C650车床的控制线路用PLC改造设计-上课

C650普通车床电气控制系统的PLC 改造普通车床是应用非常广泛的金属切削工具，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍大量使用。

由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在：①触点易被电弧烧坏而导致接触不良，②机械方式实现的触点控制反映速度慢，③继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、 灵活性差等缺点。

因而造成了这些企业的生产率低下，效益差，反过来这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床。

因此，当务之急就是对这些普通车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。

由于可编程控制器（PLC ）具有：①通用性、适应性强，②完善的故障自诊断能力且维修方便，③可靠性高及柔性强等优点，且小型PLC 的价格目前亦很便宜，因此在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用。

车床是最常见的一种机床,它的主运动为主轴回转运动,刀架的移动为进给运动,车削加工一般不要求反转,但加工螺纹时,为避免乱扣,需要反转退刀,并保证工件的转速与刀具的移动速度之间具有严格的比例关系,溜板箱与主轴箱之间通过齿轮传动系统连接, C650卧式车床是其中较为常见的一种,其原控制电路为继电器控制,接触触点多.故障多.操作人员维修任务较大.针对这种情况,我们用PLC 控制改造其继电器控制电路,克服了以上缺点,降低了设备故障率,提高了设备使用效率,运行效果良好。

一、原电气系统分析（一）主要结构与运动分析主要结构：床身、主轴变速箱、尾座、进给箱、丝杠、刀架、溜板箱等。

主运动是主轴通过卡盘或鸡心夹头带动工件的旋转运动，进给运动是溜板带动刀架的纵向或横向运动。

车床的辅助运动包括刀架的快速进给与快速退回，尾架的移动与工件的夹紧与松开等。

主轴采用三相笼型异步电动机拖动，其变速是靠齿轮箱的机械有级调速来实现的 。

加工时一般不要求反转，但在加工螺纹时，为避免乱扣，要求反转退刀。

为了保证螺纹加工的质量，要求工件的旋转速度与刀具的移动速度之间具有严格的比例关系。

为此，车床溜板箱与主轴变速箱之间通过齿轮传动来连接，用同一台电动机拖动。

车床刀架的快速1、4－带轮 2－进给箱 3－挂轮架 5－主轴箱 6－床身 7－刀架8－溜板 9－尾架 10－丝杆 11－光杆 12－床腿移动由一台单独的电动机来拖动，并采用点动控制。

车床备有一台冷却泵电机，拖动冷却泵，实现刀具的冷却。

（二）电力拖动形式及控制要求（1）主电机功率为30kW。

主电机由接触器控制实现正反转，其调速通过主轴变速机构的操作手柄，主电机采用了反接制动。

（2）刀架的进给运动由主轴电动机带动，用进给箱调节加工时的纵向和横向进给量。

（3）快移电动机功率为2.2kW，并采用点动控制。

（4）单向旋转的三相异步电动机拖动冷却泵，供给刀具切削时使用的冷却液。

（三）电气控制线路分析1. 主电路QS为电源开关。

熔断器FU1为主电动机 M1的短路保护，热继电器FR1为其过载保护。

限流电阻R在主轴点动时，限制起动电流，在停车反接制动时又限制过大的反向制动电流。

电流表PA用来监视主电动机M1的绕组电流，由于 M1功率很大，故 PA接入电流互感器 TA 回路。

当主电动机启动时，电流表PA被短接，机床工作时，可调整切削用量，使电流表 PA的电流接近主电动机 M1额定电流的对应值。

KM1、KM2为正反转接触器，KM3用于短接电阻R接触器。

KM4为接通冷却泵电动机 M2的接触器，热继电器FR2为 M2的过载保护。

KM5接通快速电动机M3的接触器，由于M3点动短时运转，故不设置热继电器。

主电机切削消耗功率大，但起动电流小，全压起动。

2. 控制电路（1）主轴电动机的点动控制原理：按下点动按钮SB2不松手→接触器KM1线圈通电→主轴电动机M1进行降压起动和低速运转（限流电阻R串入电路中）。

当松开SB2→KM1线圈随即断电→主轴电动机M1停转。

（2）主轴电动机的正反转控制正向起动按钮SB3→KM3线圈通电→常开辅助触点KM3（5－15）闭合→KA线圈通电→KA常开触点（5－10）闭合→KM3线圈自锁保持通电，同时KA线圈也保持通电。

SB3未松开时，由于KA的另一常开触点（9－ 6）闭合→KM1线圈通电→KM1的辅助常开触点（9－10）也闭合（自锁）→主电动机M1全压正向起动运行。

松开SB3后，由于KA的二个常开触点（5－10 、9－6 ）闭合，形成自锁通路。

KM3线圈通电时，通电延时时间继电器KT通电，使电流表避免受起动电流的冲击。

SB4为反向起动按钮，反向起动过程同正向时类似。

（3）主电动机的反接制动控制C650车床采用反接制动方式，用速度继电器KS进行检测和控制。

4（线号）→SB1常闭触点（4－5）→KA常闭触点（5－11）→KS正向常开触点KS-1（11－13）→KM1常闭触点（13－14）→KM2线圈（14－8）→FR1常闭触点（8－3）→3（线号）主电动机M1就被串电阻反接制动，正向转速很快降下来，当降到很低时，KS的正向常开触点KS-l断开复位，从而切断了上述电流通路。

（4）刀架的快速移动和冷却泵控制转动刀架手柄，限位开关SQ（5－19）被压动而闭合→接触器KM5线圈通电→快速移动电动机M3运转；当刀架手柄复位时，M3随即停转。

按下SB6（16－17）→接触器KM4线圈得电并自锁→冷却泵电动机M2起动运转；按下SB5（5－16）→接触器KM4线圈失电→M2停转。

3.辅助电路TC为控制变压器，二次侧有二路，一路为127V，提供给控制电路；另一路为36V（安全电压），提供给照明电路。

置灯开关SA（30－31）于通状态时，照明灯EL（30－33）点亮；置SA为断状态时，EL就熄灭。

四、C650卧式车床电气控制线路的特点l）主轴的正反转不是通过机械方式来实现，而是通过电气方式，从而简化了机械结构。

2）主电动机的制动采用了电气反接制动形式，并用速度继电器进行控制。

3）控制回路由于电器元件很多，故通过控制变压器TC同三相电网进行电隔离，提高操作和维修时的安全性。

4）采用时间继电器KT对电流表PA进行保护。

5）中间继电器KA起着扩展接触器KM3触点的作用。

二、改造方案的确定1、原车床的工艺加工方法不变;2、在保留主电路的原有元件的基础上,不改变原控制系统电气操作方法;3、电气控制系统控制元件包括(按钮.行程开关.热继电器.接触器)，作用与原电气线路相同；4、主轴和进给起动.制动.低速.高速和变速冲动的操作方法不变；5、改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现。

三、PLC改造（一）C650车床控制元件配置图1 C650车床电气控制主电路图1是C650车床的主电路，配置三台电动机M1、M2、M3。

主电动机M1由停止按钮SB、点动按钮SB1、正转按钮SB2、反转按钮SB3、热继电器常开触头FR1、速度继电器正转触头KS1、速度继电器反转触头KS2、正转接触器主触头KM1、反转接触器主触头KM2、制动接触器主触头KM3等控制。

冷却泵电动机M2由停止按钮SB4、起动按钮SB5、热继电器常开触头FR1、接触器主触头KM4等控制；快移电动机M3由限位开关SQ、接触器主触头KM5控制；电流表A由中间继电器触头KA控制。

电气控制元件PLC控制的I/O配置见下表，C650车床PLC控制I/O接线见图2。

表 C650车床PLC控制元件配置表图2 C650车床PLC控制I/O接线图图3是C650车床PLC控制梯形图，编程时使用了MC主控指令和MCR主控复位指令。

车床上电后，由于停止按钮SB、热继电器FR未动作，所以第4支路的X0、X7闭合，M110通电，导致第5支路M110闭合，程序执行MC主控指令至MCR主控复位指令之间的主控程序。

图3 C650车床PLC控制梯形图二、主电动机正反转控制1.正转控制按下主电机正转按钮SB2，第6支路X2闭合，由于X3、M102均未动作，所以M101通电并通过第7支路的M101自锁。

引起以下3个结果：①第8支路M101闭合，T1开始0.5S计时；②第12支路M101辅助常闭触头断开，使反转起动辅助继电器M102断电，实现正转与反转的互锁。

③第17支路的M101闭合，Y2通电，主电路中KM3吸合，使串电阻R短接。

当第8支路T1延时0.5S到达后，导致第9支路T1闭合，因第9支路的Y1处于闭合状态，所以Y0通电；敬第15支路的Y0断开，主电路中主触头KM1闭合。

电动机M1正向起动运行。

2.T1的延时作用T1延时0.5S确保了主电路中KM3先吸合，使串电阻R短接，然后再接通M1正转控制主触头KM1；否则，接触器KM1、KM3接通的指令几乎同时从PLC控制软件中发出，可能导致KM1先接通、KM3后接通，串电阻R不能先短接。

电动机M1起动后，转速上升，当转速升至100r/min时，速度继电器的正转触头KS1闭合，第22支路的X11闭合，为正转反接制动作好准备。

3.反转控制及T2延时按下SB3，电动机M1将反向起动运行，通过T2延时0.5S的作用确保主电路中KM3先吸合，使串电阻R短接，然后再接通M1反转主触头KM2。

三、主电动机点动控制按下正转点动按钮SB1，第2支路和第5支路的X1均闭合，通过第2支路的X1使第1支路的M103通电，并通过第3支路的M103自锁。

同时第22支路的M103也闭合，为T3通电作好准备。

车床一旦上电，第5支路的M110立即闭合，此时因本支路中的X1闭合，所以M100通电，使第10支路M100闭合，第9支路Y0通电，第22支路的常闭辅助触头Y0断开。

车床电气控制主电路中因第9支路Y0通电，接触器主触头KM1吸合，主电动机M1正转起动升速，转速大于100r/min后，速度继电器的正转触头KS1保持闭合。

同时第22支路的X11闭合，为反接制动作好准备。

四、点动停止和反接制动1.M1断电降速松开正转点动按钮SB1，第2支路和第5支路的X1均断开，第5支路的M100断电，第10支路的M100随即断开，第9支路Y0断电，第22支路的Y0触头闭合。

导致主电路中主触头KM1断开，主电动机M1断电降速运转。

2.M1反接制动由于降速初期，速度继电器触头KS1处在闭合状态，所以第22支路中的X11闭合，加之本支路的Y0触头闭合，所以T3通电，开始延时。

T3延时到达后，第16支路的T3触头闭合，导致第15支路Y1通电，主电路中主触头KM2吸合，主电动机M1反接制动。

3.反接制动结束转速降到低于100r/min时，速度继电器的正转触头KS1断开，第22支路的X11断开，使T3断电，第16支路的T3触头断开，第15支路的Y1随之断电。

主电路中KM3主触头断开，反接制动结束，主电动机M1停转。

4.T3的延时作用T3延时0.5S的作用是确保先断开KM1，再接通KM2；否则KM2先于KM1断开前接通，将导致主电动机M1绕组烧损。