【正文】 作元件的功能 。 4. 有完善的限位保護(hù)、電機(jī)過流保護(hù)等保護(hù)功能 。具體要求如下： ①．主軸具有正、反轉(zhuǎn)起停功能和正轉(zhuǎn)點(diǎn)動功能 。 ③ . 主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)起動時采用 Y/△起動 。 ⑤ . 冷卻泵電機(jī)起?？刂乒δ?。 本次 畢業(yè) 課題 設(shè)計介紹了 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。 經(jīng)反復(fù)調(diào)試，該項(xiàng)技術(shù)可推廣應(yīng)用于自動化其他領(lǐng)域的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，車削精度更高。我們選定了 C650 車床為 改造 對象 ， 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) 。 C650 型 臥式車床簡介 C650 臥式車床 屬于中 型 車床，可加工的最大工件回轉(zhuǎn)直徑為 1020mm，最大工件長度為 30000mm，它主要由床身、主軸 變速箱、尾座、進(jìn)給箱、絲桿、光桿、刀架和溜板箱等組成 ，如圖 11。 車床有三種運(yùn)動 形 式：車削加工的主運(yùn)動是主軸通過卡盤或者雞心夾頭帶動工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，它承受車削加工時的主要切削功率；進(jìn) 2 給運(yùn)動是溜板帶動刀架的縱向或橫向運(yùn)動；輔助運(yùn)動為溜板箱的快速移動，尾座的移動和工件的夾緊 與 放松。機(jī)床車削加工時，要求車床主軸能在較大范圍內(nèi)變 速。車床縱、橫兩個方向的進(jìn)給運(yùn)動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)動方式有手動與機(jī)動兩種。因此， C650 臥式車床溜板箱與主軸變速箱之間通過齒輪傳動來連接，由同一臺電動機(jī)拖動。 (3) 電流表 A 經(jīng)電流互感器 TA 接在主電動機(jī) M1 的動力回路上，用來監(jiān)測電動機(jī)的負(fù)載情況。 M1 電動機(jī)采用直接啟動的方式，可正反兩個方向旋轉(zhuǎn)，為加工方便，還具有點(diǎn)動功能。 (5) 車削加工中，為防止刀具和工件的溫度過高，延長刀具使用壽命，提高加工質(zhì)量，車床附有一臺單方向旋轉(zhuǎn)的冷卻泵電動機(jī) M2，功率為 。電動機(jī)可根據(jù)使用需要，隨時手動控制起停。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。 （ 2） 不改變原控制系統(tǒng)電氣操作方法和按鈕、手柄等操作元件的功能。 （ 4） 有完善的限位保護(hù)、電機(jī)過流保護(hù)等保護(hù)功能。具體要求如下： ① 主軸具有正、反轉(zhuǎn)起停功能和正轉(zhuǎn)點(diǎn)動功能。 ③ 主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)起動時采用 Y/△起動。 ⑤ 冷卻泵電機(jī)起?？刂乒δ?。 ⑦ 照明電路改為 PLC 控制，有啟停控制功能 。 組合開關(guān) QS 為電 5 源開關(guān)， 將電源引入。 R 為限流電阻， 當(dāng) 主軸點(diǎn)動時，限制啟動電流，在停車反轉(zhuǎn)制動時，又起限制過大的反向 制動電流的作用。圖中時間繼電器的常閉開關(guān) KT 作用是短 接 電流表 A，在機(jī)床剛開始啟動時 ， 以讓電流表躲避啟動 尖峰 電流 沖擊 ，待時間繼電器延時一定時間后，常閉 KT 斷開，電流表 A接入電 路 ，開始 監(jiān)測 主軸電動機(jī)繞組電流。 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。 FU2 為冷卻泵電動機(jī) M2 的短路保護(hù)熔斷器， KM4 為控制 M2 運(yùn)行的接觸器， FR2為 M2 過載保護(hù)熱繼電器。 主電動機(jī)點(diǎn)動控制 分析 如圖 21， SB2 為控制主電動機(jī)的按鈕開關(guān)，當(dāng)按下 SB2 且不松手時，接觸器 KM1線圈 通 電， KM1 主觸點(diǎn) 閉合接通電路，這時接觸器 KM3 線圈沒有接通，電網(wǎng)電壓經(jīng)限流電阻接入主電動機(jī) M1，從而減少了起動電流。因此，當(dāng)松開 SB2 后， KM1 線圈隨即斷電，主電動機(jī) M1 停止運(yùn)行。所以，在非頻 繁點(diǎn)動的一般工作時，仍然采用了全壓直接啟動。同時 KA 的常閉觸點(diǎn)將停車制動的基本電路 切 除。 與此同時， KM1 的常開輔助觸點(diǎn)（ 1315）閉合，與之前閉合的兩個 KA 常開觸點(diǎn)（ 71 913） 形 成自鎖通路，當(dāng) SB3 松開后，從而 KM1 保持通電。 在 KA 常開觸點(diǎn)（ 719）閉合 KM3 通電的同時，通電延時 時間繼電器 KT 通電，開始延時，時間到后，其主電路的常閉觸點(diǎn)斷開，此時電流表接入電路開始監(jiān)測主電動機(jī) M1 的繞組電流。 主電動機(jī)反接制動分析 如圖 21， C650 臥式車床采用反接制動方式進(jìn)行停車制動，使用速度繼電器 KS（ 3 區(qū)）進(jìn)行檢測 與 控制。而主電動機(jī)因慣性仍然運(yùn)轉(zhuǎn)，因速度不可能立刻降下來 （ n 100r/min） ，所以速度繼電器 KS1（ 1723）仍閉合，當(dāng) SB1（ 35）復(fù)位時 —— KS1（ 1723）與控制反接制動電路的 KA 常閉輔助觸點(diǎn)（ 717）一起接通接觸器 KM2 的線圈 電路，電流通路是： TC（ 110V）→ FU5 （ 13） → SB1 常閉觸點(diǎn)（ 35）→ FR1（ 57）→ KA 常閉觸點(diǎn)（ 717）→ KS 正向常開觸點(diǎn) KS1（ 1723）→ KM1 常閉觸點(diǎn)（ 2325）→ KM2 線圈 （ 425）→ FU5（ 24）→ TC 。 反轉(zhuǎn)時的反接制動過程與正轉(zhuǎn)停車制動時的反接制動過程相似，則不在作詳細(xì)分析。 7 快速電動機(jī)與冷卻泵電動機(jī)控制分析 如圖 21， 若要 使快速電動機(jī)動作 (刀架快速移動 ),則轉(zhuǎn)動刀架手柄 ,使其壓合位置開關(guān) SQ(523),SQ閉合 ,接通 KM5線 圈電路 ,KM5線圈主觸點(diǎn) (5區(qū) )閉合 ,這樣快速電動機(jī) M3 就開始運(yùn)轉(zhuǎn) ,經(jīng)傳動系統(tǒng)驅(qū)動溜板箱 ,帶動刀架 快速移動。 SB SB6 按鈕開關(guān)分別為冷卻泵電動機(jī) M2 的停止、啟動開關(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 。 電流表保護(hù)電路 如圖 21，電流表 A（ 3 區(qū)）經(jīng)電流互感器 TA（ 2 區(qū)）接在主電動機(jī) M1的主電路上，由于在主電動機(jī)在剛啟動時，啟動 尖峰 電流很大，為了讓電流表躲過啟動 尖峰 電流的沖擊，則在線路上設(shè)置了時間繼電器 KT（ 12 區(qū)）的常閉開關(guān) KT（ 3 區(qū)）進(jìn)行保護(hù)。 8 3 PLC與觸摸屏 控制 系統(tǒng)設(shè)計 任何一個 控制 系統(tǒng)的 都是由輸入部分，邏輯部分和輸出部分組成。輸出部分為控制各種負(fù)載的 所有 接觸器線圈組成。我們 本次畢業(yè)設(shè)計控制系統(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)測主軸電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的正反向常開觸點(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 。 (3)改造原繼電器控制中的硬件接線，改為 PLC 與 觸摸屏 屏 編程實(shí)現(xiàn) 。 (5)原有控制功能不變的情況下，把主軸電機(jī)起動改為 Y/△起動、取消降壓電阻。 ② 主軸具有點(diǎn)動功能，點(diǎn)動時主軸電機(jī)為 Y 形 接法 。 ④ 主軸制動時采用 Y 接法 。 ⑥ 快進(jìn)電機(jī)點(diǎn)動功能 并采用 按鈕控制 快進(jìn)電機(jī)點(diǎn)動 。 因此，可得改造后的 系統(tǒng) 主電路圖，見圖 31。 電動機(jī)亦 保留原有主軸電機(jī)、冷卻泵電機(jī)、快進(jìn)電機(jī)，并 將主軸電機(jī)改為 Y/△連接 （ 即在剛啟動 或點(diǎn)動及制動時 為 Y 形連接， 在啟動時， 啟動完成后即改為△形連接運(yùn)行 ） ， 詳 見 表 31。 在功能上除了能自動切換外，還具有刀開關(guān)類手動開關(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。 交流接觸器由電磁 機(jī)構(gòu) ， 觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng) 、釋放彈簧機(jī)構(gòu)、輔助觸點(diǎn)及基座等部分組成。當(dāng)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(fù)到斷開的狀態(tài) 。在這次控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計中，采用了 CJ20 系列的交流接觸器，其額定電流應(yīng)在控制電流的 1～ 倍之間 （或經(jīng)驗(yàn)公式2PN 選擇 ， PN為電動機(jī)功率 ） , 在此控制主軸電機(jī)的 KM KM KM KM4， 選取 交流接觸器 型號為： CJ20— 63， 線圈電壓 220V； 控制冷卻泵電機(jī) KM5 和控制快進(jìn)電機(jī)的KM6 選取交流接觸器型號為： CJ20— 10，線圈 電壓 220V。 它用于在控制電路中傳遞中間信號。所以，它只能用于控制電路中。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。 常用的 中間 繼電器 型 號有 JZ JZ14 等。 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)重過載保護(hù) ，用于保護(hù)線路。 一般電氣控制線路中常用螺旋式熔斷器，其常用的產(chǎn)品有 RL RL RL7 和 RL8 系列產(chǎn)品 ，一般選擇熔體熔斷電流應(yīng)為電機(jī)額定電流的 ～ 倍 。 （ 2） 熱繼電器 熱繼電器 是 利用電流熱效應(yīng)原理 來 工作的 保護(hù) 電器，具有與電動機(jī)容許過載特性相近的反時限 保護(hù)特性。 12 也常與 接觸器配合 成電池啟動器 。 選 型 原則： 應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對象的 使用 條件、 工作環(huán)境、 啟動 情況、負(fù)載性質(zhì) ，電動機(jī)的 形 式以及電動機(jī)允許的過載能力等加以考慮。通常熱繼電器選取的額定電流 應(yīng) 為 大于或等于 電動機(jī)額定電流。 主軸電機(jī)電路熱繼電器選取型號為： JR3663,整定電流 為： 60A；冷卻泵電路熱繼電器選取型號為： JR3620，整定電流為： 。 轉(zhuǎn)換開關(guān)由動觸頭（動觸片）、靜觸頭（靜觸片）、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機(jī)構(gòu)及外殼等部分組成。 一般選取的原則為允許通 過的電流大于或等于電路的額定電流 ，按此選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)。 本次設(shè)計選取 HZ10100/3。 目前常用的按鈕 開關(guān)盒為 LA4 系列產(chǎn)品 ， 本次設(shè)計選擇的 按鈕開關(guān) 型 號為 LA43H。主要用于電動機(jī)反接制動控制電路中，當(dāng)反接制動的轉(zhuǎn)速下降到接近零時能自動地及時切斷電源。 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。速度繼電器的軸與電動機(jī)軸相連，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動， 形 成旋轉(zhuǎn)磁場。定子柄推動觸頭的同 時，也壓縮反力彈簧，其反作用阻止定子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。調(diào)整反力彈簧的拉力即可改變觸頭動作的轉(zhuǎn)速。一般速度繼電器的動作轉(zhuǎn)速為120r/min，觸頭復(fù)位轉(zhuǎn)速為 100r/min 以下。 1—— 轉(zhuǎn)子 2—— 電動機(jī)軸 3—— 定子 4—— 籠型繞組 5—— 定子柄 6—— 動觸頭 7—— 反力彈簧 8—— 靜觸 頭 14 PLC系統(tǒng) 設(shè)計 確定 PLC I/O 口 地址表 由系統(tǒng)改造要求可確定 I/O 地址表，如表 32 所 示。 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。 電壓：晶體管可接直流 24V（一般最大在直流 30V 左右，繼電器可以接直流24V 或交流 220V。 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，有時候要加其他東西來帶動大負(fù)載（如繼電器，固態(tài)繼電器等）。 一般來說，存在沖擊電流較大的情況時（例如燈泡、感性負(fù)載等），晶體管過載能力較小，需要降額更多。 繼電器輸出 型 原理是 CPU 驅(qū)動繼電器線圈，令觸點(diǎn)吸合，使外部電源通過閉合的觸點(diǎn)驅(qū)動外部負(fù)載，其開路漏電流為零，響應(yīng)時 間慢（約 10ms）。晶體管輸出一般用于高速輸出，如伺服／步進(jìn)等，用于動作頻率高的輸出。 繼電器是機(jī)械元件所以有動作壽命，晶體管是電子元件，只有老化，沒有使用次數(shù)限制。 16 (2)下表為三菱 PLC FX2N 系列 ， 繼電器輸出、晶體管輸出 部分 型 號列表。 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 為整個控制系統(tǒng)的停止開關(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)動控制； 按鈕 SB SB6分別控制冷卻泵電機(jī)的 M2 啟動與停止； 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； 熱繼電器常閉開關(guān) FR1， FR2 分別為 M M2 的過載保護(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。下圖為， PLC 的 輸入、輸出 I/O 電氣接線圖 ，如圖 33。以下為 GT1155QSBDC部分參數(shù)資料。 種類： TFT 彩色觸摸屏 。 分辨率： 320*240(點(diǎn)） 。 顯示顏色： 256 色 。 重量： 。 沖擊電流： 15A 以下（ ） 2ms。 觸摸屏人界面設(shè)計 本次設(shè)計 使用 GT Designer3 軟件進(jìn)行設(shè)計， 畫面建立大概步驟為： 先 新建 一個基本畫面， 軟件 自動編號為 1，然后 新建 其他畫面，并 依 次編號設(shè)置好， 我 此次 共設(shè)計了 5 幅 人機(jī)畫面 ， 即， （ 1） 開機(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 。 圖 34開機(jī)畫面 畫面名稱標(biāo)注 設(shè)置同步時間顯示 注