普通车床电气系统控制改造毕业论文

1、 职业技术学院毕业论文普通车床电气控制系统改造 2014届电气工程系专 业 电气自动化 学 号 * 学生姓名 * * * 指导教师 * * * 完成日期 2013年12月 13日摘 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。因此，以PLC取代常规的继电器，可提高工作性能，并且达到车床的控制要求。本次设计的思路是依靠PLC作为核心器件，通过使用PLC将原有的接线方式进行替换，使其在整体的设计中能实现电路的简单化，其控制部分通过程序的编写来达到车床的工作要求。在电机调速上使用变频器进行控制

2、，变频器能做到无级调速和阶段化调速，由此对主轴电机进行转速的控制。这里先介绍一下使用到的PLC和变频器。更具体的介绍与说明将在下面的章节中进行体现出来。PLC（Programmable Logic Controller）又称为可编程控制器是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。它具有结构简单、编程方便

3、、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。它的功能主要是：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。西门子变频器是由德国西门子公司研发、生产、销售的知名变频器品牌，主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度。并以其稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、超强的过载能力、创新的BiCo（内部功能互联）功能以及无可比拟的灵活性，在变频器市场占据着重要的地位。关键词： PLC； 变频器；

4、C650车床；目 录摘 要 I第1章 绪论11.1 C650型普通车床发展现状11.2 PLC概述2 1.2.1 PLC的基本结构及特点3 1.2.2 PLC在电气控制系统中的应用 41.3 基于PLC的电气系统控制的意义及发展前景5 1.3.1 意义5 1.3.2 发展前景51.4 本文主要工作7第2章 C650车床的主要结构与控制要求82.1 C650车床的主要结构82.2 C650车床的控制要求82.3 继电器电气线路的分析8 2.3.1主电路分析9 2.3.2 控制电路分析10 2.3.3 整机线路联锁与保护10第3章 基于PLC的C650车床仿真平台硬件结构设计113.1

5、系统输入输出分析113.2 OMRON 24V 继电器-LY4NJ简介123.3 MM420变频器简介153.4 西门子S7-200 PLC 简介17 3.4.1 PLC的选型17 3.4.2概述17 3.4.3 应用领域18 3.4.4 优点、特点18 3.4.5 PLC 的硬件组成与各部分的作用19 3.4.6 PLC 的一些技术参数指标213.5 PLC控制系统外部接线图223.6 本章小结23第4章 基于PLC的C650车床仿真平台软件设计244.1 S7200PLC编程软件STEP7-Micro/WIN的简介244.2 梯形图的设计24 4.2.1 机床工作指示灯

6、开关控制的梯形图设计24 4.2.2 电动机M1正、反转控制梯形图的设计24 4.2.3电动机M1正转点动控制的设计26 4.2.4 电动机M1的正、反转运行的反接制动的设计26 4.2.5 快速移动电动机的控制设计26 4.2.6 冷却泵电动机的控制设计 274.3 基于PLC控制改造C650车床梯形图 284.4 基于PLC控制改造C650车床程序表314.5 本章小结33第5章 系统调试345.1 硬件检查345.2 系统综合调试34总 结35参考文献36附 录37致 谢41第1章 绪论1.1 C650型普通车床发展现状数控技术

7、的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势。 1.高速、高精密化      高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断

8、地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。 数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到10000r/min以上。  直线电机驱动速度高，加减速特性好，有优越的响应特性和跟随精度。用直线电机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙(包括反向

9、间隙)，运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精度。 直线滚动导轨副，由于其具有各向间隙为零和非常小的滚动摩擦，磨损小，发热可忽略不计，有非常好的热稳定性，提高了全程的定位精度和重复定位精度。通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床的快速移动速度由目前的1020m/mim提高到6080m/min，甚至高达120m/min。 2.高可靠性      数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。3

10、.数控车床设计CAD化、结构设计模块化。随着计算机应用的普及及软件技术的发展，CAD技术得到了广泛发展。CAD不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用CAD，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。 通过对机床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发设计周期。 4.功能复合化 功能复合化的

11、目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的CX25Y数控车铣复合中心，该机床同时具有X、Z轴以及C轴和Y轴。通过C轴和Y轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。1.2 PLC概述现代化生产的水平,产品质量和经济效益等各项指标在很大

12、程度上取决于生产设备的先进性和电气化程度.随着大规模集成电路及微型计算机技术的发展,给电气控制技术开辟了新的前景.可编程控制器是近几十年发展起来的一种新兴工业控制器,由于它将计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰力强、价格便宜等优点结合起来,而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点,因此在工业生产过程控制中的应用越来越广泛.在实际生产中,由于大量存在一些用开关量控制的简单的程序控制过程,而实际生产工艺和流程又是经常变化的,因而传统的继电接触控制系统常不能满足这种要求.电子计算机控制系统的出现,提高了电气控制的灵活性和通用性,其控制功能和控制精度都得

13、到很大的提高.然而在其初期,存在着系统复杂,使用不便,抗干扰能力差,成本高等缺陷,尤其对上述简单的过程控制有大材小用和不经济等问题.因而,在20世纪60年代出现了一种能够根据生产需要,方便地改变控制程序,而又远比电子计算机结构简单,价格低廉的自动化装置顺序控制器,它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制线路功能的装置.它能满足程序经常改变的控制要求,使控制系统具有较大的灵活性和通用性,但它还是使用硬件手段,装置体积大,功能也受到一定限制.随着大规模集成电路和微处理技术的发展和应用,上述控制技术也发生了根本的变化.在20世纪70年代出现了用软件手段来实现各种控制功能以微处理器为核心的新

14、型工业控制器可编程控制器,这种器件完全能够适应恶劣的工业环境。由于它兼备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点,故目前在世界各国以作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制。PC出现后就受到普遍的重视,其应用发展也十分的迅速,原因在于现有的各种控制方式相比,它有一系列受用户欢迎的特点,主要是:1.可靠性高,抗干扰能力强 在恶劣的 工业环境下工业生产对控制设备的可靠性提出很高的要求。PC是专为工业控制而设计,由于采取了一系列措施,使PC控制系统的平均无故障间隔时间一般能达到45万h,远远超过传统继电器控制和计算机控制系统.可以说,到目前为止尚无任何一种工业控制系统的可靠性能达到和超过PC.保证P

15、C工作的可靠性高、抗干扰能力强的主要措施是:(1) 采用循环扫描、集中采样,集中输出的工作方式。(2) 硬件设计采用模块式结构并采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等一系列抗干扰技术,同时增加输出联锁、环境检测与故障诊断等提高可靠性电路。(3) 软件设计中设置实时监控、自诊断、信息保护与恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障的诊断、处理、报警显示及保护功能.因此PC优于微机控制的首要特点是它能适应恶劣的工业环境。2.编程简单、易于掌握这是PC优于微机的另一个特点。梯形图编程方式是PC最常用的编程语言。它与继电器控制原理图类似，具有直观、清晰、修改方便、易掌握等优点。3组合灵活使用方便由于它采用标准化得到通

16、用模块结构，能灵活方便地组合成各种不同规模、不同功能的控制系统。4功能强，通用性好现代PC具备很强的信息处理功能和输出控制能力，它既可以对开关量进行控制又可以对模拟量进行控制。5开发周期短，功率高 6体积小，重量轻，工耗低随着电子技术的发展和应用领域日益扩大，PC技术及其产品仍在继续发展，其结构不断改进，功能日益增强，性价比越来越高。1.2.1 PLC的基本结构及特点PLC（即可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller）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，

17、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。本次设计使用的是西门子S7-200PLC，西门子S7-200

18、PLC在实时模式下具有速度快，具有通讯功能和较高的生产力的特点。一致的模块化设计促进了低性能定制产品的创造和可扩展性的解决方案。来自西门子的S7-200微型PLC可以被当作独立的微型PLC解决方案或与其他控制器相结合使用。SIMATIC S7-200的应用领域从更换继电器和接触器一直扩展到在单机、网络以及分布式配置中更复杂的自动化任务。S7-200也越来越多地提供了对以前曾由于经济原因而开发的特殊电子设备的地区的进入。SIMATIC S7-200发挥统一而经济的解决方案。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

19、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。图 1-1 可编程控制器的基本结构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

20、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1.2.2 PLC在电气控制系统中的应用 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，可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子系统。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电

21、接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。用PLC控制改造其继电器控制电路,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。为此，对火电厂辅助车间自动控制水平提出了更高的要求。经过科技人员的不断引进、开发、研究，我国大型火电站的辅助系统（输煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循环水泵房等）已由继电器控制过渡到完全由PLC监控。 PLC是一种专为工业生产自

22、动化控制设计的，一般而言，无须任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。要提高PLC控制系统可靠性，一方面生产厂家要提高PLC的抗干扰能力；另一方面，要在设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合，减少及消除干扰对PLC的影响。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

23、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。1.3 基于PLC的电气系统控制的意义及发展前景1.3.1 意义传统的继电器接触器控制系统由于其结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定的范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中曾占主导地位，但是继电器接触器控制有着明显的缺点：设备体积大、寿命短、可靠性差、动作速度慢、功能少、程序不可变；因此对于程序固定，控制过程不太复杂的系统还是适合的。但是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，所以当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制柜就要改接或更改，通用性和灵活性较差。但可编程序控制器（PC）以其完善的功能，很强的通

24、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，PC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，PC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，PC应用极广。1.3.2 发展前景PLC发展至今，已有30余年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天复地的变化，PLC亦在不断的发展变化之中，PLC正朝着新的技术发展。向高性能、高速度、大容量发展。同时，随着技术的发展

25、，PLC的抗干扰能力将越来越强。PLC是专为工业生产自动化控制设计的，一般而言，无须任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。因此，PLC控制系统可靠性将伴随PLC的抗干扰能力的增强而提高，未来PLC的抗干扰性会大大提高。另外，PLC的应用会朝网络化、数字化的趋势发展。PLC网络化技术的发展有两个趋势：一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌PLC除外形成自己各具特色的PLC

26、网络系统，完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分；另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备，比如智能仪表、传感器、智能型电磁阀、智能型驱动执行机构等，通过光缆链接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络，这种网络与单纯的PLC远程网络相比，配置更灵活，扩展更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。第三，PLC正向高性能小型化方向发展，PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。现有三菱的FX-IS系列PLC最小型号的体积仅为60×90×75mm，但却具

27、有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品，开始具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、精确定位、步进驱动、报表统计等。也就是说，PLC系统与DCS (集散控制系统)的差别已经越来越小，用PLC同样可以构成一个过程控制系统。最后，PLC的操作将向简易化发展。PLC的复杂编程使一些用户望而却步，而且不同厂商PLC所有编程的语言也不尽相同，用户往往需要掌握更多种编程语言，难度较大。PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配

28、方和文本显示器等编程和应用也是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程时，需要熟悉有关的特殊存储器的意义，在编程时对它们赋值，运行时通过访问它们来实现对应的功能。PLC控制系统与电气控制系统的比较主要有以下优点：（1）控制方法电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电气控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑时以程序的方式存放在存储器中的，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体

29、积小、功耗小，而且PLC所谓的“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的PLC系统的灵活性和可扩展性也较好。（2）工作方式在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序按一定顺序循环执行，所以各继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。（3）控制速度继电器控制系统依靠机械触点的动作实现控制，工作效率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC时通过程序指令

30、控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。（4）定时和计数控制电气控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路做定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能，而电气控制系统一般不具备计数功能。（5） 可靠性和可维护性由于电气控制系统使用了大量的机械触点，存在机械磨损、电弧烧伤等问题，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来

31、完成，寿命长、可靠性高。PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场的调试和维护提供了方便。1.4 本文主要工作本文主要是介绍C650车床和PLC的一些相关的内容，通过本文介绍，能使我们了解这次我们所要进行的电气控制改造的意义，在如今的社会，越来越注重科技化、智能化，这次使用PLC对C650车床进行电气系统的控制改造有一定的意义，能使我们更快的了解和使用PLC，也能使我们清楚自己的个人能力和学习情况。图1-2 SIMATIC S7-200 PLC 系列6第2章 C650车床的主要结构与控制要求2.1 C650车床的主要结构普通车床是一种

32、应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹等加工。C650卧式普通车床属中型车床，加工工件回转直径最大可达1020mm,长度可达3000mm。其结构主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆和光杆等部分组成。车床有两种运动，一是轴卡盘带动工件的旋转运动，称为主运动（切削运动），另一种四溜板刀架顶针带动刀具的直线运动，称为进给运动。两种运动由同一电动机带动并通过各自的变速箱调节主轴转速或进给速度。此外，为提高效率、减轻劳动强度、便于对刀和减小辅助工时，C650车床的刀架还能快速移动，称为辅助运动。C650车床车床由三台

33、三相笼型异步电动机拖动，即主电动机M1、冷却电动机M2和刀架快速移动电动机M3。2.2 C650车床的控制要求从车削工艺要求出发，对各电动机的控制要求主要是：主电动机M1（30KW）：由它完成主运动的驱动。要求：直接起动连续运行方式并有点动功能以便调整；能正反转以满足螺纹加工需要；由于加工工件转动惯性大，停车时带有电气制动，此外，还要显示电动机的工作电流以监视切削状况。冷却电动机M2：用以加工时提供冷却液，采用直接起动、单向运行、连续工作方式。快速移动电动机M3：单向点动、短时工作方式。要求有局部照明和必要的电气保护与联锁。2.3 继电器电气线路的分析C650车床电气控制原理图如图2.1所示:

34、图 2-1为C650车床电气控制原理图412.3.1主电路分析该机床共配置三台电动机M1、M2和M3。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，采用直接启动方式，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气制动停车。为加工调整方便，还具有点动功能。电动机M1控制电路分为四个部分：由正转控制接触器KM1和反转控制接触器KM2的两组主触点构成电动机的正反转电路。电流表PA经电流互感器TA接在主电动机M1主运动上，以监视电动机绕组工作电流变化。为防止电流表被启动电流冲击损坏，利用时间继电器KT的动断触头，在启动的短时间内将电流表暂时短接。串联电阻限流控制部分，接触器KM

35、3的主触点控制限流电阻R的接入和切除，在进行点动调整时，为防止连续的启动电流造成电动机过载而串入了限流电阻R，以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相联，在停车制动过程中，当主电动机转速接近零时，其动合触头可将控制电路中反接制动的相应电路切断，完成停车制动。电动机M2提供切削液，采用直接启动停止方式，为连续工作状态，由接触器KM4的主触点控制其主电路的接通与断开。快速移动电动机M3由交流接触器KM5控制，根据使用需要，可随时手动控制启停。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。图2-2 主电路部分2.3.2

36、 控制电路分析电源：由控制变压器TC（380V/110V，36V）的接线和参数标注可知各接触器、继电器线圈电压等级为110V，而照明为36V安全电压由主令开关SA控制。主电动机M1控制：接通电源QS+。正向点动 SB1+KM1+（无自保）M1串R正向点动（SB1+表示按SB1并保持）正向起动 SB2+KM3+, KT+短接R, KA+ KM1+ (自保) M1全压正向起动(当n120r/min时) KS-1+ (KT延时到,起动完成) 转速达n,电流表A接入正向停止制动 SB0+KM1-，KM3-，KT-，KA-（当KS-1+时）KM2+M1串R反接制动 n(当n100r/min时) KS-1

37、- KM2-。反向制动 （接SB3）与停车制动（KS-2+）过程与正向类似。采用控制流程来表达电路的过程具有简单、一目了然的优点。其基本步骤是：各自受控点动作后出现的控制结果（利用坐标标注检索可避免遗漏）。冷却泵电动机 SQ6+ KM4+（自保）M2起动。快速电动机 SQ+（刀架手柄压动）KM5+M3起动。图2-3 控制电路部分2.3.3 整机线路联锁与保护 由KM1与KM2各自的常闭触点串接于对方工作电路以实现正反转运行互锁。由FU及FU1FU6实现短路保护。由FR1与FR2实现M1与M2的过载保护（根据M1与M2额定电流分别整定）。KM1KM4等接触器采用按钮与自保控制方式，因此使M1与M

38、2具有欠电压与零电压保护。第3章 基于PLC的C650车床仿真平台硬件结构设计3.1 系统输入输出分析根据本设计第2章主电路可知，确定其电路的输入输出及I/O分配输入端功能输出端说明SB1停止KM1主轴电机点动/正转线圈SB2主轴电机点动KM2主轴电机反转线圈SB3主轴电机正转KM3主轴电机控制线圈SB4主轴电机反转KM4冷却泵控制线圈SB5冷却电机停止KM5快移电机控制线圈SB6冷却电机启动KT时间继电器SQ行程开关KA中间继电器SA工作灯开关FU1热继电器FU2热继电器表3-1 输入、输出输入输入说明输出输出说明I0.0停止Q0.0正转-变频器I0.1点动Q0.1反转-变频器I0.2正转Q

39、0.2点动-变频器I0.3反转Q0.3冷却I0.4冷却停止Q0.4快移I0.5冷却启动Q0.5工作灯I0.6行程开关Q0.6正转-控制线圈I0.7工作灯开关Q0.7反转-控制线圈I1.0热继电器I1.1热继电器表3-2 PLC输入输出I/O分配3.2 OMRON 24V 继电器-LY4NJ简介图 3-1 24V继电器可用于大功率开关的小型通用继电器 带电弧屏障 耐压可达2,000V。 新增二极管内置型、CR内置回路型系列 备有LR、VDE认证型号。 1、2极型备有可对应4种额定电源的AC线圈型号以及可对应2种额定电源的DC线圈型号（适用线圈型号AC100/110、AC110/120、AC200

40、/220、AC220/240、DC100/110）。 3、4极型备有可对应4种额定电源的AC线圈型号以及可对应2种额定电源的DC线圈型号（适用线圈型号AC100/110、AC200/220、DC100/110）图3-2 OMRON 24V继电器 插座端子型图3-3 OMRON 24V继电器 手册图 3-4 OMRON 24V继电器 特性数据图3-5 连接插座/固定支架适用表图3-6 连接插座图3-7 继电器固定支架共通注意事项，请参见“继电器 共通注意事项”。 安装外壳上部安装型（LY1F、LY2F、LY3F、LY4F）时，请使用2个M3螺钉进行紧固。（通常紧固扭矩0.98N·m）

41、使用快接端子型时，请按照负载电流选择相应的FASTON插孔侧导线直径。 拔插快接端子时，请勿施加过大的力。此外，请逐根拔插，以避免倾斜插入或者多根同时插入等现象。 LY 的单接点型适合用于功率负载开关。请勿用于小于100mA 的信号类微小负载开关。 关于继电器中内置的二极管及CR元件继电器中内置的二极管及CR元件主要用来吸收继电器线圈所产生的反相电压。二极管或CR元件从外部承受浪涌电压，会导致元件损坏。因此，在元件有遭受外部浪涌电压的危险时，请采取浪涌吸收措施。 LY与下列插座组合，通电10A以上时PTF08A、PTF08A-E、PT08和LY1的继电器组合使用时，请分别将端子No.-间、-间

42、、-间短路。 关于继电器的更换因维护等原因更换继电器时，为防止继电器的误动作及触电事故，请务必切断负载侧和继电器线圈侧的电源。3.3 MM420变频器简介图3-8 西门子MM420 变频器图3-9 西门子MM420 变频器 结构框图西门子MM420 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。该系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W 到三相电源电压，额定功率11KW 可供用户选用。SRS-ME05选用的MM420订货号为6SE6420-2UC17-5AA0，额定参数为：电源电压：220V230V，单相交流额定输出功率：0.75KW额定输入电流：9.9A额定输出电流：3.9A外形尺寸：A

43、型操作面板：基本操作板（BOP）MM420变频器电路方框图如图3-10所示。进行主电路接线时，变频器模块面板上的L1、L2插孔接单相电源，接地插孔接保护地线；三个电动机插孔U、V、W连接到三相电动机（千万不能接错电源，否则会损坏变频器）。MM420变频器模块面板上引出了MM420的数字输入点：DIN1（端子）；DIN2（端子）；DIN3（端子）；内部电源+24V（端子）；内部电源0V（端子）。数字输入量端子可连接到PLC的输出点（端子接一个输出公共端，例如2L）。当变频器命令参数P0700=2（外部端子控制）时，可由PLC控制变频器的启动/停止以及变速运行等。图3-10 MM420变频器方框图

44、3.4 西门子S7-200 PLC 简介3.4.1 PLC的选型根据设计要求可知，PLC点数的选择，不管是输入点数还是输出点数都要留有10%的余量，根据I/O口分配情况可知：输入信号有10个，输出信号有6个，根据I/O点数可选择西门子S7-200PLC系列可编程控制器，以满足控制要求，而且输入输出都留有一定的余量。3.4.2概述SIMATIC S7-200 Micro 自成一体：别紧凑但是具有惊人的能力特别是有关它的实时性能它速度快，功能强大的通讯方案，并且具有操作简便的硬件和软件。但是还有更多特点：SIMATIC S7-200 Micro PLC具有统一的模块化设计目前不是很大，但是未来不可

45、限量的定制解决方案。这一切都使得SIMATIC S7-200 Micro PLC在一个紧凑的性能范围内为自动化控制提供一个非常有效和经济的解决方案。3.4.3 应用领域SIMATIC S7-200的应用领域从更换继电器和接触器一直扩展到在单机、网络以及分布式配置中更复杂的自动化任务。S7-200也越来越多地提供了对以前曾由于经济原因而开发的特殊电子设备的地区的进入。3.4.4 优点、特点SIMATIC S7-200发挥统一而经济的解决方案。整个系统的系列特点： 强大的性能，最优模块化和开放式通讯。结构紧凑小巧狭小空间处任何应用的理想选择在所有CPU型号中的基本和高级功能，大容量程序和数据存储器

46、杰出的实时响应在任何时候均可对整个过程进行完全控制，从而提高了质量、效率和安全性易于使用STEP 7-Micro/WIN工程软件初学者和专家的理想选择集成的 R-S 485接口或者作为系统总线使用极其快速和精确的操作顺序和过程控制通过时间中断完整控制对时间要求严格的流程图 3-11 西门子S7-200 PLC cpu 2243.4.5 PLC 的硬件组成与各部分的作用可编程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或

47、生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。具体组成及作用说明：图 3-1 基本单元S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用.CPU ：CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误

48、等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。扩展单元S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数.编程器PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编

49、程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。程序存储卡为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。存储器 存储器分为系统存储器和用户存储器, 用户存储器包括用户程序存储器和数据存储器两种，前者用于存

50、放用户程序，后者用来存放用户程序执行过程中使用NO/OFF状态量或数值量，以生成用户数据区。用户存储器内容由用户根据控制需要可读可写，可任意修改、删除。可采用高密度、低功耗的CMOS RAM或EPROM与EEPROM。他在PLC技术指标中的内存容量系指用户存储器容量，是PC等级的一项重要指标；系统存储器用于固化PLC生产厂家编写的各种系统工作程序，相当于单片机的监控程序或个人计算机的操作系统，在很大程度上他决定该种PC的性能和质量，用户无法更改或调用。写入器写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序

51、通过写入器传送到RAM区。文本显示器文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。输入部分：是指各类按钮、行程开关、传感器等接口电路，它收集并保存来自被控对象的各种开关量、模拟量信息和来自操作台的命令信息等。逻辑处理部分：用于处理输入部分取得的信息，按一定的逻辑关系进行运算，

52、并把运算结果以某种形式输出。输出部分：是指驱动各种电磁线圈、交/直流接触器、信号指示灯等执行元件的接口电路，它向被控对象提供动作信息。通讯及编程接口采用RS-485或RS-422串行总线作用：连接专用编程器；连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。图 3-2I/O扩展接口采用并行通讯方式作用：扩展I/O模块；扩展位置控制模块；扩展通讯模块；扩展模拟量控制模块。3.4.6 PLC 的一些技术参数指标CPU224的接线·DC输入DC输出：  DC输入端由1M、0.00

53、.7为第组，2M、1.01.5为第组，1M、2M分别为各组的公共端。 24V DC的负极接公共端1M或2M。输入开关的端接到24V DC的正极，输入开关的另端连接到CPU224各输入端。 DC输出端由1M、1+、0.00.4为第组，2M、2+、0.51.1为第2组组成。1L+、2L+分别为公共端。 第1组24V DC的负极接1M端，正极接1L+端。输出负载的端接到1M端，输出负载的另端接到CPU224各输出端。第2组的接线与第1组相似。 ·DC输入继电器输出：  DC输入端与CPU224的DC输

54、入DC输出相同。 继电器输出端由3组构成，其中N(-)、1L、0.00.3为第1组，N(-)、2L、0.40.6为第组，N(-)、3L、0.71.1为第3组。各组的公共端为1L、2L和3L。 第1组负载电源的一端N接负载的N(-)端，电源的另外一端L(+)接继电器输出端的1L端。负载的另一端分别接到CPU224各个继电器输出端子。第2组、第3组的接线与第1组相似。注意：M 字母代表的是母线的意思就是英文Mother的缩写。（意思就是公共线的意思）CPU本身输出的电源为标号M和L+,M是24V的正 L+是24V的负极 而输入端上有两个公共端他们分

55、别是1M和2M 1M作用范围为I0.0-I0.7 2M作用范围为I1.0-I1.51M和2M与刚才说的M和L+是没有关系的。也就是说你可以使用CPU自带的电源，也可以使用外部提供的DC24V电源。而且是不分正反的也就是说：如果在1M上接24V+ 那么在I0.0上输入为0V时，则I0.0常开点就闭合 同样 如果在1M上接0V 那么在I0.0上输入为24V+时 则I0.0常开点就闭合 其他公共端和输入端与上面的一样包括扩展模块上的数字输入端也一样。3.5 PLC控制系统外部接线图图 3-3 PLC 外部端子接线图3.6

56、 本章小结在本章中，将这次设计中需要用的元器件列举出来了，有OMRON-24V继电器、西门子-420变频器、西门子S7-200 PLC，并且进行了详细的说明介绍，将使用到的器件的使用说明或者是使用手册一一进行列举，在我们进行对其使用的时候能知道该器件型号是什么，各个管脚或者各个接线端口的标号和功能是什么，器件的使用注意事项有什么，和其他相关的内容。通过本章将系统的输入输出通过表格的形式进行说明，能清楚的知道在设计时候，I/O分配是针对的哪个器件，该器件在电路中的功能或作用是什么，可以一目了然。第4章 基于PLC的C650车床仿真平台软件设计4.1 S7200PLC编程软件STEP7-

57、Micro/WIN的简介 S7200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，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