基于plc的电动镗床控制系统设计

基于plc的电动镗床控制系统设计内容摘要：

L、 LAD、 FBD 三种编程语言，可以在 三者之间随时切换； 唐 山 学 院 毕 业 设 计 10 (4)STEP 7Micro/WIN 提供软件工具帮助您调试和测试您的程序。 这些特征包括：监视 S7200 正在执行的用户程序状态，为 S7200 指定运行程序的扫描次数，强制变量值等。 图 31 编程软件 STEP7Micro/WIN 主界面 可编程控制器的选型 在西门子 S7200 系列 PLC 中，又有 CPU22 CPU22 CPU22 CPU226等之分，由于 T68 卧式镗床 电气控制部分涉及较多的输入 /输出端口，并且其控制逻辑非常复杂，出于对其端口以及程序容量的考虑， 所以 在本次设计中 选择了CPU226 作为该控制系统的主机。 S7200 系列 PLC 系统由基本单元（主机）、 I/O 扩展单元、功能单元和外部设备等组成。 S7200 PLC 基本单元（主机）的结构形式为整体式结构。 本次设计中使用的是 S7200 系列 CPU226 小型 PLC。 小型 PLC 系统由（主机箱）、 I/O 扩展单元、文本、图形显示器、编程器等组成。 CPU226 主机箱体外部设有 RS485 通信接口，用以连接编程器（手持式或 PC 机）、文本、图形编辑器、 PLC 网络等外围设备；还设有工作方式开关，模拟电位器， I/O 扩展接口 ，工作状态指示灯和用户程序存储卡。 I/O 接线端子排及发光指示灯等。 1 基本单元 I/O CPU226 集成 24 输入 /16 输出共 40 个数字量 I/O 点，可连成 7 个扩展模块。 13KB 程序和数据存储空间。 CPU226 主机共有 ~、 ~、 ~ 24 个输入点和 ~、~ 14 个输出点。 唐 山 学 院 毕 业 设 计 11 2 基本单元 I/O 及扩展 CPU226PLC 主机的输入点数为 24 点，输出点数为 16 点，可扩展的模块数为 7。 3 高速反应性 CPU226 有 6 个高速计数脉冲输入端（ ~），最快的响应速度为 30KHZ。 用于捕捉比 CPU 扫描周期更快的脉冲信号。 CPU226 有 2 个高速脉冲输出端（ 、 ） ,输出脉冲频率可达 20KHZ。 用于 PT0(高速脉冲束 )和 PWM(宽度可变脉冲输出 )高速脉冲输出。 PLC 对 T68 镗床的设计 整体设计简介 在本设计中原镗床的工艺加工方法不变， 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，电气控制系统控制元件（包括按钮、行程开关、热继电瑞、接触器），作用与原电气线路相同，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，改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现。 本机床的电力拖动系统由两台三相交流异步电动机组成。 因为功率较小，所以均采用接触器直接起动控制线路。 M1 是主电动机，由 主轴电动机 M1 正转接触器 KM1 与 主轴电动机 M1 反 转接触器 KM2 控制其正向转动和反向转动的起动与停止。 交流接触器 KM3 用来短路限流电阻 R。 M1 的过载保护电器是 FR。 M2 是主轴箱和工作台的快速移动电动机，功率为 ，转速为 1460r/min。 因为快速移动是短时间工作，所以不设过载保护。 利用西门子 S7200PLC 对 T68 镗床的改造 1 镗床主电路 分析 主电动机为双速电动机，用以实现拖动机床的主运动和进给运动，功率为5. 5/7. 5KW，转速为 1460/2880r/min。 主电路中有两台电动机， M1 为主轴与进给电动机，绕组接法为△ / YY。 M2 为快速移动电动机。 电动机 M1 由 5 个 接触器控制， KM1 和 KM2 控制 M1 的正反转， KM3 控制 M1 的低速运转， 在点动、制动以及变速中的脉动慢转时，在定子电路中 均串入限流电阻 R，以减少启动和制动电流。 KM KM5 控制 M1 的高 低 速运转。 FR 对 M1 进行过载保护。 主电动机高低速的变换由主轴孔盘变速机构内的限位开关 SQ 控制。 在常态下， SQ 断开低速；当 SQ 被压下时，接通高速。 接触器 KM KM5 用来改变主电动机定子绕组的联接方法。 当 KM4 的主触点闭合，绕组接成三角形，主电动机的转速为 1460r/min。 当 KM4 的主触点断开， KM5 的主触点闭合时，绕组接唐 山 学 院 毕 业 设 计 12 成双星形，主电动机的转速为 2880r/min。 T68 镗床的主电路如图 32 所示： 图 32 T68 镗床的主电路 2 I/O 分配表 本次设计一共用了 18 个输入， 9 个输出；使用了五个输入按钮，分别为停止按 钮；电动机 M1 正、反转启动按钮；电动机 M1 正、反转点动按钮；用了十三个开关量，分别为高低速转换行程开关； 主轴变速、啮合开关；进给变速、啮合开关；工作台或主轴箱机动进给开关；工作台或平旋盘机动进给开关；主轴或平旋盘机动进给开关 ； M2 快速正、反转开关；主轴过载动作；速度继电器正、反转开关；照明开关。 使用了九个输出量分别为：主轴电动机 M1 正、反转接触唐 山 学 院 毕 业 设 计 13 器；主轴定子短接电阻接触器；主轴电动机 M1 高、低速运转接触器；快速移动电动机 M2 正、反转接触器；运行监控指示灯；照明指示灯。 I/O 分配表如表 31 所示： 表 31 I/O 分配表 输入 输出 元件名称、代号 输入点 元件名称、代号 输出点 主轴电动机 M1制动停止按钮 SB6 主轴电动机 M1 正转接触器 KM1 主轴电动机 M1正转启动按钮 SB1 主轴电动机 M1 反转接触器 KM2 主轴电动机 M1反转启动按钮 SB2 主轴定子短接电阻 KM3 主轴电动机 M1正转点动按钮 SB3 主轴电动机 M1 低速运转接触器 KM4 主轴电动机 M1反转点动按钮 SB4 主轴电动机 M1 高速运转接触器 KM5 高低速转换行程开关 SQ 快速移动电动机 M2 正转接触器 KM6 主轴变速开关 SQ1 快速移动电动机 M2 反转接触器 KM7 主轴啮合开关 SQ2 运行监控 HL 进给变速开关 SQ3 照明 HL 进给啮合开关 SQ4 工作台或主轴箱机动进给开关 SQ5 主轴 或平旋盘机动进给开关 SQ6 M2 快速正转开关 SQ7 M2 快速正 转开关 SQ8 主轴过载动作 FR 速度继电器正转 KS1 速度继电器反转 KS2 照明开关 SA 3 外部接线图 如图 33 所示 为 T68 卧式镗床的 外部接线图 ，图中 输入量与相应的按钮和开关进行链接，其中， SQ 为高低速转换开关， SQ SQ2 为主轴开关， SQ SQ4为进给开关。 用此开关对其进行一个变速的设置。 SQ SQ6 在此设置中起到一唐 山 学 院 毕 业 设 计 14 个保护的作用，这两个开关一旦同时动作此工作台将停止工作。 其输出量与相应的接触器进行 链接。 图 33 外部接线图 4 电气控制的过程 (1)主电动机转动控制 1)主电动机的正向点动控制 按下正向点动按钮 SB3，输入继电器 得电，输出继电器 得电，同时输出继电器 也得电 ， 交流接触器 KM KM4 通电吸合 ， 其主触点闭合，接通电源。 这时，因为接触器 KM5 无电，所以主电动机定子绕组接成三角形。 又因为交流接触器 KM3 无电，以限流电阻 R 串接入主电动机的电源电路中。 这样，主电动机定子绕组接成三角形，经限流电阻 R 接通三相电源，主电动机起动正向旋转。 松开正向点动按钮 SB3，输入继电器 断电，输出继电器 断电，同时输出继电器 也断电，接触器 KM1 和 KM4 断电释放，他们的主触点断开，切除电源，主电动机停转。 其主电动机的正向点动梯形图如图 34 所示： 唐 山 学 院 毕 业 设 计 15 图 34 主电动机的正向点动 2)主电动机的反转点动控制 控制线路及其控制原理均和正向点动相似，只要把点动按钮 SB3 换成 SB4，输入继电器 换成 ，输出继电器 换成 ，交流接触器 KM1 换成KM2 即可。 其主电动机的反向点动梯形图如图 35 所示： 图 35 主电动机的反向点动 3)主电动机正 向低速转动控制 主电动机低速转动时，限位开关 SQ 的动合触点 处于断开位置， 和 处于闭合位置。 按下主电动机正向起动按钮 SB1，输入继电器 得电，内部继电器 得电并自锁，输出继电器 得电， 与 的得电，又使输出继电器 得电， 的得电，又使输出继电器 得电。 输出继电器、 、 的相继得电，使接触器 KM KM1 和 KM4 得电。 KM3 的主触点闭合，将限流电阻 R 短路。 KM1 的主触点闭合，引入三相电源。 KM4 的主触点闭合，接通主电动机 M1 的三相电源。 因为高速转动交流接触器 KM5 无电，唐 山 学 院 毕 业 设 计 16 所以主电动机定子绕组接成三角形，在全电压 (不经限流电阻 R)下起动正向低速旋转。 其主电动机的 正向低速转动 梯形图如图 36 所示： 图 36 主电动机的 正向低速转动 4)主电动机反向低速转动控制 控制线路及其控制原理均和正向低速转动时相似，只要把正向转动起动按钮SB1 换成反向转动起动按钮 SB2，输入继电器 换成 ，内部继电器 换成 ，输出继电器 换成 ，接触器 KM1 换成 KM2 即可。 其主电动机的反向低速转动 梯形图如图 37 所示： 唐 山 学 院 毕 业 设 计 17 图 37 主电动机的 反向低速转动 5)主电动机正向高速转动控制 需要主电动机高速转动时，通过变速机构的机械动作，将行程开关 SQ 的动合触点闭合。 输入继电器 得电，为时间继电器 T37 的得电作准备。 按下正向转动起动按钮 SB1，输入继电器 得电，内部继电器 得电并自锁。 输出继电器 、 、 得电 ， 交流接触器 KM KM KM4 先后得电吸合，主电动机定子绕组接成三角形在全电压下正向低速转动， 得电的同时，时间继电器 T37 得电。 经过 3 秒左右的延时，时间继电器 T37 延时断开的动断触点断开，输出继电器 断电，低速转动接触器 KM4 断电释放。 同时，时间继电器 T37 延时闭合的动合触点闭合，输出继电器 得电，高速转动接触器KM5 通电吸合，将主电动机定子绕组接成双星形并重新接通三相电源，使主电动机从低速正向转动变为高速正向转动。 其主电动机的正向高速转动梯形图如图 38 所示： 唐 山 学 院 毕 业 设 计 18 图 38 主电动机的 正向高速转动 6)主电动机反向高速转动控制 控制线路及其控制原理均和正向高速转动相似，只要把正向转动起动按钮SB1 换成反 向转动起动按钮 SB2，输入继电器 换成 ，内部继电器 换成 ，输出继电器 换成 ，接触器 KM1 换成 KM2 即可。 其主电动机的反向高速转动梯形图如图 39 所示： 唐 山 学 院 毕 业 设 计 19 图 39 主电动机的反向高速转动 7)M1 正反转控制的梯形图 用 PLC 来完成对 M1 的正反转控制，需要 PLC 内部继电器 、 作为正反转控制的辅助继电器，为了可靠地保证正反转的切换，要用定时器 T37和 T38 来完成 的转换延时，如图 310 所示： 唐 山 学 院 毕 业 设 计 20 图 310 M1 正反转控制 (2)主电动机的反接制动控制 反接制动由停止按钮 SB1 和速度继电器 KS 控制。 速度继电器分为正转 KS1和反转 KS2两种 ,在电动机转速较高时 ,KS1(正转时 )和 KS2(反转时 )的动合触点闭合。 当电动机转速降到速度继电器的复位转速时，速度继电器的动合触点断开。 1)主电动机正向转动时的反接制动控制线路 主电动机正向转动时，正向速度继电器 KS1 的动合触点闭合。 需要停车时，按下停止按钮 SB6，输入继电器 动断触点断开。 如果原来为低速转动，交流接触器 KM KM KM4 断电释放；如果原来为高速转动 ，则交流接触器 KMKM KM5 断电释放，限流电阻 R 接入电动机电路。 虽然电动机已和电源断开，但由于惯性作用，主电动机仍以较高的速度正向转动。 速度继电器 KS1 触点为闭合状态。 在按下 KS1 时，输入继电器 其动合触点闭合，输出继电器 得电，交。