PLC控制的C6140普通车床电气控制.pdf

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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：2013.12.27目录1 1引言引言.2 21.1 本设计的意义.21.2PLC 的概述.21.3C6140 的介绍.22 2C6140C6140 型普通车床电气线路的工作原理型普通车床电气线路的工作原理.3 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.42.5C6140 普通车床的电气控制分析.42.6

2、C6140 型普通机床电气控制原理图.53 3PLCPLC 改造改造.6 63.1控制系统改造为 PLC 控制的意义.63.2PLC 控制原理图改造说明.63.3PLC 的特点.63.4PLC 模块选取的基本原则.63.5I/O 设置.83.6电器元件的选择.103.7梯形图.124 4总结总结.13134.1 个人总结.124.2 致.12参考文献参考文献.14141 1 引言引言1.11.1 本设计的意义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 PLC。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

3、理器为核心，它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点。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 PLC1.2 PLC 的概述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

4、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 C61401.3 C6140 的介绍的介绍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

5、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 C61402 C6140 型普通车床电气线路的工作原理型普通车床电气线路的工作原理2.12.1 机床的结构图及其组成部分机床的结构图及其组成部分 C6140 型普

6、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。2.22.2 车床的运动形式车床的运动形式（1）主运动是指主轴通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

7、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。2.32.3 电力拖动的特点及其要求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采用点动控制。（5）为防止切削过

8、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 C61402.4 C6140 普通车床的继电器控制线路的特点普通车床的继电器控制线路的特点（1）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）M1、M2采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 C61402.5 C6140普通车床的继电器控制分析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

9、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，KM1（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

10、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，EL 灭。2.5 C61402.5 C6140 普通机床电气控制原理图普通机床电气控制原理图3 PLC3 PLC 的改造的改造3.13.1 控制系统改造为控制系统改造为 PLCPLC 控制的意义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

11、、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。及其要的作用。等优点，且小型 PLC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3.2 PLC3.2 PLC 控制原理图改造说明：控制原理图改造说明：（1）去掉电源指示灯 HL 和控制变压器 TC。（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

12、HL3、快速移动指示灯 HL4。（4）SA1 替换为 SA4，SA2 替换为 SA5。3.3 PLC3.3 PLC 的特点的特点（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 PLC3.4 PLC 模块选取的基本原则：模块选取的基本原则：（1）主控模块选择（CPU）1）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

13、、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 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

14、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

15、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/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

16、、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

17、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/O3.5 I/O 设置设置1 1、I/OI/O 分配表的确定分配表的确定I/O 分配表序号1234567功能热保护 FR1热保护 FR2总停止按钮 SB1M1 启动按钮 SB2M3 启动按钮 SB3照明 SA4M2 启停旋钮 SA5输入I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.7序号1234567功能M1 控制接触器 KM1M2 控制接触器 KM2M3 控制接触器 KM3照明灯 HL1主轴工作 HL

18、2冷却泵工作 HL3快速移动电机工作 HL4输出Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.62 2、PLCPLC 的的 I/OI/O 接线图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。3.63.6 电气元件的选择电气元件的选择3.6.1 电动机的选择M1 主轴电动机：Y 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。Y 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

19、/min，功率因素 COS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。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 250W，电压为 380V，频率为 50Hz，转速为1360

20、转/分，E 级。3.6.2 电源引入开关 QQ 主要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

21、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、

22、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%左右。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

23、流 50-60Hz，输出额定电压不超过 220V，输入额定电压不超过500V，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，

24、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-2.5mm2 铜芯导线，控制电路 BVR-1mm2 铜芯导线。铜线安全载流量(25)：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。3.73.7 梯形图梯形图图图4 4 总结总结4.14.1 个人总结个人总结课程设计是培养学生综

25、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

26、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。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。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，都是大家讨论之后或者老师

27、的细心指导解决的。讨论使得我们处理问题要快一些，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，我从本次课程设计中收获了很多。4.24.2 致致这次课程设计之所以取得成功，得到了多方面的帮助。首先，感学校为我们提供这次学习的机会，使我们在多方面有了提高和完善，在理论方面得到了巩固，实践动手能力方面有了提高。再次，感指导老师的帮助，在设计过程中遇到难题时，指导老师总是耐心的提供帮助，在这里向老师表示由衷地感。最后，对同组同学表示感，这次设计能取得成功，也离不开彼此之间的团结互助！参考文献1 王国海主编可编程序控制器及其应用第二版中国劳动社会保障20072周美兰，周封，忘岳宇PLC 电气控制与组态设计：科学出版 20033程周可编程序控制器原理与应用：高等教育，2003 年4王永华现代电气控制及 PLC 应用技术.：航空航天大学，20005瞿彩萍主编 PLC 应用技术（三菱）中国劳动社会保障 20066吴建强、三勇可编程控制器原理及应用工业大学出版 20007吴中俊、黄永红可编程序控制器原理及应用：机械工业，20038万忠，明芹电器与 PLC 控制技术：化学工业。20039王兆义可编程序控制器教程：机械工业，200110贺哲荣，石帅军流行 PLC 实用程序及设计（三菱FX2 系列）：机械工业，2001