用PLC改造C650卧式车床的电气控制系统.docx
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用PLC改造C650卧式车床的电气控制系统
重庆能源职业学院
毕业设计（论文）
论文设计题目:
用PLC改造C650卧式车床的电气控制系统
班级：
姓名：
陈波
学号：
037
指导教师：
曾卿卿
时间：
2013年6月7日
毕业设计（论文）成绩表
能源系供用电技术专业班
评审意见：
指导教师对学生所完成的课题为
的毕业设计（论文）进行的情况，完成情况的意见：
评分：
平时成绩（百分制）论文成绩（百分制）
指导教师
年月日
答辩：
毕业设计（论文）答辩组对学生所完成的课题为
的毕业设计（论文）经过答辩,成绩为
毕业设计（论文）答辩组负责人
答辩组成员
年月日
总成绩（平时成绩20%+论文成绩30%+答辩成绩50%）：
签字：
年月日
毕业（论文）设计任务书
能源工程系（部）供用电技术专业班学生陈波学号037
一、毕业设计（论文）题目：
用PLC改造C650卧式车床的电气控制系统
二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：
2012年11月25日起至2013年6月13日止
三、毕业设计（论文）进行地点：
重庆能源职业学院
四、任务书的内容：
1、目的：
（1）通过本设计使学生掌握根据普通机床的加工工艺要求进行机床电气控制系统改造（继电器——接触器控制、PLC控制）的基本方法进一步巩固电气控制技术与可编程控制器的理论和应用知识，培养学生分析控制要求、设计和调试控制系统的能力，为将来从事机电设备电气控制设计、维修和管理打下基础。
（2）提高学生对工作认真负责、一丝不苟，认真思考、用于开拓、用于实践的基本素质。
（3）培养学生综合运用所学知识，结合实际独立完成课题的工作能力和解决生产中实际问题的能力。
（4）对学生的知识面、掌握知识的深度、运用理论结合实际去处理问题的能力、实验能力、计算机运用水平、书面及口头表达能力进行综合考核。
2、任务：
（1）收集C650型卧式车床的相关资料，分析其工作过程。
（2）设计机床电气控制系统，分析电气控制电路工作过程。
（3）选择PLC型号，设计PLC控制系统输入输出接线图、梯形图。
（4）完成电气元件计算选择、列出元件清单。
（5）设计机床电气接线施工方案。
毕业设计（论文）进度计划表
起止日期
工作内容
完成情况
备注
3月11日-3月17日
3月18日-3月24日
3月25日-3月31日
4月1日-4月7日
4月8日-4月14日
4月15日-4月21日
4月22日-4月28日
4月29日-5月5日
5月6日-5月12日
5月13日-5月19日
5月20日-5月26日
5月27日-6月2日
6月3日-6月7日
熟悉毕业设计课题的内容。
理解和分析毕业设计课题的分解方向。
查阅PLC相关资料文献。
查阅PLC相关资料文献。
收集工作中跟论文有关的图片、资料等。
收集工作中跟论文有关的图片、资料等。
根据论文要点，构建论文主体框架。
完成毕业论文整体框架的撰写。
完成毕业设计论文的初稿。
对毕业设计论文的初稿进行修改。
对毕业论文进行再次修改。
完成毕业设计论文最后排版等。
完成毕业设计论文的打印装订、准备毕业论文答辩用的PPT等。
已完成
已完成
已完成
已完成
已完成
已完成
已完成
已完成
已完成
已完成
已完成
已完成
已完成
指导教师：
曾卿卿
2013年6月7日
系：
能源工程系
2013年6月7日
备注：
进度计划以周为单位。
摘要
面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。
制造装备的改进，使得作为工业重要设备的各类机械工艺装备也有了许多新的变化，尤其是金属切削机械产品，其在今天机械产品的地位越来越重要。
传统的制造装备由于技术落后、可靠性差、工作效率低、故障率高、故障诊断和排除困难，已严重影响企业的生产效率。
因此，更新改造旧机床等制造装备很有必要。
更新改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业，在国外己形成一定规模和市场，涌现出了许多专门从事机床改造的公司。
国外旧机床改造费用大约为同类型新机床价格的60%，尽管费用较高，但由于机床改造后使用效果好，所以仍然受到机床用户的欢迎。
此次更新改造设计是对C650卧式车床的控制系统的PLC控制改造的研究设计。
采用连线少、体积小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系统，来代替电气控制系统中继电器控制逻辑，配以合适的数控装置，可使机床控制功能更加丰富，自动化水平大大提高。
此次设计从被控对象的I/O点数和性价比高、综合成本低这几个主要原则出发，主要进行了控制装置选型，PLC的地址分配和用梯形图编辑的PLC控制程序设计。
关键词：
主电路控制电路PLCC650机床
第一章C650卧式车床简介
C650卧式车床的主要结构
普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹等加工。
C650卧式普通车床属中型车床，加工工件回转直径最大可达1020mm,长度可达3000mm。
其结构主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆和光杆等部分组成，如图1所示。
1-进给箱；2-挂轮箱；3-主轴变速箱；4-溜板与刀架；5-溜板箱；6-尾架；7-丝杆；8-光杆；9-床身；
图1C650型卧式车床示意图
C650卧式车床的控制方式及其优缺点
C650卧式车床的控制方式是将接触器、继电器、定时器、其他电器及其触点按一定逻辑关系连接的继电接触器控制系统，其具有结构简单、价格便宜、便于掌握的特点，在一定范围内满足控制要求，此控制方式在工业控制中比较常见。
但这种控制方式存在着设备体积大、动作速度慢、功能少而固定、可靠性差、难于实现较复杂的控制的缺点，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺改变时，原有的接线和控制盘就要更换，缺乏通用性和灵活性。
为了解决继电接触器控制系统的这一缺点，寻求一种比继电接触器更可靠、功能更齐全、相应速度更快的新型工业控制器势在必行。
此新型工业控制器应该既有电接触器简单易懂、使用方便、价格低的特点又有功能完善、通用性好、灵活性好的优点。
从被控制对象维护简单和控制器性价比高、综合成本低这几个主要原则出发，可编程控制器（PLC）是最佳的选择。
第二章PLC对C650卧式车床的改造
C650卧式车床原理分析
2.1.1.主轴电动机电路
三相交流电源L1、L2、L3经QF空气开关引入C650车床主电路，主电动机电路中，FU1熔断器为短路保护环节，FR1是热继电器加热元件，对电动机M1起过载保护作用。
（1）主电动机正反转:
KM1与KM2分别为交流接触器KM1与KM2的主触头。
根据电气控制基本知识分析可知，KM1主触头闭合、KM2主触头断开时，三相交流电源将分别接入电动机的U1、V1、W1三相绕组中，M1主电动机将正转。
反之，当KM1主触头断开、KM2主触头闭合时，三相交流电源将分别接入M1主电动机的W1、V1、U1三相绕组中，与正转时相比，U1与W1进行了换接，导致主电动机反转。
（2）主电动机全压与减压状态：
当KM3主触头断开时，三相交流电源电流将流经限流电阻R而进入电动机绕组，电动机绕组电压将减小（体现在车床点动及停车制动时）。
当KM3主触头闭合，则电源电流不经限流电阻而直接接入电动机绕组中，主电动机处于全压运转状态（主要体现在车床起动时）。
（3）绕组电流监控：
电流表PA在电动机M1主电路中起绕组电流监视作用，通过TA线圈空套在绕组一相的接线上，当该接线有电流流过时，将产生感应电流，通过这一感应电流间接显示电动机绕组中当前电流值。
其控制原理是当KT常闭延时断开触头闭合时，TA产生的感应电流不经过PA电流表，而一旦KT触头断开，PA电流表就可检测到电动机绕组中的电流。
（4）电动机转速监控：
KS是和M1主电动机主轴同转安装的速度继电器检测元件，根据主电动机主轴转速对速度继电器触头的闭合与断开进行控制。
2.1.2.控制线路分析
控制线路从6区至16区，各支路垂直布置，相互之间为并联关系。
各线圈、触头均为原态（即不受力态或不通电态），而原态中各支路均为断路状态，所以KM1、KM3、KT、KM2、KA、KM4、KM5等各线圈均处于断电状态。
（1）主电动机点动控制：
按下SB2，从线路1、3、5、7、9、11、KM1线圈、4、2回到线路1，使KM1线圈通电，根据原态支路常断现象，其余所有线圈均处于断电状态。
因此主电路中为KM1主触头闭合，由QS隔离开关引入的三相交流电源将经KM1主触头、限流电阻R接入主电动机M1的三相绕组中，主电动机M1串电阻减压起动。
一旦松开SB2，KM1线圈断电，电动机M1断电停转。
SB2是主电动机M2的点动控制按钮。
（2）主电动机正转控制：
按下SB3，从线路1、3、5、7、15、KM3和KT线圈、4、2回到线路1使KM3和KT线圈同时通电，并通过常开辅助触头KM3闭合而使KA线圈通电，KA线圈通电又导致KA常开辅助触头闭合，从线路1、3、5、7、15、13、9、11、KM1线圈、4、2回到线路1，使KM1线圈通电。
而KM1常开辅助触头与KA常开辅助触头对SB3形成自锁。
主电路中KM3主触头与KM1主触头闭合，电动机不经限流电阻R则全压正转起动。
绕组电流监视电路中，因KT线圈通电后延时开始，但由于延时时间还未到达，所以KT常闭延时断开触头保持闭合，感应电流经KT触头短路，造成A电流表中没有电流通过，避免了全压起动初期绕组电流过大而损坏A电流表。
KT线圈延时时间到达时，电动机已接近额定转速，绕组电流监视电路中的KT将断开，感应电流流入PA电流表将绕组中电流值显示在PA表上。
（3）主电动机反转控制：
按下SB4，从线路1、3、5、7、15、KM3和KT线圈、4、2回到线路1导致KM3线圈与KT线圈通电，与正转控制相类似，KA线圈通电，再通过线路1、3、5、7、15、19、21、23、KM2线圈、4、2回到线路1，导致KM2线圈通电。
主电路中KM2、KM3主触头闭合，电动机全压反转起动。
KM1线圈所在支路与KM2线圈所在支路通过KM2与KM1常闭触头实现电气控制互锁。
（4）主电动机反接制动控制:
正转制动控制：
KS-1是速度继电器的正转控制触头，当电动机正转起动至接近额定转速时，KS-1闭合并保持。
制动时按下SB1，控制线路中所有电磁线圈都将断电，主电路中KM1、KM2、KM3主触头全部断开，电动机断电降速，但由于正转转动惯性，需较长时间才能降为零速。
一旦松开SB1，则经线路1、3、5、7、17、21、23、KM2线圈、4、2回到线路1，使KM2线圈通电。
主电路中KM2主触头闭合，三相电源电流经KM2使U1、W1两相换接，再经限流电阻R接入三相绕组中，在电动机转子上形成反转转矩，并与正转的惯性转矩相抵消，电动机迅速停车。
在电动机正转起动至额定转速，再从额定转速制动至停车的过程中，KS-2反转控制触头始终不产生闭合动作，保持常开状态。
反转制动控制：
KS-1在电动机反转起动至接近额定转速时闭合并保持。
与正转制动相类似，按下SB1，电动机断电降速。
一旦松开SB1，则经线路1、3、5、7、17、9、11、KM1线圈、4、2回到线路1，使线圈KM1通电，电动机转子上形成正转转矩，并与反转的惯性转矩相抵消使电动机迅速停车。
图2卧式车床电气控制原理图
PLC的选型及I/O分配
2.2.1.PLC类型选择
根据设计要求及对上述各项的分析，综合考虑被控对象的I/O点数和PLC性价比高、综合成本低这几个主要原则，可选用西门子S7-200系列的PLC对C650卧式车床电气控制系统进行改造。
西门子S7-200系列是德国西门子（SIEMENS）公司生产的小型PLC，在我国应用相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。
它不但具有PLC的诸多特点，而且与其他同等类型的PLC相比它还具有标准化、体积小、速度快、质量好、程序全面、编程简易、软硬件成熟、功能更强、可靠性更高等优点。
西门子S7-200系列PLC主机有四种类型CPU单元，有六种基本型号的扩展模块，I/O点数和可带扩展模块的数量因CPU单元类型而异，主要有CPU2216入/4出可带0块扩展模块、CPU2228入/6出可带2块扩展模块、CPU22414入/10出可带7块扩展模块、CPU22624入/16出可带7块扩展模块。
虽然西门子S7-200系列PLC主机有不同类型CPU单元，但其硬件外部结构大体相同，（如图3）所示。
各扩展模块硬件结构也无多大区别，（如图4）所示。
其各主机的主要技术性能指标。
图3西门子S7-200系列主机硬件外部结构图4扩展模块硬件结构
综合分析西门子S7-200系列PLC各主机的技术性能指标与C650卧式车床控制输入/输出点数，以及考虑到给C650卧式车床进一步更新改造留有空间，在不带扩展模块的情况下，I/O点数符合C650卧式车床的控制要求的有CPU224和CPU226PLC主机，而CPU226PLC主机的I/O点数量大大超过了C650卧式车床控制输入/输出点数控制需求。
如果用选用CPU226PLC主机对C650卧式车床进行改造显然不合理，既浪费资源，又浪费资金。
除CPU226外，还有CPU224PLC主机I/O点数与C650卧式车床控制输入/输出需求点数相近，而且能满足控制要求。
选用CPU224PLC主机比选用CPU226PLC主机对C650卧式车床进行改造不但设计合理，而且更充分的利用了资源和更节省了资金。
虽然CPU222PLC主机的I/O点数与C650卧式车床控制输入/输出点数极为相近，但CPU222PLC主机的I/O点数偏少，不能满足控制要求。
若CPU222PLC主机带上一个合理的数字量扩展模块也能满足控制要求，但是考虑到PLC系统的维护以及PLC的可扩展性，CPU224PLC主机要比CPU222PLC主机带上一个数字量扩展模块优越得多。
所以本次设计选用西门子S7-200系列CPU224PLC主机对C650卧式车床电气控制系统进行改造。
2.2.2.I/O分配
输入
输出
输入继电器
输入元件
作用
输出继电器
输出元件
控制对象
SB1
总停止的开关
KM1
主电动机M1正转
SB2
主电动机M1点动的开关
KM2
主电动机M1反转
SB3
主电动机M1正转的开关
KM3
主电动机M1制动
SB4
主电动机M1反转的开关
KM4
冷却泵电动机M2启动
SB5
冷却泵电动机M2停止的开关
KM5
快移电动机M3启动
SB6
冷却泵电动机M2启动的开关
KA
电流表接入
根据对C650卧式车床控制输入/输出需求点数以及对西门子S7-200系列CPU224PLC主机I/O点数和各项性能指标进行分析，拟定PLC控制I/O分配（如表一）所示。
表一
用PLC改造后的C650卧式车床原理及I/O接线图
为了使改造后的车床安全高效，并且维护维修方便，在保障车床电气安全可靠的前提下，改造后的C650卧式车床电气控制主电路无多大变化，只是把电气元件适当替换，如除了总电源去除熔断器外，其他电路的熔断器改用塑料外壳式断路器代替。
塑料外壳式断路器相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠压继电器等组合，集多种控制与保护于一身，并具有操作安全、使用方便、工作可靠、安装简单、分断能力高等优点，因此，机床改造中使用塑料外壳式断路器作为保护电路之用是非常合理的选择。
控制电路全部改为PLC控制。
为保证车床电气安全可靠，主电机正反转控制电路除了有PLC内部软继电器互锁外，还要有外部硬件接触器互锁，主电动机和冷却泵电动机要有过载、短路等保护。
用PLC改造后的C650卧式车床原理及I/O接线图（如图5）所示。
图5I/O接线图
PLC控制C650卧式车床的梯形图
为实现PLC对C650电气的控制，以及体现出PLC在工业控制领域里编程维护方便、功能齐全强大、安全、快速、高效和可靠性高等诸多优点。
PLC编程时引入中间继电器和定时器T37，且合理利用和分配I/O及各继电器的常开、常闭点,使之能达到控制要求。
PLC梯形图程序和指令表以及各个I/O点、继电器、定时器T37使用说明如（图6）主电动机控制程序、快移、冷却控制程序所示。
图6C650梯形图
PLC对C650卧式车床改造电柜内部电器元件安装位置图
改造后电柜内部电器元件安装位置图（如图7）所示。
图7电柜内部电器元件安装位置图
PLC对C650卧式车床改造操作面板按钮安装位置图
改造后操作面板按钮安装位置图（如图8）所示。
图8操作面板按钮安装位置图
PLC对C650卧式车床改造电柜外部电器元件接线示意图
改造后电柜外部电器元件接线示意图（如图9）所示。
图9电柜外部电器元件接线示意图
参考文献
[1]机床电气控制技术机械工业出版社王振臣主编
[2]机床电气控制线路图识图技巧机械工业出版社贺哲荣主编
[3]常用低压电器手册化学工业出版社杨国福主编
[4]机床电器与可编程控制器机械工业出版社姚永刚主编
[5]PLC开发与应用实例详解北京航空航天大学出版社吴作明主编
致谢
大学生活即将结束，为期两个月的毕业设计也接近了尾声。
此次毕业设计的完成，凝聚着许多人的关怀和帮助，特别感谢在这次毕业设计过程中毕业设计导师给予的帮助，让本次的毕业设计得以顺利完成。
同时，也非常感谢本小组的各位同学，通过与你们的合作，我的个人专业知识得到了提高，也明白了为人处事的道理，更让我深刻地理解了团队合作的精神。
再次感谢老师与同学们这些日子的陪伴、鼓励与帮助！
顶岗实习报告
班级：
姓名：
陈波
学号：
037
完成时间：
2013年6月1日
概述
重庆普森实业有限公司成立于2009年11月，系送变电专业承包叁级企业，主管部门重庆市九龙坡区建委公司，下设市场部、工程部、行政部、财务部、公司可承建35KV、110KV等线路工程及变电站工程、索道施工工程。
公司的奋斗目标是：
改革开拓进取，务实求真，强化企业管理，增强企业活力，扩大企业资产，再创企业辉煌。
自公司创建以来，从未发生过重大设备、人身安全事故，多次受到建委和安全管理部门授予安全管理及先进单位和先进管理企业的称号和个供电分局安监部门的好评，为重庆电力系统发展和地方建设做出了应有的贡献。
第一章实习工作
实习简介
2012年12月18日报到上班，在公司担任预算员一职，从事预算工作，通过自己的不断进取，对预算有重大的突破。
实习成果
初出校园，实习的第一个月，每天的工作就是打印文稿，复印文件，送资料……什么都做，空余的时间，自己背定额，上造价网看造价信息。
在这一个月里，发现自己有那么多的不足。
还记得当我拿到第一份图纸准备计算工程量的时候，当时真的想哭，我真不知道从何开始算起。
幸运的是我遇到了一个好的师父，无论我提出的问题是多么的简单，他都会耐心并详细的帮我解答，有时候问的问题连我自已都感觉很不好意思问出口，可是师父都没有表现出不耐烦，还总是说让我不懂的就问她，不要总是闷着不问，不要害怕问。
在我实习的这段时间里，我从师傅那里真的学到了不少知识。
比如说做一名合格的预算员必须要了解公司的规定要求，每月的月底统计当月的实际施工产值及成本分析情况。
及时参加成本分析会议，对项目部每月的盈亏情况作出分析报告，对于施工阶段的预算书以实际情况按每个楼层每个分项工程进行编制，并打印全部的工料分析，作为定额人工和定额材料下达给生产经理，在实际的施工过程中，根据现场的实际情况，对定额编制的工料含量的高低水平作出适当科学合理化的调整，该定额人工作为工程任务单进行人工的控制和分配的基础，定额材料，仓库领料定额依据。
平时在工作中总是积极地配合项目经理进行合同管理，参与一些分包合同的洽谈，根据公司的规定并结合项目部的实际情况，起草一些分包合同的草稿，分包合同签订后，对分包合同进行跟踪管理，每月初完成本项目部的上月的实际施工分配任务（包括分包方的粗分配），定额材料的统计，并向公司提交有关的报表，每月月底向公司提交下月的主要材料计划，预计下月的施工产值及各项的耗用成本，编制下月的成本保证措施。
在施工过程中，实行定额领料和成本跟踪控制，为项目部的成本控制提供一些合理化的保证措施，为项目部及时提供一些经营资料及数据，及时
做好项目的成本核算工作。
及时参加项目的会议，按公司的规章制度进行值班等。
每月月底向业主和监理提交的施工进度报表以作付工程进度款的依据，及时与投资监理核对工程量，进度产值确定后，及时配合项目经理催促业主支付上月的工程进度款。
及时向业主进行工程签证，做好一些索赔工程，特别是一些工程材料的报价，提前向业主和监理报价，以便业主审核后，我施工方材料员能及时采购，使得工程顺利施工。
总之，在经营方针上坚持最高的收入，最低的支出。
对内工作及时、准确、实事求是、把握住定额，控制量，有时并且要留有一定的余量；对外工作资料齐全、用足政策、用足机会，时刻处理好业主、监理与施工方的关系，有时遇到一些工作困难，及时与领导联系汇报，以便寻找更好解决问题的办法，争取公司的最大利润。
第二章实习总结
2012年12月份我进入工作岗位实习，回顾这6个月的工作和生活真的是受益良多，想到在6个月之前自已还是一个还在大学里面不知道工作之滋味的学生，现在已经在工作岗位上实习了两个多月了，觉得人生真的是充满了变化。
不过人总是要从学校里面走入社会的，想到自已从刚开始来到这个项目实习的紧张到现在的慢慢适应，真的是要感谢项目上的每一个帮我适应的领导和同事们。
社会面临的竞争和压力是不言而喻的，在学校的时候会听到这样一些话：
“学校里学来没用的，出去外面一学就什么都会了……”。
其实这句话是空头支票。
现在都做不好，何谈以后怎么样。
做预算会看图那是做一个项目的前提条件，就是我们在学校学的制图与识图。
理论、制图和识图就好像一座大楼的基础，如果说基础打不好那这座大楼绝对是一豆腐渣工程。
所以说在学校学的理论、制图、识图是非常非常重要的。
所以每做一步，一定要先打牢基础才是真正的赢家！
致谢
几个月的实习时间虽然不长，但是我从中学到了更多做人，做事，做学问的道理。
我衷心感谢学校和老师们对我的培养，同时也祝各位学弟学妹们学业有成！
很荣幸，我能与各位老师和同学谈谈我实习期间的情况。
自离校后，从找工作到现在的这些日子里，经历了很多，让我积累了很多。
然而也让我领悟到，自己永远是有学不完的东西等着自己。
面对的业主成千上百，面对的事情千变万化，要把握好每个业主的每件事，需要掌握很广的知识，要学做人，学做事。
我应该逐渐加强自己的人际交往能力和处事的灵活能力。
对于学院的管理，学弟学妹们首先要调节好自己的心态，学院的管理制度虽然严格，但是它有实际的效果。
最后，很感谢学院对我的培养和信任，无
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