C650型卧式车床电气及PLC控制.docx
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C650型卧式车床电气及PLC控制
攀枝花学院本科学生课程设计任务书
题 目
C650型普通卧式车床电气及PLC控制
1、课程设计的目的
专业课程综合训练的目的是使学生通过对所学主要专业课的综合应用，基本掌握一般机电控制系统设计的设计方法及步骤。
综合运用所学的基础知识和技能，进一步提高学生的设计能力，培养学生创新意识和创新能力，提高控制系统分析设计的总体意识和工程实践能力。
2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）
试C650型普通卧式车床电气及PLC控制。
具体控制要求是：
完成系统的软、件设计。
设计结束后提交：
1.4000字左右的课程设计论文；2.电气元件表；3.绘制的工作状态图、控制原理图（若为PLC程序，绘制PLC的接线图与梯形图及程序。
）；4.有机械设计的完成设计分析计算及CAD制图。
3、主要参考文献
[1]张建明等．《机电一体化系统设计》．北京：
高等教育出版社，2002年．
[2]赵先仲．《机电系统设计》．北京：
机械工业出版社，2004年．
[3]吴圣庄．《金属切削机床概论》．北京：
机械工业出版社，1993年．
4、课程设计工作进度计划
内容
学时
明确对控制系统的要求，进行工作过程分析
8
初步确定控制系统的形式。
进行控制系统输入、输出参数的确定与采用的安全保护措施
48
确定控制系统方案，拟订电气控制图
16
分析计算电气参数并选择适合的电器元件
8
系统性能验算
4
绘制所需的各类图及编制技术文件
20
合计
3周
指导教师（签字）
日期
年月日
教研室意见：
年月日
学生（签字）：
接受任务时间：
年月日
前言2
C650型普通卧式车床电气及PLC控制控设计任务书4
1C650型普通卧式车床5
1.1C650型普通卧式车床接触器——继电器控制电路的理图5
1.2电气原理图说明6
1.3主轴电动机M1的各种控制流程图9
2PLC选择和控制11
2.1PLC的选择:
11
2.2开关列表及所对应的PLC接线图12
2.3PLC的程序设计13
总结18
前言
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。
传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
现在PLC来控制，它有以下优点：
1.实时性
Ø由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。
Ø基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。
Ø更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。
2.高可靠性
Ø所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。
Ø各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。
Ø各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。
Ø采用性能优良的开关电源。
Ø对采用的元器件进行严格的筛选。
Ø良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。
Ø大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。
3.系统配置简单灵活
Ø控制器产品种类繁多，规模可分大、中、小等。
ØI/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。
Ø满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。
4.丰富的I/O卡件
控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：
交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：
按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
5.控制系统采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。
控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
6.价格优势
质优价廉，性价比高。
7.安装简单，维修方便
可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
8.控制器实现的功能
逻辑控制
定时控制
计数控制
顺序控制
PID控制
数据计算
通讯和联网
其它：
还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：
定位控制模块，CRT模块。
车床是最常见的一种机床,它的主运动为主轴回转运动,刀架的移动为进给运动,车削加工一般不要求反转,但加工螺纹时,为避免乱扣,需要反转退刀,并保证工件的转速与刀具的移动速度之间具有严格的比例关系,溜板箱与主轴箱之间通过齿轮传动系统连接,C650卧式车床是其中较为常见的一种,其原控制电路为继电器控制,接触触点多.故障多.操作人员维修任务较大.针对这种情况,我们用PLC控制改造其继电器控制电路,克服了以上缺点,降低了设备故障率,提高了设备使用效率,运行效果良
C650型普通卧式车床电气及PLC控制控设计任务书
根据C650型普通卧式车床电气原理图，计算输入、输出接口数。
完成系统的软、件设计、列出电气元件表、绘制工作状态图及控制原理图选择PLC类型。
再根据所选PLC类型的编程说明书连接线路和设计设计控制程序或梯形图
基本掌握一般机电控制系统设计的设计方法及步骤。
综合运用所学的基础知识和技能，进一步提高自己的设计能力，培养创新意识和创新能力，提高控制系统分析设计的总体意识和工程实践能力。
1C650型普通卧式车床
1.1C650型普通卧式车床接触器——继电器控制电路的理图：
图1.1
1.2电气原理图说明：
从上图中可以看出，C650型普通卧式车床共有三台电动机。
主轴电动机M1由接触器KM3、KM4、KM控制：
冷却泵电动机M2由接触器KM1控制；快速移动电动机M3由接触器KM2控制。
其中主轴电动机M1可以正、反转控制，也可以点动控制，还可以双向反接制动控制。
（1）主电路
组合开关QS将三相电源引入，FU1为主电动机M1的短路保护用熔断器，KR1为M1电动机过载保护用热继电器。
R为限流电阻，防止在点动时连续的起动电流造成电动机的过载。
通过互感器TA接入电流表A以监视主电动机绕组的电流。
熔断器FU2为M2、M3电动机的短路保护，接触器KM1、KM2为M2、M3电动机起动用接触器。
KR2为M2电动机的过载保护，因快速电动机M3短时工作，所以不设过载保护。
（2）控制电路
a、主电动机的点动调整控制图1—2为点动环节的控制电路图。
线路中KM3为M1电动机的正转接触器，KM4为M1电动机的反转用接触器，K为中间继电器。
M1电动机的点动由点动按钮SB6控制。
按下SB6，接触器KM3得电吸合，它的主触点闭合，电动机的定子绕组经限流电阻R和电源接通，电动机在较低速度下起动。
松开按钮SB6，KM3断电，电动机停止转动。
在点动过程中，中间继电器K线圈不通电，KM3线圈不会自锁。
图1-2C650卧式车床点动控制线路
b、主电动机的正反转控制电路图1—3为主电动机正反转控制电路。
主电动机正转由正向起动按钮SB1控制。
按下按钮SB1时，接触器KM首先得电动作，它的主触点闭合将限流电阻短接，接触器KM的辅助触点闭合使中间继电器K得电，它的辅助触点（21-23）闭合，使用权接触器KM4得电吸合。
KM4的主触点将三相电源反接，电动机在满民压下反转起动。
KM4的动合触点（15-21）和K的动合触点（5-15）的闭合将KM4线圈自锁。
KM4的动断触点（7-11），KM3的动断触点（23-25）分别串在对方接触器线圈的回路中，起到了电动机正转与反转的电气互锁作用。
（3）主轴电动机的反接制动控制
C650卧式车床采用了反接制动方式。
当电动机的转速接近到零时，用速度继电器的触点给出信号切断电动机的电源。
图1—4是C650卧式车床正转、反转与反接制动的控制线路。
我们知道，速度继电器与被控电动机是同轴连结的，当电动机正转时，速度继电器的正转开触点BV1闭合；电动机反转时，速度继电器的反转动合触点BV2闭合，当电动机正向旋转时，接触器KM3和KM继电器K都处于得电动作状态，速度继电器的正转动合触点BV1也是闭合的，这样就为电动机正转时的反接制动做好了准备。
需要停车时，按下停止按钮SB4，接触器KM失电，其主触点断开，电阻R串入主回路。
与些同时KM3也失电，断开了电动机的电源，同时K失电，K的动断触点闭合。
这样就使反转接触器KM4的线圈也能过1-3-5-17-23-25线路得电，电动机的电源反接，电机处于反接制动状态。
当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器BV的正转动合触点BV1断开，切断了接触器KM4的通电回路，电动机脱离电源停止。
电动机反转时的制支与正转时的制动相似。
当电动机反转时，速度继电器的反转动合触点BV2是闭合的，这时按下停止按钮SB4，正转接触器线圈通过1-3-5-17-7-11线路得电，正转接触器KM3吸合将电源反接使电动机停止。
（4）刀架的快速移动和冷却泵控制
刀架的快速移动是由转动动刀架手柄压动行程开关ST来实现的。
当手柄压动行程开关ST后，接触器KM2得电吸合M3电动机转动带动刀架快速移动。
M2为冷却泵电动机，它的起动与停止是通过铵钮SB3和SB5控制的。
此外，监视主回路负载的电流表是通过电流互感器接入的。
为防止电动机起动电流对电流表的冲击，线路中采用一个时间继电器KT。
当起动时，KT线圈通电，而KT的延时断开的动断触点尚未动作，电流互感器二次侧电流只流经该触点构成闭合回路，电流表没有电流流过。
起动后，KT延时断开的动断触点打开，此时电流流经电流表，反映出负载电流的大小。
1.3主轴电动机M1的各种控制流程图
图1.3
从图1.1中还可以看出,冷却泵电动机M2由接触器KM1控制。
当按下冷却泵电动机M2的启动按钮SB3时，接触器KM1闭合，冷却泵电动机M2启动运转；当按下冷却泵电动机M2的停止按钮SB5时，冷却泵电动机M2就停止。
快速移动电动机M3则由行程开关ST点动控制。
2PLC选择和控制
2.1PLC的选择:
由图1.1可以算出输入点数为11，输出点数为6。
所以选择PLC类型为S7—200。
关于S7-200的概述
S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200系列出色表现在以下几个方面：
✧极高的可靠性
✧极丰富的指令集
✧易于掌握
✧便捷的操作
✧丰富的内置集成功能
✧实时特性
✧强劲的通讯能力
✧丰富的扩展模块
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。
使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。
应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
如：
冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。
2.2开关列表及所对应的PLC接线图
根据第一节的图1.1可以列出输入/输出开关的列表如下所示：
表2.2
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输出点编号
M1正转启动按钮
SB1
I0.0
M1切除电阻R运行接触器
KM
Q0.1
M1反转启动按钮
SB2
I0.1
M2运行接触器
KM1
Q0.2
M2启动按钮
SB3
I0.2
M3运行接触器
KM2
Q0.3
总停止按钮
SB4
I0.3
M1正转接触器
KM3
Q0.4
M2停止按钮
SB5
I0.4
M1反转接触器
KM4
Q0.5
M1点动按钮
SB6
I0.5
电流表A短接中间继电器
K
Q0.6
M3点动位置开关
ST
I0.6
M1过载保护热继电器
KR1
I0.7
M2过载保护热继电器
KR2
I1.0
正转制动速度继电器常开触点
BV1
I1.1
反转制动速度继电器常开触点
BV2
I1.2
开关所对应的PLC接线图:
图2.2
2.3PLC的程序设计
由第一节的电气控制原理图及电气原理说明可以很清楚地理解其控制目的，所以根据第一节的电气图及PLC自身的特点，所以来设计PLC控制程序就比较容易了。
它主要是通过开关来控制主轴电动机的正反转、冷却泵电动机和快速移动电动机。
现由PLC来控制，其接线图如图2.2所示。
其梯形图如下所示：
对应程序如下：
LDI0.0
ORI0.1
ORM0.0
ANDNI0.3
ANDI0.7
OUTQ0.0
TONT37,+50
LDQ0.0
OUTM0.0
LDI0.0
ORM0.1
ANDNI0.3
OUTM0.1
LDI0.1
ORM0.2
ANDNI0.3
OUTM0.2
LDM0.0
ANDM0.1
LDI0.5
ORLD
LDI0.3
ORQ0.3
ANDI1.2
ORLD
ANDI0.7
ANDNQ0.4
OUTQ0.3
LDM0.0
ANDM0.2
LDI0.3
ORQ0.4
ANDI1.1
ORLD
ANDI0.7
ANDNQ0.3
OUTQ0.4
LDI0.2
ORQ0.1
ANDNI0.5
ANDI1.0
OUTQ0.1
LDI0.6
OUTQ0.2
LDT37
OUTQ0.5
PLC程序设计说明：
（1）主轴电动机正转控制：
按下主轴电动机正转启动按钮SB1，第1逻辑行中的I0.1闭合，Q0.0接通并自锁，T37接通并开始计时；第3逻辑行中的I0.0闭合，通用继电器M0.1接通。
第2逻辑行中的Q0.0常闭触点闭合，通用继电器M0.0接通，第5逻辑行中的M0.0、M0.1常开触点闭合，Q0.3接通（因I0.7的常开触点在PLC通电后即为闭合状态），主轴电动机正向启动运转。
当主轴电动机正向旋转速度达到120r/min时，第6逻辑行中的I1.1常开触点闭合，为主轴电动机正向旋转反向制动作好准备。
T37计时经过5s后动作，第9逻辑行中的T37常开触点闭合，接通Q0.5，电流表A开始监测主轴电动机的电流。
（2）主轴电动机反转控制：
按下主轴电动机正转启动按钮SB2，第1逻辑行中的I0.1闭合，Q0.0接通并自锁，T37接通并开始计时；第4逻辑行中的I0.1闭合，通用继电器M0.2接通。
第2逻辑行中的Q0.0常闭触点闭合，通用继电器M0.0接通，第6逻辑行中的M0.0、M0.2常开触点闭合，Q0.4接通，主轴电动机反向启动运转。
当主轴电动机反向旋转速度达到120r/min时，第5逻辑行中的I1.2常开触点闭合，为主轴电动机反向旋转正向制动作好准备。
T37计时经过5s后动作，第9逻辑行中的T37常开触点闭合，接通Q0.5，电流表A开始监测主轴电动机的电流。
（3）主轴电动机点动控制：
按下主轴电动机点动按钮SB6，第5逻辑行中的I0.5常开触点闭合，Q0.3接通，主轴电动机串电阻R启动运行。
（4）主轴电动机正向启动运行反向制动停止控制：
当Q0.0、Q0.3、T37、Q0.5闭合，主轴电动机正向运转时，按下停止按钮SB4，第1逻辑行中的I0.3常闭触点断开，Q0.0、T37失电，第3逻辑行中的I0.3常闭触点断开，M0.1失电；而第5逻辑行中的M0.1常开触点复位断开，Q0.3失电，主轴电动机停止正转。
同时，第6逻辑行中的I0.3常开触点闭合，Q0.4接通，给主轴电动机通入反转电源，使之产生一个反转力矩制动主轴电动机的正向旋转，主轴电动机的正转速度迅速下降。
当正转速度下降至100r/min时，速度继电器BV1触点断开，I1.1常开触点复位断开，Q0.4失电，完成主轴电动机的正向启动运行反向制动停止过程。
（5）主轴电动机反向启动运行正向制动停止控制：
当Q0.0、Q0.4、T37、Q0.5闭合，主轴电动机反向运转时，按下停止按钮SB4，第1逻辑行中的I03常闭触点断开，Q0.0、T37失电，第4逻辑行中的I0.3常闭触点断开，M0.2失电；而第6逻辑行中的M0.2常开触复位断开，Q0.4失电，主轴电动机停止反转。
同时，第5逻辑行中的I0.3常开触点闭合，Q0.3接通，给主轴电动机通入正转电源，使之产生一个正转力矩制动主轴电动机的反向旋转，主轴电动机的反转速度迅速下降。
当反转速度下降到100r/min时，速度继电器BV2触点断开，I1.2常开触点复位断开，Q0.3失电，完成主轴电动机的反向启动运转正向制动停止过程。
（6）冷却泵电动机控制：
按下冷却泵电动机的启动按钮SB3，第7逻辑行中的I0.2常开触点闭合，Q0.1接通，冷却泵电动机启动运转。
（7）快速移动电动机控制：
压下位置开关ST，第8逻辑行中的I0.6常开触点闭合，Q0.2接通，快速移动电动机启动运行。
（8）当主轴电动机过载，热继电器KR1动作时，第1逻辑行、第5逻辑行、第6逻辑行中的I0.7的常开触点复位断开，Q0.0、Q0.3、Q0.4的电，主轴电动机停止运行。
总结
通过这次的课程设计，让我充分理解了PLC的作用及控制原理。
通过这次对C650普通卧式车床电气控制及PLC控制基本掌握一般机电控制系统设计的设计方法及步骤。
综合运用所学的基础知识和技能，进一步提高了我的设计能力，增强了我的创新意识和创新能力。
为以后我设计增添了不可缺少的一笔财富。
也提高了我对控制系统分析设计的总体意识和工程实践能力。
（注：
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