【正文】 年 月 日 課 題 摘 要 C650 臥式車床采用 傳統(tǒng)的 繼電器 控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)電氣控制，接線多 而 復(fù)雜，體積大，功耗大， 可靠性差，自動(dòng)化水平低，難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求，并且 系統(tǒng) 一旦構(gòu)成，想改變或增加功能就很困難， 隨著社會(huì)的發(fā)展，如今 其工作性能已不能滿足現(xiàn)代 化 生產(chǎn)的需求。 4. 有完善的限位保護(hù)、電機(jī)過(guò)流保護(hù)等保護(hù)功能 。 ③ . 主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)采用 Y/△起動(dòng) 。 本次 畢業(yè) 課題 設(shè)計(jì)介紹了 C650臥式車床電氣控制系統(tǒng)的工作原理及其運(yùn)行 形 式，編寫了 PLC 與 觸摸屏 屏 控制 梯形圖 程 序和指令表程序。我們選定了 C650 車床為 改造 對(duì)象 ， 進(jìn)行 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的 改造 ，以 PLC與 觸摸屏 屏控制系統(tǒng)取代之前的傳統(tǒng)控制系統(tǒng) 。 車床有三種運(yùn)動(dòng) 形 式：車削加工的主運(yùn)動(dòng)是主軸通過(guò)卡盤或者雞心夾頭帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它承受車削加工時(shí)的主要切削功率；進(jìn) 2 給運(yùn)動(dòng)是溜板帶動(dòng)刀架的縱向或橫向運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)為溜板箱的快速移動(dòng)，尾座的移動(dòng)和工件的夾緊 與 放松。車床縱、橫兩個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由主軸變速箱的輸出軸，經(jīng)掛輪箱、進(jìn)給箱、光桿傳入溜板箱而獲得，其運(yùn)動(dòng)方式有手動(dòng)與機(jī)動(dòng)兩種。 (3) 電流表 A 經(jīng)電流互感器 TA 接在主電動(dòng)機(jī) M1 的動(dòng)力回路上，用來(lái)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況。 (5) 車削加工中，為防止刀具和工件的溫度過(guò)高，延長(zhǎng)刀具使用壽命，提高加工質(zhì)量，車床附有一臺(tái)單方向旋轉(zhuǎn)的冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2，功率為 。車床大多采用機(jī)械方法調(diào)速，變換主軸箱外的手柄位置，可改變主軸的轉(zhuǎn)速。 （ 4） 有完善的限位保護(hù)、電機(jī)過(guò)流保護(hù)等保護(hù)功能。 ③ 主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)采用 Y/△起動(dòng)。 ⑦ 照明電路改為 PLC 控制，有啟停控制功能 。 R 為限流電阻， 當(dāng) 主軸點(diǎn)動(dòng)時(shí)，限制啟動(dòng)電流，在停車反轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)，又起限制過(guò)大的反向 制動(dòng)電流的作用。 KM KM2 為控制主軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器， KM3 用于短接電阻 R 的接觸器， 由它們的主觸頭相互組合控制主軸電機(jī) M1。 主電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制 分析 如圖 21， SB2 為控制主電動(dòng)機(jī)的按鈕開(kāi)關(guān)，當(dāng)按下 SB2 且不松手時(shí)，接觸器 KM1線圈 通 電， KM1 主觸點(diǎn) 閉合接通電路，這時(shí)接觸器 KM3 線圈沒(méi)有接通，電網(wǎng)電壓經(jīng)限流電阻接入主電動(dòng)機(jī) M1，從而減少了起動(dòng)電流。所以，在非頻 繁點(diǎn)動(dòng)的一般工作時(shí)，仍然采用了全壓直接啟動(dòng)。 與此同時(shí)， KM1 的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)（ 1315）閉合，與之前閉合的兩個(gè) KA 常開(kāi)觸點(diǎn)（ 71 913） 形 成自鎖通路，當(dāng) SB3 松開(kāi)后，從而 KM1 保持通電。 主電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)分析 如圖 21， C650 臥式車床采用反接制動(dòng)方式進(jìn)行停車制動(dòng)，使用速度繼電器 KS（ 3 區(qū)）進(jìn)行檢測(cè) 與 控制。 反轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)過(guò)程與正轉(zhuǎn)停車制動(dòng)時(shí)的反接制動(dòng)過(guò)程相似，則不在作詳細(xì)分析。 SB SB6 按鈕開(kāi)關(guān)分別為冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 的停止、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，控制接觸器 KM4線圈電路的通斷， 達(dá)到控制冷卻泵 M2 的 通斷 運(yùn)行 。 8 3 PLC與觸摸屏 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 任何一個(gè) 控制 系統(tǒng)的 都是由輸入部分，邏輯部分和輸出部分組成。我們 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng) 以PLC 與 觸摸屏 屏 控制系統(tǒng) 取代 傳統(tǒng) 繼電器控制系統(tǒng)的邏輯控制線路部分， 輸入部分為車床控制控制系統(tǒng)的控制按鈕（ SB1SB9） ,速度繼電器監(jiān)測(cè)主軸電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的正反向常開(kāi)觸點(diǎn)（ KS KS2） ,及熱繼電器常閉觸點(diǎn)（ FR FR2） ,輸出部分為機(jī)床控制系統(tǒng)的接觸器線圈（ KM1KM6） ,中間繼電器線圈（ KA），照明燈（ HL） ,其余情況 如下： (1)原車床的工藝加工方法不變 。 (5)原有控制功能不變的情況下，把主軸電機(jī)起動(dòng)改為 Y/△起動(dòng)、取消降壓電阻。 ④ 主軸制動(dòng)時(shí)采用 Y 接法 。 因此，可得改造后的 系統(tǒng) 主電路圖，見(jiàn)圖 31。 在功能上除了能自動(dòng)切換外，還具有刀開(kāi)關(guān)類手動(dòng)開(kāi)關(guān)所不能實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離操作功能和失壓（或欠壓）保護(hù)功能。當(dāng)斷開(kāi)電磁 線圈中的電流時(shí)，磁場(chǎng)消失，接觸器在彈簧的作用下恢復(fù)到斷開(kāi)的狀態(tài) 。 它用于在控制電路中傳遞中間信號(hào)。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。 保護(hù)電器的選擇 （ 1） 熔斷器 熔斷器在電路中主要 作 短路保護(hù) 和嚴(yán)重過(guò)載保護(hù) ，用于保護(hù)線路。 （ 2） 熱繼電器 熱繼電器 是 利用電流熱效應(yīng)原理 來(lái) 工作的 保護(hù) 電器，具有與電動(dòng)機(jī)容許過(guò)載特性相近的反時(shí)限 保護(hù)特性。 選 型 原則： 應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的 使用 條件、 工作環(huán)境、 啟動(dòng) 情況、負(fù)載性質(zhì) ，電動(dòng)機(jī)的 形 式以及電動(dòng)機(jī)允許的過(guò)載能力等加以考慮。 主軸電機(jī)電路熱繼電器選取型號(hào)為： JR3663,整定電流 為： 60A；冷卻泵電路熱繼電器選取型號(hào)為： JR3620，整定電流為： 。 一般選取的原則為允許通 過(guò)的電流大于或等于電路的額定電流 ，按此選擇轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。 目前常用的按鈕 開(kāi)關(guān)盒為 LA4 系列產(chǎn)品 ， 本次設(shè)計(jì)選擇的 按鈕開(kāi)關(guān) 型 號(hào)為 LA43H。 圖 32 速度繼電器結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)子是一塊固定在軸上的永久磁鐵。定子柄推動(dòng)觸頭的同 時(shí)，也壓縮反力彈簧，其反作用阻止定子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。一般速度繼電器的動(dòng)作轉(zhuǎn)速為120r/min，觸頭復(fù)位轉(zhuǎn)速為 100r/min 以下。 負(fù)載類 型 ：晶體管只能帶直流負(fù)載，而繼電器帶交、直流負(fù)載均可。 晶體管帶負(fù)載的能力小于繼電器帶負(fù)載的能力，用晶體管時(shí)，有時(shí)候要加其他東西來(lái)帶動(dòng)大負(fù)載（如繼電器，固態(tài)繼電器等）。 繼電器輸出 型 原理是 CPU 驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，令觸點(diǎn)吸合，使外部電源通過(guò)閉合的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，其開(kāi)路漏電流為零，響應(yīng)時(shí) 間慢（約 10ms）。 繼電器是機(jī)械元件所以有動(dòng)作壽命，晶體管是電子元件，只有老化，沒(méi)有使用次數(shù)限制。 17 PLC 的 I/O 電氣接線圖 由 I/O 口分配表可以知道， 輸入部分：按鈕 SB1 為整個(gè)控制系統(tǒng)的停止開(kāi)關(guān) ； 按鈕 SB SB3 及 SB4 分別控制主軸電機(jī) M1 的正反轉(zhuǎn)及點(diǎn)動(dòng)控制； 按鈕 SB SB6分別控制冷卻泵電機(jī)的 M2 啟動(dòng)與停止； 按鈕 SB SB8 分別控制 HL 的照明于熄滅；按鈕 SB9 控制快進(jìn)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)； 熱繼電器常閉開(kāi)關(guān) FR1， FR2 分別為 M M2 的過(guò)載保護(hù) ； 速度繼電器 KS KS2 分別輔助主軸電機(jī) M1 的正反轉(zhuǎn)制動(dòng)。以下為 GT1155QSBDC部分參數(shù)資料。 分辨率： 320*240(點(diǎn)） 。 重量： 。 觸摸屏人界面設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì) 使用 GT Designer3 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)， 畫面建立大概步驟為： 先 新建 一個(gè)基本畫面， 軟件 自動(dòng)編號(hào)為 1，然后 新建 其他畫面，并 依 次編號(hào)設(shè)置好， 我 此次 共設(shè)計(jì)了 5 幅 人機(jī)畫面 ， 即， （ 1） 開(kāi)機(jī) 畫面 ， （ 2） 系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面， （ 3） 主軸電機(jī)監(jiān)控畫面， （ 4） 冷卻泵電機(jī)監(jiān)控畫面， （ 5） 快進(jìn)電機(jī)監(jiān)控畫面 。 8 個(gè)位指示燈分別為 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、 Y 形 、 △形 、 KS KSFR照明分別指示主軸電機(jī)的正 反轉(zhuǎn)運(yùn)行、 Y 形 運(yùn)行、 △形 運(yùn)行，速度繼電器 KS 正反向常開(kāi)指示，熱繼電器 FR1 的正常指示， 車床照明指示， 圖示為常態(tài)。 圖 37冷卻泵 電機(jī)監(jiān)控畫面 如 圖 37 所示 ， 設(shè)置有 2 個(gè) 位 開(kāi)關(guān)，為啟動(dòng)、停止 分 別控制冷卻泵電機(jī)的啟動(dòng)與停止 ； 2 個(gè)位指示燈，為冷卻泵、 FR2 分別指示冷卻泵的運(yùn)行指示和熱繼電器的正常運(yùn)行指示，圖示為常態(tài)。 觸摸屏畫面 的 位開(kāi)關(guān)、位指示燈相關(guān)設(shè)置 ， 見(jiàn) 觸摸屏畫面位開(kāi)關(guān) 、 位指示燈 對(duì)應(yīng)設(shè)置 一覽表 ，如表 34 所示 。 圖 39 PLC與觸摸屏控制系統(tǒng)聯(lián)機(jī)電氣接線圖 24 程序設(shè)計(jì) （ 1） 主軸電機(jī) 正反轉(zhuǎn)啟動(dòng) 程序 設(shè)計(jì) 。 如梯形圖所示，當(dāng)主軸 電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn) Y0 閉合，接通 Y3 線圈，同時(shí) T0 開(kāi)始 計(jì) 時(shí)， 5S 后動(dòng)作，其 常閉觸點(diǎn)斷開(kāi) Y3 線圈得電通路， 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通 Y2 線圈，實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī) 正 轉(zhuǎn) Y/△啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)速度降到 100r/min 時(shí)，正轉(zhuǎn)時(shí)已閉合的 X13 觸點(diǎn)斷開(kāi)，線圈 M3 失電、同時(shí) Y1線圈、 Y3 線圈也失電，他們的相應(yīng)觸點(diǎn)恢復(fù)常態(tài)，及時(shí)切斷反接制定電源，主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)停機(jī)而又防止了主軸電機(jī)反向起動(dòng)，完成主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行的反接制動(dòng) 過(guò)程。 如梯形圖所示， X M12 為主軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制，當(dāng)按下 SB4 或觸摸觸摸屏上的“點(diǎn)動(dòng)”，則對(duì)應(yīng)的 X3 或 M12 閉合，接通 Y0 線圈，其常開(kāi)觸點(diǎn) Y0 閉合并接通 Y3 線圈，主軸電機(jī)正轉(zhuǎn) Y 形點(diǎn)動(dòng) ，松開(kāi) SB4 或觸摸觸摸屏的手指離開(kāi)“點(diǎn)動(dòng)”，則 Y0 線圈 、 Y3線圈 失電，相應(yīng)觸點(diǎn)恢復(fù) 常態(tài)， 主軸電機(jī)停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主軸 電機(jī)的正轉(zhuǎn) Y 形點(diǎn)動(dòng)。 27 （ 6） 快進(jìn)電機(jī)點(diǎn)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 。 X M15 為 HL 熄滅控制，當(dāng)按下 SB8 或觸摸觸摸屏“熄滅”，則對(duì)應(yīng)的 X7 或 M15失電， 斷開(kāi) Y7 得電通路， Y7 線圈失電， HL 熄滅。 當(dāng)按下控制按鈕 SB2 或在觸摸屏觸摸“正轉(zhuǎn)”，則對(duì)應(yīng)的 X1 或 M10 閉合 ， 接通輔助繼電器 M0 的線圈 并自鎖 ； 其位于第五邏輯行的常開(kāi) 觸點(diǎn) M0 閉合，接通 Y0 線圈（ X11 常開(kāi)觸點(diǎn)在 PLC 通電后即為閉合狀態(tài)） ；位于第七邏輯行的常開(kāi) 觸點(diǎn) Y0閉合 ，接通 Y3 線圈 。 ② 主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)控制。 在 主軸電機(jī)反 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)速達(dá)到 120r/min 時(shí)，第三邏輯行 X14 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，為主軸電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)反接制動(dòng)做好準(zhǔn)備。 如梯形圖第三邏輯行所示， X0、 M13 為主軸停車制動(dòng)控制（兼有冷卻泵、照明停止工作運(yùn)行） ，主軸正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)， 當(dāng) 按下 SB1 或觸摸觸摸屏上的“總?！保瑒t 輔助繼電器 M0 線圈 、 Y0 線圈 、 Y2 線圈、 T0 線圈、 T1 線圈、 Y6 線圈失電，他們的相應(yīng)觸點(diǎn)同時(shí) 也 恢復(fù)常態(tài)，切斷主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行電源，主軸電機(jī) 自然停機(jī)。 如梯形圖第三邏輯行所示， X0、 M13 為主軸停車制動(dòng)控制（兼有冷卻泵、照明停止工作運(yùn)行），主軸反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)按下 SB1 或觸摸觸摸屏上的“總?！?，則輔助繼電器 M1 線圈、 Y1 線圈、 Y2 線圈、 T0 線圈、 T1 線圈、 Y6 線圈失電，他們的相應(yīng)觸點(diǎn)同時(shí)也恢復(fù)常態(tài)，切斷主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行電源，主軸電機(jī)自然停機(jī)。如梯形圖第十邏輯行所示， X M16 為冷卻泵啟動(dòng)控制、 XM1為冷卻泵的停止運(yùn)行控制。如梯形圖所示， X M18 為快進(jìn)電機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制，當(dāng) 按下SB9 或觸摸觸摸屏“點(diǎn)動(dòng)”時(shí)，則對(duì)應(yīng)的的 X10 或 M18 閉 合，接通 Y5 線圈，快進(jìn)電機(jī)點(diǎn)動(dòng)，當(dāng)復(fù)位 SB9 或手離開(kāi)觸摸觸摸屏“點(diǎn)動(dòng)”， Y5 線圈失電斷開(kāi)，快進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)。當(dāng)不需要照明時(shí)，按下 SB8 或觸摸觸摸屏“熄滅”，則對(duì)應(yīng)的 X7 或 M15 失電，斷開(kāi) Y7 得電通路， Y7 線圈失電， HL 熄滅。 圖 41 拖動(dòng)板演示接線圖 1 圖 42 拖動(dòng)板演示接線圖 2 如圖所示 ， 我們本次設(shè)計(jì)是采用電力拖動(dòng)板來(lái)演示 C650 臥式車床改造后功能的實(shí)現(xiàn)，在電力拖動(dòng)板中我們使用紅色燈泡來(lái)指示主軸電機(jī)的 正 轉(zhuǎn)，綠色燈泡來(lái)指示主 34 軸電機(jī)的 反 轉(zhuǎn)運(yùn)行，冷卻泵電機(jī)與快進(jìn)電機(jī)各用一個(gè)綠色燈泡來(lái)指示其運(yùn)行 ，照明使用白織燈來(lái)指示 ；由于沒(méi)有使用到電機(jī)，所以我們以兩個(gè)按鈕來(lái)分別代替速度繼電器的正 、 反向常開(kāi)關(guān) KS KS2，以人工控制的方式（ 主軸啟動(dòng) 一定時(shí)間手動(dòng)按下，當(dāng)按下主軸制動(dòng)按鈕時(shí)，一定時(shí)間 后 松開(kāi)讓其復(fù)位常態(tài)）來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)制動(dòng) 功能的演示。有無(wú)斷相。 圖 43 系統(tǒng)演示拖動(dòng)板調(diào)試圖 1 圖 44 系統(tǒng)演示拖動(dòng)板調(diào)試圖 2 反轉(zhuǎn)運(yùn)行圖片 正轉(zhuǎn)運(yùn)行圖片 35 由 上面圖片很容易看出，因照明燈過(guò)于亮，很難明顯看出指示情況，故 以 下使用觸摸屏來(lái) 說(shuō)明 （照片）。 （ 2） 本次設(shè)計(jì)使用的是 GT Designer3 軟件設(shè)計(jì) 觸摸屏畫面 ，當(dāng) 單擊“寫入到 GTO”時(shí) 觸摸屏?xí)r會(huì)自動(dòng)跳出“通訊設(shè)置”頁(yè)面 ， 應(yīng)將通訊設(shè)置設(shè)置為“ USB” ,然后進(jìn)入 “ 與 GTO 的通訊 ” 頁(yè)面， 在選 寫入模式 時(shí)應(yīng) 選“選擇寫入數(shù)據(jù)”，再勾上“基本畫面”和“公共設(shè)置” ， 然后就可以 GTO 寫入了。 （ 6） 主電動(dòng)機(jī)不能點(diǎn)動(dòng)：可能原因?yàn)椋c(diǎn)動(dòng)按鈕常開(kāi)觸點(diǎn) SB2 損壞或接線脫落等。 本 次畢業(yè) 設(shè)計(jì) 我們 使 用 PLC 與觸摸屏 屏控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的 繼電器 控制系統(tǒng) ， 對(duì)C650 臥式車床 進(jìn)行控制 ， （ 鑒于沒(méi)有 C650 臥式車床 ，我們本次設(shè)計(jì)采用了電力拖動(dòng)板來(lái)演示改造后 車床的 基本功能的實(shí)現(xiàn) ）