C6140车床电气控制改造PLC控制.doc

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1、C6140 车床电气 PLC控制系统皖 西 学 院课程设计报告书系 别： 机电学院专 业： 13 电气学 生 姓 名： 许志坤 学 号： 2013011212张云翔 2013011219课程设计题目： PLC 控制的 C6140 型普通车床的电气控制起 迄 日 期: 2016.5.16 - 2016.5.28课程设计地点 : PLC电气控制实验室指 导 教 师: 翁志刚下达任务书日期 : 2016 年 5 月 15 日1皖西学院课程设计报告摘要数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决

2、了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量， 大幅度提高生产效率。 但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大， 这使许多中小型企业难以承受。 如果淘汰大量的普通机床， 而去购买昂贵的数控机床， 势必造成巨大的浪费。 因此，普通机床的数控化改造大有可为。针对现有常规 C6140普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计， 提高加工精度和扩大机床使用范围， 并提高生产率。 本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程， 较详尽地介绍了 C6140机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。 采用以 8031 为 CPU的控制系统对信号进行处理，由

3、I/O 接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。通过对 C6140普通车床的数控改造， 使其加工精度明显提高， 定位准确可靠， 操作方便， 性能价格比高。 这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作用。本次改造主要针对车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜及数控系统进行了改造， 改造方法简单、 改造操作步骤便于实施。 而且掌握了一些CAM、CAD等制图软件的应用和论文的撰2C6140 车床电气 PLC控制系统目 录1 绪论 . 31.1 设计目的及意义 . 31.2 C6140 的现状 . 32 C6140 车床电气控

4、制原理 . 42.1 电气控制原理 . 42.2.2 C6140 卧式车床的控制要求 . 43 硬件选型 . 53.1 电气元件明细表 . 53.1.1 电动机的选择 . 53.1.2 热继电器 FR1、FR2 . 53.1.3 熔断器 FU1、FU2、FU3、FU4 . 53.1.4 接触器 KM1,KM2及 KM3 . 63.1.5 转换开关 SA4 . 6 3.1.6 导线的选择 . 6 3.2 制定电器位置图 . 74 PLC控制电路设计 . 84.1 PLC基本原理及选用 . 8 4.2I/O 统计 . 84.3 PLC的 I/O 接线 . 9 4.4 PLC 控制过程分析 . 9

5、4.5 梯形图程序 . 105 系统调试 . 11 6 总结 . 13 参考文献 . 14致谢 . 153皖西学院课程设计报告1 绪论1.3 设计目的及意义20 世纪初，由于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机代替蒸汽机，机床的电气传动随电动机的发展而发展。 电气传动的控制方式亦经历了一个从低级到高级的发展过程。 最初采用手动控制。 最早的自动控制是 20 世纪 20、30 年代出现的继电接触器控制，它可以实现对控制对象的起动、停车、凋速、自动循环以及保护等控制。它所使用的控制器件结构简单、价廉、控制方式直观、易掌握、工作可靠、易维护， 因此在机床控制卜得到长期、 广泛的应用。 它

6、的缺点是体积大、 功耗大、控制速度慢、改变控制程序困难，由于是有触点控制，在控制复杂时可靠性降低。为了解决复杂和程序可变控制对象的需要， 在 20 世纪 60 年代出现了顺序控制器。 它是继电器和半导体元件综合应用的控制装置，具有程序改变容易、通用性较强等优点，广泛用于组合机床、 自动线上。 随着计算技术的发展， 又出现了以微型计算机为基础的具有编程、存储、逻辑控制及数字运算功能的可编程控制器 PLC 【1】。1.4 C6140 的现状C6140 是一种应用广泛的金属切削机床，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业任大量使用。能够车削外圆、内圆、螺纹、螺杆等，它采用继电器接触器电路来实

7、现电气控制系统。 但由于大量的使用了继电器与接触器， 再加上继电器系统接线复杂， 经常造成接触不良， 而且原件老化快， 设备故障频繁， 不便于维修，故障诊断与排除困难，并存在：（1） 触电容易被电弧烧坏而导致接触不良（2） 机械方式实现的触点控制反映速度慢（3） 继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差影响到实际的生产运用。因此当务之急就是对 ca6140 车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。4C6140 车床电气 PLC控制系统1.5 CA6140车床电气控制原理2.2 电气控制原理根据电气传动的要求，由接触器 KM1、KM2、KM3分别控制电动机 M1

8、、M2、M3，具体电路图如图 2-1 所示。图 2-1 主控制电路设计C6140型普通车床共有三台电动机拖动。 其中 M1为主轴电动机， M2为冷却泵电动机，M3为快速移动电动机。 按钮 SB_2为主轴电动机 M1的启动按钮， SB_1为主抽电动机 M1的停止按钮，按钮 SB_3为快速移动电机 M3的点动按钮，手动开关 SA4为冷却泵电动机 M2的启动开关。2.3 C6140 卧式车床的控制要求主轴电动机 M1的控制要求：按下启动按钮 SB_2，接触器 KM闭合，主轴电动机 M1启动运转；按下停止按钮 SB_1，接触器 KM释放，主轴电动机 M1停止运转。冷却泵电动机 M2的控制要求：主轴电动

9、机 M1启动后（也只有在主轴电动机启动后） ，将手动开关 SA4扳至闭合位置， 中间继电器 K1闭合， 冷却泵电动机 M2启动运转； 将SA4扳至断开位置时，中间继电器 K1释放，冷却泵电动机 M2停止运转。快速移动电动机 M3的控制要求：按下点动按钮 SB_3，中间继电器 K2通电闭合，快速移动电动机 M3启动运转；松开点动按钮 SB_3，中间继电器 K2 断电释放，快速移5皖西学院课程设计报告动电动机 M3停转。当热继电器 KR1,KR2任意一个常闭触点断开，接触器 KM、中间继电器 K1、K2断电，电动机 M1,M2,M3停止运转。所以此电路设计了短路和过载保护的功能。1.6 硬件选型2

10、.4 电气元件明细表2.2.3 电动机的选择M1主轴电动机： Y系列电动机具有体积小、重量轻、运行可靠，结构坚固，外形美观等特点，起动性能好，具有效率高等特点，达到了节能效果。而且噪声低、寿命长、经久耐用。 Y系列电动机适用于空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所。Y132-4-B3 型号电动机功率为 7.5kW，频率为 50Hz，转速为 1450r/min ，功率因素 COS为，0.85 效率为 87%，堵转转矩为 2.2n.m，最大转矩为 2.3n.m，所以此类型电动机能符合电路配置，并能有效完成工作【3】。M2冷却泵电动机： AOB-25机床冷却泵是一种浸渍式的三相电泵，它由封闭式三相异

11、步电动机与单极离心泵组合而成， 具有安装简单方便 . 运行安全可靠 . 过负荷能力强. 效率高. 噪声低等优点，适合作为各种机床输送冷却液、润滑液的动力。此电动机输出功率为 90W，扬程为 4 米，流量为 25 升/ 分，出口管径为 1/2 吋，能有效配合 M1电动机使用。M3快速移动电动机： AOS5634功率为 250W，电压为 380V，频率为 50Hz，转速为 1360转/ 分，E级。2.2.4 热继电器 FR1、FR2主电动机 M1额定电流 15.4A,KH1 应选用 JR16-20/3D 型热继电器，热元件电流为 20A整定电流调节范围较大，工作时将额定电流调到 15.4A.M2的

12、工作电流只有 0.32A，故选用 JR2-1 型热继电器，热元件整定电流调节范围较小，工作时调整在 0.32A。6C6140 车床电气 PLC控制系统1.7 熔断器 FU1、FU2、FU3FU对整机进行短路保护的熔断器，选用 BZ001型熔断器，配用 40A熔断体。FU1、FU2、FU3均选用 BZ001型熔断器，分别配用 1A,4A,1A 的熔断体。2.5 接触器 KM1,KM2及 KM3接触器 KM1根据主电动机的额定电流等于 15.4A，控制回路电源电压 110V，需主触点 3 对，动合辅助触头 2 对，根据以上情况，选用 CJ0-20B型交流接触器，电磁线圈电压为 110V.KM2,K

13、M3也采用同样方式选取交流接触器型号分为 JZ7-44,JZ4-44 。2.2.5 转换开关 SA4SA4开关，钥匙式，型号为 LAY3-Y/Z。2.2.6 导线的选择在安装电器配电设备中， 经常遇到导线选择的问题， 正确选择导线是项十分重要的工作， 如果导线的截面积选小了， 电器负载大易造成电器火灾的后果； 如果导线的截面积选大了，造成成本高，材料浪费。导线的载流量与导线截面有关， 也与导线的材料、 型号、 敷设方法以及环境温度等有关，根据以下数据，主电路选择 BVR-2.5mm2 铜芯导线，控制电路 BVR-1m2m铜芯导线。电气元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等，如表 3-1

14、所示。表 3-1 C6140 车床电气元件表符号 元件名称 型号 规格 件数 作用 现状M1 主轴 Y132M-4 7.5KW，15.4A ，1 工件的旋转和刀具的进给 已有电动机1450r/minM2 冷却泵 AOB-25 90W，0.32A ，30001 供给冷却液 已有电动机r/minM3 快移电动机 AOS5634 250W，1.55A ，1 刀架的快速移动 已有1360r/minKM1 交流接触器 CJ0-20B 线圈 110V 1 控制主轴电动机 M1 已有7皖西学院课程设计报告KM2 交流接触器 JZ7-44 线圈 110V 1 控制冷却泵电动机 M2 已有KM3 交流接触器 J

15、Z4-44 线圈 110V 1 快速移动电动机 M3 已有QF 低压断路器 DZ15L-40/3901 380V 20A 1 漏电自动开关开关 已有SB1 按钮 LA219-11 500V 5A 1 主轴启动 已有SB2 按钮 LA -01JZ 1 主轴停止 已有SB3 按钮 LA9 500V 5A 1 快速移动电动机 M3点动 已有SA4 钥匙式开关 LAY3-Y/Z 1 M3开关 已有FR1 热继电器 JR16-20/30 （10-16 ）/15.4A 1 M1过载保护 已有FR2 热继电器 JR16-20/30 （0.25-0.35 ） 1 M2过载保护 已有/0.32AFU1 熔断器

16、BZ001 1A 3 冷却泵 M2的短路保护 已有FU2 熔断器 BZ001 4A 3 快速电动机 M3短路保护 已有FU3 熔断器 BZ001 1A 2 变压器的短路保护 已有PLC 软件 FX2N FX2N-48MR-001 1 实现控制 购买1.8 制定 3.10 电器位置图为了使我们能直观地了解其电气系统，便于维修，图 3-1 绘制了电器在 C6140车床上的位置。其他电器，如熔断器、变压器、接触器、继电器等装在电器箱内的控制面板上【5】。图 3-1 CA6140 车床电器位置图图 3-1 CA6140 车床电器位置图图 3-1 CA6140 车床电器位置图8C6140 车床电气 PL

17、C控制系统4 PLC 控制电路设计1.9 PLC基本原理及选用PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在 PLC运 行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序， 按指令步序号 （或地址号） 作周期性循环扫描， 如无跳转指令， 则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序， 直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 PLC 的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，

18、并将其写入各对应的输入状态寄存器中， 即刷新输入。随即关闭输入端口， 进入程序执行阶段。 PLC在程序执行阶段： 按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令， 经相应的运算和处理后， 其结果再写入输出状态寄存器中， 输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。 输出刷新阶段： 当所有指令执行完毕， 输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。选用三菱 FX2N系列即可满足要求1.10 I/O 统计控制电路中， 4 个输入信号， 3 个输出信号。其输入 / 输出电器及 PLC的 I/O 配置如表2-1 所示。

19、表 4-1 输入/ 输出电器及 PLC的 I/O 配置输入设备 PLC输入继 输出设备 PLC输出继电符号 功能 电器 符号 功能 器SB1 M1停止按钮 X000 KM1 M1接触器 Y000SB2 M1启动按钮 X001 KM2 M2接触器 Y001SB3 M3点动按钮 X002 KM3 M3接触器 Y0029皖西学院课程设计报告SA4 M2转换开关 X0031.11 PLC的 I/O 接线PLC的控制电路的主电路， PLC的 I/O 接线如下图 2-4 所示，图中输入信号使用 PLC提供的内部直流电源 24V（DC）；负载使用的外部电源为交流 220V(AC)；PLC的电源为交流 220

20、V（AC）。图 4-1 C6140 型车床的 PLC的 I/O 外接线图1.12 PLC 控制过程分析通过 I/O 分配和 I/O 接线可知 PLC的控制过程如下：（1）M1主电机10C6140 车床电气 PLC控制系统KM1 常开辅助触头闭合，自锁M1启动：按下 SB2 KM1 线圈得电 主触头闭合 M1 通电启动另一长开辅助触头闭合，为冷却泵电动机工作作准备。常开辅助触头分断，失去自锁M1停止 ：按下 SB2 KM1 线圈失电 主触头分断， M1断电停止运转另 一常开辅助 触头 分断，冷却泵不能工作（2）M2冷却泵电机M2启动：SA4 打到闭合 KA 线圈得电 KA1 常闭辅助出头闭合 K

21、M2 线圈得电，实现冷却电机的长动 M2 工作M2停止:SA4 打到断开 KA 线圈失电 KA 常开辅助触头断开 KM2 线圈失电M2 停止（3）M3进刀电机M3启动：按下 SB3 KM3 线圈得电 M3 点动工作M3停止：松开 SB3 KM3 线圈失电 M3 停止工作1.13 梯形图程序11皖西学院课程设计报告图 4-2 C6140 型车床的 PLC梯形图5 系统调试12C6140 车床电气 PLC控制系统图 5-2 C6140 车床调试图13皖西学院课程设计报告6 总结为期两周的课程设计就这样结束了， 在这两周里我收获了不少。 本次课程设计主要有两个项目：C6140普通车床的电气控制线路设

22、计和其 PLC控制过程设计。 当然其中还学习了画图等一些与自己专业关联的知识。我们组分工很明确，查资料、确定设计方案、硬件选型、编程、画图、报告等都是很有序的完成的。总的来说我们组很好的完成了既定任务。每个人都很好的完成了自己的任务，还都不时去帮助组员弄清楚一些问题。课程设计让我对 PLC 梯形图、指令表、外部接线图有了新的认识，也让我更加懂得了关于 PLC 设计原理。很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。本次课程设计脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流，从而使问题变得容易解决。我们在做课程设计项目的过程中遇到的问题都是大家一起的讨论和寻找解决方法，我们组员可以尽可能的统

23、一思想，这样就不会使在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题总的来说，我从本次课程设计中收获了很多，弥补了很多我在学习 PLC课程时不懂或是模糊的知识点。在今后的学习过程中，要更加努力的学习自己的专业知识，多多与同学和老师交流，相信不久的将来可以有点成绩。参考文献 ：1 熊幸明. 电气控制与 PLCM.北京：机械工业出版社， 2011.2 徐德. 孙同景. 可编程控制器 PLC

24、应用技术M 济南：山东科学技术出版， 2001.3 王海, 李洪奎 , 刘晓. 基于 PLC 的多轴控制研究 J. 机械工程学报 , 2008,6(4): 470-4724 高勤、田培成编 . 可编程控制器原理及应用 （三菱机型）M. 电子工业出版社 .20095 廖常初.PLC 梯形图的书许控制设计法与顺序功能图 J. 电子技术杂志 .2001. 第11 期.14C6140 车床电气 PLC控制系统致谢在这次课程设计的编写过程中， 我们得到了很多人的帮助。 首先，我们要感谢翁老师在课程设计上给予我们的指导， 提供给我们的支持和帮助， 这是我们能顺利完成这次报告的主要原因， 更重要的是帮助我们

25、解决了许多技术上的难题， 让我们能把系统做的更加完善。 同时也感谢老师为我们提供了良好的做课程设计的环境。 其次，也要感谢那些帮助过我们的同学， 是他们不厌其烦的回答我们的疑问， 解决了不少我们不太明白的设计上的难题，使我们能够顺利的完成调试工作。 我也要感谢那些免费的论文网站， 虽说这些网站都是些不起眼的小网站， 可正是它们无偿的向我们提供大量的论文蓝本，保证了贫穷的我们得到所需的论文。这可以说是一种“想人之所想。急人之所急的人道主义精神” 。 再一次感谢是所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，谢谢你们！15皖西学院课程设计报告工作日程日期 主要工作下达任务书，任务布置及设计要求说明05

26、 月 16 日05 月 16 日文献追踪、调研 , 方案设计 ;05 月 16 日05 月 18 日系统设计05 月 19 日05 月 22 日仿真、调试及设计报告初稿撰写05 月 23 日05 月 27 日答辩、成绩考核05 月 28 日05 月 29 日16C6140 车床电气 PLC控制系统电气与电子类课程设计成绩评定表评定项目 内容满分评分总分出勤与学习态度按时出勤，严格遵守纪律， 学习认真，态度端正15能够认真查阅资料，勤学好问 10具有提出问题和解决问题的能力，设计方案论证充分、合理设计情况工作量饱满，各模块设计正确，结果15能够达到课程设计任务书规定的要 20求设计报告能够按时提交，内容完整 5撰写认真，图、表、文字表达准确、设计报告规范、清楚情况 论述恰当、充分，结论合理，心得体 10 会深刻10答辩情况基本概念清楚，回答问题准确，有理有据，有一定深度15总体评价采用五级分制：优、良、中、及格、不及格指导教师签名：年 月 日答辩小组组长签名：年 月 日17