卧式车床的PLC控制系统设计.docx

1、卧式车床的PLC控制系统设计机床电气控制技术课程设计报告设计课题: 一台普通卧式车床的PLC控制系统设计目录1.前言 12.方案论证1 2.1机床传统控制方式1 2.1.1设计题目1 2.1.2机床的主要结构和运动形式1 2.1.3 控制电路分析23. PLC控制系统设计8 3.1现代PLC控制系统原理8 3.1.1电气控制要求8 3.1.2 设计基本原理9 3.1.3 PLC输入输出接线端子外接线图10 3.1.4 Plc的梯形图及指令表11 3.2.2系统硬件设备选型 11 3.23主盘电器安装位置图和操作面板电器安装位置图 13 3.2.4电气安装接线图14参考文献15 一台普通卧式车床

2、的PLC控制系统设计1、前言普通卧式车床是一种普通小型机床，具有一般车床特性，能车削内、外圆，圆锥面，端面，镗孔，割槽，钻孔，滚花，亦能车削常用的公制和英制螺纹。 普通卧式车床是有机座的普通车床。该车床其结构、性能、用途均一样，具有结构简单，操作方便，主轴孔径大，占地面积小等优点，适用于机器，仪表工业作为加工小型机械零件和修理之用。 普通车床有分公、英制各两种。本机床可根据用户的要求，安装不同频率和电压的配套电器以及单项或三相电动机 普通卧式车床是一种普通小型机床，具有一般车床特性，能车削内、外圆，圆锥面，端面，镗孔，割槽，钻孔，滚花，亦能车削常用的公制和英制螺纹。 普通卧式车床是有机座的普通

3、车床。该车床其结构、性能、用途均一样，具有结构简单，操作方便，主轴孔径大，占地面积小等优点，适用于机器，仪表工业作为加工小型机械零件和修理之用。 普通车床有分公、英制各两种。 本机床可根据用户的要求，安装不同频率和电压的配套电器以及单项或三相电动机 普通卧式车床2.方案论证2.1机床传统控制方式2.1.1设计题目一台普通卧式车床的PLC控制系统设计2.1.2机床的主要结构和运动形式C6501型卧式车床的电气控制车床的种类很多，其中卧式车床是应用极为广泛的金属切削机床。它用于对具有旋转表面的工件进行加工，如车削外圆、内圆、端面、螺纹等，也可用钻头、铰刀、镗刀等刀具进行加工。一、卧式车床的主要结构

4、和运动形式卧式车床的主要结构卧式车床的结构外形如图31所示。它主要由床身10、主轴变速箱3、挂轮箱2、进给箱1、溜板箱6、刀架5、尾座7、光杆9与丝杠8等部分构成。图31卧式车床的外形结构示意图1一进给箱；2一挂轮箱；3一主轴变速箱；4一卡盘；5一刀架；6一溜板箱；卜尾座；8一丝杠；9一光杆； 2卧式车床的主要运动车床的切削加工包括主运动、进给运动和辅助运动。主运动为工件的旋转运动，由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转。进给运动为刀具的直线运动，由进给箱调节加工时的纵向或横向进给量。辅助运动为刀架的快速移动及工件的夹紧、放松等。2、车床对电气控制的要求根据切削加工工艺要求，车床对电气控制提出下列要

5、求：主拖动电动机采用三相笼型异步电动机，主轴的正、反转由主轴电动机正、反转实现。调速采用机械齿轮变速的方法。车床采用直接启动方法(容量较大时，采用星一三角减压启动)。为实现快速停车，一般用机械制动或电气反接制动。控制线路具有必要的保护环节和照明装置。2.1.3 控制电路分析C650型卧式车床的电气控制图32为C650型卧式车床的电气控制原理图。车床共有3台电动机，M1为主轴电动电气控制与可编程控制技术机，可以实现电动机正反转运转。制动时采用反接制动；M2为冷却泵电动机；M3为快速移动电动机。速度继电器KS与主轴同轴，当正向转速大于100rmin时，KSF闭合；当反向转速大于100rmin时，K

6、SR闭合。SQ为快速移动的手动控制。图32C650型卧式车床的电气控制原理图电气元件符号及功能说明表(1)主电路分析图32所示的主电路中有3台电动机的驱动电路，隔离开关QS将三相电源引入，电动机M1，电路接线分为三部分：第一部分由正转控制交流接触器KM1，和反转控制交流接触器KM2：的两组主触头构成电动机的正反转接线；第二部分为一电流表A经电流互感器TA接在主电动机M，的动力回路上，以监视电动机绕组工作时的电流变化，为防止电流表被起动电流冲击损坏，利用一时间继电器的动断触头，在起动的短时间内将电流表暂时短接掉；第三部分为一串联电阻限流控制部分，交流接触器KM3的主触头控制限流电阻R的接人和切除

7、，在进行点动调整时，为防止连续的起动电流造成电动机过载，串人限流电阻R，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连，在停车制动过程中，当主电动机转速为零时，其常开触头可将控制电路中反接制动相应电路切断，完成停车制动。电动机M：由交流接触器KM：的主触点控制其动力电路的接通与断开；电动机M，由交流接触器KM，控制。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和采用热继电器的电动机过载保护环节。(2)控制电路分析控制电路可划分为、主电动机M，的控制电路和电动机M：与M，的控制电路两部分。由于主电动机控制电路部分较复杂，因而还可以进一步将主电动机控制

8、电路划分为正反转启动和点动局部控制电路与停车制动局部控制电路，它们的局部控制电路分别见图33。下面对各部分控制电路逐一进行分析。主电动机正反转启动与点动控制。由图33(a)可知，当正转启动按钮SB3按压下时，其两常开触点同时动作闭合，一常开触点接通交流接触器KM3，的线圈电路和时间继电器KT的线圈电路，时间继电器的常闭触点在主电路中短接电流表A，经延时断开后，电流表接人电路正常工作；KM3的主触点将主电路中限流电阻短接，其辅助动合触点同时将中间继电器KA的线圈电路接通，KA的常闭触点将停车制动的基本电路切除，其动合触点与SB3的动合触点均在闭合状态，控制主电动机的交流接触器KM1的线圈电路得电

9、工作，其主触点闭合，电动机正向直接启动，启动结束。反向直接启动控制过程与其相同，只是启动按钮为SB4。SB2为主电动机点动控制按钮，按下SB2点动按钮，直接接通KM1的线圈电路，电动机M1正向直接启动，这时KM3线圈电路并没接通，因此其主触点不闭合，限流电阻R接入主电路限流，其辅助动合反接制动。反转时的反接制动工作过程相似，此时反转状态下，KS1，触点闭合，制动时，接通接触器KM1的线圈电路，进行反接制动。主电动机反接制动控制电路。图33(b)所示为主电动机反接制动控制电路的构成。C650卧式车床采用反接制动的方式进行停车制动，停止按钮按下后开始制动过程，当电动机转速接近零时，速度继电器的触点

10、打开，结束制动。这里以原工作状态为正转时进行停车制动过程为例，说明电路的工作过程。当电动机正向转动时，速度继电器KS的合触点KS2动闭合，制动电路处于准备状态，压下停车按钮SB1，切断电源，KMl、KM3、KA线圈均失电，此时控制反接制动电路工作与不工作的KA动断触点恢复原状闭合，与KS2：触点一起，将反向启动接触器KM2的线圈电路接通，电动机M1，反向启动，反向启动转矩将平衡正向惯性转动转矩，强迫电动机迅速停车，当电动机速度趋近于零时，速度继电器触点KS2复位打开，切断KM2的线圈电路，完成正转的反接制动。反转时的反接制动工作过程相似，此时反转状态下，KS-1，触点闭合，制动时，接通接触器K

11、M1的线圈电路，进行反接制动o刀架的快速移动和冷却泵电动机的控制。刀架快速移动是由转动刀架手柄压动位置开关SQ，接通快速移动电动机M3的控制接触器KM5的线圈电路，KM5，的主触点闭合，M3电动机启动经传动系统，驱动溜板箱带动刀架快速移动。冷却泵电动机M2由启动按钮SB6，停止按钮SB5控制接触器KM4线圈电路的通断，以实现电动机M3的长动工作控制。3. PLC控制系统设计3.1现代PLC控制系统原理3.1.1电气控制要求 原机床采用的是常规的接触器-继电器控制台控制电路。机床的主轴主运动和工作台进给运动分别有单独的电动机拖动，并有不同的控制要求。（1）主电动机M：(功率为30kW)，完成主轴

12、主运动和刀具进给运动的驱动，电动机采用直接启动的方式起动，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。（4） 编写的PLC控制程序必须上机通过模拟调试，调试是可采用模拟调试开关板和灯泡进行，调试是应有必要的记录。3.1.2 设计基本原理即本系统采用PLC的裁决，来代替传统复杂的继电器控制硬接线，而用简单易学的软件实现其控制功能；即随着输入信号的输入，而经程序执行判断，由输出信号直接控制对象。分

13、为： （1）输入处理，完成控制信号采集；（2）程序处理，将输入的信号变为直接主控的输出信号；（3）输出处理，即直接将PLC的输出信号转为，被控对象的触发信号。如图3-1： 图 3-1：PLC基本原理图3.1.3 PLC输入输出接线端子外接线图PLC输入端子外电路共接24个输入点，分别连接旋钮、按钮、行程开关等主令元件及检测元件，电源由PLC内部提供。输出端子外电路按执行电器的电源类别分别组成不同的端子组，共用端子COM端加装熔断器做短路保护，必要时可并联放电二极管以利PLC输出继电器触电的灭弧。PLC输入/输出接线端子外接线电路如图 3.1.4 Plc的梯形图及指令表如图所示：3.2.2系统硬

14、件设备选型 1.PLC控制说明及I/O点定义、分配表PLC的控制电路，既是可通过一定的输入信号送给PLC经内部程序处理后，由输出的控制信号直接驱动或控制电器执行件，达到预定目的。这也是与传统的控制电路区别最大的地方。即PLC的处理器可实现复杂，繁琐的控制要求。换句话说就是能使控制电路系统简洁化。如本控制系统设计，其PLC的程序可代替复杂的硬接线。表3-1：PLC的输入及输出(I/O)地址表地址号 符号名称 用途X0 SB1 主轴电机启动按钮X1 SB2 主轴电机启动按钮X2 SB3 主轴电机停止按钮X3 SB4 主轴电机停止按钮X4 SB5 工作台快速进给按钮X5 SB6 工作台快速进给按钮X

15、6 SQ1 工作台右移行程开关X7 SQ2 工作台左移行程开关X10 SQ3 工作台前、下移行程开关X11 SQ4 工作台后、上移行程开关 X12 SQ6 进给变速冲动行程开关 X13 SQ7 主轴变速冲动行程开关X14 SA1 圆工作台转换开关X15 SA3 冷却泵电机起、停转换开关X16 KS- 1 主轴电机速度继电器X17 KS- 2 主轴电机速度继电器 表3-1（a）： 输入分配表地址号 符号名称 用 途Y0 KM1 冷却泵电机交流接触器 Y1 KM2 主轴电机反接制动交流接触器Y2 KM3 主轴电机运行交流接触器 Y3 KM4 工作台进给电机正转交流接触器 Y4 KM5 工作台进给电

16、机反转交流接触器 Y5 KM6 工作台快速进给电磁铁交流接触器 3.2.3主盘电器安装位置图和操作面板电器安装位置图3.2.4电气安装接线图参考文献 【1】钟肇新 彭侃.可编程控制器原理及应用华南理工大学出版社 2001年4月 【2】郑 萍.现代电气控制技术重庆大学出版社 2003年8月 【3】高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例 人民邮电出版社 2004年7月 【4】袁任光.可编程序控制器（PC）应用技术与实例华南理工大学出版社 2001年3月【5】汪志锋.可编程序控制器原理及应用西安电子科技大学出版社 2004年2月【6】陈 宇.可编程序控制器基础及编程技巧华南理工大学出版社 2001年

17、6月【7】徐德 孙同景 陈贵友.可编程序控制器(PLC)应用技术山东科技大学出版社 2003年10月【8】张凤珊.电气控制及可编程序控制器 中国轻工业出版社 2005年1月【9】冯济缨 黄明琪.可编程序控制器应用基础重庆大学出版社 1998年月【10】廖常初.PLC基础及应用机械工业出版社 2004年8月【11】何建平.可编程序控制器及其应用重庆大学出版社 2004年7月【12】吴中俊 黄永红。可编程序控制器原理及应用机械工业出版社 2003年9月【13】史国生.电气控制与可编程序控制器技术化学工业出版社 2004年6月【14】黄 净.电气控制与可编程序控制器机械工业出版社2004年8月【15】程宪平.机电传动与控制华中科技大学出版社2002年3月