C6140车床电气控制改造PLC控制1解读.pdf

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1、皖西学院课程设计报告书系专别：机电学院业：许志坤13 电气学号：20130112122013011219学生姓名：张云翔课程设计题目：PLC 控制的 C6140 型普通车床的电气控制起 迄日期：_ 2016.5.16-2016.5.28 _课程设计地点：_PLC 电气控制实验室 _指导教师：_ 翁志冈【J _下达任务书日期：2016 年 5 月 15 日摘要数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能 稳定产品的加工质量，大

2、幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的最大障碍就是添 置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。如果淘汰大量的普通机床，而 去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通机床的数控化改造大有可 为。针对现有常规 C6140 普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高 加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造 的设计过程，较详尽地介绍了 C6140 机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采 用以 8031为 CPU 勺控制系统对信号进行处理，由 I/O 接口输出步进脉冲，经一级齿 轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运

3、动。通过对 C6140 普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠，操 作方便，性能价格比高。这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作 用。本次改造主要针对车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制 柜及数控系统进行了改造，改造方法简单、改造操作步骤便于实施。而且掌握了一些 CAM CAD 等制图软件的应用和论文的撰目 录1 绪论.31.1 设计目的及意义.31.2C6140 的现状.32 C6140 车床电气控制原理.42.1 电气控制原理.42.2.2C6140 卧式车床的控制要求.43 硬件选型.53.1 电气元件明细表.53.1.1 电动机的选择.5

4、3.1.2热继电器 FR1、FR2.53.1.3熔断器 FU1、FU2 FU3 FU4.53.1.4接触器 KM1,KM 及 KM3.63.1.5 转换开关 SA4.63.1.6 导线的选择.63.2 制定电器位置图.74 PLC 控制电路设计.84.1PLC 基本原理及选用.84.2I/O 统计.84.3PLC 的 I/O 接线.94.4 PLC 控制过程分析.94.5 梯形图程序.105 系统调试.116 总结.13参考文献.14致谢.151 绪论1.1 设计目的及意义20 世纪初，由于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机代替蒸汽机，机床的电气传动随电动机的发展而发展。电气传动

5、的控制方式亦经历了一个从 低级到高级的发展过程。最初采用手动控制。最早的自动控制是 20 世纪 20、30 年代 出现的继电接触器控制，它可以实现对控制对象的起动、停车、凋速、自动循环以及 保护等控制。它所使用的控制器件结构简单、价廉、控制方式直观、易掌握、工作可 靠、易维护，因此在机床控制卜得到长期、广泛的应用。它的缺点是体积大、功耗大、控制速度慢、改变控制程序困难，由于是有触点控制，在控制复杂时可靠性降低。为 了解决复杂和程序可变控制对象的需要，在 20世纪 60 年代出现了顺序控制器。它是继电器和半导体元件综合应用的控制装置，具有程序改变容易、通用性较强等优点，广泛用于组合机床、自动线上

6、。随着计算技术的发展，又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PLC【1。11.2C6140 的现状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、内圆、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

7、性差影响到实际的生产运用。因此当务之急就是对业的设备利用率，提高产品的质量和产量。ca6140 车床进行技术改造，以提高企2.CA6140 车床电气控制原理2.1 电气控制原理根据电气传动的要求，由接触器 KM1 KM2 KM3 分别控制电动机 Ml M2 M3具体电路图如图 2-1 所示。图 2-1 主控制电路设计C6140 型普通车床共有三台电动机拖动。其中 M1 为主轴电动机，M2 为冷却泵电 动机，M3 为快速移动电动机。按钮SB_2 为主轴电动机 M1 的启动按钮，SB_1 为主抽 电动机 M1 的停止按钮，按钮 SB_3 为快速移动电机 M3 的点动按钮，手动开关 SA4 为冷却泵

8、电动机 M2 的启动开关。2.2 C6140 卧式车床的控制要求主轴电动机 M1 的控制要求：按下启动按钮 SB_2 接触器 KM 闭合，主轴电动机 M1 启 动运转；按下停止按钮 SB_1,接触器 KM 释放，主轴电动机 M1 停止运转。冷却泵电动机 M2 的控制要求：主轴电动机 M1 启动后（也只有在主轴电动机启动后），将手动开关 SA4 扳至闭合位置，中间继电器 K1 闭合，冷却泵电动机 M2 启动运转；将 SA4 扳至断开位置时，中间继电器 K1 释放，冷却泵电动机 M2 停止运转。快速移动电动机 M3 的控制要求：按下点动按钮 SB_3 中间继电器 K2 通电闭合，快 速移动电动机

9、M3 启动运转；松开点动按钮 SB 3 中间继电器 K2 断电释放，快速移动电动机 M3 停转。当热继电器 KR1,KR2 任意一个常闭触点断开，接触器 KM 中间继电器 K1、K2 断电,电动机M1,M2,M3 亭止运转。所以此电路设计了短路和过载保护的功能。3.硬件选型3.1 电气元件明细表3.1.1 电动机的选择M1 主轴电动机：丫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

10、率为 50Hz,转速为 1450r/min，功率 因素 CO为，0.85 效率为 87%堵转转矩为2.2n.m，最大转矩为 2.3n.m，所以 此类型电动机能符合电路配置，并能有效完成工作【3】。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 250V

11、y电压为 380V,频率为 50Hz,转速 为 1360转/分，E 级。3.1.2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 整定电流调节范围较大，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范围较小，工作时调整在 0.32A3.1.3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、FU2 FU3 均选用 BZ001 型熔断器，分别配用 1A,4A,1A 的熔

12、断体。3.1.5 接触器 KM1,KM 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 JZ7-44JZ4-44。3.1.7 转换开关 SA4SA4 开关，钥匙式，型号为 LAY3-Y/Z。3.1.8 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；线的截面积选大了，造成成本高，材料浪费。导线

13、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关，根据以下数据，主电路选择BVR-2.5mm 铜芯导线，控制电路 BVR-1mm铜芯导线。电气元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等，如表表 3-1 C6140 车床电气元件表如果导3-1 所示。符号元件名称M1主轴电动机M2冷却泵电动机M3快移电动机型号Y132M-4规格 件数7.5KW，15.4A，1450r/mi n作用工件的旋转和刀具的进给现状已有1AOB-2590W，0.32A，3000r/min1供给冷却液已有AOS5634250W 1.55A，1360r/mi n1刀架的快速移动已有KM1 交流接触器C

14、J0-20B线圈 110V1控制主轴电动机 M1已有KM2 交流接触器KM3 交流接触器QF低压断路器SB1SB2SB3按钮按钮按钮JZ7-44JZ4-44DZ15L-40/3901LA219-11线圈 110V线圈 110V380V 20A500V 5A11111控制冷却泵电动机 M2快速移动电动机 M3漏电自动开关开关主轴启动主轴停止快速移动电动机 M3 点动M3 开关M1 过载保护M2 过载保护已有已有已有已有已有已有已有已有已有LA-01JZLA9500V 5A11SA4钥匙式开关FR1FR2热继电器热继电器LAY3-Y/ZJR16-20/30JR16-20/30(10-16)/15.

15、4A(0.25-0.35)11/0.32AFU1FU2FU3PLC熔断器熔断器熔断器软件BZ001BZ001BZ001FX2N1A4A1AFX2N-48MR-0013321冷却泵 M2 的短路保护快速电动机 M3 短路保护变压器的短路保护实现控制已有已有已有购买3.2 制定 3.10 电器位置图为了使我们能直观地了解其电气系统，便于维修，图3-1 绘制了电器在 C6140车床上的位置。其他电器，如熔断器、变压器、接触器、继电器等装在电器箱内的控图 3-1 CA6140 车床电器位置图4 PLC 控制电路设计4.1PLC 基本原理及选用PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在P

16、LC 运 行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要 完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC 的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺

17、序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序 的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。选用三菱 FX2N 系列即可满足要求4.21/0 统计控制电路中，4 个输入信号，3 个输出信号。其输入/输出电器及 PLC 的 I/O 配置如表2-1 所示。表 4-1 输入/输出电器及 PLC 的 I/O 配置输入设备符号SB1SB2SB3PLC 输入继功能电器X000X001X002符号KM1KM2KM3输出设

18、备功能M1 接触器M2 接触器M3 接触器PLC 输出继电器Y000Y001Y002M1 停止按钮M1 启动按钮M3 点动按钮SA4M2 转换开关X0034.3PLC 的 I/O 接线PLC 的控制电路的主电路，PLC 的 I/O 接线如下图 2-4 所示，图中输入信号使用 PLC 提供的内部直流电源 24V(DQ;负载使用的外部电源为交流 220V(AC);PLC 的电源J LJ Lj L为交流 220V(AC。图 4-1 C6140 型车床的 PLC 的 I/O 外接线图4.4 PLC 控制过程分析通过 I/O 分配和 I/O 接线可知 PLC 的控制过程如下:(1)M1 主电机KM1_

19、常开辅助触头闭合，自锁M1 启动：按下 SB2 1 线圈彳-主触头闭合一 M1 通电启动-另一长开辅助触头闭合，为冷却泵电动机工作作准备。-常开辅助触头分断，失去自锁M1 停止：按下 SB2 KM1 线圈失电 _ 主触头分断，M1 断电停止运转-另一常开辅助触头分断，冷却泵不能工作(2)M2 冷却泵电机M2 启动：SA4 打到闭一 KA 线圈得电KA1 常闭辅助出头闭合一 2 线圈M2 停止:SA4 打到断开一 KA 线圈失电KA 常开辅助触头断开2 线圈失电得电，实现冷却电机的长动 一 2 工作M2 一停止(3)M3 进刀电机M3 启动:按下 SB3 KM3 线圈得电 一 3 点动工作M3

20、停止：松开 SB3 KM3 线圈失电 一 M3 停止工作图 4-2 C6140 型车床的 PLC 梯形图5 系统调试图 5-2 C6140 车床调试图6 总结为期两周的课程设计就这样结束了，在这两周里我收获了不少。本次课程设计主要 有两个项目：C6140 普通车床的电气控制线路设计和其 PLC 控制过程设计。当然其中还 学习了画图等一些与自己专业关联的知识。我们组分工很明确，查资料、确定设计方案、硬件选型、编程、画图、报告等都是很有序的完成的。总的来说我们组很好的完成了既定任务。每个人都很好的完成了自己的任务，还都不时去帮助组员弄清楚一些 问题。课程设计让我对 PLC 梯形图、指令表、外部接线

21、图有了新的认识，也让我更加懂 得了关于 PLC 设计原理。很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。本 次课程设计脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流，从而使问题变得容易解决。我们在做课程设计项目的过程中遇到的问题都是大家一起的讨论和寻找解决 方法，我们组员可以尽可能的统一思想，这样就不会使在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨 论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便 自己解决问题总的来说，我从本次课程设计

22、中收获了很多，弥补了很多我在学习PLC 课程时不懂或是模糊的知识点。在今后的学习过程中，要更加努力的学习自己的专业知识，多多与同学和老师交流，相信不久的将来可以有点成绩。参考文献：1 熊幸明 电气控制与 PLCM.北京：机械工业出版社，2011.2 徐德.孙同景.可编程控制器 PLC 应用技术M 济南：山东科学技术出版，2001.3 王海，李洪奎，刘晓.基于 PLC 的多轴控制研究J.机械工程学报，2008,6(4):470-4724 高勤、田培成编.可编程控制器原理及应用(三菱机型)M.电子工业出版社.2009廖常初.PLC 梯形图的书许控制设计法与顺序功能图 J.电子技术杂志.2001.第

23、 11 期致谢在这次课程设计的编写过程中，我们得到了很多人的帮助。首先，我们要感谢翁老师在课程设计上给予我们的指导，提供给我们的支持和帮助，这是我们能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是帮助我们解决了许多技术上的难题，让我们能把系统 做的更加完善。同时也感谢老师为我们提供了良好的做课程设计的环境。其次，也要感谢那些帮助过我们的同学，是他们不厌其烦的回答我们的疑问，解决了不少我们 不太明白的设计上的难题，使我们能够顺利的完成调试工作。我也要感谢那些免费的论文网站，虽说这些网站都是些不起眼的小网站，可正是它们无偿的向我们提供大量的论文蓝本，保证了贫穷的我们得到所需的论文。这可以说是一种“想人之所

24、想。急人之所急的人道主义精神”。再一次感谢是所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，谢谢你们！工作日程日期05 月 16 日05 月 16 日主要工作下达任务书，任务布置及设计要求说明文献追踪、调研，方案设计；系统设计仿真、调试及设计报告初稿撰写答辩、成绩考核05 月 16 日05 月 18 日05 月 19 日05 月 22 日05 月 23 日05 月 27 日05 月 28 日05 月 29 日电气与电子类课程设计成绩评定表评定项目内容满分评分总 分出勤与学 习 按时出勤，严格遵守纪律，学习认真，态态度度端正能够认真查阅资料，勤学好问具有提出问题和解决问题的能力，设 计设计情况方案论证充分、合理151015工作量饱满，各模块设计正确，结果 能20够达到课程设计任务书规定的要 求设计报口冃匕够按时提交，内容兀整设计报告情况撰写认真，图、表、文字表达准确、规范、清楚论述恰当、充分，结论合理，心得体 会深刻答辩情况基本概念清楚，回答问题准确，有理 有据，有一定深度5101015总体评价采用五级分制：优、良、中、及格、不及格指导教师签名：年答辩小组组长签名：月日年月日