基于PLC的车床电气控制系统设计

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，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。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)：2010年11月25日目录摘要错误!未定义书签。一引言...........................................................................................................错误!未定义书签。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........................................................................................................................164.1PLC机型选择、硬件连接及I/O地址分配4.2C650车床的PLC程序设计PLC的程序4.3PLC梯形图控制分析结束语...............................................................................................................错误!未定义书签。致谢...............................................................................................................错误!未定义书签。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,本系统既可以用于新型车床的开发也可以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,目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的价格目前亦很便宜.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.2C650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通常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.3C650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;第三部分线路通过交流接触器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1C650车床的主电路图4PLC控制电路4.1PLC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,所以PLC可以选择西门子公司的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.所以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1I/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SB10.0.0主电动机M1正转KM10.0主轴电动机M1的正转按钮SB20.1主电动机M1反转KM20.1主轴电动机M1的反转按钮SB30.2KM30.2主轴电动机M1的点动按钮SB40.3冷却泵电动机M2起、停KM40.3冷却泵电动机M2停止按钮SB50.4快速电动机M3起、停KM50.4冷却泵电动机M2起动按钮SB60.5快速电动机M3起、停位置开关SQ0.6速度继电器正转常开触头KS10.7速度继电器正转常开触头KS21.0图2C650车床PLC控制的外部接线图4.2C650车床的PLC程序设计PLC的程序可以采用梯形图、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3C650车床PLC控制的外部接线图4.3PLC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结束语通过实践证明用PLC代替传统继电-接触器控制能达到很好的效果,不仅简化了控制线路,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，都无不包含他的悉心指导与鼓励。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，感谢他们多年来对我的培养、支持。是他们无私的资助，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。没有他们，就不会有我的今天，再次对他们致以衷心的感谢！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，都有他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,2006.3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,2006