PLC对C650普通车床的电气改造

1、1 扬州市技师学院扬州市技师学院 毕毕 业业 论论 文文 题目 plc 对 c650 普通车床的电气改造 系别 电气工程系 班级 07 高机电（2） 姓名 学号 指导教师 日期 2011.04.17 i 摘 要 可编程控制器是近年来发展迅速应用广泛的控制装置，是一种工业环境应用而 设计的数字电子控制系统，它不仅可以取代传统的继电器-接触器控制系统还可以完 成逻辑运算，顺序控制，定时、计数、数值计算和特定的功能，其应用于从单机自 动化控制到整条生产线的自动化及至整个工厂的生产自动化控制，使电器控制技术 进入了一个崭新的阶段，目前 plc 控制几乎在工业生产的所有领域都得到了广泛的 应用。 车床主

2、要是加工各种零件的回转表面，如内外圆柱面，内外圆锥面，成形回转 表面和回转替端面等，有些车床还能车削螺纹表面。因此车床是一般机器制造业中 应用最广泛的一类机床，约占机床总数的 35%50%。但是普通车床在加工过程中还 是存在很多缺点如工作效率低、精度低、故障率高、维修不便、对环境要求严格、 自动化程度不高等。 因此，本次设计的内容主要是利用 plc（programmable logic controller）对 具有代表性的 c650 普通卧式型车床的电器部分进行改造。首先分析 c650 普通卧式 型车床的电器控制部分，除了要完成主轴电动机点动控制运动之外，还要实现主轴 电动机的正转、反转控制

3、运动，主轴电动机正转时的反接制动、主轴电动机反转时 的反接制动控制，快速移动电动机的启动与停止控制，冷却泵电动机的启动与停止 控制。同时主电动机和冷却泵电动机有短路和过载保护， 有安全照明电路。 然后 根据控制电路的线路图，编写相应的 plc 的梯形图，编译通过后，利用 plc 实验台 进行实验仿真。因此使 c650 普通卧式车床的电器部分在完成原有的功能特点外，还 具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。 关键词：可编程控制器，plc 改造，梯形图，车床，反接制动 - i - 目 录 摘 要.i 1 车床的电气功能分析.1 1.1 车床的概述.1 1.2 车床电气原理图.2 2.

4、3 控制线路特点与电气线路概述.2 1.4 电气主要功能分析.5 2 软件的设计.6 2.1 s7200 plc 编程软件 step 7-micro/win 的介绍 .6 2.2 各电气控制部分分析及梯形图.6 2.3 电气控制部分总梯形图.13 3 系统调试.15 致 谢.16 1 1 车床的电气功能分析 1.11.1 车床的概述车床的概述 1、车床的用途 车床主要是加工各种零件的回转表面，如内外圆柱面，内外圆锥面，成形回转 表面和回转替端面等，有些车床还能车削螺纹表面。由于大多数机器零件都具有回 转表面，并且大部分需要用车床来加工，因此车床是一般机器制造业中应用最广泛 的一类机床，约占机床

5、总数的 35%50%。 在车床上，除使用车刀进行加工之外，还可以使用各种孔加工工具如钻头、绞 刀、镗刀等进行加工，或者使用螺纹刀具进行内、外螺纹的加工。 2、车床的运动 为形成工件加工表面形状，车床必须具有以下运动： （1）工件的旋转运动 是车床的主运动，其功用是使工件得到所得到的切削速 度，其特点是速度较高，功率较大。 （2）车刀的直线运动 是车床的进给运动，其功用是使毛坯上新的金属层被不 断的投入切削，以便加工出整个加工表面。 上述运动是车床形成加工表面所需的表面成形运动。车床上车削螺纹时，工件 的旋转运动和刀具的直线运动则形成螺旋运动，是一种复合成形运动。 （3） 辅助运动 车床上切入运

6、动及其刀架横向或纵向快速运动，称为辅助运 动，其功用是为表面成行运动创造条件，也是机床比不可少的运动 3、车床的分类 为适用不同的加工要求，车床的分类很多。按其结构和用途不同，可分为卧式 车床、立式车床、转塔车床、回轮车床、落地车床、液压仿形和半自动车床、各种 专用车床（如曲轴车床、凸轮车床等） 、数控车床和车削加工中心。 2 1.21.2 车床电气原理图车床电气原理图 图 2.1 c650 型卧式车床的电气控制线路图 2.32.3 控制线路特点与电气线路概述控制线路特点与电气线路概述 1、控制线路的特点 (1) 主轴正反转用正、反向接触器进行控制。 (2) 主电动机的功率为 30 kw, 但

7、因不经常启动, 所以采用直接启动。 (3) 为了对刀和工件进行调整, 主轴电动机的控制线路设有点动环节。 (4) 为提高工作效率,主轴电动机采用反接制动。在反接制动时, 为减小制动电 流,定子回路串入限流电阻 r。在点动时, r 也串入定子回路, 防止频繁点动时使主 电动机过热。 (5) 为监测主轴电动机定子大电流, 通过电流互感器接入电流表。为防止主轴 电动机的启动电流以及反接制动电流对电流表造成冲击, 在主轴电动机启动和反接 制动时, 与电流表并联一个时间继电器的通电延时打开的常闭触头。 3 (6) 加工螺纹时, 为了保证工件的旋转速度与刀具的进给速度间的严格比例关 系,刀架的进给运动也由

8、主轴电动机拖动。 (7) 为减轻工人的劳动强度和节省辅助工时,专设一台 2.2 kw 的电动机拖动溜 板箱快速运动。 (8) 加工时为防止刀具和工件的温度过高,用一台电动机驱动的冷却泵供给切削 液实现冷却。冷却泵电动机在主轴电动机开动后方可启动旋转。 (9) 主电动机和冷却泵电动机有短路和过载保护。 (10) 有安全照明电路。 2、电气线路概述 该机床电气线路较为复杂。主电路由四台三相异步交流电动机及其附属电路元 件组成。除冷却泵电动机采用开关直接起动外，其余三台异步电动机采用接触器直 接起动。 m1 是主轴电机，功率为 30kw，由交流接触器 km3 ,km4 控制其起动与停止。热 继电器

9、fr1 是过载保护电器。短路保护电器是总电源开关中的熔断器 fu1。 m2 是冷却泵电动机，功率为 1.5kw，由接触器 km1 控制其启动与停止，热继电 器 fr2 是过载保护电器。短路保护电器是总电源开关中的熔断器 fu2。 m3 是快速移动电动机，功率为 2.2kw，由接触器 km2 控制其启动与停止，短路 保护电器是总电源开关中的熔断器 fu2。该电动机的主要作用拖动溜板箱快速运动， 因功率小，所以未装设过载保护电器。 主电路电源电压为交流 380v，自动空气断路器 qf1 作为电源引入开关。控制线 路电源电压为交流 110v，由控制变压器 tc 提供电源。照明电压为 24v，由 tc

10、1 提供 电源。 照明线路、控制电路由相应的熔断器 fu3、fu4、fu5 作为短路保护电器。 4 表 2.1 c650 普通车床主要电气元件目录表 符 号名 称用途数量 m1 m2 m3 km km1 km2 km3 km4 kt ka sq1 fr1 fr2 sb1 sb2 sb3 sb4 sb5 sb6 fu1 fu2 fu3 fu4 fu5 el ks1 ks2 a r 电动机 电动机 电动机 交流接触器 交流接触器 交流接触器 交流接触器 交流接触器 时间继电器 中间继电器 限位开关 热继电器 热继电器 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 熔断器 熔断器 熔断器 熔断器 熔断器 照明

11、灯 速度继电器 速度继电器 电流表 电阻 主传动交流电动机 冷却泵交流电动机 快速移动交流电动机 短路限流电阻交流接触器 冷却泵电动机起停交流接触器 快速移动电动机交流接触器 主轴电动机正转交流接触器 主轴电动机反转交流接触器 电流表时间继电器 轴电动机起停反接制动中间继电器 快速移动电动机起停限位开关 主轴电动机过载保护继电器 冷却泵电动机过载保护继电器 冷却电动机停止按钮 主轴电动机反传启动按钮 冷却电动机启动按钮 反接制动按钮 冷却电动机停止按钮 冷却电动机点动按钮 主轴电动机短路保护熔断器 冷却泵电动机短路保护熔断器 照明电路短路保护熔断器 控制电路短路保护熔断器 控制电路短路保护熔断

12、器 照明 主轴电动机反转反接制动速度继电器 主轴电动机正转反接制动速度继电器 监视电流表 启动与反接制动限流电阻 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 1.41.4 电气主要功能分析电气主要功能分析 本机床使用 380v、50hz 三相交流电源。根据特殊定货，亦可使用 220v、50hz、380v、60hz、420v、50hz、220v/440v、60hz 等三相交流电源。控制 电路，照明电路均由控制变压器供电。电压分别为 110v、24v。 为了传动各机构，机床上装有下列电动机 m1主电动机 m2冷却泵电动机

13、m3快速移动电动机 机床主电路分析： 组合开关 q1 将三相电源引入, fu1 为主电动机 m1 的短路保护用熔断器, fr1 为 m1 电动机过载保护用热继电器, r 为限流电阻,防止在点动时连续的启动电流造 成电动机的过载。通过互感器 ta 接入电流表 以监视主电动机绕组的电流。熔断 器 fu2 为 m2、m3 电动机的短路保护, 接触器 km1、km2 为电动机 m2、 m3 启动用接 触器, fr2 为 m2 电动机的过载保护, 快速电动机 m3 短时工作, 所以不设过载保护。 监视主回路负载的电流表是通过电流互感器接入的。 为防止电动机启动电流对 电流表的冲击,线路中采用一个时间继电

14、器 kt。启动时,kt 线圈通电,而 kt 的延时 断开的动断触点尚未动作,电流互感器二次侧电流只流经该触点构成闭合回路, 电流 表没有电流流过。 启动后, kt 延时断开的动断触点打开, 此时电流流经电流表, 反 映出负载电流的大小。 6 2 软件的设计 2.12.1 s7s7200200 plcplc 编程软件编程软件 stepstep 7-micro/win7-micro/win 的介绍的介绍 s7-200 可编程控制器使用 step7-micro/win32 编程软件进行编程。step7- micro/win32 编程软件是基于 windows 的应用软件，功能强大，主要用于开发程序，

15、 也可用于适时监控用户程序的执行状态。加上汉化后的程序，可在全汉化的界面下 进行操作。 step7-micro/win32 编程软件包括 microwin3.1；microwin3.1 的升级版本软件 microwin3.1 sp1；toolbox（包括 uss 协议指令：变频通信用，tp070：触摸屏的组 态软件 tp designer v1.0 设计师）工具箱；以及 microwin 3.11 chinese（microwin3.11 sp1 和 tp designer 的专用汉化工具）等编程软件。 step 7-micro/win 编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良 好

16、的编程环境。 2.22.2 各电气控制部分分析及梯形图各电气控制部分分析及梯形图 1、主电动机的点动调整 图 4.1 所示为点动环节的控制线路图。线路中 km3 为电动机 m1 的正转用接触器, km4 为 m1 的反转用接触器, ka 为中间继电器。 按下点动按钮 sb6,接触器 km3 得电,其 主触点闭合,电动机的定子绕组经限流电阻 r 和电源接通, 电动机在较低速度下启动。 松开按钮 sb6,km3 断电, m1 停止转动。在点动过程中, 中间继电器 ka 线圈不通电, km3 线圈不会自锁。 7 图 3.1 c650 型车床点动控制线路 2、主电动机的正反转控制 主电动机的正反转控制

17、电路如图 3.2 所示。 (1) m1 的正向长动 按下正向启动按钮 sb1, 接触器 km 首先得电动作, 其主触点闭合将限流电阻 r 短接,其辅助触点闭合使中间继电器 ka 得电, 其辅助触点(13-7)闭合使接触器 km3 得电, km3 的主触点闭合使 m1 直接正向启动,km3 的动合触点(15-13)和 k 的动合触 点(5-15)的闭合将 km3 的线圈自锁。m1 的正向长动对应的梯形图如下： 8 梯形图分析： 按下或松开触点 i0.6 实现主电动机的点动控制；按下触点 i0.1，继电器线圈 q0.0 得电，之后中间继电器线圈.m0.0 得电，使正转线圈 q0.3 得电，q0.3

18、 对应的触点动 作，常开触点 q0.3 闭合，完成了对正转线圈 q0.3 的自锁控制，主电动机长期处于 正转状态。 (2) m1 的反向长动 按下反向启动按钮 sb2, 接触器 km 首先得电动作, 其主触点闭合将限流电阻 r 短接, 其辅助触点闭合使中间继电器 ka 得电, 其辅助触点(21-23)闭合使接触器 km4 得电, km4 的主触点将三相电源反接,电动机在全压下反转启动。km4 的动合触 点(15-21)和 ka 的动合触点(5-15)的闭合将 km4 的线圈自锁。km4 的动断触点(7-11)和 km3 的动断触点(23-25)分别串在对方接触器线圈的回路中, 起到了电动机正转

19、与反 转的电气互锁作用。 9 图 3.2 c650 型车床正反转控制线路 10 梯形图分析： 按下触点 i0.2，继电器线圈 q0.0 得电，之后中间继电器线圈.m0.0 得电，使反 转线圈 q0.4 得电，q0.4 对应的触点动作，常开触点 q0.4 闭合，完成了对正转线圈 q0.3 的自锁控制，主电动机长期处于反转状态。 3、主轴电动机的反接制动控制 c650 型卧式车床采用了反接制动方式。当电动机的转速接近于零时,用速度继 电器的触点给出信号切断电动机的电源。 图 4.3 所示是 c650 型车床正反转与反接 制动的控制线路。速度继电器与被控电动机是同轴连接的,当电动机正转时, 速度继

20、电器的正转常开触点 ks1(17-23)闭合,电动机反转时,速度继电器的反转动合触点 ks2(17-7)闭合。当电动机正向旋转时, 接触器 km3 和 km、继电器 ka 都处于得电动 作状态, 速度继电器的正转动合触点 ks1(17-23)也是闭合的, 这样就为电动机正转 时的反接制动做好了准备。 需要停车时,按下停止按钮 sb4,接触器 km 失电, 其主 触点断开,电阻 r 串入主回路。同时 km3 和 ka 也失电,km3 断开了电动机的电源, ka 失电后其动断触点复位闭合。这样就使反转接触 km4 的线圈通过线路“1-3-5-17- 23-25”得电,电动机的电源反接,电机处于反接

21、制动状态。当电动机的转速下降到速 度继电器的复位转速时, 速度继电器 ks 的正转动合触点 ks1(17-23)断开, 切断了 接触器 km4 的通电回路, 电动机脱离电源停止。 11 图 3.3 c650 型车床正反转与反接制动的控制线路 梯形图分析： 12 正转时的反接制动分析：当主电动机处于正转状态时，按下反接制动按扭 sb4，常闭触点 i0.4 断开，中间继电器线圈 m0.0 失电，它所对应的触点要复位，常 开触点恢复为常开状态，常闭触点恢复为常闭状态闭合，所以此时主电动停止正转， 同时网络 7 接通，定时器 t38 开始定时，中间继电器线圈 m0.1 得电，m0.1 的开触 点要闭合

22、，所以线圈 q0.4 接通，电动机开始反转，实现正转时的反接制动。当定时 器 t38 定时 10 秒时间到后，t38 所对应的触点动作，中间继电器线圈 m0.1 失电， 主电动机停止反转，正转时的反接制动结束。 反转时的反接制动分析：当主电动机处于反转状态时，按下反接制动按扭 sb4，常闭触点 i0.4 断开，中间继电器线圈 m0.0 失电，它所对应的触点要复位，常 开触点恢复为常开状态，常闭触点恢复为常闭状态闭合，所以此时主电动停止正转， 同时网络 8 接通，定时器 t37 开始定时，中间继电器线圈 m0.2 得电，m0.2 的开触 点要闭合，所以线圈 q0.3 接通，电动机开始正转，实现反

23、转时的反接制动。当定时 器 t37 定时 10 秒时间到后，t38 所对应的触点动作，中间继电器线圈 m0.2 失电， 主电动机停止正转，反转时的反接制动结束。 4、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行程开关 sq 来实现的。当手柄压下 sq 后,接触器 km2 得电吸合,电动机 m3 转动带动刀架快速移动。m2 为冷却泵电动机, 其启动与停止是通过按钮 sb3 和 sb5 控制的。 梯形图分析：按下触点 i0.3，线圈 q0.1 得电，快速移动电动机开始工作，同 时完成自锁控制,按下常闭触点 i0.4，线圈 q0.1 失电，电动机停止工作。 5、照明电路 13 梯

24、形图分析：按下触点 i1.0，线圈 q0.6 得电，照明灯开始工作，同时完成自锁控制 ， 按下常闭触点 i1.1，线圈 q0.6 失电，停止照明 2.32.3 电气控制部分总梯形图电气控制部分总梯形图 14 15 3 系统调试 首先，把所编的程序输入到计算机，进行编译，所输入的程序通过编译后直到 最后通过。接入 plc 通信口后，将所编程序进行调试，直到调试结果出现正常的结 果 。在调试过程中出现了以下几个问题： （1）在调试程序前试前,忘记对 plc 进行复位,这样虽然编写的程序正确,但按 下控制按钮,也不能达到控制要求.在调试程序前应先对 plc 进行复位操作,然后再进 行程序调试. （2）在同一个网络中输出端的个数过多,虽然在计算机上程序通过,在装如 plc 后,按下控制按钮,不能正常运行,这是由于在 plc 在顺序扫描的过程中,由于输出端 的个数多,而不能扫描上去.修改程序,减少同一个网络中输出端的个数,再进行调试. （3）主机的 cpu 应当与 plc