课程设计C650卧式车床电气控制系统

1、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。因此，采用连线少、体积小、功耗小、控制速度快、可靠性 高、功能完善的plc控制系统，来代替电气控制系统中继电器控制逻辑，可 使机床控制功能更加丰富，自动化水平大大提高。 本次设计介绍了c650卧式车床电气控制系统的工作原理及其运动形式， 编写了plc控制梯形图程序和指令表程序。利用plc控制系统，实现了车床 的降压启动、正转反转、反接制动、点动控制、刀架快速移动、冷却泵工作等 一些列功能。此次设计从被控对象的i/o点数和性价比高、综合

2、成本低这几 个主要原则出发，主要进行了控制装置选型， plc的地址分配和用梯形图 编辑的plc控制程序设计。 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,机床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显 提高。 关键词: plcplc；卧式车床；继电器 目目 录录 第一章 c650 车床的主要结构与控制要求.3 1.1 c650 型卧式车床的主要结构3 1.2 c650 控制要求3 1.3 各器件的选择.4 1.3.1 电动机的选择4 1.3.2 交流接触器和中间继电器的选择4 1.3.3 保护电器的选择5 1.3.4 控制电器的选择6 第二章 c6

3、50 车床控制元件配置.7 2.1 i/o 接线图及运行方式8 2.2 i/o 地址的分配8 2.3 i/o 接线图10 2.4c650 车床 plc 控制梯形 图.10 2.5 流程图.14 第三章 c650 卧式车床 plc 控制分 析.15 3.1 电动机正反转控制15 3.2 主电动机电动控制16 3.3 主电动机反接制动16 3.4 主电路工作电流监视16 3.5 冷却及快速电动机控制17 第五章 结束语18 参考文献19 第一章 c650 车床的主要结构与控制要求 1.1 c650 车床的主要结构 图 1-1 c650 的卧式车床结构图 c650 卧式普通车床属中型车床，加工工件回

4、转直径最大可达 1020mm,长度可达 3000mm。其结构主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆和 光杆等部分组成，如图 1-1 所示。 c650 车床车床由三台三相笼型异步电动机拖动，即主电动机 m1、冷却电动机 m2 和刀架快速移动电动机 m3。 1.2 c650 车床控制要求 从车削工艺要求出发，对各电动机的控制要求主要是： 主电动机 m1（30kw）：由它完成主运动的驱动。要求：降压起动连续运 方式并有点动功能以便调整；能正反转以满足螺纹加工需要；由于加工工件转 动惯性大，停车时带有电气制动，此外，还要显示电动机的工作电流以监视切削状 况。 冷却电动机 m2：用以加

5、工时提供冷却液，采用直接起动、单向运行、连续工作 方式。 快速移动电动机 m3：单向点动、短时工作方式。 要求有局部照明和必要的电气保护与联锁。 1.3 各电器元件的选择 电动机是生产机械电力拖动系统的拖动元件，选择电动机时，要考虑电动机的功 率、转速、结构形式、而动电压等。 1.3.1 电动机功率的选择 选择电动机功率的依据是负载功率。功率选的过大，设备投资将造成浪费，同时 由于电动机欠在运行，使之寿命降低，运行费用也会提高；相反，功率选的过小， 电动机过载运行，使之寿命降低。选用功率 p=30kw 的主电动机。 在本设计中，我们选择: (1) y2-200l-4 型号的三相异步电动机作为主

6、轴电动机 m1，额定功率为 30kw，额定电流 57.2a (2) 快速移动电动机选用 y2-90l-2，额定功率 2.2kw，额定电流为 4.69a； (3) 冷却泵电动机选用 y2-801-2，额定功率 0.75kw，额定电流为 1.78a。 交流电动机额定电压应与电网电压一致。本设计中采用 380v 额定电压 （1）笼型异步电动机有关电阻的计算，在电动机减压启动方式中，定子回路的限 流电阻可按下式近似计算： 式中，为 rst -1 = 110 4 3 - 1 = 110 4 5 3 3 57.2 5 =0.35 每项启动限流电阻值；为电动机额定电流；为不加电阻时，电动机启动电流与额 定电

7、流之比，可有手册查出；为加入启动限流电阻后，电动机的起动电流与额定电 流之比，可根据需要选择。 1.3.2 交流接触器和中间继电器的选择 接触器 接触器是工业电气中用按钮或其他方式来控制其通断的自动开关。交流接触器 由电磁线圈，静衔铁，动衔铁，静触点，动触点、灭弧装置和固定支架等部分组成。 其原理是当接触器的电磁线圈通入交流电时，会产生很强的磁场使装在线圈中心的 静衔铁吸动动衔铁，当两组衔铁合拢时，安装在动衔铁上的动触点也随之与静触点 闭合，使电气线路接通。当断开电磁线圈中的电流时，磁场消失，接触器在弹簧的 作用下恢复到断开的状态。 交流接触器的选择主要考虑主触点的额定电流、额定电压、线圈电压

8、等。 主电动机 m1 的主触点额定电流： =65.8a（k 为比例系数，一般取 11.4，在这里选取 1.2） 103 交流接触器主触点的额定电压一般按高于电路的额定电压来确定，因此我们可以选 择 cdc1-105，线圈电压为 380v 的交流接触器。 同样我们可以求出冷却泵交流接触器额定电流为 0.33a，快速移动电动机交流接 触器额定电流为 4.8a。 我们选择 cj20-6.3,线圈电压同样为 380v。 时间继电器 本设计中利用时间继电器实现电动机的减压启动。此外，电路中采用时间继电 器来防止电动机起动电流对电流表的冲击。我们选择通电延时型时间继电器，js7g- 2a,其工作电压为 3

9、80v，最大延时 180s 1.3.3 保护电器的选择 熔断器 熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。熔断器的熔体串接于被 保护的电路中，熔断器以自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短 路保护及过载保护。 fu1：=（1.52.5）*=85.8a143a fu2：=（1.52.5）*+=8.8a13.5a 热继电器 热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、起动 情况、负载性质，等因素。星形接法的电动机可选用两相或三相结构的热继电器， 三角形接法的电动机应选用带断相保护装置三相结构的热继电器。热继电器的动作 电流整定值一般为电动机额定电流的 0.95

10、1.05 倍。 *=54.34a60a = （0.951.05） 在这里可以选择额定电流为 53a85a 的 jr36-150 作为 fr1，额定电流为 3.2a5a 的 jr36-20 作为 fr2。 （3）断路器 断路器的额定电流应不小于电路的计算电流。我们可以选择额定电流为 100a 的 dz15-100 的三级断路器。 （4）变压器匝数比 t1 匝数比 k1=3.45 380/110 t2 匝数比 k2=60 380/6.3 t3 匝数比 k3=10.5 380/36 1.3.4 控制电器选择 （1） 控制按钮 控制按钮在控制电路中常用作远距离手动控制接触器、继电器等有电磁线圈的 电路

11、，也可用于电器连锁等电路中。目前常用的按钮有 la10、la18、la19、la20 等 系列产品。各电气元件的型号及规格、用途和数量如下表所示： 代号名 称型 号 及 规 格用 途数量 m1 三相交流异步电 动机 y2-200l-4 30kw 380v 57.2a 主电动机 1 m2 三相交流异步电 动机 y2-801-2 0.75kw380v 1.78a 冷却泵电动机 1 m3 三相交流异步电 动机 y2-90l-2 2.2kw 380v 4.69a 快速移动电动机 1 fu1 熔断器 jr36-150 150a 主电动机短路保 护 1 fu2 熔断器 rl1-15 15a m2、m3 短

12、路保 护 1 km1 交流接触器cdc1-105 线圈电压 380vm1 正转接触器 1 km2 交流接触器cdc1-105 线圈电压 380vm1 反转接触器 1 km3 交流接触器cj20-6.3 线圈电压 380vm1 长动接触器 1 km4 交流接触器cj20-6.3 线圈电压 380v控制 m2 1 km5 交流接触器cdc1-105 线圈电压 380v控制 m3 1 fr1 热继电器jr10-60 53a85am1 过载保护 1 fr2 热继电器jr36-20 3.2a5am2 过载保护 1 sb 按钮la19-11 红色m1 关断 1 sb1 按钮la19-11 灰色m1 点动

13、1 sb2 按钮la19-11 黑色m1 正转 1 sb3 按钮la19-11 黑色m1 反转 1 sb4 按钮la19-11 红色m2 停止 1 sb5 按钮la19-11 绿色m2 起动 1 qf 断路器 dz15-100 保护电动机 1 sa 按钮la19-11 灰色机床照明 1 ks1 速度继电器la2 红色正转触头 1 ks2 速度继电器la19-11j 红色反转触头 1 ta 电流互感器 lqg-0.5 100/5a 电流监视 1 r 限流电阻 1 起、制动限流 3 第二章第二章 c650c650 车床控制元件配置车床控制元件配置 21 c650 车床结构图及运行方式 电源主电动机

14、冷却汞电动机快速移动电动机 12345 图 3-1 是 c650 车床的主电路，配置三台电动机 m1、m2、m3。主电动机 m1 由停止 按钮 sb、点动按钮 sb1、正转按钮 sb2、反转按钮 sb3、热继电器常开触头 fr1、速 度继电器正转触头 ks1、速度继电器反转触头 ks2、正转接触器主触头 km1、反转接 触器主触头 km2、制动接触器主触头 km3 等控制。 冷却泵电动机 m2 由停止按钮 sb4、起动按钮 sb5、热继电器常开触头 fr1、接触 器主触头 km4 等控制；快移电动机 m3 由限位开关 sq、接触器主触头 km5 控制；电流 表 a 由中间继电器触头 ka 控制

15、。 2.2 i/o 地址的分配 电气控制元件 plc 控制的 i/o 配置见下表，c650 车床 plc 控制 i/o 接线见图 3-2。 表表 c650c650 车床车床 plcplc 控制元件配置表控制元件配置表 电气控制电气控制 元件符号元件符号 功能功能 plcplc 编程元件编程元件 电气控制电气控制 元件符号元件符号 功能功能 plcplc 编程元件编程元件 sb m1 停止按钮 x0ks1 速度继电器正转触头 x11 sb1 m1 点动按钮 x1ks2 速度继电器反转触头 x12 sb2 m1 正转按钮 x2km1 m1 正转接触器主触头 y0 sb3 m1 反转按钮 x3km2

16、 m1 反转接触器主触头 y1 sb4 m2 停止按钮 x4km3 m1 制动接触器主触头 y2 sb5 m2 起动按钮 x5km4 m2 接触器主触头 y3 sq m3 限位开关 x6km5 m3 接触器主触头 y4 fr1 m1 热继电器常开触 头 x7ka 电流表中间继电器触 头 y5 fr2 m2 热继电器常开触 头 x10hl1 主电动机起停指示灯 y10 sa 机床照明灯 x13el 机床照明灯 y14 2.3 i/o 接线图 图图 2-2 c650 车床车床 plc 控制控制 i/o 接线图接线图 2.4 c650 车床 plc 控制梯形图 图 2-3 是 c650 车床 plc

17、 控制梯形图，编程时使用了 mc 主控指令和 mcr 主控复 位指令。车床上电后，由于停止按钮 sb、热继电器 fr 未动作，所以第 4 支路的 x0、x7 闭合，m110 通电，导致第 5 支路 m110 闭合，程序执行 mc 主控指令至 mcr 主 控复位指令之间的主控程序。 图图 2.3 2.5 plc 控制系统流程图 开始 选择运 动方式 长动 电动机转 动方向 y 电动机 正传 电动机 反转 制动制动 计时0.5秒计时0.5秒 yy 反接制 动 反接制 动 yy 转速小于 100r/min 转速小于 100r/min 点动 结束 yy 冷却汞电机 开？ 停止 y n n nn nn

18、nn y 快速移动电动 机 停止 yn y nn 第三章第三章 c650c650 卧式车床卧式车床 plcplc 控制分析控制分析 3.13.1、主电动机正反转控制、主电动机正反转控制 1.1.正转控制正转控制 按下主电机正转按钮 sb2，第 6 支路 x2 闭合，由于 x3、m102 均未动作，所以 m101 通电并通过第 7 支路的 m101 自锁。引起以下 3 个结果： 第 8 支路 m101 闭合，t1 开始 0.5s 计时； 第 12 支路 m101 辅助常闭触头断开，使反转起动辅助继电器 m102 断电，实现 正转与反转的互锁。 第 9 支路的 m101 闭合，y0 通电，主电路中

19、 km1 吸合，使电阻 r 串入电路，降 压起动。 当第 8 支路 t1 延时 0.5s 到达后，导致第 17 支路 t1 闭合，y2 通电，主电路中 km3 吸合。电动机 m1 正向起动运行。 2.t12.t1 的延时作用的延时作用 t1 延时 5s 确保了主电路中 km1 先吸合，使电阻 r 串入电路，然后再接通 km1； 以实现电动机的降压起动。 电动机 m1 起动后，转速上升，当转速升至 100r/min 时，速度继电器的正转触 头 ks1 闭合，第 22 支路的 x11 闭合，为正转反接制动作好准备。 3.3.反转控制及反转控制及 t2t2 延时延时 按下 sb3，电动机 m1 将反

20、向起动运行，通过 t2 延时 5s 的作用确保主电路中 km2 先吸合，使串电阻 r 接入电路，然后再接通 km2。 3.23.2、主电动机点动控制、主电动机点动控制 按下正转点动按钮 sb1，第 2 支路和第 5 支路的 x1 均闭合，通过第 2 支路的 x1 使第 1 支路的 m103 通电，并通过第 3 支路的 m103 自锁。同时第 22 支路的 m103 也 闭合，为 t3 通电作好准备。 车床一旦上电，第 5 支路的 m110 立即闭合，此时因本支路中的 x1 闭合，所以 m100 通电，使第 10 支路 m100 闭合，第 9 支路 y0 通电，第 22 支路的常闭辅助触头 y0

21、 断开。 车床电气控制主电路中因第 9 支路 y0 通电，接触器主触头 km1 吸合，主电动机 m1 正转起动升速，转速大于 100r/min 后，速度继电器的正转触头 ks1 保持闭合。同 时第 22 支路的 x11 闭合，为反接制动作好准备。 3.3. 3 3、主电动机反接制动、主电动机反接制动 1.1.主电动机断电主电动机断电 按下停止按钮 sb，第 4 支路 x0 断开，m110 断电，使第 5 支路的常开触头 m110 断开，不再执行 mc 至 mcr 之间的主控电路，第 9 支路的 y0 因之断电。 主电路中 km1 断开，主电动机 m1 断电降速，但只要主电动机 m1 转速大于

22、100r/min，速度继电器的正转触头 ks1 仍闭合，而第 1 支路的 m103 因自锁而通电。 按下停上按钮 sb 会使第 9 支路的常闭辅助触头 x0 断开，y0 断电，电气控制主 电路中受 y0 控制的主触头 km1 将断开。 2.2.进入反接制动状态进入反接制动状态 松开停止按钮 sb，使 sb 由按下状态切换成未按下状态，则第 4 支路 x0 恢复闭 合，m110 通电，第 5 支路的 m110 闭合，接通并执行 mc 至 mcr 之间的主控电路。 第 1 支路中的常闭辅助触头 x0 也恢复闭合，所以 m103 通电，此时第 22 支路的 m103 保持闭合。由于主电动机 m1 转

23、速大于 100r/min，ks1 处于闭合状态，第 22 支 路的 x11 保持闭合，导致 t3 通电，计时开始。 当 t3 计时时间到达后，第 16 支路的 t3 闭合，使第 15 支路的 y1 通电，主电路 中 km2 闭合，电动机 m1 进入反接制动状态，主电动机 m1 迅速降速。 3.t33.t3 延时的作用延时的作用 t3 延时 0.5s 作用体现在电气控制主电路中，km1 主触头先断开，0.5s 后 km2 主 触头再闭合，杜绝了 km1 与 km2 瞬时的同时接通状态，有助于避免电动机绕组烧损。 4.m14.m1 停转停转 当主电动机 m1 降速至 100r/min 以下时，速度

24、继电器的正转触头 ks1 断开，使 22 支路的 x11 断开，t3 失电，导致第 16 支路的 t3 断开，y1 断电，主电路中 km2 断 开，反接制动结束，主电动机 m1 停转。 5.5.反转停止进入反接制动反转停止进入反接制动 若起动时按下 sb3，主电路中主触头 km3、km2 间隔 0.5s 先后接通，电动机 m1 将反向起动运行。之后松开停止按钮 sb，将进入反转停止反接制动过程。 3.43.4、主电路工作电流监视、主电路工作电流监视 主电动机正反转起动过程中，因辅助继电器 m101、m102 中必有一个通电，所以 第 19 支路的 t5 通电，10s 计时开始。计时到达后，第 21 支路的 t5 闭合，导致 y5 通电，主电路中的常闭触头 kt 断开，交流电流表 a 进行工作电流监视，从而使 a 避 开较大的起动工作电流。 3.53.5、冷却及快速电动机控制、冷却及快速电动机控制 冷却泵电动机 m2、快速移动电动机 m3 均为单向运转，控制较为简单。当按下冷 却泵电动机起动按钮 sb5 时，第 25 支路的 x5 闭合，y3 通电并自锁，冷却泵电动机 m2 起动；而按下停止按钮 sb4 时，第 25 支路的 x4 断开，y3 断电