皖西学院课程设计报告书系别：机电学院专业：13电气学生姓名：许志坤张云翔学号：20130112122013011219课程设计题目：PLC控制的C6140型普通车床的电气控制起迄日期: 2016.5.16 - 2016.5.28 课程设计地点:PLC电气控制实验室指导教师:翁志刚下达任务书日期: 2016年 5月15日摘要数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。

数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。

但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。

如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。

因此，普通机床的数控化改造大有可为。

针对现有常规C6140普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。

本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了C6140机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。

采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。

通过对C6140普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，性能价格比高。

这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作用。

本次改造主要针对车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜及数控系统进行了改造，改造方法简单、改造操作步骤便于实施。

而且掌握了一些CAM、CAD等制图软件的应用和论文的撰目录1绪论 (3)1.1设计目的及意义 (3)1.2C6140的现状 (3)2 C6140车床电气控制原理 (4)2.1 电气控制原理 (4)2.2.2C6140卧式车床的控制要求 (4)3硬件选型 (5)3.1电气元件明细表 (5)3.1.1电动机的选择 (5)3.1.2 热继电器FR1、FR2 (5)3.1.3 熔断器FU1、FU2、FU3、FU4 (5)3.1.4 接触器KM1,KM2及KM3 (6)3.1.5 转换开关SA4 (6)3.1.6导线的选择 (6)3.2制定电器位置图 (7)4 PLC控制电路设计 (8)4.1PLC基本原理及选用 (8)4.2I/O统计 (8)4.3PLC的I/O接线 (9)4.4 PLC控制过程分析 (9)4.5梯形图程序 (10)5 系统调试 (11)6总结 (13)参考文献 (14)致谢 (15)1绪论1.1设计目的及意义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】。

1.2C6140的现状C6140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.CA6140车床电气控制原理2.1电气控制原理根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机M1、M2、M3，具体电路图如图2-1所示。

图2-1主控制电路设计C6140型普通车床共有三台电动机拖动。

其中M1为主轴电动机，M2为冷却泵电动机，M3为快速移动电动机。

按钮SB_2为主轴电动机M1的启动按钮，SB_1为主抽电动机M1的停止按钮，按钮SB_3为快速移动电机M3的点动按钮，手动开关SA4为冷却泵电动机M2的启动开关。

2.2 C6140卧式车床的控制要求主轴电动机M1的控制要求：按下启动按钮SB_2，接触器KM闭合，主轴电动机M1启动运转；按下停止按钮SB_1，接触器KM释放，主轴电动机M1停止运转。

冷却泵电动机M2的控制要求：主轴电动机M1启动后（也只有在主轴电动机启动后），将手动开关SA4扳至闭合位置，中间继电器K1闭合，冷却泵电动机M2启动运转；将SA4扳至断开位置时，中间继电器K1释放，冷却泵电动机M2停止运转。

快速移动电动机M3的控制要求：按下点动按钮SB_3，中间继电器K2通电闭合，快速移动电动机M3启动运转；松开点动按钮SB_3，中间继电器K2断电释放，快速移动电动机M3停转。

当热继电器KR1,KR2任意一个常闭触点断开，接触器KM、中间继电器K1、K2断电，电动机M1,M2,M3停止运转。

所以此电路设计了短路和过载保护的功能。

3.硬件选型3.1电气元件明细表3.1.1电动机的选择M1主轴电动机：Y系列电动机具有体积小、重量轻、运行可靠，结构坚固，外形美观等特点，起动性能好，具有效率高等特点，达到了节能效果。

而且噪声低、寿命长、经久耐用。

Y系列电动机适用于空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所。

Y132-4-B3型号电动机功率为7.5kW，频率为50Hz，转速为1450r/min，功率因素COSφ为，0.85效率为87%，堵转转矩为2.2n.m，最大转矩为2.3n.m，所以此类型电动机能符合电路配置，并能有效完成工作【3】。

M2冷却泵电动机：AOB-25机床冷却泵是一种浸渍式的三相电泵，它由封闭式三相异步电动机与单极离心泵组合而成，具有安装简单方便.运行安全可靠.过负荷能力强.效率高.噪声低等优点，适合作为各种机床输送冷却液、润滑液的动力。

此电动机输出功率为90W，扬程为4米，流量为25升/分，出口管径为1/2吋，能有效配合M1电动机使用。

M3快速移动电动机：AOS5634功率为250W，电压为380V，频率为50Hz，转速为1360转/分，E级。

3.1.2 热继电器FR1、FR2主电动机M1额定电流15.4A,KH1应选用JR16-20/3D型热继电器，热元件电流为20A整定电流调节范围较大，工作时将额定电流调到15.4A.M2的工作电流只有0.32A，故选用JR2-1型热继电器，热元件整定电流调节范围较小，工作时调整在0.32A。

3.1.3 熔断器FU1、FU2、FU3FU对整机进行短路保护的熔断器，选用BZ001型熔断器，配用40A熔断体。

FU1、FU2、FU3均选用BZ001型熔断器，分别配用1A,4A,1A的熔断体。

3.1.5 接触器KM1,KM2及KM3接触器KM1根据主电动机的额定电流等于15.4A，控制回路电源电压110V，需主触点3对，动合辅助触头2对，根据以上情况，选用CJ0-20B型交流接触器，电磁线圈电压为110V.KM2,KM3也采用同样方式选取交流接触器型号分为JZ7-44,JZ4-44。

3.1.7转换开关SA4SA4开关，钥匙式，型号为LAY3-Y/Z。

3.1.8导线的选择在安装电器配电设备中，经常遇到导线选择的问题，正确选择导线是项十分重要的工作，如果导线的截面积选小了，电器负载大易造成电器火灾的后果；如果导线的截面积选大了，造成成本高，材料浪费。

导线的载流量与导线截面有关，也与导线的材料、型号、敷设方法以及环境温度等有关，根据以下数据，主电路选择BVR-2.5mm2铜芯导线，控制电路BVR-1mm2铜芯导线。

电气元件明细表要注明各元器件的型号、规格及数量等，如表3-1所示。

KM2 交流接触器JZ7-44 线圈110V 1 控制冷却泵电动机M2 已有KM3 交流接触器JZ4-44 线圈110V 1 快速移动电动机M3 已有QF 低压断路器DZ15L-40/3901 380V 20A 1 漏电自动开关开关已有SB1 按钮LA219-11 500V 5A 1 主轴启动已有SB2 按钮LA -01JZ 1 主轴停止已有SB3 按钮LA9 500V 5A 1 快速移动电动机M3点动已有SA4 钥匙式开关LAY3-Y/Z 1 M3开关已有FR1 热继电器JR16-20/30 （10-16）/15.4A 1 M1过载保护已有1 M2过载保护已有FR2 热继电器JR16-20/30 （0.25-0.35）/0.32AFU1 熔断器BZ001 1A 3 冷却泵M2的短路保护已有FU2 熔断器BZ001 4A 3 快速电动机M3短路保护已有FU3 熔断器BZ001 1A 2 变压器的短路保护已有PLC 软件FX2N FX2N-48MR-001 1 实现控制购买3.2制定3.10 电器位置图为了使我们能直观地了解其电气系统，便于维修，图3-1绘制了电器在C6140车床上的位置。

其他电器，如熔断器、变压器、接触器、继电器等装在电器箱内的控制面板上【5】。

图3-1 CA6140车床电器位置图图3-1 CA6140车床电器位置图图3-1 CA6140车床电器位置图4 PLC控制电路设计4.1PLC基本原理及选用PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。

然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。