c650卧式车床的plc控制系统毕业设计

辽宁工业大学PLC技术与应用课程设计（论文）题目C650卧式车床的PLC控制系统设计院（系）电气工程学院专业班级自动化学号学生姓名指导教师（签字）起止时间201312920131218课程设计（论文）任务及评语院（系）电气工程学院教研室自动化注成绩平时20论文质量60答辩20以百分制计算学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目C650卧式车床的PLC控制系统设计课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能C650卧式车床有两种主要运动一种是安装在床身主轴箱中的主轴作旋转运动，另一种是刀架的快速直线移动；在加工过程中，还需要提供切削液。从车床的加工工艺出发，对电气控制有以下要求1）主轴电动机M1完成主轴旋转运动，采用直接起动方式，可正、反两个方向旋转。2）电动机M2拖动冷却泵，为加工时提供切削液，采用直接起动、单向运行。3）快速移动电动机M3拖动刀架快速移动，根据需要可随时进行手动控制起停，采用单向点动的工作方式。4）根据系统设计，编写上位机组态软件，监控系统运行状态。设计任务及要求1、根据系统控制要求，确定总体控制方案（包括设计系统组成框图，分析各部分的作用）2、确定输入输出信号和类型，选择PLC型号和扩展模块。3、设计3台电机的主电路；建立I/O分配表，完成PLC与输入/输出信号的外部接线；4、按系统的控制要求，用梯形图设计程序；5、上机调试、完善程序；6、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数1）主轴电动机P40KW，N1440转/分，U380V，I84A；2）冷却泵电动机P30KW，N1430转/分，U380V，I65A；3）刀架移动电动机P15KW，N1410转/分，U380V，I349A；进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统的组成（2天）2、设计电机主电路，建立I/O分配，完成外部接线设计（2天）3、按系统的控制要求，完成梯形图设计（2天）4、上机调试、修改程序（1天）5、撰写、打印设计说明书（2天）6、答辩（1天）指导教师评语及成绩平时论文质量答辩总成绩指导教师签字年月日摘要传统的C650卧式车床采用继电器实现电气控制，接线多且复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成，想改变或增加功能很困难，其工作性能已不能达到现代生产的要求。本设计以西门子S7200系列PLC取代常规的继电器，根据C650普通卧式车床原控制要求，利用PLC控制系统，实现了车床启动、正转反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵工作等一些列功能，确定了PLC的I/O地址分配，PLC控制系统的I/O外部接线图，设计了梯形图并进行现场模拟调试，绘制组态监控画面对车床的运行状态进行监控。C650卧式车床改由PLC控制后，其控制系统大大的简单化,并且维修方便,易于检查，节省大量的继电器元件，车床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。系统运行情况良好，车削精度更高该项技术可推广应用于自动化其他领域的控制系统中。关键词PLC；卧式车床；继电器；组态监控目录第1章绪论1第2章系统设计方案221系统功能222系统组成总体结构2第3章硬件设计431PLC系统设计4311主电路设计4312系统输入/输出信号选择5313PLC选择5314I/O分配表及PLC外部接线7第4章软件设计841组态设计842程序设计9第5章实验模拟调试及分析13第6章总结16参考文献17第1章绪论随着社会生产力的发展，传统的继电器控制系统已经不能满足当今迅猛发展的社会的现代化生产要求，小型PLC在普通车床的控制电路中发挥了及其重要的作用。本设计以C650卧式车床的控制系统为例，采用西门子S7200系列PLC作为控制器，代替了C650卧式车床传统控制系统。其控制系统大大的简单化，并且维修方便，易于检查，节省了大量空间，车床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。西门子S7200系列PLC在自动化工业现场已逐步趋于淘汰，国内许多客户的西门子S7200系列PI_C将处于闲置状态。因此用现有的西门子S7200系列PLC改造传统的继电器控制系统既经济又实惠，同时可以消化一部分西门子S7200系列PLC，节约资源。第2章系统设计方案21系统功能C650卧式车床有两种主要运动一种是安装在床身主轴箱中的主轴作旋转运动，另一种是刀架的快速直线移动；在加工过程中，还需要提供切削液。从车床的加工工艺出发，本设计根据要求，对电气控制有以下要求1）主轴电动机M1完成主轴旋转运动，采用直接起动方式，可正、反两个方向旋转。2）电动机M2拖动冷却泵，为加工时提供切削液，采用直接起动、单向运行。3）快速移动电动机M3拖动刀架快速移动，根据需要可随时进行手动控制起停，采用单向点动的工作方式。4）根据系统设计，编写上位机组态软件，监控系统运行状态。该系统应用广泛，可应用于所有机械加工场合。22系统组成总体结构在本次控制系统设计中用PLC代替了继电器控制系统逻辑控制线路部分。系统总体组成如图21所示车床的控制系统的输入信号由停止按钮SB1、主轴电动机M1正转按钮SB2、主轴电动机M1的反转按钮SB3、主轴电动机M1的点动按钮SB4、冷却泵电动机M2停止按钮SB5、冷却泵电动机M2起动按钮SB6以及快移电机M3起、停位置开关SQ、速度继电器正转常开触头KS1、速度继电器反转常开触头KS2提供。系统的输出信号分别控制接触器线圈KM1KM5，进而控制电机的运行，达到控制目的。可编程控制器主机S7200PLC接触器KM1主轴电机M1正转接触器KM2主轴电机M1控制按钮短接制动电阻KM3冷却泵电机M2控制按钮快速移动电机M3起停限位开关接触器KM4接触器KM5冷却泵电机M2起停快速移动电机M3起、停主轴电机M1反转主轴电机M1停止速度继电器正转常开触头KS1速度继电器反转常开触头KS2运行状态指示灯图21系统组成总体框图按钮SB1SB6作为控制按钮，由操作者对系统进行控制；限位开关SQ用于对快移电机进行控制，具有保护作用。速度继电器常开触头KS1、KS2用于反接制动时，当检测到电机转速到达设定速度值时切断反向电源实现停车制动。第3章硬件设计31PLC系统设计311主电路设计系统主要分为主电路，冷却电路，快速移动电路等三部分。如图31所示QFFU2AM13M23M33冷却泵电动机快速移动电动机主轴电动机UVWFU1FR1KM3RFR2KM4KM5380VKTKSKM2KM1PE图31C650卧式车床的主电路图主电路实现对主轴电机的正反转、停止及点动控制。冷却电路实现对冷却泵电机的起、停控制。快速移动电路实现对快速移动电机的点动控制。312系统输入/输出信号选择本设计主要通过按钮控制车床的运行状态，通过分析系统，本系统的开关量输入信号有9个，分别是主轴电机M1停止按钮SB1、主轴电机M1正转启动按钮SB2、主轴电机M1反转启动按钮SB3、主轴电机M1点动按钮SB4、冷却泵电机M2停止按钮SB5、冷却泵电机M2启动按钮SB6、快速移动电机M3点动按钮SQ、速度继电器正转常开触头KS1、速度继电器反转常开触头KS2。输出信号有5个，分别是主电动机M1正转接触器KM1；主电动机M1反转接触器KM2；短接制动电阻接触器KM3；冷却泵电动机M2起、停接触器KM4；快速电动机M3起、停接触器KM5。313PLC选择本设计选用S7200系列PLC,S7200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种车床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如中央空调，电梯控制，运动系统。由于本设计的输入和输出全为数字量，S7200系列各型号CPU输入输出点如下CPU221具有6个输入点和4个输出点；CPU222具有8个输入点和6个输出点；CPU224具有14个输入点和10个输出点；CPU224XP具有14个输入点和10个输出点；CPU226具有24个输入点和16个输出点。分析知系统有9个输入，5个输出，因此选用CPU224，实物如图32所示图32CPU224实物图主机CPU224模块编址如表31所示表31CPU224模块编址主机I/OI00Q00I01Q01I02Q02I03Q03I04Q04I05Q05I06Q06I07Q07I10Q10I11Q11I12I13I14I15314I/O分配表及PLC外部接线本系统的开关量输入信号有9个，输出信号有5个，I/0地址分配表如表32所示表32I/0地址分配表输入输出名称符号地址编号名称符号地址编号反接制动按钮SB1I00主电动机M1正转接触器KM1Q00主轴电动机M1正转按钮SB2I01主电动机M1反转接触器KM2Q01主轴电动机M1的反转按钮SB3I02短接制动电阻接触器KM3Q02主轴电动机M1的点动按钮SB4I03冷却泵电动机M2起、停接触器KM4Q03冷却泵电动机M2停止按钮SB5I04快速电动机M3起、停接触器KM5Q04冷却泵电动机M2起动按钮SB6I05快移电机M3起、停位置开关SQI06速度继电器正转常开触头KS1I07速度继电器反转常开触头KS2I10根据输入/输出信号机地址分配，进行PLC与输入/输出信号的外部连接如图32所示NN24VSB1SB2SB3SB4SB5SB6SQKS1KS2I1M00010203040506072M10ML24VDCCPU224AC/DC/RTYL1N042L030201001LFR1KM5220VKM1KM2KM3Q220V220VKM4FR2图32C650卧式车床的PLC的I/O接线图第4章软件设计41组态设计本设计组态软件采用MCGS编写，画面简洁，实时性强，便于实验室调试。1数据库建立I00I10分别对应按钮PLC的I10I10，Q00Q04分别对应PLC的Q00Q04，数据类型全为开关量型。如图41所示图41数据库建立2组态画面绘制绘制组态画面如图42所示图42组态画面42程序设计按照控制要求，编写相应的PLC控制梯形图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。图43主轴电机正反转、点动、制动梯形图图44主轴电机正反转、点动、制动梯形图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。图45刀架的快速移动和冷却泵控制梯形图第5章实验模拟调试及分析由于实验条件限制，本设计调试部分采用模拟调试，用不同的指示灯的不同状态分别表示不同电机的不同运行状态。将编写好的PLC程序进行编译，下载至PLC，观察各步的动作都正确无误后，按照PLC控制系统接线图在实验台上整体模拟，观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与工艺过程对照。1）模拟主轴电机正转启动如图51所示图51正转启动画面2）模拟主轴电机反转启动如图52所示图52正转启动画面3）模拟主轴电机停车如图53所示图53停车画面4）模拟冷却泵电机启动如图54所示图54冷却泵启动画面5）模拟刀架快速移动（点动）画面如图55所示图55刀架快速移动（点动）画面分别观察表示各个电动机的运行状态的指示灯的状态，并与工艺过程比较，控制程序设计能够满足控制系统的要求。第6章总结本设计采用可编程控制器代替继电器对车床进行控制，因为可编程控制器组成的控制系统在设计、安装、调试和维修等方面，不仅减少了工作量，而且减少了开支，缩减了成本，使线路简化,维修方便效益更高。同时，由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。虽然此次设计PLC编程部分比较简单，但由于自己PLC知识不扎实，导致在编程的时候还是出现了很多问题，最后在同学的帮助下修改和完善了程序，程序在实验室调试成功。但在组态监控设计上，还是有一定缺陷，组态对输入变量只能读取，不能写入，所以编的组态只能对系统运行状态进行监控，不能实现通过组态画面来对系统进行控制，导致最终调试不太成功。通过查阅相关资料，发现原来是程序中由于设计的时候没到辅助继电器，因此存在以上问题。但设计还是能满足大多要求。通过本次设计和老师的讲解，发现自己还是存在很多问题，还应进