C650PLC改造可编程控制器论文.doc

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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的。它采用可编程序逻辑控制的存储器，在其部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、技术和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
本次设计的容主要是利用 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。

关键词：可编程序控制器,C650车床,电气控制,梯形图

目 录
摘要I
1 绪论1
1.1 普通车床改造的意义1
1.2 PLC的基础知识1
1.3 PLC工作原理1
2 电气线路的工作流程2
2.1 C650车床电器控制原理图2
2.2 主电路分析3
2.3控制电路分析3
2.4 整机线路联锁与保护3
3 C650车床电气控制的硬件设计3
3.1 统计I/O点数3
3.2 PLC的选型4
3.3I/O分配表5
3.4PLC控制系统外部接线图的设计5
4 C650车床电气控制的编程设计7
4.1电动机M1正、反转控制梯形图的设计与程序仿真7
4.2 电动机M1正转点动控制与反接制动控制设计与程序仿真11
5 心得体会………………………………………………………………………………16
参考文献17

42 / 28
1 绪论
1.1普通机床改造的意义
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。
机床数控改造的意义：
1）节省资金。 机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型与特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。
2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。
3） 提高生产效率。 机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
1.2PLC的基础知识
PLC（即可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller）是用来取代用于电机控制的顺序继电器电路的一种器件。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC在程序运行过程中，程序从起始步起，依次执行到最终步，然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点。
1.3 PLC工作原理
PLC的CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式。在扫描程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断获跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后，再从头开始扫描执行，周而复始重复进行。此过程又分为扫描阶段、用户执行阶段、输出刷新阶段三个阶段。
2 C650车床电气控制工作原理
2.1 C650车床电气控制原理图
C650车床电气控制原理图如图2-1所示:
图2-1 C650车床电气控制原理图
2.2 主电路分析
该机床共配置三台电动机M1、M2和M3。
主电动机M1完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动，采用直接启动方式，可正反两个方向旋转，并可进行正反两个旋转方向的电气制动停车和点动功能。电动机M1控制电路分为四个部分：①由正、反转控制接触器KM1、KM2的两组主触点构成电动机的正反转电路。②电流表PA经电流互感器TA接在主电动机M1主运动上，以监视电动机绕组工作电流变化。时间继电器KT的动断触头，在启动的短时间将电流表暂时短接。③串联电阻限流控制部分，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，为防止连续的启动电流造成电动机过载而串入了限流电阻R，以保证电路设备正常工作。④速度继电器KS的速度检测部分与电动机的主轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速接近零时，其动合触头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提供切削液，采用直接启动停止方式，为连续工作状态，由接触器KM4的主触点控制其主电路的接通与断开。
快速移动电动机M3由交流接触器KM5控制，根据使用需要，可随时手动控制启停。
2.3控制电路分析
主电动机M1控制：接通电源QS+。
正向点动 SB1+→KM1+（无自保）→M1串R正向点动（SB1+表示按SB1并保持）
正向起动 SB2+→KM3+, KT+→短接R, KA+ →KM1+(自保) →M1全压正向起动(当n≥120r/min时) →KS-1+(KT延时到,起动完成) →转速达n,电流表A接入
正向停止制动 SB0+→KM1-，KM3-，KT-，KA-（当KS-1+时）KM2+→M1串R反接制动 n↓↓(当n≤100r/min时) KS-1- →KM2-。
反向制动 （接SB3）与停车制动（KS-2+）过程与正向类似。
冷却泵电动机 SQ6+ →KM4+（自保）→M2起动。
快速电动机 SQ+（刀架手柄压动）→KM5+→M3起动。
2.4 整机线路的联锁与保护
由KM1与KM2各自的常闭触点串接于对方工作电路以实现正反转运行互锁。由FU与FU1～FU6实现短路保护。由FR1与FR2实现M1与M2的过载保护。KM1～KM4等接触器采用按钮与自保控制方式。

3 C650车床电气控制的硬件设计
3.1 统计I/0的点数
根据第2章的主电路分析,统计的输入设备点数有11个，输出设备点数有6个。如表3-1所示：
表3-1 I/0的点数统计
类 型
功能
所占点数(个)
输

入

设

备
M1的停止按钮
1
M1的点动按钮
1
M1的正转按钮
1
M1的反转按钮
1
M2的停止按钮
1
M2的启动按钮
1
M3的限位开关
1
M1的热继电器动合触电
1
M2的热继电器动合触电
1
速度继电器正转触点
1
速度继电器反转触点
1
输

出

设

备
M1的正转接触器
1
M1的反转接触器
1
M1的制动接触器
1
M2接触器
1
M3接触器
1
电流表接入中间继电器
1
3.2PLC的选型
此次课程设计中我选用FX2N-48MR，因为它的编程相对简单易懂，是理想的可编程控制器。而在设计中的I/O点数在48以下，则用的是微型PLC。其基本单元中的输入点按照X000—X007,X010—X017… 这样的八进制进行编号，而输出点按照YOOO—Y007,Y010—Y017…这样的八进制进行编号，部继电器可多次使用，定时器将1ms,10ms,100ms等脉冲进行加法计数，计数器可进行向上向下计数。根据设计要求可知，PLC点数的选择，不管是输入点数还是输出点数都要留有10%的余量，根据I/O口分配情况可知：输入信号有11个，输出信号有6个，根据I/O点数可选择FX2N—24MR可编程控制器，以满足控制要求，而且输入输出都留有一定的余量。
3.3 I/0分配表
根据所统计的I/O口与所选的PLC的型号可列出其I/O分配，如表3-2:
表3-2 I/O分配表
输入设备
PLC输入继电器
输出设备
PLC输出继电器
代号
功能
代号
功能
SB0
M1的停止按钮
X0
KM1
M1的正转接触器
Y0
SB1
M1的点动按钮
X1
KM2
M1的反转接触器
Y1
SB2
M1的正转按钮
X2
KM3
M1的制动接触器
Y2
SB3
M1的反转按钮
X3
KM4
M2接触器
Y3
SB4
M2的停止按钮
X4
KM5
M3接触器
Y4
SB5
M2的启动按钮
X5
KA
电流表接入中间继电器
Y5
SQ
M3的限位开关
X6

FR1
M1的热继电器动合触电
X7

FR2
M2的热继电器动合触电
X10

KS1
速度继电器正转触点
X11

KS2
速度继电器反转触点
X12

3.4 PLC控制系统外部接线图的设计
根据PLC型号的选定与I/O接口的点数确定和I/O分配表，可以设计出PLC控制系统的外部接线图，如图3-3：

图3-3 外部接线图

4 C650车床电气控制的编程设计
4.1 电动机M1正、反转控制梯形图程序设计与程序仿真
电动机M1由接触器KM1～KM3控制，PLC中控制KM1～KM3的输出继电器分别为Y0～Y2。Y0～Y2分别位于梯形图的第6、9、10梯级。
在第Y0［6］、Y1［9］线圈电路中，分别串Y1、Y0的动断触点◎Y0，◎Y1实现互锁；还分别串联有定时继电器T1、T2的动合触点#T1、#T2，以控制Y0、Y1延时启动。在第5、第8梯级分别设计T1、T2的线圈电路，它们分别由辅助继电器M101、M102的动合触点#M101、#M102控制。
在第4、第7梯级分别设计辅助继电器M101、M102线圈电路，除用动断触点◎M101、◎M102进行互锁外，还分别受输入继电器X2、X3的动合触点、动断触点控制。由I/O分配表可知，输入继电器X2、X3分别为启动按钮SB2、反转启动按钮SB3控制。由此可知，辅助继电器M101、M102分别为正转、反转启动辅助继电器。
在第Y2［10］线圈电路中，串接有M101、M102的动合触点#M101、#M102的并联支路，因此只有辅助继电器M101或M102得电，输出继电器Y2得电，才能使KM3得电吸合，短接电阻R。
这样得到电动机正、反转控制梯形图如上图4-1所示。
M1正反转控制的转换是由接触器KM1和KM2的主触点切换电源的相序实现的。在切换时，必须防止电源相间短路。例如，由正转变为反转时，当KM1主触点断开，产生瞬时电弧，KM1主触点仍为导通状态，如果此时KM2主触点闭合，就会使电源发生短路，要避免电源短路，必须在完全没有电弧的情况下使KM2主触点闭合。在继电器接触器控制中，通常采用KM1和KM2互锁的方法来避免电源的短路。
PLC控制与继电器接触器控制不同，PLC在循环扫描进，执行程序的速度是非常快的，Y0和Y1触点切换是在毫秒级瞬间完成的，几乎没有时间延时。因而，必须采取防止电源短路的措施。在梯形图中，定时器T1与T2用来控制正、反转切换的延时时间（延时时间设定为0.5秒），待电弧熄灭之后，再接通反方向接触器。

图4-1电动机的正反转控制梯形

M1的正转调试：

M1的反转调试：

通过程序仿真，可以看到电动机M1正、反转动作。
4.2 电动机M1正转点动控制与反转制动控制的设计
点动控制是在接触器KM2和KM3不动作的情况下，按点动按钮SB1，继电器X1得电，其动合触点#X1［1］、#X1［3］闭合，辅助继电器M103［1］和M100［3］得电，而且M103自锁。由于未按下停止按钮SB，X0未得电，热继电器FR未动作，X7未得电，因此它们的动断触点◎X0［2］，◎X7［2］闭合，使辅助继电器M2［2］得电，其动合触点#M2［3］闭合，则执行MC～MCR之间的主控程序。由于M100得电，其动合触点#M100［6］闭合，输出继电器Y0［6］得电，使KM1动作，电动机M1串电阻R正向运转。松开SB1，即X1的动合触点#X1［3］断开， M103［3］和Y0［6］失电，KM1的主触点切断正相序电源。由于电动机的惯性作用，速度继电器正转动合触点KS1仍闭合，X11仍得电，#X11［13］仍闭合，另外Y0［6］失电，其动断触点◎Y0［9］◎Y0［13］复位闭合。
图4-2 M1的正转点动与反转控制梯形

M1的正转点动调试：

M1的反转制动调试

经过程序仿真，达到了使辅助继电器M103［1］和M100［3］得电，而且M103自锁的预期目的。
根据以上的各模块的设计,可得整体的梯形图如图4.2所示:

图4-2 C650车床梯形图
梯形图对应的语句表，见附录一

5 心得体会
本设计主要是用程序的设计来实现其传统的继电器-接触器线路，以实现C650车床的各项控制要求。详细介绍了电动机的正反转控制、电动机的正转点动控制与其反接制动控制、电动机的正反转运行的反接制动控制等的设计。并分析了其工作过程。用文字、图表、动作的顺序的标示的形式展现出来，增加了可读性。最后对程序进行了调试，通过调试的结果证明，此程序是可行的。
通过本次课程设计使我学到了不少，关于PLC的运用广泛性以与他的基础性，实用性，使我受益匪浅，而且我也发现了我的许多不足，在很多的地方都会卡壳，其中遇到了不少的麻烦，然后通过我两一点一点的查找资料克服了这些困难，所以我要吸取这次的经验，以后多积累些知识，队PLC多了解了解，在以后的工作生活中还是很有用的，在此指导老师。
参考文献
[1] 方承远.工厂电气控制技术.[M]：机械工业，2003
[2] 史国生.控制与可编程控制器技术.[M]：化学工业，2005
[3] 廖常初.可程控制器的编程方法与工程应用.[M]：大学，2001
[4] 江志锋.编程控制器原理与应用.[M]：电子科技大学，2004
[5] 丁炜.编程控制器在工业控制中的应用.[M]：化学工业，2004
[6] 凤翼.丹丹.春江. 图解PLC控制系统梯形图和语句表.[M]：人民邮电，2006
[7] 运刚.宋小春.郭武强.从入门到精通-三菱FX2N PLC技术与应用.[M] ：人民邮电，2007

附录一 梯形图对应的语句表
LD X0 M1停止
OR X1M1点动
LD M103 正反转反接制动停车控制
ANI M101
ANI M102
ORB
OUT M103
LDI X0 执行MC指令
ANI X7M1启动或停车
MC N0M2
LD X1M1正转点动控制
ANI Y1
ANI Y2
OUT M100
LD X2 正转启动辅助继电器
OR M101
ANI X3
ANI M102
OUT M101
LD M101
OUT T1 K5 正转延时控制
LD T1 M1正转
OR M100 M1点动
OR T4 M1反接制动
ANI Y1
OUT Y0
LD X3
OR M102
ANI X2
ANI M101
OUT M102 反转启动辅助继电器
LD M102 反转延时控制
OUT T2 K5 　
LD T2 反转
OR T3
ANI Y0
OUT Y1
LD M101
OR M102
OUT Y2 短接电阻R
LD M101
OR M102
OUT T5 K5
LD T5 电流表控制
OUT Y5
LD M103 正转反接制动
ANI M101
AN X11
ANI Y0
OUT T3 K5
LD M103 反转反接制动
ANI M102
AN X12
ANI Y1
OUT T4 K5
NCR N0 主控结束
LD X5 M2 控制
OR Y3
ANI X4
ANI X10
OUT Y3
LD X6 M3控制
OUT Y4
END 程序结束