车床PLC控制系统设计【维修电工(高级)技师培训结业论文】

1、“金蓝领”维修电工（高级）技师鉴定论文车床 PLC 控制系统设计摘 要： 介绍三菱公司的 PLC 在普通车床 C650 改造中的应用，给出 C650 车床电气控制的软、硬件设计，本系统既可以用于新型车床的开发也可以用于车床的数控改造。关键词： PLC；梯形图；车床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，选择了 C650 车床为改造对象，进行传统控制系统的改造，以 PLC 控制系统取代之前的传统控制

2、系统。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，节省了大量空间，机床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。一、C650 型卧式车床简介C650 卧式车床属于中型车床，可加工的最大工件回转直径为 1020mm，最大工件长度为 30000mm，它主要由床身、主轴变速箱、尾座、进给箱、丝杆、光杆、刀架和溜板箱等组成，如图 1。图 1 C650 卧式车床结构图1C650 车床由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工，车床的主轴、冷却泵、刀架快速移动均由三相异步

3、电动机拖动。车床有三种运动形式：车削加工的主运动是主轴通过卡盘或者鸡心夹头带动工件的旋转运动，它承受车削加工时的主要切削功率；进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向运动；辅助运动为溜板箱的快速移动，尾座的移动和工件的夹紧与放松。主轴的旋转运动由主电动机，经传动机构实现。机床车削加工时，要求车床主轴能在较大范围内变速。通常根据被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、车刀材料、冷却条件及加工方式等来选择切削速度，采用机械变速方法。车床纵、横两个方向的进给运动由主轴变速箱的输出轴，经挂轮箱、进给箱、光杆传入溜板箱而获得，其运动方式有手动与机动两种。二、C650 卧式车床改造要求（1）主轴具有正

4、、反转起停功能和正转点动功能。（2）主轴具有点动功能，点动时主轴电机为 Y 形接法。（3）主轴正转、反转起动时采用 Y/起动。（4）主轴制动时采用 Y 接法。（5）冷却泵电机起停控制功能。（6）快进电机点动功能并采用按钮控制快进电机点动。（7）照明电路改为 PLC 控制，有启停控制功能。三、PLC 控制系统设计任何一个控制系统的都是由输入部分，逻辑部分和输出部分组成。而本次毕业设计要改造的对象 C650 卧式车床的传统继电器控制系统，其输入部分由所有行程开关、方式选择开关、控制按钮等组成。输出部

5、分为控制各种负载的所有接2触器线圈组成。逻辑部分由各种继电器及其触点组成实现逻辑控制。我们设计控制系统以 PLC 控制系统取代传统继电器控制系统的逻辑控制线路部分，输入部分为车床控制控制系统的控制按钮（SB1-SB9）,速度继电器监测主轴电动机正反转的正反向常开触点（KS1、KS2）,及热继电器常闭触点（FR1、FR2）,输出部分为机床控制系统的接触器线圈（KM1-KM6）,中间继电器线圈（KA），照明灯（HL）。1、PLC 系统设计（1）确定 PLC I/O 口地址表由系统改造要求可确定 I/O 地址表，如表&#

6、160;3-2 所示。表 3-2 I/O 地址表输入输出名称SB1SB2SB3SB4SB5SB6功能作用总停M1 正转启动M1 反转启动M1 点动M2 启动M2 停止I/O 口X0X1X2X3X4X5名称KM1KM2KM3KM4KM5KM6功能作用控制 M1 正转运行控制 M1 反转运行控制 M1 形运行控制 M1 Y 形运行控制 M2 运行控制 M3 运行I/O&#

7、160;口Y0Y1Y2Y3Y4Y5SB7HL 照明X6KA电流表 A 短接中间继 Y6电器3SB8SB9FR1FR2HL 熄灭M3 点动M1 过载保护M2 过载保护X7X10X11X12HL    车床照明           Y7KS1正 转 制 动 速 度 继 电 X13器常开触点KS

8、2反 转 制 动 速 度 继 电 X14器常开触点（2） PLC 选型本次设计考虑到共有输入 13 个信号，输出 8 个信号，又因控制程序不是很大及不需要远程控制与特殊要求，所以选用三菱 FX 系列的 FX2N-32MR-001,由表知输入输出总点数为 32，输入点数为 16，输出点数为 16，继电器输出，可以满足本次设计的要求。（3）PLC 的 I/O 电气接线图由

9、 3.2.1 I/O 口分配表可以知道，输入部分：按钮 SB1 为整个控制系统的停止开关；按钮 SB2、SB3 及 SB4 分别控制主轴电机 M1 的正反转及点动控制；按钮 SB5、SB6 分别控制冷却泵电机的 M2 启动与停止；按钮 SB7、SB8 分别控制 HL 的照明于熄灭；按钮 SB9 控制快进电机的点动；热继电器常闭开关 FR1，FR2 分别为 M

10、1、M2 的过载保护；速度继电器 KS1、KS2 分别辅助主轴电机M1 的正反转制动。输出部分：KM1、KM2 接触器分别控制主轴电机 M1 的正4反转；KM3、KM4 接触器分别控制主轴电机 M1 的、Y 运行；KM5、KM6 接触器分别控制冷却泵电机 M2、快进电机 M3 的运行；HL 为车床照明。下图为，PLC 的输入、输出 I/O 电气接线图，如图 3-3。图 3-3 

11、PLC I/O 电气接线图（4）程序设计5程序设计说明：（1）主轴电机正转控制。如梯形图第一逻辑行所示，X1 为主轴电机正转启动控制。当按下控制按钮 SB2，则对应的 X1，接通辅助继电器 M0 的线圈并自锁；其位于第五逻辑行的常开触点 M0 闭合，接通 Y0 线圈（X11 常开触点在PLC 通电后即为闭合状态）；位于第七逻辑行的常开触点 Y0 闭合，接通 Y3 线圈。同时 T0 线圈得电开始计时，5S&#

12、160;后动作，位于第八逻辑行的常开触点 T0 闭合，接通 Y2 线圈并自锁，至此完成主轴电机的 Y/正转启动。在主轴电机完成 Y/正转启动的同时 T1 线圈得电开始计时，5S 后动作，其常开触点闭合并接通 Y6 线圈，电流表 A 开始监测主轴电机的电流。在主轴电机正转转速达到 120r/min 时，第三逻辑行 X13 常开触点闭合，为主轴电机正向旋转反接制动做好准备。（2） 主轴电机反转控制。如梯形图第二逻辑行所示

13、，X2 为主轴电机反转启动控制，当按下控制按钮 SB3，则对应的 X2，接通辅助继电器 M1 的线圈并自锁；其位于第六逻辑行的常开触点 M1 闭合，接通 Y1 线圈（X11 常开触点在PLC 通电后即为闭合状态）；位于第七逻辑行的常开触点 Y1 闭合，接通 Y3 线圈。同时 T0 线圈得电开始计时，5S 后动作，位于第八逻辑行的常开触点 T0 闭合，接通 Y2 线圈并自锁，至此

14、此完成主轴电机的 Y/反转启动。6在主轴电机完成 Y/反转启动的同时 T1 开始计时，5S 后动作，T1 线圈得电，其常开触点闭合并接通 Y6 线圈，电流表 A 开始监测主轴电机的电流。在主轴电机反转转速达到 120r/min 时，第三逻辑行 X14 常开触点闭合，为主轴电机反向旋转反接制动做好准备。（3） 主轴电机的正向点动控制。如梯形图第五逻辑行所示，X3 为主轴点动控制，当按下 SB4，则对应的 X3 

15、;闭合，接通 Y0 线圈（X11 常开触点在 PLC通电后即为闭合状态），其位于第七逻辑行的常开触点 Y0 闭合，接通 Y3 线圈 ，主轴电机正转 Y 形点动，松开 SB4，则 Y0、Y3 失电，主轴电机停转，实现点动。（4） 主轴电机正转停机反接制动控制。如梯形图第三逻辑行所示，X0 为主轴停车制动控制（兼有冷却泵、照明停止工作运行），主轴正转运行时，当按下 SB1，则辅助继电器 M0 线圈、Y0

16、0;线圈、Y2 线圈、T0 线圈、T1 线圈、Y6线圈失电，他们的相应触点同时也恢复常态，切断主轴电机正转运行电源，主轴电机自然停机。与此同时，第三逻辑行辅助继电器 M3 线圈得电（X13 已于正转速度达到 120r/min 时闭合），其位于第六逻辑行的常开触点 M3 闭合，接通Y1 线圈（X11 常开触点在 PLC 通电后即为闭合状态），其位于第七逻辑行的常开触点 Y1 闭合，接通 Y3 线圈，则立即给主轴电机通入

17、反转 Y 形制动电源，使之产生一个反向力矩来制动主轴电机的正向旋转，使主轴电机的正转速度很快降下来。当主轴电机正转速度降到 100r/min 时，正转时已闭合的 X13 触点断开，线圈 M3 失电、同时 Y1 线圈、Y3 线圈也失电，他们的相应触点恢复常态，及时切断反接制动电源，主轴电机正转停机而又防止了主轴电机反向起动，完成来主轴电机正转运行的反接制动过程。（5） 主轴电机反转停机反接制动控制。如梯形图第三逻辑行所示，X0 为7主轴停车制动控制（兼有冷却泵、照明停

18、止工作运行），主轴反转运行时，当按下 SB1 则辅助继电器 M1 线圈、Y1 线圈、Y2 线圈、T0 线圈、T1 线圈、Y6 线圈失电，他们的相应触点同时也恢复常态，切断主轴电机反转运行电源，主轴电机自然停机。与此同时，第三逻辑行辅助继电器 M4 线圈得电（X14 已于反转速度达到 120r/min 时闭合），其位于第五逻辑行的常开触点 M4 闭合，接通 Y0线圈（X11 常开触点在 PLC 通电

19、后即为闭合状态），其位于第七逻辑行的常开触点 Y0 闭合，接通 Y3 线圈，则立即给主轴电机通入正转 Y 形制动电源，使之产生一个反向力矩来制动主轴电机的反向旋转，使主轴电机的反转速度很快降下来。当主轴电机反转速度降到 100r/min 时，反转时已闭合的 X14 触点断开，线圈 M4 失电、同时 Y0 线圈、Y3 线圈也失电，他们的相应触点恢复常态，及时切断反接制动电源，主轴电机反转停机而又防止了主轴电机正向起动，完成来主轴电机反转运行的反接制

20、动过程。（6） 冷却泵电机控制。如梯形图第十逻辑行所示，X4 为冷却泵启动控制，X5 为冷却泵的停止运行控制。当按下 SB5，则对应的 X4 闭合，接通 Y4 线圈（X12常开触点在 PLC 通电后即为闭合状态），冷却泵投入工作。当需要冷却泵停止工作时，按下 SB6，则对应的 X4，断开 Y4 得电通路，Y4 线圈失电，冷却泵停止工作。（7） 快进电机点动控制。如梯形图所示， X10 为快进电机点动控制，当按下

21、60;SB9 时，则对应的的 X10，接通 Y5 线圈，快进电机点 动，当复位 SB9，Y5 线圈失电断开，快进电机实现点动。（8）照明控制。如梯形图所示，X6 为 HL 照明控制，X7 为 HL 熄灭控制。当需要照明时，按下 SB7，则对应的 X7 闭合并接通 Y7 线圈，HL 开始车床照明。8当不需要照明时，按下 SB8，则对应的 X7 失电，断开 Y7 

22、;得电通路，Y7 线圈失电，HL 熄灭。2、系统调试（1）系统调试的准备工作在调试前我们需要对线路进行检查，按照电气接线图检查电源线是否可靠，主线路和控制线路连接是否正确，绝缘是否良好，各开关是否处于常态，插头和各插接件是否全部插紧；在检查完各部分正确无误后，便可接上工作电源，开始通电检查调试了。（2）硬件检查合上供电的电源开关，用万用表测量系统总电源开关进线端的电压，看一看电压是否正常，有无断相或三相电压特别不平衡的现象。如果一切正常，便可合上总电源开关 QS，并用万用表测量电源能供到的各支路终端的电压是否正常。有无断相。用万用表测量各硬件的接线情况，看是否有短接，断接和虚连的情况