C650卧式车床的控制系统的PLC控制改造.docx
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C650卧式车床的控制系统的PLC控制改造
C650卧式车床的控制系统的PLC控制改造
摘要:
更新改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业,该设计是对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,配以合适的数控系统,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。
改造后的机床在实现机床原有功能的基础上还增加了自动加工、自动换刀等多种功能。
关键词…….数控改造……继电器PLC梯形图
1、C650车床的主要结构
普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床,能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面,并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹等加工。
C650卧式普通车床属中型车床,加工工件回转直径最大可达1020mm,长度可达3000mm。
其结构主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆和光杆等部分组成。
车床有两种运动,一是轴卡盘带动工件的旋转运动,称为主运动(切削运动),另一种是溜板刀架顶针带动刀具的直线运动,称为进给运动。
两种运动由同一电动机带动并通过各自的变速箱调节主轴转速或进给速度。
此外,为提高效率、减轻劳动强度、便于对刀和减小辅助工时,C650车床的刀架还能快速移动,称为辅助运动。
C650车床车床由三台三相笼型异步电动机拖动,即主电动机M1、冷却电动机M2和刀架快速移动电动机M3。
2、C650车床的控制要求
从车削工艺要求出发,对各电动机的控制要求主要是:
主电动机M1(30KW):
由它完成主运动的驱动。
要求:
直接起动连续运行方式并有点动功能以便调整;能正反转以满足螺纹加工需要;由于加工工件转动惯性大,停车时带有电气制动,此外,还要显示电动机的工作电流以监视切削状况。
冷却电动机M2:
用以加工时提供冷却液,采用直接起动、单向运行、连续工作方式。
快速移动电动机M3:
单向点动、短时工作方式。
要求有局部照明和必要的电气保护与联锁。
3、继电器电气线路的分析
C650车床电气控制原理图如图3-1所示:
图3-1C650车床电气控制原理图
3.1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(功率为30kW)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。
为加工调整方便,还具有点动功能。
电动机M1控制电路分为四个部分:
①由正转控制接触器KM1和反转控制接触器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。
为防止电流表被启动电流冲击损坏,利用时间继电器KT的动断触头,在启动的短时间内将电流表暂时短接。
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。
为保证主电路的正常运行,主电路中还设置了采用熔断器的短路保护环节和采用热继电器的电动机过载保护环节。
3.2控制电路分析
电源:
由控制变压器TC(380V/110V,36V)的接线和参数标注可知各接触器、继电器线圈电压等级为~110V,而照明为~36V安全电压由主令开关SA控制。
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。
采用控制流程来表达电路的过程具有简单、一目了然的优点。
其基本步骤是:
各自受控点动作后出现的控制结果(利用坐标标注检索可避免遗漏)。
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。
3.3整机线路联锁与保护
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及FU1~FU6实现短路保护。
由FR1与FR2实现M1与M2的过载保护(根据M1与M2额定电流分别整定)。
KM1~KM4等接触器采用按钮与自保控制方式,因此使M1与M2具有欠电压与零电压保护。
3.4I/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3-4所示:
表3-4PLCI/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
3.4PLC控制系统外部接线图的设计
图3-4外部接线图
4、1电动机M1正、反转控制梯形图的设计
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,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
假定M1在正转,即Y0为接通,现在要反转,按反转按钮SB3,输入继电器X3得电,X3的动合触点闭合,使反向辅助继电器M102得电并自锁。
与此同时,X3的动断点断触点断开,使M101失电,M101的动合触点[5]复位断开,使T1失电。
T1的动合触点[6]断开,使Y0失电,接触器KM1失电释放,电动机正转停止运行。
M102的动合触点[8]闭合,使T2得电,经0.5秒延时,其动合触点[9]闭合,使Y1接通,接触器KM2得电吸合,电动机反转。
这样,Y0线圈失电后延时0.5秒,再接通Y1线圈,这样就防止了电源短路。
电动机M1正转动作顺序如下所示:
M1反转的工作过程与正转的工作过程相同,不再赘述。
4.2电动机M1正转点动控制及反接制动控制的设计
图4.2为M1的点动及反接制动控制梯形图。
这里使用了MC(主控指令)和MCR(主控复位指令)。
点动控制是在接触器KM2和KM3不动作(即输出继电器Y1和Y2的动断触点◎Y1[3]、◎Y2[3]闭合)的情况下,按点动按钮SB1,输入继电器X1得电,其动合触点#X1[1]、#X1[3]闭合,使辅助继电器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(由于M100、Y0均无自锁),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,另外由于Y0[6]失电,其动断触点◎Y0[9]◎Y0[13]复位闭合。
由于辅助继电器M103[1]得电并自锁,其动合触点#M103[13]闭合,启动定时器T3[13],通过定时器T3延时0.5秒,其动合触点#T3[9]闭合,使Y1[9]得电,KM2得电,电动机M1定子绕组串入电阻R进行反接制动;当M1转速接近零时,动合触点KS1断开,X11失电,#X11[13]断开,T3[13]失电,#T3[9]断开,使Y1[9]失电,制动结束。
由此可见,点动结束时,自动进入反接制动。
图4.2M1的点动及反转控制梯形
电动机M1的点动运行动作顺序如下
电动机点动停车反接制动控制动作顺序如下所示
4.3电动机M1的正、反转运行的反接制动的设计
按动一下停止按钮SB0,X0失电,◎X0[2]断开,M2[2]失电,M2[3]断开,不执行MCN0~MCRN0之间的程序;同时#X0[1]闭合,使M103线圈导通并自锁。
假设停车之前电动机M1为正转,速度继电器正转动合触点KS1仍闭合,X11仍得电,#X0[1]仍闭合。
当松开停止按钮SB时,X0失电,◎X0[2]又闭合,M2[2]得电,M2[3]闭合,执行MCN0~MCRN0之间的程序,这时定时器T3[13],延时0.5秒,#T3[9]闭合,Y1[9]得电,使电动机M1定子绕组串入电阻R进行反接制动;当电动机M1的转速接近零时,速度继电器正转动合触点KS1(X11)断开,Y1失电,制动结束。
反转时的反接制动类同正转,不同的是采用KS2(X12)、T4和Y0来控制。
在反接制动中接入辅助继电器M103,在梯形图中若没有M103的话,当车床合上电源开关后,如果有人用手转动卡盘的话,则速度继电器的动合触点闭合,那么就有可能使电动机M1突然转动起来,可能发生人身事故。
为防止这种事故,引入通用辅助继电器M103。
电动机M1正转停止的动作顺序如下:
电动机M1正转停止反接制动动作顺序如下:
4.3梯形图
根据以上的各模块的设计,可得整体的梯形图如图4.3所示:
图4.3C650车床梯形图
5、小结
C650车床是一种应用极为广泛的金属切削机床,能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面,并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹。
采用传统的继电器—接触器控制,其技术落后,可靠性差,工作效率低,故障诊断和排除困难,已严重影响了企业的生产效率,而可编程控制器是在继电器控制和计算机控制基础上开发的工业自动化控制装置,是一种数字运算操作的电子系统,专门为在工业环境下应用设计的,它具有可靠性高、设计施工周期短、维修方便,价格也很便宜等优点。
因而用PLC改造其继电器-接触器成了一种必然的选择。
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及其反接制动控制、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。
参考文献
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机械工业出版社,2003
[2]史国生.控制与可编程控制器技术.[M]北京:
化学工业出版社,2005
[3]廖常初.可程控制器的编程方法与工程应用.[M]重庆:
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