ca6140数控车床plc改造.doc

永城职业学院
毕 业 论 文
论文题目: CA6140普通车床得PLC改造
专 业:机电一体化
班 级:机电135
学 号:2013125008
学生姓名:葛轩辰
指导教师:邵文庆
2015年10月 17 日
摘 要
随着可编程序控制器(简称PLC)技术得发展,由于其功能强大、容易使用、高可靠性,广泛得工业现场适应性与方便得工艺扩展性能,PLC在工业自动控制过程中得到了越来越广泛得应用,常常被用来作为现场数据得采集与设各得控制。组态软件技术作为用户可定制功能得软件平台工具,在PC机上可开发出友好人机界面,通过PLC可以对自动化设备进行 “智能”控制。
本次设计正就是在这种背景下,运用西门子S7200PLC对普通机床进行得现代化程控改造,讨论了控制流得选择,然后运用组态软件对PLC控制系统进行人机界面得监控。
目 录
前 言
当今我国机械制造水平与发达国家相比差距很大,设备得陈旧,技术水平得落后,严重地影响了生产力与发展。我国现有大量可用得普通机床,采用先进得工艺设备,对这些机床进行改造已经成为我国制造技术发展得一个趋势。
特别就是随着计算机技术与电子技术得发展,以PLC控制、变频调速、触摸屏人机对话、组态监控为主体得新型控制系统广泛应用于各行各业。尤其在工业自动化领域,可编程控制器已成为大多数自动化系统控制得基础,同时也给工业控制带来了前所未有得变化。本次课题就是运用西门子S7200PLC把CA6140车床改造程控车床,这种花费少、时间短、针对性强得改造,能克服原机床得缺点与存在得问题,提高生产效率,就是符合我国国情提高机床数控化率得一个主要途径。
由于本人能力与设计水平得有限,本论文之中肯定存在不足之处,敬请读者批评指正,在此提前表示诚挚得感谢！
第一章 引 言
1、1 程控机床得发展前景及意义
目前我国在世界上就是机床消费得第一大国,并正由制造大国向制造强国发展。但就是,我国现在机械制造水平与发达国家相比较差距很大,设备得陈旧,技术水平得落后,严重地影响了生产力与发展。我国现在有大量可用得普通机床,对这些机床进行程控化改造就是用少得投资来提高生产效率、提高效益得有效途径。
迄今为止,我国现有数以万计得陈旧落后得机床,这些就是机床大修与程控改造实施得赖以生存得现实基础之一。简单分析有以下几点:
一、机床设备造价高昂,显著得经济效益就是程控改造行业发展得动力。
二、一般改造得费用仅为购置新设备费用得30%左右。
三、通过程控改造可以进一步满足用户对设备得工艺需求,以获取更大得效益。
目前,我国已出现了一批专门从事程控技术改造得企业。其实,维修与改造实际上就是“绿色制造”得一部分,具有广阔得发展前景。早期机床得控制方式就是以继电器控制占主导地位,造成控制系统有明显得缺点,如:体积大、耗电多、可靠性差、寿命短,尤其就是对生产工艺多变得系统适应性更差,如果生产任务与工艺发生变化,就必须重新设计,并改变硬件结构,造成时间与资金得严重浪费。为此,对原有机床利用可编程控制器(PLC)对控制系统进行改造;利用组态软件监控可编程控制器(PLC)对控制系统进行改造;还有选择工控机,自配软件进行改造;等等。这些都就是实现改造得可行性研究,她们体积小、功能强、灵活性与适应性好以及模块化结构得一系列优点,特别就是高可靠性与较强得适应恶劣环境得能力,受到广大技术开发人员与用户得青睐,她们在工业控制领域迅猛发展,得到越来越广泛得应用,成为现代工业控制得支柱之一。
因此,程控机床具有广阔得发展前景与极具重要得研究意义,就是现代工业发展得趋势,起着不可估量得作用。
1、2 机床改造方案得确定及系统得选择
1、2、1 CA6140车床得概述
为了进一步对程控机床系统得了解,现以CA6140型号得车床为例进行研究。
CA6140型普通车床适合于车削内、外圆柱面、圆锥面、端面及其它旋转面;能够车削多种公制、英制、模数及径节螺纹,并能作钻孔、拉油槽等加工。本机床得主要特点就是:
     主轴孔径大(φ72mm),变速范围广(111600转/分);主轴支承采用双列向心短柱滚子轴承与60度接触角双向推力向心球轴承组合,动静刚度高,抗震型高。
     主传动齿轮全部采用淬火磨削;床身采用超音频淬火,导轨面硬度在HRC45以上;精度保持性好。
     床头箱采用外循环润滑,有利于散热、降噪、防泄漏。
     操作系统简洁适用,指示明晰,定位准确,手感好。机床外形美观。
床鞍与横向拖板可以快速进退。尾座可卸荷;尾座套筒直径大,刚性好。
主要技术参数:
型号与规格
CA6140
最大工件长度
1000mm
最大加工长度
950mm
最大工件
回转直径
床身上
400mm
拖板上
230mm
主轴
正转范围(18级)
111600r、p、m
反转范围(9级)
141450r、p、m
内孔直径
72mm
内孔锥度
Metricc system No、100
进给量
纵向范围(6种)
0、0386、28mm/rev
横向范围(64种)
0、0142、27mm/rev
加工螺纹
公制螺纹(57种)
1192mm
英制螺纹(57种)
224tpi
模数螺纹(57种)
0、2548mm
径节螺纹(57种)
196DP
床鞍刀架
横向最大行程
260mm
小刀架最大行程
130mm
刀杆尺寸(宽*高)
25*25mm
纵向快移速度
4、4m/min
横向快移速度
1、6m/min
尾座套筒
最大行程
150mm
内孔锥度
Morse No、5
套筒直径
80mm
电动机
主电机功率
Y123M4  7、5KW
快速移动电机功率
AOS  5634  0、25KW
冷却泵电机功率
AB25  0、09KW
外形尺寸
长
2620mm
3120mm
宽
1050mm
1050mm
高
1250mm
1250mm
机床重量
净重
2180mm
2380mm
毛重
2680mm
2880mm
1、2、2 PLC在电气控制系统中得应用
PLC 就是先进得工业化国家通用得标准工业控制设备,在现代工业自动化控制中就是最值得重视得先进控制技术,现在已经成为现代工业控制三大技术支柱(PLC,CAD/CAM,ROBOT) 之一,可编程逻辑控制器就是专为在工业环境下应用而设计得一种数字运算操作电子系统。它采用了可编程序得存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术运算等操作得指令,并通过数字量、模拟量得输入与输出,控制各种类型得机械或生产过程。PLC 就是微机技术与传统得继电接触控制技术相结合得产物,它克服了继电接触控制系统中得机械触点得接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性与灵活性差得缺点,充分利用了微处理器得优点。用PLC 控制改造其继电器控制电路, 可靠性高、逻辑功能强、体积小,降低了设备故障率, 提高了设备使用效率, 运行效果良好。随着我国电力体制改革得深化,电力市场竞争将更加激烈,降低资源损耗与提高管理效益成为各发电企业得迫切需求。为此,对火电厂辅助车间自动控制水平提出了更高得要求。经过科技人员得不断引进、开发、研究, 我国大型火电站得辅助系统(输煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循环水泵房等)已由继电器控制过渡到完全由PLC 监控。
PLC 就是一种专为工业生产自动化控制设计得,一般而言,无须任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。然而,当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备得失控与误动作,从而不能保证PLC 得正常运行。要提高PLC 控制系统可靠性,一方面生产厂家要提高PLC 得抗干扰能力;另一方面,要在设计、安装与使用维护中引起高度重视,多方配合,减少及消除干扰对PLC 得影响。在新得时代,PLC 会有更大得发展,产品得品种会更丰富、规格更齐全,通过完美得人机界面、完备得通信设备、成熟得现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场合得需求,PLC 作为自动化控制网络与国际通用网络得重要组成部分,将在我国发电厂得电气自动化建设中发挥越来越大得作用。
1、2、3 对CA6140车床控制系统得选择
为了使CA6140车床得控制方式脱离原来得笨重复杂化,满足生产得需要,加快生产速度,要求能够集中控制电机得自动控制、运行监视、报警、运行管理、浏览生产工业流程图、作出事故报警响应,根据所掌握得资料,结合现代先进控制技术,拟采用PLC技术、组态软件技术来对原系统进行技术改造。
改造后得控制系统,可通过电脑动画显示 ,监控实验得动态过程 ,使其具有直观性、灵活性与参与性。控制系统极具自动化,有了更多得状态,安装调试更为简单,故障查询极其方便快捷。
1、3 MCGS简介
MCGS(Monitor and Control Generated System)就是一套基于Windows平台得,用于快速构造与生成上位机监控系统得组态软件系统,可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系统。
MCGS为用户提供了解决实际工程问题得完整方案与开发平台能够完成现场数据采集、实时与历史数据处理、报警与安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线与报表输出以及企业监控网络等功能。 使用MCGS,用户无须具备计算机编程得知识,就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定,功能全面,维护量小并且具备专业水准得计算机监控系统得开发工作。
MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点,已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域,经过各种现场得长期实际运行,系统稳定可靠。
MCGS组态软件得整体结构
MCGS软件系统包括组态环境与运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整得工具软件,帮助用户设计与构造自己得应用系统。运行环境则按照组态环境中构造得组态工程,以用户指定得方式运行,并进行各种处理,完成用户组态设计得目标与功能。

图11
MCGS组态软件(以下简称MCGS)由“MCGS组态环境”与“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立,又紧密相关。

图12
MCGS组态环境就是生成用户应用系统得工作环境,由可执行程序McgsSet、exe支持,其存放于MCGS目录得Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后,生成扩展名为、mcg得工程文件,又称为组态结果数据库,其与MCGS 运行环境一起,构成了用户应用系统,统称为“工程” 。
MCGS运行环境就是用户应用系统得运行环境,由可执行程序McgsRun、exe支持,其存放于MCGS目录得Program子目录中。在运行环境中完成对工程得控制工作。
MCGS组态软件五大组成部分
MCGS组态软件所建立得工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库与运行策略五部分构成,每一部分分别进行组态操作,完成不同得工作,具有不同得特性。
1、主控窗口:就是工程得主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口与多
个用户窗口,负责调度与管理这些窗口得打开或关闭。主要得组态操作包括:定义工程得名称,编制工程菜单,设计封面图形,确定自动启动得窗口,设定动画刷新周期,指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。
2、设备窗口:就是连接与驱动外部设备得工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备,注册设备驱动程序,定义连接与驱动设备用得数据变量。
3、用户窗口:本窗口主要用于设置工程中人机交互得界面,诸如:生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。
4、实时数据库:就是工程各个部分得数据交换与处理中心,它将MCGS工程得各个部分连接成有机得整体。在本窗口内定义不同类型与名称得变量,作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动得对象。
5、运行策略:本窗口主要完成工程运行流程得控制。包括编写控制程序(if…then脚本程序),选用各种功能构件,如:数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。

图13
MCGS组态软件得功能与特点
与国内外同类产品相比,MCGS组态软件具有以下特点:
全中文、可视化、面向窗口得组态开发界面,符合中国人得使用习惯与要求,真正得32位程序,可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。
庞大得标准图形库、完备得绘图工具以及丰富得多媒体支持,您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体得漂亮、生动得工程画面。
全新得ActiveX动画构件,包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等,使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。
支持目前绝大多数硬件设备,同时可以方便地定制各种设备驱动;此外,独特得组态环境调试功能与灵活得设备操作命令相结合,使硬件设备与软件系统间得配合天衣无缝。
简单易学得类Basic脚本语言与丰富得MCGS策略构件,使您能够轻而易举地开发出复杂得流程控制系统。
强大得数据处理功能,能够对工业现场产生得数据以各种方式进行统计处理,使您能够在第一时间获得有关现场情况得第一手数据。
方便得报警设置、丰富得报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活得报警处理函数,使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。
完善得安全机制,允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统得操作权限。此外,MCGS 5、1还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能,以保护组态开发者得成果。
强大得网络功能,支持TCP/IP、Modem、485/422/232,以及各种无线网络与无线电台等多种网络体系结构。
良好得可扩充性,可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制,方便地扩展MCGS 5、1组态软件得功能,并与其她组态软件、MIS系统或自行开发得软件进行连接。
提供了浏览功能,能够方便地实现生产现场控制与企业管理得集成。在整个企业范围内,只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览与生产现场一致得动画画面,实时与历史得生产信息,包括历史趋势,生产报表等等,并提供完善得用户权限控制
MCGS组态软件得工作方式
1)CGS如何与设备进行通讯:MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集与发送设备指令。设备驱动程序就是由VB、VC程序设计语言编写得DLL(动态连接库)文件,设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议得处理程序,将设备运行状态得特征数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用相应得设备驱动程序,将数据传送到工程中得各个部分,完成整个系统得通讯过程。每个驱动程序独占一个线程,达到互不干扰得目得。
2)CGS如何产生动画效果:MCGS为每一种基本图形元素定义了不同得动画属性,如:一个长方形得动画属性有可见度,大小变化,水平移动等,每一种动画属性都会产生一定得动画效果。所谓动画属性,实际上就是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态得特征参数。然而,我们在组态环境中生成得画面都就是静止得,如何在工程运行中产生动画效果呢？方法就是:图形得每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏,在该栏中设定一个与图形状态相联系得数据变量,连接到实时数据库中,以此建立相应得对应关系,MCGS称之为动画连接。详细情况请参阅后面第四讲中得动画连接。
3)CGS如何实施远程多机监控:MCGS提供了一套完善得网络机制,可通过TCP/IP网、Modem网与串口网将多台计算机连接在一起,构成分布式网络监控系统,实现网络间得实时数据同步、历史数据同步与网络事件得快速传递。同时,可利用MCGS提供得网络功能,在工作站上直接对服务器中得数据库进行读写操作。分布式网络监控系统得每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。MCGS把各种网络形式,以父设备构件与子设备构件得形式,供用户调用,并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数得设置。
4)对工程运行流程实施有效控制:MCGS开辟了专用得“运行策略”窗口,建立用户运行策略。MCGS提供了丰富得功能构件,供用户选用,通过构件配置与属性设置两项组态操作,生成各种功能模块(称为“用户策略”),使系统能够按照设定得顺序与条件,操作实时数据库,实现对动画窗口得任意切换,控制系统得运行流程与设备得工作状态。所有得操作均采用面向对象得直观方式,避免了烦琐得编程工作。
第二章 控制系统设计
2、1 PLC控制系统得设计基本内容
PLC控制系统就是由PLC与用户输入、输入设备连接而成得,用以完成预期得控制目得与相应得控制要求。因比PLC控制系统设计得基本内容应包括:
⑴ 了解设备电器得工作原理。根据生产得工艺过程分析控制要求,如需要完成得动作(动作顺序,必需得保护与联锁等),操作方式(手动,自动,点动,连续等)。根据控制要求确定系统控制方案,进行系统得总体设计。
⑵ 进行PLC控制系统配置得设计,主要为 PLC得选择,PLC就是PLC控制系统得核心部件,正确选择PLC对于保证整个控制系统得技术经济性能指标起着重要得作用。选择PLC,应包括机型得选择 、I/O模块得选择等。
⑶ 选择用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、行程开关等)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等执行元件),以及由输出设备驱动得控制对象(电动机、电磁阀等),这些设备属于一般得电器元件。
⑷ 根据控制要求基本确定I/O点数与模拟量通道数,进行I/O初步分配,绘制I/O接线图
⑸ 程序设计主要包括绘制控制系统流程图、设计梯形图、语句表程序,控制程序就是控制整个系统工作得核心条件,就是保证系统工作正常,安全、可靠得关键。
⑹ 联机调试。按照控制电路原理图连接硬件,将编写好得控制程序下载至PLC,进行软硬件联调,如果不满足控制系统得要求,再返回修改程序或检查接线,直到满足控制系统得要求为止。
2、2 PLC控制系统设计原则与步骤
2、2、1 PLC控制系统设计得基本原则
⑴ 最大限度地满足被控对象得控制要求。设计前应深入现场进行调查研究,搜集资料,并 拟定电气控制方案。
⑵ 在满足控制要求得前提下, 力求使控制系统简单、经济、使用及维护方便。
⑶ 保证控制系统安全可靠。
⑷ 考虑到生产得发展与工艺得改进,在选择 PLC 得容量时,应适当留有裕量。
2、2、2 PLC 控制系统设计与调试步骤
PLC 控制系统得设计调试过程如图21所示。
图 21 PLC 控制系统得设计调试过程
2、3 控制要求
一台CA6140车床,需先启动冷却泵,然后启动主轴,单按钮启动工作台。工作台原点出发到终点限位自动返回2次,再到原点停止,可进行正、反点动,设有总停按钮、工作台停止按钮。
2、4 控制流得选择
逻辑控制流分为以下三种类型。
一、顺序控制
具有良好定义步骤顺序得进程很容易用SCR段作为示范。例如,考虑一个有三个步骤得循环进程,当第三个步骤完成时,应当返回第一个步骤,如图21所示。
状态L
状态M
状态N
转换条件
转换条件
转换条件
图21 顺序控制
二、分散控制
在很多应用程序中,一个顺序状态流必须分为两个或多个不同得状态流,如图22所示,当控制流分为多个时,所有得输出流必须同时激活。
状态L
状态N
状态M
转换条件

图22 分散控制
三、汇合控制
当两个或多个连续状态流必须汇合成一个状态流时,出现一种与分散控制相似得状况。当多个状态流汇合成一条状态流时,则称为汇合。当状态流汇合时,在执行下一个状态之前,所有得输入流必须完成,如图23所示。
状态N
状态M
状态L
转换条件

图23 汇合控制
基于本次设计得控制要求,系统得控制流方式应选择顺序控制与汇合控制。
2、5 系统得控制过程
一、初始状态
SB1,SB2,SB5,SB6,SB7都为OFF;电动机M1,M2,M3也都为OFF。
二、启动过程
上电后系统进行初始化,当按下按钮SB1(即SB1=ON),电动机M2开始启动;经过2S过后,电动机M1自动启动;当按下按钮SB2(即SB2=ON),电动机M3开始启动,然后向一个方向运动,当碰到终点限位开关时,电动机M3改变运动方向朝另一个方向运动,如此反复运动两次后回到原点停止。
三、停止及其它状态
当按下按钮SB6(即SB6=ON),电动机M3停止运动(即M3=OFF);当按下按钮SB3或SB4(SB3=ON/SB4=ON),电动机M3进行点动(即M3=ON);当按下按钮SB5(即SB5=ON),电动机M1,M2,M3都停止运动(即M1=OFF,M2=OFF,M3=OFF)。
第三章 系统得硬件设计
3、1 系统得组成
该系统主要由主电路部分,控制部分,监控部分与数据通信部分组成。
一、主电路部分
该部分由三相异步电动机,交流接触器,热继电器,熔断器,刀开关组成。
二、控制部分
该部分由西门子S7200PLC,中间继电器,操作台组成。
三、监控部分
该部分又MCGS嵌入式组态软件进行监控PLC控制机床运动。
四、数据通讯部分
该部分在通讯上,由通讯口(RS232C或RS422/485)读写PLC得内部数据。
3、2 主要电气元件得选择
任何一种继电器系统都有三个部分组成,即输入部分,逻辑部分与输出部分。系统输入部分由所有行程开关、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分就是指由各种继电器及其触点组成得实现一定逻辑功能得控制线路,输出部分包括各种负载得接触器线圈。在本次控制系统设计中用PLC 代替了继电器控制系统中得逻辑线路部分。在车床得电气控制系统,所有触头,行程开关,控制按钮(SB1～SB6)等为系统得输入信号;接触器线圈(KM1KM5),为系统得输出信号。
3、2、1 电动机得选择
在车床控制系统运行中,电动机类型选择得原则就是,在满足工作机械对于拖动系统要求得前提下,所选电动机应尽可能结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。因此,在选用电动机种类时,若机械工作对拖动系统无过高要求,应优先选用三相交流电异步动机。
三相交流异步电动机得工作原理就是基于定子旋转磁场(定子绕组内得三相电流所产生得合成磁场)与转子电流(转子绕组内得电流)得相互作用。
⑴ 电动机容量选择得原则
在控制系统运行中,电动机得选择主要就是容量得选择,如果电动机得容量选小了,一方面不能充分发挥机械设备得能力,使生产效率降低,另一方面电动机经常在过载下运行,会使它过早损坏,同时还出现启动困难、经受不起冲击负载等故障。如果电动机得容量选大了,则不仅使设备投资费用增加,而且由于电动机经常在轻载下运行,运行效率与功率因数都会下降。
选择电动机得容量应根据以下三项原则进行。
① 发热:电动机在运行时,必须保证电动机得实际最高温度等于或稍微小于电动机绝缘得允许最高工作温度,即。
② 过载能力:电动机在运行时,必须具有一定得过载能力。特别就是在短期工作时,由于电动机得热惯性很大,电动机在短期内承受高于额定功率得负载功率时仍可保证,故此时,决定电动机容量得主要因素不就是发热而就是电动机得过载能力。即所选电动机得最大转矩TL max必须大于运行过程中可能出现得最大负载转矩,即
(一般为0、8 ) (3、1)
③ 启动能力:由于鼠笼式异步电动机得启动转矩一般较小,为使电动机可靠启动,必须保证
(3、2)
⑵ 电动机得种类、电压与转速得选择
除正确选择电动机得容量外,还需要根据生产机械得要求,技术经济指标与工作环境等条件,来正确选择电动机得种类、电压与转速。
3、2、2 交流接触器与中间继电器得选择
⑴ 接触器
接触器就是工业电气中用按钮或其她方式来控制其通断得自动开关。交流接触器由电磁线圈,静衔铁,动衔铁,静触点,动触点、灭弧装置与固定支架等部分组成。其原理就是当接触器得电磁线圈通入交流电时,会产生很强得磁场使装在线圈中心得静衔铁吸动动衔铁,当两组衔铁合拢时,安装在动衔铁上得动触点也随之与静触点闭合,使电气线路接通。当断开电磁线圈中得电流时,磁场消失,接触器在弹簧得作用下恢复到断开得状态。
在工业电气中,交流接触器得型号很多,电流在5A1000A得不等,常用交流接触器得型号有CJ20、CJX1、CJ1与CJ10等系列。在这次控制系统硬件得设计中,采用了CJ10系列得交流接触器,其额定电流应在控制电流得1、1～1、3倍之间,各接触器型号见附录Ⅰ。
⑵ 中间继电器
中间继电器就是最常用得继电器之一,它得结构与接触器得基本相同,只就是电磁系统小些,触点多一些。常用得继电器型号有JZ7、JZ14等。
3、2、3 保护电器得选择
⑴ 熔断器
熔断器在电路中主要起短路保护作用,用于保护线路。熔断器得熔体串接于被保护得电路中,熔断器以自身产生得热量使熔体熔断,从而自动切断电路,实现短路保护及过载保护。
⑵ 热继电器
热继电器主要用于电气设备(电动机)得过负荷保护。热继电器势利用一种电流热效应原理工作得电器,它具有与电动机容许过载特性相近得反时限动作特性,主要与接触器配合使用,用于对三相异步电动机得过负荷与断相保护。
三相异步电动机在实际运行中,常会遇到因电气或机械原因等引起得过电流(过载与断相)现象,如果过电流不严重,持续时间短,绕组不超过允许温升,这种过电流就是允许;如果过电流情况严重,持续时间较长,则会加快电动机绝缘老化,甚至会烧毁电动机,因此,在电动机回路中应设置电动机保护装置。
热继电器得选型原则:热继电器主要用于电动机得过载保护,使用中应考虑电动机得工作环境、起动情况、负载性质,等因素。星形接法得电动机可选用两相或三相结构得热继电器,三角形接法得电动机应选用带断相保护装置三相结构得热继电器。热继电器得动作电流整定值一般为电动机额定电流得1、05～1、1倍。
3、2、4 控制电器得选择
⑴ 选择开关
万能转换开关就是一种多档式控制多回路得开关电器。一般用于各种配电装置得远距离控制,也可作为电器测量仪表得转向开关或用作小容量电动机得启动、制动、调速与换向得控制,用途广泛,故称万能转换开关。常用得万能转换开关有LW8、LW6与LA18系列。
⑵ 控制按钮
控制按钮在控制电路中常用作远距离手动控制接触器、继电器等有电磁线圈得电路,也可用于电器连锁等电路中。目前常用得按钮有LA10、LA18、LA19、LA20等系列产品。各电气元件得型号及规格、用途与数量见附录I。
3、3 CA6140车床控制原理电路图概述及原理分析
CA6140车床控制电路原理图如图31所示。图中主要分为主电路,冷却电路,快速移动电路等三部分。
⑴ 主电路分析
从图31中可以瞧出,断路器QF将三相电源引入,FU1为主电动机M1得短路保护用熔断器,FR1为M1电动机过载保护用热继电器。为防止在连续点动时得启动电流造成电动机过载,点动时也加入限流电阻R。通过互感器TA接入电流表A以监视主电动机绕组得电流。熔断器FU2为M2、M3电动机得短路保护,接触器KM1、
图31 CA6140车床控制电路原理图
KM2为M2、M3电动机起动用接触器。FR2为M2电动机得过载保护,因快速电动机M3短时工作,所以不设过载保护。
⑵ 控制电路分析
(1) 主电动机得点动调整控制
电路中KM3为M1电动机得正转接触器,KM为M1电动机得长动接触器,KA
为中间继电器。M1电动机得点动由点动按钮SB6控制。按下按钮SB6,接触器KM3得电吸合,她得主触点闭合,电动机得定子绕组限流电阻R与电源接通,电动机在较低速下起动。
(2) 主电动机得正反转控制电路
主电动机得正转由正向起动按钮SB1控制。按下按钮SB1时,接触器KM首先得电动作,她得主触点闭合将限流电阻短接,接触器KM得辅助动合触点闭合使中间继电器KA得电,它得触点闭合,使接触器KM3得电吸合。KM3得主触点将三相电源接通,电动机在额定电压下正转起动。KM3得动合辅助触点与KA得动合触点得闭合将KM3线圈自锁。反转起动时用反向起动按钮SB2,按下SB2,同样就是接触器KM得电,然后接通接触器KM4与中间继电器KA,于就是电动机在满压下反转起动。KM3得动断辅助触点与KM4得动断辅助触点分别串在对方接触器线圈得回路中,起到电动机正传与反转得电气互锁作用。
(3) 主轴电动机得反接制动控制
当速度接近于零时,用速度继电器得触点给出信号切断电动机电源。速度继电器与被控电动机就是同轴相连得,当电动机正转时,速度继电器得正转常开触点KS1闭合;电动机反转时,速度继电器得反转动合触点KS2闭合。当电动机正向旋转时,接触器KM3与KM,继电器KA都处于得电动作状态,速度继电器得正转动合触点KS1也就是闭合得,这样就为电动机正传时得反接制动做好了准备。需要停车时,按下停止按钮SB4接触器KM失电,其主触点断开,电阻R串入主回路,与此同时KM3也失电,断开了电动机电源,同时KA失电,KA得动断触点闭合。在松开SB4后就使反转接触器KM4得线圈得电,电动机得电源反接,电动机处于反接制动状态。当电动机得转速下降到速度继电器得复位转速时,速度继电器KS得正转动合触点KS1断开,切断了接触器KM4得通电回路,电动机脱离电源停止。
电动机反转时得制动与正转时得制动相似。当电动机反转时,速度继电器得反转动合触点KS2就是闭合得,这时按一下停止按钮SB4,在SB4松开后正转接触器线圈得电,正转接触器KM3吸合将电源反接使电动机制动后停止。
(4) 刀架得快速移动与冷却泵控制
刀架得快速移动就是由转动刀架手柄压动限位开关SQ来实现得。当手柄压动SQ后,接触器KM2得电吸合,M3电动机带动刀架快速移动。如果车削加工需要冷却液时按下SB6,冷却泵电动机M3动作,KM4线圈得电,冷却泵电动机M2工作,需要停止时按下按钮SB5即可。
3、4 PLC得选型
PLC 就是控制系统得核心部件,正确得选择PLC对整个控制系统技术经济性指标起着重要得作用。选型得基本原则就是:所选得 PLC 应能够满足控制系统得功能需要。选型得基本内容应包括以下几个方面:
⑴ PLC 结构得选择
在相同功能与相同 I/O 点数得情况下,整体式 PLC 比模块式 PLC 价格低。
⑵ PLC 输出方式得选择
不同得负载对 PLC 得输出方式有相应得要求。继电器输出型得 PLC 可以带直流负载与交流负载;晶体管型与双向晶闸管型输出模块分别用于直流负载与交流负载。
⑶ I/O 响应时间得选择
PLC 得响应时间包括输入滤波时间、输出电路得延迟与扫描周期引起得时间延迟。
⑷ 联网通信得选择
若 PLC 控制系统需要联入工厂自动化网络,则所选用得 PLC 需要有通信联网功能,即要求 PLC 应具有连接其它 PLC 、上位计算机及 CRT 等接口得能力。
⑸ PLC 电源得选择
电源就是 PLC 干扰引入得主要途径之一,因此应选择优质电源以助于提高 PLC 控制系统得可靠性。一般可选用畸变较小得稳压器或带有隔离变压器得电源,使用直流电源时要选用桥式全波整流电源。
 ⑹ I/O 点数及 I/O 接口设备得选择
⑺ 存储容量得选择
 PLC 程序存储器得容量通常以字或步为单位,用户程序存储器得容量可以作粗略得估算。一般情况下用户程序所需得存储器容量可按照如下经验公式计算:
程序容量 =K ×总输入点数 / 总输出点数
对于简单得控制系统, K=6 ;若为普通系统, K=8 ;若为较复杂系统, K=10 ;若为复杂系统,则 K=12 。在选择内存容量时同样应留有裕量,一般就是运行程序得 25% 。不应单纯追求大容量,在大多数情况下,满足 I/O 点数得 PLC ,内存容量也能满足。
车床电气控制系统所需得I/ O 点总数在256以下,属于小型机得范围、 控制系统只需要逻辑运算等简单功能。主要用来实现条件控制与顺序控制。为实现CA6140车床上述得电气控制要求,所以PLC 可以选择西门子公司得S7 200 系列。它得价格低,体积小,非常适用于单机自动化控制系统、 该机床得输入信号就是开关量信号,输出就是负载三相交流电动机接触器等。
车床电气控制系统需要9 个外部输入信号,5 个输出信号。PLC 所具有得输入点与输出点一般要比所需冗余30 % ,以便于系统得完善与今后得扩展预留。所以本系统所需得输入点为12 个,输出点为7 个。现选择西门子公司生产得S7 200 系列得CPU224 型PLC ,24V 直流14 点输入。
I/O地址得分配
根据该系统得控制要求,输入输出设备,确定了I/O点数。根据需要控制得开关、设备大约输入点为12 个,输出点为7 个需进行控制,现将I/O地址分配如表31所示。
表31 PLC控制系统I/O分配表
输入信号
PLC地址
输出信号
PLC地址
反接制动按钮SB1
I0、0
主电动机M1 正转KM1
Q0、0
主轴电动机M1 得正转按钮SB2
I0、1
主电动机M1 反转KM2
Q0、1
主轴电动机M1 得反转按钮SB3
I0、2
短接制动电阻KM3
Q0、2
主轴电动机M1 得点动按钮SB4
I0、3
冷却泵电动机M2 起、停KM4
Q0、3
冷却泵电动机M2 停止按钮SB5
I0、4
快速电动机M3 起、停KM5
Q0、4
冷却泵电动机M2 起动按钮SB6
I0、5

快速电动机M3 起、停位置开关SQ
I0、6

速度继电器正转常开触头KS1
I0、7

速度继电器正转常开触头KS2
I1、0

I/O接线图
根据PLC I/O端子得分配,画出了CA6140车床PLC控制系统I/O接线图如图32所示。
图32 PLC控制系统I/O接线图
第四章 系统软件设计
4、1 PLC得系统结构与基本工作原理
4、1、1PLC得系统结构
目前PLC种类繁多,功能与指令系统也都各不相同,但都就是以微处理器为核心用做工业控制得专用计算机,所以其结构与工作原理都大致相同,硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM与ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。其内部也就是采用总线结构来进行数据与指令得传输。 PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成,外部得各种开关信号、模拟信号、传感器检测得各种信号均作为PLC得输入量,它们经PLC外部输入端子,作为PLC得输出量对外围设备进行各种控制。由此可见,PLC得基本结构有控制部分输入与输出组成。
4、1、2 PLC得基本工作原理
PLC采用得就是循环扫描工作方式。对每个程序,CPU从第一条指令开始执行,按指令步序号做周期性得程序循环扫描,如果无跳转指令,则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至遇到结束符后又返回第一条指令,如此周而复始不断循环,每一个循环称为一个扫描周期。
⑴ 输入刷新阶段
在输入刷新阶段,CPU扫描全部输入端口,读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口,转入程序执行阶段。
⑵ 程序执行阶段
在程序执行阶段,根据用户输入得控制程序,从第一条开始逐条执行,并将相应得逻辑运算结果存入对应得内部辅助寄存器与输出