694523540毕业设计(论文)C650车床PLC控制系统设计.doc
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1、毕业综合实践题 目: 车床PLC控制系统设计 系 别: 电气电子工程系 专 业:电气自动化技术 班 级: 学 号: 作 者: 指导老师: 专业技术职务: 2011年 3 月 浙江温州温州职业技术学院毕业综合实践开题报告姓 名: 学 号: 专 业: 电气自动化技术 课程名称: 车床PLC控制系统设计 指导教师: 2010年 12月 20日本课题意义及现状、需解决的问题和拟采用的解决方案随社会工业自动化的腾飞,对工业控制要求越来越严格,传统的继电器/接触器控制系统已不不满足当今社会工业自动化控制的需要,随着可编程控制器(PLC)的发展,技术越来越成熟,其在工业控制领域已占有相当高的地位,它是先进的
2、工业化国家的标准工业控制设备,是微机技术与传统的继电器/接触器的控制技术相结合的产物!本次毕业课题改造C650卧式车床传统的控制系统。传统的控制系统采用继电器实现电气控制,接线多而复杂并导致了整个车床体积大、功耗大,系统一旦组成,日后若想改变或者增加功能将很困难,如今已不在适合当今工业自动化社会的现代化生产要求,鉴于此考虑,本次课题以PLC与 触摸屏屏控制系统取代传统的继电器/接触器控制系统,改造后的系统将提高工作性能,并且达到车床的控制要求,实现车床启动、正反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵等一系列功能,系统改由PLC与 触摸屏屏控制后,其控制系统将大大的简化,并且维修方便、易于检查,节省
3、大量的空间,且机床的各项性能将有很大的改善,工作效率将有明显的提高及整个控制系统将整体可在触摸屏上操作,使控制直观、简单化。为企业提高提高整体效率和增强竞争实力。指导教师意见:指导教师: 年 月 日专业教研室审查意见: 教研室负责人: 年 月 日 课 题 摘 要C650卧式车床采用传统的继电器控制系统实现电气控制,接线多而复杂,体积大,功耗大,可靠性差,自动化水平低,难以满足现代化生产的需求,并且系统一旦构成,想改变或增加功能就很困难,随着社会的发展,如今其工作性能已不能满足现代化生产的需求。本次毕业课题设计以PLC与 触摸屏控制系统取代传统的继电器控制系统的逻辑控制部分,其余情况如下:1.
4、原车床的工艺加工方法不变。2. 不改变原控制系统电气操作方法和按钮、手柄等操作元件的功能。3. 改造原继电器控制中的硬件接线,改为PLC与 触摸屏屏编程实现。4. 有完善的限位保护、电机过流保护等保护功能。5. 原有控制功能不变的情况下,把主轴电机起动改为Y/起动、取消降压电阻。具体要求如下:主轴具有正、反转起停功能和正转点动功能。. 主轴具有点动功能,点动时主轴电机为Y形接法。. 主轴正转、反转起动时采用Y/起动。. 主轴制动时采用Y接法。. 冷却泵电机起停控制功能。. 快进电机点动功能,并改用按钮控制点动。本次毕业课题设计介绍了C650卧式车床电气控制系统的工作原理及其运行形式,编写了PL
5、C与 触摸屏屏控制梯形图程序和指令表程序。利用PLC与 触摸屏屏控制系统,实现了车床启动、正反转、反接制动、刀架快速移动、冷却泵动作等一系列功能,改由PLC与 触摸屏屏控制后,其控制系统大大的简单化,并且维修方便,易于检查,节省了大量空间,机床的各项性能有了很大的改善,工作效率有了明显提高。经反复调试,该项技术可推广应用于自动化其他领域的控制系统中,系统运行情况良好,车削精度更高。关键词:PLC 触摸屏 卧式车床 继电器目 次1 引言11.1 C650型卧式车床简介11.2 C650卧式车床改造要求32 C650 卧式车床控制原理分析42.1主电路分析42.2控制电路分析52.2.1 主电动机
6、点动控制分析52.2.2 主电动机的正反转控制分析52.2.3 主电动机反接制动分析62.2.4 快速电动机与冷却泵电动机控制分析72.3 辅助电路分析72.3.1 照明电路和控制电源分析72.3.2 电流表A保护电路73 PLC与触摸屏控制系统设计83.1 电动机选择103.2 系统元器件的选择103.2.1 交流接触器的选择103.2.2 中间继电器的选择113.2.3 保护电器的选择113.2.4 控制开关电器的选择123.2.5 速度继电器选择133.3 PLC系统设计143.3.1 确定PLC I/O 口地址表143.3.2 PLC选型153.3.3 PLC的I/O电气接线图173.
7、4 触摸屏系统设计183.4.1 触摸屏的选择183.4.2 触摸屏人界面设计183.4.3 触摸屏供电电源开关电源选择223.5 PLC与 触摸屏屏控制系统联机233.6 程序设计243.7 系统总程序274 系统调试334.1 系统调试的准备工作344.1.1 拖动板硬件检查344.2 功能演示系统综合调试344.3 系统调试应注意事项37结论38致谢39参 考 文 献40附录A411 引言随着社会生产力的发展,传统的继电器控制系统已经不能满足当今迅猛发展的社会的现代化生产要求,于是我们在选毕业课题之际,一切从实际出发,选定了毕业设计课题车床PLC控制系统设计。我们选定了C650车床为改造
8、对象,进行传统控制系统的改造,以PLC与 触摸屏屏控制系统取代之前的传统控制系统。改由PLC与 触摸屏屏控制后,其控制系统大大的简单化,并且维修方便,易于检查,节省了大量空间,机床的各项性能有了很大的改善,工作效率有了明显提高。1.1 C650型卧式车床简介C650卧式车床属于中型车床,可加工的最大工件回转直径为1020mm,最大工件长度为30000mm,它主要由床身、主轴变速箱、尾座、进给箱、丝杆、光杆、刀架和溜板箱等组成,如图1-1。图1-1 C650卧式车床结构图C650车床由主轴运动和刀具进给运动完成切削加工,车床的主轴、冷却泵、刀架快速移动均由三相异步电动机拖动。车床有三种运动形式:
9、车削加工的主运动是主轴通过卡盘或者鸡心夹头带动工件的旋转运动,它承受车削加工时的主要切削功率;进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向运动;辅助运动为溜板箱的快速移动,尾座的移动和工件的夹紧与放松。主轴的旋转运动由主电动机,经传动机构实现。机床车削加工时,要求车床主轴能在较大范围内变速。通常根据被加工零件的材料性能、零件尺寸精度要求、车刀材料、冷却条件及加工方式等来选择切削速度,采用机械变速方法。车床纵、横两个方向的进给运动由主轴变速箱的输出轴,经挂轮箱、进给箱、光杆传入溜板箱而获得,其运动方式有手动与机动两种。其工作过程过程如下:(1) 正常车削加工时一般不要求反转,但在加工螺纹时,为保证螺纹的加
10、工质量,为避免乱扣,加工完毕后要求反转退刀,且工件旋转速度与刀具的移动速度之间保持严格的比例关系。因此,C650卧式车床溜板箱与主轴变速箱之间通过齿轮传动来连接,由同一台电动机拖动。(2) C650卧式车床通过主电动机的正、反转来实现主轴的正、反转,当主轴反转时,刀架也跟着后退。(3) 电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上,用来监测电动机的负载情况。(4) 车削加工近似于恒功率负载,主电动机M1通常选用普通笼型异步电动机(功率为30KW),完成主轴运动和刀具进给运动的驱动。M1电动机采用直接启动的方式,可正反两个方向旋转,为加工方便,还具有点动功能。由于加工的工件比较大,加工时
11、其转动惯量也比较大,需停车时不易立即停止转动,必须有停车制动动能,C650车床的正反停车采用速度继电器控制电源的反接制动,以提高生产效率。(5) 车削加工中,为防止刀具和工件的温度过高,延长刀具使用寿命,提高加工质量,车床附有一台单方向旋转的冷却泵电动机M2,功率为0.18KW。(6) C650卧式车床的床身较长,为了提高生产效率、减轻工人的劳动强度,专门设置了一台功率为2.2KW的电动机来拖动溜板箱快速移动。电动机可根据使用需要,随时手动控制起停。(7) C650在进行车削加工时,因被加工的工件材料、形状、大小、性质及工艺要求不同,且使用的刀具也不同,所以要求切削速度也不同,这就要求主轴有较
12、大的调速范围。车床大多采用机械方法调速,变换主轴箱外的手柄位置,可改变主轴的转速。1.2 C650卧式车床改造要求(1)原车床的工艺加工方法不变。(2)不改变原控制系统电气操作方法和按钮、手柄等操作元件的功能。(3)改造原继电器控制中的硬件接线,改为PLC与 触摸屏屏编程实现。(4)有完善的限位保护、电机过流保护等保护功能。(5)原有控制功能不变的情况下,把主轴电机起动改为Y/起动、取消降压电阻。具体要求如下: 主轴具有正、反转起停功能和正转点动功能。 主轴具有点动功能,点动时主轴电机为Y形接法。 主轴正转、反转起动时采用Y/起动。 主轴制动时采用Y接法。 冷却泵电机起停控制功能。 快进电机点
13、动功能,并改用按钮控制点动。 照明电路改为PLC控制,有启停控制功能。2 C650 卧式车床控制原理分析图2-1 C650车床控制原理图2.1主电路分析如图2-1,C650卧式车床主电路设有三台电动机的驱动电路。组合开关QS为电源开关,将电源引入。FU1为主电动机M1的短路保护熔断器,FR1为M1过载保护热继电器。R为限流电阻,当主轴点动时,限制启动电流,在停车反转制动时,又起限制过大的反向制动电流的作用。电流表A用来监视电动机M1的绕组电流,由于主轴电机M1的功率很大,故电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上。图中时间继电器的常闭开关KT作用是短接电流表A,在机床刚开始启动时,
14、以让电流表躲避启动尖峰电流冲击,待时间继电器延时一定时间后,常闭KT断开,电流表A接入电路,开始监测主轴电动机绕组电流。当机床工作时,可调整切削用量,使电流表A的电流接近主电动机M1额定电流的对应值(经电流互感器TA后减小了的电流值),以便提高生产效率和充分利用电动机M1的潜力。KM1、KM2为控制主轴电机正反转接触器,KM3用于短接电阻R的接触器,由它们的主触头相互组合控制主轴电机M1。速度继电器KS为控制电机的正反转制动用。FU2为冷却泵电动机M2的短路保护熔断器,KM4为控制M2运行的接触器,FR2为M2过载保护热继电器。FU3为快速移动电动机M3的短路熔断器,KM5为控制M3运行的接触
15、器点动时运行,故不设置热继电器保护。 2.2控制电路分析 2.2.1 主电动机点动控制分析如图2-1,SB2为控制主电动机的按钮开关,当按下SB2且不松手时,接触器KM1线圈通电,KM1主触点闭合接通电路,这时接触器KM3线圈没有接通,电网电压经限流电阻接入主电动机M1,从而减少了起动电流。由于中间继电器KA未通电,虽然此时KM1的常开触点(13-15)已闭合,但并未能自锁。因此,当松开SB2后,KM1线圈随即断电,主电动机M1停止运行。2.2.2 主电动机的正反转控制分析如图2-1,虽然主电动机M1的额定功率为30KW,但只是在车削时消耗功率较大,而启动负载很小,因而启动电流并不很大。所以,
16、在非频繁点动的一般工作时,仍然采用了全压直接启动。SB3为正向启动控制按钮开关,当按下SB3时,SB3(715)闭合,交流接触器KM3线圈通电,KM3主触点闭合,短接限流电阻R,另一个常开辅助触点(5-23)闭合,中间继电器KA线圈通电,其常开触点(7-19)闭合,使得KM3在SB3松开后保持通电,进而KA也保持通电。同时KA的常闭触点将停车制动的基本电路切除。另一方面,当SB3尚未松开时,由于KA的另一个常开辅助触点(9-13)已闭合,因而使得交流接触器KM1线圈通电,其主触点闭合,主电动机M1全压启动运行。与此同时,KM1的常开辅助触点(13-15)闭合,与之前闭合的两个KA常开触点(7-
17、19、9-13)形成自锁通路,当SB3松开后,从而KM1保持通电。KT的常闭触点在主电路中短接电流表A,其作用是使电流表避过启动尖峰电流的冲击。在KA常开触点(7-19)闭合KM3通电的同时,通电延时时间继电器KT通电,开始延时,时间到后,其主电路的常闭触点断开,此时电流表接入电路开始监测主电动机M1的绕组电流。如图所示,SB4(13区)为反向启动按钮开关,反向启动控制过程与正向启动控制过程类似,在此不在分析。2.2.3 主电动机反接制动分析如图2-1, C650卧式车床采用反接制动方式进行停车制动,使用速度继电器KS(3区)进行检测与控制。当主电动机正转启动时,主轴电动机正向旋转达到120r
18、/min时,速度继电器KS的正向常开触点KS1(17-23)闭合,制动电路处于准备状态,当按下总停按钮SB1(3-5)开关后,原来通电的KM1、KM3、KA、KT就马上失电,它们的所有触点均被释放复位到常态。而主电动机因惯性仍然运转,因速度不可能立刻降下来(n 100r/min),所以速度继电器KS1(17-23)仍闭合,当SB1(3-5)复位时KS1(17-23)与控制反接制动电路的KA常闭辅助触点(7-17)一起接通接触器KM2的线圈电路,电流通路是:TC(110V) FU5 (1-3) SB1常闭触点(3-5) FR1(5-7) KA常闭触点(7-17)KS正向常开触点KS1(17-23
19、)KM1常闭触点(23-25)KM2线圈(4-25)FU5(2-4)TC 。这样,主电动机M1主电路即串入限流电阻R进行反接制动,强迫电动机迅速停止,正向转速很快就降下来,当降到(n 100r/min)很低时,速度继电器KS的正向常开触点KS1(17-23)复位断开,这样就切断了上面的KM2线圈通路,其相应的主触点复位,电动机断电,则正向反接制动结束。反转时的反接制动过程与正转停车制动时的反接制动过程相似,则不在作详细分析。在反接状态下,速度继电器KS的反向常开触点KS2(9-17)闭合,制动时接通KM1(4-11)的线圈电路,进行反接制动。2.2.4 快速电动机与冷却泵电动机控制分析如图2-
20、1,若要使快速电动机动作(刀架快速移动),则转动刀架手柄,使其压合位置开关SQ(5-23),SQ闭合,接通KM5线圈电路,KM5线圈主触点(5区)闭合,这样快速电动机M3就开始运转,经传动系统驱动溜板箱,带动刀架快速移动。当刀架手柄复位时,快速电动机M3停止运行。 SB5、SB6按钮开关分别为冷却泵电动机M2的停止、启动开关,控制接触器KM4线圈电路的通断,达到控制冷却泵M2的通断运行。2.3 辅助电路分析2.3.1 照明电路和控制电源分析 如图2-1,TC为控制变压器,二次侧有两路,一路为110V,为控制电路提供电源;而另一路为36V(安全电压),供照明电路照明,SA(7区)为控制照明电路的
21、开关,SA闭合时照明灯HL(7区)点亮,断开则熄灭。2.3.2 电流表保护电路 如图2-1,电流表A(3区)经电流互感器TA(2区)接在主电动机M1的主电路上,由于在主电动机在刚启动时,启动尖峰电流很大,为了让电流表躲过启动尖峰电流的冲击,则在线路上设置了时间继电器KT(12区)的常闭开关KT(3区)进行保护。在主电动机正向或反向启动后,时间继电器KT(12区)通电,延时开始,延时时间尚未到时,电流表A(3区)被时间继电器KT(12区)延时常闭触点(3区)短路,延时时间到后,电流表开始指示(监测主电动机绕组电流)。3 PLC与触摸屏控制系统设计任何一个控制系统的都是由输入部分,逻辑部分和输出部
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