课程设计报告课程名称电气控制技术系别：机电工程技术系专业班级：自动化1101 学号： 1109101035 姓名：乔志文课程题目：CA6140车床控制电路的分析与设计完成日期： 2014.6.23 指导老师：李俊华2014年 6 月23日课程设计目的电气制线路图的设计方法和AUTOCAD绘图规则。

了解主电路和控制电路接触器继电器硬件电路的经验设计方法和接线方法。

熟悉西门子S7-200PLC的工作原理，并设计出I/O点的外部接线和定义其相关变量，并进行梯形图和指令表的编制，最后通过硬接线调试其工作状态。

课程设计要求1、主电动机M1正反转运行并进行星型-三角型降压启动。

2、不采取制动。

3、主电动机M1启动后冷却泵M2才能启动，实现顺序控制。

4、电动机M3快速启动。

5、控制系统采用 S7-200PLC 来实现。

6、用 AUTOCAD 绘制电气原理图和 PLC 端子接线图。

7、采用梯形图和指令表进行程序编制。

8、硬件调试。

课程设计内容1、根据控制要求，对CA6140车床电气控制线路图的硬件设计并用AUTOCAD 绘制其主电路和控制线路硬接线。

2、据控制系统要求和I/O点的选型，编制PLC程序并进行硬件调试。

3、对系统的设计过程进行详细说明。

课程设计简要操作步骤1、收集资料，充分了解控制系统要求，明确设计任务。

2、电气线路图总体设计。

根据设计要求设计出主电路和控制线路。

3、选择电器元器件，确定电器元器件明细表。

用 AUTOCAD 画出电气原理图，并作简要分析。

4、软件设计。

根据控制要求确定 I/O 分配表，编制梯形图和对应指令表程序。

5、系统硬件调试。

6、整理编写课程设计说明书。

课程设计心得体会心得体会组员自己完成课程设计评语及成绩评语成绩指导教师（签名）2014年6月日目录1 CA6140车床简介 (1)1.1车床拖动系统的发展 (1)1.2 CA6140的发展现状 (1)2 设计要求和设计原理 (2)2.1设计要求 (2)2.2 CA6140车床电气控制原理图 (2)2.3 CA6140卧式车床的主要运动形式及控制要求 (3)2.4继电器控制电路设计 (3)2.5 照明电路设计 (5)3 PLC控制设计 (6)3.1 硬件电路组成 (6)3.2硬件原理图 (7)3.3电气元件符号表示和I/O分配表 (7)3.3.1电气元件符号表示 (7)3.3.2 I/O输入与输出分配表 (8)4 软件设计......................................... 错误！未定义书签。

4.1梯形图 (10)4.2语句表 (11)总结 (13)参考文献 (14)附录............................................... 错误！未定义书签。

1 CA6140车床简介1.1车床拖动系统的发展20世纪初，由于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机代替蒸汽机，机床的电气传动随电动机的发展而发展。

电气传动的控制方式亦经历了一个从低级到高级的发展过程。

最初采用手动控制。

最早的自动控制是20世纪20、30年代出现的继电接触器控制，它可以实现对控制对象的起动、停车、凋速、自动循环以及保护等控制。

它所使用的控制器件结构简单、价廉、控制方式直观、易掌握、工作可靠、易维护，因此在机床控制卜得到长期、广泛的应用。

它的缺点是体积大、功耗大、控制速度慢、改变控制程序困难，由于是有触点控制，在控制复杂时可靠性降低。

为了解决复杂和程序可变控制对象的需要，在20世纪60年代出现了顺序控制器。

它是继电器和半导体元件综合应用的控制装置，具有程序改变容易、通用性较强等优点，广泛用于组合机床、自动线上。

随着计算技术的发展，又出现了以微型计算机为基础的具有编程、存储、逻辑控制及数字运算功能的可编程控制器PLC。

1.2 CA6140的发展现状CA6140是一种应用广泛的金属切削机床，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业任大量使用。

能够车削外圆、内圆、螺纹、螺杆等，它采用继电器接触器电路来实现电气控制系统。

但由于大量的使用了继电器与接触器，再加上继电器系统接线复杂，经常造成接触不良，而且原件老化快，设备故障频繁，不便于维修，故障诊断与排除困难，并存在：1、触电容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、灵活性差影响到实际的生产运用。

因此当务之急就是对CA6140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。

2设计要求和设计原理2.1设计要求设计主要要求：1、主轴电机M1实现星型三角形降压启动和正反转。

2、电机M1启动才冷却泵电机M2启动，M2实现常动有过载保护，冷却泵电机M2能独立的停止。

3、进刀电机M3能独立的启动和停止。

2.2 CA6140车床电气控制原理图1、主电路电动机M1、M2、M3，具体电路图如图2-1所示：图 2-1 主电路2、主轴电动机M1的控制首先合上刀开关QS1→按下启动按钮SB2→KM1线圈得电→KM1主触头闭合辅助触头自锁→KM1常开闭合常闭断开→KM2线圈和时间继电器KT得电→KM2主触头闭合和KT闭合电机低压启动起来；当时间继电器KT延时时间到→常开KT触头闭合→KM3线圈得电→KM3主触头闭合辅助触头自锁→KM3常开闭合、常闭断开→KM2线圈失电→KM2主触头断开，达到M1电机星型三角形降压启动。

3、冷却泵电动机的控制主轴电机M1启动后→按下按钮SB4→KM5线圈得电→KM5主触头闭合→KM5常开闭合自锁→冷却泵电机M2启动起来。

按下按钮SB5→线圈KM5失电→KM5主触头断开，冷却泵电机停止。

M1和M2之间存在联锁关系。

4、快速移动电动机M3的控制快速移动电动机M3是由接触器KM6进行的点动控制。

按下按钮SB6→接触器KM6线圈通电→KM6主触点闭合→电动机M3启动，拖动刀架快速移动；松开SB6按钮→M3停止。

快速移动的方向通过装在溜板箱上的十字手柄扳到所需要的方向来控制。

2.3 CA6140卧式车床的主要运动形式及控制要求1、主电路控制要求：（1）主轴电动机M1星型三角形降压启动。

（2）车削螺纹时要求主轴电机M1有正反转。

2、辅助电路控制要求：（1）运动形式：刀架的快速移动控制要求：由刀架快速移动电动机拖动，该电动机M3可直接启动，也不需要正反转和调速。

（2）运动形式：加工过程的冷却控制要求：冷却泵电动机M2和主轴电动机M1要实现顺序控制，冷却泵电机M2也不需要正反转和调速。

2.4 继电器控制电路设计1、控制电路采用110V交流电压供电，通过控制变压器TC得到，由熔断器FU3作短路保护。

具体电路图如图2-2所示。

图 2-2 控制电路图2、工作原理（1）首先合上刀开关QS1→按下启动按钮SB2→KM1线圈得电→KM1主触头闭合辅助触头自锁→KM1常开闭合常闭断开→KM2线圈和时间继电器KT得电→KM2主触头闭合和KT闭合电机低压启动起来；当时间继电器KT延时时间到→常开KT触头闭合→KM3线圈得电→KM3主触头闭合辅助触头自锁→KM3常开闭合、常闭断开→KM2线圈失电→KM2主触头断开，达到M1电机星型三角形降压启动。

（2）按下停止按钮SB1→KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6线圈失电，主轴M1、M2、M3电机停止。

（3）按下按钮SB3→KM4和KM3线圈同时得电→KM3和KM4主触头闭合辅助触头闭合→KM3常开闭合常闭断开→KM2线圈失电→KM2主触头断开→电机M1反转运行。

（4）主轴电机M1启动后→按下按钮SB4→KM5线圈得电→KM5主触头闭合→KM5常开闭合自锁，冷却泵电机M2启动起来。

按下按钮SB5→线圈KM5失电→KM5主触头断开，冷却泵电机停止。

（5）按下点动控制按钮SB6→M3电机控制线圈KM6得电主触头闭合，进刀电机启动运行；实现快速移动换刀电机M3运行。

（6）过载、短路保护热继电器FR1\FR2任何一个触电断开，接触器KM2、KM3断电，所以电机M1停止工作；过载、短路保护熔断器FU1断开，所有电机及照明断电停止工作。

2.5 照明电路设计照明电路采用24V安全交流电压。

照明电路由开关SQ1接24V低压灯泡LED 组成，灯泡的另一端必须接地，以防止变压器原绕组和副绕组间发生短路时发生触电事故。

故熔断器FU2是照明电路的短路保护器件如图2-3所示：图 2-3 照明电路3 PLC控制设计3.1 硬件电路组成PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：1、电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

2、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。

它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

3、存储器；存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

4、输入输出接口电路（1）现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC 与现场控制的接口界面的输入通道。

（2）现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

5、功能模块如计数、定位等功能模块。

6、通信模块如以太网、通讯模块等。

3.2硬件原理图硬件可明确工作原理如图3-1所示：图3-1 硬件图3.3电气元件符号表示和I/O分配表3.3.1电气元件符号表示在PLC中每个元件表示符号具有不同形式和不同类型，FU1、FU2、FU3是主电路、照明电路、控制电路熔断器，FR1、FR2是M1、M2电机热继电器；SB1总停止开关；SB2是M1电机启动按钮；SB3是M1电机反转；SB4和SB5是控制冷却泵电机启动与停止；SB6是换刀电机启动按钮；电机电气元件符号与功能说明，见表3-1：表3-1 电器元件符号与功能说明序号符号功能说明1 FR1 主轴电机M1热继电器2 FR2 冷却泵电机M2热继电器3 SB1 总开关4 SB2 主轴启动按钮5 SB3 主轴电机M1反转按钮6 SB4 冷却泵启动按钮7 SB5 冷却泵停止按钮8 SB6 换刀按钮9 FU1 FU2 FU3 熔断器过载保护与短路保护10 KM1 电机启动M1接触器11 KM2 电机M1星型启动接触器12 KM3 电机M1三角形启动接触器13 KM4 主轴电机M1反转启动接触器14 KM5 冷却泵电机M2启动接触器15 KM6 电机M3换刀接触器16 KT 通电延时继电器3.3.2 I/O输入与输出分配表I/O地址分配表3-2：表3-2 I/O分配表4 软件设计4.1梯形图梯形图是一种图形语言，它沿用继电器的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，并增加了一些继电接触控制图中没有的符号，因此梯形图与继电接触器控制图的形式及符号有许多相同或相仿的地方。