PLC控制的C6140普通车床电气控制

1、工学院课程设计课程名称：机电传动控制课程设计题目PLC控制的C6140普通车床电气控制学 院：机械工程学院专业班次：机械电子2011级姓 名：王怀发指导教师：路连学 期：20132014学年 第一学期日 期：目录1 弓丨言 .21.1本设计的意义 .21.2 PLC 的概述 . . . .21.3 C61 40的介绍 22 C6140 型普通车床电气线路的工作原理 . 32.1 机床的结构图及其组成部分 32.2 车床的运动形式 . .32.3 电力拖动的特点及控制要求 . .42.4 控制线路的特点 42.5 C6140普通车床的电气控制分析 .42.6 C6140型普通机床电气控制原理图

2、.53 PLC 改造 . . 63.1 控制系统改造为 PLC 控制的意义 63.2 PLC 控制原理图改造说明 . .63.3 PLC 的特点 . .63.4 PLC 模块选取的基本原则 63.5 I/O 设置. 83.6 电器元件的选择 103.7 梯形图. .124 总结 . . . 134.1 个人总结. .12124.2 致参考文献1 引言1.1 本设计的意义随着计算技术的发展，出现了以微型计算机为基础的具有编程、存储、逻辑控制及数字运算 功能的可编程控制器 PLG可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起来 的以微处理器为核心，它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优

3、点。已经广泛应用于工业过程 和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一。PLC机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对环境适应强的特性，其部定时器资源十分丰富。1.2 PLC 的概述可编程控制器简称PLC是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控 制机，其本质是一台工业控制专用计算机。它的软件，硬件配置与计算机极为类似， 只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制 要求的编程语言。硬件主要由中央处理器 CPU存贮器、输入/输出单元

4、以及编程器、 电源和智能输入 / 输出单元等构成。PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为 基础，综合了计算机技术、 自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新 型工业自动控制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方 向发展。1.3 C6140 的介绍C6140是一种应用广泛的金属切削机床，目前采用传统的继电器控制的普通车床 在中小型企业任大量使用。能够车削外圆、圆、螺纹、螺杆等，它采用继电器接触器 电路来实现电气控制系统。 但由于大量的使用了继电器与接触器， 再加上继电器系

5、统 接线复杂，经常造成接触不良，而且原件老化快，设备故障频繁，不便于维修，故障 诊断与排除困难，并存在：（ 1 ）触电容易被电弧烧坏而导致接触不良。（2）机械方式实现的触点控制反映速度慢。（3）继电器的控制功能被固定在线路中， 功能单一灵活性差 , 影响到实际的生产运用。因此当务之急就是对C6140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。2 C6140型普通车床电气线路的工作原理2.1机床的结构图及其组成部分C6140型普通机床结构如右图所示，主要由机床、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀 架、丝杠、光杠、尾架等部分组成。00* w b2.2车床的运动形式（1）主运动是指主轴通

6、过卡盘带动工件旋转， 主轴的旋转是由主轴电机经传动机构拖动、 根 据工件材料性质，车刀材料及几何形状、工件直径、加工方式及冷却条件的不同，要 求主轴有不同的切削速度，另外，为了加工螺丝，还要求主轴能够正反转。主轴的变速是由主轴电动机经 V带传递到主轴变速箱实现的，C6140普通车床的 主轴正转速度有24种（101400r/min ），反转速度有12种（141580r/min ）。（2）进给运动车床的进给运动是刀架带动力具纵向或横向直线运动，溜板箱把丝杠或光杠的转 动传递给刀架部分，变换溜板箱外的手柄位置，经刀架部分使车刀做纵向或横向进给。 刀架的进给运动也是由主轴电机拖动的，其运动方式有手动和

7、自动两种。(3) 辅助运动指刀架的快速移动、尾座的移动以及工件的夹紧与放松等。2.3电力拖动的特点及其要求(1) 主轴电机一般选用三相笼型异步电动机。为满足螺丝加工要求，主运动和进给 运动采用同一台电机拖动，为满足调速要求，只用机械调速，不进行电气调速。(2) 主轴要能够正反转，以满足螺丝加工要求。(3) 主轴电机的启动、停止采用按钮操作。(4) 溜板箱的快速移动，应由单独的快速移动电动机来拖动并米用点动控制。(5) 为防止切削过程中的刀具和工件温度过高，需要用切削液进行冷却，因此要配 有冷却泵。(6) 电路必须有过载、短路、欠压、失压保护。2.4 C6140普通车床的继电器控制线路的特点(1

8、) 控制线路装设有起动按钮和停止按钮。(2) 主电路、控制线路及照明线路的电源引入开关均采用隔离开关。(3) 由于电动机容量较小，所以三台异步电动机均采用直接起动控制线路。(4) Ml M2米用热继电器做过载保护。(5) 控制线路采取了电气措施，以防止发生电源短路事故2.5 C6140普通车床的继电器控制分析(1) 主轴电动机控制机主电路中的M1为主轴电动机，按下启动按钮 SB2 KM1得电吸合，辅助触点KM1 (5-6)闭合自锁，KM1主触头闭合，主轴电机M1启动，同时辅助触点KM1(7-9)闭合， 为冷却泵起动作好准备。(2) 冷却泵控制。主电路中的M2为冷却泵电动机。在主轴电机启动后，K

9、M1(7-9)闭合，将开关SA2闭合，KM2吸合，冷却泵电动 机启动，将SA2断开，冷却泵停止，将主轴电机停止，冷却泵也自动停止。(3) 刀架快速移动控制。刀架快速移动电机M3采用点动控制，按下SB3,KM3吸合，其主触头闭合，快速 移动电机M3启动，松开SB3 KM3释放，电动停止。(4) 照明和信号灯电路。接通电源，控制变压器输出电压，HL直接得电发光，作为电源信号灯。EL为照明灯，将开关SA1闭合EL亮，将SA1断开，ELK。2.5 C6140普通机床电气控制原理图3 PLC的改造3.1控制系统改造为PLC控制的意义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

10、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：(1)触点易被电弧烧坏而导致接触不良。(2)机械方式实现的触点控制反映速度 慢。(3)继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差等缺点。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( PLC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PC的价格目前亦很便宜，因此在普通车床的控制电路改造中发挥了及其要的作用

11、。3.2 PLC控制原理图改造说明：(1) 去掉电源指示灯HL和控制变压器TCo(2) 照明指示灯EL替换为HL1。(3) 增加主轴工作指示灯HL2.冷却泵工作指示灯HL3快速移动指示灯HL4(4) SA1替换为SA4, SA2替换为SA53.3 PLC的特点(1) 抗干扰能力强，可靠性高(2) 控制系统结构简单，通用性强(3) 编程方便，易于使用(4) 功能完善(5) 设计、施工、调试的周期短(6) 体积小，维护操作方便3.4 PLC模块选取的基本原则：(1) 主控模块选择(CPU1) 处理器的个数。是单处理器还是双处理器或多处理器；处理器是8位、16位还是 32位的。2) CPU存储器的性

12、能。存储器是存放程序和数据的地方，从使用角度考虑，主要是可 供用户使用的存储器能力，它应包括存储器的最大容量、可扩展性、存储器的种类。3）中间标志、计时器和计数器的能力。这一性能实际上也体现了软件的功能，中间 标志的多少和种类与系统的使用性能具有一定的关系。4）其他的性能参数。包括电流消耗、工作环境要求、寿命等。5）扩展能力。（2）I/O 点数1）要分清楚模拟量 I/O 点数和数字量 I/O 点数的关系2）远程 I/O 的考虑 对于较大的控制系统， 控制对象较为分散， 一般都要采用远程 I/O 口。在选择机型时， 要注意PLC是否具有远程I/O的能力和能驱动远程I/O的点数。3）智能 I/O

13、的考虑在机型选择考虑 I/O 点数的同时， 还要考虑智能 I/O 的能力。具有智能 I/O 模块可方 便解决高速计数、闭环控制等特殊的控制功能。4） I/O 点数的裕量，在系统硬件设计中要留有充分的I/O 点数作为备用。（3）响应速度响应速度主要从两个方面来考虑：一是PLC程序的语句处理时间；二是PLC的扫描周 期。一般手册上都给出语句处理时间， 而且是以处理1K的语句所需要的时间计算的。 在实际应用中要注意逻辑处理指令和字处理指令所需的时间是不同的， 有的产品中给 出每条指令的处理时间。（4）指令系统由于PLC应用应用的广泛性，各种机型所具有的指令系统也不完全相同。1）指令系统的总语句数这一

14、点反映了整个指令所包括的全部功能。2）指令系统的种类主要包括逻辑指令、 运算指令和控制指令， 具体的要求则与实际要完成的控制功能有 关。3）指令系统的表达式 指令系统表达式有多种，包括梯形图、控制系统流程图、语句表、顺控图、高级语言 等。（5）数字量 I/O 模块的选择数字量 I/O 模块包括数字量输入模块和数字量输出模块。 其中数字量输入模块的选择 主要注意选择等级电压、 选择模块密度、门坎电平的考虑、 输入信号的最小持续时间、 选择输入模块、备用输入点的设计考虑。 数字量输出模块的选择包括输出方式的选择、 输出功率的选择、负载、输出模块噪声的抑制。（6）模拟量 I/O 模块的选择模拟量I/

15、O模块的选择包括模拟量输入模块和模拟量输出模块。 其中模拟量输入模块 包括模拟量值的输入围、模拟量值的数字表示方法、采样循环时间、模拟量输入模块 的外部连接方式、抗干扰措施。模拟量输出模块包括输出围和输出类型、 对负载的要 求、模拟量输出模块的外部连接方式。所以，车床电气控制系统所需的I/ O点总数在256以下，属于小型机的围.控 制系统只需要逻辑运算等简单功能。主要用来实现条件控制和顺序控制。为实现 C6140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。 它的价格低，体积小，非常适用于单机自动化控制系统。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

16、接触器等。车床电气控制系统需要7个外部输入信号，7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7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7点输入。3.5 I/O 设置1、I/O分配表的确定I/O分配表序号功能输入序号功能输出1热保护FR1I0.01M1控制接触器KM1Q0.02热保护FR2I0.12M2控制接触器KM2Q0.13总停止按钮SB1I0.23M3控制接触器KM3Q0.24M1启动按钮SB2I0.34照明灯HL1Q0.35M3启动按钮SB3I0.

17、45主轴工作HL2Q0.46照明SA4I0.56冷却泵工作HL3Q0.57M2启停旋钮SA5I0.77快速移动电机工作 HL4Q0.62、PLC的I/O接线图根据控制要求及I/O分配表，可画出I/O接线图，如图所示。3.6 电气元件的选择3.6.1 电动机的选择M1主轴电动机：丫系列电动机具有体积小、重量轻、运行可靠，结构坚固，外形 美观等特点，起动性能好，具有效率高等特点，达到了节能效果。而且噪声低、寿命 长、经久耐用。 丫 系列电动机适用于空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所。Y132-4-B3型号电动机功率为7.5kW,频率为50Hz,转速为1450r/min ，功率因素COS

18、69;为，0.85效率为87%堵转转矩为，最大转矩为，所以此类型电动 机能符合电路配置，并能有效完成工作。M2冷却泵电动机：AOB-25机床冷却泵是一种浸渍式的三相电泵，它由封闭式三 相异步电动机与单极离心泵组合而成， 具有安装简单方便 . 运行安全可靠 .过负荷能力 强. 效率高 . 噪声低等优点， 适合作为各种机床输送冷却液、 润滑液的动力。 此电动机 输出功率为90W扬程为4米，流量为25升/分，出口管径为1/2吋，能有效配合M1 电动机使用。M3快速移动电动机：AOS5634功率为250Vy电压为380V,频率为50Hz,转速为 1360转/分，E级。3.6.2 电源引入开关 QQ主要

19、作为电源隔离开关用，并不是用它来直接起停电动机，可按电动机额定电 流来选。根据该三台电动机来看， 选中小型组合机床常用三极组合开关， 型号 DZ5-20， 电流 20A。3.6.3 热继电器 FR1、 FR2主电动机M1额定电流15.4A,KH1应选用JR16-20/3D型热继电器，热元件电流为 20A整定电流调节围较大，工作时将额定电流调到15.4A。M2的工作电流只有0.32A，故选用JR2-1型热继电器，热元件整定电流调节围较 小，工作时调整在 0.32A。3.6.4 熔断器 FU1、 FU2、 FU3FU对整机进行短路保护的熔断器，选用BZ001型熔断器，配用40A熔断体。FU1、 F

20、U2 FU3均选用BZ001型熔断器，分别配用1A,4A,1A的熔断体。3.6.5 接触器 KM1 KM2及 KM3接触器KM1根据主电动机的额定电流等于15.4A，控制回路电源电压110V,需主 触点3对，动合辅助触头2对，根据以上情况，选用CJ0-20B型交流接触器，电磁线 圈电压为 110V。KM2,KM3也采用同样方式选取交流接触器型号分为 JZ7-44,JZ4-44。3.6.6 控制变压器 TC首先查看电源电压、实际用电载荷和地方条件，然后参照变压器铭牌标示的技 术数据逐一选择，一般应从变压器容量、电压、电流及环境条件综合考虑，选择应根据用户用电设备的容量、 性质和使用时间来确定所需

21、的负荷量， 以此来选择变压器容 量。在正常运行时，应使变压器承受的用电负荷为变压器额定容量的7590流右。运行中如实测出变压器实际承受负荷小于 50%时，应更换小容量变压器，如大于变压 器额定容量应立即更换大变压器。 同时，在选择变压器根据线路电源决定变压器的初 级线圈电压值，根据用电设备选择次级线圈的电压值， 最好选为低压三相四线制供电。 这样可同时提供动力用电和照明用电。 对于电流的选择要注意负荷在电动机起动时能 满足电动机的要求(因为电动机起动电流要比下沉运行时大 47倍)。JBK2-100VA机 床控制变压器适用交流 50-60HZ,输出额定电压不超过 220V,输入额定电压不超过 5

22、00V,可作为各行业的机械设备，一般电器的控制电源工作照明，信号灯的电源之用。 此类控制变压器初级电压为 380V,次级电压分别为110V、24V、6V。3.6.7 开关 SA1、 SA2SA1开关作为工作灯开关，在灯具，选用型号 KN3-2-1;SA2是电源总开关，钥匙 式,型号为 LAY3-Y/Z。3.6.8 导线的选择在安装电器配电设备中， 经常遇到导线选择的问题， 正确选择导线是项十分重要 的工作， 如果导线的截面积选小了， 电器负载大易造成电器火灾的后果； 如果导线的 截面积选大了，造成成本高，材料浪费。导线的载流量与导线截面有关， 也与导线的材料、 型号、敷设方法以及环境温度 等有

23、关，根据以下数据，主电路选择BVR-2.5mm2铜芯导线，控制电路BVR-1mm铜芯 导线。铜线安全载流量(25 C):1 平方毫米铜电源线的安全载流量 6A。1.5 平方毫米铜电源线的安全载流量 14A。2.5 平方毫米铜电源线的安全载流量 28A。4 平方毫米铜电源线的安全载流量 35A。6 平方毫米铜电源线的安全载流量 48A。 10平方毫米铜电源线的安全载流量 65A。 16平方毫米铜电源线的安全载流量 91A 25平方毫米铜电源线的安全载流量 120A。3.7 梯形图4总结4.1个人总结课程设计是培养学生综合运用所学知识 ，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重 要环节，是

24、对学生实际工作能力的具体训练和考察过程随着科学技术发展的日新日异，PLC已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握PLC是十分重要的。一周的机电传动课程设计就这样结束了，想想刚开始接到老师的题目后自己还无 从下手，后来通过查资料和组的队员们讨论，对本次课题也搞明白了。总体来说，我 们组算是很好的完成了任务，每个人分工明确，查资料、确定方案、选型、编程。画 图等等都是有序的完成的。值得一提的是，由于我们之前并没有学习过 PLC的相关知 识，好像要等到我们下学期才开的课程，但我们大家通过查资料、讨论克服了这个难 题，成功编写好了程序，当然过程中要感我们的老师，一直细心的指导。课程设计让 我对PLC梯形图、指令表、外部接线图有了新的认识，也让我更加懂得了关于PLC设计原理。