基于PLC的CM6132型卧式车床电气控制系统的要求

1、基于PLC的CM6132型卧式车床电气控制系统的要求 摘要 CM6132型卧式车床属于小型卧式车床，其传统的控制方式是利用继电器接触器原理控制。由于继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触电的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，起接线多而复杂、体积大、功耗大、一旦系统构成后想在改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每只有48对触点灵活性和扩展性差。继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级，机械触点还会出现抖动问题。除此之外，继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多，触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命

2、短，可靠性和可维护性差。又因可编程控制器采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序的方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序，其接线少，体积小，控制速度极快，一般一条用户指令执行时间在微妙数量级，能实现计数功能。系统设计完成后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，调试和维护方便。故本次设计要利用PLC对车床进行控制，这样既可以提高生产效率，也可以增加机床的使用寿命。本文阐述了CM6132卧式车床电气控制线路的工作原理，并且对其主电路和控制电路进行了分析，然后对PLC的硬件和软件进行设计。根据车床的工作要求选择合理的工作器件，然后编写相应的程序语句并绘制梯形图，再根据输入输出点数选择PLC

3、型号，最后对程序进行模拟调试。关键词 PLC 卧式车床 梯形图 目 录1 引言1.1 课题背景1.2课题研究目标及其意义2 车床及其电气控制线路分析2.1 车床的结构及运动形式2.2 普通车床的工作特性与电力拖动控制要求2.3 机床电气控制线路分析2.3.1 电气控制原理图的阅读分析方法与步骤2.3.2 查线读图法的要点3 CM6132卧式机床的电气控制原理3.1 CM6132卧式机床的概述3.2 CM6132卧式机床的电气控制线路分析3.2.1 主电路分析3.2.2 控制电路和照明电路分析4.1 PLC的由来、定义及分类4.1.1 PLC的由来4.1.2 PLC的定义4.1.3 PLC的分类

4、4.2 PLC的特点与发展阶段4.2.1 PLC的特点4.2.2 PLC的发展阶段4.3 PLC的功能4.4 PLC的基本结构4.5 PLC的工作原理4.6 LG公司的MASTER-K30S系列5 PLC对车床的控制5.1 I/O分配表，机型选择，输入输出端接线图5.2 PLC控制程序梯形图5.3 PLC控制的梯形图语言程序5.4 PLC的调试过程结论参考文献致谢附录 1 引言普通车床是用途非常广泛的金属切削工具，传统车床的控制系统通常为继电- 接触器控制。由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在触点易被电弧烧坏而导致接触不良；机械方式实现的触点控制反映速度慢；继电器的控制功能被固定

5、在线路中，功能单一、灵活性差等缺点。为了提高设备的利用率，提高产品的质量和产量，就要对这些普通车床进行技术改造。PLC是先进的工业化国家通用的标准工业控制设备，在现代工业自动控制中，PLC、CAD/CAM、工业机器人并称为现代工业控制的三大技术支柱。PLC以其可靠性高，逻辑功能强等优点在众多的行业中得到广泛的应用，而且小型PLC的价格目前比较便宜，因此在普通车床的控制电路中发挥了及其重要的作用。1.1 课题背景加工技术及其装备在制造过程中占有重要地位:制造装备中80%以上零件需进行加工,而且加工过程周期长,约占新产品开发周期3040%,占批量生产产品工时4050%, 加工费用高,全世界约1亿吨

6、钢和非铁材料变成切屑,切削加工的耗费每年在2500亿美元以上。因此机床工业是备工业的基础,世界发达国家对其发展非常重视,机床产值持续增长我国机床产量和消费量呈快速发展态势。我国机床市场的高速发展使得2005年我国机床产值、进出口额、消费额继续全面增长, 2005年机床进口额65亿美元、消费额109亿美元,是继2002、2003、2004年之后第四次居首位,是世界上的机床消费和进口第一大国。而产值也达到50亿美元, 10%的占有率排在世界第三位。近年来数控机床无论从产量、消费量还是进口量上都加快了增长速度,但进口量增长率始终大于产量增长率,国外数控产品始终对国产数控机床保持着压力。虽然增长率差额

7、由3.3%减小到了0.9%,但简单的经济型数控机床占到近70%,高中档数控机床几乎全部依赖进口, 结构矛盾依然突出。机床行业数控化率呈现稳步攀升的态势,产值数控化率为36.3%,但仍远低于同期日本的88%,韩国的89%,德国和美国的75%左右, 同时,2004年和2005年我国数控机床的产量数控化率连续两年保持在13%左右,远低于日本同期的75.5%,德国和美国是60%的水平。这意味着我国数控机床的发展空间很大。机床行业“十一五”期间计划将国产数控机床国内市场占有率提高到50%,按2005年数据来看,数控机床市场占有率仅为31%,要到2010年达到50%的市场占有率,这意味着数控机床产值未来5

8、年年均增速为30%。目前,“十一五”期间我国数控机床产业的发展目标及重点行业已基本确定。为此, 未来五年的突破重点是:发展大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件,改变大型、高精度数控机床大部分依赖进口的现状。力争通过加快产业和产品结构调整,到“十一五”末实现:国产数控机床占国内需求市场的比重从现在的不足30%上升至50%以上,国产数控机床采用自己的功能部件达到60%以上。1.2课题研究目标及其意义本课题主要对PLC的机构、特点、性能进行具体的学习研究，掌握了PLC的基本原理及编程方法，能够根据工艺过程和控制要求进行编制应用程序，并且应用PLC对CM6132型卧式车床进行实现自动控制。通过

9、PLC对车床的控制不但充分发挥设备效能和迅速提升加工技术和精度，而且可以扩大加工能力，减少故障，提高效率，为企业进行机床的技术改造提供了有效方法。2 车床及其电气控制线路分析2.1 车床的结构及运动形式车床是一种应用极为广泛的金属切削机床。用它能车削外圆、内孔、端面、螺纹定型表面等，并可装上钻头、铰刀等工具进行加工。普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。图1 普通车床结构图（1）主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床

10、的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。 （2）进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。（3）丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运

11、动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。（4）刀架、尾架和床身。在车削加工中，工件旋转为主运动，它有主轴通过卡盘或顶尖带动，由控制电路实现正反转。在车削时，根据被加工零件的材料性能、车刀材料、零件尺寸精度要求、加工方式及冷却条件等来选择车削速度，这就要求车床主轴能在较大范围内变速，对于普通车床，调速比一般应大于70。通常车削工作过程中，一般不要求反转，但对于一些特殊的加工需要则使用，如加工螺纹，为避免乱扣，需反转退刀，再进刀继续加工。车床的进给运动史刀架的纵向与横向直线运动，起运动方式有手动和机动控制两种。车削螺纹时，工件的旋转速度与刀具的进给速度应有严格的比

12、例关系。车船纵、横两个方向的进给运动是由主轴箱的输出轴，经交换齿轮箱、进给箱、光杆传入溜班箱而获得的。车床的辅助运动为溜班箱的快速移动、尾座的移动和工件的加紧和松开。2.2 普通车床的工作特性与电力拖动控制要求普通车床的工作特性与电力拖动控制要求如下：（1）通常车削加工近似于恒功率负载，同时考虑经济性、工作可靠性等因素，主拖动电动机选用笼型异步电动机。（2）为了满足车削加工调速范围大的要求，车床主轴要求采用机械变速方法，但在较大型车床上也采用电动机变极调速的方法，进行速度分档。（3）车削螺纹式，要求主轴能正、反向旋转，对于小型车床采用控制电动机正、反转来实现，这样可大大简化机械结构。对于较大型

13、的车床，直接控制电动机正、反转时，为了避免对电网的冲击，同时便于平滑过渡加工过程，很多都采用了机械传动方法来实现主轴正、反转，如采用摩擦离合器、多片是电磁离合器等。（4）车削螺纹时，刀架移动与主轴旋转运动之间必须保持正确的比例关系，故主运动和进给运动只由一台电动机拖动，它们之间通过一系列齿轮传动来实现配合。（5）主电动机的启动和停止。当主电动机功率小于5KW且电网容量满足要求的情况下，可控制电动机直接启动，否则应采用降压启动的控制方法。（6）较大型车床溜板是由一台可以正、反向旋转地电动机单独拖动的。这样可以有效减轻工人的劳动强度，提高机械加工的效率。（7）车削加工中，为防止刀具和工件的温度过过

14、，延长刀具使用寿命，提高加工质量，车床都附有一台冷却泵电动机，只需单方向旋转，且只在主轴电动机加工时，方可选择启动与否，主轴电动机停止时它也应停止。当加工铸件或高速切削钢件时，不能采用冷却液，以保护机床与刀具，因此，冷却泵驱动电动机还应设有单独操作的控制开关。（8）必要的保护环节、连锁环节、照明和信号电路。2.3 机床电气控制线路分析电气控制线路分析的基本思想是“先机后电、先主后辅、化整为零、集零为整、统观全局、总结特点”。在分析机床电气控制线路前，首先要了解机床的主要技术性能及机械传动、液压和气动的工作原理。弄清各电动机的安装部位、作用、规格和型号。初步熟悉各种的安装部位、作用以及各操纵手柄

15、、开关、控制按钮的功能和操纵方法。注意了解与机床的机械、液压发生直接联系的各种电器（如：行程开关、撞块、压力继电器、电磁离合器、电磁铁等）的安装部位及作用。分析电气控制线路时，要结合说明书或有关的技术资料将整个电气控制线路划分成若干部分逐一进行分析。例如：各电动机的起动、停止、变速、制动、保护及相互间的联锁。在仔细阅读设备说明说、了解电器控制系统的总体结构、电动机电器的分布状况及控制要求等内容之后，便可以分析电气控制原理图了。电气控制原理图通常由主电路、控制电路、辅助电路、保护及联锁环节以及特殊控制电路等部分组成。分析控制电路的最基本方法是查线读图法。2.3.1 电气控制原理图的阅读分析方法与

16、步骤（1）分析主电路无论线路设计还是线路分析都是先从主电路入手。主电路的作用是保证机床拖动要求的实现。从主电路的构成可分析出电动机或执行电器的类型、工作方式，起动、转向、调速、制动等控制要求与保护要求等内容。（2）分析控制电路主电路各控制要求是有控制电路来实现的，运用“化零为整”、“顺藤摸瓜”的原则，将控制电路按功能划分为若干个局部控制线路，从电源和主令信号开始，经过逻辑判断，写出控制流程，以简单明了的方式表达出电路的自动工作过程。（3）分析辅助电路辅助电路包括执行元件的工作状态显示、电源显示、参数测定、照明和故障报警等。这部分电路具有相对独立性，起辅助作用但又不影响主要功能。辅助电路中很多部

17、分是受控制电路中的元件来控制的。（4）分析联锁与保护环节生产机械对于安全性、可靠性有很高的要求，实现这些要求，除了合理地选择拖动、制动方案外，在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。在电气控制原理图的分析过程中，电气联锁与电气保护环节是一个重要内容，不能遗漏。（5）分析特殊控制环节在某些控制电路中，还设置了一些与主电路、控制电路关系不密切，相对独立的某些特殊环节，如产品计数装置、自动检测系统、晶闸管触发电路和自动调温装置等。这些部分往往自成一小系统，其读图方法可参照上述分析过程，并灵活运用所学过的电子技术、变流技术、自控系统、检测和转换等知识进行逐一分析。（6）总体检查经过“化零为

18、整”，逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还必须用“化零为整”的方法检查整个控制线路，看是否有遗漏。特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，以达到正确理解原理图中每一个电气元器件的作用。2.3.2 查线读图法的要点查线读图法是分析继电接触器控制电路的最基本方法。继电接触器控制电路主要由信号元器件、控制元器件和执行元器件组成。用查线读图法阅读电气控制原理图时，一般先分析执行元器件的线路（即主电路）。查看主电路有哪些控制元器件的触点及电器元器件等，根据它们大致判断被控制对象的性质和控制要求，然后根据主电路分析的结果所提供的线索及元器件触点的文字符号，在控制

19、电路上查找有关的控制环节，结合元器件表和元器件动作位置图进行读图。控制电路的读图通常是由上而下或自左往右，读图时假想按下操作按钮，跟踪控制线路，观察有哪些电器元件受控动作。再查看这些被控制元器件的触点又怎样控制另外一些控制元器件或执行元器件动作的。如果有自动循环控制，则要观察执行元器件带动机械运动将使哪些信号元器件状态发生变化，并又引起哪些控制元器件状态发生变化。在读图过程中，特别要注意控制环节相互间的联系和制约关系，直至将电路全部看懂为止。3.CM6132卧式机床的电气控制原理3.1CM6132卧式机床的概述 CM6132:C是车床的意思，类似Z是钻床的意思，为分类代号。M是精密的意思，类似

20、B是半自动的意思，是机床通用特征代号，6是落地及卧式车床，是组别代号，1是系别代号，32是一起的，指床身上最大回转直径320mm，为主参数值。 CM6132适用于车削精密零件，并可加工公制、英制、模数和径节螺纹，主传动采用分离型传动，变速箱采用两个公用齿轮，油液压选择变速，主轴支承为滑动轴承，进给系统采用三轴滑移共用齿轮机构，另有一套螺纹变速机构。由于CM6132为精密车床，所以主轴的变速应在另外的箱，有带传动传给主运动系统。3.2CM6132卧式机床的电气控制线路分析3.2.1主电路分析 由图可以看出，三相交流电由自动空气开关QF引入，QF同时为主电动机提供过载、短路、欠电压保护。M1为主轴电动机，容量3KW,M1由接触器KM1、KM2控制正反转，熔断器FUI是电动机M2、M3的短路保护，电动机M2由中间继电器KA控制，M2的容量为0.125KW，电动机M3由转换开关SA2控制，该控制电路没有控制变压器，控制电路直接供380V交流电。3.2.2控制电路分