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基于PLC的车床电气控制系统设计

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烟台工程职业技术学院

机电工程 系 机电一体化技术 专业 08 级

毕业设计( 论文)

题 目: 基于PLC的电气线路控制

烟台工程职业技术学院毕业设计( 论文)
诚 信 承 诺 书

本人慎重承诺:
我所撰写的设计( 论文) 《PLC在CW6140机床改造中的应用》是在老师的指导下自主完成, 没有剽窃或抄袭她人的论文或成果。如有剽窃、 抄袭, 本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。
毕业论文( 设计) 的研究成果归属学校所有。

学生(签名):
11月25日

目 录
摘 要 1
一 引言 2
二 C650 普通卧式车床的电气控制要求与控制特点 3
三 C650 车床电气控制系统的主电路 10
四 PLC 控制电路 16
4. 1 　 PLC 机型选择、 硬件连接及 I/ O 地址分配
4. 2 　 C650 车床的 PLC 程序设计PLC 的程序
4. 3 　 PLC 梯形图控制分析

结束语 18
致 谢 19
参 考 文 献 19

摘要 : 介绍了西门子公司的 PLC 在普通车床 C650 改造中的应用 . 给出了 C650 车床电气控制的软、 硬件设计 , 本系统既能够用于新型车床的开发也能够用于车床的数控改造 .
关键词 : PLC; 梯形图 ; 车床
1 　引言
普通车床是应用非常广泛的金属切削工具,当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,并存在着固有缺陷. 由于它是利用布线组成各种逻辑来实现控制,需要大量机械触点,因此可靠性不高;当改变生产流程时要改变大量的硬件接线,甚至重新设计系统,要耗费大量的人力物力,花费很多时间. 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: ①通用性、 适应性强; ②完善的故障自诊断能力且维修方便; ③可靠性高及柔性强等优点,且小型PLC的价格当前亦很便宜. 因此,在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用. 本文以C650 车床的控制系统为例,详细说明采用PLC改造传统控制系统的设计过程.
2 　 C650 普通卧式车床的电气控制要求与控制特点
C650 普通车床的电力拖动控制要求与特点如下 :
(1)主轴电动机 M1 一般选用笼型异步电动机 , 完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动 . 电动机采用直接起动的方式起动 , 可正反两个方向旋转 . 为加工调整方便 , 还具有正向点动功能 .
(2)停车时和点动完毕均要反接制动 . 为了防止在频繁点动时 , 大电流造成电动机过载以及限制反接制动电流 , 在点动和反接制动时主电路串接了限流电阻 R.
(3)为了提高生产效率、 减轻工人劳动强度 , 溜板箱的快速移动由电动机 M3 单独拖动 . 根据使用需要 , 可随时手动控制起停2
(4)车削加工中,为防止刀具和工件的温度过高、 延长刀具使用寿命、 提高加工质量,车床附有一台单方向旋转的冷却泵电动机M2 ,提供冷却液.

3 　 C650 车床电气控制系统的主电路
C650 车床的主电路图如图 1 所示 . 主电路中有三台电动机 . 主电动机 M1 、 冷却泵电动机 M2 和快速移动电动机 M3. 主电动机电路接线分为三部分 , 第一部分由交流接触器 KM1 和 KM2 的两组主触点构成电动机的正反转接线 ; 第二部分为电流表 A 经电流互感器 TA 接在主电动机 M1 的动力回路上 , 利用一时间继电器 KT 的延时动合触点 , 在起动的短时间内将电流表暂时短接 ; 第三部分线路经过交流接触器 KM3 的主触点控制限流电阻 R 的接入和切除 . 电动机 M2 由交流接触器
KM4 的主触点控制其接通与断开 ; 电动机 M3 由交流接触器 KM5 控制 .

图 1 　 C650 车床的主电路图
4 　 PLC 控制电路
4. 1 　 PLC 机型选择、 硬件连接及 I/ O 地址分配
车床电气控制系统所需的 I/ O 点总数在 256以下,属于小型机的范围. 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C650 车床上述的电气控制要求,因此PLC能够选择西门子公司的S7 - 200 系列
3. 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. 根据表1 可知,车床电气控制系统需要9 个外部输入信号,5 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 %,以便于系统的完善和今后的扩展预留. 因此本系统所需的输入点为12 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14 点输入,继电器型交流10 点输出. I/ O地址分配如表1 所示, PLC控制的外部接线图如图2 所示.
表 1 　 I/ O 地址分配
输入元件
地址编号
输出元件
地址编号
反接制动按钮 SB1 0.
0.0
主电动机 M1 正转 KM1
0.0
主轴电动机 M1 的正转按钮 SB2
0.1
主电动机 M1 反转 KM2
0.1
主轴电动机 M1 的反转按钮 SB3
0.2
KM3
0.2
主轴电动机 M1 的点动按钮 SB4
0.3
冷却泵电动机 M2 起、 停 KM4
0.3
冷却泵电动机 M2 停止按钮 SB5
0.4
快速电动机 M3 起、 停 KM5
0.4
冷却泵电动机 M2 起动按钮 SB6
0.5

快速电动机 M3 起、 停位置开关 SQ
0.6

速度继电器正转常开触头 KS1
0.7

速度继电器正转常开触头 KS2
1.0

图 2 　 C650 车床 PLC 控制的外部接线图

4. 2 　 C650 车床的 PLC 程序设计PLC 的程序能够采用梯形图、 语句表、 程序块等形式表示 . 为了与继电器 - 接触器系统相承接 , 采用梯形图形式对车床电气控制系统进行编程 . 梯形图与继电器 -接触器系统的原理图从本质上相一致 , 设计方法为参照继电器原理图在保持原有控制逻辑基础上改绘 . 车床电气控制系统的PLC 程序如图 3 所示 .
图3　 C650 车床 PLC 控制的外部接线图
4. 3 　 PLC 梯形图控制分析
(1)车床正向工作及反接制动过程 : 按下 SB2 , M10. 0 接通 , Q0. 2 动作 , KM3 吸合短接电阻 R , 同时 M11. 1 动作 ,Q0. 0 动作 ,KM1 吸合 , 主电动机 M1 正转起动运行 , 开始车削加工 . 要停车时 , 按下 SB1 , Q0. 0 、 Q0. 2释放 , 松开 SB1 , Q0. 1 动作 , KM2 吸合 , 主电动机 M1 串电阻反接制动 , 当速度接近零时 ,速度继电器正转常开触点 KS1 断开 , KM2 释放电动机 M1 停转 . 反向工作过程与正向相同 .
(2)刀架快速移动过程 : 扳动进给操纵手柄压合位置开关 SQ ,Q0. 4 动作 , KM5 吸合 ,M3 起动运行 , 刀架向指定方向快速移动 .
(3)主电动机正向点动过程 : 按下 SB4 ,Q0. 0 动作 , 使 KM1 吸合 , M1 串电阻限流点
动 , 松开 SB4 ,Q0. 0 断开 ,M1 停转 , 实现点动控制.
(4)冷却泵工作过程:如果车削加工过程中,工件需要使用冷却液时,按下SB6 , Q0. 3
动作, KM4 线圈得电, 冷却泵电动机M2 工作,提供冷却液. 要停止, 按下SB5 即可.

5 　结束语
经过实践证明用PLC代替传统继电- 接触器控制能达到很好的效果,不但简化了控制线路,缩小了控制装置的体积,提高了系统工作的可靠性、 通用性,而且增强了控制系统的功能,实现了C650 车床的自动控制,生产效率得到了很大提高,并能很好地保证其加工精度.

致 谢
三年的学习生活转眼就要过去了, 回想这三年的学习生活感触很多。首先感谢我的指导老师高学民老师, 每走一步, 都无不包含她的悉心指导与鼓励。从开展课题到现在, 都无不凝聚着高老师的心血和汗水。高老师严谨的治学态度、 一丝不苟的工作作风、 细致敏锐的洞察力、 开阔的思路、 忘我的工作精神都给我留下了深刻的印象, 还有对我的谆谆教诲都将让我受益终身。我还要特别的感谢我的父母, 感谢她们多年来对我的培养、 支持。是她们无私的资助, 不断的鼓励支持, 才使我顺利地完成学业, 顺利地走上工作岗位。我为有这样的父母而骄傲。没有她们, 就不会有我的今天, 再次对她们致以衷心的感谢! 在这里我还要特别的地感谢所有爱我的人。我取得的每一点成绩, 都有她们在背后为我的付出。在这里我非常衷心的向所有爱我的人致以感谢!

参 考 文 献

[ 参　考　文　献 ]
1 　齐占庆 . 机床电气控制技术 M. 北京 : 机械工业出版社 ,1999.
2 　韩顺杰 , 吕树清 . 电气控制技术 M. 北京 : 北京大学出版社 , .
3 　齐宁宁 , 丁国富 . 基于 PLC 的车床电气控制系统设计 J . 机电一体化 ,