c650车床PLC课程设计Word文档下载推荐.docx
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3．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。
4．采用电流表检测电动机负载情况。
5．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。
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。
1.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面市，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。
直线滚动导轨副，由于其具有各向间隙为零和非常小的滚动摩擦，磨损小，发热可忽略不计，有非常好的热稳定性，提高了全程的定位精度和重复定位精度。
通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床的快速移动速度由目前的10～20m/mim提高到60～80m/min，甚至高达120m/min。
2.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。
3.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。
通过对机床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发设计周期。
4.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。
系统总设计
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，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、限位开关、行程开关等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件），以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），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，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。
PLC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。
系统硬件设计
主要电气元件的选择
任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。
系统输入部分由所有行程开关、方式选择开关、控制按钮等组成。
逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括各种负载的接触器线圈。
在本次控制系统设计中用PLC代替了继电器控制系统中的逻辑线路部分。
在车床的电气控制系统，所有触头，行程开关，控制按钮（SB1～SB6）等为系统的输入信号；
接触器线圈（KM1-KM5），为系统的输出信号。
电动机的选择
在车床控制系统运行中，电动机类型选择的原则是，在满足工作机械对于拖动系统要求的前提下，所选电动机应尽可能结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。
因此，在选用电动机种类时，若机械工作对拖动系统无过高要求，应优先选用三相交流电异步动机。
三相交流异步电动机的工作原理是基于定子旋转磁场（定子绕组内的三相电流所产生的合成磁场）和转子电流（转子绕组内的电流）的相互作用。
电动机容量选择的原则
在控制系统运行中，电动机的选择主要是容量的选择，如果电动机的容量选小了，一方面不能充分发挥机械设备的能力，使生产效率降低，另一方面电动机经常在过载下运行，会使它过早损坏，同时还出现启动困难、经受不起冲击负载等故障。
如果电动机的容量选大了，则不仅使设备投资费用增加，而且由于电动机经常在轻载下运行，运行效率和功率因数都会下降。
选择电动机的容量应根据以下三项原则进行。
发热：
电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高温度
等于或稍微小于电动机绝缘的允许最高工作温度
，即
。
过载能力：
电动机在运行时，必须具有一定的过载能力。
特别是在短期工作时，由于电动机的热惯性很大，电动机在短期内承受高于额定功率的负载功率时仍可保证
，故此时，决定电动机容量的主要因素不是发热而是电动机的过载能力。
即所选电动机的最大转矩TLmax必须大于运行过程中可能出现的最大负载转矩,即
（
一般为0.8
）（3.1）
启动能力：
由于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Ⅰ。
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，触点多一些。
常用的继电器型号有JZ7、JZ14等。
保护电器的选择
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，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
万能转换开关是一种多档式控制多回路的开关电器。
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、用途和数量见附录
C650卧式车床的主要结构和运动形式
C650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/Δ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Δ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求如下：
（1）主轴与进给电动机M1,功率为30kW,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,由于加工工件转动惯量较大,需采用反接制动。
（2）冷却泵电动机M2,功率为0.15kW,用于在车削加工时,供出冷却液,对工件与刀具进行冷却。
C650卧式车床控制原理电路图概述及原理分析
C650卧式车床控制电路原理图如附录Ⅱ所示。
图中主要分为主电路，冷却电路，快速移动电路等三部分。
主电路分析
从附录Ⅱ中可以看出，断路器QF将三相电源引入，FU1为主电动机M1的短路保护用熔断器，FR1为M1电动机过载保护用热继电器。
为防止在连续点动时的启动电流造成电动机过载，点动时也加入限流电阻R。
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。
FR2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。
控制电路分析
（1）主电动机的点动调整控制
电路中KM3为M1电动机的正转接触器，KM为M1电动机的长动接触器，KA
为中间继电器。
M1电动机的点动由点动按钮SB6控制。
按下按钮SB6，接触器KM3得电吸合，他的主触点闭合，电动机的定子绕组限流电阻R与电源接通，电动机在较低速下起动。
（2）主电动机的正反转控制电路
主电动机的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，他的主触点闭合将限流电阻短接，接触器KM的辅助动合触点闭合使中间继电器KA得电，它的触点闭合，使接触器KM3得电吸合。
KM3的主触点将三相电源接通，电动机在额定电压下正转起动。
KM3的动合辅助触点和KA的动合触点的闭合将KM3线圈自锁。
反转起动时用反向起动按钮SB2，按下SB2，同样是接触器KM得电，然后接通接触器KM4和中间继电器KA，于是电动机在满压下反转起动。
KM3的动断辅助触点和KM4的动断辅助触点分别串在对方接触器线圈的回路中，起到电动机正传和反转的电气互锁作用。
（3）主轴电动机的反接制动控制
当速度接近于零时，用速度继电器的触点给出信号切断电动机电源。
速度继电器与被控电动机是同轴相连的，当电动机正转时，速度继电器的正转常开触点KS1闭合；
电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2闭合。
当电动机正向旋转时，接触器KM3和KM，继电器KA都处于得电动作状态，速度继电器的正转动合触点KS1也是闭合的，这样就为电动机正传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，与此同时KM3也失电，断开了电动机电源，同时KA失电，KA的动断触点闭合。
在松开SB4后就使反转接触器KM4的线圈得电，电动机的电源反接，电动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KS的正转动合触点KS1断开，切断了接触器KM4的通电回路，电动机脱离电源停止。
电动机反转时的制动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KS2是闭合的，这时按一下停止按钮SB4，在SB4松开后正转接触器线圈得电，正转接触器KM3吸合将电源反接使电动机制动后停止。
（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刀架手柄压动限位开关SQ来实现的。
当手柄压动SQ后，接触器KM2得电吸合，M3电动机带动刀架快速移动。
如果车削加工需要冷却液时按下SB6，冷却泵电动机M3动作，KM4线圈得电，冷却泵电动机M2工作，需要停止时按下按钮SB5即可。
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
PLC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
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