C650卧式车床PLC设计.doc

C650卧式车床的PLC程序设计 学院： 电气与光电工程学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 第一章 引言11.1 PLC简介11.2 课程设计目的及内容11.3 实现目标2第二章 系统硬件设计32.1 系统硬件配置及组成原理32.1.1 绘制主电路图32.1.2 绘制控制电路图32.2 硬件设计方案42.1.1 系统变量定义及 I/O分配表42.3 PLC的选型42.4 系统I/O接线图设计6第三章 系统程序设计73.1 控制程序流程图设计73.1.1梯形图73.1.1 语句表83.2 控制程序设计思路9第四章 系统调试及结果分析104.1 系统调试和结果分析10第五章 课程设计心得12参考文献13第1章 引言1.1 PLC简介PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大 . 可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC )为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1早期的PLC（60 年代末70 年代中期）2中期的PLC（70 年代中期80 年代中后期）3近期的PLC（80 年代中后期至今）PLC与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行IO变换，并将这个变换物理实现，应用于工业现场。主要有： 输入寄存器，输出寄存器，存储器，CPU单元及其它接口单元。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.2 课程设计目的及内容1、此次课程设计是让我们熟悉PLC及常用低压电气元件的结构特点，掌握其选型原则；2、了解常见电气控制电路设计的标准和原则，学习使用常用电气类工具。3、掌握C650卧式车床电气控制系统的工作原理及其运动形式，编写PLC控制梯形图程序和指令表程序。1.3 实现目标1、主电动机M1采用全压空载直接启动。2、要求主电动机M1能实现正、反向连续运转。停止时，由于工件转动惯量大，采用反接制动。3、为便于对刀操作，要求M1能实现单向点动控制，同时定子串入电阻获得低速点动。 4、主轴启动之后，再启动冷却泵电动机. 5、有必要的保护和联锁，有安全可靠的照明电路。6、原车床的工艺加工方法不变。7、不改变原控制系统电气操作方法和按钮、手柄等操作元件的功能。12第二章 系统硬件设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 绘制主电路图图2-1 C650卧式车床电气系统主电路图2.1.2 绘制控制电路图图2-2 C650卧式车床电气系统控制电路图2.2 硬件设计方案2.1.1 系统变量定义及 I/O分配表 表2-1 I/O分配表 2.3 PLC的选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照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选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。1.PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。2.输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。3.电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。4.存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。5.冗余功能的选择控制单元的冗余， I/O接口单元的冗余。6.经济性的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。结合本次设计的课题及实验室的实际情况，我们选择三菱FX2N-48M2型号的PLC。2.4 系统I/O接线图设计图2-3 PLC外部接线图第三章 系统程序设计3.1 控制程序流程图设计3.1.1梯形图 图3-1 C650卧式车床控制PLC梯形图3.1.1 语句表 3.2 控制程序设计思路通过相关PLC程序编入调试，可以实现C650卧式车床降压启动控制功能，主轴电动机的正反转控制功能；主轴电动机的正转电动控制功能；主轴电动机的正向或反向启动运行时的停机反接制动控制功能；冷却泵电动机控制功能；快速移动电动机控制功能等一系列功能。第四章 系统调试及结果分析4.1 系统调试和结果分析 依据PLC的外部接线图，对PLC实验室操作台进行接线，接着将程序写入到PLC中进行调试。调试的过程如下：主轴电动机正转控制。按下主轴电动机正转启动按钮SB1，第一逻辑行X0闭合，Y0接通并自锁，T0接通并开始计时，第三逻辑行X0闭合，通用继电器M1接通。第二逻辑行Y0常闭触点闭合，通用继电器M0接通；第五逻辑行M0、M1常开触点闭合，Y3接通，主轴电动机正转起动运转。当主轴电动机正向旋转速度达到100r/min时，第六逻辑行常闭触点闭合，为主轴电动机正向旋转停机时加反接制动电源作好了准备。T0计时经过5s后接通Y5，电流表开始监测主轴电动机电流。（防止启动瞬间电流过大）主轴电动机反转控制。按下主轴电动机反转起动按钮SB2，第一逻辑行中X1闭合，Y0接通并自锁，T0接通并开始计时，第四逻辑行X1闭合，通用继电器M2接通。第二逻辑行T0常闭触电闭合，通用继电器M0接通；第六逻辑行M0、M2常开触点闭合、Y4接通，主轴电动机反转起动运转。主轴电动机正向点动控制。按下主轴电动机正向电动按钮SB6，第五逻辑行X5常开触点闭合，Y3接通，主轴电动机串电阻R低速点动运行；松开SB6，Y3断电，主轴电动机停转，实现电动。主轴电动机正向启动运行时的停机反接制动控制：当Y0、Y3、T0、Y5闭合，主轴电动机正向起动后运行，按下停止按钮SB4，当第一逻辑行X3常闭触点断开，Y0 T0失电；第三逻辑行中X3常闭触点断开，M1失电；第五逻辑行中M1常开触点断开，Y3失电，切除主轴电动机正转运行电源，主轴电动机自然停机。与此同时，第六逻辑行中X3常开触点闭合，Y4接通，立即给主轴电动机通入了反转制动电源，使之产生一个反向力矩来制动主轴电动机的正向旋转，使主轴电动机的正转速度快速下降。当主轴电动机的正转速度下降至100r/min时，正转时已闭合的速度继电器KS1触点断开，X11常开触点复位断开，Y4失电，及时切断了反接制动电源，主轴电动机正转停机而又防止了主轴电动机的反向启动。完成了主轴电动机正向启动运行时停机反接制动控制过程。主轴电动机反向启动运行时的停机反接制动控制。当Y0、Y4、T0、Y5闭合，主轴电动机反向启动后运行时，按下停止按钮SB4，第一逻辑行中X3常闭触点断开，Y0、T0失电；第四逻辑行中X3常闭触点断开，M2失电；第六逻辑行中的M2常开触点断开，Y4失电，切除主轴电动机反接运行电源，主轴电动机自然停机。与此同时，第五逻辑行中X3常开触点闭合，Y3接通，给主轴电动机通入了正转制动电源，使之产生一个反接力矩制动主轴电机的反向旋转，使主轴电动机的反转速度快速下降，下降至100r/min时，反接时已闭合的速度继电器KS2触点断开，X12常开触点复位断开，Y3失电，及时切断了反接制动电源，主轴电动机反转停机又防止了主轴电动机的正向起动。完成了主轴电动机反向启动运行时侯的停机反接制动控制过程。冷却泵电动机控制。按下冷却泵电动机的启动按钮SB3，第七逻辑行X2常开触电闭合，Y1接通，冷却泵电动机启动后运行。当主轴电动机过载，热继电器KR1动作，第一、五、六逻辑行的X4常开闭合触点复位断开，Y0、Y3、Y4失电，主轴电动机停止运行。根据上述操作步骤我们比较顺利的完成了C650卧式车床的相关功能，虽然中间过程我们遇到了一些小问题，但是通过小组讨论的方式，我们最终完成了此次课程设计所规定的功能要求，调试状况良好！第五章 课程设计心得通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能够一个个解决在调试中出现的问题，我们对PLC编程的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人负责一个部分，同时大家在一起共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，提出意见，同时我们还向别的小组同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表达能力。在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是