C650车床的PLC改造Word格式文档下载.docx
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3、目录
4、引言
5、正文(设计方案比较与选择,设计方案原理、计算、分析、论证,设计结果的说明及特点)
6、结束语
30
7、附录(参考文献、图纸、材料清单等)
6、毕业设计进程安排
第1周:
资料准备与借阅,了解课题思路。
第2-3周:
车c650车床继电器——接触器线路熟悉。
第4周:
机床常见故障保护电路分析。
第5-6周:
设计PLCI/O地址分配表及输入输出电路。
第7周:
撰写毕业设计说明书。
第8周:
撰写毕业设计说明书及毕业答辩。
七、毕业设计答辩及论文要求
1、设计答辩要求
答辩前三天,每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅,由指导教师写出审阅意见。
学生答辩时对自述部分应写出书面提纲,内容包括课题的任务、目的和意义,所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。
答辩小组质询课题的关键问题,质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法,鉴别学生独立工作能力、创新能力。
1、毕业设计论文要求
文字要求:
说明书要求打印(除图纸外),不能手写。
文字通顺,语言流畅,排版合理,无错别字,不允许抄袭。
图纸要求:
按工程制图标准制图,图面整洁,布局合理,线条粗细均匀,圆弧连接光滑,尺寸标注规范,文字注释必须使用工程字书写。
曲线图表要求:
所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画,必须按国家规定的标准或工程要求绘制。
摘 要
C50卧式车床是以刀具旋转作为加工方式的一种机床。
车刀的旋转是主运动,立刀架、侧刀架运动是进给运动。
由于该机床的工作环境差,由继电器—接触
器组成的电气控制电路的故障率高,为了提高设备的利用率、降低故障率,要求采用三菱FX2N型可编程序控制器(plc)对C650卧式车床的改造。
本课题阐叙了改造方案,同时根据C650卧式车床的控制要求和特点,确定PLC的输入输出分配。
在继电器控制线路的基础上,设计出梯形图并进行现场调试。
关键词:
C650卧式车床 电气控制 PLC 梯形图
Abstract
C50horizontallatheisamachinetooltotoolrotationasaprocessingmethod.Cutterrotationisthemainmovement,verticalkniferest,sideheadmovementisthefeedmovement.Sincethemachineworkingenvironmentispoor,composedofrelaycontactorelectriccontrolcircuitofthehighfailurerate,inordertoimproveequipmentutilization,reducethefailurerate,theMitsubishiFX2Nprogrammablecontroller(PLC)modificationoftheC650horizontallathe.Thispaperexpoundedthereformscheme,whileaccordingtothecontrolrequirementsandcharacteristicsofC650horizontallathe,determinethePLCinputandoutputdistribution.Onthebasisoftherelaycontrolcircuits,thedesignoftheladderdiagramanddebugging.
Keywords:
C650horizontallatheelectricalcontrolPLCladderdiagram
目 录
第1章 C650车床的介绍 9
1.1C650型卧式车床的组成及运动形式 9
1.2C650型卧式车床对电气控制的要求 10
1.3C650型卧式车床的电气控制电路分析 10
第2章可编程控制器(PLC)的简介 15
2.1可编程控制器的发展历史 15
2.2可编程控制器的特点 15
2.3可编程控制器的应用 16
2.4可编程控制器的发展前景 17
第3章C650车床的PLC控制系统的改造 18
3.1PLC机型的选择 18
3.2电气原理图和I/O分配表 20
3.3梯形图 21
3.4指令表 21
第4章系统调试 24
4.1硬件检查 25
4.2系统综合调试 25
第5章心得体会 26
附录A 27
附录B 28
附录C 29
附录D 30
引 言
面对我国经济近年来的快速发展,机械制造工业的壮大,在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。
制造装备的改进,使得作为工业重要设备的各类机械工艺装备也有了许多新的变化,尤其是金属切削机械产品,其在今天机械产品的地位越来越重要。
传统的制造装备由于技术落后、可靠性差、工作效率低、故障率高、故障诊断和排除困难,已严重影响企业的生产效率。
因此,更新改造旧机床等制造装备很有必要。
更新改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业,在国外己形成一定规模和市场,涌现出了许多专门从事机床改造的公司。
国外旧机床改造费用大约为同类型新机床价格的60%,尽管费用较高,但由于机床改造后使用效果好,所以仍然受到机床用户的欢迎。
此次更新改造设计是对C650卧式车床的控制系统的PLC控制改造的研究设计。
采用连线少、体积小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系统,来代替电气控制系统中继电器控制逻辑,配以合适的数控装置,可使机床控制功能更加丰富,自动化水平大大提高。
此次设计从被控对象的I/O点数和性价比高、综合成本低这几个主要原则出发,主要进行了控制装置选型,
PLC的地址分配和用梯形图编辑的PLC控制程序设计。
第1章 C650车床的介绍
C650卧式车床结构如图1-1所示。
它是机床中应用最为广泛的可以切削各种工件的外圆、内孔、端面及螺纹。
车床在加工工件时,随着工件材料和材质的不同,应选择合适的主轴转速及进给速度。
目前中小型的车床多采用不变速的异步电动机拖动,而靠齿轮箱来进行变速。
为满足生产加工需要,主轴的旋转运动可正转,也可以反转,这就要求可以改变主轴电动机的转向或采用离合器来实现。
进给运动大多是通过主轴运动分出一部分动力,通过挂轮箱传给进给箱配合来实现刀具的进给。
有的车床为了提高效率,刀架的快速运动由单独一台进给电动机来拖动。
车床一般都设有交流电动机拖动的冷却泵,实现刀具切削是的冷却。
图1-1 c650型车床
1.1C650型卧式车床的组成及运动形式
C650型卧式车床主要用于车削内外圆、端面、螺纹和定型表面,也可用钻头、铰刀等刀具进行钻孔、镗孔、倒角、割槽及切断等加工,它主要由床身、主轴变速箱、尾座、进给箱、丝杠、光杠、刀架和溜板箱等组成。
C650车床的切削运动包括主运动、进给运动及辅助运动。
1.主运动是主轴通过卡盘或夹头,带动工件的旋转运动,它承受车削加工时的主要切削功率;
不同的加工工艺要求应选择不同的切削速度,所以主轴要求有变速功能。
卧式车床一般采用机械变速。
车削加工时,一般不要求反转,但在加工螺纹时,为避免乱扣,要求正转进刀反转退刀,所以要求主轴能够实现正反转。
2.进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向运动,其运动方式有手动和机动两种。
加工螺纹时,要求工件的切削速度与刀架横向进给速度之间有严格的比例关系。
所以,车床的主运动与进给运动由一台电动机拖动,并通过各自的变速箱来改变主轴转速与进给速度。
3.辅助运动是刀架的快速移动及工件的夹紧、松开等,便于提高生产效率。
C650型卧式车床在车削加工时,刀具的温度往往很高,因此要配备一台冷却泵及电动机。
由于C650型卧式车床的床身就较长,为减少辅助工时,提高加工效率,专门设置了一台2.2kW的电动机来拖动溜板箱快速移动,并采用点动控制。
一般车床的调速范围大,常用齿轮变速机构来调速,调速范围达40倍以上。
C650型卧式车床的主电动机采用笼型异步电动机,功率为30kW。
由于加工的工件比较大,加工时起转动惯量也比较大,需停车时不宜立即停止转动,为提高工作效率,该机床采用了反接制动方法
1.2C650型卧式车床对电气控制的要求
C650型卧式车床采用3台三相笼型异步电动机拖动,即主轴电动机M1(简称主电动机)、冷却泵电动机M2和溜板箱快速移动电动机M3.从车削加工工艺出发,对各台电动机的控制要求如下。
1.主电动机M1功率为30kW,允许在空载下直接起动;
能实现正、反转,从而经主轴变速箱实现主轴的正、反转,或通过挂轮箱传给溜板箱来拖动刀架实现刀架的横向左、右移动;
能实现单方向旋转的低速点动控制,以便进行车削加工前的对刀;
采用反接制动,以适应工件加工时大转动惯量的影响;
此外,还需要具有短路保护和过载保护,并在主电路中设置电流监视器。
2.冷却泵电动机M2 功率为0.15kW,用以在车削加工时,供出冷却液,对工件及刀具进行冷却。
3.快速移动电动机M3 功率为2.2kW,用于溜板箱连续移动时短时工作。
只要求单向点动,因短时运转,固不设过载保护。
1.3C650型卧式车床的电气控制电路分析
卧式车床C650的电气控制系统电路图详见附录A所示。
图示所用的电气元件符号与功能说明见表1-1。
1.主电路原理分析
1)主电动机电路
车床的电源采用三相380V交流电源,由隔离开关QS引入,主电路中包含
三台电动机的驱动电路。
主电动机M1的电路接线分为三部分:
第一部分为交流接触器KM1、KM2的主触点,分别控制主电动机M1的正传和反转;
第二部分为交流接触器KM3的主触点,控制限流电阻R的接入和切除,在主轴点动调整时,R的串入可限制起动电流;
第三部分为用来监视主电动机M1绕组电流的电流表A,由于M1功率大,所以电流表A接入电流互感器TA回路。
机床工作时,可调整切削用量,是电流表A的电流接近主电动机M1额定电流对应值(经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的潜力。
为了防止电流表在主电动机起动时大电流对他造成冲击损坏,在电路中设置了通电延时时间继电器TA进行保护,当主电动机正向或反向起动时,KT线圈通电,当延时时间未到时,电流表A被KT延时动断触电短接,无电流通过,只有当延时结束后,KT的延时断开的常闭触点断开才会有电流通过。
速度继电器KS的速度检测部分与电动机的输出轴相连,以实现电动机正、反转的反接制动。
①电源引入与故障保护。
三相交流电源L1、L2、L3经熔断器FU后,由QS隔离开关引入C650车床主电路。
在主电动机电路中,FU1熔断器为短路保护环节,FR1是热继电器加热元件,对电动机M1起过载保护作用。
②主电动机正、反转。
KM1与KM2分别为交流接触器KM1与KM2的主触点。
根据电气控制基本知识可知,KM1主触点闭合、KM2主触点断开时,三相交流电源将分别接入电动机的U、V、W三相绕组中,M1主电动机将正转。
反之,当
KM1主触点断开、KM2主触点闭合时,三相交流电源将分别接入M1主电动机的
W、V、U三相绕组中,与正转时相比,U与W进行了换接,导致主电动机反转。
③主电动机全压与减压状态。
当KM3主触点断开时,三相交流电源电流将流经限流电阻R而进入电动机绕组中,电动机绕组电压降减小,如果KM3主触点闭合,则电源电流不经限流电阻而直接接入电动机绕组中,主电动机处于全压运转状态。
④绕组电流监控。
电流表A在电动机M1主电路中起绕组电流监视作用,通过TA线圈空套在绕组一相的接线上,当该接线有电流流过时,将产生感应电流,通过这一感应电流间显示电动机绕组中当前电流值。
其控制原理是当KT常闭延时断开触点闭合时,TA产生的感应电流不经过电流表A,而一旦KT触点断开,电流表A就可以检测到电动机绕组中的电流。
⑤电动机转速监控。
KS是和M1主电动机主轴同转安装的速度继电气检测元件,根据主电动机主轴转速对速度继电器触电的闭合与断开进行控制。
2)冷却泵电动机电路
在冷却泵电动机电路中,FU4熔断器起短路保护的作用。
FR2热继电器则起过载保护的作用。
当KM4主触点断开时,冷却泵电动机M2停转不供液;
而KM4主触点一旦闭合M2将起动供液。
3)快移电动机电路
在快移电动机电路中FU5熔断器起短路保护的作用。
快速移动电动机M3由于工作时间短,所以不需要过载保护。
KM5主触点闭合时,快移电动机M3起动,而KM5主触点断开,快移电动机M3停止。
主电路通过TC变压器与控制线路和照明灯线路建立电联系。
TC变压器一次侧接入电压为380V,二次侧有36V、110V两种供电电源,其中36V给照明灯线路供电,而110V给车床控制线路供电。
表1-1 c650电气元件表
符号
名称
M1
主电动机
SB1
总停按钮
M2
冷却泵电动机
SB2
主电动机正向点动按钮
M3
快速移动电动机
SB3
主电动机正转按钮
KM1
主电动机正转接触器
SB4
主电动机反转按钮
KM2
主电动机反转接触器
SB5
冷却泵电动机停转按钮
KM3
短接限流电阻接触器
SB6
冷却泵电动机起动按钮
KM4
冷却泵电动机起动接触器
TC
控制变压器
KM5
快移电动机起动接触器
FU1~FU6
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
转换开关
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
2.控制电路原理分析
由于控制电路电器元件较多,因此采用控制变压器TC与三相电网进行电隔离,以提高操作和维修时的安全性,控制电路所需的110V交流电源由控制变压器TC提供,采用FU3作短路保护。
控制电路可划分为主电动机M1、冷却泵电动
机M2以及快速移动电动机M3的三个局部控制电路。
根据控制要求,下面对各局部控制电路逐一进行分析。
1)主电动机的起动与正、反转控制电路
车床主轴的正、反转是通过主电动机的正、反转来实现的。
主电动机M1的额定功率为30KW,但车削加工时消耗功率较大,而起动时负载很小,因此起动电流并不大,在非频繁点动的一般工作时,仍可采用全压直接起动,工作控制过程如下:
当按下主电动机正传按钮SB3时,短接限流电阻的接触器KM3线圈和通电延时继电器KT线圈同时得电。
KT得电,其位于M1主电路中的延时动断触点短接电流表A在延时断开后,电流表接入电路正常工作,从而使其免受起动电流的冲击。
KM3通电,其主触点闭合,短接限流电阻R,辅助动合触点闭合,使得KA线圈得电。
KA动断触点断开,分断反接制动电路。
KA动合触点闭合,一方面使得KM3在SB3松开后仍然保持通电,进而KA也保持通电;
另一方面使得KM1线圈通电并形成自锁,KM1主触点闭合,此时主电动机M1正向直接起动。
SB4为主电动机反转按钮,反向直接起动过程与正向相似。
2)主电动机的点动调整控制
点动调整控制时,按下主电动机正向点动按钮SB2,主电动机正转接触器
KM1线圈通电,其主触点闭合,由于KM3线圈并没接通,因此电流必须经限流电阻R进入主电动机,从而减少了起动电流,此时电动机M1正向直接起动。
KM3线圈未得电,其辅助动合触点不闭合,中间继电器KA不工作,虽然KM1的辅助动合触点已闭合,但不自锁。
因而松开SB2后,KM1线圈立即断电,主电动机M1停转。
这样就实现了主电动机的点动控制。
3)主电动机的反接制动控制
车床停车时采用反接制动方式,用速度继电器KS进行速度检测和控制。
下面以正转状态下的反接制动为例说明电路的工作过程。
当主电动机M1正转运行时,由速度继电器工作原理可知,此时KS的动合触点KS-2闭合。
当按下总停按钮SB1后,原来通电的KM1、KM3、KT和KA线圈全部断电,它们的所有触点均被释放而复位。
当松开SB1后,由于主电动机的惯性速度仍很大,KS的动合触点KS-2继续保持闭合状态,KA动断触点复位闭合使主电动机反转接触器KM2线圈通电。
其电流通路是:
SB1动断触点→FR1动断触点→KA动断触点→KS-2动合触点→KM1动断触点→KM2线圈。
这样主电动机
M1主电路反接,反向电磁转矩将平衡正向惯性转动转矩,电动机正向转速很快
就将下来,当速度降低到较低数值时,KS-2动合触点断开,从而切断了KM2线圈的电路,正向反接制动结束。
反接制动工作流程详见附录B所示。
反接时的反接制动过程与正接时的过程类似,只是在此过程中起作用的是速度继电器的KS-1动合触点。
在反接过程中,由于KM3线圈没有得电,因此限流电阻R被接入主电动机电路,以限制反接制动电流。
通过对主电动机控制电路的分析,可看到中间继电器KA在电路中一方面拓展短接限流电阻的接触器KM3触点,另一方面在制动控制电路中起着电子开关的作用。
4)冷却泵电动机的控制
冷却泵电动机M2的控制为典型的直接起动控制电路环节,电路中起停按钮分别为SB6和SB5,由它们控制接触器KM4线圈的得电与断电,从而实现对冷却泵电动机M2的长动控制。
5)刀架的快速移动
刀架的快速移动是通过操作控制手柄压动行程开关SQ,使其动合触点闭合,控制接触器KM5线圈通电,KM5主触点闭合,快速移动电动机M3起动运转,其输出动力经传动系统最终驱动溜板箱带动刀架作快速的移动。
当控制手柄复位时,
KM5断电,M3停止转动,控制电路为典型的无自锁结构的点动控制。
3.辅助电路
监视主回路负载的电流表是通过电源互感器接入的,为防止电动机起动、点动和制动电流对电流表的冲击,电路中采用一个时间继电器KT。
例如当电动机起动时,KT线圈通电,而KT的延时断开的常闭触点尚未动作,电流互感器二次电流只流经该触点构成闭合回路,电流表没有电流流过。
电动机起动后,
KT延时断开的常闭触点打开,此时电流才流经电流表。
第2章可编程控制器(PLC)的简介
2.1可编程控制器的发展历史
可编程控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC)是将传统的继电器控制技术、现代的微电子技术、计算机技术和通信技术融为一体的自动化控制设备。
20世纪80年代以来,随着大规模集成电路和微型计算机技术的发展,以
16位和32位微处理器为核心的PLC得到了迅速发展,使PLC在设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。
不仅控制功能增强、功耗和体积减小、成本下降、可靠性提高、编程和故障检测更为灵活方便,而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图像显示等技术的发展,PLC的应用领域不断扩大。
PLC已成为现代工业生产自动控制的一大支柱设备。
2.2可编程控制器的特点
1.可靠性高,抗干扰能力强
PLC在设计与制造过程中,考虑了工业现场电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度变化等因素的影响,在设备硬件上采用了隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施,主要模块采用大规模或超大规模集成电路,I/O电路设计有完善的通道保护和信号调理电路;
在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施,所有这些使PLC具备了很强的抗干扰能力。
特别是大量的开关动作由无触点的电子存储器完成,大部分继电器和繁杂的硬件接线被软件程序所取代,故其可靠性大大提高。
PLC一般平均无故障时间可达几十万至上千万小时,组成系统时亦可达4
万~5万小时甚至更长,这是一般微型计算机不能比拟的。
2.通用性强,使用方便
PLC具有功能齐备的各种硬件配置,可以组成能满足各种控制要求的控制系统。
用户硬件确定之后,若生产工艺流程改变或生产设备更新,也不必改变
PLC的硬件设备,只需改编程序就可以满足控制要求。
3.功能强,适应面广
现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能,还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能,既可控制一台生产机械、一条生产线,又可控制一个生产过程。
4.编程简单,容易掌握
PLC程序的编制,一般都采用继电控制形式的梯形图编程语言。
梯形图编程语言既继承了传统控制线路的形象直观,又兼顾大多数企业电气技术人员的读图习惯及编程水平,所以非常容易接受和掌握。
5.体积小、重量轻、功耗低
PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品,其结构紧凑,体积小,重量轻,功耗低。
2.3可编程控制器的应用
随着PLC功能的不断完善,性价比的不断提高,其应用面也越来越广。
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保和文化娱乐等各个行业。
1.开关量逻辑控制
PLC取
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- C650 车床 PLC 改造