车床的数控改造设计-电气部分PLC.doc

成都大学学士学位论文（设计）车床的数控改造设计-电气部分摘要: 20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，数控技术被认为是20世纪制造业最神奇、最具有成果的进展。自从1952年美国第1台数控车床问世至今已经历了50多个年头，特别是近10年来，数控技术有了巨大进步，数控车床向着高速化、高精度化发展，复合加工、新结构车床大量出现。中国是一个传统的机械制造大国，但其装备水平落后，特别是一些老的机械制造厂大多还是比较旧的车床，这些旧的数控车床不能满足现代客户的加工要求，如：加工精度，小批量生产等。解决这个问题有两种途径：一是购买新的数控车床；二是在旧的车床基础上进行数控化改造。本设计是针对普通车床C6140进行数控化改造，其现实意义在于寻找一种可行的、有推广价值的设备改造方法，对传统机械制造行业的技术装备进行技术提升，以解决目前设备老化所带来的问题。同时介绍可编程控制器(PLC)的原理、组成以及编程，具体在C6140车床改造中的应用，对PLC在数控系统控制下所完成的控制功能作简单阐述， 并介绍了可编程控制器应用于车床控制系统的控制原理;系统设计方法；输入、输出点数确定；程序设计及手动操作梯形图设计，并给出了PLC的控制电路接线图和梯形图。因此，本系统采用经验设计法为主的设计方法，取得了良好的效果。关键词 : 车床；可编程控制器；梯形图The CNC Lathe Reconstruction Design - Electrical PartsAbstract:The 20th century, human societys greatest scientific and technological achievements are the invention and application of computer, numerical control technology is considered the 20th century the most magical manufacturing，the most fruitful progressSince 1 952 the United States No1 since the advent of CNC lathe has undergone more than 50 years，especially in the past 10 years，numerical control technology has been tremendous progress toward the high-speed CNC lathes，high precisiondevelopment, composite processing，the new structure machine tools have emergedChina is a traditional mechanical manufacturing power, but the level of its equipment behind，especially some old factories are mostly mechanical or older lathes，CNC lathe these old should not meet the modem customer process远g requirements，such as machining accuracy ,small mass production, etcTo solve this problem there is two ways：First, purchase a new CNC system；Second，at the old foundation on CNC lathe transformationThe C6140 is designed for CNC Lathe for the transformation, and its practical significance is to find a feasible and promote the value of the equipment modification method, the traditional machinery manufacturing industry, technology and equipment for technology upgrading in order to resolve the current caused by aging equipment problems. Programmable logic controller is also introduced (PLC) principles, composition and programming, specifically in the application of C6140 Lathe, numerical control system of the PLC under the control of the control functions performed by briefly explained and introduced programmable logic controller (PLC ) used lathe control system control theory; system design; input and output points to determine; programming and manual operation of the ladder design, and gives the control circuit wiring diagram of PLC and ladder. Therefore, the system design using experience-based design methods, and achieved good results. Keywords: lathe ; programmable logic controller ;ladder朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 目 录绪 论1第1章 控制方案的选择21.1 为何采用PLC控制21.2 控制继电器存在的缺点21.3 可编程序控制器的优势、特点及功能21.3.1 生产过程的监控和管理31.3.2 闭环过程控制31.3.3 顺序控制31.3.4 运动位置控制31.4 PLC与继电器控制不同之处31.4.1 控制方式31.4.2 控制速度31.4.3 延时控制41.5 PLC(可编程控制器)与MC(微机)控制的区别4第2章 PLC系统设计的基本步骤52.1 系统设计的主要内容52.2 系统设计的基本步骤52.2.1 被控对象的工艺条件和控制要求52.2.2 确定I/O 设备52.2.3 选择合适的PLC 类型52.2.4 分配I/O 点52.2.5 设计应用系统梯形图程序52.2.6 将程序输入PLC62.2.7 进行软件测试62.2.8 应用系统整体调试62.2.9 编制技术文件62.2.10 分配输入/输出点62.2.11 确定I/O 通道范围62.2.12 辅助继电器62.2.13 分配定时器/计数器62.3 计算机辅助设计编程72.4 PLC 软件系统设计的步骤72.5 编制控制系统的逻辑关系图72.6 绘制各种电路图72.7 编制PLC 程序并进行模拟调试72.8 制作控制台与控制柜8第3章 C6140机床电路电气分析93.1 主电路分析93.2 数控系统与变频器的组合控制103.2.1 确定IO口分配103.2.2 确定PLC型号123.2.3 PLC与变频器的连线图133.3 控制电路分析133.3.1 主轴电动机的点动控制133.3.2 主轴电动机的正反转控制133.3.3 X轴电动机的点动控制143.3.4 X轴电动机的正反转控制143.3.5 Z轴电动机的点动控制143.3.6 Z轴电动机的正反转控制143.3.7 快速换刀电机控制143.3.8 冷却泵控制143.4 辅助电路分析143.5 C6140车床电气控制线路的特点15第4章 C6140车床PLC控制程序164.1 主轴程序梯形图164.2 主轴程序设计说明174.2.1 主轴电动机正转控制174.2.2 主轴电动机反转控制174.2.3 主轴电动机点动控制174.2.4 主轴电动机的变频控制174.3 X轴程序梯形图184.4 X轴程序设计说明194.4.1 X轴电动机正转控制194.4.2 X轴电动机反转控制194.4.3 X轴电动机点动控制194.4.4 X轴电动机的变频控制194.5 Z轴程序梯形图204.6 Z轴程序设计说明214.6.1 Z轴电动机正转控制214.6.2 Z轴电动机反转控制214.6.3 Z轴电动机点动控制214.6.4 Z轴电动机的变频控制214.7 冷却泵、自动换刀程序梯形图224.8 冷却泵、自动换刀程序设计说明224.8.1 冷却泵电动机控制224.8.2 自动换刀电动机控制224.9 改造后车床的PLC调试过程23第5章 结论24致 谢25参考文献26附录127附录229附录32930绪论目前，我国拥有至少300多万台机床，是生产和使用机床最多的国家之一， 但现有机床大多数服役年龄较长。大都是多年来生产积累的通用机床，设备陈旧落后。柔性和自动化程度低。要想在短时期内大量地更新现有设备，无论从资金还是国内机床制造厂的生产能力都很难做到。对于机床进行数控化改造投资少，见效快，是机械制造厂挖掘技改的一条成功之路。 对车床进行数控化改造，使其可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。加工零件的精度高，尺寸分散度小，拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能。降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求做出快速反应等等。由于数控机床具有自动化程度高加工精度高，质量稳定，便于生产管理现代化等特点.数控机床的应用越来越普及，也是制造业现代化的必然趋势。如果全部淘汰旧机床而采用新的数控机床不仅所需资金太大，而且会造成原有设备的闲置和浪费。我国的再制造技术研究起步较晚，迫切需要大力发展，即能充分利用原有的旧设备资源，减少浪费又能够以较小的代价获得性能先进的设备，满足现代化生产的要求。普通车床是应用非常广泛的金属切削工具，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍大量使用。由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在着固有缺陷。由于它是利用布线组成各种逻辑来实现控制，需要大量机械触点，因此可靠性不高；当改变生产流程时要改变大量的硬件接线，甚至重新设计系统，要耗费大量的人力物力，花费很多时间。因而造成了这些企业的生产率低下，效益差，反过来这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床。因此，当务之急就是对这些普通车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。由于可编程控制器具有:通用性、适应性强；完善的故障自诊断能力且维修方便；可靠性高及柔性强等优点，且小型PLC的价格目前亦很便宜。因此，PLC在普通车床的控制电路改造中发挥了极其重要的作用。PLC是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制，被广泛应用于各个领域，因为它具有几个突出的特点：可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，易于掌握，功能完善，灵活方便，体积小，质量轻，功耗低。本文以C6140车床的控制系统为例，详细说明采用PLC改造传统控制系统的设计过程。第1章 控制方案的选择1.1 为何采用PLC控制可编程序控制器PLC是微机技术与传统的继电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，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。 1.2 控制继电器存在的缺点控制继电器存在的缺点如:容易损坏，而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，绝大多数控制继电器都是在长期磨损和疲劳工作的情况下而引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。固体继电器的缺点:1、导通后的管压降大，可控硅或双向可控硅的正向降压，可达12V，大功率晶体管的饱和压降也在12V之间，一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大。2、半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。3、由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固体继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，其输出功率与环境和外壳温度有关。4、电子元、器件的温度特性和电子路线的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。5、通常固体继电器设计成单刀单掷形式，这样比较容易实现，多组和多组转换结构需要用几个相互连接和适当连锁的固体继电器，这些固体继电器基本上是积木式堆叠在一起，形成一个占地较大空间的复杂装置。大功率固体继电器，由于需用散热片，就进一步增加了所有空间和成本。6、通常用于功率控制的固体继电器是针对负载或设计成交流输出或设计成直流输出，而不是设计成既能用于交流负载，又可用直支流负载。1.3 可编程序控制器的优势、特点及功能可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。1.3.1 生产过程的监控和管理 PLC可以通过通讯接口与显示终端和打印机等外设相连。显示器作为人机界面(HMI)是一种内含微处理芯片的智能化设备，它与PLC相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指示灯，及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排。所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行。PLC可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处理，并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、ASCII字符等方式进行显示。在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态，如阀门的开与关，电机的启动与停止，位置开关的状态等。PID回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化，操作人员通过参数设定可进行参数调整，通过数据查询可查找任意时刻的数据记录，通过打印可保存相关的生产数据，为今后的生产管理和工艺参数的分析带来便利。1.3.2 闭环过程控制以往对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成的PID模拟调节器来实现开、闭环控制。而现在完全可以采用PLC控制系统，选用模拟量控制模块， 关于时间继电器的用途，其功能由软件完成，系统的精度由位数决定，不受元件影响，因而可靠性更高，容易实现复杂的控制和先进的控制方法，可以同时控制多个控制回路和多个控制参数。例如生产过程中的温度、流量、压力、速度等。1.3.3 顺序控制 顺序控制是PLC最基本、应用最广泛的领域。所谓的顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作。由于它还具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点，所以在实现单机控制、多机群控制、生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制系统。它主要是根据操作按扭、限位开关及其现场给来的指令信号和传感器信号，控制机械运动部件进行相应的操作，从而达到了自动化生产线控制。比较典型应用在自动电梯的控制、管道上电磁伐的自动开启和关闭、皮带运输机的顺序启动等。例如原料混料系统就是利用了PLC的顺序控制功能。 1.3.4 运动位置控制PLC可以支持数控机床的控制和管理，在机械加工行业，可编程控制器与计算机数控(CNC)集成在一起，用以完成机床的运动位置控制，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经处理与计算，发出相应的脉冲给驱动装置，通过步进电机或伺服电机，使机床按预定的轨道运动，以完成多轴伺服电机的自控。目前以用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削、磨削等应用中。1.4 PLC与继电器控制不同之处1.4.1 控制方式继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联以及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。 PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。1.4.2 控制速度继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。1.4.3 延时控制继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。1.5 PLC(可编程控制器)与MC(微机)控制的区别微型计算机是在以往计算机与大规模集成电路的基础上发展起来的，其最大特点是运算速度快，功能强，应用范围广，在科学计算，科学管理和工业控制中都得到广泛应用。所以说，MC是通用计算机。而PLC是一种为适应工业控制环境而设计的专用计算机。但人工业控制的角度来看，PLC又是一种通用机，只要选配对应的模块便可适用于各种工业控制系统，而用户只需改变用户程序即可满足工业控制系统的具体控制要求。而MC就必须根据实际需要考虑抗干扰问题及硬件软件的设计，以适应设备控制的专门需要。所以说MC是通用的专用机。基于以上理解，便可以得出MC与PLC具有以下几点区别： 1、PLC抗干扰性能为MC高 ；2、PLC编程比MC编程简单 ；3、PLC设计调试周期短 ；4、PLC的I/0响应速度慢，有较大的滞后现象（MS），而MC的响应速度快（US）； 5、PLC易于操作，人员培训时间短；而MC则较难人员培训时间长； 6、PLC易于维修，MC则较困难 随着PLC技术的发展，其功能越来越强；同时MC也逐渐提高和改进两者之间将相互渗透，使PLC与MC的差距越来越小，但在今后很长一段时间内，两者将继续共存。在一个控制系统中，PLC将集中于功能控制上，而MC将集中于信息处理上。第2章 PLC系统设计的基本步骤2.1 系统设计的主要内容1、拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据； 2、选择电气传动形式和电动机等执行机构； 3、选定PLC 的型号； 4、编制PLC 的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图；5、根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用形图）进行程序设计； 6、了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系； 7、设计操作台、电气柜及非标准电器元件； 8、编写设计说明书和使用说明书。 根据具体任务，上述内容可适当调整。2.2 系统设计的基本步骤可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤：2.2.1 被控对象的工艺条件和控制要求1、被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。2 、控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和连锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。2.2.2 确定I/O 设备根据被控对象对PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。2.2.3 选择合适的PLC 类型根据已确定的用户I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的PLC 类型，包括机型、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。2.2.4 分配I/O 点分配PLC 的输入输出点，编制出输入/输出分配表或者绘出输入/输出端子的接线图。接着就可以进行PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。2.2.5 设计应用系统梯形图程序根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要清晰的了解控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。2.2.6 将程序输入PLC 当使用简易编程器将程序输入PLC时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到PLC 中去。2.2.7 进行软件测试程序输入PLC 后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将PLC 连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。2.2.8应用系统整体调试在PLC 软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。2.2.9 编制技术文件系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC 梯形图。2.2.10 分配输入/输出点一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。2.2.11 确定I/O 通道范围不同型号的PLC ，其输入/输出通道的范围是不一样的，应根据所选PLC 型号，查阅相应的编程手册，决不可“张冠李戴”。必须参阅有关操作手册。2.2.12 辅助继电器内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器/计数器时作数据存储或数据处理用。从功能卜讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。未分配模块的输入/输出继电器区以及未使用1 : 1 链接时的链接继电器区等均可作为内部辅助继电器使用。根据程序设计的需要，应合理安排PLC 的内部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途，避免重复使用。参阅有关操作手册。2.2.13 分配定时器/计数器PLC 的定时器/计数器数量分别见有关操作手册。PLC 软件系统设计方法及步骤，PLC 软件系统设计的方法。在了解了 PLC 程序结构之后，就要具体地编制程序了。编制PLC 控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。图解法编程，图解法是靠画图进行PLC 程序设计。为此，不少PLC 生产厂家在自己的PLC 中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。2.3 计算机辅助设计编程 计算机辅助设计是通过PLC 编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE 运行文件。2.4 PLC 软件系统设计的步骤在了解了程序结构和编程方法的基础上，就要实际地编写PLC 程序了。编写PLC 程序和编写其他计算机程序一样，都需要经历如下过程。对系统任务分块，分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题，便于编制控制程序。2.5 编制控制系统的逻辑关系图从逻辑关系图上，可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一结果又引导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反应了输入与输出的关系。2.6 绘制各种电路图绘制各种电路的口的，是把系统的输入输出所设计的地址和名称联系起来。这是非常关键的一步。在绘制PLC 的输入电路时，不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的可靠性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到PLC的输入端，把高压引入PLC 输入端，会对PLC 造成比较大的伤害。在绘制PLC 的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到PLC 输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和极性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和可靠性。虽然用PLC 进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、全面。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。2.7 编制PLC 程序并进行模拟调试在绘制完电路图之后，就可以着手编制PLC 程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、可靠之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改。2.8 制作控制台与控制柜在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量，规格必须满足要求。设备的安装必须注意安全、可靠。比如说屏蔽问题、接地问题、高压隔离等问题必须妥善处理。 现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能最后实地测试和最后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。第3章 C6140机床电路电气分析C6140主电路图如下：图3-1C6140机床主电路图3.1 主电路分析组合开关QS为电源开关。FU1为主电动机M1的短路保护用熔断器，KR1为其过载保护用热继电器。KM1、KM2运作时为变频运行，KM3动作时工频电源直接接到电动机。工频电源如果接到变频器的输出端，将会损坏变频器，所以KM2、KM3绝对不能同时动作，相互之间必须设置可靠的互锁，为此在控制电路中用它们的常闭触点组成硬件互锁电路。在工频运行时，变频器不能对电动机进行过载保护，因此设置了热继电器FR1，用它提供工频运行时的过载保护。FU2为X轴电动机M2的短路保护用熔断器，KR2为其过载保护用热继电器。 KM4、KM5为M2变频运行接触器，KM6为M2工频运行接触器。FU3为Z轴电动机M3的短路保护用熔断器，KR3为其过载保护用热继电器。 KM7、KM8为M3变频运行接触器，KM9为M3工频运行接触器。KM10为接通冷却泵电动M4的接触器，KR4为M4过载保护用热继电器。KM11、KM12为自动换刀电机M5的正、反转接触器，KR5为其过载保护用热继电器。3.2 数控系统与变频器的组合控制3.2.1 确定IO口分配表3-1 IO口分配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主轴变频器通电SB1X0.0主轴变频器通电接触器KM1、KM2Y0.0主轴变频器断电SB2X0.1主轴变频器通电指示灯HL1Y0.1M1正转SA1X0.2M1正转指示灯HL2Y0.2M1反转SA1X0.3M1正转输出Y1.1主轴高频变速SB3X0.4M1反转指示灯HL3Y0.3主轴中频变速SB4X0.5M1反转输出Y1.2主轴低频变速SB5X0.6主轴变频器故障指示灯HL4Y0.4主轴变频器故障X1.0主轴变频高速Y1.3主轴M1点动SB6X0.7主轴高速指示灯HL5Y0.5主轴变频中速Y1.4主轴中速指示灯HL6Y0.6主轴变频低速Y1.5主轴低速指示灯HL7Y0.7主轴点动接触器KM3Y1.0X轴变频器通电SB7X1.1X轴变频器通电接触器KM4、KM5Y1.6X轴变频器断电SB8X1.2X轴变频器通电指示灯HL8Y1.7M2正转SA2X1.3M2正转指示灯HL9Y2.0M2反转SA2X1.4M2正转输出Y2.7X轴高频变速SB9X1.5M2反转指示灯HL10Y2.1X轴中频变速SB10X1.6M2反转输出Y3.0X轴低频变速SB11X1.7X轴变频器故障指示灯HL11Y2.2X轴M1点动SB12X2.0X轴变频高速Y3.1X轴变频器故障X2.1X轴高速指示灯HL12Y2.3X轴变频中速Y3.2X轴中速指示灯HL13Y2.4X轴变频低速Y3.3X轴低速指示灯HL14Y2.5X轴点动接触器KM6Y2.6Z轴变频器通电SB13X2.2Z轴变频器通电接触器KM7、KM8Y3.4Z轴变频器断电SB14X2.3Z轴变频器通电指示灯HL15Y3.5M3正转SA3X2.4M3正转指示灯HL16Y3.6M3反转SA3X2.5M3正转输出Y4.5Z轴高频变速SB15X2.6M3反转指示灯HL17Y3.7Z轴中频变速SB16X2.7M3反转输出Y4.6Z轴低频变速SB17X3.0Z轴变频器故障指示灯HL18Y4.0输入信号输出信号Z轴M1点动SB18X3.1Z轴变频高速Y4.7Z轴变频器故障X3.2Z轴高速指示灯HL19Y4.1Z轴变频中速Y5.0Z轴中速指示灯HL20Y4.2Z轴变频低速Y5.1Z轴低速指示灯HL21Y4.3Z轴点动接触器KM9Y4.4冷却泵M4启动SB19X3.3冷却泵电机M4接触器KM10Y5.2控制主断按钮SB20X3.4M5正转启动SB21X3.5自动换刀正转接触器KM11Y5.3M5正转断开SB22X3.6M5反转启动SB23X3.7自动换刀反转接触器KM12Y5.4M5反转断开SB24X4.03.2.2 确定PLC型号三菱PLC FX2N系列部分型号列表表3-2 PLC型号 序号型号功能说明1FX2N-128MR-001输入点： 64，64 继电器输2FX2N-80MR-001输入点： 40，40 继电器输3FX2N-64MR-001输入点： 32，32 继电器输4FX2N-48MR-001输入点： 24，24 继电器输5FX2N-32MR-001输入点： 16，16 继电器输6FX2N-16MR-001输入点： 8，8 继电器输7FX2N-80MR-D输入点： 40，40 继电器输出 （直流供电)8FX2N-64MR-D输入点： 32，32 继电器输出 （直流供电)9FX2N-48MR-D输入点： 24，24 继电器输出 （直流供电)10FX2N-32MR-D输入点： 16，16 继电器输出 （直流供电)11FX2N-128MT-001输入点： 64，64点晶体管输12FX2N-80MT-001输入点： 40，40点晶体管输13FX2N-64MT-001输入点： 32，32点晶体管输14FX2N-48MT-001输入点： 24，24点晶体管输15FX2N-32MT-001输入点： 16，16点晶体管输16FX2N-16MT-001输入点： 8，8点晶体管输17FX2N-80MT-D输入点： 40，40点晶体管输出 （直流供电)18FX2N-64MT-D输入点： 32，32点晶体管输出 （直流供电)19FX2N-48MT-D输入点： 24，24点晶体管输出 （直流供电)20FX2N-32MT-D输入点： 16，16点晶体管输出 （直流供电)21FX2NC-96MT输入点： 48，48点晶体管输22FX2NC-64MT输入点： 32，32点晶体管输23FX2NC-32MT输入点： 16，16点晶体管输24FX2NC-16MT输入点： 8，8点晶体管输25FX2N-48ER输入点：24，24 继电器输26FX2N-48ET输入点：24，24点晶体管输27FX2N-32ER输入点：16，16 继电器输28FX2N-32ET输入点：16，16点晶体管输29FX2N-16EX输入点：130FX2N-16EYR输入点：16 继电器输31FX2N-16EYT输入点：16点晶体管输32FX2N-8ER输入点：4，4 继电器输在选用PLC型号上，考虑输入点需要33个，输出点需要45个，又因为控制程序小，不需要远程控制也没有特殊要求，所以选用FX2NC-96MT，输入点：48，48点晶体管输。3.2.3 PLC与变频器的连线图变频器FWD为正转启动端，变频器REV为反转启动端，变频器RH为高速启动端，变频器RM为中速启动端，变频器RL为低速启动端。主轴驱动系统型号为1HP6167-4CB4，变频器型号为6SC6058-4AA02；X轴电机型号为120MB040A-2CE6E，变频器型号为GS0040A；Z轴电机型号为120MB075A-2CE6E，变频器型号为GS0075A。 图3-2 PLC与变频器的连线图3.3 控制电路分析3.3.1 主轴电动机的点动控制当按下点动按钮SB6不松手时，接触器KM3线圈通电，KM3主触点闭合，主轴电机M1工频运行。由于没有自锁装置，当松开SB6后，KM3线圈随即断电，主轴电动机M1停转。线路中连接KM2常闭触点，防止KM2、KM3同时接通，损坏变频器。3.3.2 主轴电动机的正反转控制主轴电动机的正反转由变频器控制：当三位旋转按钮SA1转到X0.2位置时，PLC输出点Y1.0、Y0.2输出，变频器控制主轴电动机正转，同时正转指示灯HL2闪烁；当旋转按钮SA1转到X0.3置时，PLC输出点Y1.1、Y0.3输出，变频器控制主轴电动机反转，同时反转指示灯HL3闪烁。3.3.3 X轴电动机的点动控制当按下点动按钮SB12不松手时，接触器KM6线圈通电，KM6主触点闭合，X轴电机M2工频运行。由于没有自锁装置，当松开SB12后，KM6线圈随即断电，X轴电动机M2停转。线路中连接KM5常闭触点，防止KM5、KM6同时接通，损坏变频器。3.3.4 X轴电动机的正反转控制主轴电动机的正反转由变频器控制：当三位旋转按钮SA2转到X1.3位置时，PLC输出点Y2.7、Y2.0输出，变频器控制主轴电动机正转，同时正转指示灯HL9闪烁；当旋转按钮SA2转到X1.4置时，PLC输出点Y3.0、Y2.1输出，变频器控制主轴电动机反转，同时反转指示灯HL10闪烁。3.3.5 Z轴电动机的点动控制当按下点动按钮SB18不松手时，接触器KM9线圈通电，KM9主触点闭合，Z轴电机M3工频运行。由于没有自锁装置，当松开SB18后，KM9线圈随即断电，Z轴电动机M3停转。线路中连接KM8常闭触点，防止KM8、KM9同时接通，损坏变频器。3.3.6 Z轴电动机的正反转控制主轴电动机的正反转由变频器控制：当三位旋转按钮SA3转到X2.4位置时，PLC输出点Y4.5、Y3.6输出，变频器控制主轴电动机正转，同时正转指示灯HL16闪烁；当旋转按钮SA3转到X2.5置时，PLC输出点Y4.6、Y3.7输出，变频器控制主轴电动机反转，同时反转指示灯HL17闪烁。3.3.7 快速换刀电机控制SB21 、SB22为自动换刀电机M5的正转启动、停止按钮，按下SB21，KM11线圈得电，其常开触点闭合，完成自锁，在松开SB21后保持KM11线圈得电。线路中的KM12常闭触点是互锁装置，防止KM11、KM12线圈同时得电，使线路短路。SB23、SB24为自动换刀电机M5的反转启动、停止按钮，其启动过程与正转类似。3.3.8 冷却泵控制SB19为冷却泵电机M4启动按钮，按下SB19后，KM10线圈得电完成自锁。由于机床工作时冷却泵电机M4始终工作，故其停止按钮为总停按钮SB20。3.4 辅助电路分析照明电路和控制电源：图中TC为控制变压器，二次侧有二路，一路为了27V，提供给控制电路；另一路为36V（安电压），提供给照明电路。置灯开关SA于1位时，SA就闭合，照明灯EL点亮；置SA于0位时，EL就熄灭。3.5 C6140车床电气控制线路的特点从上述分析中可知，这种车床的电气线路有以下几个特点：1、主轴的正反不是通过机械方式来实现，而是通过电气方式，即主电动机的正反转来实现的，从而简化了机械结构。2、用变频器直接控制正反转，避免了继电器的接线复杂化。3、控制回路由于电器元件很多，故通过控制变压器TC同三相电网进行电隔离，提高了操作和维修时的安全性。第4章 C6140车床PLC控制程序4.1 主轴程序梯形图图4-1 主轴PLC控制系统程序梯形图4.2 主轴程序设计说明4.2.1 主轴电动机正转控制按下主轴变频器通电按钮SB1第1逻辑行中X0.0常开触点闭合，Y0.0接通并自锁 。Y0.0通电后，第10逻辑行Y0.1输出，主轴变频器通电指示灯HL1闪烁。此时将SA1按钮旋至X0.2位置，第13逻辑行常开触点X0.2得电闭合，Y0.2、Y1.1接通，且Y0.2接通并自锁，主轴电机M1正向启动运转，且主轴电机正转指示灯HL2闪烁。4.2.2 主轴电动机反转控制按下主轴变频器通电按钮SB1第1逻辑行中常开触点X0.0闭合，Y0.0接通并自锁 。Y0.0通电后，第10逻辑行Y0.1输出，主轴变频器通电指示灯HL1闪烁。此时将SA1按钮旋至X0.3位置，第19逻辑行常开触点X0.3得电闭合，Y0.3、Y1.2接通，且Y0.3接通并自锁，主