基于PLC的C650立式机床车床电气系统的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709850摘要车床是广泛应用的一种技术成熟的切削机床，C650车床是一种中型车床，可用于加工回转直径1020MM以内,长度3000MM以内的工件。是车床中极具代表性的一种设备。此次设计是对C650车床传统电气控制系统的改进设计和模拟，运用可编译逻辑控制器实现各种控制、自锁、联锁、报警功能，优化控制系统的性能，提高稳定性，降低故障率。主电机的电气设计是整个机床电气设计的重点。主电机的主回路要求带有正反转、Y转换、带限流电阻电气反接制动。系统要求设计欠压饱和和过流保护。在模拟样机中通过电位器经AD扩展模块模拟。本次设计是一个完整的电气控制系统，涵盖了电机的计算、元件的选型、控制方案的设计、图纸的绘制、电气主回路的设计，配电系统接线、调试，是专业知识的一次总结和实践。关键词机床；配电；PLC；Y转换买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851ABSTRACTTHELATHEISONEOFTHEMOSTWIDELYUSEDMETALCUTTINGLATHE,C650LATHEISAMEDIUMSIZEDLATHE,THEDIAMETEROFWORKPIECEUPTO1020MM,LENGTHUPTO3000MMITISAKINDOFEQUIPMENTWHICHISWIDELYUSEDLATHEWORKWHENTHEMOSTBASICOFTWOKINDSOFSPORTSCHUCKAXLEDRIVESTHEWORKPIECEROTATION,CALLEDMAINMOVEMENTCUTTINGMOVEMENT,SECONDISSLIDECARRIAGETHIMBLEDRIVESTHECUTTERTOTHELINEARMOTION,KNOWNASAFEEDMOVEMENTTHETWOMOVEMENTSARECARRIEDOUTATTHESAMETIMEINORDERTOENSURETHESYNCHRONIZATIONBETWEENTHETWO,THETWOMOVEMENTSAREDRIVENBYTHESAMEMOTORTHEMAINMOTOR,BUTHAVETHEIROWNTRANSMISSIONTHROUGHTHERESPECTIVETRANSMISSIONADJUSTMENTTOADJUSTTHEDIFFERENTSPINDLESPEEDANDFEEDSPEED,YOUCANPROCESSAVARIETYOFDIFFERENTNEEDSOFTHEWORKPIECECOOLINGPUMPISALSOANINDISPENSABLEEQUIPMENTOFTHEMACHINETOOLAFTERSTARTINGTHEMACHINE,COOLINGPUMPSTARTEDRUNNING,THECOOLINGLIQUIDSPRAYTOWORKCUTTINGNOODLES,TOPLAYTOTHEROLEOFCOOLINGTHEWORKPIECE,THECUTTERPROTECTIONTHEDESIGNOFTHETRADITIONALC650LATHEELECTRICALCONTROLSYSTEMTOIMPROVETHEDESIGNANDSIMULATION,USINGCOMPILEDLOGICCONTROLLERTOACHIEVEAVARIETYOFCONTROL,SELFLOCKING,INTERLOCKING,ALARMFUNCTION,THEOPTIMIZATIONOFTHEPERFORMANCEOFTHECONTROLSYSTEM,IMPROVETHESTABILITY,REDUCETHEFAILURERATETHEELECTRICALDESIGNOFTHEMAINMOTORISTHEKEYPOINTOFTHEWHOLEMACHINETOOLELECTRICALDESIGNTHEMAINCIRCUITOFTHEMAINMOTORISAKINDOFPOSITIVEINVERSIONANDYDELTACONVERSION,WITHCURRENTLIMITINGRESISTANCEOFELECTRICBRAKINGOFCOMPLEXLOOPTHISDESIGNISACOMPLETEELECTRICALCONTROLSYSTEM,COVERINGMOTORCALCULATION,COMPONENTSELECTION,CONTROLSCHEMEDESIGNANDDRAWINGSOFTHEDRAWING,THEMAINELECTRICALCIRCUITDESIGN,DISTRIBUTIONSYSTEMWIRINGANDDEBUGGING,WHICHISEXTENSIVELYINVOLVEDINKNOWLEDGEISASUMMARYANDPRACTICEOFPROFESSIONALKNOWLEDGEKEYWORDSLATHEPOWERDISTRIBUTIONPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERLADDERDIAGRAM买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852目录摘要1引言41绪论511车床的历史及发展412车床结构513设计要求52车床主回路设计721主电机功率822主电机主回路的设计923主要材料的选择、配置924冷却泵电机的设计1025机床主回路图113车床电气控制设计1231控制要求1332控制方案选择1333PLCI/O测点清单及硬件选1635控制回路原理1736梯形图程序184模拟样机2341仪器及设备2342电动机的选择2443模拟样机运行2544试机中遇到的问题26结论27谢辞28参考文献29附件30买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709853买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709854买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709855买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709850引言在机床工业不断发展的今天，如何提高机床的精度和加工速度，仍然是人们致力于解决和不断完善的课题，它不仅是机床技术发展的动力来源，还是使得机床电气控制系统不断改进的动力。计算机和控制理论的发展和完善，电力拖动、电力电子技术的日益发展，都为机床电气控制系统的改进奠定了理论和实践基础。上世纪四十年代之前，机床的控制主要是以继电器接触器控制为主，而且由于技术限制，那时的交流电机无法实现调速功能，只能通过机械手段，通过齿轮、皮带来实现有级变速，这样一来，机床系统庞大而复杂，加工精度也局限在一定的范围以内。继电器接触器控制系统技术简单、成本低廉，可以实现机床的各种运动控制（如启动、制动、反转、变速等），并可实现逻辑控制、联锁控制、异地控制等，在很长一段时间里是车床电气控制系统的不二选择，但随着可编译逻辑控制器的出现和技术成熟，继电器接触器的各种弊病及不足显露无疑，如结构复杂、接线庞大、故障率高、检修不便，另外，根据加工工艺的要求，需要改变控制逻辑关系时，必须修改线路，重新安装配线，这对现代机床的控制要求是很不适应的。而通过PLC技术改进车床的电气控制系统后，这些问题迎刃而解，同时还提高了车床的加工精度。基于PLC的电气控制系统，通过运行事先编译好的逻辑控制程序能很好的实现车床电气控制要求的各种功能，而且可以随便编程，自动诊断，系统体积缩小，可靠性也随之提高，在安装使用系统以后如果要改进系统功能只需要重新对程序进行编译，而不需要改变接线的逻辑控制，据此，可编译逻辑控制器正在不断取代传统的继电器接触器控制系统。本设计就是以C650普通车床为对象，进行基于PLC的电气系统控制设计。第一章为绪论，第二章讨论了主回路的设计，第四章阐述了电气系统控制部分，最后对模拟样机的设计、安装和调试运行进行了说明。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098511绪论11车床的历史及发展C650车床是国内广泛使用的切削机床，有重要的用途，是现代工业生产中必不可少的一种加工设备。它的由来是一个漫长的演变过程，是人们从漫长的历史中积累的生产经验中慢慢总结，改进而来的。早在公元前两千多年就能找到它的原形。公元两千多年前出现的树木机床，在使用时，用脚踩踏作为动力，利用树枝的弹性带动工件旋转，将贝壳石片等加工成刀具。近代以来，随着工业革命的兴起，各种金属制品大量被使用于生活和生产中，对于金属零件的加工，车床是十分关键的设备，但尤为科技发展的限制，直到十九世纪完全由金属组成的车床出现，随着如丝杆等传动零件的不断出现，车床才算初具生产能力。到二十世纪中叶，睡着计算机的诞生与完善，世界工业逐步开启现代化进程，车床也随之被不断完善和改进。本次设计，主要是以C650车床为载体，进行一次内容丰富，涉及知识面广泛的电气控制系统设计。车床工作时需要电动机带动卡盘上的工件做回转运动，这就设计到电机正转、反转、停车以及一系列的保护问题。所以，本次设计涉及电机主回路的设计、电气控制系统的设计、PLC的运用以及配电的安装于调试，知识涵盖面广泛、工作量饱满。12车床结构C650车床由床身、进给箱、变速箱、溜板箱、刀架配以丝杆、光杆、尾架等辅助设备组成。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852主轴箱又称床头箱，它的主要功能是通过一系列的变速机将主电机的转动传递到主轴从而得到所需的不同的转速，于此同时主轴箱的部分动力传递给进给箱。主轴箱中的主轴是车床的最重要的组成部分。一旦主轴的回转精度降低，则机床的实用价值将会大打折扣。刀架用于装夹刀具，实现纵向、横向和斜向移动的部件光杆和丝杆用来连接进给箱与溜板箱，溜板箱的动力就来自进给箱，由丝杆和光杆传递，使溜板箱得以纵向直线运动。当需要车削各种螺纹时才用到丝杆在进行工件的其他表面车削时，只用光杆，不需要丝杆。冷却泵机床重要的组成部分，在工件切削时会产生十分巨大的热量。所以要辅以冷却液降温，否则不仅会损坏工件还会大大减小刀具的使用寿命，使得车床失去其使用性，故此冷却泵是机床必不可少的辅助设备。121车床的电机拖动（1）主运动工件的回转运动就是车床的主运动，运动的方式是由主轴带动卡盘或顶尖从而带动工件旋转。电动机的动力需要通过通过主轴箱传递到主轴，一般加工要求下，主轴只需要单方向的旋转运动，但在车螺纹时则需要用反转来退刀。（2）进给运动车床的进给运动是溜板带纵向或横向的直线移动来带动刀具运动，是使得切削能连续进行下去的运动。所谓纵向运动是指相对于操作者的左右运动即车床的Z轴运动，横向运动是指相对于操作者的前后运动即车床的X轴运动。车螺纹时要求主轴的旋转速度和进给的移动距离之间保持一定的比例，所以主运动和进给运动要由同一台电动机拖动，主轴箱和车床的溜板箱之间通过齿轮传动来联接，刀架再由溜板箱带动，沿着床身导轨作直线走刀运动。（3）辅助运动车床的辅助运动包括刀架的快进与快退，尾架的移动与工件的夹紧与松开等。13设计要求车床不仅有主电动机和冷却泵电动机，还有许多辅助电动机，比如刀架快速移动电机。由于本次设计材料等方面原因的限制，本次设计中不考虑这些设备。只是针对机床电气控制系统进行设计，相比传统的接触器/继电器控制系统，以可编译逻辑控制器取而代之，改良与优化机床电气控制系统。PLC英文全称PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER,定义为一种通过数字预算的电子系统，为现代化、自动化工业环境而设计的。它采用可编程的存储器，将程序储存于内部，通过CPU进行逻辑运算,顺序控制、定时、计数与算术操作等，并通过数字或模拟式I/O控制各种机械或生产过程。随着工业现代化的近程，传统控制系统可靠性差、寿命短、故障率高的缺点日益凸显，所买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709853以基于PLC的控制系统是大势所驱动。故本次设计采用基于PLC的控制回路来设计机床的控制系统。所以本次设计要求设计完整的车床电气控制系统，首先要完成电机主回路的设计，保证电动机的基本电气性能，然后对控制回路进行设计，实现对C650普通车床的控制。要求能够在PLC的控制下，实现冷却泵电机的启停功能并能启动电机使其正转和反转，停车等基本功能，于此同时要设计欠压保护和过流保护，当在电网电压过低，低于电机额定电压的的75时，电气控制系统产生欠压保护，同时发出声光报警信号并跳闸。而当工作电流大于电机额定电流的11倍时电气控制系统产生过流保护，发出警示灯信号，如果过流的情况持续一分钟仍然没有排除则跳闸并发出声光报警信号。当电流过大时，系统要有及时响应的短路保护。2C650车床主回路设计21主回路电机经查阅C650车床资料，其最大加工工件的尺寸为直径1020MM，长度为3000MM的回转工件，带动如此大转动惯量的工件需要配备一台30KW的电动机，故此车床采用一台鼠笼型三相异步电动机Y200L4/30KWY系列电动机是一种鼠笼型三相异步电动机。符合IEC标准，可以用于驱动各种机械设备，如机床、水泵、压缩机、鼓风机、运输机械、农机、包装机等。Y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音和振动比较小，运行安全可靠。符合三相异步电动机技术条件JB527491。Y80315电动机采用B级绝缘。Y355电动机采用F级绝缘。额定电压为380V，额定频率为50HZ。功率3KW及以下为Y接法；其它功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000M；环境空气温度随季节变化，但不超过40；最低环境空气温度为15；最湿月月平均最高相对湿度为90；同时该月月平均最低温度不高于25。电动机有一个轴伸，按用户需要，可制成双轴伸，第二轴伸亦能传递额定功率，但只能用联轴器传动。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709854Y200L4/30KW按额定功率连续运行的条件海拔不超过1000米；环境空气温度随季节而变化，但不超过40。频率50赫兹，60赫兹电压380V/220，380/440，380/660V（变电压要订做）接法功率在3千瓦及以下为Y接法，4千瓦及以上为接法工作方式S1绝缘等级B级、F级防护等级IP44，IP54或IP55冷却泵由电动机M2拖动，车床工作时只需要M2单向旋转。车削加工时，由于刀具及弓工件的温度过高，需要冷却，否则对工件和车床都会造成损坏，因而必须配有冷却泵电动机，冷却泵电动机与主轴电动机有连锁关系，即冷却泵电动机应在主轴电动机之前启动，并在冷却泵电动机停车时，主轴电动机也应立即停车。22主电机主回路的设计在实际生产中，工件的旋转需要正向、反向不断变换方向，即车床的主运动是正反转的过程，电气回路必须设计成正反转控制回路。另外，主电机功率很大，额定电流达到60A，若直接启动电机，将产生67倍的瞬时电流即高达300A的电流，对电网的冲击十分严重，不仅如此，还会影响周围设备的正常运转，使起工作电压降低，电机产生的力矩成平方倍降低，甚至给工程现场带来安全隐患。故此，必须采用降压启动。电机降压启动的方式有很多种，比如自偶降压、星形转三角形降压启动、软启动器启动、变频器启动等方式。各种降压启动方式各有优缺点，其中星形转三角形降压启动方式的方案，用于电机相对较小的场合，成本低，实现简单又能满足C650车床的实际启动要求。在本方案中采用星形转三角形换降压启动方式。最后，当买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709855电机断开电源后，要求尽快停止，但是由于加工工件转动惯性大，自由停车的时间会很长，因此必须带有电气制动。本方案中采用电气反接制动。综上所述，主电机主回路如图22所示图22主电机主回路图如主回路图所示，Q1为空气开关，接入动力电并提供短路保护。电机的运行通过两组接触器来控制。接触器KM1是主回路正转接触器、KM2是主回路反转接触器，KM3是三角形接法接触器、KM4是星形接法接触器。KM5是限流电阻旁路接触器，R是限流电阻，JR1是热继电器，KS是速度传感器。在按下电动机正向启动按钮后，接触器KM1、KM5、接触器KM4线圈通电，触点吸合，接触器KM2、KM3线圈失电触点断开。电机星形启动。当接触器KM1、KM4吸合并延时五秒后，断开接触器KM4，吸合接触器KM3，主电机转成三角形接法正常运行。这就是星形转三角形转换启动过程。在按下主电动机停止按钮是，接触器KM1、KM5断开，接触器KM2接通，电源通过限流电阻反向接入电机反接制动，当转速传感器所检测速度降到低速后，断开接触器KM2，电机停车。这就是反接制动停车过程。当加工螺纹时，我们需要工件反转。按下反转按钮，接触器KM2、KM5、KM4吸合，与正转启动同理，接触器KM2、KM4吸合，延时五秒后，断开接触器KM4，吸合KM3，实现星形转三角形反向启动，电机正常运行。按下停车按钮，接触器KM2、KM5断开，KM1接通，反接制动停车。23主要材料的选择、配置231电流的计算星形接法线电流I（线）相电流I（相）U（N）/3/Z；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709856三角形接法相电流I相UN/Z线电流I线I相3，即I线UN/Z3。经过比较，星形接法线电流I（线）是三角形接法线电流I线的三分之一I（线）/I（线）U（N）/3/Z/UN/Z31/3计算电机额定线电流三相电机功率的计算公式是P1732IUCOS线电流公式可由三相电机功率公式推导而来IP/1732UCOS式中P为电机功率30KW；U为线电压，取380V；COS是电机功率因素，一般取075。经过计算得知I6078A60A即三角形接法状态下，额定线电流是60A，三角形接法下的相电流I（相）线电流I线/335A,，星形接法下的线电流I（线）相电流I（相）20A；232接触器的计算及选型在本电路中，接触器KM1、KM2、KM5位于主回路中，星形接法时通过的电流是相电流为20A，当三角形接法时经过的电流是相电流为60A。因此这三个接触器最少应该采用63A接触器。KM3位于三角形回路中，经过的电流是线电流35A，因此最少应该采用40A接触器。KM4位于星形回路中，经过的电流是线电流20A，因此最少应该采用25A接触器。233空气断路器与热继电器的计算及选型空气断路器QF1、热继电器都位于主回路中，额定状态下流过的电流是60A，最少应该采用63A断路器。热元件的额定电流应略大于电动机额定电流，当电动机的启动时间较长或拖动冲击性负载时，热元件整定电流必须设定在额定电流的11115倍。即本方案中热继电器的整定值应该是6011569A，可以选择JR36160系列的5385A热继电器。234电流互感器和电流表的计算经上述计算得出，主电机额定线电为60A，应该选择60A以上的电流互感器和电流表。经查，60A以上的量程是100A的，其二次电流是5A。所以电流互感器选用100/5的3个；电流表选用信号05A，量程0100A的3个。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709857235导线的计算导线截面积SL/R电阻RU/I导线电阻率为导线的电阻率，L为导线的长度，R为电阻，U为允许电压降，I为电流。本方案中采用铜质导线（经查导线电阻率当温度为20摄氏度时，铜导线的电阻率00172MM2M）、导线长度按10米计算，允许电压降为1V，经过计算得线电流为60A时S1032MM210MM2，相电流为35A时S606MM26MM2星形接法线电流为20A时S344MM24MM2。所以主回路的线（即配电柜内QF1、KM1、KM2、JR1之间的线，以及JR1到电机的线）应选10MM2以上的；三角形接线回路的线（即KM3前后的线，以及KM3到电机的线）应选6MM2以上的；星形接线回路的线（即KM4上的短接线）应选4MM2的。24冷却泵电机的设计在车床运行时，刀具和工件的接触位置温度往往很高。为了及时降低温度，车床上都带有冷却泵，当车床启动后，冷却泵就一直连续运行。241冷却电机的计算机床冷却泵是机床上独立的辅助设备，经查资料，口径DN25MM、流量22L/MIN的机床冷却泵可以满足需求。其具体资料如图24型号口径MM流量L/M扬程M电压V功率WJCB22252233380125JCB45254533150JCB9025905500PJ2515258180PJ50205012370图24冷却泵型号选JCB22冷却泵，其对应电机功率125W、电压380V。这样的小电机一般都采用星形接法。计算电机额定线电流三相电机功率的计算公式是PUICOS。根据三相电机功率公式可知线电流公式为IP/UCOS式中P为电机功率0125KW；U为380V；COS是电机功率因素，一般取075。经过计算得知I044A。242冷却电机主回路的设计及材料选型冷却电机作为一种单独、连续、小型的设备，采用一般的电机主回路即可，配置空气断路器、交流接触器、热继电器。根据上面的电流计算结果，买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709858选择这几种元件参数如下空气断路器额定电流05A；交流接触器额定电流05A；热继电器设定电流范围05308A。电线规格10MM2。25C650机床主回路图如图所示图25机床主回路图3C650车床电气控制设计车床这种加工设备对加工精度有着很高的要求。传统的车床采用继电器控制。继电器控制具有很多的缺点安装好后，功能单一、产量和质量严重依赖于工人的操作水平、故障率高，严重制约了工业水平的发展。基于可编译逻辑器件的电气控制系统的出现，大大地完善了传统车床。基于可编译逻辑器件的电气控制系统和传统的继电器控制系统相比，有许多优势（1）可靠性及抗干扰能力强随着可编译可编程逻辑控制器PLC的发展和技术的不断成熟，其生产厂家在硬件和软件上采取了一系列的优化措施，抗干扰能力十分强，其胜任各种现代工业现场并稳定的运行。（2）通用性强易改变控制方案，功能丰富。传统继电器控制系统利用继电器辅助触点的串、并联实现逻辑控制，控制方法为硬件接线。接线复杂而庞大，功耗也十分巨大，系统一旦构成，日后的检修、维护、改进都非常困难，不够灵活。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709859与之相比PLC采用计算机技术，其控制逻辑存放咋储存器总，要改变控制逻辑只需修改程序，可以轻而易举的修改和新增功能，在设计阶段也可以更轻易的通过测试来实现新的功能。PLC系统的接线少而简单、体积小并且功耗也小等特点是传统继电器控制系统所无法比拟的。（3）故障率小采用硬件接线的传统继电器控制系统利用继电器辅助触点的串、并联实现逻辑控制，连线庞大而复杂很容易因为接线松动等原因出现故障，而且出现故障后排查问题也需要较长时间。而采用PLC的话，大部分的控制逻辑都是由PLC内部程序完成，外部仅有少量的接触器等元件，大大降低了故障率，并且出现故障后可以在电脑上查看梯形图在线状态，故障点一目了然。4工作效率高继电器控制系统的原理是基于机械触电的动作，工作效率并不高，系统不稳定，甚至会出现很严重的抖动问题，而PLC系统则不同，它通过CPU进行逻辑看运算，指令控制的执行时间大大降低，达到微秒级，也自然不会出现触点抖动等隐患。鉴于以上原因，本次设计采用PLC来实现控制功能。31PLC控制系统的设计基本内容311PLC的选择综合设计要求，需要使用一台高性能的小型化高速程序装置。而三菱FN2X系列PLC正好符合这些要求，除输入输出1625点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量内置800步储存器（可输入注释），还可外接存储盒，扩充至16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。还可运用于脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V24V），脉宽调制，PID控制指令等。另可挂接A/D扩展模块，实现电流、电压信号的采集处理，实现欠压保护和过流保护。312控制设计的流程PLC控制系统由输入设备、输出设备连接，通过CPU对预先编译的逻辑进行运算、分析和输出，达到控制目的，故此PLC控制系统的基本步骤包括以下内容买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098510（1）明确设备工作原理，对控制要求进行分析，充分考虑设备主要动作的同时还要考虑必要的自锁、互锁等保护措施。据此明确控制方案的脉络，在进行逐步分析，设计，最后得到一个完整可行的PLC控制方案（2）基于PLC的控制系统设计，主要以设备的正常、高效运行为指导标准，当明确了设备的工作流程以相关保护，在通过PLC的I/O点进行连接，使用PLC编译软件进行编程，即可达到设计要求。（3）选择用户输入设备，比如按钮、限位器、行程开关等。而输出设备则要考虑相应的中间继电器、交流接触器、LED信号灯、蜂鸣器等执行元件，与此同时还要考虑到诸如继电器、接触器等电气元件需要驱动的对象，诸如电动机、电磁阀等（4）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（5）控制程序是控制整个系统工作的核心条件，软元件的分配、绘制控制系统流程图以及设计梯形图是整个控制系统设计的关键。只有控制程序设计完整、逻辑正确才能保证整个控制系统运行良好。（6）最后一步是调试。将编写好的控制程序下载至PLC。连接各种电气设备，开机进行调试，如果不满足控制要求且接线正确，那么就要修改程序，反复测试、修改，最终得到一个满足控制系统的方案。32控制要求主电动机M1的功率为30KW，由它完成主运动的驱动。要求星形转三角形起动方式、连续运行、并有点动功能以便调整；能正反转以满足螺纹加工需要；由于加工工件转动惯性大，停车时带有制动，此外，还要显示电动机的工作电流以监视切削状况。所以要满足车床的车削工艺，就要求各电气控制系统满足以下要求冷却电动机M2（0125KW）在加工大型工件是提供冷却液，由于电机容量较小，可以采用直接起动、单向运行、连续工作的方式。要求有必要的电气保护与联锁（1）过载保护运行中若电机电流达到额定电流的11倍却又没有达到短路的电流水平，视为过流，若持续时间达1分钟尚未解除就有可能对电机造成伤害甚至烧毁，此时过流保护必须动作,断开主回路所以接触器，同时产生声光报警信号；（2）设计主电机短路保护；（3）设计电源电压欠压保护在电机工作是，由于电网的供电不稳定或者冲击等原因，可能出现电源电压降低的情况，当电源电压降低到额定电压的75时，视作欠压状态，在欠压状态下持续运行电动机亦会对电动机造买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098511成伤害，此时欠压保护必须即使动作同时发出相应的声光报警信号。33控制方案选择（1）在电源进线母线上并接电压变送器，把0400V电压变换成420MA标准电流信号，接入PLC模拟量输入模块。（2）在主电机回路上加电流互感器，主回路计算中得出主电机线电流额定值是60A，所以互感器选择规格为100/5，把0100A转成05A电流。互感器二次侧电路中应串联接入电流变送器，并配备电流表显示数据，通过电流变送器把05A电流变换成420MA标准电流信号，接入PLC模拟量输入模块。（3）主电机采用星三角转换启动，转换时间由PLC内部生成，外部不另配时间继电器。（4）主电机的启动、联锁条件母线电压正常，允许启动冷却泵；母线电压正常、冷却泵处于运行状态时，允许启动主电机。母线欠电压、主电机电流极大（主电机短路保护）、冷却泵停止时主电机立即停止并声光报警；主电机过流过大（过载保护）持续1分钟，主电机停止并声光报警。（5）主电机的制动采用电气反接制动。采用一台速度传感器，当要求主电机停止时，正转接触器断开、反转接触器接通，同时限流电阻接通。当转速低于设定值时，反转接触器断开。33PLCI/O测点清单及硬件选型类型功能所占点数个软元件名称主电机停止按钮1X000主电机点动按钮1X001主电机正转按钮1X002主电机反转按钮1X003冷却泵停止按钮1X004冷却泵启动按钮1X005主电机KM1正转闭合信号1X006主电机KM2反转闭合信号1X008主电机KM3三角形闭合信号1X010主电机KM4星形闭合信号X011主电机过载故障信号1X012冷却泵运行信号1X013DI冷却泵过载故障信号1X014买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098512转速传感器低信号1X015主电机KM1接触器正转1Y000主电机KM2接触器反转1Y001主电机KM3接触器三角形1Y002主电机KM4接触器星形1Y003主电机KM5接触器制动电阻旁路1Y004冷却泵接触器1Y005主电机正转信号灯1Y010主电机反转信号灯1Y011主电机停机信号灯1Y012水泵电机运行信号灯1Y013水泵电机停机信号灯1Y014欠压报警型号灯1Y015过流报警信号灯1Y017DO报警蜂鸣器1Y018母线电压信号1D0AI主电机电流信号1D2合计DI14点，DO14点，AI2点。根据以上测点统计，本设计采用三菱FX2N32MRCPU，扩展一块FX2N2AD模拟量扩展模块，共有DI16点、DO16点、AI2点，满足要求。PLC端子排列如图331买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098513图331PLCCPU模块接线图图332PLCAI扩展模块接线图买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851434程序动作过程详解（1）由于设置程序互锁，母线电压正常的情况下，允许启动冷却泵。按下冷却泵启动按钮，冷却泵启动。按下冷却泵停止按钮，冷却泵停止运行。（2）母线电压正常、冷却泵运行信号正常，允许启动主电机。按住主电机点动按钮，KM1、KM5、KM4吸合，主电机星形接法慢速运行；松手点动按钮，这三个接触器断开，主电机停止。按下主电机正向启动按钮，KM1、KM5、KM4吸合，主电机星形启动。KM1、KM4接触器吸合后，延时一段时间（5S）后，断开KM4，吸合KM3，主电机转成三角形接法正常运行。按下主电机停止按钮，KM1、KM5断开，KM2接通，反向电源通过限流电阻接入电机实现反接制动；延时一段时间（2S）或者转速传感器低速信号回来后，断开KM2，电机停车。如果要反向运转，按下反向按钮，KM2、KM5、KM4吸合，之后转和正转启动顺序一样延时转成三角形接法，电机正常运行。按下停车按钮，KM2、KM5断开，KM1接通，反接制动、停车。（3）母线电压、主电机电流接入PLC后，首先进行一系列数据类型、量程转换，把采集回来的065535电量信号转成量程为0400V、0100A的电压、电流数据。再经过比较，产生出电流上限（IH）、电流上上限（IHH）、电压下限（UL）三个变量。（4）当主电机电流达到上限（IH）时，程序判断主电机过流，延时1分钟，如果仍然过流，则强行进入停车流程，反接制动后停车。当电流达到上上限（IHH）时，程序判断主电机短路，立即断开KM1KM5所有接触器，电机自由停车。如果冷却泵意外停止，程序判断冷却泵故障，立即断开KM1KM5所有接触器，电机自由停车。如果母线电压小于下限（UL）时，程序判断母线欠电压，主电机、冷却泵全部联锁停车，主电机回路立即断开KM1KM5所有接触器，电机自由停车。冷却泵KM6接触器断开，停止运行。35控制回路外围设计为了降低设备的故障率、减小电气柜占地面积，外围电气元件及接线做到最简化，只留了必须的外围元件。逻辑控制功能只有正反转互锁、星三角互锁，以及热继电器过载保护功能，其他的包括星三角转换、反接买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098515制动停车、主电机和冷却泵的联锁等都在PLC程序内部完成。外围原理图如下36梯形图程序组态（1）母线电压、主电机电流的转换及相关上下限联锁的生成采集0号模块1通道实际值到D0存储器。因为FX2N2AD模块420MA对应数是04000，而电压变送器量程是0400V，所以D0中数据是实际电压10。当母线电压小于标准电压380V的075（285V）时，输出M0欠电压信号，发出声光报警，消除欠压后，按下停机按钮复位。采集0号模块2通道实际值到D2存储器。电流变送器量程是0100A对应数是04000，经过转换后电流值存在D20。当电流值大于额定电流的11倍（66A）时，延时60S后输出M1过电流信号，弱延时器件过流信号消失则恢复正常运行；当电流值大于额定电流的15倍（90A）时，立即输出M2电机短路信号。（2）冷却泵启停当母线电压正常、冷却泵热继电器正常时，按下冷却泵启动按钮，冷却泵开始运行；按下停止按钮，冷却泵停止。当运行过程中出现欠电压或者冷却泵过载情况，冷却泵立即停止。（3）主电机启动当电压正常、冷却泵已经运行时，主电机可以启动。如果出现欠电压、过电流、电机短路、冷却泵停机、主电机热继电器跳闸等情况出现时，主电机联锁停车。按住点动按钮，电机以星形正转的状态动作，正转指示灯闪烁。按下正转按钮，电机进入星形正转运行状态，正转指示灯闪烁；延时5S后，转入三角形正转运行状态，正转指示灯常亮。星形运行状态下，接触器KM1、KM4、KM5吸合三角形运行状态下，接触器KM1、KM3、KM5吸合（4）主电机停车正常运行时按下主电机停止按钮，进入停车模式。停车模式下，正向接触器断开、反向接触器闭合、三角接触器继续保持闭合、限流电阻旁路接触器断开，电机反向制动。当电机转速降到低速后，退出停车模式，所有接触器断开，电机停止运转。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098516买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098517买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098518买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098519买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985204C650机床模拟样机41仪器及设备模拟样机制作使用的仪器及设备（1）计算机一台（2）三菱FX2N64MR可编辑程序控制器（3）2A/D模块一个（4）三相异步电机两台（5）空气开关一个（6）交流接触器、中间继电器、型号灯、按钮开关各若干（7）剥线钳、导轨、线槽等常用电气工具411空气开关的选择空气开关也就是空气断路器，是最常用的也是功能最完善的配电系统保护电器之一，可以实现短路、过载、接地故障、失压以及欠电压保护。根据不同需要，空气开关可配备不同的脱扣器或继电器。脱扣器是空气开关总体的一个组成部分。脱扣器来可以实现空气开关的保护功能。自动空气开关通常选用电动机保护型，应按来选择。在Y启动时，为满足电机的超载运行，最大电流选择电动机额定电流的1525倍。自动空气开关的电流（1525）A90A150A应该选取德力西电气自动空气开关DZ4763C32412交流接触器的选择交流接触器的构成分为四个部分，电磁系统、触头、灭弧装置以及绝缘外壳。电磁系统又由线圈、动铁芯和静铁芯组成。触头指的是是三组主触头和一组常开或常闭的辅助触头，触头和铁芯是相互联动的。一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,大容量的接触器在触点分离时会产生电弧而带来高热，对触头带来致命的损坏，所以大容量的接触器必须配备灭弧装置，用于迅速切断电弧,免于烧坏主触头。当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时动作,主触点闭合,和主触点机械相连的辅助常闭触点断开，辅助常开触点闭合，从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失,动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,和主触点机械相连的辅助常闭触点闭合，辅助常开触点断开，从而切断电源。根据模拟样机工作参数，如电压、电流、功率、频率及工作制等可以确定选用CJX2系列交流接触器，CJX2系列接触器为防护式，动作结构为直动式，触头为双断点，具有体积小，重量轻、功耗低、寿命长、安全可靠等特点，适用于模拟样机的电气参数和工程要求。CJX2系列接触器的技术参数如下表买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098521空气温度24小时内其平均值不超过35；海拔不超过2000M大气条件在40摄氏度时的大气相对温度不超过50，在较低温度下可以比较高的相对湿度，最湿月的平均最低温度不超过25，该月的月平均最大相对湿度不超过90。并考虑因温度变化发生在产品上凝露污染等级3级安装类别类安装条件安装面与垂直面倾斜度不超过5冲击振动产品应安装和使用在无显著摇动、冲击和振动的地方。安装方式接触器除用螺钉安装外，还可用35MM，型标准卡轨安装。交流操作4095可用35MM或75MM卡轨安装；412过流保护的模拟模拟样机采用可调电位器模拟电流变送器送出的标准电流信号，经AD模块进入PLC控制主回路跳闸，实现过流保护的模拟。主电机额定电流60A，当工作电流大于额定电流11倍超过1分钟是，过流保护动作。过流保护动作最小电流601166A根据32控制方案的设计，使用规格为100比5的电流互感器，通过电流变送器把05A的电流变换成420MA标准电流信号。故经计算，过流保护的跳闸电流为1456MA。42模拟样机的制作421元器件准备60X60木板一块，交流接触器CJX210X6，中间继电器JQX13F2ZX6，15平方电线45米（红绿黄各10米），空气开关DZ4763一个，线槽两米，按钮X6,信号灯X7，蜂鸣器一个。10触点端子X3，10K电位器X2，按钮盒X6，导轨两根。422模拟样机安装将所有元器件合理布局并摆放于木板上，用笔大致标注其位置。首先固定导轨，并将空气开关，接触器、继电器、PLC安装于导轨上，按照主电路图接线。安装按钮盒和指示灯，按照PLC模块接线图进行接线。中间继电器线圈正极从PLC的24V端口取电，负极短接接零线，实现买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098522PLC控制中间继电器线圈从而带动交流接触器动作，之所以添加中间继电器环节是为了有效的保护PLC的触点，因为交流接触器线圈工作电压及电流都较大，万一发生故障有可能对PLC产生伤害，加入中间继电器，确保PLC输出触点始终工作在弱电流的环境下，即使线路出现问题或者交流接触器发生故障，也只会烧毁价钱低廉得多的中间继电器，从工程角度出发，有效的节约了成本。交流接触器进线及出现按照主回路图构架，以实现正反转、星形转三角形启动，常开辅助触点作为反馈信号回到PLC相应的输入点，作为互锁的控制信号。线圈触点A1接到到相线，A2短接接零线。由于实验室的设备限制，6个交流接触器中使用了4个线圈为380V的交流接触器CJX210，将它们的线圈A2触点短接接到另一相线上。所有按钮对照I/O表一端接到对应的PLC输入点，另一端短接接地。指示灯亦是如此，一端接入对应的PLC输出点，另一端短接零线。由于Y000Y005驱动中间继电器24V线圈，故此PLC输出端COM0与COM1接24触点；Y010Y018驱动220V信号灯与蜂鸣器，故此PLC输出端COM2与COM3接到L触点。423模拟样机的测试使用万用表测试各触点确保接触良好。PLC通电，用短接线连接输入端COM触点与个输入触点，测试各I/O点逻辑、接线正确。接入三相电源，空气开关合闸，测试各交流接触器吸合正常且逻辑正确，各项联锁、保护运行正常，方可断电并按照主回路图连接三相异步电机运行系统。43模拟样机运行（1）断开空气开关，插上三相电源插头，合上自动空气开关，启动PLC。（2）由于程序互锁，当母线电压正常的情况下，才允许启动冷却泵。按下冷却泵启动按钮，冷却泵启动，冷却泵电机星形正转。按下冷却泵停止按钮，冷却泵停止运行。（2）当母线电压正常却冷却泵运行信号正常，方可允许启动主电机。（3）按住主电机点动按钮，接触器KM1、KM4吸合，主电机以星形接法慢速运行。松手点动按钮，这三个接触器断开，主电机停止。（4）按下主电机正向启动按钮，KM1、KM4吸合，主电机星形启动。KM1、KM4接触器吸合后，延时一段时间（5S）后，断开KM4，吸合KM3，主电机转成三角形接法正常运行。（5）按下主电机停止按钮，KM1断开，KM2接通，反向电源通过限流电买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098523阻接入电机实现反接制动；延时一段时间（2S）或者转速传感器低速信号回来后，断开KM2，电机停车。（6）按下反向按钮，KM2、KM4吸合，之后转和正转启动顺序一样延时转成三角形接法，电机正常运行。按下停车按钮，KM2断开，KM1接通，反接制动、停车。（7）调节电位器1，使经AD模块输入PLC的模拟电流信号大于经442计算得出的1456MA,过流警示灯亮起，电机继续运行，延时一分钟，接触器断开，电机自由停车并发出报警，如在一分钟延时时间内调节电位器减小电流信号，过流报警灯熄灭，电机继续正常运行。按停机按钮复位并回复电位器，重新启动电机，使经AD模块输入PLC的模拟电流信号大于电流上上限，判断为系统短路，立刻断开所以接触器，自由停车。（8）恢复电机正常运行，调节电位器2，使经AD模块输入PLC的模拟信号电压低于设定的电压下限，欠压保护动作，接触器断开，电机自由停车并发出报警。44试机中遇到的问题（1）正转、反转按钮无法动作。用短接线连接PLC输入端COM触点与正反转按钮的输入触点，PLC正常工作，有动作信号输出，再次按下正转、反转按钮，PLC无输入信号。打开开关盒检查线路，发现接线良