一台普通卧式车床的PLC控制系统设计

一台普通卧式车床的PLC控制系统设计

高波 ,高娟梅

陕钢集团龙钢公司能源管控中心   陕西  韩城  715400

一、普通卧式车床控制简介

一） 、PLC控制线路设计

1. 主电路设计

根据电气传动的要求，由接触器1KM、2KM、3KM分别控制电动机1M、2M、3M。

机床的三相电源由电源引入开关Q引入。主电动机1M的过载保护，由热继电器1FR实现，它的短路保护可由机床的前一级配电箱中的熔断器充任。冷却泵电动机2M的过载保护，由热继电器2FR实现。快速移动电动机3M由于是短时工作，不设过载保护。电动机2M、3M设有短路保护熔断器1FU。

2. 控制电路设计

考虑到操作方便，主电动机1M可在操作板上和刀架上分别设起动和停止按钮1SB、2SB、3SB、4SB进行操纵，接触器1KM与控制按钮组成自锁的起停控制电路。

冷却泵电动机2M由5SB、6SB进行起停操作，装在操作板上。

快速电动机3M工作时间短，为了操作灵活由按钮7SB与接触器3KM组成点动控制电路。

3. 信号指示与照明电路设计

可设电源指示灯2HL（绿色），在电源开关Q接通后，立即发光显示，表示机床电气线路已处于供电状态；设指示灯1HL（红色）表示主电动机运行。这两个指示灯可由接触器1KM的动合和动断两对辅助触点进行切换通电显示。

设照明灯HL为安全照明（36V安全电压）。

4. 控制电路电源。

考虑安全可靠及满足照明指示灯的要求，控制线路的电压为127V，照明电压为36V，指示灯电压为6.3V。

二. 控制系统内容及基本步骤

1、深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求

被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制任务分成几个独立的部分，有利于编成和测试。

2、确定I/O设备

根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入设备、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。

3、 选择合适的PLC类型

PLC类型，包括机型容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等，从对产品的熟程度及产品本身的可靠性及改造的要求，我们选择三菱系列的产品。

1）输入输出(I/0)点数的估算

I/O点数的确定应以控制设备所需的所有输入/输出点数总和为依据。在一般情况下，PLC 的I/O点应该有适当的余量。通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。

2）PLc存储器容量的估算

程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小，因此存储器容量应大于程序容量。容量的计算大体上是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数(16位为一个字)，另外再按此数的25%考虑余量。该PLC有24点且为数字量，则所需的存储容量估算为：24*15*（1+25%）=450 （字）

450*16/1024=7.3KB  取整： 8KB

3）LC通讯功能的选择

该PLC需要满足的通讯功能没有特殊的要求。

4）电源的选择

根据我国的电网用电实用标准，我们选择电源为AC220的PLC

5）PLC机型的选择

PLC的类型：PLC按结构分为整体型和模块型两类;整体型PLC的I/0点数较少且相对固定，因此用户选择的余地较小，通常用于小型控制系统。

根据控制系统的要求，与以上分析与计算，我们选择三菱FX2系列的整体型PLC，型号为：

FX2N-48MR-001 输入点： 24，24 继电器输出

三. PLC对普通卧式车床的工作原理

1、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。

　　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。

2、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。

3、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。

4、主电动机反接制动

1）主电动机断电
　　按下停止按钮SB，第4支路X0断开，M110断电，使第5支路的常开触头M110断开，不再执行MC至MCR之间的主控电路，第9支路的Y0因之断电。
　　主电路中KM1断开，主电动机M1断电降速，但只要主电动机M1转速大于100r/min，速度继电器的正转触头KS1仍闭合，而第1支路的M103因自锁而通电。
　　按下停上按钮SB会使第9支路的常闭辅助触头X0断开，Y0断电，电气控制主电路中受Y0控制的主触头KM1将断开。

2）进入反接制动状态
　　松开停止按钮SB，使SB由按下状态切换成未按下状态，则第4支路X0恢复闭合，M110通电，第5支路的M110闭合，接通并执行MC至MCR之间的主控电路。
　　第1支路中的常闭辅助触头X0也恢复闭合，所以M103通电，此时第22支路的M103保持闭合。由于主电动机M1转速大于100r/min，KS1处于闭合状态，第22支路的X11保持闭合，导致T3通电，计时开始。
　　当T3计时时间到达后，第16支路的T3闭合，使第15支路的Y1通电，主电路中KM2闭合，电动机M1进入反接制动状态，主电动机M1迅速降速。

3）T3延时的作用
　　T3延时0.5S作用体现在电气控制主电路中，KM1主触头先断开，0.5S后KM2主触头再闭合，杜绝了KM1与KM2瞬时的同时接通状态，有助于避免电动机绕组烧损。

4）M1停转
　　当主电动机M1降速至100r/min以下时，速度继电器的正转触头KS1断开，使22支路的X11断开，T3失电，导致第16支路的T3断开，Y1断电，主电路中KM2断开，反接制动结束，主电动机M1停转。

5.反转停止进入反接制动
　　若起动时按下SB3，主电路中主触头KM3、KM2间隔0.5S先后接通，电动机M1将反向起动运行。之后松开停止按钮SB，将进入反转停止反接制动过程。

6、主电路工作电流监视

　　主电动机正反转起动过程中，因辅助继电器M101、M102中必有一个通电，所以第19支路的T5通电，10S计时开始。计时到达后，第21支路的T5闭合，导致Y5通电，主电路中的常闭触头KT断开，交流电流表A进行工作电流监视，从而使A避开较大的起动工作电流。

参考文献：

[1] 社彭利标编著. 可编控制器原理及应用. 西安电子科技大学出版,2005

[2] 陈宇编著. 可编程控制器基础及编程技巧. 广州华南理工大学出版社,1999

[3] 杨长能,张兴颜编. 可编程序控制器基础及应用. 重庆大学出版社,1998

[4] 郑瑜平编著. 可编程序控制器.  北京航空大学出版社,2000：230-300