停止、启动开关，控制接触器KM4线圈电路的通断，达到控制冷却泵M2的通断运行。
3.2辅助电路分析
3.2.1照明电路和控制电源分析
如图2-1，TC为控制变压器，二次侧有两路，一路为110V，为控制电路提供电源；而另一路为36V（安全电压），供照明电路照明，SA（7区）为控制照明电路的开关，SA闭合时照明灯HL（7区）点亮，断开则熄灭。
3.2.2电流表保护电路
如图2-1，电流表A（3区）经电流互感器TA（2区）接在主电动机M1的主电路上，由于在主电动机在刚启动时，启动尖峰电流很大，为了让电流表躲过启动尖峰电流的冲击，则在线路上设置了时间继电器KT（12区）的常闭开关KT（3区）进行保护。
在主电动机正向或反向启动后，时间继电器KT（12区）通电，延时开始，延时时间尚未到时，电流表A（3区）被时间继电器KT（12区）延时常闭触点（3区）短路，延时时间到后，电流表开始指示（监测主电动机绕组电流）。
3.3系统元器件的选择
3.3.1熔断器
熔断器在电路中主要作短路保护和严重过载保护，用于保护线路。
主轴电机电路熔断器选取型号为:
RL1-100/100.冷却泵电机电路、快进电机电路熔断器选取型号分别为：
RL1-15/2、RL1-15/6.控制电路选取型号RL1-15/2。
3.3.2热继电器
热继电器是利用电流热效应原理来工作的保护电器，具有与电动机容许过载特性相近 的反时限保护特性。
主轴电机电路热继电器选取型号为：
JR36-63,整定电流为：
60A；冷却泵电路热继电器选取型号为：
JR36-20，整定电流为：
0.36A。
3.3.3速度继电器
速度继电器是当转速达到规定值时触头动作的继电器。
主要用于电动机反接制动控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时能自动地及时切断电源。
速度继电器的结构如图3-2
图3-2速度继电器结构图
机床上常用的速度继电器有JY1型、JFZ0型两种。
一般速度继电器的动作转速为120r/min，触头复位转速为100r/min以下。
本次设计选择的速度继电器型号为JY1型速度继电器500V、2A。
3.4PLC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。
选型的基本内容应包括以下几个方面：
（1）PLC输出方式的选择不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求。
继电器输出型的PLC可以带直流负载和交流负载；晶体管型与双向晶闸管型输出模块分别用于直流负载和交流负载。
（2）I/O响应时间的选择PLC的响应时间包括输入滤波时间、输出电路的延迟和扫描周期引起的时间延迟。
（3）联网通信的选择若PLC控制系统需要联入工厂自动化网络，则所选用的PLC需要有通信联网功能，即要求PLC应具有连接其它PLC、上位计算机及CRT等接口的能力。
（4）PLC电源的选择电源是PLC干扰引入的主要途径之一，因此应选择优质电源以助于提高PLC控制系统的可靠性。
一般可选用畸变较小的稳压器或带有隔离变压器的电源，使用直流电源时要选用桥式全波整流电源。
（5）存储容量的选择PLC程序存储器的容量通常以字或步为单位。
一般情况下用户程序所需的存储器容量可按照如下经验公式计算：
程序容量=K×总输入点数/总输出点数对于简单的控制系统，K=6；若为普通系统，K=8；若为较复杂系统，K=10；若为复杂系统，则K=12。
在选择内存容量时同样应留有裕量，一般是运行程序的25%。
不应单纯追求大容量，在大多数情况下，满足I/O点数的PLC，内存容量也能满足。
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S7-200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。
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S7-200系列的CPU224型PLC，24V直流14点输入。
4基于PLC控制C650卧式车床硬件设计
4.1I/O地址的分配
根据该系统的控制要求，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地址分配如下图4-1所示。
输入信号
PLC地址
输出信号
PLC地址
主轴电动机MA1的正转按钮SF1
I0.0
主电动机M1正转KM1
Q0.0
主轴电动机MA1的反转按钮SF2
I0.1
主电动机M1反转KM2
Q0.1
主轴停止按钮SF3
I0.2
短接制动电阻KM3
Q0.2
主轴电动机MA1的点动按钮SF4
I0.3
主电动机M1点动
Q0.3
速度继电器正转常开触头KS1
I0.4
冷却泵电动机M2起、停KM4
Q0.4
速度继电器反转常开触头KS2
I0.5
快速电动机M3起、停KM5
Q0.5
冷却泵电动机MA2起动、停止开关SF5
I0.6
快速电动机MA3起动按钮SF6
I0.7
热继电器BB1
I1.0
热继电器BB2
I1.1
过流继电器KF
I1.2
图4-1C650卧式车床PLC控制系统I/O地址分配图
4.2I/O接线图
根据PLCI/O端子的分配，画出了C650卧式车床PLC控制系统I/O接线图如下图4-2所示
代号
名称
型号及规格
用途
数量
MA1
三相交流异步电动机
JO3-802-60.75KW380V905r/min
主电动机
1
MA2
三相交流异步电动机
JO3-
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