基于PLC的C616车床控制系统设计

设计了一套综合、高效的PLC控制系统，提高普通车床的生产效率、控制精度和产品质量。PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。本次设计就是以PLC控制系统取代传统的继电器-接触器控制系统。C616型车床的主要结构见图1.1，主要有主轴变速箱、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、床身等。图1.1C616型普通车床的主要结构车床的主运动是工件的旋转运动，它是由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转。电动机的动力通过主轴箱传给主轴，主轴一般只要单方向的旋转运动，只有在车螺纹时才需要用反转来退刀。类型主电机功率外形尺寸净重床身上最大回转直径320(mm）刀架上最大回转直径175(mm)最大车削长度700/1000/1500(mm)螺纹车削范围公制0.5-9（mm）英制2-38(tpi)主轴转速级数12转速范围45-1980（r/min）主轴通孔直径30（mm）小刀架175（mm）横滑板180（mm）孔径52(mm)内锥孔MT5#在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床作为经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床研究是个"永恒"的课题。在美国、日本、德国，用数控机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线的新的行业。在美国的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本从事机床行业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。在机床市场上，销售相当红火。据统计，早在1998年德国机床销售额就达到25亿马克。德国在机床数控化方面，不仅考虑了如何通过机床的数控化来适应生产技术的发展、劳动组织的变革，而且还全面地考虑了如何充分利用技术工人现有的经验知识。因此，在德国除了企业从事机床工作外，还有一些高校、研究机构等也参与了机床的研究与指导工作，对机床的生产技术、劳动组织和人员素质之间的相互关系进行了全面、系统地研究，联邦政府和州政府专门拨款支持该领域的研究工作。目前我国机床市场的需求结构已经发生了很大变化，我国的机床也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。数控机床，特别是普及型数控机床将逐步成为市场需求的主体。自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、机床设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从1979-1988年，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。然而，有一些设备、生产线从国外引进后，由于消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；还有一些项目只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥，有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用。这些引进项目不仅没有创造财富，反而消耗着财富。这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。2005年，我国数控金属切削机床生产59639台，进口30746台。除部分出口外，总消费数量约85000台。2006年，我国机床工业的产值和销售收入保持较高的增长速度，其中数控金属切削机床产量快速增长，全年生产85756台，同比增长32.8%，增幅高于金属切削机床产量增幅的18.4%。国产机床市场占有率进一步回升，由2001年的39.3%提高到2006年的44.8%。2007年1~10月我国进口金属加工机床57.06亿美元，其中金属切削机床进口达41.98亿美元，同比减少8.18%，所占比例为73.57%；成形机床进口达15.08亿美元，同比增长5.68%，所占比例为26.43%。国内的机床制造企业在努力开拓高档数控机床市场的同时，一定要加速普及型数控机床产业化的步伐。通过生产和进口数控机床并不能满足我国日益增长的制造业需求，而且淘汰大型企业原有的大量普通金属切削机床不但造成了很大的浪费，而且会因为缺乏资金购买大量的数控机床来填补淘汰普通金属切削机床后的机床空缺，造成停产。本文就是以普通车床为对象，基于PLC进行电气控制系统设计。一共分为几个部分：符号元件名称型号规格件数作用M1主轴电动机Y132M-4-B34KW1450r/min1工件的旋转和刀具的进给M2冷却泵电动机AOB-2590W3000r/min1供给冷却液KM1交流接触器CJO-10A127V10A1控制主轴电动机M1KM2交流接触器CJO-10A127V10A1控制主轴电动机M1KM3交流接触器CJO-10A127V10A1冷却泵电动机M2QS低压断路器DZ5-20380V20A1电源总开关SB1按钮LA2型500V5A1急停SA1转换开关HZ2-10/310A,三极1控制主轴电动机SA2转换开关HZ2-10/310A,三极1控制冷却泵电动机SA3转换开关HZ2-10/310A，三极1照明灯开关钥匙式电源开关1开关FR1热继电器JR16-20/3D15.4A1M1过载保护TC变压器BK-200380/127、36、6.31控制与照明用变压器FU熔断器RL140A1全电路的短路保护FU1熔断器RL14A1TC一次侧的短路保护FU2熔断器RL12A1控制电路的短路保护FU3熔断器RL11A1信号灯的短路保护FU4熔断器RL11A1照明灯的短路保护EL照明灯K-1,螺口40W36V1机床局部照明HL指示灯DX1-0白色，配6V0.15灯1电源指示灯本设计主要是采用西门子S7-200PLC及KTP1000触摸屏装置对普通车床电气控制系统进行控制的，采用西门子的可编程控制器对车床运动进行控制和调节。具体实际操作有：（1）对原有车床的工艺和控制流程不变；（2）维持原有操作习惯，只保留主电路部分，控制部分将由可编程控制器取代。（3）低压主令元件包括按钮，行程开关，热继电器，接触器等作用不便，保持原有功能。（4）主轴的启动，正转反转，停止等操作方法不变；（5）改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现；（6）在本控制系统硬件设计由PLC控制系统硬件、触摸屏系统硬件以及其他辅助硬件设计组成。在设计中应考虑以下原则:1.可靠性。在系统的设计中，要选择尽可靠的电气元件，虽然初期投资较多，但是考虑到可编程控制器的优越性能，后期维护较低，投资值得。2.功能完善。在满足机床控制工艺要求的基础上，对系统尽量完善，提高安全性能。3.经济性。在可靠性和功能方面保证的情况下，考虑经济性。4.在保证前三条的基础上，考虑系统的先进性和可扩展性。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。1)可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2)配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3)体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1)PLC开关量的逻辑控制

这是PLC开关量的逻辑控制是基本的控制方法。它可以实现各种逻辑控制工艺，顺序控制工艺以及其他自动化生产线控制工艺等。PLC的开关量逻辑控制基本取代了接触器-继电器电路，广泛应用于各行各业，如注塑机、订书机械、机床、仓库生产线、灌装流水线等。2)PLC模拟量控制

由于自然界存在许多连续变化的物理量，比如压力、温度、流量、液位等都是模拟量。要将模拟量转换为数字量，才能在程序中进行计算和处理，将处理的结果转换为模拟量。3)PLC数据处理可编程控制器具有各种各样的计算方法，便于完成实际数据处理，数据传送和转换等，可以对数据进行采集和分析处理，具有很明显优势。4)PLC过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是模拟量闭环控制系统中，使用很频繁的调节方法。可编程控制器具有专用的PID子程序。5)PLC通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。车床电气控制系统只需要逻辑运算等简单功能，西门子S7-200系列PLC非常适用于单机自动化控制系统。现选择西门子S7-200CPU226型PLC控制，AC220V供电，DC24V6点输入，继电器型交流3点输出。S7-200可编程控制器是小型化的PLC，对于社会各种行业，各种场合的逻辑控制，自动检测和运算功能都适用。S7-200可编程控制器具有强大的运算功能和通讯功能，能使用在比较复杂的自动化控制场合。S7-200可编程控制器提供了4个不同的型号，8中CPU类型可以选择使用。本次设计选择的是采用CPU226类型可编程控制器。CPU226类型的可编程控制器可以集成24输入和16输出共计40个I/O点。可以扩展7个模块，最大扩展至248路数字量I/O或者35路模拟量I/O点。26K字节程序和数据存储空间，6个独立的30KHz高速计数器，具有PID控制器，具有2路独立的20KHz高速计数器输出。RS485通讯编程口共有两个，具有PPI和MPI通讯协议，I/O端子很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统。共有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能的更强的内部集成特殊功能，可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。PLC软件既有制造厂家提供的系统程序，又有用户根据实际应用自行研发的应用程序。可编程控制器的系统程序为研发者提供了开发用户程序的平台，对实际应用中的信号和信息转换进行了可靠运行的处理，以满足现场工艺要求。用户程序需要研发者根据现场具体逻辑控制要求和运算要求进行设计和研发，所以我们经常讲的可编程控制器软件设计就是研发者根据现场情况进行研发的可供实际应用的程序。PLC的软件为Siemens公司的Step7-Micro