C650PLC改造2

1、摘摘 要要 可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起来的一种数 字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计的。它采用可编程序逻辑控 制的存储器，在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、技术和算术运算等 操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过 程。 本次设计的内容主要是利用 plc（programmable logic controller）对 c650 型 车床的电器部分进行改造。首先我对本设计进行总体的分析，使自己有一个大致 的总 体概念，然后仔细分析 c650 车床，对车床主运动和进给运动还有其它的辅助 运动， 进行分析。最后根

2、据控制电路的线路图，编译 plc 的梯形图，编译通过后， 利用 plc 实验台进行实验仿真。 关键词关键词：可编程序控制器,c650 车床,电气控制,梯形图 目目 录录 摘要.i 1 1 绪论绪论.1 1.1 普通车床改造的意义.1 1.2 plc 的基础知识 .1 1.3 plc 工作原理 .1 2 2 电气线路的工作流程电气线路的工作流程.2 2.1 c650 车床电器控制原理图 .2 2.2 主电路分析.3 2.3 控制电路分析.3 2.4 整机线路联锁与保护.3 3 3 c650c650 车床电气控制的硬件设计车床电气控制的硬件设计 .3 3.1 统计 i/o 点数.3 3.2 plc

3、 的选型 .4 3.3 i/o 分配表 .5 3.4 plc 控制系统外部接线图的设计 .5 4 4 c650c650 车床电气控制的编程设计车床电气控制的编程设计 .7 4.1 电动机 m1 正、反转控制梯形图的设计及程序仿真 .7 4.2 电动机 m1 正转点动控制及反接制动控制设计及程序仿真.11 5 5 心得体会心得体会16 参考文献.17 1 绪论 1.1 普通机床改造的意义 目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数 控化率不到 3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次 低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个 企业

4、的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的 数控化率。 机床数控改造的意义： 1）节省资金。 机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省 60%左右的费 用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床 60%的费用， 并可以利用现有地基。 2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变 形而影响精度。 3） 提高生产效率。 机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传 统机床提高 3 至 5 倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用 或少用工装，不仅节约了费用

5、而且可以缩短生产准备周期。 1.2 plc 的基础知识 plc（即可编程逻辑控制器，programmable logic controller）是用来取 代用于电机控制的顺序继电器电路的一种器件。它以存储执行逻辑运算、顺序 控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制 各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事 先存入 plc 的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成 工艺流程要求的操作。plc 在程序运行过程中，程序从起始步起，依次执行到 最终步，然后再返回起始步循环运算。plc 每完成一次循环操作所需的时间称 为一个扫描周

6、期。plc 用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点。 1.3 plc 工作原理 plc 的 cpu 采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式。在扫描程序时，扫描是 从第一条程序开始，在无中断获跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后， 逐条执行用户程序，直到程序结束。然后，再从头开始扫描执行，周而复始重 复进行。此过程又分为扫描阶段、用户执行阶段、输出刷新阶段三个阶段。 2 c650 车床电气控制工作原理 2.1 c650 车床电气控制原理图 c650 车床电气控制原理图如图 2-1 所示: 图 2-1 c650 车床电气控制原理图 2.2 主电路分析 该机床共配置三台电动机 m1、m2 和

7、m3。 主电动机 m1 完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动，采用直接启动方式， 可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气制动停车和点动功能。 电动机 m1 控制电路分为四个部分：由正、反转控制接触器 km1、km2 的两组 主触点构成电动机的正反转电路。电流表 pa 经电流互感器 ta 接在主电动机 m1 主运动上，以监视电动机绕组工作电流变化。时间继电器 kt 的动断触头， 在启动的短时间内将电流表暂时短接。串联电阻限流控制部分，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而串入了限流电阻 r，以保证电路设备正常工作

8、。速 度继电器 ks 的速度检测部分与电动机的主轴相联，在停车制动过程中，当主 电动机转速接近零时，其动合触头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 提供切削液，采用直接启动停止方式，为连续工作状态，由接触 器 km4 的主触点控制其主电路的接通与断开。 快速移动电动机 m3 由交流接触器 km5 控制，根据使用需要，可随时手动控 制启停。 2.3 控制电路分析 主电动机 m1 控制：接通电源 qs+。 正向点动 sb1+km1+（无自保）m1 串 r 正向点动（sb1+表示按 sb1 并 保持） 正向起动 sb2+km3+, kt+短接 r, ka+ km1+

9、(自保) m1 全压正向起 动(当 n120r/min 时) ks-1+ (kt 延时到,起动完成) 转速达 n,电流表 a 接入 正向停止制动 sb0+km1-，km3-，kt-，ka-（当 ks-1+时）km2+m1 串 r 反接制动 n(当 n100r/min 时) ks-1- km2-。 反向制动 （接 sb3）与停车制动（ks-2+）过程与正向类似。 冷却泵电动机 sq6+ km4+（自保）m2 起动。 快速电动机 sq+（刀架手柄压动）km5+m3 起动。 2.4 整机线路的联锁与保护 由 km1 与 km2 各自的常闭触点串接于对方工作电路以实现正反转运行互锁。 由 fu 及 f

10、u1fu6 实现短路保护。由 fr1 与 fr2 实现 m1 与 m2 的过载保护。 km1km4 等接触器采用按钮与自保控制方式。 3 c650 车床电气控制的硬件设计 3.1 统计 i/0 的点数 根据第 2 章的主电路分析,统计的输入设备点数有 11 个，输出设备点数有 6 个。如表 3-1 所示： 表 3-1 i/0 的点数统计 类 型功能所占点数(个) m1 的停止按钮1 m1 的点动按钮1 m1 的正转按钮1 m1 的反转按钮1 m2 的停止按钮1 m2 的启动按钮1 m3 的限位开关1 m1 的热继电器动合触电1 m2 的热继电器动合触电1 速度继电器正转触点1 输 入 设 备

11、速度继电器反转触点1 m1 的正转接触器1 m1 的反转接触器1 m1 的制动接触器1 m2 接触器1 m3 接触器1 输 出 设 备 电流表接入中间继电器1 3.2 plc 的选型 此次课程设计中我选用 fx2n-48mr，因为它的编程相对简单易懂，是理想的 可编程控制器。而在设计中的 i/o 点数在 48 以下，则用的是微型 plc。其基本 单元中的输入点按照 x000x007,x010x017 这样的八进制进行编号，而输 出点按照 yoooy007,y010y017这样的八进制进行编号，内部继电器可多 次使用，定时器将 1ms,10ms,100ms 等脉冲进行加法计数，计数器可进行向上

12、向下计数。根据设计要求可知，plc 点数的选择，不管是输入点数还是输出点 数都要留有 10%的余量，根据 i/o 口分配情况可知：输入信号有 11 个，输出信 号有 6 个，根据 i/o 点数可选择 fx2n24mr 可编程控制器，以满足控制要求， 而且输入输出都留有一定的余量。 3.3 i/0 分配表 根据所统计的 i/o 口与所选的 plc 的型号可列出其 i/o 分配，如表 3-2: 表 3-2 i/o 分配表 输入设备输出设备 代号功能 plc 输 入继电 器 代号功能 plc 输出继 电器 sb0m1 的停止按钮x0km1m1 的正转接触器y0 sb1m1 的点动按钮x1km2m1

13、的反转接触器y1 sb2m1 的正转按钮x2km3m1 的制动接触器y2 sb3m1 的反转按钮x3km4m2 接触器y3 sb4m2 的停止按钮x4km5m3 接触器y4 sb5m2 的启动按钮x5ka电流表接入中间 继电器 y5 sqm3 的限位开关x6 fr1m1 的热继电器动合触 电 x7 fr2m2 的热继电器动合触 电 x10 ks1速度继电器正转触点x11 ks2速度继电器反转触点x12 3.4 plc 控制系统外部接线图的设计 根据 plc 型号的选定及 i/o 接口的点数确定和 i/o 分配表，可以设计出 plc 控制系统的外部接线图，如图 3-3： 图 3-3 外部接线图

14、4 c650 车床电气控制的编程设计 4.1 电动机 m1 正、反转控制梯形图程序设计及程序仿真 电动机 m1 由接触器 km1km3 控制，plc 中控制 km1km3 的输出继电器分 别为 y0y2。y0y2 分别位于梯形图的第 6、9、10 梯级。 在第 y06 、y19线圈电路中，分别串 y1、y0 的动断触点y0，y1 实现互锁；还分别串联有定时继电器 t1、t2 的动合触点#t1、#t2，以控制 y0、y1 延时启动。在第 5、第 8 梯级分别设计 t1、t2 的线圈电路，它们分别 由辅助继电器 m101、m102 的动合触点#m101、#m102 控制。 在第 4、第 7 梯级分

15、别设计辅助继电器 m101、m102 线圈电路，除用动断触 点m101、m102 进行互锁外，还分别受输入继电器 x2、x3 的动合触点、动 断触点控制。由 i/o 分配表可知，输入继电器 x2、x3 分别为启动按钮 sb2、反 转启动按钮 sb3 控制。由此可知，辅助继电器 m101、m102 分别为正转、反转 启动辅助继电器。 在第 y210线圈电路中，串接有 m101、m102 的动合触点#m101、#m102 的并联支路，因此只有辅助继电器 m101 或 m102 得电，输出继电器 y2 得电， 才能使 km3 得电吸合，短接电阻 r。 这样得到电动机正、反转控制梯形图如上图 4-1

16、所示。 m1 正反转控制的转换是由接触器 km1 和 km2 的主触点切换电源的相序实现 的。在切换时，必须防止电源相间短路。例如，由正转变为反转时，当 km1 主 触点断开，产生瞬时电弧，km1 主触点仍为导通状态，如果此时 km2 主触点闭 合，就会使电源发生短路，要避免电源短路，必须在完全没有电弧的情况下使 km2 主触点闭合。在继电器接触器控制中，通常采用 km1 和 km2 互锁的方法来 避免电源的短路。 plc 控制与继电器接触器控制不同，plc 在循环扫描进，执行程序的速度 是非常快的，y0 和 y1 触点切换是在毫秒级瞬间完成的，几乎没有时间延时。 因而，必须采取防止电源短路的

17、措施。在梯形图中，定时器 t1 与 t2 用来控制 正、反转切换的延时时间（延时时间设定为 0.5 秒） ，待电弧熄灭之后，再接 通反方向接触器。 图 4-1 电动机的正反转控制梯形 m1 的正转调试： m1 的反转调试： 通过程序仿真，可以看到电动机 m1 正、反转动作。 4.2 电动机 m1 正转点动控制及反转制动控制的设计 点动控制是在接触器 km2 和 km3 不动作的情况下，按点动按钮 sb1，继电 器 x1 得电，其动合触点#x11 、#x13闭合，辅助继电器 m1031和 m1003得电，而且 m103 自锁。由于未按下停止按钮 sb，x0 未得电，热继 电器 fr 未动作，x7

18、 未得电，因此它们的动断触点x02 ，x72闭合， 使辅助继电器 m22得电，其动合触点#m23闭合，则执行 mcmcr 之间 的主控程序。由于 m100 得电，其动合触点#m1006闭合，输出继电器 y06得电，使 km1 动作，电动机 m1 串电阻 r 正向运转。松开 sb1，即 x1 的 动合触点#x13断开， m1033和 y06失电，km1 的主触点切断正相 序电源。由于电动机的惯性作用，速度继电器正转动合触点 ks1 仍闭合，x11 仍得电，#x1113仍闭合，另外 y06失电，其动断触点y09 y013复位闭合。 图 4-2 m1 的正转点动及反转控制梯形 m1 的正转点动调试：

19、 m1 的反转制动调试 经过程序仿真，达到了使辅助继电器 m1031和 m1003得电，而且 m103 自锁的预期目的。 根据以上的各模块的设计,可得整体的梯形图如图 4.2 所示: 图 4-2 c650 车床梯形图 梯形图对应的语句表，见附录一 5 心得体会 本设计主要是用程序的设计来实现其传统的继电器-接触器线路，以实现 c650 车床的各项控制要求。详细介绍了电动机的正反转控制、电动机的正转点 动控制及其反接制动控制、电动机的正反转运行的反接制动控制等的设计。并 分析了其工作过程。用文字、图表、动作的顺序的标示的形式展现出来，增加 了可读性。最后对程序进行了调试，通过调试的结果证明，此程

20、序是可行的。 通过本次课程设计使我学到了不少，关于 plc 的运用广泛性以及他的基础 性，实用性，使我受益匪浅，而且我也发现了我的许多不足，在很多的地方都 会卡壳，其中遇到了不少的麻烦，然后通过我两一点一点的查找资料克服了这 些困难，所以我要吸取这次的经验，以后多积累些知识，队 plc 多了解了解， 在以后的工作生活中还是很有用的，在此谢谢指导老师。 参考文献 1 方承远.工厂电气控制技术.m北京：机械工业出版社，2003 2 史国生.控制与可编程控制器技术.m北京：化学工业出版社，2005 3 廖常初.可程控制器的编程方法与工程应用.m重庆：重庆大学出版社， 2001 4 江志锋.编程控制器原理与应用.m西安：西安电子科技大学出版社，2004 5 丁炜.编程控制器在工业控制中的应用.m杭州：化学工业出版社，2004 6