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附件2
陕西广播电视大学
机械设计制造与其自动化专业（本科）
《机电控制与可编程序控制器技术》课程设计
题目一台普通卧式车床的PLC控制系统设计
姓名：
卜建锋
学号：
19
专业：
机械设计制造与其自动化
层次：
年级：
13秋
学校：
工作单位：
指导老师：
完成时间：
一、普通卧式车床控制简介............................................1
1．PLC控制线路设计.............................................1
2.电气控制线路特点.............................................1
3.控制线路概述.................................................2
二、控制系统内容与基本步骤..........................................3
1.控制要求.....................................................3
2.确定I/O设备.................................................3
3.PLC的选择....................................................3
4.分配I/O.....................................................4
5．电器元件选择.................................................4
三、PLC对普通卧式车床的工作原理.....................................5
1.主电动机正反转控制...........................................5
2.主电动机电动控制.............................................6
3.主电动机电动停止和反接制动...................................6
4.主电动机反接制动.............................................7
5.主电路工作电流监视...........................................8
6.冷却与快速电动机控制.........................................8
四、电器元件一览表..................................................9
五、C650车床电气控制原理电路.......................................11
六、参考文献.......................................................12
一、普通卧式车床控制简介
一、PLC控制线路设计
1.主电路设计
根据电气传动的要求，由接触器1KM、2KM、3KM分别控制电动机1M、2M、3M。
机床的三相电源由电源引入开关Q引入。
主电动机1M的过载保护，由热继电器1FR实现，它的短路保护可由机床的前一级配电箱中的熔断器充任。
冷却泵电动机2M的过载保护，由热继电器2FR实现。
快速移动电动机3M由于是短时工作，不设过载保护。
电动机2M、3M设有短路保护熔断器1FU。
2.控制电路设计
考虑到操作方便，主电动机1M可在操作板上和刀架上分别设起动和停止按钮1SB、2SB、3SB、4SB进行操纵，接触器1KM与控制按钮组成自锁的起停控制电路。
冷却泵电动机2M由5SB、6SB进行起停操作，装在操作板上。
快速电动机3M工作时间短，为了操作灵活由按钮7SB与接触器3KM组成点动控制电路。
3.信号指示与照明电路设计
可设电源指示灯2HL（绿色），在电源开关Q接通后，立即发光显示，表示机床电气线路已处于供电状态；
设指示灯1HL（红色）表示主电动机运行。
这两个指示灯可由接触器1KM的动合和动断两对辅助触点进行切换通电显示。
在操作面板上设有交流电流表A，它串联在电动机主回路中，用以指示机床的工作电流。
这样可根据电动机工作情况调整切削用量使主电动机尽量满载运行，提高生产率，并能提高电动机功率因数。
设照明灯HL为安全照明（36V安全电压）。
4.控制电路电源。
考虑安全可靠与满足照明指示灯的要求，控制线路的电压为127V，照明电压为36V，指示灯电压为6.3V。
。
二、电气控制线路的特点
（1）主轴正反转用正反向接触器进行控制
（2）主电机功率为30kw，但应不经常启动，所以采用直接启动
（3）为了对刀和工件进行调整，主轴电动机控制线路设置有电动环节
（4）为了调高工作效率，主轴电动机采用反接制动，在反接制动时，为减小制动电流，定子回路串入限流电阻R，在点动时，R叶串入定子回路，防止频繁点动时使主电动机过热
（5）未检测主轴电动机定子大电流，通过电流互感器介入电流表。
为防止主轴电动机的启动电流以与反接制动电流对电流表造成冲击，在主轴电动机启动和反接制动时，与电流表并联一个时间继电器的通电延时打开的常闭触电
（6）加工螺纹时，为了保证工件的旋转速度与刀具的进给速度间的严格传动比关系，刀架的进给运动也由主轴电动机拖动
（7）为了减轻工人的劳动强度和节省辅助工时，专门设计了一台2.2kw的电动机拖动溜板箱快速运动
（8）加工时为了防止刀具和工件的温度过高，用一台电动机驱动的冷却泵供给切削液实现冷却。
冷却泵电动机在主轴电动机开动后方可起动旋转。
三、控制线路概述
该机床电气线路较为复杂，主电路由四台三相异步交流电动机与其附属电路原件组成，除冷却泵电动机采用开关直接启动外，其余三台异步电动均采用解除其直接启动。
M1是主轴电动机，功率为3kw，由交流接触器KM1控制其启动与停止。
热继电器FR1是过载保护电器。
短路保护电器是总电源开关中的电磁脱扣装置。
M2是摇臂升降电动机，功率为1.5kw可做正向转动和反向转动。
接触器KM2和KM3分别是摇臂升降电动机正向转动和反向转动与停止控制电器。
M3是液压油泵电动机，功率为0.75kw，可做正向转动和反向转动。
做正向转动和反向转动的启动与停止由交流接触器KM4和KM5控制，热继电器FR2是液压油泵电动机的过载保护电器。
该电动机的主要作用是供给夹紧装置压力油，实现摇臂与立柱的夹紧与松开。
M4是冷却泵电动机，功率很小，只有90w，由开关直接启动与停止，应为功率很小，所以未设置过载保护器。
主电路电源电压为交流380v，自动空气断路器QF1作为电源引入开关。
控制线路电源电压为交流110v，信号灯电源电压为6v，均由控制变压器TC1提供电源，照明电压为24v，由TC2提供电源
控制线路，照明电路和信号灯电路均有相应的自动空气断路器中的电磁脱扣作为短路保护电器。
二.控制系统内容与基本步骤
一深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求
a．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。
b．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。
对较复杂的控制任务分成几个独立的部分，有利于编成和测试。
二确定I/O设备
根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入设备、输出设备。
常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。
三选择合适的PLC类型
PLC类型，包括机型容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等，从对产品的熟程度与产品本身的可靠性与改造的要求，我们选择三菱系列的产品。
（1）输入输出（I/0）点数的估算
I/O点数的确定应以控制设备所需的所有输入/输出点数总和为依据。
在一般情况下，PLC的I/O点应该有适当的余量。
通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。
C650车床PLC改造所需的输入点数为：
17点；
所需的输出点数为7点；
所需I/O点数一共需要：
24点，所以我们选择的PLC的型号所需的I/O点数至少为：
24*（1+10%）=27点
（2）PLc存储器容量的估算
程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小，因此存储器容量应大于程序容量。
容量的计算大体上是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
该PLC有24点且为数字量，则所需的存储容量估算为：
24*15*（1+25%）=450（字）
450*16/1024=7.3KB取整：
8KB
（3）LC通讯功能的选择
该PLC需要满足的通讯功能没有特殊的要求。
（4）电源的选择
根据我国的电网用电实用标准，我们选择电源为AC220的PLC
（5）PLC机型的选择
PLC的类型：
PLC按结构分为整体型和模块型两类;
整体型PLC的I/0点数较少且相对固定，因此用户选择的余地较小，通常用于小型控制系统。
在这里，根据控制系统的要求，与以上分析与计算，我们选择三菱FX2系列的整体型PLC，型号为：
FX2N-48MR-001输入点：
24，24继电器输出
四分配I/O
一般输入点和输入信号，输出点和控制信号是一一对应的。
分配好后，按系统分配的通道和接点号，分配给每一个输入输出信号，即进行编号。
在个别情况下也有两个信号用一个输入点的那样就应在接入输入点前，岸逻辑关系接好线（如两个接点先串联或并联），然后在接入输入点。
五选择电气元件
1.电源引入开关Q。
Q主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接启停电动机，可按电动机额定电流来选。
中、小型机床常用组合开关，选用HZ10-25/3型，额定电流为25A，为三极组合开关。
2.热继电器1FR、2FR。
主电动机1M额定电流为23A，1FR应选用JR0~40型热继电器，热元件电流为25A，整定电流调节范围为16~25A，工作时将额定电流调整为23A。
同理，2FR应选用JR10-10型热继电器，选用1号元件，整定电流调节范围是0.40~0.64A，整定在0.43A。
3.熔断器1FU、2FU、3FU。
1FU是对2M、3M两台电动机进行保护的熔断器，其熔体电流为
可选用RL1-15型熔断器，配10A的熔体。
2FU、3FU选用RL1-15型熔断器，配2A的熔体。
4.接触器1KM、2KM、3KM。
接触器1KM，根据主电动机1M的额定电流IN=23A，控制回路电源为127V，需主触点三对，动合辅助触点两对，动断辅助触点一对等情况，选用CJ10-40型接触器，电磁线圈电压为127V。
由于2M、3M电动机额定电流很小，2KM、3KM可选用JZ7-44型交流中间继电器，其线圈电压为127V，触点电流为5A，可完全满足要求，对小容量的电动机常用中间继电器充任接触器。
三.PLC对普通卧式车床的工作原理
一、主电动机正反转控制
1.正转控制
按下主电机正转按钮SB2，第6支路X2闭合，由于X3、M102均未动作，所以M101通电并通过第7支路的M101自锁。
引起以下3个结果：
①第8支路M101闭合，T1开始0.5S计时；
②第12支路M101辅助常闭触头断开，使反转起动辅助继电器M102断电，实现正转与反转的互锁。
③第17支路的M101闭合，Y2通电，主电路中KM3吸合，使串电阻R短接。
当第8支路T1延时0.5S到达后，导致第9支路T1闭合，因第9支路的Y1处于闭合状态，所以Y0通电；
敬第15支路的Y0断开，主电路中主触头KM1闭合。
电动机M1正向起动运行。
2.T1的延时作用
T1延时0.5S确保了主电路中KM3先吸合，使串电阻R短接，然后再接通M1正转控制主触头KM1；
否则，接触器KM1、KM3接通的指令几乎同时从PLC控制软件中发出，可能导致KM1先接通、KM3后接通，串电阻R不能先短接。
电动机M1起动后，转速上升，当转速升至100r/min时，速度继电器的正转触头KS1闭合，第22支路的X11闭合，为正转反接制动作好准备。
3.反转控制与T2延时
按下SB3，电动机M1将反向起动运行，通过T2延时0.5S的作用确保主电路中KM3先吸合，使串电阻R短接，然后再接通M1反转主触头KM2。
二、主电动机点动控制
按下正转点动按钮SB1，第2支路和第5支路的X1均闭合，通过第2支路的X1使第1支路的M103通电，并通过第3支路的M103自锁。
同时第22支路的M103也闭合，为T3通电作好准备。
车床一旦上电，第5支路的M110立即闭合，此时因本支路中的X1闭合，所以M100通电，使第10支路M100闭合，第9支路Y0通电，第22支路的常闭辅助触头Y0断开。
车床电气控制主电路中因第9支路Y0通电，接触器主触头KM1吸合，主电动机M1正转起动升速，转速大于100r/min后，速度继电器的正转触头KS1保持闭合。
同时第22支路的X11闭合，为反接制动作好准备。
三、点动停止和反接制动
1.M1断电降速
松开正转点动按钮SB1，第2支路和第5支路的X1均断开，第5支路的M100断电，第10支路的M100随即断开，第9支路Y0断电，第22支路的Y0触头闭合。
导致主电路中主触头KM1断开，主电动机M1断电降速运转。
2.M1反接制动
由于降速初期，速度继电器触头KS1处在闭合状态，所以第22支路中的X11闭合，加之本支路的Y0触头闭合，所以T3通电，开始延时。
T3延时到达后，第16支路的T3触头闭合，导致第15支路Y1通电，主电路中主触头KM2吸合，主电动机M1反接制动。
3.反接制动结束
转速降到低于100r/min时，速度继电器的正转触头KS1断开，第22支路的X11断开，使T3断电，第16支路的T3触头断开，第15支路的Y1随之断电。
主电路中KM3主触头断开，反接制动结束，主电动机M1停转。
4.T3的延时作用
T3延时0.5S的作用是确保先断开KM1，再接通KM2；
否则KM2先于KM1断开前接通，将导致主电动机M1绕组烧损。
四、主电动机反接制动
1.主电动机断电
按下停止按钮SB，第4支路X0断开，M110断电，使第5支路的常开触头M110断开，不再执行MC至MCR之间的主控电路，第9支路的Y0因之断电。
主电路中KM1断开，主电动机M1断电降速，但只要主电动机M1转速大于100r/min，速度继电器的正转触头KS1仍闭合，而第1支路的M103因自锁而通电。
按下停上按钮SB会使第9支路的常闭辅助触头X0断开，Y0断电，电气控制主电路中受Y0控制的主触头KM1将断开。
2.进入反接制动状态
松开停止按钮SB，使SB由按下状态切换成未按下状态，则第4支路X0恢复闭合，M110通电，第5支路的M110闭合，接通并执行MC至MCR之间的主控电路。
第1支路中的常闭辅助触头X0也恢复闭合，所以M103通电，此时第22支路的M103保持闭合。
由于主电动机M1转速大于100r/min，KS1处于闭合状态，第22支路的X11保持闭合，导致T3通电，计时开始。
当T3计时时间到达后，第16支路的T3闭合，使第15支路的Y1通电，主电路中KM2闭合，电动机M1进入反接制动状态，主电动机M1迅速降速。
3.T3延时的作用
T3延时0.5S作用体现在电气控制主电路中，KM1主触头先断开，0.5S后KM2主触头再闭合，杜绝了KM1与KM2瞬时的同时接通状态，有助于避免电动机绕组烧损。
4.M1停转
当主电动机M1降速至100r/min以下时，速度继电器的正转触头KS1断开，使22支路的X11断开，T3失电，导致第16支路的T3断开，Y1断电，主电路中KM2断开，反接制动结束，主电动机M1停转。
5.反转停止进入反接制动
若起动时按下SB3，主电路中主触头KM3、KM2间隔0.5S先后接通，电动机M1将反向起动运行。
之后松开停止按钮SB，将进入反转停止反接制动过程。
五、主电路工作电流监视
主电动机正反转起动过程中，因辅助继电器M101、M102中必有一个通电，所以第19支路的T5通电，10S计时开始。
计时到达后，第21支路的T5闭合，导致Y5通电，主电路中的常闭触头KT断开，交流电流表A进行工作电流监视，从而使A避开较大的起动工作电流。
六、冷却与快速电动机控制
冷却泵电动机M2、快速移动电动机M3均为单向运转，控制较为简单。
当按下冷却泵电动机起动按钮SB5时，第25支路的X5闭合，Y3通电并自锁，冷却泵电动机M2起动；
而按下停止按钮SB4时，第25支路的X4断开，Y3断电，冷却泵电动机M2断电停转。
按下限位开关SQ，第27支路的X6闭合，Y4通电，快移电动机M3起动；
松开限位开关SQ，快移电动机M3断电停转
符号
数量
名称与用途
M1
1
主传动交流电动机
M2
冷却泵交流电动机
M3
快速移动交流电动机
KM
短路限流电阻交流接触器
KM1
冷却泵交流电动机启停交流接触器
KM2
快速移动交流电动机交流接触器
KM3
主轴电动机正转交流接触器
KM4
主轴电动机反转交流接触器
KT1
电流表时间继电器
KA
轴电动机启停反接制动中间继电器
SQ1
快速移动电动机启停限位开关
FR1
主轴电动机过载保护继电器
FR2
冷却泵电动机过载保护继电器
SB1SB5
冷却电动机停止按钮
SB2
主轴电动机反接启动按钮
SB1
冷却电动机启动按钮
SB4
反接制动按钮
SB5
SB6
冷却电动机电动按钮
电器元件一览表
FU1
主轴电动机短路保护熔断器
FU2
冷却泵电动机短路保护熔断器
FU3
照明电路短路保护熔断器
FU4FU5
控制电路短路保护断路器
EL
照明
KS1
主轴电动机反转反接制动速度继电器
KS2
主轴电动机正转反接制动速度继电器
A
监视电流表
R
启动与反接制动限流电阻
C650车床电气控制原理电路
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