c650普通车床PLC控制系统设计.doc

机机电电控控制制综综合合设设计计 课课程程设设计计 设设计计说说明明书书 设计题目设计题目 C650C650 普通车床普通车床 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 院系名称 院系名称 机电工程学院机电工程学院 专业班级 专业班级 机机 制制 F09F09 学生姓名 学生姓名 学学 号 号 2009480520094805 指导教师 指导教师 2012 年年 12 月月 14 日日 内容摘要内容摘要 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 本次设计介绍了 C650 卧式车床电气控制系统的工作原理及其运动形式 编写 了 PLC 控制梯形图程序和指令表程序 利用 PLC 控制系统 实现了车床启动 正 转反转 反接制动 刀架快速移动 冷却泵在作等一些列功能 改由 PLC 控制后 其控制系统大大的简单化 并且维修方便 易于检查 节省大量的继电器元件 机床的 各项性能有了很大的改善 工作效率有了明显提高 经反复调试 该项技术可推广应用于自动化其他领域的控制系统中 系统运行 情况良好 车削精度更高 关键词关键词 PLC 卧式车床 继电器 目目 录录 第 1 章 引 言 1 1 1C650 型卧式车床简介 1 1 2PLC 在电气控制系统中的应用 2 1 3C650 型卧式车床发展趋势 2 第 2 章 系统总设计 3 2 1PLC 控制系统的设计基本内容 3 2 2PLC 控制系统设计原则与步骤 3 2 2 1PLC 控制系统设计的基本原则 3 2 2 2PLC 控制系统设计与调试步骤 4 第 3 章 系统硬件设计 5 3 1主要电气元件的选择 5 3 1 1交流接触器和中间继电器的选择 5 3 1 2保护电器的选择 5 3 1 3控制电器的选择 6 3 2C650 卧式车床控制原理电路图概述及原理分析 6 3 3PLC 的选型 8 3 4I O 地址的分配 9 3 5I O 接线图 10 第 4 章 系统软件设计 11 4 1PLC 的系统结构和基本工作原理 11 4 1 1PLC 的系统结构 11 4 1 2PLC 的基本工作原理 11 4 1 3PLC 编程语言 12 4 2本设计用到的 PLC 的基本功能和指令 12 4 2 1PLC 的基本功能 12 4 2 2PLC 基本指令 12 4 3控制系统的梯形图程序设计 13 第 5 章 系统调试 16 5 1硬件检查 16 5 2系统综合调试 16 结束语 20 致 谢 21 参考文献 22 附录 主要电气元件表 23 附录 II 控制电路原理图 24 附录 III PLC 控制程序清单 25 第第 1 章章 引引 言言 1 1 C650 型卧式车床简介型卧式车床简介 C650 普通车床属于中型车床 用于切削工件外圆 内孔和端面等 该车床由主 轴运动和刀具进给运动完成切削加工 主轴由三相异步电动机拖动 主轴通过卡盘 带动工件的旋转运动 进给运动 溜板带动刀架的纵向和横向直线运动 其中纵向 运动是指相对操作者向左或向右的运动 横向运动是指相对于操作者向前或向后的 运动 辅助运动 包括刀架的快速移动 工件的夹紧与松开等 工作过程如下 1 正常加工时一般不需反转 但加工螺纹时需反转退刀 且工件旋转速度与刀 具的进给速度要保持严格的比例关系 为此主轴的转动和溜板箱的移动由同一台电 动机拖动 主电动机 M1 功率为 20kW 采用串电阻降压起动的方式 可正反两个 方向旋转 为加工调整方便 还具有点动功能 由于加工的工件比较大 加工时其 转动惯量也比较大 需停车时不易立即停止转动 必须有停车制动的功能 C650 2 车床的正反向停车采用速度继电器控制的电源反接制动 2 电动机 M2 拖动冷却泵 车削加工时 刀具与工件的温度较高 需设一冷却泵 电动机 实现刀具与工件的冷却 冷却泵电动机 M2 单向旋转 采用直接起动 停止 方式 且与主电动机有必要的联锁保护 3 快速移动电动机 M3 为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间 利用 M3 带动刀架和溜板箱快速移动 电动机可根据使用需要 随时手动控制起停 4 采用电流表检测电动机负载情况 5 车削加工时 因被加工的工件材料 性质 形状 大小及工艺要求不同 且 刀具种类也不同 所以要求切削速度也不同 这就要求主轴有较大的调速范围 车 床大多采用机械方法调速 变换主轴箱外的手柄位置 可以改变主轴的转速 传统的机床控制系统是硬连线方式的继电一接触器控制系统 但该系统连线复杂 积大 可靠性差 自动化水平低 难以满足现代化生产的需求 1 2PLC 在电气控制系统中的应用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 PLC 是一种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 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 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 C650 型卧式车床发展趋势型卧式车床发展趋势 1 机床加工柔性化 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 数控车床设计 CAD 化 结构设计模块化 4 功能复合化 功能复合化的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 第第 2 章章 系统总设计系统总设计 2 1 PLC 控制系统的设计基本内容控制系统的设计基本内容 PLC 控制系统是由 PLC 与用户输入 输入设备连接而成的 用以完成预期的控 制目的与相应的控制要求 因比 PLC 控制系统设计的基本内容应包括 了解设备电器的工作原理 根据生产的工艺过程分析控制要求 如需要完成 的动作 动作顺序 必需的保护和联锁等 操作方式 手动 自动 点动 连续 等 根据控制要求确定系统控制方案 进行系统的总体设计 进行 PLC 控制系统配置的设计 主要为 PLC 的选择 PLC 是 PLC 控制系 统的核心部件 正确选择 PLC 对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要 的作用 选择 PLC 应包括机型的选择 I O 模块的选择等 选择用户输入设备 按钮 操作开关 限位开关 行程开关等 输出设备 继电器 接触器 信号灯等执行元件 以及由输出设备驱动的控制对象 电动机 电磁阀等 这些设备属于一般的电器元件 根据控制要求基本确定 I O 点数和模拟量通道数 进行 I O 初步分配 绘制 I O 接线图 程序设计主要包括绘制控制系统流程图 设计梯形图 语句表程序 控制程 序是控制整个系统工作的核心条件 是保证系统工作正常 安全 可靠的关键 联机调试 按照控制电路原理图连接硬件 将编写好的控制程序下载至 PLC 进行软硬件联调 如果不满足控制系统的要求 再返回修改程序或检查接线 直到满足控制系统的要求为止 2 2 PLC 控制系统设计原则与步骤控制系统设计原则与步骤 2 2 1 PLC 控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则 最大限度地满足被控对象的控制要求 设计前应深入现场进行调查研究 搜 集资料 并 拟定电气控制方案 在满足控制要求的前提下 力求使控制系统简单 经济 使用及维护方便 保证控制系统安全可靠 考虑到生产的发展和工艺的改进 在选择 PLC 的容量时 应适当留有裕量 2 2 2 PLC 控制系统设计与调试步骤控制系统设计与调试步骤 PLC 控制系统的设计调试过程如图 2 1 所示 分析控制要求 确定 I O 设备 PLC 硬件系统配置 I O 地址分配 绘制流程图 设计梯形图 输入 PLC 程序 软件测试 设计外部硬件接线图 硬件接线 联机测试 满足要求 交付使用 开始 Y Y N NN 第第 3 章章 系统硬件设计系统硬件设计 3 1 主要电气元件的选择主要电气元件的选择 任何一种继电器系统都有三个部分组成 即输入部分 逻辑部分和输出部分 系统输入部分由所有行程开关 方式选择开关 控制按钮等组成 逻辑部分是指由 各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路 输出部分包括各种负载 的接触器线圈 在本次控制系统设计中用 PLC 代替了继电器控制系统中的逻辑线路 部分 在车床的电气控制系统 所有触头 行程开关 控制按钮 SB1 SB8 等为 系统的输入信号 接触器线圈 KM1 KM5 为系统的输出信号 3 1 1 交流接触器和中间继电器的选择交流接触器和中间继电器的选择 接触器 接触器是工业电气中用按钮或其他方式来控制其通断的自动开关 交流接触器 由电磁线圈 静衔铁 动衔铁 静触点 动触点 灭弧装置和固定支架等部分组成 其原理是当接触器的电磁线圈通入交流电时 会产生很强的磁场使装在线圈中心的 静衔铁吸动动衔铁 当两组衔铁合拢时 安装在动衔铁上的动触点也随之与静触点 闭合 使电气线路接通 当断开电磁线圈中的电流时 磁场消失 接触器在弹簧的 作用下恢复到断开的状态 在工业电气中 交流接触器的型号很多 电流在 5A 1000A 的不等 常用交流 接触器的型号有 CJ20 CJX1 CJ1 和 CJ10 等系列 在这次控制系统硬件的设计中 采用了 CJ10 系列的交流接触器 其额定电流应在控制电流的 1 1 1 3 倍之间 各接 触器型号见附录 中间继电器 中间继电器是最常用的继电器之一 它的结构和接触器的基本相同 只是电磁 系统小些 触点多一些 常用的继电器型号有 JZ7 JZ14 等 3 1 2 保护电器的选择保护电器的选择 熔断器 熔断器在电路中主要起短路保护作用 用于保护线路 熔断器的熔体串接于被 保护的电路中 熔断器以自身产生的热量使熔体熔断 从而自动切断电路 实现短 路保护及过载保护 热继电器 热继电器主要用于电气设备 电动机 的过负荷保护 热继电器势利用一种电 流热效应原理工作的电器 它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性 主要与接触器配合使用 用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护 三相异步电动机在实际运行中 常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流 过 载和断相 现象 如果过电流不严重 持续时间短 绕组不超过允许温升 这种过电 流是允许 如果过电流情况严重 持续时间较长 则会加快电动机绝缘老化 甚至 会烧毁电动机 因此 在电动机回路中应设置电动机保护装置 热继电器的选型原则 热继电器主要用于电动机的过载保护 使用中应考虑电 动机的工作环境 起动情况 负载性质 等因素 星形接法的电动机可选用两相或 三相结构的热继电器 三角形接法的电动机应选用带断相保护装置三相结构的热继 电器 热继电器的动作电流整定值一般为电动机额定电流的 1 05 1 1 倍 3 1 3 控制电器的选择控制电器的选择 选择开关 万能转换开关是一种多档式控制多回路的开关电器 一般用于各种配电装置的 远距离控制 也可作为电器测量仪表的转向开关或用作小容量电动机的启动 制动 调速和换向的控制 用途广泛 故称万能转换开关 常用的万能转换开关有 LW8 LW6 和 LA18 系列 控制按钮 控制按钮在控制电路中常用作远距离手动控制接触器 继电器等有电磁线圈的 电路 也可用于电器连锁等电路中 目前常用的按钮有 LA10 LA18 LA19 LA20 等系列产品 各电气元件的型号及规格 用途和数量见附录 I 3 2C650 卧式车床控制原理电路图概述及原理分析卧式车床控制原理电路图概述及原理分析 C650 卧式车床控制电路原理图如附录 所示 图中主要分为主电路 冷却电 路 快速移动电路等三部分 3 2 1 主电路分析主电路分析 从附录 中可以看出 断路器 QS 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 为防止在连续点动时的 启动电流造成电动机过载 点动时也加入限流电阻 R 通过互感器 TA 接入电流表 A 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 M2 M3 电动机起动用接触器 FR2 为 M2 电动机的过载保护 因快 速电动机 M3 短时工作 所以不设过载保护 3 2 2 控制电路分析控制电路分析 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 KM 为 M1 电动机的长动接触器 KA 为中间继电器 M1 电动机的点动由点动按钮 SB4 控制 按下按钮 SB4 接触 器 KM1 得电吸合 他的主触点闭合 电动机的定子绕组限流电阻 R 与电源接通 电动机在较低速下起动 2 主电动机的正反转控制电路 主电动机的正转由正向起动按钮 SB1 控制 按下按钮 SB1 时 接触器 KM 首先 得电动作 他的主触点闭合将限流电阻短接 接触器 KM 的辅助动合触点闭合使中 间继电器 KA 得电 它的触点闭合 使接触器 KM1 得电吸合 KM1 的主触点将三 相电源接通 电动机在额定电压下正转起动 KM1 的动合辅助触点和 KA 的动合触 点的闭合将 KM1 线圈自锁 反转起动时用反向起动按钮 SB3 按下 SB3 同样是接 触器 KM 得电 然后接通接触器 KM2 和中间继电器 KA 于是电动机在满压下反转 起动 KM1 的动断辅助触点和 KM2 的动断辅助触点分别串在对方接触器线圈的回 路中 起到电动机正传和反转的电气互锁作用 3 主轴电动机的反接制动控制 当速度接近于零时 用速度继电器的触点给出信号切断电动机电源 速度继电 器与被控电动机是同轴相连的 当电动机正转时 速度继电器的正转常开触点 KS1 闭合 电动机反转时 速度继电器的反转动合触点 KS2 闭合 当电动机正向旋转时 接触器 KM1 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 也是闭合的 这样就为电动机正传时的反接制动做好了准备 需要停车时 按 下停止按钮 SB7 接触器 KM 失电 其主触点断开 电阻 R 串入主回路 与此同时 KM3 也失电 断开了电动机电源 同时 KA 失电 KA 的动断触点闭合 在松开 SB7 后就使反转接触器 KM4 的线圈得电 电动机的电源反接 电动机处于反接制动 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 断开 切断了接触器 KM4 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 转动合触点 KS2 是闭合的 这时按一下停止按钮 SB8 在 SB8 松开后正转接触器线 圈得电 正转接触器 KM3 吸合将电源反接使电动机制动后停止 3 2 3 刀架的快速移动和冷却泵控制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 来实现的 当手柄压动 SQ 后 接触器 KM4 得电吸合 M3 电动机带动刀架快速移动 如果车削加工需要冷却 液时按下 SB6 冷却泵电动机 M3 动作 KM3 线圈得电 冷却泵电动机 M2 工作 需要停止时按下按钮 SB5 即可 3 3 PLC 的选型的选型 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 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 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 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 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 即要求 PLC 应具有连接其它 PLC 上位计算机及 CRT 等接口的能力 PLC 电源的选择 电源是 PLC 干扰引入的主要途径之一 选用畸变较小的稳压器或带有隔离变 压器的电源 使用直流电源时要选用桥式全波整流电源 I O 点数及 I O 接口设备的选择 存储容量的选择 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 在选择内存容量时同样应留有裕量 一般是运 行程序的 25 在大多数情况下 满足 I O 点数的 PLC 内存容量也能满足 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 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 9 个外部输入信号 5 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 12 个 输出点为 7 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 3 4 I O 地址的分配地址的分配 根据该系统的控制要求 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 12 个 输出点为 7 个需进行控制 现将 I O 地址分配如下所 示 输入信号PLC 地址输出信号PLC 地址 反接制动按钮 SB1 I0 0 主电动机 M1 正转 KM1 Q0 0 主轴电动机 M1 的正转按钮 SB2 I0 1 主电动机 M1 反转 KM2 Q0 1 主轴电动机 M1 的反转按钮 SB3 I0 2 短接启动电阻 KM3 Q0 2 主轴电动机 M1 的点动按钮 SB4 I0 3 冷却泵电动机 M2 起 停 KM4 Q0 3 冷却泵电动机 M2 停止按钮 SB5 I0 4 快速电动机 M3 起 停 KM5 Q0 4 冷却泵电动机 M2 起动按钮 SB6 I0 5 快速电动机 M3 起 停位置开关 SQ I0 6 速度继电器正转常开触头 KS1 I0 7 速度继电器正转常开触头 KS2 I1 0 图 3 1 3 5 I O 接线图接线图 根据 PLC I O 端子的分配 画出了 C650 卧式车床 PLC 控制系统 I O 接线图如 下所示 图 3 2 第第 4 章章 系统软件设计系统软件设计 4 1 PLC 的系统结构和基本工作原理的系统结构和基本工作原理 4 1 1PLC 的系统结构的系统结构 目前 PLC 种类繁多 功能和指令系统也都各不相同 但都是以微处理器为核心 用做工业控制的专用计算机 所以其结构和工作原理都大致相同 硬件结构与微机 相似 主要包括中央处理单元 CPU 存储器 RAM 和 ROM 输入输出接口电路 电 源 I O 扩展接口 外部设备接口等 其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的 传输 PLC 控制系统由输入量 PLC 输出量组成 外部的各种开关信号 模拟信 号 传感器检测的各种信号均作为 PLC 的输入量 它们经 PLC 外部输入端子 作 为 PLC 的输出量对外围设备进行各种控制 由此可见 PLC 的基本结构有控制部分 输入和输出组成 4 1 2PLC 的基本工作原理的基本工作原理 PLC 采用的是循环扫描工作方式 对每个程序 CPU 从第一条指令开始执行 按指令步序号做周期性的程序循环扫描 如果无跳转指令 则从则从第一条指令开 始逐条顺序执行用户程序 直至遇到结束符后又返回第一条指令 如此周而复始不 断循环 每一个循环称为一个扫描周期 输入刷新阶段 在输入刷新阶段 CPU 扫描全部输入端口 读取其状态并写入输入状态寄存器 完成后关闭输入端口 转入程序执行阶段 程序执行阶段 在程序执行阶段 根据用户输入的控制程序 从第一条开始逐条执行 并将相 应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后 将输出状态寄存器中的内容 依次送到输出锁存电路 并通过一定输出方式输出 驱动外部相应执行元件工作 这才形成 PLC 的实际输出 4 1 3PLC 编程语言编程语言 与个人计算机相比 PLC 的硬件 软件的体系结构都是封闭的而不是开放的 各厂家 PLC 的变成语言和指令系统的功能和表达方式也不一致 有的甚至有相当大 的差异 因此各厂家的 PLC 互不兼容 IEC 于 1994 年 5 月公布了 PLC 标准 IEC 61131 该标准为可编程控制系统定义了 5 种语言 顺序功能图 Sequential Function Chart 梯形图 Ladder Diagram 功能块图 Function Block Diagram 指令表 Instruction List 结构文本 Structured Text 其中 梯形图是使用最多的 PLC 图形编程语言 梯形图与继电器控制系统的电 路图很相似 具有直观易懂的优点 很容易被工厂熟悉继电器控制的电器人员掌握 特别是适用于数字量逻辑控制 有时也把梯形图称为电路或程序 梯形图由触点 线圈和用方块表示的功能块组成 触点代表逻辑输入条件 线圈通常代表逻辑输出 结果 用来控制外部设备 功能块用来表示定时器 计数器或数学运算附加指令 触点和线圈组成的独立电路称为网络 使用编程软件可以直接生成和编译梯形图 并将它下载到 PLC S7 系列 PLC 将指令表称为语句表 PLC 的指令是一种与微机的汇编语言中的 指令相似的助记符表达式 由指令组成的程序叫做指令表程序或语句表程序 在这次控制系统程序设计中 分别采用了梯形图和语句表两种编程语言编写了 该系统的控制程序 4 2 本设计用到的本设计用到的 PLC 基本功能与指令基本功能与指令 4 2 1 PLC 的基本功能的基本功能 条件控制功能 条件控制 或称逻辑控制或顺序控制 功能是指用 PLC 的与 或 非指令取代 继电器接触的串联 并联及其它各种逻辑连接 进行开关控制 定时 计数控制功能 定时 计数控制功能指用 PLC 提供的定时器 计数器指令实现对某种操作的定时 或计数控制 以取代时间继电器和计数继电器 4 2 2 PLC 基本指令基本指令 在本次控制系统程序设计过程中主要应用到简单的的常开常闭以及输出指令 4 3 控制系统的梯形图程序设计控制系统的梯形图程序设计 4 3 1 短接启动电阻短接启动电阻 当电动机正转启动或反转时 即按下 SB2 或 SB3 时 在 PLC 梯形图中对应 I0 1 或 I0 2 时 T37 计时器电源接通 T37 计时时间到了以后 本程序设定为 6s 输出 线圈 Q0 2 接通 即短接电路中 KM 并实现自锁 确保电动机持续工作 当点动时 I0 3 常闭触点断开 Q0 2 断开 以确保电动机不会电流过大 烧毁 电器件 当关闭电源时 按下 I0 0 T37 失电 Q0 2 断电 确保下次启动安全 4 3 2 电动机正转启动与反转停止电动机正转启动与反转停止 梯形图中 Q0 2 触发线圈 M0 0 我们借以判断电动机是否处于工作状态 按下 SB2 I0 1 闭合 Q0 0 输出 即 KM1 闭合 电动机正转启动 当T37 计时到 Q0 2 短接电阻 电动机工作 点动开关 SB4 即 I0 3 闭合也使 Q0 0 输出 当电动机停止 M0 0 常闭触点有 工作时的打开变为闭合状态 速度继电器 I1 0 接通 实现反接制动 图 4 2 4 3 3 电动机反转启动与正传停车电动机反转启动与正传停车 与正传启动反转停车相似 接通 SB3 即 I0 2 接通 Q0 1 接通输出 电动机 反转启动 T37 计时到可是实现工作状态 Q0 1 实现自锁 持续工作 其中 Q0 0 与 I0 1 可分别实现互锁 对主电路 控制电路进行保护 正转停车时 M0 0 从工作是的常开变为闭合状态 I0 7 速度继电器接通实现正 传停车 4 4 4 刀架快速移动及冷却泵工作过程刀架快速移动及冷却泵工作过程 该控制程序步骤为 刀架快速移动过程为按下位置开关 SQ Q0 4 动作 KM4 吸合 M3 起动运行 代替刀架的指示灯亮 冷却泵工作过程为按下 SB6 Q0 3 动 作 KM3 线圈得电 冷却泵电动机 M2 工作 停止时按下 SB5 即可 综上所述 根据控制系统的要求 结合控制电路原理图和 PLC 编程特点 设计 了控制系统梯形图程序如附录 III 所示 第五章第五章 系统调试系统调试 在调试前我们需要对线路进行检查 按照接线图检查电源线和接地线是否可靠 主线路和控制线路连接是否正确 绝缘是否良好 各开关是否处于 0 位 插头和各 插接件是否全部插紧 检查工作台等部件的位置是否合适 防止通电时发生失误 在检查完各部分正确无误后 便可接上设备的工作电源 开始通电调试了 5 1 硬件检查硬件检查 合上实验台上供电的电源开关 用万用表测量系统总电源开关进线端的电压 看一看电压是否正常 有无断相或三相电压特别不平衡的现象 如果一切正常 便 可合上总电源开关 SB1 并用万用表测量电源能供到的各支路终端的电压是否正常 有无断相 用万用表测量各硬件的接线情况 看是否有短接 断接和虚连的情况 并与电 路控制原理图一一对照 看是否有无接错的地方 各部分都正确无误的情况下进行 软硬件联调 5 2 系统综合调试系统综合调试 将编写好的 PLC 程序进行编译 下载至 PLC 由于控制系统运行电压是在 220V 为了保证安全只好先在实验台上分步模拟 观察各步的动作都正确无误后 按照 PLC 控制系统接线图在实验台上整体模拟 输出部分 接触器 电动机 快速 移动刀架 用实验台上的指示灯代替 观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状 态变化 并与工艺过程对照 在对照前由于忘记对 PLC 进行复位 虽然程序正确当 没达到控制效果 所以在调试前应先进行复位操作 在实验台上整体模拟无误后 将检查完毕的硬件连接电路 各电动机连接的电 路 与 PLC 连接在一起 分别观察各电动机的工作状态 分步运行无误后 将所有 的电动机按照 PLC 接线图连接在一起 分别观察各个电动机的运行状态 并与工艺 过程比较 没有发现什么问题 此控制程序设计能够满足控制系统的要求 5 3 计算机软件模拟结果计算机软件模拟结果 I0 1 正转启动调试结果 图 5 1 I0 2 反转启动 图 5 2 I0 5 冷却泵启动 图 5 3 I0 4 冷却泵关闭 图 5 4 I0 6 快速电机控制 图 5 5 结束语结束语 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 设计者可在规格繁多 品种齐全的系列可编程控制产品中 精选所需类型 使 PLC 具有较高的性能价格比 针对这点本设计尽量节省可编程控制器的端点 从而 提高了性价比 节省了不必要的开支 通过本次设计 使我进一步巩固 深化和扩充专业课的基本理论和基本技能 达到了培养我独立思考 分析和解决实际问题的能力 培养了我综合应用专业知识 和实际查阅相关实际资料的能力 致致 谢谢 四年的大学生活即将拉上帷幕 这是大学期间最后一次课程设计 此次设计的 主要目的是培养我们运用所学理论知识和专业知识来分析和解决电气控制技术中出 现的一系列问题 它不仅体现了我们对设计的思想 更重要的是使我学会了在今后 设计过程中的一般步骤和方法 在此 我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学 感谢我的老师在 我四年求学生涯中给予的关心和帮助 是他们在我的大学生活成长过程中给予了我 无私的帮助 教会了我方方面面的经验 此次毕设在设计过程中得到了王宗才老师 的精心指导 并且在跟随其学习的几个月中 不论是在学习上 工作上还是在日常 生活中 郑济仲老师都给了我们无微不至的关怀 特别是在毕业设计期间 王宗才 指导教师给予了我很大的帮助和支持 在此 我表示由衷的感谢 我在这次设计中 收获很多东西 最后 对各位教授 老师审阅我的论文深表感谢 由于本人能力有限 课题设 计中存在不足之处并渴望给予批评指导 参考文献参考文献 1 王宗才 机电传动与控制 北京 电子工业出版社 2011 2 王淑英 S7 200 西门子 PLC 基础教程 北京 人民邮电出版社 2011 12 3 罗宇航 流行 PLC 实用程序及设计 西安 西安科技大学出版社 2006 12 4 林春方 可编程控制器及其应用 上海 上海交通大学出版社 2003 6 5 廖常初 PLC 编程及应用 第 2 版 北京 机械工业出版社 2007 9 6 曹辉 可编程序控制器系统原理及应用 北京 电子工业出版社 2003 7 机床电路图大全编写组 机床电路图大全 上册 北京 机械工业出版社 1993 4 8 齐占庆 机床电气自动控制 北京 机械工业出版社 1987 8 9 黎亚元 机床电气自动控制 重庆 重庆大学出版社 1994 10 10 王士兰 PLC 技术及运用 北京 机械工业出版社 2000 8 11 方宗达 电气控制与 PLC 运用 北京 机械工业出版社 1996 10 12 夏国伟 机床电气与维修 西安 陕西科学技术出版社 1980 6 13 邓星钟 机电传动控制 武汉 华中科技大学出版社 2001 3 14 路林吉 江龙康等 可编程序控制器原理及应用 北京 清华大学出版社 2002 附录附录 主要电气元件表主要电气元件表 代 号名 称型 号 及 规 格用 途数量 M1 三相交流异步电动机 主电动机 1 M2 三相交流异步电动机 冷却泵电动机 1 M3 三相交流异步电动机 快速移动电动机 1 FU1 熔断器 RL1 15 15A 主电动机过载保护 1 FU2 熔断器 RL1 15 15A M2 M3 短路保护 1 FU3 熔断器 RL1 15 2A 控制电路短路保护 KM1 交流接触器CJ10 75A 线圈电压 220VM1 正转接触器 1 KM2 交流接触器CJ10 40A 线圈电压 220VM1 反转接触器 1 KM3 交流接触器CJ10 40A 线圈电压 220V控制 M2 1 KM4 交流接触器CJ10 40A 线圈电压 220V控制 M3 1 KT 时间继电器定时 KM 1 KM 交流接触器CJ10 40A 线圈电压 220V短接降压启动电阻 1 FR1 热继电器 JR10 60 52 5A M1 过载保护 1 FR2 热继电器 JR10 10 14 7 20A M2 过载保护 1 SB1 按钮红色总停 1 SB2 按钮黑色M1 正转 1 SB3 按钮黑色M1 反转 1 SB4 按钮黑色M1 点动 1 SB5 按钮红色M2 停止 1 SB6 按钮黑色M2 起动 1 SB7 按钮红色正转停止 1 SB8 按钮红色反转制动 1 SQ 位置开关LA2 黑色快速移动电机 1 KS1 速度继电器LA2 红色反接制动 1 KS2 速度继电器LA19 11J 红色反接制动 1 TA 电流互感器 LQG 0 5 100 5A 1 KA 中间继电器 1A 欠电流保护 1 附录附录 II 电路原理图电路原理图 附录附录 III PLC 控制程序清单控制程序清单 1 梯形图梯形图 2 语句表语句表 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃 蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃 袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆 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