C650卧式车床PLC控制系统设计1．目的与要求车床是一种应用极为广泛的金属切削机床,它的主运动为主轴回转运动,刀架的移动为进给运动,车削加工一般不要求反转,但加工螺纹时,为避免乱扣,需要反转退刀,并保证工件的转速与刀具的移动速度之间具有严格的比例关系,溜板箱与主轴箱之间通过齿轮传动系统连接，用它能车削外圆、内孔端面螺纹定型表面等，并可装上钻头绞刀等工具进行孔加工。C650卧式车床是其中较为常见的一种,其原控制电路为继电器控制,接触触点多，故障多。其属于中型车床，功率为30KW，车身的最大回转半径为1020mm，最大工件长度为3000mm。操作人员维修任务较大.针对这种情况，我们用PLC控制其继电器控制电路，采用了反接制动，为了减小制动电流，定字回路串入限流电阻R,为减轻工人劳动的劳动强度和节省辅助工作时间，专门设置了一台2.2KW的拖动溜板箱的快速移动电动机。这些功能克服了以上缺点，降低了设备故障率，提高了设备使用效率,运行效果良好。该车床有三台电动机，M1为主电动机，推动主轴旋转，并通过进给机构以实现进给运动；M2为冷却泵电动机，提供切削液；M3为快速移动电动机，拖动刀架快速移动。2．C650卧式车床主电路设计主电动机M1：KM1、KM2两个接触器实现正反转，FR1作过载保护，R为限流电阻，电流表PA用来监视主电动机的绕组电流，由于主电动机功率很大，故PA接入电流互感器TA回路。当主电动机起动时，电流表PA被短接，只有当正常工作时，电流表PA才指示绕组电流。KM3用于短接电阻R。冷却泵电机M2：KM4接触器控制冷却泵电动机的起停，FR2为M2的过载保护用热继电器。快速电机M3：KM5接触器控制快速移动电动机M3的起停，由于M3点动短时运转，故不设置热继电器。2.1C650卧式车床PLC改造I/O分配图如图1所示，为C650卧式车床PLC改造I/O分配图。输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号M1正转启动按钮SB1X0M1切除电阻R运行接触器KM3Y0M1反转启动按钮SB2X1M2运行接触器KM4Y1M2启动按钮SB3X2M3运行接触器KM5Y2总停按钮SB4X3M1正转接触器KM1Y3M2停止按钮SB5X4M1反转接触器KM2Y4M1点动按钮SB6X5电流表A短接中间继电器KAY5M3点动位置开关SQX6M1过载保护热继电器FRX7正转制动速度继电器常开触点KS1X11正转制动速度继电器常开触点KS2X12图1C650卧式车床PLC改造I/O分配2.2PLC选型PLC是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制，被广泛应用于各个领域，因为它具有几个突出的特点：可靠性高，抗干扰强；编程简单，易于掌握；功能完善，灵活方便；体积小，质量轻，功耗低。在此次课程设计中我选用FX2N-48MR，因为它的编程相对简单易懂，是理想的可编程控制器。而在设计中的I/O点数在48以下，则用的是微型PLC。其基本单元中的输入点按照X000—X007,X010—X017…这样的八进制进行编号，而输出点按照YOOO—Y007,Y010—Y017…这样的八进制进行编号，内部继电器可多次使用，定时器将1ms,10ms,100ms等脉冲进行加法计数，计数器可进行向上向下计数。2.3主控电路图设计C650型卧式车床共有三台电动机,主轴电动机M1由接触器KM1、KM2、KM3控制，冷却泵电动机M2由接触器KM4控制，快速移动电动机M3由接触器KM5控制。其中主轴电动机M1可以正、反转控制，也可以点动控制，还可以双向反接制动控制。图2.C650主电路控制图2.4主接线图设计图3.卧式车床的主接线图3.梯形图的设计C650卧式车床PLC梯形图3.1主轴电动机正转控制按下主轴电动机正转启动按钮SB1,第一逻辑行中X0闭合，Y0接通并自锁，T0接通并开始计时；第3逻辑行X0闭合，通用继电器M1接通。第2逻辑行Y0常闭触点闭合，通用继电器M0接通；第5逻辑行M0,M1常开触点闭合Y3接通，主轴电动机正向启运转。当主轴电动机正向旋转速度达到一定值时，第6逻辑行X11常开触点闭合，为主轴电动机正向旋反向制动作好准备。T0计时5秒后动作，第9逻辑行T0常开触闭合，接通Y5，电流表A开始监测主轴电动机的电流。3.2主轴电动机反转控制按下主轴电动机正转启动按钮SB2，第2逻辑行中X1闭合，Y0接通并自锁，T0接通并开始计时；第4逻辑行X1闭合，通继电器M2常开触点闭合，Y4接通,Y4接通，主轴电动机反向起动运转。当主轴电动机反向旋转速度达到一定值时，第5逻辑行X12常开闭合，为主轴电动机反向制动做好准备。T0计时经过5秒后动作，第9逻辑行常开触点闭合接通Y5，电流表A开始监测主轴电动机的电流。、3.3主轴电动机点动控制按下主轴电动机点动控制按钮SB6，第5逻辑行常开触点闭合，Y3接通，主轴电动机串电阻R起动运行。3.4主轴电动机正向启动运行反向制动停止控制当Y0、Y3、T0、Y5闭合，主轴电动机正向运转时，按下停止按钮SB4，第第一逻辑行X3常闭触点断开，Y0、T0失电，第3逻辑行X3常闭点断开，M1失电；而第5逻辑行M1常开触点复位断开，Y3失电，主轴电动机停止正转。同时，第6逻辑行X3常开触点闭合，Y4接通，给主轴电动机通入反转电源，使之产生一个反转力矩制动主轴电动机的正向旋转，主轴电动机的正转速度迅速下降。当正转速度下降至一定速度时，速度继电器KS1触点断开，X11常开触点复位断开，Y4断电，完成主轴电动机的正向启动运行反向制动停止过程。3.5主轴电动机反向启动正向制动停止控制当Y0、Y4、T0、Y5闭合，主轴电动机反向运转时，按下停止按钮SB4，第一逻辑行X3常闭触点断开，Y0、T0失电，第4逻辑行X3常闭点断开，M2失电；第6逻辑行M2常开触点复位断开，Y4失电，主轴电动机停止反转。同时，第5逻辑行X3常开触点闭合，Y3接通，给主轴电动机通入正转电源，使之产生一个正转力矩制动主轴电动机的反向旋转，主轴电动机的反转速度迅速下降。当反转速度下降至一定速度时，速度继电器KS2触点断开，X12常开触点复位断开，Y3掉电，完成主轴电动机的反向启动运转正向制动停止过程。3.6冷却泵电动机控制按下冷却泵电动机的启动按钮SB3，第7逻辑行X2常开触点闭合，Y1接通，冷却泵电动机启动运转。3.7快速移动电动机控制按下位置开关ST,第8逻辑行X6常开触点闭合，Y2接通，快速移动电动机启动运行。3.8其他辅助线路监视主回路负载的电流表是通过电源互器接入的。为防止电动机起动、点动和制动电流对电流表的冲击，线路中采用一个时间继电器。点动和制动时，电流表对电路进行监控。控制电路的电源采用了控制变压器TC低压供电，这样使之更安全了。为了方便工作还设置了工作照明灯。4.指令表LDX0ORX1ORM0ANIX3ANDX3OUTY0OUTT0K50LDY0OUTM0LDX0ORM1ANIX3OUTM1LDX1ORM2ANIX3OUTM2LDM0ANDM1ORX5LDX3ORY3ANDX12ORBANDX7ANIY4OUTY3LDM0ANDM2LDX3ORY4ANDX11ORBANDX7ANIY3OUTY4LDX2ORY1ANIX5ANDX10OUTY1LDX6OUTY2LDT0OUTY5END总结将以上设计好的PLC程序输入到FX2N-48MR主机后，连接好输入输出分配和主电路，按照以上的步骤进行调试，调试过程全部通过，完全满足车床的控制要求；C650卧式车床原继电器电路经三菱FX2N系列PLC改造后，虽然一次性投资较大，但改造后的设备大大降低了运行的故障率，提高了设备运行的稳定性和效率，减轻了工人的劳动强度，降低了日常维护成本，并可避免因误操作而引起的事故，改造后的设备经实际使用表明效果非常好。此课程，在“电机拖动”这门课程的基础上，对电动机的各种起动，制动，调速方法所对应的控制线路进行分析，研究。同时，也对电气控制，典型机床和重机械控制线路进行了详细的分析和讲解。期间，我们认识了各种元器件。（继电器，熔断器，主令电气等）课程设计，让我们有很多的机会实际运用一下所学的知识，在对电气原理图，安装图等的绘制与分析，对PLC编程与调试等过程中提高了我们的动手能力及解决实际问题的能力。在这次学习后，我对接触器控制、PLC程序控制两者不同之处有了深刻的体会。接触器控制具有自动控制方法简单、工作可靠、成本低等特点。大多是用于有触点控制系统，适用于固定动作要求的控制设备，一旦工作中发生程序变化、错误，就需要重新配线，比较麻烦，不适用与较复杂和控制要求经常改变的场合。PLC程序控制是在计算机技术基础上发展起来的一种工业自动控制，它编程简单、动作可靠且动作顺序变更容易，一旦工作中发生程序变化，只要改变程序结构即可，因此被广泛应用与复杂控制系统。通过一个学期的课程学习和前几次的课程设计，我对电气控制和可编程控制器PLC也有了一定的了解和掌握。在未上这门课之前，我连接触器、继电器这类最基本的电气元件都不知道。后来通过老师的讲解及自己慢慢的学习，对这方面的知识，逐渐的也有了一定的了解。现在已能看懂和设计一些简单的电气图了。参考文献：[1]王威主编.工业生产自动化[M].北京：科学出版社，2003.9[2]常斗南主编.可编程序控制器原理应用实验[M].北京：机械工业出版社，1998.3[3]王永华.现代电气控制及plc应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003[4]廖常初.plc编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2002[5]常晓玲.电气控制系统与可编程控制器[M].北京：机械工业出版社，2005[6]贺哲荣石帅军.流行plc实用及设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006[7]余雷声.电气控制与plc应用[M].北京：机械工业出版社，1996
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