1、摘 要 可編程控制器（Programmable Logic Controller,簡稱PLC）是將傳統的繼電器控制技術、現代的微電子技術、計算機技術和通信技術融為一體的自動化控制設備。20世紀80年代以來，隨著大規模集成電路和微型計算機技術的發展，以16位和32位微處理器為核心的PLC得到了迅速發展，使PLC在設計、性能、價格以及應用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強、功耗和體積減小、成本下降、可靠性提高、編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠程I/O和通信網絡、數據處理以及圖像顯示等技術的發展，PLC的應用領域不斷擴大。 PLC已成為現代工業生產自動控制的一大支柱設備。傳統的C650臥式

2、車床采用繼電器實現電氣控制，接線多且復雜，體積大，功耗大，一旦系統構成，想改變或增加功能很困難，其工作性能已不能達到現代生產的要求。因此，以PLC取代常規的繼電器，可提高工作性能，并且達到車床的控制要求。 本次設計介紹了C650臥式車床電氣控制系統的工作原理及其運動形式，編寫了PLC控制梯形圖程序和指令表程序。利用PLC控制系統，實現了車床啟動、正轉反轉、反接制動、刀架快速移動、冷卻泵在作等一些列功能，改由PLC控制后，其控制系統大大的簡單化并且維修方便易于檢查，節省大量的繼電器元件機床的各項性能有了很大的改善，工作效率有了明顯提高。經反復調試，該項技術可推廣應用于自動化其他領域的控制系統中，

3、系統運行情況良好，車削精度更高。關鍵詞: PLC；臥式車床；繼電器30AbstractPLC (Programmable Logic Controller, PLC for short) is the traditional relay control technology, modern micro-electronics technology, computer technology and communication technology integrated automation control equipment. Since the 1980 s, with the develop

4、ment of large scale integrated circuit and microcomputer technology, with 16 - and 32-bit microprocessor as the core of PLC has been rapid development, make the PLC in such aspects as design, performance, price and application has the new breakthrough. Not only control enhancements, power consumptio

5、n, and reduced volume, cost reduction, increased reliability, programming, and fault detection is more flexible and convenient, and with the remote I/O and communication network, data processing and image display technology, PLC application domain expands unceasingly. PLC has become the pillars of m

6、odern industrial production automatic control equipment. Traditional C650 horizontal lathe electrical control is realized by using relay, wiring is much and complicated, big volume, power consumption is big, once the system constitute, think this is very difficult to change or add features, its perf

7、ormance cannot meet the requirements of modern production. Therefore, to replace conventional relay, PLC can improve work performance, and meet the control requirements of the lathe. This design introduced the C650 horizontal lathe electrical control system, the principle and the motion of write the

8、 PLC ladder diagram program and instruction sheet. Start using PLC control system, realized the lathe, are turning inversion, reverse connect braking, tool post fast moving, cooling pump in a series of functions such as, instead of PLC control, the control system is greatly simplified and convenient

9、 maintenance is easy to check, save a lot of various properties of relay component of machine tool has made a lot of improvement, work efficiency is obviously improved. After repeated debugging, the technology can be applied in other areas of automation control system, the system is running in good

10、condition, the cutting precision is higher. Key words: PLC; Horizontal lathe. relay 全屏閱讀 關閉全屏閱讀 目 錄1.系統概述. 31.1 C650型臥式車床簡介.3 1.2 PLC在電氣控制系統中的應用.4 1.3 C650型臥式車床發展趨勢.52.系統總設計.72.1 PLC控制系統的設計基本內容.7 2.2 PLC控制系統設計原則與步驟.8 2.2.1 PLC控制系統設計的基本原則. 8 2.2.2 PLC 控制系統設計與調試步驟. 8 3.系統硬件設計.10 3.1 主要電氣元件的選擇.103.1.1

11、電動機的選擇.103.1.2 交流接觸器和中間繼電器的選擇. 11 3.1.3 保護電器的選擇. 12 3.1.4 控制電器的選擇. 12 3.2 C650臥式車床的主要結構和運動形式.133.3 C650臥式車床控制原理電路圖概述及原理分析.143.4 PLC的選型.15 3.5 I/O地址的分配.173.6 I/O接線圖.17 4.系統軟件設計.17 4.1 PLC的系統結構和基本工作原理.17 4.1.1 PLC的系統結構. 17 4.1.2 PLC的基本工作原理. 18 4.1.3 PLC編程語言 . 184.2 PLC的基本功能和基本指令.194.2.1 PLC的基本功能 . 19

12、4.2.2 PLC基本指令 . 20 4.3 控制系統的梯形圖程序設計.21 5.系統調試 .25 5.1 硬件檢查 .25 5.2 系統綜合調試 .25 6.參考文獻. 28附錄 主要電氣元件表.29 附錄II 控制電路原理圖.30 附錄III PLC控制系統I/O分配表.31 1 系統概述1.1 C650型臥式車床簡介C650 普通車床屬于中型車床，用于切削工件外圓、內孔和端面等。該車床由主軸運動和刀具進給運動完成切削加工。主軸由三相異步電動機拖動，主軸通過卡盤帶動工件的旋轉運動；進給運動，溜板帶動刀架的縱向和橫向直線運動，其中縱向運動是指相對操作者向左或向右的運動，橫向運動是指相對于操作

13、者向前或向后的運動；輔助運動，包括刀架的快速移動、工件的夾緊與松開等。工作過程如下：正常加工時一般不需反轉，但加工螺紋時需反轉退刀，且工件旋轉速度與刀具的進給速度要保持嚴格的比例關系，為此主軸的轉動和溜板箱的移動由同一臺電動機拖動。主電動機M1（功率為20kW），采用直接起動的方式，可正反兩個方向旋轉，為加工調整方便，還具有點動功能。由于加工的工件比較大，加工時其轉動慣量也比較大，需停車時不易立即停止轉動，必須有停車制動的功能，C650-2車床的正反向停車采用速度繼電器控制的電源反接制動。 電動機M2拖動冷卻泵。車削加工時，刀具與工件的溫度較高，需設一冷卻泵電動機，實現刀具與工件的冷卻。冷卻泵

14、電動機M2單向旋轉，采用直接起動、停止方式，且與主電動機有必要的聯鎖保護。快速移動電動機M3。為減輕工人的勞動強度和節省輔助工作時間，利用M3帶動刀架和溜板箱快速移動。電動機可根據使用需要，隨時手動控制起停。采用電流表檢測電動機負載情況。 車削加工時，因被加工的工件材料、性質、形狀、大小及工藝要求不同，且刀具種類也不同，所以要求切削速度也不同，這就要求主軸有較大的調速范圍。車床大多采用機械方法調速，變換主軸箱外的手柄位置，可以改變主軸的轉速。傳統的機床控制系統是硬連線方式的繼電一接觸器控制系統，但該系統連線復雜，體積大，可靠性差，自動化水平低，難以滿足現代化生產的需求。現代工業生產中，中小批量

15、零件的生產占產品數量的比例越來越高，零件的復雜性和精度要求迅速提高，傳統的普通磨床已經越來越難以適應現代化生產的要求，制造業的競爭已從早期降低勞動力成本、產品成本，提高企業整體效率和質量的競爭，發展到全面滿足顧客要求、積極開發新產品的競爭，將面臨知識技術產品的更新周期越來越短，產品批量越來越小，而對質量、性能的要求更高，同時社會對環境保護、綠色制造的意識不斷加強，因此敏捷先進的制造技術將成為企業贏得競爭和生存、發展的主要手段。計算機信息技術和制造自動化技術的結合越來越緊密，作為自動化柔性生產重要基礎的“軟”控制系統機床，在生產中所占比例將越來越高。20世紀70年代以前，電氣自動控制的任務基本上

16、是由繼電器控制系統來完成。繼電器控制系統的優點是結構簡單、價格低廉、抗干擾能力強，所以當時應用的十分廣泛，至今仍在許多簡單的機械設備中應用。但是，該類控制系統的缺點也十分明顯，它采用固定的硬件接線方式來完成各種邏輯控制，靈活性差；另外機械性觸點的工作頻率低，易損壞，因此可靠性較差。當前，隨著科學技術的不斷發展及生產工藝上不斷提出新的要求，電氣控制技術得到飛速的發展。在控制方法上，主要是從手動到自動控制；在控制功能上，是從簡單的控制設備到復雜的控制系統；在操作方式上，由笨重到輕巧；在控制原理上，從有觸點的繼電接觸式控制系統到以計算機為核心的“軟”控制系統。PLC的應用面廣、功能強大、使用方便，是

17、當代工業自動化的主要設備之一。PLC以軟件手段實現了各種控制功能，與繼電器控制系統相比，靈活性大大提高；與普通的計算機相比，又具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、組合靈活、擴展方便、體積小等突出優點，因而在機床電氣控制系統中得到廣泛的應用。1.2 PLC在電氣控制系統中的應用PLC 是先進的工業化國家通用的標準工業控制設備，在現代工業自動化控制中是最值得重視的先進控制技術，現在已經成為現代工業控制三大技術支柱(PLC,CAD/CAM,ROBOT) 之一，可編程邏輯控制器是專為在工業環境下應用而設計的一種數字運算操作電子系統。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定

18、時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC 是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點。用PLC 控制改造其繼電器控制電路, 可靠性高、邏輯功能強、體積小，降低了設備故障率, 提高了設備使用效率, 運行效果良好。隨著我國電力體制改革的深化，電力市場競爭將更加激烈，降低資源損耗和提高管理效益成為各發電企業的迫切需求。為此，對火電廠輔助車間自動控制水平提出了更高的要求。經過科技人員的不斷引進、開發、研究, 我國大型火電站

19、的輔助系統（輸煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循環水泵房等）已由繼電器控制過渡到完全由PLC 監控。PLC 是一種專為工業生產自動化控制設計的，一般而言，無須任何保護措施就可以直接在工業環境中使用。然而，當生產環境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設備的失控和誤動作，從而不能保證PLC 的正常運行。要提高PLC 控制系統可靠性，一方面生產廠家要提高PLC 的抗干擾能力；另一方面，要在設計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對PLC 的影響。在新的時代，PLC 會有更大的發展，產品的品種會更豐富、規

20、格更齊全，通過完美的人機界面、完備的通信設備、成熟的現場總線通信能力會更好地適應各種工業控制場合的需求，PLC 作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在我國發電廠的電氣自動化建設中發揮越來越大的作用。1.3 C650型臥式車床發展趨勢數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(IT、汽車、輕工、醫療等)的發展起著越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數字化已是現代發展的大趨勢。當前數控車床呈現以下發展趨勢。 高速、高精密化 高速、精密是機床發展永恒的目標。隨著科學技術突飛猛進的

21、發展，機電產品更新換代速度加快，對零件加工的精度和表面質量的要求也愈來愈高。為滿足這個復雜多變市場的需求，當前機床正向高速切削、干切削和準干切削方向發展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機的成功應用，陶瓷滾珠軸承、高精度大的導程空心內冷和滾珠螺母強冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導軌副等機床功能部件的上市，也為機床向高速、精密發展創造了條件。 數控車床采用電主軸，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環節，大大減少了主傳動的轉動慣量，提高了主軸動態響應速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運轉時皮帶和帶輪等傳動的振動和噪聲問題。采用電主軸結構可使主軸轉速達到10000r/min以上。

22、直線電機驅動速度高，加減速特性好，有優越的響應特性和跟隨精度。用直線電機作伺服驅動，省去了滾珠絲杠這一中間傳動環節，消除了傳動間隙(包括反向間隙)，運動慣量小，系統剛性好，在高速下能精密定位，從而極大地提高了伺服精度。 高可靠性     數控機床的可靠性是數控機床產品質量的一項關鍵性指標。數控機床能否發揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關鍵取決于其可靠性的高低。     數控車床設計CAD化、結構設計模塊化 隨著計算機應用的普及及軟件技術的發展，CAD技術得到了廣泛發展。CAD不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是

23、可以進行設計方案選擇和大件整機的靜、動態特性分析、計算、預測及優化設計，可以對整機各工作部件進行動態模擬仿真。在模塊化的基礎上在設計階段就可以看出產品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用CAD，還可以大大提高工作效率，提高設計的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設計成本，提高市場競爭能力。 功能復合化 功能復合化的目的是進一步提高機床的生產效率，使用于非加工輔助時間減至最少。通過功能的復合化，可以擴大機床的使用范圍、提高效率，實現一機多用、一機多能，即一臺數控車床既可以實現車削功能，也可以實現銑削加工；或在以銑為主的機床上也可以實現磨削加工。寶雞機床廠已經研制成功的CX25Y數控車銑復合中心，該機

24、床同時具有X、Z軸以及C軸和Y軸。通過C軸和Y軸，可以實現平面銑削和偏孔、槽的加工。該機床還配置有強動力刀架和副主軸。副主軸采用內藏式電主軸結構，通過數控系統可直接實現主、副主軸轉速同步。該機床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。2 PLC控制系統2.1 PLC控制系統的設計基本內容PLC控制系統是由PLC與用戶輸入、輸入設備連接而成的，用以完成預期的控制目的與相應的控制要求。因比PLC控制系統設計的基本內容應包括: 了解設備電器的工作原理。根據生產的工藝過程分析控制要求，如需要完成的動作（動作順序，必需的保護和聯鎖等），操作方式（手動，自動，點動，連續等）。根據控制要求確定系統控

25、制方案，進行系統的總體設計。 進行PLC控制系統配置的設計，主要為 PLC的選擇，PLC是PLC控制系統的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統的技術經濟性能指標起著重要的作用。選擇PLC，應包括機型的選擇 、I/O模塊的選擇等。 選擇用戶輸入設備（按鈕、操作開關、等）、輸出設備（繼電器、變頻器等執行元件），以及由輸出設備驅動的控制對象（電動機、），這些設備屬于一般的電器元件。 根據控制要求基本確定I/O點數和模擬量通道數，進行I/O初步分配，繪制I/O接線圖 程序設計主要包括繪制控制系統流程圖、設計梯形圖、語句表程序，控制程序是控制整個系統工作的核心條件，是保證系統工作正常，安全、可靠

26、的關鍵。 聯機調試。按照控制電路原理圖連接硬件，將編寫好的控制程序下載至PLC，進行軟硬件聯調，如果不滿足控制系統的要求，再返回修改程序或檢查接線，直到滿足控制系統的要求為止。2.2 PLC控制系統設計原則與步驟 2.2.1 PLC控制系統設計的基本原則 最大限度地滿足被控對象的控制要求。設計前應深入現場進行調查研究，搜集資料并擬定電氣控制方案。 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、使用及維護方便。 保證控制系統安全可靠。 考慮到生產的發展和工藝的改進，在選擇 PLC 的容量時，應適當留有裕量。 2.2.2 PLC 控制系統設計與調試步驟PLC 控制系統的設計調試過程如圖2.1所

27、示。圖 2.1 PLC 控制系統的設計調試過程 2.3 PLC的系統結構和基本工作原理 2.3.1 LC的系統結構 目前PLC種類繁多，功能和指令系統也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業控制的專用計算機，所以其結構和工作原理都大致相同，硬件結構與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設備接口等。其內部也是采用總線結構來進行數據和指令的傳輸。 PLC控制系統由輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設備進行各種控制。由

28、此可見，PLC的基本結構有控制部分輸入和輸出組成。 2.3.2 PLC的基本工作原理 PLC采用的是循環掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執行，按指令步序號做周期性的程序循環掃描，如果無跳轉指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環，每一個循環稱為一個掃描周期。 輸入刷新階段 在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態并寫入輸入狀態寄存器。完成后關閉輸入端口，轉入程序執行階段。 程序執行階段 在程序執行階段，根據用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執行，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內部輔助寄存器和輸出狀態寄

29、存器。 輸出刷新階段 當所有指令執行完畢后，將輸出狀態寄存器中的內容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅動外部相應執行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。 2.3.3 PLC編程語言與個人計算機相比，PLC的硬件、軟件的體系結構都是封閉的而不是開放的。各廠家PLC的變成語言和指令系統的功能和表達方式也不一致，有的甚至有相當大的差異，因此各廠家的PLC互不兼容。IEC（國際電工委員會）是為電子技術的所有領域制定全球標準的世界性組織。IEC于1994年5月公布了PLC標準（IEC 61131）,該標準為可編程控制系統定義了5種語言：順序功能圖（Sequential Function

30、Chart）、梯形圖（Ladder Diagram）、功能塊圖（Function Block Diagram）、指令表（Instruction List）、結構文本（Structured Text）。其中，梯形圖是使用最多的PLC圖形編程語言。梯形圖與繼電器控制系統的電路圖很相似，具有直觀易懂的優點，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電器人員掌握，特別是適用于數字量邏輯控制，有時也把梯形圖稱為電路或程序。梯形圖由觸點、線圈和用方塊表示的功能塊組成。觸點代表邏輯輸入條件，線圈通常代表邏輯輸出結果，用來控制外部設備。功能塊用來表示定時器、計數器或數學運算附加指令。觸點和線圈組成的獨立電路稱為網絡，使用編

31、程軟件可以直接生成和編譯梯形圖，并將它下載到PLC。S7系列PLC將指令表稱為語句表。PLC的指令是一種與微機的匯編語言中的指令相似的助記符表達式，由指令組成的程序叫做指令表程序或語句表程序。在這次控制系統程序設計中，分別采用了梯形圖和語句表兩種編程語言編寫了該系統的控制程序。 2.4 PLC的基本功能和基本指令 2.4.1 PLC的基本功能 條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯、并聯及其它各種邏輯連接，進行開關控制。 定時/計數控制功能 定時/計數控制功能指用PLC提供的定時器、計數器指令實現對某種操作的定時或計數控制，以取代時

32、間繼電器和計數繼電器。 數據處理功能 數據處理功能是指PLC能進行數據傳送、比較、移位、數制轉換、算術運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 步進控制功能 步進控制功能是指用步進指令來實現在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構成的步進控制器。 運動控制功能 運動控制功能是指通過高速記數模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。 過程控制功能 過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實現對溫度、壓力、速度、流量等物理參數的閉環控制。 擴展功能 擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即I/O擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數，也可通過附

33、加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。 遠程I/O功能 遠程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與PLC主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。 通信聯網功能 通信聯網功能是指通過PLC之間的聯網、PLC與上位機的鏈接等，實現遠程I/O控制或數據交換，以完成較大規模系統的復雜控制。 監控功能 監控功能是指PLC能監視系統各部分的進行狀態和進程，對系統中出現的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調整、修改控制程序中的定時器、記數器等設定值或強制I/O狀態。 2.4.2 PLC基本指令在本次控制系統程序設計過程中主要應用到以下幾種

34、PLC指令。 標準觸點指令常開觸點對應的存儲器地址為1狀態時，該觸點閉合，在語句表中，分別用LD（Load，裝載）、A（And，與）和O（Or，或）指令表示開始、串聯和并聯的常開觸點（見圖4.1（a）。常閉觸點對應的存儲地址為0狀態時，該觸點閉合，在語句表中分別用LDN （Load Not）、AN（And Not）和ON（Or Not）來表示開始、串聯和并聯的常閉觸點，觸點符號中間的“/”表示常閉 （見圖4.1（b）。觸點指令中變量的數據類型為BOOL。(a)常開觸點 (b)常閉觸點圖4.1 標準觸點指令輸出指令輸出指令（=）與線圈相對應，驅動線圈的觸點電路接通時，線圈流過“能流”，指定位對應

35、的映像寄存器為1，反之為0。輸出指令語句表為（= bit）。輸出指令（見圖4.2）應放在梯形圖的最右邊，指令中的變量為BOOL型。圖4.2 輸出指令2.5 控制系統的梯形圖程序設計 主軸電動機M1控制包括電動控制、正反轉控制和反接制動控制。點動控制非常簡單，點動按鈕SB 2按下，I0.1常開觸點閉合，Q0.0通電，KM1線圈通電，M1運行。松開SB2，則M1停止。正反轉控制中，采用了Q0.0和Q0.1的常閉觸點在軟件上實現了正、反轉互鎖；正、反轉起動時，利用定時器T37和T38定時10S，接通Q1.0線圈，使中間繼電器KA線圈通電，從而短接電流表10S（此時間可根據時間情況調整）。正反轉和反接

36、制動控制中，采用了編程元件M防止雙線圈輸出。刀架快速移動控制也采用了點動控制電路。冷卻泵電動機M2的控制則采用了基本的起保停電路實現。照明燈的控制由轉換開關實現。可見，采用PLC控制，不僅使得控制電路連接更為簡單，控制也更為可靠和靈活 綜上所述,根據控制系統的要求，結合控制電路原理圖和PLC編程特點，設計了控制系統梯形圖程序如附錄所示。3 系統硬件設計3.1主要電氣元件的選擇 任何一種繼電器系統都有三個部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。系統輸入部分由所有行程開關、控制按鈕等組成。邏輯部分是指由各種繼電器及其觸點組成的實現一定邏輯功能的控制線路，輸出部分包括各種負載的接觸器線圈。在本次控

37、制系統設計中用PLC 代替了繼電器控制系統中的邏輯線路部分，由變頻器控制電動機。在車床的電氣控制系統，所有觸頭，行程開關，控制按鈕（SB1SB6）等為系統的輸入信號；接觸器線圈（KM1-KM5），為系統的輸出信號。3.1.1電動機的選擇在車床控制系統運行中，電動機類型選擇的原則是，在滿足工作機械對于拖動系統要求的前提下，所選電動機應盡可能結構簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉。因此，在選用電動機種類時，若機械工作對拖動系統無過高要求，應優先選用三相交流電異步動機。三相交流異步電動機的工作原理是基于定子旋轉磁場（定子繞組內的三相電流所產生的合成磁場）和轉子電流（轉子繞組內的電流）的相互作用。 電

38、動機容量選擇的原則在控制系統運行中，電動機的選擇主要是容量的選擇，如果電動機的容量選小了，一方面不能充分發揮機械設備的能力，使生產效率降低，另一方面電動機經常在過載下運行，會使它過早損壞，同時還出現啟動困難、經受不起沖擊負載等故障。如果電動機的容量選大了，則不僅使設備投資費用增加，而且由于電動機經常在輕載下運行，運行效率和功率因數都會下降。選擇電動機的容量應根據以下三項原則進行。 發熱：電動機在運行時，必須保證電動機的實際最高溫度等于或稍微小于電動機絕緣的允許最高工作溫度，即。 過載能力：電動機在運行時，必須具有一定的過載能力。特別是在短期工作時，由于電動機的熱慣性很大，電動機在短期內承受高于

39、額定功率的負載功率時仍可保證，故此時，決定電動機容量的主要因素不是發熱而是電動機的過載能力。即所選電動機的最大轉矩TL max必須大于運行過程中可能出現的最大負載轉矩,即 (一般為0.8 ) (3.1) 啟動能力：由于鼠籠式異步電動機的啟動轉矩一般較小，為使電動機可靠啟動，必須保證 () (3.2) 電動機的種類、電壓和轉速的選擇除正確選擇電動機的容量外，還需要根據生產機械的要求，技術經濟指標和工作環境等條件，來正確選擇電動機的種類、電壓和轉速。3.1.2交流接觸器和中間繼電器的選擇 接觸器接觸器是工業電氣中用按鈕或其他方式來控制其通斷的自動開關。交流接觸器由電磁線圈，靜銜鐵，動銜鐵，靜觸點，

40、動觸點、滅弧裝置和固定支架等部分組成。其原理是當接觸器的電磁線圈通入交流電時，會產生很強的磁場使裝在線圈中心的靜銜鐵吸動動銜鐵，當兩組銜鐵合攏時，安裝在動銜鐵上的動觸點也隨之與靜觸點閉合，使電氣線路接通。當斷開電磁線圈中的電流時，磁場消失，接觸器在彈簧的作用下恢復到斷開的狀態。在工業電氣中，交流接觸器的型號很多，電流在5A-1000A的不等，常用交流接觸器的型號有CJ20、CJX1、CJ1和CJ10等系列。在這次控制系統硬件的設計中，采用了CJ10系列的交流接觸器，其額定電流應在控制電流的1.11.3倍之間,各接觸器型號見附錄。 中間繼電器中間繼電器是最常用的繼電器之一，它的結構和接觸器的基本

41、相同，只是電磁系統小些，觸點多一些。常用的繼電器型號有JZ7、JZ14等。3.1.3 保護電器的選擇 熔斷器熔斷器在電路中主要起短路保護作用，用于保護線路。熔斷器的熔體串接于被保護的電路中，熔斷器以自身產生的熱量使熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現短路保護及過載保護。 熱繼電器熱繼電器主要用于電氣設備（電動機）的過負荷保護。熱繼電器勢利用一種電流熱效應原理工作的電器，它具有與電動機容許過載特性相近的反時限動作特性，主要與接觸器配合使用，用于對三相異步電動機的過負荷和斷相保護。三相異步電動機在實際運行中，常會遇到因電氣或機械原因等引起的過電流(過載和斷相)現象，如果過電流不嚴重，持續時間短，繞組不

42、超過允許溫升，這種過電流是允許；如果過電流情況嚴重，持續時間較長，則會加快電動機絕緣老化，甚至會燒毀電動機，因此，在電動機回路中應設置電動機保護裝置。熱繼電器的選型原則：熱繼電器主要用于電動機的過載保護，使用中應考慮電動機的工作環境、起動情況、負載性質，等因素。星形接法的電動機可選用兩相或三相結構的熱繼電器，三角形接法的電動機應選用帶斷相保護裝置三相結構的熱繼電器。熱繼電器的動作電流整定值一般為電動機額定電流的1.051.1倍。3.1.4 控制電器的選擇 選擇開關開關一般用于各種配電裝置的遠距離控制，也可作為電器測量儀表的轉向開關或用作小容量電動機的啟動、制動、調速和換向的控制，用途廣泛，故稱

43、萬能轉換開關。常用的萬能轉換開關有LW8、LW6和LA18系列。 控制按鈕控制按鈕在控制電路中常用作遠距離手動控制接觸器、繼電器等有電磁線圈的電路，也可用于電器連鎖等電路中。目前常用的按鈕有LA10、LA18、LA19、LA20等系列產品。各電氣元件的型號及規格、用途和數量見表3.1及附錄I。 表3.1 主要電氣原件表符號名稱型號規格件數作用M1M2M3QSFU1FU2FU3FU4SB1SB2SB3SB4SB5SB6FR1FR2SQKAKM1KM2KM3KM4KM5ARTAKSTC主軸電動機冷卻泵電動機快速移動電動機電源引入隔離開關熔斷器熔斷器熔斷器熔斷器按鈕按鈕按鈕按鈕按鈕按鈕熱繼電器熱繼電

44、器限位開關中間繼電器交流接觸器交流接觸器交流接觸器交流接觸器交流接觸器電流表限流電阻電流互感器速度繼電器變壓器Y200L1-2DB-25JO2-21-4H22-60/3RL1-60RL1-15RL1-15RL1-15LA2LA2LA2LA2LA2LA2JR16-60/3JR10-10LX12JZ7-44CJ0-75ACJ0-75ACJ0-75ACJ0-75ACJ0-75A交流60ART-0.125LDZJ1-10JY1BZ-5030KW 56.6A380V0.12KW 380V1.1KW 380V60A60A10A10A4A60A0.47A5A110V110V110V110V110V110V2

45、00 125W100/5110V 2A 50VA 110V/36VA 110V11113211111111111111111111主軸傳動及進給動力帶動冷卻泵供給冷卻液刀架快速移動電源總開關主軸電動機短路保護M2短路保護M3短路保護照明電路控制電路短路保護反接制動按鈕M1點動按鈕M1正轉起動按鈕M1反轉起動按鈕M2停止按鈕M2起動按鈕M1過載保護M2過載保護快速移動電動機起停M1起動、停止、反接限流電阻短接M1正轉M1反轉M2起動、停止M3起動、停止M1負載監視反接制動限流M1反接制動速度檢測照明、控制低壓電源3.2 C650臥式車床的主要結構和運動形式C650臥式車床屬于中型車床，床身的最大

46、工件回轉半徑為1020mm，最大工件長度為3000mm。主電動機功率為30kw，為提高工作效率，該機床采用了反接制動。為了減少制動電流，制動時在定子回路串入了限流電阻R。拖動溜板箱快速移動的2.2kw電動機是為了減輕工人的勞動強度和節省輔助工作時間而專門設計的。各部分結構如圖3.1所示。對車床的電氣控制要求是，車床加工工件時，首先由主軸上的夾頭夾緊工件，然后由主電動機驅動旋轉，待冷卻液噴流到加工位置后，再進刀進行切削加工。加工完畢，將刀具退回原位，關閉冷卻液，待主軸停轉后，取下工件，完成加工工藝。由此可見，車床的運動主要有兩種：主運動和進給運動。主運動由主電動機M1 完成，為了保證啟動平穩，采

47、用Y/降壓啟動方式。KM1 控制主電動機正轉，KM2 控制主電動機反轉，KM3 控制主電動機Y 啟動運行，KM4 控制主電動機啟動運行。M2 拖動冷卻泵，在加工時提供冷卻液采用直接啟動及停止方式，KM5 控制冷卻泵電動機。進給運動有步進電機M3 拖動刀架快速移動，根據C650臥式車床運動情況及加工需要,本研究采用3臺三相鼠籠型異步電動機拖動，即:主軸與進給電動機M1、冷卻泵電動機M2和溜板箱快速移動電動機M3。從車削加工工藝出發,對各臺電動機的控制要求如下： 主軸與進給電動機M1,功率為30 kW,允許在空載下直接起動。其要求能實現正、反轉,從而經主軸變速箱實現主軸的正、反轉,或通過掛輪箱傳給

48、溜板箱來拖動刀架以實現刀架的橫向左、右移動。為便于進行車削加工前的對刀,則要求主軸拖動工件作調整點動,所以要求主軸與進給電動機能實現單方向旋轉的低速點動控制。主電動機停車時,由于加工工件轉動慣量較大,需采用反接制動。冷卻泵電動機M2,功率為0. 15 kW,用于在車削加工時,供出冷卻液,對工件與刀具進行冷卻。 圖3.1 C650臥式車床 3.3 C650臥式車床控制原理電路圖概述及原理分析 C650臥式車床控制電路原理圖如附錄所示。主電路分析從附錄中可以看出，主回路中交流接觸器KM1、KM2控制電動機M1正轉和反轉，完成主軸旋轉運動KM3使M1全壓啟動；KM4控制電動機M2啟動；KM5控制電動

49、機M3啟動。 電動機M1、M2由熱繼電器FR1、FR2實現過載保護。QS為電源總開關，既可完成主電路的短路保護，又起到分斷三相交流電源的作用，使用和維修方便。熔斷器FU1、FU2、FU3分別實現短路保護。KA防止啟動電流對電流表的沖擊，電流表A監視負載情況。 圖3.2控制電路原理圖3.4 PLC的選型 PLC 是控制系統的核心部件，正確的選擇PLC對整個控制系統技術經濟性指標起著重要的作用。選型的基本原則是：所選的 PLC 應能夠滿足控制系統的功能需要。選型的基本內容應包括以下幾個方面： PLC 結構的選擇在相同功能和相同 I/O 點數的情況下，整體式 PLC 比模塊式 PLC 價格低。 PLC 輸出方式的選擇不同的負載對PLC 的輸出方式有相應的要求。繼電器輸出型的PLC可以帶直流負載和交流負載；晶體管型與雙向晶閘管型輸出模塊分別用于直流負載和交流負載。 I/O 響應時間的選擇PLC 的響應時間包括輸入濾波時間、輸出電路的延遲和掃描周期引起的時間延遲。 聯網通信的選擇若 PLC 控制系統需要