课程设计C650卧式车床电气控制系统.doc

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: PLC；卧式车床；继电器目 录第一章C650车床的主要结构与控制要求.31.1 C650型卧式车床的主要结构31.2 C650控制要求31.3各器件的选择.41.3.1电动机的选择41.3.2交流接触器和中间继电器的选择41.3.3保护电器的选择51.3.4 控制电器的选择6第二章C650车床控制元件配置.72.1 I/O接线图及运行方式82.2 I/O地址的分配82.3 I/O接线图102.4C650车床PLC控制梯形图.102.5流程图.14第三章C650卧式车床PLC控制分析.153.1 电动机正反转控制153.2 主电动机电动控制163.3 主电动机反接制动163.4 主电路工作电流监视163.5 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 =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）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380v，最大延时180s1.3.3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）*=85.8A143AFU2：=（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0.951.05倍。*=54.34A60A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=3.45T2匝数比K2=60T3匝数比K3=10.51.3.4 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，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1M2三相交流异步电动机Y2-801-2 0.75kw380v 1.78A冷却泵电动机1M3三相交流异步电动机Y2-90L-2 2.2kw 380V 4.69A快速移动电动机1FU1熔断器JR36-150 150A主电动机短路保护1FU2熔断器RL1-15 15AM2、M3短路保护1KM1交流接触器CDC1-105 线圈电压380VM1正转接触器1KM2交流接触器CDC1-105 线圈电压380VM1反转接触器1KM3交流接触器CJ20-6.3 线圈电压380VM1长动接触器1KM4交流接触器CJ20-6.3 线圈电压380V控制M21KM5交流接触器CDC1-105 线圈电压380V控制M31FR1热继电器JR10-60 53A85AM1过载保护1FR2热继电器JR36-20 3.2A5AM2过载保护1SB按钮LA19-11红色M1关断1SB1按钮LA19-11灰色M1点动1SB2按钮LA19-11黑色M1正转1SB3按钮LA19-11黑色M1反转1SB4按钮LA19-11红色M2停止1SB5按钮LA19-11绿色M2起动1QF断路器DZ15-100保护电动机1SA按钮LA19-11灰色机床照明1KS1速度继电器LA2 红色正转触头1KS2速度继电器LA19-11J 红色反转触头1TA电流互感器LQG-0.5 100/5A电流监视1R限流电阻1起、制动限流3第二章 c650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。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  C650车床PLC控制元件配置表电气控制 元件符号功能 PLC编程元件 电气控制 元件符号 功能 PLC编程元件 SBM1停止按钮 X0KS1速度继电器正转触头 X11SB1M1点动按钮 X1KS2速度继电器反转触头 X12SB2M1正转按钮 X2KM1M1正转接触器主触头 Y0SB3M1反转按钮 X3KM2M1反转接触器主触头 Y1SB4M2停止按钮 X4KM3M1制动接触器主触头 Y2SB5M2起动按钮 X5KM4M2接触器主触头 Y3SQM3限位开关 X6KM5M3接触器主触头 Y4FR1M1热继电器常开触头 X7KA电流表中间继电器触头 Y5FR2M2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Y142.3 I/O接线图图2-2 C650车床PLC控制I/O接线图2.4 c650车床PLC控制梯形图图2-3是C650车床PLC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2.32.5 PLC控制系统流程图第三章 C650卧式车床PLC控制分析3.1、主电动机正反转控制 1.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.T1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.反转控制及T2延时 按下SB3，电动机M1将反向起动运行，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。3.2、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、主电动机反接制动 1.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.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.T3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.M1停转 当主电动机M1降速至100r/min以下时，速度继电器的正转触头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.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。3.4、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。3.5、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，冷却泵电动机M2断电停转。 按下限位开关SQ，第27支路的X6闭合，Y4通电，快移电动机M3起动；松开限位开关SQ，快移电动机M3断电停转。 第四章 结束语通过这次毕业设计使我收获不少,在系统全面总结以前所学知识的同时,又学到了新的知识。不仅锻炼了思考能力，也提高了总结、归纳、综合运用的能力。无论是基础知识方面还是软件应用，绘图方面都有提高，对可编程控制器有了更深一步的理解。C650车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹。采用传统的继电器接触器控制，其技术落后, 可靠性差,工作效率低,故障诊断和排除困难,已严重影响了企业的生产效率，而可编程控制器是在继电器控制和计算机控制基础上开发的工业自动化控制装置,是一种数字运算操作的电子系统,专门为在工业环境下应用设计的,它具有可靠性高、设计施工周期 短、维修方便,价格也很便宜等优点。因而用PLC改造其继电器-接触器成了一种必然的选择。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，此程序是可行的。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，20032 史国生.控制与可编程控制器技术.M北京：化学工业出版社，20053 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，20014 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，20045 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