CW6136B型普通车床继电器控制系统的PLC的改进设计
一、设计题目
CW6136B型普通车床继电器控制系统的PLC的改进设计
二、设计步骤
1、了解和熟悉CW6136B型普通车床的工艺过程和机械动作情况，根据已知的继电器电器原理图分析和掌握控制系统的工作原理（了解被控对象）。
2、根据CW6136B型普通车床电气原理图统计PLC的输入信号和输出信号，并确定这些信号的性质（开关量还是模拟量，直流量还是交流量，电压的大小等等）。
3、根据系统复杂程度，I/O点数以及所需存储器的容量等因素确定所需的PLC型号。
4、主要元器件型号的选择（原来不能使用的）。
5、通过列表给输入/输出信号分配元件号。表中体现各信号的意义和符号。此步骤即为设计硬件接线图做好了准备，也为设计梯形图做好了准备。
6、设计PLC的外部硬件接线图及其他电器原理图。
7、电器元件布置图。
8、电器安装接线图。
9、设计梯形图程序。
三、设计任务书
1、绘制CW6136B型普通车床继电器电气原理图，并分析控制系统的工作原理。
主控电路图设计
CW6136B型普通车床由主轴电动机M1，冷却泵电动机M2，快速进给电动机M3三台电动机拖动。当按下主轴电动机M1的启动按钮SB3或SB4时，接触器KM1通电闭合，主轴电动机M1启动运转；当按下主轴电动机M1的停止按钮SB1或SB2时，接触器KM1失电释放，主轴电动机M1断电停转。当主轴电动机M1启动运转后，按下冷却泵电动机M2的启动按钮SB6，冷却泵电动机M2启动运转。快速进给电动机M3是一个点动控制，即当按下点动按钮SB7时，快速进给电动机M3启动运转，松开点动按钮SB7时，快速进给电动机M3停转。
如图1所示，为CW6136B型普通车床继电器电气电路原理图。
根据CW6163B型普通车床的继电器电气原理图，分析工作原理.先介绍一下“动作序列图”，即用图解的方式来说明控制线路中各元件的动作状态，线圈的得电与失电状态等.动作符号规定如下：
1）用带有“ⅹ”或“√”作为上角标的线圈的文字符号来表示元件线圈的失电或得电状态。
2）用带有“+”或“-”作为上角标的文字符号来表示元件触点的闭和或断开状态.
下面用“动作序列图”来分析控制系统的工作原理：
主轴电动机M1启动操作：
SB3+或SB4+→KM1√→KM1+主触头吸合，M1启动.
↘ →KM1+辅助常开触点吸合，自锁.
冷却泵电动机启动操作：
SB6+→KM2√→KM2+主触头吸合，M2启动.
↘→KM2+辅助常开触点吸合，自锁.
快速进给电动机点操作：
SB7+→KM3√→KM3+主触头吸合，M3启动.
主轴电动机M1停止操作：
SB1-或SB2-→KM1ⅹ→KM1-主触头释放脱开，M1停止运转.
↘→KM2ⅹ→KM2-主触头释放脱开，M2 停止运转.
冷却泵电动机停止操作：
SB5-→KM2ⅹ→KM2-主触头释放脱开，M2 停止运转.
2、系统改造的现实意义。
目前PLC已经广泛应用于所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，PLC的应用范围不断扩大，发展也十分迅速，在工业自动控制系统中占有极其重要的地位。其主要优点如下所示：
1）可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。而PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，如在硬件方面采用了屏蔽、滤波、电源调整与保护、隔离及模块结构等措施来增加PLC的可靠性；在软件方面，设置了自诊断、警戒时钟WDT、信息保护和恢复等措施；此外，PLC还采用周期扫描、集中采样、集中输出的工作方式，这些都极有效的提高了自身的抗干扰能力，并可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，使PLC成为广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一，被誉为“不会损坏的仪表”。
图1 CW6136B型普通车床接触器—继电器电气控制电路原理图
2）功能强，性能价格比高
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺控等功能，还具有较强的数值处理功能、模拟量输入输出处理功能、通信联网功能等；此外，还能扩展位置控制、运动控制等各种特殊功能的智能模块。与相同功能的继电器控制相比，具有很高的性能价格比。
3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组合成不同功能、不同规模的系统。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。
4）编程方法简单易学
目前，梯形图是使用最多的PLC的编程语言，其电路符号和表达式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。
5）系统的设计安装调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。同时PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。
6）体积小，重量轻，能耗低
由于半导体集成电路的应用，PLC的体积相对很小，一台收音机大小的PLC具有相当于三个1.8m高的继电器柜的功能，节省电能达50%以上。例如，日本松下电工社的FP0系列机型小巧精致，一个控制单元只有25mm宽，高度为90mm，长为60mm，甚至扩充至I/O口为128点，总宽度也只有105mm。
3、PLC的选型。
PLC是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制，被广泛应用于各个领域，因为它具有几个突出的特点：可靠性高，抗干扰强；编程简单，易于掌握；功能完善，灵活方便；体积小，质量轻，功耗低。PLC机型的选择和安装知系统所需I∕O点数较少（如在十几点以下），控制要求教简单.该系统的I∕O点数为10点（其中输入7点，输出3点），选择PLC机型得留有一定的余量以便满足今后生产的发展或工艺的改进.对存储容量的选择。
因此，对PLC的选型应具体考虑一下几个方面：
1）结构合理
2）功能相当
3）机型统一
4）容量满足(通常I/O点数可按实际需要的10%～15%考虑裕量)
5）其他特殊要
根据以上要求在日本松下电工（NAIS）公司生产的FP系列产品FP0、FP1、FP2、FP3、FP5、FP10等多个系列中选择较早进入中国市场的FP1系列，FP1系列属于整体式结构的小型化PLC产品，该产品系列有紧凑小巧的C14型与C16型，还有具高级处理功能的C24、C40、C56、C72型等多种规格。根据CW6136B型普通车床的功能，应选择FP1-C14，其外部接线图如图1，它属于标准型，I/O点数分配为8个输入点，6个输出点。
图2 CW6136B型普通车床FP1-C14型PLC控制的外部接线图
根据FP1-C14型PLC的外部接线图统计PLC的输入和输出信号及其信号的性质
① 输入信号：
主轴电动机M1停止按钮 SB1、 SB2
主轴电动机M1启动按钮 SB3、SB4
主轴电动机M1热继电器 KR1
冷却泵电动机M2停止按钮 SB5
冷却泵电动机M2启动按钮 SB6
冷却泵电动机M2热继电器 KR2
② 输出信号：
主轴电动机M1接触器 KM1
冷却泵电动机接触器 KM2
快速进给电动机接触器 KM3
上述信号均属开关量，交流电压量，电压大小可见于电气控制原理图，根据以上分析可列出CW6136B型普通车床PLC的输入和输出点分配表，见表1。
表1
4、元器件型号的选择。
表2
5、系统主电路和PLC接线图及其他电气原理图的设计。
图3 CW6136B型普通车床PLC控制系统主电路和PLC接线图
6、电器元件布置图。
如图4所示，为CW6136B型普通车床PLC控制的电器元件布置图。
7、电气安装接线图的设计。
如图5所示，为CW6136B型普通车床PLC控制的电气安装接线图。
8、梯形图的设计。
如图6所示，为CW6136B型普通车床PLC控制梯形图。
图6 CW6136B型普通车PLC控制梯形图
图4 CW6136B型普通车PLC控制电器元件布置图
9、心得体会。
通过这一学期的课程学习和这次课程设计我对电气控制和可编程控制器PLC也有了一定的了解和掌握，在这次学习后，我对接触器控制，PLC程序控制两者不同之处有了深刻的体会。
接触器控制具有自动控制方法简单，工作可靠，成本低，大多是用于有触电控制系统，适用于固定动作要求的控制设备，一旦工作中发生程序变化、错误，就需要重新配线，比较麻烦，不适用于较复杂和控制要求经常改变的场合。
PLC程序控制是在计算机技术基础上发展起来的一种工业自动控制，它编程简单，动作可靠且动作顺序变更容易，一旦工作中发生程序变化，只要改变程序结构即可，其操作灵活，方法简单。
图5 CW6136B型普通车床PLC控制电气安装接线图
10、参考资料。
[1]《电气控制与PLC应用》第二版 范永胜 主编 中国电力出版社
[2]《PLC电气控制与组态设计》松下部分 周美兰 主编 科学出版社
[3]《流行PLC使用及设计》机床部分 贺哲荣 主编 西安电子科技大学出版社
[4]《可编程控制器实训指导》 机械工业出版社
[5]《工业生产自动化》 王威 主编 科学出版社
CW6136B型普通车床继电器控制系统的PLC的改进设计
