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1、 臥式車床電氣控制系統(tǒng) 摘 要：傳統(tǒng)的C650臥式車床采用繼電器實現(xiàn)電氣控制，接線多且復雜，體積大，功耗大，一旦系統(tǒng)構成，想改變或增加功能很困難，其工作性能已不能達到現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。因此，采用連線少、體積小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系統(tǒng)，來代替電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制邏輯，可使機床控制功能更加豐富，自動化水平大大提高。 本次設計介紹了C650臥式車床電氣控制系統(tǒng)的工作原理及其運動形式，編寫了PLC控制梯形圖程序和指令表程序。利用PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了車床的降壓啟動、正轉反轉、反接制動、點動控制、刀架快速移動、冷卻泵工作等一些列功能。此次設計從被控對象的I/

2、O點數(shù)和性價比高、綜合成本低這幾個主要原則出發(fā)，主要進行了控制裝置選型， PLC的地址分配和用梯形圖編輯的PLC控制程序設計。 改由PLC控制后，其控制系統(tǒng)大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查，節(jié)省大量的繼電器元件,機床的各項性能有了很大的改善，工作效率有了明顯提高。 關鍵詞: PLC；臥式車床；繼電器 目 錄 前言 …………………………………………………………1 第一章C650車床的主要結構與控制要求 ……………………3 1.1 C650型臥式車床的主要結構 …………………………………3 1.2 C650控制要求 .

3、..…………………………………………3 1.3保護電器的選擇 .....…………………………………………4 1.4 控制電器的選擇 ……………………………………………4 第2章 C650車床控制元件配置 ...……………………………6 2.1 c650車床結構圖及運行方式 …………………………………6 2.2 I/O地址的分配及接線圖 ....………………………………….6 2.3流程圖 ...………………………………………………….8 第3章 C650臥式車床PLC控制分析 ………………………….10 3.1主電路分析 .……………………………………………….10

4、3.2 控制電路分析及主電動機點動控制 ...………………………….10 3.3 主電動機正反轉控制 .……………………………………….11 3.4 主電動機的反接制動控制 ...………………………………….11 3.5 冷卻泵電動機的控制 .……………………………………….12 3.6刀架的快速移動 …………………………………………….12 第四章 程序設計及調試 ..…………………………………....13 4.1 C650車床PLC控制梯形圖 ...…………………………………13 4.2 C650的指令表 …………………………………………… 16 參考文獻 ..

5、.…………………………………………………17 致 謝 ……………………………………………………..18 前 言 C650普通車床屬于中型機床，用于切削工作外圓、內孔和端面等。該車床由主軸運動和刀具進給運動完成切削加工。車床是機床中應用最廣泛的一種，它可以用于切削各種工件的外圓、內孔、端面及螺紋。車床在加工工件時，隨著工件材料和材質的不同，應選擇合適的主軸轉速及進給速度。但目前中小型車床多采用不變速的異步電動機拖動，它的變速是靠齒輪箱的有級調速來實現(xiàn)的，所以它的控制電路比較簡單。為滿足加工的需要，

6、主軸的旋轉運動有時需要正轉或反轉，這個要求一般是通過改變主軸電動機的轉向或采用離合器來實現(xiàn)的。進給運動多半是把主軸運動分出一部分動力，通過掛輪箱傳給進給箱來實現(xiàn)刀具的進給。有的為了提高效率，刀架的快速運動由一臺進給電動機單獨拖動。車床一般都設有交流電動機拖動的冷卻泵，來實現(xiàn)刀具切削時冷卻。有的還專設一臺潤滑泵對系統(tǒng)進行潤滑。 傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)由于其結構簡單、容易掌控、價格便宜等特點，在一定范圍內能滿足控制要求，因而使用甚廣，在工業(yè)控制領域中普占主要地位，但是繼電器-接觸器控制有明顯的缺點：設備體積大、壽命短、可靠性差、動作速度慢、功能少、程序不可變；因此對于程序固定，控制過程不太

7、復雜的系統(tǒng)還是合適的。但是由于它是靠硬連線邏輯結構構成的系統(tǒng)，接線復雜，所以當生產(chǎn)工藝或對象改變時，原有的接線控制柜就要改連接或更改，通用性靈活性差。 傳統(tǒng)的C650臥式車床采用繼電器實現(xiàn)電氣控制，接線多且復雜，體積大，功耗大，一旦系統(tǒng)構成，想改變或增加功能很困難，其工作性能已不能達到現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。因此，以PLC取代常規(guī)的繼電器，可提高工作性能，并且達到車床的控制要求。本次編程的C650臥式車床電氣控制系統(tǒng)的工作原理及其運動形式，編寫了PLC控制梯形圖程序和指令表程序。利用PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了車床啟動、正轉反轉、反接制動、刀架快速移動、冷卻泵在作等一些列功能，改由PLC控制后，其控制系統(tǒng)

8、大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查，節(jié)省大量的繼電器元件,機床的各項性能有了很大的改善，工作效率有了明顯提高。 本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個原因： ①PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間都在30萬小時以上； ②抗干擾能力強，目前空中各種電磁干擾日益嚴重，為了保證車床控制的靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC； 根據(jù)C650車床系統(tǒng)的要求與特點，我們采用了F1N型PLC。F1N型PLC有小型化、高速度、高性能等特點，是F1N系列中最高檔次的超小型程序裝置。F1N型可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴充設備，有豐富的特殊擴展設備，其中的模擬輸入設

9、備和通信設備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應用可編程序控制器(PLC)對車床電機實現(xiàn)控制。 第一章C650車床的主要結構與控制要求 1.1 C650車床的主要結構 圖1-1 c650的臥式車床結構圖 C650臥式普通車床屬中型車床，加工工件回轉直徑最大可達1020mm,長度可達3000mm。其結構主要由床身、主軸變速箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、絲桿和光桿等部分組成，如圖1-1所示。 C650車床車床由三臺三相籠型異步電動機拖動，即主電動機M1、冷卻電動機M2和刀架快速移動電動機M3。 1

10、.2 c650車床控制要求 從車削工藝要求出發(fā)，對各電動機的控制要求主要是： 主電動機M1（30KW）：由它完成主運動的驅動。要求：降壓起動連續(xù)運轉方式有點動功能以便調整；能正反轉以滿足螺紋加工需要；由于加工工件轉動慣性大，停車時帶有反接制動，此外，還要顯示電動機的工作電流以監(jiān)視切削狀況。冷卻電動機M2：用以加工時提供冷卻液，采用直接起動、單向運行、連續(xù)工作方式?？焖僖苿与妱訖CM3：單向點動、短時工作方式。要求有局部照明和必要的電氣保護與聯(lián)鎖。 1.3保護電器的選擇 ⑴ 熔斷器 熔斷器在電路中主要起短路保護作用，用于保護線路。熔斷器的熔體串接于被保護的電路中，熔斷器以自身產(chǎn)生的

11、熱量使熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現(xiàn)短路保護及過載保護。 ⑵ 熱繼電器 熱繼電器主要用于電動機的過載保護，使用中應考慮電動機的工作環(huán)境、起動情況、負載性質，等因素。星形接法的電動機可選用兩相或三相結構的熱繼電器，三角形接法的電動機應選用帶斷相保護裝置三相結構的熱繼電器。熱繼電器的動作電流整定值一般為電動機額定電流的0.95～1.05倍。 1.4 控制電器選擇 （1） 控制按鈕 控制按鈕在控制電路中常用作遠距離手動控制接觸器、繼電器等有電磁線圈的電路，也可用于電器連鎖等電路中。各電氣元件的型號及規(guī)格、用途和數(shù)量如下表所示： 表1—1 電氣元件符號及功能說明 符號 名稱

12、及用途 數(shù)量 M1 主電動機 1 M2 冷卻泵電動機 1 M3 快速移動電動機 1 FU1~6 熔斷器 6 KM1 M1正轉接觸器 1 KM2 M1反轉接觸器 1 KM3 短接限流電阻接觸器 1 KM4 冷卻泵電動機啟動接觸器 1 KM5 快移電動機啟動接觸器 1 BTE1 主電動機過載保護熱繼電器 1 BTE2 冷卻泵電動機過載保護熱繼電器 1 SB1 總停按鈕 1 SB2 主電動機正向點動按鈕 1 SB3 主電動機正轉按鈕 1 SB4 主電動機反轉按鈕 1 SB5 冷卻泵電動機停止按鈕 1

13、SB6 冷卻泵電動機啟動按鈕 1 SA 選擇開關 1 KA 中間繼電器 1 KT 通電延時時間繼電器 1 SQ 快移電動機點動行程開關 1 PA 電流表 1 TC 控制變壓器 1 R 限流電阻 3 EL 照明燈 1 TA 電流互感器 1 QS 隔離開關 1 BS 速度繼電器 1 第二章 c650車床控制元件配置 2.1 c650車床結構圖及運行方式 圖2-1 C650臥式車床的電氣控制系統(tǒng) 圖2-1是C650車床的主電路，配置三臺電動機M1、M2、M3。主電動機M1由停止按鈕SB1、點動

14、按鈕SB2、正轉按鈕SB3、反轉按鈕SB4、熱繼電器常開觸頭BTE1、BTE2、速度繼電器正轉觸頭BS-1、速度繼電器反轉觸頭BS-2、正轉接觸器主觸頭KM1、反轉接觸器主觸頭KM2、短接限流電阻接觸器KM3、冷卻泵電動機啟動接觸器KM4、快速移動啟動接觸器等原件。 冷卻泵電動機M2由停止按鈕SB5、起動按鈕SB6、熱繼電器常開觸頭BTE2、接觸器主觸頭KM4等控制；快移電動機M3由限位開關SQ、接觸器主觸頭KM5控制。 2.2 I/O地址的分配 電氣控制元件PLC控制的I/O配置見下表，C650車床PLC控制I/O接線見 圖2-2。 表 2-1C650車床PLC控制元件配置表

15、 電氣控制 功能 PLC 電氣控制 功能 PLC 元件符號 編程元件 元件符號 編程元件 SB1 總停止按鈕 X0 BS-1 速度繼電器正轉觸頭 X14 SB2 M1點動按鈕 X1 BS-2 速度繼電器反轉觸頭 X15 SB3 M1正轉按鈕 X2 KM1 M1正轉接觸器主觸頭 Y0 SB4 M1反轉按鈕 X3 KM2 M1反轉接觸器主觸頭 Y1 SB5 M2停止按鈕 X4 KM3 短接限流電阻接觸器 Y2 SB6 M2起動按鈕 X5 KM4 M2接觸器主觸頭 Y3 SQ M3限位開關 X6 KM5

16、 M3接觸器主觸頭 Y4 BTE1 M1熱繼電器常開觸頭 X7 SA 選擇開關 X13 BTE2 M2熱繼電器常開觸頭 X12 EA 照明燈 Y5 C650車床PLC控制I/O接線見圖2-2。 圖2-2 C650車床PLC控制I/O接線 2.3流程圖 2.3流程圖 第三章 C650臥式車床PLC控制分析 3.1主電路分析 車床的電源采用三相380V交流電源，由隔離開關QS引入，主電路中包含三臺電動機的驅動電路。主電動機M1電路分為三部分：交流接觸器KM1，KM2的主觸點分別控制主電路機M1的正轉和反轉：交流接觸器KM3的主觸點用于控制限

17、流電阻R的接入與切除，在主軸電動調整時，R的串入可限制啟動電流;電流表PA用來監(jiān)視主電動機M1的繞組電流，由于M1功率很大，所以電流表PA接入電流互感器ＴＡ回路。機床工作時，可調整切削用量，使電流表PA的電流接近主電動機M1額定電流值（經(jīng)TA后減少了的電流值），以便提高生產(chǎn)率和充分利用電動機的潛力。為防止在主電動機啟動時對電流表造成沖擊損壞，在電路中設置了時間繼電器KT進行保護，當主電動機正向或反向啟動時，KT線圈通電，當延時時間未到時，電流表PA就被ＫＴ延時動斷觸點短路，延時結束才會有電流通過。速度繼電器BS的速度檢測部分與主電動機的輸出軸相連，在反接制動時依靠它及時切斷反向序電源。冷卻泵電

18、動機M2的啟動與停止由接觸器KM4的主觸點控制，快速移動電動機M3由接觸器KM5控制。 為保證主電路的正常運行，分別由熔斷器FU1，F(xiàn)U4，F(xiàn)U5對電動機M1，M2，M3實現(xiàn)短路保護，由熱繼電器BTE1，BTE2對M1和M2進行過載保護，快速移動電動機M3由于是短時工作制，所以不需要過載保護。 3.2控制電路分析　 控制電路因電氣元件很多，故通過控制變壓器TC同三相電網(wǎng)進行電隔離，從而提高了操作和維修時的安全性，其所需的110交流電源也由控制變壓器TC提供，由FU3作短路保護?！盎麨榱恪焙罂刂齐娐房蓜澐譃橹麟妱訖CM1，冷卻泵電動機M2及快速移動電動機M3的三部分控制電路。主電路M

19、1控制電路較復雜，因而還可進一步對其控制電路進行劃分，下面對各局部控制電路逐一分析。 主電動機的點動調整控制。，當按下點動按紐SB2時，接觸器KM1線圈得電，其主觸點閉合，由于KM3線圈并沒接通，因此電源必須經(jīng)限流電阻R進入主電動機，從而減少了啟動電流，此時電動機M1正向直接啟動。KM3線圈為得電其輔助動合觸點不閉合，中間繼電器KA不工作，所以雖然KM1的輔助動合觸點已閉合，但不自鎖。因而松開SB2后，KM1線圈立即斷電，主電動機M1停轉。這樣就實現(xiàn)了主電動機的點動控制。 3.3主電動機的正反轉控制 車床主軸的正反轉是通過主電動機的正反轉來實現(xiàn)的，主電動機M1的額定功率為30KW，但只是

20、車削加工時消耗功率較大，而啟動時負載很小，因此啟動電流并不大，在非頻繁點動的情況下，仍可采用全壓直接啟動。 當按下正向啟動按鈕SB3時，交流接觸器KM3的線圈和通電延時時間繼電器KT線圈同時得電。KT通電，其位于M1主電路中的延時動斷觸點短接電流PA，延時斷開后，電流表接入電路正常工作，從而使其免受啟動電流的沖擊；KM3通電，其主觸點閉合，短接限流電阻R，輔助動合觸點閉合，使得KA線圈得電。KA動斷觸點斷開，分斷反接制動電路；動合觸點閉合，一方面使得KM3在SB3松手后仍保持通電，進而KA也保持通電，另一方面使得KM1線圈通電并形成自鎖，KM1主觸點閉合，此時主電動機M1正向直接啟動。 S

21、B4為方向啟動按鈕，反向直接啟動過程同正向類似，不再寫出。 3.4主電動機的反接制動按鈕 C650車床停車時采用反接制動方式，用速度繼電器BS進行檢測和控制，下面以正轉狀態(tài)下的反接制動為例說明電路的工作過程。 當主電路M1正轉運行時，由速度繼電器工作原理可知，此時BS的動合觸點BS—2的閉合。當按下總停按鈕SB1后，原來通電的KM1，KM3，KT和KA線圈全部斷電，它們的所有觸點均被釋放而復位。當松開SB1后，由于主電動機的慣性轉速仍很大，BS-2的動合觸點繼續(xù)保持閉合狀態(tài)，使反接接觸器KM2線圈立即通電，其電流通路是：SB1→BTE1→KA動斷觸點→BS-2→KM1動斷觸點→KM2線圈

22、。這樣主電動機M1開始反接制動，反向電磁轉矩將平衡正向慣性轉動轉矩，電動機正向轉速很快降下來。當轉速接近于零時，BS-2動合觸點復位斷開，從而切斷了KM2線圈通路，至此正向反接制動結束。反轉時的反接制動過程與上述過程類似，只是在此過程中起作用的為速度繼電器的BS-1動合觸點。 反接制動過程中由于KM3線圈未得電，因此限流電阻R被接入電動機主電路，以限制反接制動電流。 通過對主電路控制電路的分析，我們看到中間繼電器KA在電路中起著擴展接觸器KM3觸點的作用。 3.5冷卻泵電動機的控制 冷卻泵電動機M2的啟停按鈕分別為SB6和SB5，通過它們控制接觸器KM4線圈的得電與斷電，從而實現(xiàn)對冷

23、卻泵電動機M2的長動控制。它是一個典型的電動機直接啟動控制環(huán)節(jié)。 3.6刀架的快速移動 轉動刀架手柄，行程開關SQ被壓，其動合觸點閉合，使得接觸器KM5線圈通電，KM5主觸點閉合，快速移動電動機M3就啟動運轉，其輸出動力經(jīng)傳動系統(tǒng)最終驅動溜板箱帶動刀架做快速移動。當?shù)都苁直鷱臀粫r，M3立即停轉。該控制電路為典型的電動機點動控制。 另外，由圖所示的臥式車床電氣控制系統(tǒng)可知，控制變壓器TC的二次側還有一路電壓為36V（安全電壓），提供給車床照明電路。當開關SA閉合時，照明燈EL點亮；開關SA斷開時，EL就熄滅。 第四章 程序設計及調試 4.1 C65

24、0車床PLC控制梯形圖 本順控程序的初始程序、控制程序及輸出程序的梯形圖如下圖所示。 圖4-1 圖4-1實現(xiàn)了電機的連續(xù)正轉和點動正轉。 首先按下主電動機正轉按鈕X002，輔助繼電器M0先得電，正轉Y000得電，同時它的常開觸點閉合，實現(xiàn)自鎖，電機正轉。按下主電動機正向點動按鈕X001，輔助繼電器M0不會得電，所以松開主電動機正向點動按鈕X000，則正轉Y000立馬失電，實現(xiàn)主電機的正轉點動控制。 圖4-2 圖4-2實現(xiàn)了電機的反轉。按下主電動機反轉按鈕X003，反轉Y001得電同時它的常開觸點閉合，實現(xiàn)主電機反轉的自鎖，則會一直運行。 圖4-3 圖4-3實現(xiàn)

25、了冷卻泵的運轉。按下冷卻泵啟動按鈕X005，冷卻泵Y003得電，同時它的常開觸點閉合，實現(xiàn)冷卻泵運轉的自鎖。 圖4-4 圖4-4實現(xiàn)了快速移動電動機的運行。按下快速移動點動行程開關X006，則Y004得電，實現(xiàn)快速移動。 圖4-5 圖4-5實現(xiàn)了正轉時的反接制動和反轉時的反接制動。當電機是正轉時，按下總停按鈕X000，所有線圈失電，但此時電機運轉速度不能立刻停止，速度很快。這時就需要反接制動，反接制動觸點X014作用，使正轉時反接制動時間繼電器得電，實現(xiàn)電機的反轉也就實現(xiàn)了反接制動。當電機反轉時，同理。 圖4-6 圖4-6是照明燈的啟動。按下選擇開關X013，照明燈Y

26、005得電，實現(xiàn)照明。 4.2 C650的指令表 由上述可得C650的指令表所示。表4-1 表4-1 C650的指令表 0 LD X002 18 OUT M0 36 ANI X000 1 OR Y000 19 LD X003 37 OUT Y004 2 AND M0 20 OR Y001 38 LDI X000 3 0R X001 21 AND M0 39 MPS 　 4 ANI Y001 22 ANI Y000 40 AND X014 5 AND X000 23 AND X000

27、41 OUT TO 6 LD T1 24 LD T0 42 OUT T3 7 ORB 　 25 ORB 　 43 MRD 　 8 ANI X007 26 ANI X007 44 AND X015 9 ANI T2 27 ANI T3 45 OUT T1 10 OUT YOOO 28 OUT Y001 46 OUT T2 11 LD X002 29 LD X005 47 LD X013 12 OR X003 30 OR Y003 48 AND X000 13 OR

28、 Y002 31 ANI X000 49 OUT Y005 14 AND XOOO 32 ANI X004 50 END 　 15 OUT Y002 33 ANI X012 51 　 　 16 LD Y002 34 OUT Y003 52 　 　 17 AND X000 35 LD X006 53 　 　 參考文獻 [1] 方承遠.工廠電氣控制技術.[M]北京：機械工業(yè)出版社，2003 [2] 史國生.控制與可編程控制器技術.[M]北京：化學工業(yè)出版社，2005 [3] 廖常初.可程控制器

29、的編程方法與工程應用.[M]重慶：重慶大學出版社，2001 [4] 江志鋒.編程控制器原理與應用.[M]西安：西安電子科技大學出版社，2004 [5] 丁煒.編程控制器在工業(yè)控制中的應用.[M]杭州：化學工業(yè)出版社，2004 致謝 在不知不覺之間，課程設計終于完成了。這無疑是段糾結和無措，最后轉化為興奮與愉悅的過程。在設計期間，總會與有一個接一個的問題出現(xiàn)，各種各樣。但最后，一次次的絞盡腦汁，一次次的尋求答案，勝利的曙光普照。這是不僅是一次課程設計，更是對我們大學三年所學知識的一種肯定。 課程設計完成

30、了，我不會為自己感到非常興奮。因為，我知道，期間最大的功勞是我的指導老師張衛(wèi)平老師。剛抽好題目的時候，我是那么的迷茫，因為我根本就不能理解設計的內容與要求，是張老師的細心講解與分析給我指出了正確的思路。在設計期間，由于設計的資料相當有限，就在我驚慌無措的時候，是張老師給了我最大的幫助，他幫我尋找了我設計中用到元件的相關手冊，這就如同雪中送炭般，給了我物質以及精神上最大的支持。每次，在設計中遇到了不懂的地方，張老師總能耐心地為我講解。整個設計過程中，我覺得我是幸福的，因為我有一位傳道授業(yè)解惑的優(yōu)秀的老師。再次，我要向張老師致以我最真摯的謝意，謝謝他的一路指導。同時，我還要感謝我的同學們，你們給予我支持與幫助，是你們在一路上為我加油，為我打氣，正是有你們，我才會有克服困難和挫折的勇氣，成功完成我課程設計的精彩句點。 第 17 頁 共 18 頁