C650卧式车床的PLC改造设计毕业论文

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目录 (1)前言 (2)1 PLC控制系统设计与概述 (2)1.1 PLC控制系统设计的基本原则 (2)1.1.1 流程图功能说明 (2)1.1.2 PLC系统设计流程图 (2)1.2 可编程控制器控制系统设计的基本方法 (4)1.2.1 系统设计的主要容 (4)1.2.2 系统设计的基本步骤 (4)2 C650卧室车床电气功能的主要分析和特点 (5)2.1 C650型卧式车床的主要结构及运动情况 (5)2.2 车床对电力拖动的要求 (5)2.3 控制线路特点 (6)2.4 C650卧式车床电气原理图 (7)2.5 电气控制线路改造分析 (8)3 C650卧式车床PLC改造硬件及软件的概述 (8)3.1 项目分析 (8)3.2 选配PLC型号 (9)3.3 外部接线图 (11)3.4 硬件的设计 (12)3.5 梯形图 (13)4 硬件电路的组装工艺 (15)5 注意事项 (16)6 系统调试 (16)结论 (18)致谢 (19)参考文献 (20)附件 (21)附件Ⅰ车床原理图及PLC外部硬件接线图 (21)附件Ⅱ实物照片及试验箱仿真照片 (23)前言普通车床是应用非常广泛的金属切削工具，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍大量使用。

由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在：①触点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、灵活性差等缺点。

因而造成了这些企业的生产率低下，效益差，反过来这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床。

因此，当务之急就是对这些普通车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。

由于可编程控制器（PLC）具有：①通用性、适应性强，②完善的故障自诊断能力且维修方便，③可靠性高及柔性强等优点，且小型PLC的价格目前亦很便宜，因此在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用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。

1PLC控制系统设计与概述1.1PLC控制系统设计的基本原则1.最大限度的满足被控对象的要求。

2．在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单和方便维护。

3.保证控制系统安全可靠。

4.考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。

1.1.1 流程图功能说明1、绘制系统流程图；2、设计梯形图；3、根据梯形图编制PLC程序；4、调试和修改程序，直到满足要求为止；5、检验程序是否正确后，用编程器将程序下载到PLC的存储器中；6、控制板连线完成后进行整机调试；7、编制技术文件。

1.1.2 PLC系统设计流程图1.2可编程控制器控制系统设计的基本方法1.2.1 系统设计的主要容1、拟定控制系统设计的技术条件。

技术条件一般以设计任务书的形式以书本上设计作为依据；2、选择电气传动形式和电动机、接触器等执行元件；3、选定PLC的型号；4、编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图；5、根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言进行程序设计；6、编写设计说明书和使用说明书。

1.2.2 系统设计的基本步骤可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤：1.深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求2.确定I/O设备根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。

常用的输入设备有按钮、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。

3.选择合适的PLC型号4.设计编写系统梯形图程序5.控制系统硬件安装6.将程序输入PLC7.进行软件测试8.应用系统整体调试根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。

常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。

2C650卧室车床电气功能的主要分析和特点卧式车床是机械加工中广泛使用的一种机床，可以用来加工各种回转表面、螺纹和端面。

卧式车床通常由一台主电动机拖动，经由机械传动链，实现切削主运动和刀具进给运动的输出，其运动速度由变速齿轮箱通过手柄操作进行切换。

刀具的快速移动、冷却泵和液压泵等，常采用单独电动机驱动。

图2.1 卧式车床外观图1、床身2、主轴3、刀架4、溜板箱2.1 C650型卧式车床的主要结构及运动情况C650型卧式车床主要由床身、主轴、刀架、溜板箱和尾架等部分组成。

该车床有两种主要运动：一种是安装在床身主轴箱中的主轴转动，称为主运动；另一种是溜板箱中的溜板带动刀架的直线运动，称为进给运动。

刀安装在刀架上，与滑板一起随溜板箱沿主轴轴线方向实现进给移动，主轴的转动和溜板箱的移动均由住电机驱动。

2.2 车床对电力拖动的要求1、主电动机MAl(功率为30kw)，完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动，电动机采用直接起动的方式起动，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气停车制动。

为加工调整方便，还具有点动功能。

2、电动机MA2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接起动停止方式．并且为连续工作状态。

3、快速移动电动机MA3拖动刀架快速移动，电动机还可根据使用需要，随时手动控制起停。

4、主电动机和冷却泵电动机应具有必要的短路和过载保护。

5、应具有安全的局部照明装置。

2.3 控制线路特点1、主轴与进给电动机MA1主电路具有正、反转控制和电动控制功能，并设置有监视电动机绕组工作电流变化的电流表和电流互感器。

2、该机床采用反接制动的方法控制MA1的正、反转制动。

3、能够进行刀架的快速移动。

2.4 C650卧式车床电气原理图本机床使用380V、50HZ三相交流电源。

也可使用220V、50HZ、380V、60HZ、420V、50HZ、220V/440V、60HZ等三相交流电源。

控制电路，照明电路由控制变压器供电。

电压分别为110V、36V。

图2.2 C650车床电气原理图2.5电气控制线路改造分析1、主电路分析图2.2所示的主电路中有三台电动机，隔离开关QA0将380V的三相电源引入。

电动机MA1的电路接线分三部分：第一部分由正转控制交流接触器QA1和反转控制交流接触器QA2的两组主触点构成电动机的正反转接线；第二部分为电流表PG经电流互感BE接在主电动机MA1的主回路上以监视电动机绕组工作时的电流变化。

为防止电流表被启动电流冲击损坏，利用时间继电器KF1的延时动断触点，在启动的短时间将电流表暂时短接掉；第三部分为一串联电阻控制部分，交流接触器QA3的主触点控制限流电阻R的接入和切除，在进行点动调整时，为防止连续的启动电流造成电动机过载，串入限流电阻RA保证电路设备的正常运行。

电动机MA2有接触器QA4的主触点控制其主电路的接通和断开，电动机MA3由交流接触器QA5的主触点控制。

为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了熔断器的短路保护环节和热继电器的过载保护环节。

2、PLC改造后的控制电路分析PLC控制系统的安装接线工作量比继电器接触器控制系统少，只需将现场的各种设备与PLC相比的I/O端相连，而且PLC软件设计和调试太多可在实验室进行，模拟调试以后再将PLC控制系统安装到现场调试，这样既省时间又方便，由于PLC本身的可靠性高，又有完善的自诊断能力。

一旦发生故障可以根据报警信息迅速查明原因，这样即保证了工作效率又维护了生产的正常进行。

在本次控制系统设计中用PLC 代替了继电器控制系统中的逻辑线路部分。

在车床的电气控制系统，所有触头，行程开关，控制按钮（SF1～SF6）等为系统的输入信号；接触器线圈（QA1～QA5），为系统的输出信号。

控制电路部分原有的SF1-SF6在PLC 上分别用SB1-SB6代替，BB1、BB2用SB8、SB7代替，QA1-QA5不变，具体改造如下表：表2.3 I\O接口分配表符号地址注释BB1 I1.0 主电动机过载保护热继电器BB2 I1.1 冷却泵电动机保护热继电器BG I1.2 快移电动机点动手柄开关KF2 M0.0 中间继电器QA1 Q0.1 主电动机正转接触器QA2 Q0.2 主电动机反转接触器QA3 Q0.3 短接限流电阻接触器QA4 Q0.4 冷却泵电动机接触器QA5 Q0.5 快移电动机接触器SF1 I0.1 总停按钮SF2 I0.2 主电动机正向点动按钮SF3 I0.3 主电动机正向启动按钮SF4 I0.4 主电动机反向启动按钮SF5 I0.5 冷却泵电动机停止按钮SF6 I0.6 冷却泵电动机启动按钮3C650卧式车床PLC改造硬件及软件的概述3.1项目分析在保持原有的控制功能不变，利用S7-200PLC对C650车床进行改造。

要求：1、原车床的工艺加工方法不变；2、在保留主电路的原有元件的基础上, 不改变原控制系统电气操作方法；3、电气控制系统控制元件包括( 按钮. 行程开关. 热继电器. 接触器)，作用与原电气线路相同；4、主轴和进给起动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变；5、改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC 编程实现；6. 正转和反转不能直接切换，要加一个继电器互锁；7. 冷却泵电机有独立的启动和停止功能；8. 快进电机的点动功能。

3.2选配PLC型号S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

S7-200系列PLC可提供5个不同的基本型号的8种CPU可供使用。

在选用PLC 上，考虑到只是对C650型车床做电器部分的改造，输出端口需要6个，输入端口需要10个。

而且并不通过网络或其他方式做远程控制。

因此，考虑到经济，实用，稳定等方面因素。

我们决定选用力德 S7-200 系列的S7—224 作为本次设计的PLC。

图3.1 LIDES7200-224实物图图3.2 PLC输入输出I\O口正面图3.3外部接线图设计图3.3 外部接线图3.4硬件的设计本次设计是在保留原有的控制功能不变和在原有的主电路元件不变的基础上进行的改造设计。

控制系统设计中用PLC 代替了继电器控制系统中的逻辑线路部分。

下表为改造后电路的电器元件符号及功能说明表。

表3.1电器元件符号及功能说明表符号名称及用途符号名称及用途MA1 主电动机SB1（SF1）总停按钮MA2 冷却泵电动机SB2（SF2）主电动机正向电动按钮MA3 快速移动电动机SB3（SF3）主电动机正向启动按钮QA1 主电动机正转接触器SB4（SF4）主电动机反向启动按钮QA2 主电动机反转接触器SB5（SF5）冷却泵电动机停止按钮QA3 短接限流电阻接触器SB6（SF6）冷却泵电动机启动按钮QA4 冷却泵电动机接触器TA 控变压器QA5 快速电动机接触器SA1～SA3 熔断器KF2 中间继电器SB8（BB1）主电动机过载保护热继电器KF1 通电延时时间继电器SB7（BB2）冷却泵电动机保护热继电器BG 快移电动机电动手柄开关RA 限流电阻SF0 照明灯开关EA 照明灯BS 速度继电器BE 电流互感器PG 电流表QA0 隔离开关3.5软件编程软件的开发环境是基于STEP 7 MicroWIN SP6 S7-200 PLC 编程软件，STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。