電氣控制課程設(shè)計(jì)--c650型臥式車床繼電器控制線路的plc改造

1、<p>　　C650型臥式車床繼電器控制線路的PLC改造</p><p><b>　　1 控制要求</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　(1) 主電動(dòng)機(jī)M1（功率為30kW）完成主軸主運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)采用直接起動(dòng)的方式起動(dòng)，可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并可進(jìn)行

2、正反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的電氣停車制動(dòng)。為加工調(diào)整方便，還具有點(diǎn)動(dòng)功能。</p><p>　　(2) 電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)冷卻泵，在加工時(shí)提供切削液，采用直接起動(dòng)、停止方式，并且為連續(xù)工作狀態(tài)。</p><p>　　(3) 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3可根據(jù)使用需要，隨時(shí)手動(dòng)控制起停。</p><p>　　滿足上述控制要求的C650車床的電氣原理如圖1所示，現(xiàn)要求改為PLC控制。</

3、p><p>　　圖1 C650車床電氣原理圖</p><p><b>　　1.2 主電路分析</b></p><p>　　該車床有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，M1為主電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，并通過進(jìn)給機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。M2為冷卻泵電機(jī)，提供切削液。M3為快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)刀架快速移動(dòng)。</p><p>　　開關(guān)QS將三相電源引人，F(xiàn)U1

4、為主軸電動(dòng)機(jī)M1的短路保護(hù)用的熔斷器，F(xiàn)R1為M1的過載保護(hù)用的熱繼電器。R為限流電阻，防止在點(diǎn)動(dòng)時(shí)連續(xù)的起動(dòng)電流造成電動(dòng)機(jī)過載。通過電流互感器TA接入電流表A以監(jiān)視主電動(dòng)機(jī)的繞組的電流，熔斷器的FU2、FU3分別為M2、M3電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，接觸器KM4、KM5為M2、M3起動(dòng)接觸器。FR2為M2的過載保護(hù)用熱繼電器，因快速電動(dòng)機(jī)M3短時(shí)工作，故不設(shè)過載保護(hù)。</p><p>　　1.3 控制電路分析</

5、p><p>　　主電動(dòng)機(jī)M1的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制調(diào)整車床時(shí)，要求主電動(dòng)機(jī)M1的點(diǎn)動(dòng)控制。電路中KM1為M1電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器，KM2為M1的反轉(zhuǎn)接觸器，KA為中間繼電器。工作過程：M1電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)由點(diǎn)動(dòng)按鈕SB2控制。按下SB2接觸器KM1得電吸合，主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)定子繞組經(jīng)限流電阻R和電源接通，電動(dòng)機(jī)在低速下起動(dòng)。松開SB2，KM1斷電，電動(dòng)機(jī)被反接制動(dòng)而停止。在點(diǎn)動(dòng)過程中，中間繼電器KA不通電，因此KM1不會(huì)自鎖。&

6、lt;/p><p>　　主電動(dòng)機(jī)M1的正，反轉(zhuǎn)控制電路</p><p>　　(1) 正轉(zhuǎn)：主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)由正向起動(dòng)按鈕SB3控制。按下SB3時(shí)，接觸器KM3首先得電動(dòng)作，它的主觸點(diǎn)閉合將限流電阻R短接，輔助觸點(diǎn)也同時(shí)閉合，使中間繼電器KA得電吸合，KA的輔助觸點(diǎn)(13-9)閉合是使接觸器KM1得電，電動(dòng)機(jī)在全壓下起動(dòng)。由于KM1的常開觸點(diǎn)(13-15)、KA的常開觸點(diǎn)(7-15)閉合將KM1自鎖

7、。</p><p>　　(2) 反轉(zhuǎn)：主電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)是由起動(dòng)按鈕SB4控制的。其控制過程與上面的類似，當(dāng)按下SB4時(shí)，KM3首先得電，然后KA的電，它的輔助觸點(diǎn)(21-23)閉合，使KM2得電吸合KM2的主觸點(diǎn)將三相電源反接，使電動(dòng)機(jī)在全壓下反轉(zhuǎn)起動(dòng)。KM2的常開觸點(diǎn)(15-21)和KA的主觸點(diǎn)(7-15)的閉合將KM2</p><p>　　自鎖。KM2和KM1的常閉觸點(diǎn)分別串在對(duì)方的接觸

8、器線圈的回路中，起到正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的互鎖作用。</p><p>　　主電動(dòng)機(jī)M1的反接制動(dòng)控制：C650臥式車床采用速度繼電器實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速制動(dòng)到接近零時(shí)，用速度繼電器的觸點(diǎn)及時(shí)切斷其電源。速度繼電器與被控電動(dòng)機(jī)是同軸的連接的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)KS-2(17-23)閉合，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)KS-1(17-9)閉合。在電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，接觸器KM1、KM3和繼電器都

9、處于得電狀態(tài)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)KS-2(17-23)也是閉合的，樣就為正轉(zhuǎn)反接制動(dòng)做好準(zhǔn)備。</p><p>　　當(dāng)停車時(shí)按下停止按鈕SB1接觸器KM3失電，其主觸點(diǎn)斷開，電阻R串入主回路。與此同時(shí)KM1也失電，開了電動(dòng)機(jī)的電源，同時(shí)KA也失電，使它的常開觸點(diǎn)閉合。這樣就使反轉(zhuǎn)接觸器線圈KM2通過1-3-7-17-23-25電路得電，電動(dòng)機(jī)的電源反接，使其處于反接制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降為速度繼電器的

10、復(fù)位轉(zhuǎn)速時(shí)，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)KS-2(17-23)斷開，切斷了KM2的通電回路，電動(dòng)機(jī)脫離電源停止。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)與正轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)相似。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器的反轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)KS-1是閉合的，這時(shí)按下SB1正轉(zhuǎn)接觸器線圈通過1-3-5-7-17-9-11電路得電，正轉(zhuǎn)接觸器KM1吸合將電源反接并串入電阻R使電動(dòng)機(jī)制動(dòng)停止。</p><p>　　刀架的快速移

11、動(dòng)和冷卻泵控制：刀架的快速移動(dòng)是由轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄壓動(dòng)限位開關(guān)SQ，使接觸器KM5吸合，M3電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。M2電動(dòng)機(jī)為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，它的起動(dòng)和停止通過按鈕SB6和SB5控制。</p><p>　　其他輔助電路，監(jiān)視主回路負(fù)載的電流表是通過電源互感器接入的，為防止電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，點(diǎn)動(dòng)和制動(dòng)電流對(duì)電流表的沖擊，電路中采用一個(gè)時(shí)間繼電器KT。例如當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，KT線圈通電，而KT的延時(shí)斷開的常閉觸點(diǎn)尚未動(dòng)作，電流互感器

12、二次電流只流經(jīng)該觸點(diǎn)構(gòu)成閉合回路，電流表沒有電流流過。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，KT延時(shí)斷開的常閉觸點(diǎn)打開，此時(shí)電流才流經(jīng)電流表。電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，電流表A的監(jiān)測(cè)情況。</p><p>　　2 編程元件地址分配表</p><p>　　根據(jù)該系統(tǒng)的控制要求及所選用的PLC，輸入輸出設(shè)備，確定了I/O點(diǎn)數(shù)。根據(jù)需要控制的開關(guān)、設(shè)備大約輸入點(diǎn)為11個(gè)，輸出點(diǎn)為6個(gè)需進(jìn)行控制，現(xiàn)將I/O地址分配如表1所示。

13、</p><p>　　表1 I/O地址分配表</p><p>　　3 PLC控制系統(tǒng)外部接線圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　車床電氣控制系統(tǒng)需要11個(gè)外部輸入信號(hào)，6個(gè)輸出信號(hào)。PLC所具有的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般要比所需冗余30%，以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴(kuò)展預(yù)留。所以本系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)為14個(gè)，輸出點(diǎn)為7個(gè)?，F(xiàn)選擇西門子公司生產(chǎn)的S7-300 系列的PLC，24V直

14、流14點(diǎn)輸入。按鈕SB0為整個(gè)控制系統(tǒng)的停止開關(guān)；按鈕SB1、SB2及SB3分別控制主軸電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)及點(diǎn)動(dòng)控制；按鈕SB4、SB5分別控制冷卻泵電機(jī)的M2啟動(dòng)與停止；行程開關(guān)SQ控制快進(jìn)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)；熱繼電器常閉開關(guān)FR1，F(xiàn)R2分別為M1、M2的過載保護(hù)；速度繼電器KS1、KS2分別輔助主軸電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)制動(dòng)。輸出部分：KM1、KM2接觸器分別控制主軸電機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)；KM4、KM5接觸器分別控制冷卻泵電機(jī)M2、快進(jìn)電機(jī)M3的運(yùn)行

15、；EL為車床照明，外部接線圖如圖2所示。</p><p>　　圖2 PLC外部接線圖</p><p><b>　　4 主電路接線圖</b></p><p>　　(1) 主電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制電路中KM1為M1電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)接觸器。</p><p>　　(2) 為中間繼電器。M1電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)由點(diǎn)動(dòng)按鈕SB1控制。</

16、p><p>　　(3) 主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)由正向起動(dòng)按鈕SB2控制。按下SB2時(shí)，接觸器KM3首先得電動(dòng)作，它的主觸點(diǎn)閉合將限流電阻短接，接觸器KM3的輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合使中間繼電器KA得電。如圖3所示</p><p>　　圖3 C650臥式車床主接線圖</p><p><b>　　5 梯形圖控制程序</b></p>

17、<p>　　電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1～KM3控制，PLC中控制KM1～KM3的輸出繼電器分別為Q4.0，Q4.3，Q4.4。Q4.0，Q4.3，Q4.4分別位于梯形圖的第1、4、5網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　M1正反轉(zhuǎn)控制的轉(zhuǎn)換是由接觸器KM1和KM2的主觸點(diǎn)切換電源的相序?qū)崿F(xiàn)的。在切換時(shí)，必須防止電源相間短路。例如，由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)KM1主觸點(diǎn)斷開，產(chǎn)生瞬時(shí)電弧，KM1主觸點(diǎn)仍為導(dǎo)通狀態(tài)，如果此

18、時(shí)KM2主觸點(diǎn)閉合，就會(huì)使電源發(fā)生短路，要避免電源短路，必須在完全沒有電弧的情況下使KM2主觸點(diǎn)閉合。在繼電器接觸器控制中，通常采用KM1和KM2互鎖的方法來避免電源的短路。PLC控制與繼電器接觸器控制不同，PLC在循環(huán)掃描進(jìn)，執(zhí)行程序的速度是非常快的，Q4.3和Q4.4觸點(diǎn)切換是在毫秒級(jí)瞬間完成的，</p><p><b>　　梯形圖程序見附錄。</b></p><p&

19、gt;　　6 系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試及S7-PLCSIM仿真</p><p>　　在硬件目錄中選擇需要的模塊，將他們安排在機(jī)架中指定的槽位上。</p><p>　　在項(xiàng)目管理器中選擇找出輸入輸出模塊，電源模塊和CPU模塊型號(hào)，創(chuàng)建M1電機(jī)的仿真窗口。 </p><p>　　按下M1正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3，I0.0得電，在輸出模塊中，KM1和KM3得電由于連續(xù)正轉(zhuǎn)，I0.0和I0.

20、3同時(shí)得電，切除電阻R。同時(shí)KM1自鎖。KM3得電時(shí)的運(yùn)行圖如圖4所示，M1連續(xù)正轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)行圖如圖5所示。</p><p>　　圖4 KM3得電時(shí)的仿真圖</p><p>　　圖5 M1連續(xù)正轉(zhuǎn)時(shí)的仿真圖</p><p>　　按下刀架的快速移動(dòng)是由轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄壓動(dòng)限位開關(guān)SQ，I0.6得電，在輸出模塊中，KM5得電，Q4.5得電?？焖僖苿?dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行圖如圖

21、6所示。</p><p>　　圖6 快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的仿真圖</p><p>　　M2電動(dòng)機(jī)為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，它的起動(dòng)和停止通過按鈕SB6和SB5控制。按下冷卻泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)按鈕SB6，I0.2得電，在輸出端Q4.1得電，M2運(yùn)行接觸器吸合。冷卻泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行圖如圖7所示。</p><p>　　圖7 冷卻泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的仿真圖</p><

22、;p>　　C650臥式車床采用速度繼電器實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速制動(dòng)到接近零時(shí)，用速度繼電器的觸點(diǎn)及時(shí)切斷其電源。當(dāng)停車時(shí)按下停止按鈕SB1接觸器KM3失電，其主觸點(diǎn)斷開。與此同時(shí)KM1也失電。松開按鈕SB1后，KS1任然閉合，KM2得電，電動(dòng)機(jī)的電源反接，使其處于反接制動(dòng)狀態(tài)。反接制動(dòng)時(shí)的運(yùn)行圖如圖8所示。</p><p>　　圖8 反接制動(dòng)時(shí)的仿真圖</p><p>　　M

23、1電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)由點(diǎn)動(dòng)按鈕SB2控制。按下SB2接觸器KM1得電吸合，主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)定子繞組經(jīng)限流電阻R和電源接通，電動(dòng)機(jī)在低速下起動(dòng)。松開SB2，KM1斷電，電動(dòng)機(jī)被反接制動(dòng)而停止。在點(diǎn)動(dòng)過程中，中間繼電器KA不通電，因此KM1不會(huì)自鎖。M1點(diǎn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)行圖如圖9所示。</p><p>　　圖9 M1點(diǎn)動(dòng)時(shí)的仿真圖</p><p><b>　　7 設(shè)計(jì)體會(huì)</b>

24、</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用可編程控制器代替繼電器對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，因?yàn)榭删幊炭刂破鹘M成的控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修等方面，不僅減少了工作量，而且減少了開支，縮減了成本，效益更高。通過使用PLC改造該機(jī)床電氣系統(tǒng)后，去掉了原機(jī)床的中間繼電器，時(shí)間繼電器等等，使線路簡(jiǎn)化,維修方便。同時(shí)，由于PLC的高可靠性，輸入輸出部分還有信號(hào)指示，不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還給準(zhǔn)確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的

25、方便。</p><p>　　在最初設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)其主電路圖詳加分析，畫出順序功能圖，再根據(jù)順序圖畫程序圖。在仿真過程中，外部接線圖的常閉觸頭必須要閉合，才能正常仿真，在設(shè)計(jì)梯形圖程序時(shí)，要盡量使用器件代號(hào)而非輸入輸出端口地址，首次仿真時(shí)沒有插入時(shí)間繼電器，沒有能夠準(zhǔn)確顯示電流表接入電路所延時(shí)的時(shí)間等等一系列問題只有親身設(shè)計(jì)親身體會(huì)時(shí)，才能意識(shí)到其中的奧妙。</p><p>　　通過本次設(shè)計(jì)