电气控制课程设计-C650型卧式车床继电器控制线路的PLC改造.doc

电气控制课程设计报告电气控制课程设计评语：考勤（10）守纪（10）过程（40）设计报告（30）答辩（10）总成绩（100）专 业： 自动化 班 级： 动XXXX 姓 名： XXXXXX 学 号： XXXXXXXXX 指导教师： XXXXXX 兰州交通大学自动化与电气工程学院2013 年 7 月 12 日C650型卧式车床继电器控制线路的PLC改造1 控制要求1.1 设计要求(1) 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，电动机采用直接起动的方式起动，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可根据使用需要，随时手动控制起停。满足上述控制要求的C650车床的电气原理如图1所示，现要求改为PLC控制。图1 C650车床电气原理图1.2 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。开关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。1.3 控制电路分析主电动机M1的点动调整控制调整车床时，要求主电动机M1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：M1电动机的点动由点动按钮SB2控制。按下SB2接触器KM1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KM1不会自锁。主电动机M1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(13-9)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(13-15)、KA的常开触点(7-15)闭合将KM1自锁。(2) 反转：主电动机的反转是由起动按钮SB4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(21-23)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(15-21)和KA的主触点(7-15)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。主电动机M1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KS-2(17-23)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KS-2(17-23)也是闭合的，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KM1也失电，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1-3-7-17-23-25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KS-2(17-23)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-1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。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。2 编程元件地址分配表根据该系统的控制要求及所选用的PLC，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地址分配如表1所示。表1 I/O地址分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号M1正转启动按钮SB3I0.0M1切除电阻R运行接触器KM3Q4.0M1反转启动按钮SB4I0.1M2运行接触器KM4Q4.1M2启动按钮SB6I0.2M3运行接触器KM5Q4.2总停止按钮SB1I0.3M1正转接触器KM1Q4.3M2停止按钮SB5I0.4M1反转接触器KM2Q4.4M1点动按钮SB2I0.5电流表A短接中间继电器KAQ4.5M3点动位置开关SQI0.6M1过载保护继电器FR1I0.7M2过载保护继电器FR2I1.0正转制动速度继电器常开触点KS1I1.1反转制动速度继电器常开触点KS2I1.23 PLC控制系统外部接线图的设计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S7-300 系列的PLC，24V直流14点输入。按钮SB0为整个控制系统的停止开关；按钮SB1、SB2及SB3分别控制主轴电机M1的正反转及点动控制；按钮SB4、SB5分别控制冷却泵电机的M2启动与停止；行程开关SQ控制快进电机的点动；热继电器常闭开关FR1，FR2分别为M1、M2的过载保护；速度继电器KS1、KS2分别辅助主轴电机M1的正反转制动。输出部分：KM1、KM2接触器分别控制主轴电机M1的正反转；KM4、KM5接触器分别控制冷却泵电机M2、快进电机M3的运行；EL为车床照明，外部接线图如图2所示。图2 PLC外部接线图4 主电路接线图(1) 主电动机的点动调整控制电路中KM1为M1电动机的正转接触器。(2) 为中间继电器。M1电动机的点动由点动按钮SB1控制。(3) 主电动机的正反转控制电路主电动机正转由正向起动按钮SB2控制。按下SB2时，接触器KM3首先得电动作，它的主触点闭合将限流电阻短接，接触器KM3的辅助动合触点闭合使中间继电器KA得电。如图3所示图3 C650卧式车床主接线图5 梯形图控制程序电动机M1由接触器KM1KM3控制，PLC中控制KM1KM3的输出继电器分别为Q4.0，Q4.3，Q4.4。Q4.0，Q4.3，Q4.4分别位于梯形图的第1、4、5网络。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，Q4.3和Q4.4触点切换是在毫秒级瞬间完成的，梯形图程序见附录。6 系统运行调试及S7-PLCSIM仿真在硬件目录中选择需要的模块，将他们安排在机架中指定的槽位上。在项目管理器中选择找出输入输出模块，电源模块和CPU模块型号，创建M1电机的仿真窗口。 按下M1正转启动按钮SB3，I0.0得电，在输出模块中，KM1和KM3得电由于连续正转，I0.0和I0.3同时得电，切除电阻R。同时KM1自锁。KM3得电时的运行图如图4所示，M1连续正转时的运行图如图5所示。图4 KM3得电时的仿真图图5 M1连续正转时的仿真图 按下刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动限位开关SQ，I0.6得电，在输出模块中，KM5得电，Q4.5得电。快速移动电动机启动时的运行图如图6所示。图6 快速移动电动机启动时的仿真图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。按下冷却泵电动机起动按钮SB6，I0.2得电，在输出端Q4.1得电，M2运行接触器吸合。冷却泵电动机启动时的运行图如图7所示。图7 冷却泵电动机启动时的仿真图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。当停车时按下停止按钮SB1接触器KM3失电，其主触点断开。与此同时KM1也失电。松开按钮SB1后，KS1任然闭合，KM2得电，电动机的电源反接，使其处于反接制动状态。反接制动时的运行图如图8所示。图8 反接制动时的仿真图M1电动机的点动由点动按钮SB2控制。按下SB2接触器KM1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KM1不会自锁。M1点动时的运行图如图9所示。图9 M1点动时的仿真图7 设计体会本设计采用可编程控制器代替继电器对机床进行控制，因为可编程控制器组成的控制系统在设计、安装、调试和维修等方面，不仅减少了工作量，而且减少了开支，缩减了成本，效益更高。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的中间继电器，时间继电器等等，使线路简化,维修方便。同时，由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。在最初设计时，