電氣控制課程設(shè)計--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)計要求</b></p><p>　　(1) 主電動機M1（功率為30kW）完成主軸主運動和刀具進給運動的驅(qū)動，電動機采用直接起動的方式起動，可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，并可進行

2、正反兩個旋轉(zhuǎn)方向的電氣停車制動。為加工調(diào)整方便，還具有點動功能。</p><p>　　(2) 電動機M2拖動冷卻泵，在加工時提供切削液，采用直接起動、停止方式，并且為連續(xù)工作狀態(tài)。</p><p>　　(3) 快速移動電動機M3可根據(jù)使用需要，隨時手動控制起停。</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>　　該車床有三臺電動機，M1為主電動機，拖動主軸旋轉(zhuǎn)，并通過進給機構(gòu)以實現(xiàn)進給運動。M2為冷卻泵電機，提供切削液。M3為快速移動電動機，拖動刀架快速移動。</p><p>　　開關(guān)QS將三相電源引人，F(xiàn)U1

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

5、p><p>　　主電動機M1的點動調(diào)整控制調(diào)整車床時，要求主電動機M1的點動控制。電路中KM1為M1電動機的正轉(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電動機的點動由點動按鈕SB2控制。按下SB2接觸器KM1得電吸合，主觸點閉合，電動機定子繞組經(jīng)限流電阻R和電源接通，電動機在低速下起動。松開SB2，KM1斷電，電動機被反接制動而停止。在點動過程中，中間繼電器KA不通電，因此KM1不會自鎖。&

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

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

8、器線圈的回路中，起到正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的互鎖作用。</p><p>　　主電動機M1的反接制動控制：C650臥式車床采用速度繼電器實現(xiàn)反接制動。當電動機的轉(zhuǎn)速制動到接近零時，用速度繼電器的觸點及時切斷其電源。速度繼電器與被控電動機是同軸的連接的，當電動機正轉(zhuǎn)時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點KS-2(17-23)閉合，電動機反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn)常開觸點KS-1(17-9)閉合。在電動機正轉(zhuǎn)時，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KS-2(17-23)也是閉合的，樣就為正轉(zhuǎn)反接制動做好準備。</p><p>　　當停車時按下停止按鈕SB1接觸器KM3失電，其主觸點斷開，電阻R串入主回路。與此同時KM1也失電，開了電動機的電源，同時KA也失電，使它的常開觸點閉合。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，電動機的電源反接，使其處于反接制動狀態(tài)。當電動機的轉(zhuǎn)速下降為速度繼電器的

10、復位轉(zhuǎn)速時，速度繼電器的正轉(zhuǎn)常開觸點KS-2(17-23)斷開，切斷了KM2的通電回路，電動機脫離電源停止。</p><p>　　電動機反轉(zhuǎn)時的制動與正轉(zhuǎn)時的制動相似。當電動機反轉(zhuǎn)時，速度繼電器的反轉(zhuǎn)常開觸點KS-1是閉合的，這時按下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使電動機制動停止。</p><p>　　刀架的快速移

11、動和冷卻泵控制：刀架的快速移動是由轉(zhuǎn)動刀架手柄壓動限位開關(guān)SQ，使接觸器KM5吸合，M3電動機轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)的。M2電動機為冷卻泵電動機，它的起動和停止通過按鈕SB6和SB5控制。</p><p>　　其他輔助電路，監(jiān)視主回路負載的電流表是通過電源互感器接入的，為防止電動機起動，點動和制動電流對電流表的沖擊，電路中采用一個時間繼電器KT。例如當電動機起動時，KT線圈通電，而KT的延時斷開的常閉觸點尚未動作，電流互感器

12、二次電流只流經(jīng)該觸點構(gòu)成閉合回路，電流表沒有電流流過。電動機起動后，KT延時斷開的常閉觸點打開，此時電流才流經(jīng)電流表。電動機點動和制動時，電流表A的監(jiān)測情況。</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點數(shù)。根據(jù)需要控制的開關(guān)、設(shè)備大約輸入點為11個，輸出點為6個需進行控制，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</p><p>　　車床電氣控制系統(tǒng)需要11個外部輸入信號，6個輸出信號。PLC所具有的輸入點和輸出點一般要比所需冗余30%，以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴展預留。所以本系統(tǒng)所需的輸入點為14個，輸出點為7個。現(xiàn)選擇西門子公司生產(chǎn)的S7-300 系列的PLC，24V直

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

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) 主電動機的點動調(diào)整控制電路中KM1為M1電動機的正轉(zhuǎn)接觸器。</p><p>　　(2) 為中間繼電器。M1電動機的點動由點動按鈕SB1控制。</

16、p><p>　　(3) 主電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路主電動機正轉(zhuǎn)由正向起動按鈕SB2控制。按下SB2時，接觸器KM3首先得電動作，它的主觸點閉合將限流電阻短接，接觸器KM3的輔助動合觸點閉合使中間繼電器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>　　電動機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的主觸點切換電源的相序?qū)崿F(xiàn)的。在切換時，必須防止電源相間短路。例如，由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)時，當KM1主觸點斷開，產(chǎn)生瞬時電弧，KM1主觸點仍為導通狀態(tài)，如果此

18、時KM2主觸點閉合，就會使電源發(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，執(zhí)行程序的速度是非?？斓?，Q4.3和Q4.4觸點切換是在毫秒級瞬間完成的，</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，將他們安排在機架中指定的槽位上。</p><p>　　在項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，創(chuàng)建M1電機的仿真窗口。 </p><p>　　按下M1正轉(zhuǎn)啟動按鈕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同時得電，切除電阻R。同時KM1自鎖。KM3得電時的運行圖如圖4所示，M1連續(xù)正轉(zhuǎn)時的運行圖如圖5所示。</p><p>　　圖4 KM3得電時的仿真圖</p><p>　　圖5 M1連續(xù)正轉(zhuǎn)時的仿真圖</p><p>　　按下刀架的快速移動是由轉(zhuǎn)動刀架手柄壓動限位開關(guān)SQ，I0.6得電，在輸出模塊中，KM5得電，Q4.5得電。快速移動電動機啟動時的運行圖如圖

21、6所示。</p><p>　　圖6 快速移動電動機啟動時的仿真圖</p><p>　　M2電動機為冷卻泵電動機，它的起動和停止通過按鈕SB6和SB5控制。按下冷卻泵電動機起動按鈕SB6，I0.2得電，在輸出端Q4.1得電，M2運行接觸器吸合。冷卻泵電動機啟動時的運行圖如圖7所示。</p><p>　　圖7 冷卻泵電動機啟動時的仿真圖</p><

22、;p>　　C650臥式車床采用速度繼電器實現(xiàn)反接制動。當電動機的轉(zhuǎn)速制動到接近零時，用速度繼電器的觸點及時切斷其電源。當停車時按下停止按鈕SB1接觸器KM3失電，其主觸點斷開。與此同時KM1也失電。松開按鈕SB1后，KS1任然閉合，KM2得電，電動機的電源反接，使其處于反接制動狀態(tài)。反接制動時的運行圖如圖8所示。</p><p>　　圖8 反接制動時的仿真圖</p><p>　　M

23、1電動機的點動由點動按鈕SB2控制。按下SB2接觸器KM1得電吸合，主觸點閉合，電動機定子繞組經(jīng)限流電阻R和電源接通，電動機在低速下起動。松開SB2，KM1斷電，電動機被反接制動而停止。在點動過程中，中間繼電器KA不通電，因此KM1不會自鎖。M1點動時的運行圖如圖9所示。</p><p>　　圖9 M1點動時的仿真圖</p><p><b>　　7 設(shè)計體會</b>

24、</p><p>　　本設(shè)計采用可編程控制器代替繼電器對機床進行控制，因為可編程控制器組成的控制系統(tǒng)在設(shè)計、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改造該機床電氣系統(tǒng)后，去掉了原機床的中間繼電器，時間繼電器等等，使線路簡化,維修方便。同時，由于PLC的高可靠性，輸入輸出部分還有信號指示，不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還給準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)計時，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)計梯形圖程序時，要盡量使用器件代號而非輸入輸出端口地址，首次仿真時沒有插入時間繼電器，沒有能夠準確顯示電流表接入電路所延時的時間等等一系列問題只有親身設(shè)計親身體會時，才能意識到其中的奧妙。</p><p>　　通過本次設(shè)計