#C650型卧式车床PLC控制系统

1、基于 PLC的 C650 型车床控制系统设计系统概述C650 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：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

2、动机 M1功率为 20kW），采用直接起动的方式，可正反两个方向旋 转，为加工调整方便，还具有点动功能。因为加工的工件比较大，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。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。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。采用电

3、流表检测电动机负载情况。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，体积大，可靠性差，自动化水平低，难以满足现代化生产的需求。现代工业生产中，中小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复 杂性和精度要求迅速提高，传统的普通磨床已经越来越难以适应现代化生产的要 求，制造业的竞争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量 的竞争，发展到全面

4、满足顾客要求、积极开发新产品的竞争，将面临知识技术 产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求更高，同时 社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强，因此敏捷先进的制造技术将成为企业 赢得竞争和生存、发展的主要手段。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来 越紧密，作为自动化柔性生产重要基础的“软”控制系统机床，在生产中所占比例 将越来越高。20 世纪 70 年代以前，电气自动控制的任务基本上是由继电器控制系统来完 成。继电器控制系统的优点是结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，所以当时应用 的十分广泛，至今仍在许多简单的机械设备中应用。但是，该类控制系统的缺点也 十分明显，它采用

5、固定的硬件接线方式来完成各种逻辑控制，灵活性差；另外机械 性触点的工作频率低，易损坏，因此可靠性较差。0 / 25当前，随着科学技术的不断发展及生产工艺上不断提出新的要求，电气控制技 术得到飞速的发展。在控制方法上，主要是从手动到自动控制；在控制功能上，是 从简单的控制设备到复杂的控制系统；在操作方式上，由笨重到轻巧；在控制原理 上，从有触点的继电接触式控制系统到以计算机为核心的“软”控制系统。PLC 的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。 PLC以软件手段实现了各种控制功能，与继电器控制系统相比，灵活性大大提高； 与普通的计算机相比，又具有可靠性高、抗干扰能力强、编

6、程简单、组合灵活、扩 展方便、体积小等突出优点，因而在机床电气控制系统中得到广泛的应用。PLC 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。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行 逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟 量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 是微机技术与传统的继电 接触控制技术相结合的产

7、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。 用 PLC 控制改造其继电器控制电路 , 可靠性高、逻辑功能强、体积小，降低了设备 故障率 , 提高了设备使用效率 , 运行效果良好。随着我国电力体制改革的深化，电 力市场竞争将更加激烈，降低资源损耗和提高管理效益成为各发电企业的迫切需 求。为此，对火电厂辅助车间自动控制水平提出了更高的要求。经过科技人员的不 断引进、开发、研究 , 我国大型火电站的辅助系统 输煤、化水、除灰、除渣、燃油 泵房、循环水泵房等）已由继电器控制过渡到完全由 PLC 监控。PLC 是一种专为工业

8、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。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或 安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出， 这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证 PLC 的正常运行。要提高 PLC 控制 系统可靠性，一方面生产厂家要提高 PLC 的抗干扰能力；另一方面，要在设计、安 装和使用维护中引起高度重视，多方配合，减少及消除干扰对PLC 的影响。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

9、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。C650 型卧式车床发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化 的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重 要行业（IT 、汽车、轻工、医疗等 的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所 需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势。/ 25 高速、高精密化 高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更 新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这

10、个 复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加 工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴 承、高精度大的导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保 持器的直线导轨副等机床功能部件的上市，也为机床向高速、精密发展创造了条 件。数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转 动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带 和带轮等传动的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到 10000r/min 以上。直线电机驱动速度高，加减速特性好，有优越的响应特性和跟随精度。用直线电

11、 机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙( 包括反向间隙，运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精 度。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。数控车床设计 CAD化、结构设计模块化 随着计算机应用的普及及软件技术的发展， CAD技术得到了广泛发展。 CAD不仅可 以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机 的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态 模拟仿真。在模块化的

12、基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真 的色彩。采用 CAD，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短 试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。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。宝鸡机床厂已经研制成功的CX25Y数控车铣复合中心，该机床同时具有 X、Z 轴以及 C轴和 Y轴。通过 C轴和 Y轴，可以实 现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有

13、强动力刀架和副主轴。副主轴采 用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工 件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。/ 25PLC 控制系统PLC 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

14、， 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、等）、输出设备 继电器、变频器等执 行元件），以及由输出设备驱动的控制对象 电动机、），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，

15、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。PLC 控制系统设计原则与步骤PLC 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。2.2.2PLC 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/ 25交付使用图 2.1 PLC 控制系统的设计调试

16、过程4 / 25PLC 的系统结构和基本工作原理2.3.1LC 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，

17、 PLC的基本结构有控制部分输入 和输出组成。PLC 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。

18、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。PLC 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国际电工委员会）是为电子技术的所有 领域制定全球标准的世界性组织。 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

19、 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）。/ 25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

20、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。2.4 PLC 的基本功能和基本指令PLC 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

21、、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。数据处理功能数据处理功能是指 PLC 能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑 运算以及编码和译码等操作。步进控制功能 步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道 工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制 器。运动控制功能运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控 制。过程控制功能过程控制功能是指通过 PLC 的 PID 控制指令或模块实现对温度、压力、速度、 流量等物理参数的闭环控制。扩展功能扩展功能是指通过连接输入输出扩展

22、单元 即 I/O 扩展单元）模块来增加输入输/ 25 出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高 PLC 的控制功能。远程 I/O 功能远程 I/O 功能是指通过 I/O 单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与 PLC 主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。通信联网功能通信联网功能是指通过 PLC 之间的联网、 PLC 与上位机的链接等，实现远程 I/O 控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。监控功能监控功能是指 PLC 能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常 情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时 器、记数器

23、等设定值或强制 I/O 状态。PLC 基本指令在本次控制系统程序设计过程中主要应用到以下几种PLC 指令。 标准触点指令常开触点对应的存储器地址为 1 状态时，该触点闭合，在语句表中，分别用 LDLoad，装载）、 AAnd ，与）和 OOr，或）指令表示开始、串联和并联的常开 触点 见图 4.1a）。常闭触点对应的存储地址为 0 状态时，该触点闭合，在语句表中分别用 LDN Load Not）、 ANAnd Not）和 ONOr Not ）来表示开始、串联和并联的常闭触 点，触点符号中间的“ /”表示常闭 见图 4.1常开触点 （b常闭触点 图 4.1 标准触点指令输出指令输出指令 =）与线

24、圈相对应，驱动线圈的触点电路接通时，线圈流过“能流 ”，指定位对应的映像寄存器为 1，反之为 0。输出指令语句表为 = bit）。输出指令 (3.1启动能力：因为鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，为使电动机可靠启 动，必须保证(3.2 电动机的种类、电压和转速的选择 除正确选择电动机的容量外，还需要根据生产机械的要求，技术经济指标和工 作环境等条件，来正确选择电动机的种类、电压和转速。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

25、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

26、点多一些。常用的继电器型号有 JZ7、JZ14 等。保护电器的选择/ 25 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，

27、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。控制电器的选择 选择开关 开关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

28、 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、用途和数量见表 3.1 及附录 I 。表 3.1 主要电气原件表符 号名称型号规格件数作用/ 25M1主轴电动机Y200L1-30KW1主轴传动及进给动力M2冷却泵电动机256.6A1带动冷却泵供给冷却液M3快速移动电动机DB-25380V1刀架快速移动QS电源引入隔离开JO2-21-0.12KW1电源总开关FU1关4380V

29、3主轴电动机短路保护FU2熔断器H22-1.1KW2M2短路保护FU3熔断器60/3380V1M3短路保护FU4熔断器RL1-6060A1照明电路控制电路短路保护SB1熔断器RL1-1560A1反接制动按钮SB2按钮RL1-1510A1M1点动按钮SB3按钮RL1-1510A1M1正转起动按钮SB4按钮LA24A1M1反转起动按钮SB5按钮LA260A1M2停止按钮SB6按钮LA20.47A1M2起动按钮FR1按钮LA25A1M1过载保护FR2热继电器LA2110V1M2过载保护SQ热继电器LA2110V1快速移动电动机起停KA限位开关JR16-110V1M1起动、停止、反接KM1中间继电器6

30、0/3110V1限流电阻短接KM2交流接触器JR10-10110V1M1正转KM3交流接触器LX12110V1M1反转KM4交流接触器JZ7-44200 1M2起动、停止KM5交流接触器CJ0-75A125W1M3起动、停止A交流接触器CJ0-75A100/51M1负载监视R电流表CJ0-75A110V 2A1反接制动限流TA限流电阻CJ0-75A50VA1M1反接制动速度检测KSTC电流互感器 速度继电器 变压器CJ0-75A 交流60ART- 0.125 LDZJ1-10JY1 BZ-50110V/36VA 110V照明、控制低压电源3.2C650 卧式 车床 的主 要结 构和 运动 形式

31、C65 0卧式车 床属于 中型车 床，床 身的最 大工件 回转半 径为 1020mm ，最大 工件长 度为3000mm。主电动机功率为 30kw，为提高工作效率，该机床采用了反接制动。为了减 少制动电流，制动时在定子回路串入了限流电阻 R。拖动溜板箱快速移动的 2.2kw 电 动机是为了减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间而专门设计的。各部分结构如 图3.1 所示。对车床的电气控制要求是，车床加工工件时，首先由主轴上的夹头夹紧工件， 然后由主电动机驱动旋转，待冷却液喷流到加工位置后，再进刀进行切削加工。加 工完毕，将刀具退回原位，关闭冷却液，待主轴停转后，取下工件，完成加工工 艺。由此可见，车

32、床的运动主要有两种：主运动和进给运动。主运动由主电动机 M1 完成，为了保证启动平稳，采用 Y/ 降压启动方式。 KM1 控制主电动机正转， KM2 控制主电动机反转， KM3 控制主电动机 Y 启动运行， KM4 控制主电动机 启动运 行。M2 拖动冷却泵，在加工时提供冷却液采用直接启动及停止方式， KM5 控制冷却11 / 25泵电动机。进给运动有步进电机 M3 拖动刀架快速移动，根据 C650卧式车床运动情况 及加工需要,本研究采用 3台三相鼠笼型异步电动机拖动，即 :主轴与进给电动机 M1、 冷却泵电动机 M2和溜板箱快速移动电动机 M3。从车削加工工艺出发 , 对各台电动机的 控制要

33、求如下：主轴与进给电动机 M1,功率为30 kW,允许在空载下直接起动。其要求能实现正、反 转, 从而经主轴变速箱实现主轴的正、反转 , 或通过挂轮箱传给溜板箱来拖动刀架以 实现刀架的横向左、右移动。为便于进行车削加工前的对刀 , 则要求主轴拖动工件作 调整点动 , 所以要求主轴与进给电动机能实现单方向旋转的低速点动控制。主电动机 停车时,因为加工工件转动惯量较大 , 需采用反接制动。冷却泵电动机 M2,功率为0. 15 kW, 用于在车削加工时 ,供出冷却液 ,对工件与 刀具进行冷却。图 3.1 C650 卧式车床3.3 C650 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

34、路原理图如附录所示。主电路分析从附录中可以看 出，主回路中交流接触器 KM1、KM2控制电动机 M1正转和反转，完成主轴旋转运动 KM3使 M1全压启动； KM4控制电动机 M2启动； KM5控制电动机 M3启动。电动机 M1、M2由热继电器 FR1、FR2实现过载保护。 QS为电源总开关，既可完 成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。熔断器 FU1、FU2、FU3分别实现短路保护。 KA防止启动电流对电流表的冲击，电流表 A 监 视负载情况。/ 25图 3.2 控制电路原理图PLC 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

35、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

36、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，因此应选择优质电源以助于提高 PLC 控制系统的可靠性。一般可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/ 25PLC 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

37、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% 。不应单纯追求大容量，在大多数情况下，满足 I/O 点数的 PLC ，内 存容量也能满足。车床电气控制系统所需的 I/ O 点总数在 256 以下，属于小型机的范围 . 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 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。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接触器等。车床电气控制系统需要

38、10 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 10 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10 点输入。I/O 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 10 个, 输出点为 7 个需进行控制，现将 I/O 地址分配如附 录 III 所示。输入元件元件号输出元件元件号辅助元件元件号M1停止按钮 SB1I0.0线圈 KM1Q0.0定时器：10s

39、T37M1点动按钮 SB2I0.1线圈 KM2Q0.1定时器：10sT38M1正向启动按钮 SB3I0.2线圈 KM3Q0.2位存储器M0.1M1反向启动按钮 SB4I0.3线圈 KM4Q0.3位存储器M0.2M2停止按钮 SB5I0.4线圈 KM5Q0.4位存储器M0.3M2启动按钮 SB6I0.5线圈 KAQ0.5位存储器M0.4速度继电器 KSF触头I0.6灯泡Q0.7速度继电器 KSR触头I0.7行程开关 SQI1.0转换开关 SAI1.1表 3.2 PLC 控制系统 I/O 分配表3.6I/O 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/

40、O 接线图如图 3.3 及附录 VI 所 示。/ 25图 3.3 I/O 接线图3.7 电器布置图 控制柜）及电气接线图电器元件布置图：用来表明电气设备或系统中所有电气元器件的实际位置。是 设备制造、安装、维护的必要资料。电器元件布置图的绘制原则 1）必须遵循相关国家标准设计和绘制电器元件布置图。 2）相同类型的电器元件布置时，应将体积较大和较重的安装在控制柜或面板的下方。3）发热的元器件应该安装在控制柜或面板 的上方或后方，当热继电器一般安 装在接触器的下方，以方便与电动机的接触器的连接。（4 ）需要经常维护、整定和检修的电器元件、操作开关、监视仪器仪表，其安 装位置应高低适宜，以便工作人员

41、操作。5）强电、弱电应分开走线，注意屏蔽层的连接，防止干扰的窜入。 6）电器元件的布置应考虑安装间隙，并尽可能作到整齐美观。 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，设计了控制系统如附录 VI 所示。电气接线图：按电器元件的布置位置和实际接线，用规定的图形符号绘制的图形 称为电气安装接线图。 是电气装备和电器元件安装、配线、维护和检修电器故障 的依据）绘制原则：1）必须遵循相关国家标准。2）各电器元件的位置、文字符号必须和电气原理图中标注的一致，同一电器元件/ 25 的各部件必须画在一起，各电器元件的位置必须与实际安装位置一致。3）不在同一安装板或控制柜中的电器元件

42、或信号的电气连接一般应通过端子排连 接。4）走向相同、功能相同的多根导线可以用单线或线束表示。画连接线时，应标明 导线的规格、型号、颜色、根数和穿线管的尺寸。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，设计了控制电气接线图系统如附录附录所示。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。硬件检查合上实验台上供电的电源开关，用

43、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 软硬件联调系统综合调试将编写好的 PLC 程序进行编译，下载至 PLC，因为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

44、速移动刀架） 用实验台上的指示灯代替，并与工艺过程对照。在对照前因为忘记对 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，并用组态王监控。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。总结本次设计采用了可编程控制器代替继电器对机床进行控制，可编程控制器组成的控/ 25 制系统在设计、安装、调试和维修等方面，不仅减少

45、了工作量，而且提高了工作效 率。通过使用改造机床电气系统后，是线路更简化，维修更方便。同时， 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。在设计过程中遇到一些问题，诸如电气柜设计，设备、电气控制柜、操作台的 各元件的布置、安装位置以及安装方法，需要在电器元件的布置图上一一标明。在 设计接线图时应准确、完整、清晰的反映系统中全部电器元件相互间的连接关系。 电气接线图不仅要与原理图相符，而且注意各电器元件的实际连接位置与连接要 求。内部连接时，的连接线的布置必须合理、规范，以及减少，消除线路的 干扰，提高可靠性。 贺亚袅负

46、责主电路的及传统继电器等部分的图形设计和画图。陈伟负责 PLC 及 I/O 分配表和梯形图及电气接线图以及排版等。冯广负责 CAD基本图画及查阅 CAD的基 础知识及控制柜的画图。何欣负责主要电气元件表及指令表及部分排版。总之，大 家相互配合，互相讨论，一起查阅资料。最后才基本完成。 通过本次设计，使我们进一步巩固、深化和扩充专业课的基本理论和基本技能。让 我们充分理解 PLC 的作用及控制原理，掌握一般机床控制的设计的设计方法用步骤 运用所学的基础知识和技能，提高了我们的设计能力。还让我们认识到了团队合作 的力量。参考文献吕厚余，邓力 .工业电气控制技术 . 北京：科学出版社林春方 . 可编程控制器及其应用 . 上海：上海交通大学出版社廖常初.PLC编程及应用 （第 2 版.北京：机械工业出版社曹辉. 可编程序控制器系统原理及应用 . 北京：电子工业出版社贾德胜编 PLC编程及应用 机械工业出版齐占