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1、附件：淮阴工学院课 程 设 计课程名称： 机电传动控制课程设计 题目：PLC控制的C6140型普通机床电气控制学 院： 机械工程学院 专业班次： 机械电子2011级 姓 名： 杨 明 指导教师： 路 连 学 期： 20132014学年 第一学期 日 期： 2013.12.27 目 录1 引言 .11.1 本设计的意义 . .11.2 PLC的概述 . . .11.3 C6140型普通机床介绍 . .22 具体设计方案 .32.1 电力控制特点及控制要求.52.2 C6140普通车床原继电器控制系统分析52.3 C6140型普通车床常规低压电气控制改PLC控制原理改造说明52.4 PLC的选型.
2、 . . .52.5 I/O的分配 . .72.6 实验接线图. .73 硬件及其程序设计 .83.1 梯形图 .93.2 电器元件的说明 . 104 总结 .104.1 个人总结.104.2 致谢 .11参考文献 .111、引言1.1 本设计的意义本设计采用可编程控制器代替继电器对机床进行控制，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，缩减了成本，效益更高。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的中间继电器，时间继电器等等，使线路简化,维修方便。同时要达到的要求有： （1）车床正反向工作；（2）主电动机运动；（3）刀架快速移动及
3、冷却泵工作；（4）对主电动机进行电流监控；设计PLC控制系统首先要对控制要求进行分析，选择最佳的系统方案，然后对系统硬件设计进行选择，比如：交流接触器；中间继电器；保护电器等。最关键的是选择合适的PLC，对I/O地址分配，再进行梯形图设计。1.2 PLC的概述可编程控制器简称PLC，是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机。它的软件，硬件配置与计算机极为类似，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。硬件主要由中央处理器CPU、存贮器、输入/输出单元以及编程器、电源和智能输入/输出单元等构成。PLC是一种
4、专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。PLC是专门为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它的种类很多、模块丰富、指令功能强大、编程简单、使用方便，而且随着计算机技术的发展，其功能仍然在不断扩大和完善。PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。目前，PLC的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的CPU也不过80486，将来会全面使用64位的RISC芯片，
5、采用多CPU进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使PLC的处理速度达到纳秒级。1.3 C6140型普通机床介绍 1、机床的结构 C6140型普通机床结构如右图所示，主要由机床、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、丝杠、光杠、尾架等部分组成。2、车床的运动形式车床的运动形式有切削运动和辅助运动，切削运动包括工件的旋转运动（主运动）和刀具的直线进给运动（进给运动），除此之外的其他运动皆为辅助运动。1.主轴箱 2.横溜板 3.尾架 4.床身 5.右床座 6.光杆 7.丝杠 8.溜板箱 9.左坐床 10.进给箱 11.挂轮箱图1-1 C6140卧式车床结
6、构图（1）主运动。 是指主轴通过卡盘带动工件旋转，主轴的旋转是由主轴电机经传动机构拖动、根据工件材料性质，车刀材料及几何形状、工件直径、加工方式及冷却条件的不同，要求主轴有不同的切削速度，另外，为了加工螺丝，还要求主轴能够正反转。 主轴的变速是由主轴电动机经V带传递到主轴变速箱实现的，C6140普通车床的主轴正转速度有24种（101400r/min），反转速度有12种（141580r/min）。（2）进给运动。 车床的进给运动是刀架带动力具纵向或横向直线运动，溜板箱把丝杠或光杠的转动传递给刀架部分，变换溜板箱外的手柄位置，经刀架部分使车刀做纵向或横向进给。刀架的进给运动也是由主轴电机拖动的，其
7、运动方式有手动和自动两种。（3）辅助运动。指刀架的快速移动、尾座的移动以及工件的夹紧与放松等。2、具体设计方案2.1 电力控制特点及控制要求（1）主轴电机一般选用三相笼型异步电动机。为满足螺丝加工要求，主运动和进给运动采用同一台电机拖动，为满足调速要求，只用机械调速，不进行电气调速。（2）主轴要能够正反转，以满足螺丝加工要求。（3）主轴电机的启动、停止采用按钮操作。（4）溜板箱的快速移动，应由单独的快速移动电动机来拖动并采用点动控制。（5）为防止切削过程中的刀具和工件温度过高，需要用切削液进行冷却，因此要配有冷却泵。（6）电路必须有过载、短路、欠压、失压保护。2.2 C6140普通车床原继电器
8、控制系统分析2.2.1 结合 图2-1进行分析（1）主轴电动机控制 主电路中的M1为主轴电动机，按下启动按钮SB2、KM1得电吸合，辅助触点KM1（5-6）闭合自锁，KM1主触头闭合，主轴电机M1启动，同时辅助触点KM1（7-9）闭合，为冷却泵起动作好准备。（2）冷却泵控制。 主电路中的M2为冷却泵电动机。 在主轴电机启动后，KM1（7-9）闭合，将开关SA2闭合，KM2吸合，冷却泵电动机启动，将SA2断开，冷却泵停止，将主轴电机停止，冷却泵也自动停止。（3）刀架快速移动控制。刀架快速移动电机M3采用点动控制，按下SB3,KM3吸合，其主触头闭合，快速移动电机M3启动，松开SB3，KM3释放，
9、电动停止。（4）照明和信号灯电路。接通电源，控制变压器输出电压，HL直接得电发光，作为电源信号灯。EL为照明灯，将开关SA1闭合EL亮，将SA1断开，EL灭。2.3 C6140型普通车床常规低压电气控制改PLC控制原理改造说明（1）去掉电源指示灯HL和控制变压器TC（2）照明指示灯EL替换为HL1（3）增加主轴工作指示灯HL2.、冷却泵工作指示灯HL3、快速移动指示灯HL4（4）SA1替换为SA4，SA2替换为SA52.4 PLC的选型 PLC 是控制系统的核心部件，正确的选择PLC对整个控制系统技术经济性指标起着重要的作用。选型的基本原则是：所选的 PLC 应能够满足控制系统的功能需要。选型
10、的基本内容应包括以下几个方面： PLC 结构的选择 在相同功能和相同 I/O 点数的情况下，整体式 PLC 比模块式 PLC 价格低。 PLC 输出方式的选择 不同的负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。继电器输出型的 PLC 可以带直流负载和交流负载；晶体管型与双向晶闸管型输出模块分别用于直流负载和交流负载。 I/O 响应时间的选择 PLC 的响应时间包括输入滤波时间、输出电路的延迟和扫描周期引起的时间延迟。 联网通信的选择 若 PLC 控制系统需要联入工厂自动化网络，则所选用的 PLC 需要有通信联网功能，即要求 PLC 应具有连接其它 PLC 、上位计算机及 CRT 等接口的能力。 P
11、LC 电源的选择 电源是 PLC 干扰引入的主要途径之一，因此应选择优质电源以助于提高 PLC 控制系统的可靠性。一般可选用畸变较小的稳压器或带有隔离变压器的电源，使用直流电源时要选用桥式全波整流电源。 I/O 点数及 I/O 接口设备的选择 存储容量的选择 PLC 程序存储器的容量通常以字或步为单位，用户程序存储器的容量可以作粗略的估算。一般情况下用户程序所需的存储器容量可按照如下经验公式计算： 程序容量 =K 总输入点数 / 总输出点数 对于简单的控制系统， K=6 ；若为普通系统， K=8 ；若为较复杂系统， K=10 ；若为复杂系统，则 K=12 。在选择内存容量时同样应留有裕量，一般
12、是运行程序的 25% 。不应单纯追求大容量，在大多数情况下，满足 I/O 点数的 PLC ，内存容量也能满足。 车床电气控制系统所需的I/ O 点总数在256以下，属于小型机的范围. 控制系统只需要逻辑运算等简单功能。主要用来实现条件控制和顺序控制。为实现C6140 车床上述的电气控制要求，所以PLC 可以选择西门子公司的S7 - 200 系列。它的价格低，体积小，非常适用于单机自动化控制系统. 该机床的输入信号是开关量信号，输出是负载三相交流电动机接触器等。 车床电气控制系统需要7 个外部输入信号，7 个输出信号。PLC 所具有的输入点和输出点一般要比所需冗余30 % ，以便于系统的完善和今
13、后的扩展预留。所以本系统所需的输入点为7 个,输出点为7 个。现选择西门子公司生产的S7 - 200 系列的CPU224 型PLC ，24V 直流7 点输入。2.5 I/O的分配2.5.1 I/O分配表的确定 很据要求写出I/O分配表，见表2.1。输入I序号功能输入输出Q序号功能输出1热保护FR1I0.01M1控制接触器KM1Q0.02热保护FR2I0.12M2控制接触器KM2Q0.13总停开关SB1I0.23M3控制接触器KM3Q0.24M1启动按钮SB2I0.34照明灯HL1Q0.35M3启停按钮SB3I0.45主轴工作HL2Q0.46照明SA1I0.56冷却泵工作HL3Q0.57M2启停
14、按钮SA2I0.67快速移动电机工作HL4Q0.6表2.1 I/O分配表2.6实验接线图 3.硬件及其程序设计3.1 梯形图3.2电器元件的说明本系统中主要用到的电器元件有电磁阀、执行机构、指示灯以及按钮。电磁阀是利用电磁线圈通电后产生的磁场来实现动作的，因此电磁阀只有开、关两个位置，即常闭（不通电时关闭状态）、常开（不通电时打开状态）。由于开启时间少于关闭时间，所以选用常闭型电磁阀。选用交流型电磁阀，电压规格用尽量优先选用AC220V。4、总结4.1 个人总结本次课程设计我们的主要任务是用PLC实现对C6140机床的控制功能。一个平常看似简单使用方便的C6140机床，其实并不是那么容易就做成
15、的。我们本次设计所做的只是PLC编程部分，以此实现它的功能。在接到题目后，起初感觉无从下手，在思考过一段时间后，我和同组同学通过网络以及去图书馆查阅资料，获得了一些有关C6140机床以及PLC编程方面的信息。基于我们本学期所学习的PLC课程，我们自己尝试着编写了程序。经过多次修改以及调试，我们最终获得成功，实现了预期的功能。在设计中我们用到了电磁阀、执行机构等我们没怎么接触过的电子器件，之前我对这些元器件不是很了解，由于在设计中用到了，我查阅了一些资料，对它们的原理以及应用有了深刻地认识。经过一个礼拜的学习、研究以及经过路老师的指导.终于按时完成了课程设计.设计主要研究的是C6140机床中有关
16、于PLC的部分.C6140机床是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。C6140机床可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，操作C6140机床的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小的性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。所以说,C6140机床的PLC改造是机床自动控制的一个很好的发展趋势.它的出现将极大的方便技术工人对机床的操作。通过本次课程设计，我的收获很大，对PLC的编程有了更进一步的掌握，增加了我的实践动手能力。另外，我还学会了一些基本软件的应用，比如Protel,Visio 等。4.2 致谢这次课程设计之所以取得成功，得到了多方面的帮助
17、。首先，感谢学校为我们提供这次学习的机会，使我们在多方面有了提高和完善，在理论方面得到了巩固，实践动手能力方面有了提高。再次，感谢指导老师的帮助，在设计过程中遇到难题时，指导老师总是耐心的提供帮助，在这里向老师表示由衷地感谢。最后，对同组同学表示感谢，这次设计能取得成功，也离不开彼此之间的团结互助！参考文献1 王国海主编 可编程序控制器及其应用第二版 中国劳动社会保障出版社 20072瞿彩萍主编 PLC应用技术（三菱） 中国劳动社会保障出版社 20063程周可编程序控制器原理与应用 北京：高等教育出版社， 2003年4王永华现代电气控制及PLC 应用技术. 北京：北京航空航天大学出版社，20005周美兰，周封，忘岳宇PLC电气控制与组态设计北京：科学出版社，20036吴建强，姜三勇可编程控制器原理及应用哈尔滨工业大学出版社，20007吴中俊，黄永红可编程序控制器原理及应用北京：机械工业出版社，20038张万忠，刘明芹电器与PLC控制技术北京：化学工业出版社。20039王兆义可编程序控制器教程北京：机械工业出版社，2001