C650卧式车床的PLC控制系统设计

1、-PAGE . z. - - . -可修- .辽 宁 工 业 大 学PLC技术与应用课程设计论文题目：C650卧式车床的PLC控制系统设计院系： 电气工程学院 专业班级：自动化学 号：学生：指导教师：签字起止时间：2013.12.92013.12.18课程设计论文任务及评语院系：电气工程学院 教研室：自动化 学 号学生专业班级课程设计论文题目C650卧式车床的PLC控制系统设计课程设计论文任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能C650卧式车床有两种主要运动：一种是安装在床身主轴箱中的主轴作旋转运动，另一种是刀架的快速直线移动；在加工过程中，还需要提供切削液。从车床的加工工艺出发，

2、对电气控制有以下要求：1主轴电动机M1完成主轴旋转运动，采用直接起动方式，可正、反两个方向旋转。2电动机M2拖动冷却泵，为加工时提供切削液，采用直接起动、单向运行。3快速移动电动机M3拖动刀架快速移动，根据需要可随时进展手动控制起停，采用单向点动的工作方式。4根据系统设计，编写上位机组态软件，监控系统运行状态。设计任务及要求1、根据系统控制要求，确定总体控制方案包括设计系统组成框图，分析各局部的作用2、确定输入输出信号和类型，选择PLC型号和扩展模块。3、设计3台电机的主电路；建立I/O分配表，完成PLC与输入/输出信号的外部接线；4、按系统的控制要求，用梯形图设计程序；5、上机调试、完善程序

3、；6、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数1主轴电动机：P=4.0kw，n=1440转/分，U=380V，I=8.4A；2冷却泵电动机：P=3.0kw，n=1430转/分，U=380V，I=6.5A； 3刀架移动电动机：P=1.5kw，n=1410转/分，U=380V，I=3.49A；进度方案布置任务，查阅资料，确定系统的组成2天设计电机主电路，建立I/O分配，完成外部接线设计2天按系统的控制要求，完成梯形图设计2天上机调试、修改程序1天撰写、打印设计说明书2天辩论1天指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 辩论：总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注

4、：成绩：平时20% 论文质量60% 辩论20% 以百分制计算-. z. - - . -可修- .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，其工作性能已不能到达现代生产的要求。本设计以西门子S7-200系列PLC取代常规的继电器，根据C650普通卧式车床原控制要求，利用PLC控制系统，实现了车床启动、正转反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵工作等一些列功能，确定了PLC的I/O地址分配，PLC控制系统的I/O外部接线图，设计了梯形图并进展现场模拟调试，绘制组态监控画面对车床的运行状态进展监控。C650卧式车床改由PLC

5、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，车床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。系统运行情况良好，车削精度更高该项技术可推广应用于自动化其他领域的控制系统中。关键词: PLC；卧式车床；继电器；组态监控目 录 TOC o 1-3 f h z HYPERLINK l _Toc375050041第1章 绪论 PAGEREF _Toc375050041 h 1HYPERLINK l _Toc375050042第2章 系统设计方案 PAGEREF _Toc375050042 h 2HYPERLINK l _Toc3750500432.1 系统功能 PA

6、GEREF _Toc375050043 h 2HYPERLINK l _Toc3750500442.2 系统组成总体构造 PAGEREF _Toc375050044 h 2HYPERLINK l _Toc375050045第3章 硬件设计 PAGEREF _Toc375050045 h 4HYPERLINK l _Toc3750500463.1 PLC系统设计 PAGEREF _Toc375050046 h 4HYPERLINK l _Toc375050047 主电路设计 PAGEREF _Toc375050047 h 4HYPERLINK l _Toc375050048 系统输入/输出信号选

7、择 PAGEREF _Toc375050048 h 5HYPERLINK l _Toc3750500493.1.3 PLC选择 PAGEREF _Toc375050049 h 5HYPERLINK l _Toc3750500503.1.4 I/O分配表及PLC外部接线 PAGEREF _Toc375050050 h 7HYPERLINK l _Toc375050051第4章 软件设计 PAGEREF _Toc375050051 h 8HYPERLINK l _Toc3750500524.1 组态设计 PAGEREF _Toc375050052 h 8HYPERLINK l _Toc375050

8、0534.2 程序设计 PAGEREF _Toc375050053 h 9HYPERLINK l _Toc375050054第5章 实验模拟调试及分析 PAGEREF _Toc375050054 h 13HYPERLINK l _Toc375050055第6章 总结 PAGEREF _Toc375050055 h 16HYPERLINK l _Toc375050056参考文献 PAGEREF _Toc375050056 h 17-. z.绪论随着社会生产力的开展，传统的继电器控制系统已经不能满足当今迅猛开展的社会的现代化生产要求，小型PLC在普通车床的控制电路中发挥了及其重要的作用。本设计以C

9、650卧式车床的控制系统为例，采用西门子S7-200系列PLC作为控制器，代替了C650卧式车床传统控制系统。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，车床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。西门子S7-200系列PLC在自动化工业现场已逐步趋于淘汰，国许多客户的西门子S7-200系列PI_C将处于闲置状态。因此用现有的西门子S7-200系列PLC改造传统的继电器控制系统既经济又实惠，同时可以消化一局部西门子S7-200系列PLC，节约资源。系统设计方案系统功能C650卧式车床有两种主要运动：一种是安装在床身主轴箱中的主轴作旋转运动，另一种是刀架的快速直线移动

10、；在加工过程中，还需要提供切削液。从车床的加工工艺出发，本设计根据要求，对电气控制有以下要求：1主轴电动机M1完成主轴旋转运动，采用直接起动方式，可正、反两个方向旋转。2电动机M2拖动冷却泵，为加工时提供切削液，采用直接起动、单向运行。3快速移动电动机M3拖动刀架快速移动，根据需要可随时进展手动控制起停，采用单向点动的工作方式。4根据系统设计，编写上位机组态软件，监控系统运行状态。该系统应用广泛，可应用于所有机械加工场合。系统组成总体构造在本次控制系统设计中用PLC 代替了继电器控制系统逻辑控制线路局部。系统总体组成如图2.1所示：车床的控制系统的输入信号由停顿按钮SB1、主轴电动机M1正转按

11、钮SB2、主轴电动机M1的反转按钮SB3、主轴电动机M1的点动按钮SB4、冷却泵电动机M2停顿按钮SB5、冷却泵电动机M2起动按钮SB6以及快移电机M3 起、停位置开关SQ、速度继电器正转常开触头KS1、速度继电器反转常开触头KS2提供。系统的输出信号分别控制接触器线圈KM1-KM5，进而控制电机的运行，到达控制目的。图2.1 系统组成总体框图按钮SB1SB6作为控制按钮，由操作者对系统进展控制；限位开关SQ用于对快移电机进展控制，具有保护作用。速度继电器常开触头KS1、KS2用于反接制动时，当检测到电机转速到达设定速度值时切断反向电源实现停车制动。硬件设计PLC系统设计主电路设计系统主要分为

12、主电路，冷却电路，快速移动电路等三局部。如图3.1所示图3.1C650卧式车床的主电路图主电路实现对主轴电机的正反转、停顿及点动控制。冷却电路实现对冷却泵电机的起、停控制。快速移动电路实现对快速移动电机的点动控制。系统输入/输出信号选择本设计主要通过按钮控制车床的运行状态，通过分析系统，本系统的开关量输入信号有9个，分别是：主轴电机M1停顿按钮SB1、主轴电机M1正转启动按钮SB2、主轴电机M1反转启动按钮SB3、主轴电机M1点动按钮SB4、冷却泵电机M2停顿按钮SB5、冷却泵电机M2启动按钮SB6、快速移动电机M3点动按钮SQ、速度继电器正转常开触头 KS1、速度继电器反转常开触头 KS2。

13、输出信号有5个，分别是：主电动机M1 正转接触器KM1；主电动机M1 反转接触器KM2；短接制动电阻接触器KM3；冷却泵电动机M2 起、停接触器KM4；快速电动机M3起、停接触器KM5。PLC选择本设计选用S7-200系列PLC, S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种车床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：中央空调，电梯控制，运动系统。 由于本设计的输入和输出全为数字量，S7-200系列各型号CPU输入输出点如下：CPU 221具

14、有6个输入点和4个输出点；CPU 222具有8个输入点和6个输出点；CPU 224具有14个输入点和10个输出点；CPU 224*P具有14个输入点和10个输出点；CPU 226具有24个输入点和16个输出点。分析知：系统有9个输入，5个输出，因此选用CPU224，实物如图3.2所示：图3.2 CPU224实物图主机CPU224模块编址如表3-1所示：表3-1 CPU224模块编址主机I/OI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4Q0.4I0.5Q0.5I0.6Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I/O分配表及

15、PLC外部接线本系统的开关量输入信号有9个，输出信号有5个，I/0地址分配表如表3-2所示：表3-2 I/0地址分配表输入输出名称符号地址编号名称符号地址编号反接制动按钮SB1I0.0主电动机M1 正转接触器KM1Q0.0主轴电动机M1正转按钮SB2I0.1主电动机M1 反转接触器KM2Q0.1主轴电动机M1 的反转按钮SB3I0.2短接制动电阻接触器KM3Q0.2主轴电动机M1 的点动按钮SB4I0.3冷却泵电动机M2 起、停接触器KM4Q0.3冷却泵电动机M2 停顿按钮SB5I0.4快速电动机M3起、停接触器KM5Q0.4冷却泵电动机M2 起动按钮SB6I0.5快移电机M3 起、停位置开关

16、SQI0.6速度继电器正转常开触头KS1I0.7速度继电器反转常开触头KS2I1.0根据输入/输出信号机地址分配，进展PLC与输入/输出信号的外部连接如图3.2所示：图3.2C650卧式车床的PLC 的I/O接线图软件设计组态设计本设计组态软件采用MCGS编写，画面简洁，实时性强，便于实验室调试。数据库建立I00-I10分别对应按钮PLC 的I1.0-I1.0，Q00-Q04分别对应PLC 的Q0.0-Q0.4，数据类型全为开关量型。如图4.1所示图4.1 数据库建立组态画面绘制绘制组态画面如图4.2所示图4.2 组态画面程序设计按照控制要求，编写相应的PLC控制梯形图：1主电动机的点动调整控

17、制电路中KM3为M1电动机的正转接触器，KM为M1电动机的长动接触器，KA为中间继电器。M1电动机的点动由点动按钮SB6控制。按下按钮SB6，接触器KM3得电吸合，他的主触点闭合，电动机的定子绕组限流电阻R与电源接通，电动机在较低速下起动。2) 主电动机的正反转控制电路主电动机的正转由正向起动按钮SB1控制。按下按钮SB1时，接触器KM首先得电动作，他的主触点闭合将限流电阻短接，接触器KM的辅助动合触点闭合使中间继电器KA得电，它的触点闭合，使接触器KM3得电吸合。KM3的主触点将三相电源接通，电动机在额定电压下正转起动。KM3的动合辅助触点和KA的动合触点的闭合将KM3线圈自锁。反转起动时用

18、反向起动按钮SB2，按下SB2，同样是接触器KM得电，然后接通接触器KM4和中间继电器KA，于是电动机在满压下反转起动。KM3的动断辅助触点和KM4的动断辅助触点分别串在对方接触器线圈的回路中，起到电动机正传和反转的电气互锁作用。3主轴电动机的反接制动控制当速度接近于零时，用速度继电器的触点给出信号切断电动机电源。速度继电器与被控电动机是同轴相连的，当电动机正转时，速度继电器的正转常开触点KS1闭合；电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2闭合。当电动机正向旋转时，接触器KM3和KM，继电器KA都处于得电动作状态，速度继电器的正转动合触点KS1也是闭合的，这样就为电动机正传时的反接制动做好

19、了准备。需要停车时，按下停顿按钮SB4接触器KM失电，其主触点断开，电阻R串入主回路，与此同时KM3也失电，断开了电动机电源，同时KA失电，KA的动断触点闭合。在松开SB4后就使反转接触器KM4的线圈得电，电动机的电源反接，电动机处于反接制动状态。当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器KS的正转动合触点KS1断开，切断了接触器KM4的通电回路，电动机脱离电源停顿。电动机反转时的制动与正转时的制动相似。当电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2是闭合的，这时按一下停顿按钮SB4，在SB4松开后正转接触器线圈得电，正转接触器KM3吸合将电源反接使电动机制动后停顿。图4.3 主轴

20、电机正反转、点动、制动梯形图图4.4 主轴电机正反转、点动、制动梯形图4) 刀架的快速移动和冷却泵控制刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动限位开关SQ来实现的。当手柄压动SQ后，接触器KM2得电吸合，M3电动机带动刀架快速移动。如果车削加工需要冷却液时按下SB6，冷却泵电动机M3动作，KM4线圈得电，冷却泵电动机M2工作，需要停顿时按下按钮SB5即可。图4.5 刀架的快速移动和冷却泵控制梯形图实验模拟调试及分析由于实验条件限制，本设计调试局部采用模拟调试，用不同的指示灯的不同状态分别表示不同电机的不同运行状态。将编写好的PLC程序进展编译，下载至PLC，观察各步的动作都正确无误后，按照PLC控制

21、系统接线图在实验台上整体模拟，观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与工艺过程对照。模拟主轴电机正转启动如图5.1所示：图5.1正转启动画面模拟主轴电机反转启动如图5.2所示： 图5.2正转启动画面模拟主轴电机停车如图5.3所示：图5.3停车画面模拟冷却泵电机启动如图5.4所示图5.4冷却泵启动画面5模拟刀架快速移动点动画面如图5.5所示：图5.5刀架快速移动点动画面分别观察表示各个电动机的运行状态的指示灯的状态，并与工艺过程比拟，控制程序设计能够满足控制系统的要求。总结本设计采用可编程控制器代替继电器对车床进展控制，因为可编程控制器组成的控制系统在设计、安装、调试和维修等方面，不仅减少了工作量，而且减少了开支，缩减了本钱，使线路简化,维修方便效益更高。同时，由于PLC的高可靠性，输入输出局部还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。虽然此次设计PLC编程局部比拟简单，但由于自己PLC知识不扎实，导致在编程的时候还是出现了很多问题，最后在同学的帮助下修改和完善了程序，程序在实验室调试成功。但在组态监控设计上，还是有一定缺陷，组态对输入变量只能读取，不能写入，所以编的组态只能对系统运行状态进展监控，不能实现通过组态画面来对系统进展控制，导致最终调试不太成功。通过查阅相关资料，发现原来是