机电一体化毕业设计（论文）-C650卧式车床的控制系统的PLC控制改造.doc

柳州职业技术学院毕业设计（论文）题目：用plc改造c650卧式车床的电气控制系统姓名 学号 专业 机电一体化技术 年级 09级机电一体化3班 指导教师 完成时间 柳州职业技术学院毕业设计（论文）任 务 书 机电工程系 系（部） 2009机电一体化技术 专业 班学生 学号 一、毕业设计（论文）题目： 用plc改造c650卧式车床的电气控制系统二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：2011年7月5日起至2011年9月30日 止 三、毕业设计（论文）进行地点： 四、任务书的内容：车床是一种应用极为广泛的机床，主要用于加工各种回转表面（内外圆柱面、圆锥表面、成型回转表面等），回转体的端面、螺纹等。车床的类型很多、主要有卧式车床、立式车床、转塔车床和仿形车床等。c650型卧式车床主要有床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杆和丝杆等部分组成，如图1所示。1-进给箱；2-挂轮箱；3-主轴变速箱；4-溜板与刀架；5-溜板箱；6-尾架；7-丝杆； 8-光杆；9-床身；图1 c650型卧式车床示意图1、运动形式n 主运动：安装在主轴箱中的主轴带动工件的旋转运动。n 进给运动：溜板箱带动溜板和刀架直线运动。刀具安装在刀架上，与溜板一起随溜板箱沿主轴轴线方向实现进给移动，主轴的传动和溜板箱的移动均由主电动机驱动。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，使得需停车时不易立即停止转动，因而必须有停车制动的功能。较好的停车制动是采用电气制动。在加工的过程中，还需提供切削液，并且为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，要求带动刀架移动的溜板箱能够快速移动。2、控制要求n 主电动机m1，完成主轴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启动，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。n 电动机m2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接启动停止方式，并且为连续工作状态。n 快速运动电动机m3，电动机可根据使用需要，随时手动控制启停。n 主电动机和冷却泵电动机部分应具有短路和过载保护。n 具有局部安全照明装置。设计要求：选用西门子7s-200系列的plc对c650型卧式车床的电气控制系统进行改造设计。给定参数：主电动机30kw；冷却泵电动机2. 2kw；快进电动机0.125kw。其余参数由学生自己设定。目的： （1）通过本设计使学生掌握根据普通机床的加工工艺要求进行机床电气控制系统改造（继电器接触器控制、plc控制）的基本方法进一步巩固电气控制技术与可编程控制器的理论和应用知识，培养学生分析控制要求、设计和调试控制系统的能力，为将来从事机电设备电气控制设计、维修和管理打下基础。（2）提高学生对工作认真负责、一丝不苟，认真思考、用于开拓、用于实践的基本素质。（3）培养学生综合运用所学知识，结合实际独立完成课题的工作能力和解决生产中实际问题的能力。（4）对学生的知识面、掌握知识的深度、运用理论结合实际去处理问题的能力、实验能力、计算机运用水平、书面及口头表达能力进行综合考核。任务： （1）收集c650型卧式车床的相关资料，分析其工作过程。（2）技术参数的设定。（3）设计机床电气控制系统，分析电气控制电路工作过程。（4）选择plc型号，设计plc控制系统输入输出接线图、梯形图。（5）完成电气元件计算选择、列出元件清单。（6）设计机床电气接线施工方案。 工作日程安排： （1）准备阶段：（7月5日7月6日） 学生在指导教师指导下确定论文题目（2）毕业设计阶段：（7月7日9月11日）学生在指导教师的指导下，进行电气控制电路的设计。初步完成后，指导老师审阅，并修改。（3）编写设计说明书阶段：（9月12日9月15日） （4）修改说明书阶段（9月16日9月24日）学生根据指导教师提出的意见和建议，对说明书作出必要的补充修改，并于9月3日前交全部设计终稿。（5） 答辩准备阶段（9月25日9月26日）指导教师审定设计，推荐合格的学生参加答辩，学生准备答辩资料。（6）论文答辩阶段（9月27日9月30日）毕业设计分组答辩。设计（论文）要求： 要求每个学生设定不同的工艺要求及技术参数独立完成设计。（1）画出电气控制原理图，分析电气控制电路工作过程。（2）画出plc控制输入输出接线图、梯形图，写出程序清单。（3）完成电气元件选择、列出元件清单。（4）绘制电器元件安装位置图和电气接线示意图。（5）编写设计说明书（不少于7000字）及进行毕业答辩。c650卧式车床的控制系统的plc控制改造目录c650卧式车床的控制系统的plc控制改造5第一章 绪论61.1 普通机床改造的意义和前景61.2气系统改造为plc控制的意义9第二章c650车床所要改造的概述102.1 c650车床的简介102.2 c650车床改造的意义132.3 c650车床的电路分析15第3章 c650车床的改造的硬件设计与软件设计173.1根据第2章的主电路分析,统计i/0的点数如表3-1所示:183.2 plc的选型183.3 i/o分配表203.4plc控制系统外部接线图的设计213.5 c650车床的plc控制梯形图设计223.6 指令表233.7c650卧式车床控制电路电气元件的型号选择253.8电柜内部电器元件安装位置图283.9操作面板按钮位置图293.10电器柜外电器元件接线图303.11电器柜内电器元件接线示意图313.12 c650车床电气主电路部分32第四章 总结33相关参考文献33第一章 绪论1.1 普通机床改造的意义和前景从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。更新改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业，在国外己形成一定规模和市场，涌现出了许多专门从事机床改造的公司。国外旧机床改造费用大约为同类型新机床价格的60%，尽管费用较高，但由于机床改造后使用效果好，所以仍然受到机床用户的欢迎。国内近几年才有较多的用户使用数控机床，大多数用户当前最关心的还是怎样用好、维护好数控机床，机床改造还处于起步阶段。改造旧机床是一项高新技术，风险大，承担者必须具备比较全面的知识和经验，不仅要熟悉各种类型的机床和不同类型的数控及驱动系统，还要熟悉用户的使用要求和机床的优缺点。因此，实施设备改造的技术难度非常高。随着科学生产力的发展，机床设备数控化率的提高已是衡量一个国家机械制造业现代化水平的重要标志。据最近有关资料表明，我国机床总量为380余万台，其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率还不到3%，而一些发达国家早己达到20%以上。因此，我国机械制造水平与发达国家相比差距很大，设备陈旧，技术水平落后，严重地影响了生产力的发展。对于一个企业要想在竞争激烈的市场中赢得生存，适应当前产品更新日新月异的发展，要求在最短时间生产出优质、高产、低价的新产品。采用先进的工艺设备，包括采用数控机床，已显得越来越重要。因此，逐步提高数控机床的占有比，己经成为我国制造技术发展的总趋势。提高机床数控化率有两个途径:一是购买新的数控机床;二是对旧机床进行数控改造。这对于我国一个机床拥有量极大(其中大部分机床役龄较长)，而当前经济财力又不足的发展中国家来说，采用旧机床改造来提高设备的先进性和数控化率，是一个极其有效和实用的途径.即使在发达的工业国家，在大量制造数控机床的同时，也在组建维修改造专业公司，专门从事旧机床的维修和数控化改造，尤其在美国、日本和德国等发达国家机床工业处于不景气的今天，它们的机床改造却是为新的经济增长行业，生意盎然，处在黄金时代。用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新行业。在美国，机床改造业称为机床再生(remanufacturing)业。从事再生业的著名公司有:bertsche工程公司、ayton机床公司、devlieg-bullavd(得宝)服务集团、us设备公司等。美国得宝公司己在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装(retrofitting)业。从事改装业的著名公司有:大限工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。由于机床本身的特点，以及相应技术的不断发展进步，机床改造仍是一个“永恒”的课题，并且正在向着更高层次发展。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新行业。结合我国机床业的实际和当前相关新技术的发展，采用数控技术改造旧机床主要有下述适应性和特点:(1) 减少投资、交货期短同购置新相比，一般可以节省60%-80%的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、刀具自动交换装置、托盘自动交换装置的制作与安装等过于费工、费钱，往往使改造成本提高2-3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50%左右。(2) 机械性能稳定可靠，但结构受限由于机床本身的特点，它与汽车等类机电产品不同，机床所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸铁构件，而不是焊接构件。而铸铁件年代愈久，自然时效愈充分，内应力的消除使得精度比新铸件更稳定。从另一方面来说，这些铸铁件的重复使用，即节约了社会资源，又减少了铸铁件生产时对环保的影响.但旧机床的改造，由于受到原机床机械结构的限制，不宜做突破性的改进。(3) 熟悉了解设备结构性能，便于操作维修购新设备时，事先不能全面了解机床结构性能，以致很难预计是否能完全适合其加工要求。改造则不然，由于旧设备已多年使用，机床操作者和维修人员已对其机械性能和 结构了解透彻，对机床的加工能力能较准确地估算。机床数控改造时，可根据企业自身的技术力量和有关条件，采用自己改造或委托专业改造公司，并派原设备维修技术人员参加相结合的方法进行。这样，既可在数控改造过程中，培养提高相关人员的数控技术水平和有关专业知识，又便于合理选择更换原机床设备中的部份元器件，更主要的通过改造，大大提高了企业自身对数控机床维修的技术力量，并且也大大缩短了对数控机床在操作使用和维修方面的培训时间，机床一旦改造调试完毕，就可很快投入正常全负荷运转，见效甚快 。(4) 可充分利用现有的条件可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基，同时工夹具、样板及外围设备也能再利用。以加工中心为例子，工艺装备的费用一般要占整个机床售价的10%以上。(5) 可更好地因地制宜，合理删选功能购买现成的通用数控机床，往往对一个具体的生产加工有一些多余的功能，而又可能缺少某一专用的特殊功能。如向机床制造厂提出特殊订货，增加某些专用功能，往往费用大、交货期长。而采用改造的方案，就可灵活选取所要的功能，并可根据生产加工要求，采用组合的方法，增添某些部件，设计改造成专用数控机床。(6) 可及时采用最新技术、充分利用社会资源由于技术进步和我国机床功能部件专业化生产的发展，目前已有众多的社会资源来支持机械方面的改造。如可随意采购各种尺寸的滚珠丝杠副，而且交货期短:采用贴塑导轨新技术，不仅可使传统的滑动导轨的摩擦系数降低五至十几倍来防止爬行，还使得刮研极为容易。这种塑料导轨带和粘结剂，国内己有多家厂生产，可敞开供应。此外，国产数控系统还具有导轨精度自动补偿的功能，最终可以获得高于导轨实际具有精度。1.2气系统改造为plc控制的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（plc）以其完善的功能，很强的通用性，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，plc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，plc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，plc应用极广。第二章c650车床所要改造的概述2.1 c650车床的简介车床是一种应用极为广泛的机床，主要用于加工各种回转表面（内外圆柱面、圆锥表面、成型回转表面等），回转体的端面、螺纹等。车床的类型很多、主要有卧式车床、立式车床、转塔车床和仿形车床等。c650型卧式车床主要有床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杆和丝杆等部分组成，如图1所示。1-进给箱；2-挂轮箱；3-主轴变速箱；4-溜板与刀架；5-溜板箱；6-尾架；7-丝杆； 8-光杆；9-床身；图1 c650型卧式车床示意图c650卧式车床的参数代号：c表示车床，50表示最大车削直径为500mm；6是组别号，表示落地及卧式车床组。34 图2 c650车床的电气控制原理图图2为是c650车床的电气控制原理图，它属于中型车床，床身的最大工件回转半径为1020,最大工件长度为3000.c650卧式车床主电动机的功率为30kw，为了提高工作效率，该机床采用了反接制动，为了减少制动电流，定子回路串入了限流电阻r。为了减少工人的劳动强度和节约辅助工作时间，专门设置一台2.2kw的拖动溜板箱的快速移动电机。1、运动形式主运动：安装在主轴箱中的主轴带动工件的旋转运动。进给运动：溜板箱带动溜板和刀架直线运动。刀具安装在刀架上，与溜板一起随溜板箱沿主轴轴线方向实现进给移动，主轴的传动和溜板箱的移动均由主电动机驱动。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，使得需停车时不易立即停止转动，因而必须有停车制动的功能。较好的停车制动是采用电气制动。在加工的过程中，还需提供切削液，并且为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，要求带动刀架移动的溜板箱能够快速移动。2、控制要求主电动机m1，完成主轴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启动，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。电动机m2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接启动停止方式，并且为连续工作状态。快速运动电动机m3，电动机可根据使用需要，随时手动控制启停。主电动机和冷却泵电动机部分应具有短路和过载保护。具有局部安全照明装置。2.2 c650车床改造的意义c650车床采用plc控制系统主要有以下优点：（1） 控制方法c650车床采用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。2.3 c650车床的电路分析1、 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。快关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。、控制电路分析：（1）主电动机m的点动调整控制调整车床时，要求主电动机m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。工作过程如下： m1电动机的点动由点动按钮sb2控制。按下sb2接触器km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km不会自锁。（2）主电动机m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（139）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（1315）、ka的常开触点（715）闭合将km1自锁。2）反转：主电动机的反转是由起动按钮sb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（2123）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（1521）和ka的主触点（715）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。（3）主电动机m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ks2（1723）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ks2（1723）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km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137172325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ks2（1723）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。（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，读者自行分析。控制电路的电源采用了控制变压器tc低压供电，这样使之安全。此外，为了便于工作，设置了工作照明灯第3章 c650车床的改造的硬件设计与软件设计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，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。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。plc在实际中用的很多。只要有工业的地方，就有plc存在的机会。如果你就在机器制造、包装、物料输送、自动装配等行业中工作，那么你可能已经在使用它了。如果没有的话，你就是正在浪费金钱和时间。几乎所有需要电气控制的地方都需要plc。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3.1根据第2章的主电路分析,统计i/0的点数如表3-1所示:表3-1 i/0点数的统计类 型功能所占点数(个)输入设备m1的停止按钮1m1的点动按钮1m1的正转按钮1m1的反转按钮1m2的停止按钮1m2的启动按钮1m3的限位开关1m1的热继电器动合触点1m2的热继电器动合触点1速度继电器正转触点1速度继电器反转触点1 输出设备m1的正转接触器1m1的反转接触器1m1的制动接触器1m2接触器1m3接触器1电流表接入中间继电器13.2 plc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结构的选择在相同功能和相同i/o点数的情况下，整体式plc比模块式plc价格低。(2)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。(3)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。(4)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，既要求plc应具有连接其它plc、上位计算机及crt等接口的能力。(5)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，使用直流电源是要选用桥式全波整流电源。(6)i/o点数及i/o接口设备的选择plc程序存储器的容量通常以字或步为单位，用户程序存储器的容量可以作粗略的估算。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。在选择内存容量是同样应留有裕量，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，非常适用于单价自动化控制系统，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%，以便系统的完整和今后的扩展预留。所以本系统所需的输入点为14个，输出点为10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10输出。3.3 i/o分配表根据所统计的i/o口与所选的plc的型号可列出其i/o分配如表3-2所示:表3-2 plc i/o分配表输入设备plc输入继电器输出设备plc输出继电器代号功能代号功能sb1m1的停止按钮i0.0km1m1的正转接触器q0.0sb2m1的点动按钮i0.1km2m1的反转接触器q0.1sb3m1的正转按钮i0.2km3m1的制动接触器q0.2sb4m1的反转按钮i0.3km4m2接触器q0.3sb5m2的停止按钮i0.4km5m3接触器q0.4sb6m2的启动按钮i0.5ka电流表接入中间继电器q0.5sqm3的限位开关i0.6fr1m1的热继电器动合触点i1.1fr2m2的热继电器动合触点i1.2ks1速度继电器正转触点i0.7ks2速度继电器反转触点i1.0 3.4plc控制系统外部接线图的设计3.5 c650车床的plc控制梯形图设计 图3 c650车床的plc控制梯形图电动机m1由接触器km1km3控制，plc中控制km1km3的输出继电器分别为q0.0q0.2。q0.0q0.2分别位于梯形图的第2、5、6网络。在q0.1和q0.0的输出线圈端分别连接上q0.0和q0.1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q0.2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，q0.0和q0.1触点切换是在毫秒级瞬间完成的，几乎没有时间延时。因而，必须采取防止电源短路的措施。在梯形图中，定时器t38与t39用来控制正、反转切换的延时时间（延时时间设定为0.5秒），待电弧熄灭之后，再接通反方向接触器。3.6 指令表网络1ld i0.2 正转启动o i0.3 反转启动= m0.0网络2ld m0.0o q0.2an i0.0 停止an i0.1an i1.1= q0.2ton t37,50网络3ld t37 = q0.5 电流表输出网络4ld q0.2= m0.1网络5ld i0.2o q0.0a m0.1an i0.3ldn m0.1a i0.7 正向制动a t39ld i0.1 点动an i0.1oldan q0.1 自锁= q0.0 正转tof t38,5 反向制动断电延时0.5秒网络6ld i0.3o q0.1a m0.1an i0.2ldn m0.1an i0.0a i1.0 反向制动a t38 oldan q0.0 自锁= q0.1 反转tof t39,5 正向制动断电延时0.5秒网络7ld i0.6an i0.0= q0.4 快速电机输出网络8ld i0.5 冷却液开o q0.3an i0.4 冷却液关an i0.0 an i1.2= q0.3 冷却电机输出3.7 c650卧式车床控制电路电气元件的型号选择 由于根据生产需要c650卧式车床需要三台电动机，即主电动机（y200l-430 56.8a1470r/min）冷却电动机(aob-25、0.125kw 0.43a1420r/min)快速电机(y100l1-4 2.2kw 5a 1420r/min )考虑到主电路中三台电动机都需要的断路、过流、过载保护,所以必须在各自电路上接入断路器、过载保护等元器件。（1） 电源开关的选择： 电源开关qs主要用于m1、m2、m3电动机提供电源，而在控制变压器的二次侧的电器在变压器的一次侧产生的电流不大，因此qs的选择主要考虑m1 、m2、m3电动机的额定电流和启动电流。由前面已知m1 、m2、m3的额定电流分别为56.8a、0.43a和5a易计算额定电流之和为62.23a，由于功率最大的主轴电动机m1为轻载起动，并且m3为短时间工作，因而电源开关的额定电流应选择在稍大60a，具体：三极转换开关（组合开关），hz10-100/3型的，额定电流100a（2） 交流接触器的选择根据接触器所控制负载回路的电压、电流及所需触点的数量来选择接触器，根据m1的额定电流及额定电压可求得m1主回路交流接触器km1、km2和km3主触点的额定电流需要主触点三对，辅助常闭触点一对，所以选择cjt1-100型接触器，主触点电流为100a。线圈电压220v。同理可得m2回路交流接触器km4的主触点的额定电流为的范围，所以选择交流接触器cjt1-10，线圈电压220v 。km5的主触点的额定电流范围值为，选择型号为cjt1-10，线圈电压220v。（3） 热继电器的选择原则上热继电器的额定电流应按电动机的额定电流选择，热继电器的额定电流为电动机额定电流的60%80%。选择如下：fr1应选用jr16-60/3d型热继电器，热元件额定电流为56.8a，额定电流调整范围为40.063.0a，工作时调整在58.6a。fr2选用jr16-20/3d热继电器，热元件额定电流为0.64a，额定电流调整范围为0.400.64a. 工作时调整在0.43a。（4） 断路器型号的选择根据3台电动机不同的额定电流来选择断路器，m1主轴电动机熔断器的选择根据公式可算出所以选择zt4dz15886-150a，其他两台电动机的断路器zt4dz15886-5a和zt4dz15886-20a。辅助控制回路熔断器fu4 选择zt4dz15886-20a。照明回路熔断器fu5选择zt4dz15886-5a。（5） 照明灯及开关选择 照明灯el和灯开关sa成套购置，el可选用jc2型，交流36v，40w。具体元器件清单如表3-3所示 表3-3 c650车床电器元件清单代号名称型号及规格数量用途m1主轴电机y200l-430 56.8a1470r/min主传动用m冷却泵电机aob-25、0.125kw 0.43a1420r/min送冷却液m3快速进给电机(y100l1-4 2.2kw 5a 1420r/min溜板快进移动fr1热继电器jr16-60/3dm1的过载保护fr2热继电器jr16-2