C650卧式普通车床PLC电气改造毕业设计.doc

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1、任务设计书设计题目C650卧式普通车床PLC电气改造设计要求1.分析C650卧式普通车床的工作原理；2.设计PLC对C650卧式普通车床进行改造的硬件电路；3.设计PLC对C650卧式普通车床进行控制的软件程序；4.进行调试,找出问题,并改进设计；5.撰写毕业设计说明书。设计进度要求：第一周： 确定题目、准备资料、讲解课题；第二周： 企业实习、收集C650卧式普通车床的资料；第三、四周： 方案设计；第五、六周： 调试修正；第七周： 写设计说明书；第八周： 打印报告、准备答辩。指导教师（签名）： 摘要可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起来的以微处理器为核心，集微电子技术、自

2、动化技术、计算机技术通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富。它的功能主要是：控制功能、数据采集、储存与处理功能、通信、联网功能、输入/输出接口调理功能、人机界面功能。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，

3、以便完成较大规模的复杂控制。本次设计的内容主要是利用PLC（Programmable Logic Controller）对C650型车床的电器部分进行改造。首先我对本设计进行总体的分析，使自己有一个大致的总体概念，然后仔细分析C650车床，对车床主运动和进给运动还有其它的辅助运动，进行分析。最后根据控制电路的线路图，编译PLC的梯形图，编译通过后，利用PLC实验台进行实验仿真。因此使C650车床在完成原有的功能特点外，还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。关键词：可编程控制器，车床，梯形图，电气控制系统目录摘要II1可编程控制器概述及构成原理11.1 可编程控制器的产生及定义1

4、1.2 可编程控制器的特点21.3 可编程控制器的应用及发展32 PLC控制系统设计概述52.1 PLC控制系统设计要求52.2 PLC系统设计流程图52.3 可编程控制器控制系统设计的基本步骤73 电气功能的主要分析和特点113.1 C650型卧式车床的主要结构及运动情况113.2 车床对电力拖动的要求123.3 控制线路特点与电气线路概述124 硬件的概述174.1 PLC 类型的简介174.2 PLC的特点174.3 选配PLC型号184.4 车床控制PLC电气原理图及I/O分配图194.5外部硬件接线电路205 软件的概述215.1 S7200 PLC编程软件STEP 7-Micro/

5、WIN的介绍215.2 梯形图21结论23致谢24参考文献251可编程控制器概述及构成原理1.1 可编程控制器的产生及定义1.1.1 可编程控制器的产生20世纪是人类科学技术迅速发展的一个世纪，电器控制技术也由继电器控制过度到计算机控制系统。各种工业用计算机控制产品的出现，对提高机械设备自动控制性能起到关键的作用。进入21世纪，各种自动控制产品在向控制可靠、操作简单、通用性强、价格低廉的方向发展，是自动控制的实现越来越容易。自动控制装置的研究，是为了最大限度的满足人们对机械设备的要求。在1969年，美国数字设备公司（DEC）首先研制出第一台符合要求的控制器，即可编程逻辑控制器，并在美国GE公司

6、的汽车自动装置上试用成功。此后，这项研究技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普及到全世界。我国从1976年开始研制，1977年应用与工业控制。目前已有型号数百种。可编程控制器应具备的10项指标：（1） 编程简单，可在现场修改和调试程序；（2） 维护方便，采用插入式，模块结构；（3） 可靠性高于继电器控制系统；（4） 体积小于继电器控制柜；（5） 成本可与继电器控制系统相竞争；（6） 能与管理中心计算机系统进行通信；（7） 输入量是115V交流电压（美国电网电压110）；（8） 输出量为115V，输出电流在2A以上，能直接驱动电磁阀；（9） 系统扩展时，原系统只需要作很小改动；（10） 用户程序存储

7、器容量至少4KB。1.1.2 可编程控制器的定义IEC在1987年对可编程控制器下的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。1.2 可编程控制器的特点1.2.1 可编程控制器的特点（1）软硬件功能强PLC的功能非常强大，其内部具备很多功能，如时序、计数器、主控继电器、移位寄存器及中间寄存器等，能够方便

8、地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O等功能。PLC不仅可进行逻辑运算，算术运算，数据转换以及顺序控制，还可以实现模拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能，并具有完善的输入输出系统。PLC能够适应各种形式的开关量和模拟量的输入、输出控制，还可以和其他计算机系统、控制设备共同组成分布式控制系统，实现成组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速中断等功能。PLC的编程语言丰富，可分为梯形图语言、逻辑功能语言、指令表、顺序功能4种。特别是梯形图语言，它直观、方便，只要有了通常的继电接触器电路图、逻辑图或逻辑方程，就等于有了PLC系统的用户程序，很适合电器工程技术人员使用。（2）使

9、用维护方便PLC不需要像计算机控制那样在输入输出接口上做大量的工作。PLC的输入输出接口是已经按不同需求做好的，可直接与控制现场的设备相连接的接口。如输入接口可以与各种开关、传感器连接；输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器，接触器、电磁阀等连接。不论是输入接口或输出接口，使用都很简单。PLC具有很强的监控功能，利用编程器、监视器或触摸屏等人机界面可对PLC的运行状态进行监控 （3）运行稳定可靠由于PLC采用了微电子技术，大量的开关动作有无触点的半导体电路来完成，同是还采用了屏蔽，滤波，隔离等抗干扰措施，所以其平均无故障时间在2万小时以上。特别是在制造工艺上加强了抗干扰措施，例如输入输出

10、都采用光电隔离，能有效的隔离PLC内部电路与输入输出电路之间的联系，从而避免了有输入输出同道串入的干扰信号引起的误动作。PLC还采取了屏蔽，输入延时滤波等软，硬件措施，有效的防止了空间电磁干扰，特别对高频传导干扰信号具有良好的抑制作用。所以这一切措施，都有效的保证了PLC在恶劣的工作环境下能正常稳定的运行。（4）组成灵活可编程控制器品种很多。小型PLC为整体结构，并可外接I/O扩展机箱构成PLC控制系统。中大型PLC采用分体模块式结构，设有各种专用功能模块（开关量、模拟量输入/输出模块、位控模块、伺服、步进驱动模块等）供选用和组合，由各种模块组成大小和要求不同的控制系统。外部控制电路虽然仍为硬

11、接线系统，但当受控对象的控制要求改变时，可以在线使用编程器修改用户程序来满足新的控制要求，最大限度地缩短了工艺更新所需要的时间。1.3 可编程控制器的应用及发展1.3.1 可编程控制器的应用目前，PLC在国内外已广泛的应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保以及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用范围不断扩大，大致可归纳以下几类：（1）开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制，可用于单机控制、多机群控、自动化生产线的控制等，例如注塑机、印刷机械、组合机械、磨床、包装生产线、电镀流

12、水线等等。（2）位置控制大多数的PLC制造商，目前都提供拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能可广泛应用于各种机械，如金属切削机床、金属成型机床、装配机械、机器人和电梯等。（3）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制，PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量与数字量之间A/D、D/A转换，并对模拟量进行闭环PID（Pro-portional-Integral-Derivative）控制。现代的大、中型PLC一般都有PID闭环控制模块，这一功能可用PID子程序来实现，也可用专用的智能PID模块实现。 （4）数据处理现代的PLC具有数学运算（包括矩阵运算

13、、函数运算、逻辑运算）、数据传递、转换、排序和查表、位操作功能。也能完成数据的采集、分析和处理。这些数据可通过接口传送到其它智能装置，如计算机数值控制（CNC）设备，进行处理。（5）通信联网PLC的通信包括PLC相互之间，PLC与上位计算机，PLC和其它智能设备见间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转换器相连接成网络，以实现信息的交换。并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制。然后采用网络连接构成集中管理信息分布式网络系统。1.3.2 可编程控制器的发展随着技术

14、的发展和市场需求的增加，PLC的结构和功能也不断改进，生产厂家不断推出功能更强的PLC新产品，平均35年更新换代一次。如西门子公司在S5系列PLC的基础上又推出了S7系列PLC，性能价格越来越高。S7300属中小型PLC，有很强的模拟器处理能力和数字运算功能，用户程序存储容量达24KB，具有许多过去大型PLC才具有的功能。它的扫描速度为1000条0.3ms，超过了许多大型PLC。现代PLC的发展主要有二大趋势：其一是向体积更小，速度更快，功能更强，价格更低的微小型PLC方面发展；其二是向大型网络化，高可靠性，好的兼容性，多功能方面发展。2 PLC控制系统设计概述2.1 PLC控制系统设计要求P

15、LC的内部控制结构与计算机、微机相似，但其接口电路不同,编程语言也不一致。因此PLC控制系统与微机控制系统开发过程不完全相同，需要根据PLC本身的特点、性能进行系统的设计。为实现被控对象的工艺要求，以及生产效率和产品产量的进一步提高最大限度地发挥PLC控制系统的优势。2.1.1 流程图功能说明（1）根据生产的工艺分析控制要求：如需要完成的动作（动作顺序、动作条件及必须的保护和联锁）、操作方式（手动、自动；连续、单周期及单步等）；（2）根据控制要求确定所需要的用户输入、输出设备、据此确定PLC的I/O点数；（3）选择PLC；（4）分配PLC的I/O接口，设计I/O电气接口接图；（5）进行PLC程

16、序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工。在设计传统继电器控制系统时，必须在控制线路（接线程序）设计完成后，才能进行控制台（柜）设计和现场施工。采用PLC控制，可以使整个工程的周期缩短。2.1.2 PLC程序设计的步骤（1）绘制系统流程图；（2）设计梯形图；（3）根据梯形图编制程序清单；（4）用编程其将程序键入到PLC的用户程序存储器中，并检验后键入的程序是否正确；（5）调试和修改程序，直到满足要求为止；（6）控制台现场施工完成后进行联合调试；（7）编制技术文件。2.2 PLC系统设计流程图 图2.1系统流程图2.3 可编程控制器控制系统设计的基本步骤2.3.1系统设计的主要内容 （1）

17、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来确定，它是整个设计的依据；（2）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；（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（常用图形）进行程序设计； （6）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系；（7）设计操作台、电气柜及非标准电器元部件； （8）编写设计说明书和使用说明书。 2.3.2 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

18、求 被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。（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、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、电磁阀等。（3）选择合适的PLC类型 根据已确定的用户I/O设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的PLC类型，包括机型、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。 （

19、4）分配I/O点 分配PLC的输入输出点，编制出输入/输出分配表或者画出输入/输出端子的接线图。接着九可以进行PLC程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。（5）设计应用系统梯形图程序 根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。（6）将程序输入PLC 当使用简易编程器将程序输入PLC时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到PLC中去。 （7）进行软件

20、测试程序输入PLC后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将PLC连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。 （8）应用系统整体调试 在PLC软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。（9）编制技术文件 系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC梯形图。（10）分配输入/输出点 一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。

21、 分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。（11）确定I/O通道范围不同型号的PLC，其输入/输出通道的范围是不一样的，应根据所选PLC型号，查阅相应的编程手册，决不可“张冠李戴”。必须参阅有关操作手册。 （12）内部辅助继电器内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器/计数器时作数据存储或数据处理用。从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。未分配模块的输入/输出继电器区以及未

22、使用1：1链接时的链接继电器区等均可作为内部辅助继电器使用。根据程序设计的需要，应合理安排PLC的内部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途，避免重复使用。参阅有关操作手册。 （13）分配定时器/计数器 PLC的定时器/计数器数量分别见有关操作手册。PLC软件系统设计方法及步骤，PLC软件系统设计的方法。在了解了PLC程序结构之后，就要具体地编制程序了。编制PLC控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。图解法编程，图解法是靠画图进行PLC程序设计。为此，不少PLC生产厂家在自己的PLC中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控

23、指令方便地编写控制程序。2.3.3 计算机辅助设计编程计算机辅助设计是通过PLC编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE运行文件。 2.3.4 编制控制系统的逻辑关系图 从逻辑关系图上，可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一结果又导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反应了输入与输出的关系。2.3.5 绘制各种电路图 绘制

24、各种电路的目的，是把系统的输入输出所设计的地址和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制PLC的输入电路时，不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的可靠性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到PLC的输入端，把高压引入 PLC输入端，会对PLC造成比较大的伤害。在绘制PLC的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到PLC输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和极性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和可靠性。虽然用PLC进行控制方便、灵活。但是在电

25、路的设计上仍然需要谨慎、全面。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。 2.3.6 编制PLC程序并进行模拟调试 在绘制完电路图之后，就可以着手编制PLC程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、可靠之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，最好不要整个程序完成后一起算总帐。2.3.7 制作控制台与控制柜 在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等

26、器件的质量，规格必须满足要求。设备的安装必须注意安全、可靠。比如说屏蔽问题、接地问题、高压隔离等问题必须妥善处理。现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能最后实地测试和最后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。 3 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

27、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.卧式车床外观图、床身、主轴、刀架、溜板箱3.1 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。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，需停车时不易立即停止转动，因为必须有停车制动的功能，较好的停车制动是采电气制动方法。为了

28、加工螺纹等工件，主轴需要正反转，主轴的转速应工件的材料、尺寸、工艺要求及刀住的种类不同而变化，要求在相当宽的范围内可进行速度调节。在加工过程中，还需提供切削液，为减轻工人的劳动强度和节约辅助工作时间，要求带动刀架移动的溜板能够快速移动。车床的运动形式有：（1）主运动 主轴的旋转运动（2）进给运动 带动刀架的直线移动3.2 车床对电力拖动的要求（1）主电动机Ml(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M2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接起

29、动停止方式并且为连续工作状态。 （3）快速移动电动机M3，电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。3.3 控制线路特点与电气线路概述（1）控制线路的特点控制线路装设有总起动按钮和总停止按钮，便于操纵和紧急停车。主电路、控制线路及照明线路的电源引入开关均采用隔离开关。由于电动机容量较小，所以三台异步电动机均采用直接起动控制线路。M1、M2采用热继电器做过载保护。控制线路采取了电气措施，以防止发生电源短路事故。（2）电气线路概述 主电路由三台三相异步交流电动机及其附属电路元件组成。三台异步电动机均采用接触器直接起动。M1是主轴电机，功率为30kw，由交流接触器KM1、KM2、KM3控制其起动与停止

30、。热继电器FR1是过载保护电器。短路保护电器是FU1。M2是冷却泵电动机，接触器KM4控制M2，M2的短路保护电器是FU4，热继电器FR2是过载保护电器。M3是快速移动电动机，接触器KM5控制M3，其短路保护电器的FU5。主电路电源电压为交流380v，隔离开关QS作为电源引入开关。控制线路电源电压为交流110v，照明电压为36v，由控制变压器TC提供电源。控制线路、照明电路均由相应的熔断器作为短路保护电器。表3.1 电气元件符号及功能说明序号名称及用途序号名称及用途M1主电动机SB1总停按钮M2冷却泵电动机SB2主电动机正向电动按钮M3快速移动电动机SB3主电动机正向启动按钮KM1主电动机正转

31、接触器SB4主电动机反向启动按钮KM2主电动机反转接触器SB5冷却泵电动机停止按钮KM3短接限流电阻接触器SB6冷却泵电动机启动按钮KM4冷却泵电动机启动接触器TC控制变压器KM5快移电动机启动接触器FU06熔断器KA中间继电器FR1主电动机过载保护热继电器KT通电延时时间继电器FR2冷却泵电动机保护热继电器SQ快移电动机点动行程开关R限流电阻SA开关EL照明灯KS速度继电器TA电流互感器A电流表QS隔离开关图3.2 C650车床电气原理图本机床使用380V、50HZ三相交流电源。根据特殊定货，亦可使用220V、50HZ、380V、60HZ、420V、50HZ、220V/440V、60HZ等三

32、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。（3）主电路分析图3.2所示的主电路中有三台电动机，隔离开关QS将380V的三相电源引入。电动机M1的电路接线分三部分：第一部分由正转控制交流接触器KM1和反转控制交流接触器KM2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A经电流互感器TA接在主电动机M1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KT的延时动断触点，在启动的短时间内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KM3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

33、启动电流造成电动机过载，串入限流电阻R保证电路设备的正常运行。速度继电器KS的速度检测部分与电动机的主轴同轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速低于KS的动作值时，其常开触点可将控制电路中反接制动的相应电路切断，完成停车制动。电动机M2有接触器KM4的主触点控制其主电路的接通和断开，电动机M3由交流接触器KM5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。（4）控制电路分析 控制电路可分为主电动机M1的控制电路和电动机M2及M3的控制电路部分。由于主电动机控制电路比较复杂，因而还可进一步将主电动机控制电路分为正、反转启动、点动和停车制动等

34、局部控制电路，它们的控制电路如图3-3所示。下面对各部分控制电路进行分析。 a)主电动机正反转及点动控制电路 b)主电动机制动控制电路图3.3 控制主电动机的基本控制电路主轴电动机的正、反向启动控制由图3.3（a）可知，当正转启动按钮SB3压下时，其两常开触点同时闭合，一常开触点接通交流接触器KM3的线圈电路和时间继电器KT的线圈电路，时间继电器的常闭触点在主电路中短接电流表A，以防止电流对电流表的冲击，经延时短开后，电流表接入电路正常工作。KM3的主触点将主电路中限流电阻短接，其辅助动合触点同时将中间继电器KA的线圈电路接通，KA的常闭触点将停车制动的基本电路切除，其动合触点与SB3的的动合

35、触点均在闭合状态，控制主电机的交流接触器KM1的线圈电路得电工作并自锁，其主触点闭合，电动机正向直接启动并结束。KM1的自锁回路由它的常开辅助触点和KM3线圈上方的KA的常开触点组成的自锁回路，来维持KM1的通电状态。反向直接启动控制过程与其相同，只是启动按钮为SB4。主轴电动机的点动控制SB2为主电动机点动控制按钮。按下SB2点动按钮，直接接通KM1的线圈电路，电动机M1正向直接启动，这时KM3线圈电路并没有接通，因此其主触点不闭合，限流电阻R介接入主电路限流，其辅助动合触点不闭合，KA线圈不能得电工作，从而使KM1线圈电路形不成自锁，松开按钮，M1停转，实现了主电动机串联电阻限流的点动控制

36、。主轴电动机的反接控制 图3.3(b)所示为主电动机反接制动控制电路的构成。C650型卧式车床采用反接制动的方式进行停车制动，停车按钮按下后开始制动过程。当电动机转速接近零时，速度继电器的触点打开，结束制动。以原工作状态为正转时进行停车制动过程为例，说明电路的工作过程。当电动机正向转动时，速度继电器KS的动合触点KS1闭合，制动电路处于准备状态，按下停车按钮SB1，切断控制电源，KM1、KM3、KA线圈均失电，此时控制反接制动电路工作与不工作的KA动断触点恢复原状闭合，与KS1触点一起将反向启动交流接触器KM2的线圈电路接通，电动机M1接入反向序电流，反向启动转矩将平衡正向惯性转动转矩，强迫电

37、动机迅速停车。当电动机速度趋近于零时，速度继电器触点KS2复位打开，切断KM2的线圈电路，完成正转的反接制动。在反接制动过程中，KM3失电，所以限流电阻R一直起限制反接制动电流的作用。反转时的反接制动工作过程相似，此时反转状态下，KS2触点闭合，制动时，接通交流接触器KM1的线圈电路，进行反接制动。另外，接触器KM3的辅助触点数量是有限的，故在控制电路中使用了中间继电器KA，因为KA没有主触点，而KM3的辅助触点又不够，所以用KM3来带一个KA，这样解决了在主电路中使用主触点，而控制电路辅助触点不够的问题。刀架的快速移动和冷却泵电动机的的控制刀架快速移动是由转动刀架手柄压动位置开关SQ，接通快

38、速移动M3的控制接触器KM5的线圈电路，KM5的主触点闭合，M3电动机启动运行，经传动系统驱动溜板带动刀架快速移动。冷却泵电动机M2由启动按钮SB6、停止按钮SB5和KM4辅助触点组成自锁回路，并控制接触器KM4线圈电路的通断，来实现电动机M2的控制。开关SA可控制照明灯EL，EL的电压为36V安全照明电压。4 硬件的概述4.1 PLC 类型的简介自20世纪70年代末，PLC产品出现以来，它以面向工业控制为特点，普通受到电气控制领域的欢迎。特别是中小容量PLC成功地取代了传统的继电器控制系统，使控制系统的可靠性大大提高。目前各国生产的PLC品种繁多，发展迅速。在中国的市场上最具竞争力的有德国西

39、门子公司、日本三菱系列、欧姆龙公司、AB公司所推出的PLC均为从小到大全系列的产品，可满足各种各样的需求。其中，S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。4.2 PLC的特点PLC是综合继电器接触器控制优点及计算机灵活方便的优点而制造和发展的、这使PLC具有许多其他控制器无法相比的特点：（1）可靠性强，抗干扰能力强PLC生产厂商在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使他可以直接安装于工业现场而

40、稳定可靠地工作。目前个生产厂商生产的PLC，其平均无故障时间大大超过了IEC规定的10万小时。而且为了适应特殊场合需求，有的PLC生产厂商还采用差异设计进一步提高其可靠性。（2）通用性强，使用方便由于PLC均为系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需用灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的空子系统要求。（3）编程语言简单，易学，便于掌握。PLC的编成可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电器技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺序控制流程图语言，也称功能图，使编成更加简单方便。（4）系统设计周期短。（5）对生产工艺改变适应

41、性强。（6）安装简单，调试方便，维护工作量小。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。4.3 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。因此S7-200系列具有

42、极高的性能/价格比。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。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。表4.1 S7-200 CPU的技术指标特性CPU 221CPU 222CPU 224CPU 224XPCPU 226本机I/O数字量模拟量6入/4出-8入/6出-14入/10出-14入/10出2入/1出24入/16出-最大扩展模块数量 0个模块2个模块7个模块7个模块7

43、个模块数据存储区2048字节2048字节8192字节10240字节10240字节掉电保持时间50小时50小时100小时100小时100小时程序存储器：可在运行模式下编辑不可在运行模式下编辑4096字节4096字节4096字节4096字节8192字节12288字节12288字节16384字节16384字节24576字节高速计数器单相双相4路30KHz2路20KHz4路30KHz2路20KHz6路30KHz4路20KHz4路30KHz2路200KHz3路20KHz1路100KHz6路30KHz4路20KHz脉冲输出（DC）2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路100 KHz2路20KHz模

44、拟电位器11222实时时钟配时钟卡配时钟卡内置内置内置通讯口1RS-4851RS-4851RS-4852RS-4852RS-485浮点数运算有有有有有I/O映象区256 128入/128出256 128入/128出256 128入/128出256 128入/128出256 128入/128出布尔指令执行速度0.22s /指令0.22s /指令0.22s /指令0.22s /指令0.22s /指令外形尺寸（）908062908062120.5806214080621908062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13个。改造后的程序只143字

45、节，内容小于4千字节。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SIMATIC S7-200 系列的S7224 作为本次设计的PLC。4.4 车床控制PLC电气原理图及I/O分配图表4.2 I/O接口分配表名称符号输出端子名称符号输出端子控制灯EL开SB7I0.0控制照明灯ELQ0.0控制灯EL关SB8I0.1主电机正转接触器KM1Q0.1主电机正向启动按钮SB3I0.2短接限流电阻KM3Q0.2总停止按钮SB1I0.3主电机反转接触器KM2Q0.3主电机过载保护FR1I0.4冷却泵电机接触器KM4Q0.4主电机正向点动启动按钮SB2I0.5快移电动机接触器KM5Q0.5速度继电器KS1I0.6主轴反向启动SB4I0.7速度继电器KS2I1.0冷却泵启动按钮SB6I1.1冷却泵停止按钮SB5I1.2行程开关SQI1.3冷却泵电机过载保护FR2I1.44.5 外部硬件接线电路图4.1 接线图5 软件的概述5.1 S7200PLC编程软件STEP