卧式车床电气PLC控制系统-课程设计

1、卧式车床电气控制系统设计任务书1设备概况车床是机床中应用最广泛的一种，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹。车床在加工工件时，随着工件材料和材质的不同，应选择合适的主轴转速及进给速度。但目前中小型车床多采用不变速的异步电动机拖动，它的变速是靠齿轮箱的有级调速来实现的，所以它的控制电路比较简单。为满足加工的需要，主轴的旋转运动有时需要正转或反转，这个要求一般是通过改变主轴电动机的转向或采用离合器来实现的。进给运动多半是把主轴运动分出一部分动力，通过挂轮箱传给进给箱来实现刀具的进给。有的为了提高效率，刀架的快速运动由一台进给电动机单独拖动。车床一般都设有交流电动机拖动的冷却泵，来实现刀具

2、切削时冷却。有的还专设一台润滑泵对系统进行润滑。2控制要求(1) 主要控制电器为三台电机：主电动机、冷却泵电机、快速移动电机。三台电机都要有短路保护措施。主电动机和冷却泵电机采用热继电器进行过载保护主电动机要采用降压起动方式起动主电动机要求能够正反转控制，并且有点动调整控制和长动控制，采用反接制动主回路负载的电流大小能够监控，但要防止启动电流对电流表产生冲击。机床要有照明设施表3-1 车床控制系统信号说明 符 号 名 称 及 用 途 符 号 名 称 及 用 途 QF 断路器作电源引入及短路保护用 FR1 热继电器，主电动机过载保护用 FU1FU2 熔断器作短路保护 FR2 热继电器，冷却泵电动

3、机过载保护用 Ml 主电动机 KM1 接触器，主电动机正向起动、停止用 M2 冷却泵电动机 KM2 接触器，主电动机反向起动、停止用 M3 快速电动机 KM3接触器，主电动机起动、制动切入电阻 SBlSB4 主电动机起、停、点动按钮 KM4 接触器，冷却泵电动机起动、停止用SB5SB6 冷却泵电动机起停按钮 KM5接触器，快速电动机起动、停止用SQ限位开关，快速移动电动机控制 TC 控制与照明变压器 HLl 主电动机起停指示灯SA 机床照明灯开关 HL2 电源接通指示灯EL 机床照明灯3设计任务1) 根据控制要求，进行卧式车床电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。

4、2) 根据控制要求，编制卧式车床控制PLC应用程序。3) 编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于PLC的卧式车床电气控制系统电路图。 PLC控制程序（梯形图和指令表）。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。卧式车床电气控制系统设计说明书目录一、绪论二、总体方案设计三、卧式车床的电气控制系统设计过程 3.1 PLC控制电路图3.2 主电动机控制流程图3.3 输入输出列表3 软件系统设计3.1 PLC控制梯形图3.2 梯形图说明3.4 PLC

5、指令表4 总结5 参考文献 一、绪论本次课程设计的课题是卧式车床的电气控制系统，即用可编程控制器PLC来实现对电机运行的控制。传统的C650卧式车床采用继电器来实现电气控制，接线繁多而且复杂，体积大，功耗大，一旦系统构造完成，想改变和增加功能很困难，所以其工作性能已不能达到现代工业生产的要求。而可编程控制器PLC有编程简单、可靠性高、系统配置灵活、成本低、维护方便等优点，因此，用PLC取代常用的继电器控制，可提高系统的工作性能，并且可以满足车床的控制要求。本次课程设计包括两部分内容：一是硬件电路的设计，包括主电路、控制电路和PLC硬件配置电路；二是PLC的控制程序的编程，包括梯形图和指令表。利

6、用PLC控制系统，实现了车床的降压启动、正转反转、反接制动、点动、刀架快速移动、冷却泵工作等功能。改用PLC控制后，其控制系统大大简化，修改维修方便，容易检查，节省了大量的继电器元件，机床性能有了很大提高，工作效率明显提高。二、总体方案设计卧式车床是机床中应用最广泛的一种，它可以用于切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹。车床由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工。主轴由三相异步电机拖动，主轴通过卡盘带动工件的旋转运动。车床在加工工件时，随着工件材料和材质的不同，应选择合适的旋转和进给速度。其工作过程如下： 正常加工时一般不需要反转，但加工螺纹时需反转退刀，且工件的旋转速度与刀具的进给速度要保持严

7、格的比例关系。主电动机M1采用降压起动的方式，可正反两个方向旋转，为加工调整方便，还具有点动功能。由于加工的工件比较大，加工时其旋转惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，必须有停车制动的功能，C650车床的正反向停车采用反接制动的方式。电动机M2拖动冷却泵。车削加工时，刀具与工件的温度较高，需设一冷却泵电动机，实现刀具与工件的冷却。冷却泵电动机M2单向旋转，采用直接起动、停止方式，且与主电动机有必要的连锁保护。3 快速电动机M3。为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，利用M3带动刀架快速移动。电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。4. 采用电流表检测电动机的负载情况。但要有保护措施，防止

8、启动电流对电流表产生冲击。5. 车削加工时，因被加工的工件材料、性质、形状、大小及工艺要求不同，且刀具种类也不同，所以要求切削速度也不同，这就要求主轴有较大的调速范围。车床大多采用机械方法调速，改变主轴箱外的手柄位置，可以改变主轴的转速。传统的机床控制系统是硬连线方式的继电器接触器控制系统，但该系统连线复杂，体积大，可靠性差，自动化水平低，难以满足现代化生产的要求。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。PLC以软手段实现了各种控制功能，与继电器系统相比较，灵活性大大提高；与普通计算机相比，又具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、组合灵活、扩展方便、体积小等优点，

9、因而在机床电气控制系统中得到广泛的应用。3.1PLC控制电路图 图1本机床使用380V、50HZ三相交流电源。根据特殊定货，亦可使用220V、50HZ、380V、60HZ、420V、50HZ、220V/440V、60HZ等三相交流电源。控制电路，照明电路由控制变压器供电。电压分别为110V、36V。主电路分析图所示的主电路中有三台电动机，隔离开关QF将380V的三相电源引入。电动机M1的电路接线分三部分：第一部分由正转控制交流接触器KM1和反转控制交流接触器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的主回路上以监视电动机绕组工作时的电流变化。为

10、防止电流表被启动电流冲击损坏，利用时间继电器KT的延时动断触点，在启动的短时间内将电流表暂时短接掉；第三部分为一串联电阻控制部分，交流接触器KM3的主触点控制限流电阻R的接入和切除，在进行点动调整时，为防止连续的启动电流造成电动机过载，串入限流电阻R保证电路设备的正常运行。速度继电器KS的速度检测部分与电动机的主轴同轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速低于KS的动作值时，其常开触点可将控制电路中反接制动的相应电路切断，完成停车制动。电动机M2有接触器KM4的主触点控制其主电路的接通和断开，电动机M3由交流接触器KM5的主触点控制。为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了熔断器的短路保护环节

11、和热继电器的过载保护环节。 2.2 主电动机控制流程图开始正转? Y N点动？点动？ Y Y N N N长动操作点动操作点动操作长动操作降压起动降压起动计时3S？计时3S？ N N Y Y反接制动停止操作全压运行反接制动全压运行停止操作 结束 图22.3输入输出列表 输入列表文字符号输入口功能SB1X1主电动机正向起动开关SB2X2主电动机反向起动开关SB3X3主电动机正向点动开关SB4X4主电动机反向点动开关SB5X5主电动机停止运行开关SB6X6冷却泵停止运行开关SB7X7冷却泵起动开关SQX10快速电动机限位起动开关KS1X11反向速度继电器常开触点KS2X12正向速度继电器常开触点FR

12、1X13主电动机热继电器保护开关FR2X14冷却泵热继电器保护开关SAX15照明电路开关 表1 输出列表文字符号输入口功能KM1Y0主电动机正向运行继电器KM2Y1主电动机反向运行继电器KM3Y2主电动机三角形连接运行继电器KM4Y3主电动机星形连接运行继电器KM5Y4冷却泵运行继电器KM6Y5快速电动机运行继电器KTY6控制电流检测时间继电器ELY7照明电灯HL1Y10主电动机起停指示灯 表2 PLC系统设计流程图 图1 系统流程图 3 软件系统设计3.1 PLC控制梯形图 图33.2 梯形图说明（1）主电动机的控制 图4如图4所示，为主电动机的控制梯形图。结合输入输出列表可知，当按动开关S

13、B1时，X1闭合，Y0与中间继电器M0得电并分别实现自锁，主电动机在星形连接方式下起动，同时时间继电器TI与T2得电开始计时，当时间计到3秒时，T1动作，TI的长闭触点断开，常开触点闭合，Y3得电，Y4失电，主电动机由星形连接变为三角形连接，开始全压运行，由此实现主电动机的正向降压起动；同理，当闭合SB2时，可实现主电动机的反向降压起动；当时间计到10S时，T2动作，主电路中电流表开始检测电流，避开了起动电流的冲击。当按下SB3时，X3闭合，Y0得电，主电动机正向低速运行，当放开SB3时，主电动机停止运行，实现正向点动；同理，按动SB4可实现主电动机的反向点动控制。当主电动机正向运行时，按动S

14、B5，即X5断开然后闭合，Y0失电，但由于惯性作用，电动机不能立即停止，通过速度继电器的作用，使KS2闭合，即X12闭合，Y1得电，使主电动机电源反接，得到一个与转速相反的转矩，使电动机迅速制动，从而实现反接制动，反转时与此同理。图中，X13与热继电器长闭触点连接，实现主电动机的过载保护。 （2） 冷却泵的控制 图5 如图5所示，为冷却泵的控制梯形图。当按动SB7时，X7闭合然后断开，Y4得电同时实现自锁，从而实现冷却泵的起动。当按动SB6时，X6断开，Y4失电，冷却泵停止运行。 （3） 快速移动电动机的控制 图6如图6所示，当转动刀架手柄压动限位开关SQ时，X10闭合，Y5得电，KM6吸合，

15、快速移动电机运行，带动刀架快速移动。 （4） 照明电路及指示灯的控制 图7 图8 如图7所示，当主电动机正向或反向运行时，Y10得电，指示灯HL1接通发光；当主电动机停止运行时，Y10失电，指示灯HL1熄灭。 如图8所示，当拨动开关SA时，X15闭合，Y7得电，照明灯EL接通，实现照明；当关断SA时，Y7失电，照明灯EL熄灭3.3 PLC指令表0 LDI X0051 ANI X0132 MPS 3 LD X0034 LD X0115 ANI M06 ORB 7 LD Y0008 AND M09 ORB 10 OR X00111 ANB12 ANI Y00113 OUT Y00014 MRD 1

16、5 LD X00116 OR M017 OR X00218 ANB19 OUT M020 MRD21 LD X00222 LD Y00123 AND M024 ORB25 LD X01226 ANI M027 ORB28 OR X00429 ANB 30 ANI Y00031 OUT Y00132 MRD33 AND M034 OUT T1 K3037 OUT T2 K10040 MRD41 ANI T142 OUT Y00343 MRD 44 AND T145 OUT Y00246 MRD 47 AND T248 OUT Y00649 MPP50 LD Y00051 OR Y00152 ANB 53 OUT Y01054 LDI X00655 ANI X01456 LD X00757 OR Y00458 ANB59 OUT Y00460 LD X01061 OUT Y00562 LD X01563 OUT Y00764 END 四、总结通过这次的课程设计，使我充分理解了PLC的应用原理，更加熟练了对PL