C650型卧式车床继电器控制线路的PLC改造

1、目录1 控制要求 12 编程元件地址分配表 33 PLC 外部接线图 34 主电路连接图 45 控制程序 56 系统运行调试及 S7-PLCSIM 仿真 67 设计体会 108 参考文献 121控制要求C650型卧式车床继电器控制线路的 PLC改造。C650型卧式车床结构如图1.1所示。它是机床中应用最为广泛的一种，可 以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹，车床在加工工件时，随着工件 材料和材质的不同，应选择合适的主轴转速及进给速度。 目前中小型的车床多采 用不变速的异步电动机拖动，而靠齿轮箱来进行有级变速。为满足生产加工需要， 主轴的旋转运动可正转，也可以反转，这就要求可以改变主轴电动

2、机的转向或采 用离合器来实现。进给运动大多是通过主轴运动分出一部分动力， 通过挂轮箱传 给进给箱配合来实现刀具的进给。 有的车床为了提高效率，刀架的快速运动由单 独一台进给电动机来拖动。车床一般都设有交流电动机拖动的冷却泵，实现刀具切削时的冷却。（1）C650卧式车床结构及工作要求C650卧式车床主要由床身、主轴变速箱、尾座、进给箱、丝杠、光杠、刀 架和溜板箱等组成。C650车床进行车削加工的主运动是主轴通过卡盘或夹头，带动工件的旋转 运动，它承受车削加工时的主要切削功率。 进给运动是溜板带动刀架的纵向或横 向运动。为保证螺纹加工的质量，要求工件的旋转速度与刀具的移动速度具有严格的 比例关系。

3、因此，C650卧式车床溜板箱与主轴变速箱之间通过齿轮转动来连接， 用同一台电动机来拖动。车削加工时一般不要求反转，但在加工螺纹时，为避免乱扣，加工完毕后，要求反转退刀，所以 C650车床可以通过主电动机的正反转 来实现主轴的正反转，当主轴反转时，刀架也跟着后退。图1.1 C650型卧式车床结构图C650卧式车床在车削加工时，刀具的温度往往很高，因此，要配备一台冷 却泵及电动机。由于C650车床的床身较长，为减少辅助工时，提高加工效率， 专门设置了一台2.2kW的电动机来拖动溜板箱快速移动，并采用点动控制。一般车床的调速范围大，常用齿轮变速机构来调速，调速范围可达40倍以上。C650车床的主电动

4、机采用普通笼型异步电动机，功率为30kW。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，为提高工作效率，该机床采用了反接制动方法。（2）C650卧式车床电力拖动特点及控制要求 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。 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。 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1.2所示

5、。现要求改为PLC 控制。亍V I I II【勺I1乩丄卫Lm L H 1图1.2 C650卧式车床的电气原理图2编程兀件地址分配表根据控制要求对编程原件地址的分配如表2.1所示：表2.1 PLC控制系统I/O地址分配表输入信号输出信号功能输入端地址功能输出端地址反接制动按钮SB1I0.0:主电动机M1正转KM1Q4.0电动机M1点动按钮SB2I0.1主电动机M1反转KM2Q4.1电动机M1正转按钮SB3I0.2短接制动电阻KM3Q4.2电动机M1反转按钮SB4I0.3电动机 M2起、停KM4Q4.3电动机M2停止按钮SB5I0.4电动机 M3起、停KM5Q4.4电动机M2起动按钮SB6I0.

6、5电动机M3起、停开关SQI0.6热继电器FR1I0.7热继电器FR2I1.0速度继电器正转常开触头KS1I1.1速度继电器反转常开触头KS2I1.23 PLC外部接线图C650卧式车床的PLC外部接线如图3.1所示。SB1尸SB4?SB5SQFR1KS-1E4Vta n10 1IO EL404,010 3Q4110斗10.5(34.210.6Q4.310.7ILCQ4,斗11,1N11,2M图3.1 PLC外部接线图KM4HZZbKM5KM1 KMSKM34主电路连接图5控制程序C650卧式车床控制系统梯形图程序如图5.1所示网络1:MO.lNO. 21/1用:)I网络2：网络3：SB3*F

7、RrUbTKM2NO, 44 II I1/1M0.4H IM/I（ jI0_I网络7:.4Ml. 4网络8Ml. 5*网络11:Ml. 4T/l-网络13:Ml. 51/1图5.1C650卧式车床控制系统梯形图程序6系统运行调试及S7-PLCSIM仿真在STEP 7中进行梯形图程序编程时，在STEP 7中进行了 S7-300PLC的硬 件组态，并生成与编辑了符号表，在梯形图编程窗口写入梯形图程序，最后进行 S7-PLCSIM仿真，以电动机 M1的正向连续起动和停车时的反接制动为例说明 仿真过程，根据符号表定义，电动机M1的正向连续起动按钮SB3的I/O地址I0.2 总停车按钮SB1的I/O地址

8、为I0.0,速度继电器正向常开触头 KS-1的I/O地址 为I1.1，控制电机M1正向运转的KM1的I/O地址为Q4.0,控制电机M1反向 运行的KM2的I/O地址为Q4.1,在系统调试仿真时当CPU处于RUN状态且上 电自检正常时，点击I0.2的单选框，使之出现符号“/” ，此时在Q4.0和Q4.2 的单选框中出现符号“V” ，说明电机M1已经正常正向连续起动，当电机 M1 正向连续起动后，速度继电器 KS-1的常开触头就会闭合，此时，应点击I1.1的 单选框使之出现符号“V”当停车时，按下停车点击I0.0的单选框使之出现符号，此时Q4.0, Q4.2对应单选框的符号“V”消失，说明 KM1

9、、KM3已断 开，点击I0.0单选框使符号“V”消失后 Q4.2单选框出现符号“V”说明进行 反接制动，当电机转速达到100转/分时，KS-1常开触头由闭合变为断开，反接 制动结束，即点击I1.1单选框使符号“V”消失，此时 Q4.1单选框的符号“V” 消失。图6.1为硬件组态，图6.2为生成和编辑符号表，图6.3为电动机M1点 动仿真图，图6.4为电动机M1正向连动起动运行仿真图，图 6.5为电动机M1 正向运行停车时的反接制动仿真图，图6.6为电动机M1反向连动起动运行仿真图，图6.7为电动机M1反向运行停车时的反接制动仿真图，图6.8为电动机M2起动运行仿真图，图6.9为电动机M2停止运

10、行仿真图，图6.10为电动机M3起 动运行仿真图，图6.11为所有线圈失电时的仿真图。图6.1硬件组态图6.2生成和编辑符号表；ST-PLCSIB - SiwVieTl也：1曲HelpD Q日% fflRUN-PRUNFlit Edi: Vitw Insert FIT Extcule Tools曽IBiE lE iE izl i3 il iSl 巨1 巨迪- PC SODrUNOP u 7 H sNREEFrtis Fl to git Htlpu|lS 07 6 5 43 2 1 0厂厂厂厂厂厂孩II +T=O3B4| Bits.XI7 6 5 43 2 1厂厂厂厂厂厂厂图6.3电动机M1点动

11、仿真图JX S7-PLCSTB - SiVip1Filfr Ed: t Vi fl* InEart PLJC Exo cut a TckciIe Vi td&*- Ho IpMRE5 |FIUN-FFIUNSTOPD DRgTBHi-口_怪匡|日剋47 2 1isieiis 37 6 5 43 2 1 C厂厂厂厂厂广厂厂7 G 5 d 3 5 10rrrr rprpMPI 2图6.4 电动机M1正向连动起动运行仿真图SJS-PLCSJI - SiaVieTl叵I区file EliL Yi ew IjLser t PLC Execute Tools Yiudciw Help w巳a e他他遍伺运

12、 同|自囱逾ii “丨诃|图6.5电动机M1正向运行停车时的反接制动仿真图321S7-PLCSIW - SiBfievlEile Edit Yi ew ZiiEert ELC Executelind Heipria 口邑宙七i搐曲怪b国昌茴国圍寺ib二n|QIB 17 B 5 J 3 2 10 L厂厂厂厂厂厂厂lQB 4 lSits TJ7 6 5 43 2 0厂厂厂厂厂歹胃ITUNapu 1p shumpP RUN厂 STOP MRESl|lB 0 Bits7 S 5 43 2 10厂厂厂厂艺厂厂Fl 14 車I ?：lp图6.6电动机M1反向连动起动运行仿真图图6.7电动机M1反向运行停车

13、时的反接制动仿真图图6.8电动机M2起动运行仿真图图6.9电动机M2停止运行仿真图图6.10电动机M3起动运行仿真图 dFile Idit ViItistrt PLC L：e.uit Toils Window XeIjD3只% 0 -w h? 国回回可回團勻罔辺IB I- l.X|=ilH-P1nFi = z图6.11所有线圈失电时的仿真图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

14、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。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。在*老师耐心的指导下，经历反复查阅资料，询问同学，我终于完成了这 次课程设计。本次的设计使我从中学到了很多东西，不管是将我所学到的知识运 用到我以后的工作中去，还是通过一些学习手段更好的完善知识，总的来说，我受益匪浅。本次课程设计，在老师的指导下，我们先根据其主电路图详加分析，画出起 顺序功能图，再根据顺序图画程序图。在其当中我们还要画出I/O接线图及操作面板布置图。此次设计给我奠定了一个实践基础， 我会在以后的学习当中把我学 到的用到我们现实的生活中去，学以致用，方能见成效。没有什么是唾手可得的，只有经历辛勤的汗水，才能