第10卷第3期 2007年7月 西安文理学院学报：自然科学版 Journal of Xi’an University of Arts＆Science(Nat sci Ed) V01．10 No．3 Jul．2007 文童编号：1008—5564(2007}03—0105．03 基于PLC的车床电气控制系统设计 张改莲，闫红来 (西安外事学院信息工程学院，陕西西安710077) 摘要：介绍了西门子公司的PLC在普通车床0650改造中的应用．给出了(2650车床电气控翩的 软、硬件设计，本系统既可以用于新型车床的开发也可以用于车床的数控改造． 关键词：PLC；梯形图；车床 中图分类号：q2q133 33；TG519．1 文献标识码：A l引言 普通车床是应用非常广泛的金属切削工具，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业 仍大量使用．由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在着固有缺陷．由于它是利用布线组 成各种逻辑来实现控制，需要大量机械触点，因此可靠性不高；当改变生产流程时要改变大量的硬件接 线，甚至重新设计系统，要耗费大量的人力物力，花费很多时间u J。因而造成了这些企业的生产率低下， 效益差，反过来这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床．因此，当务之急就是对这些普通车床进 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，由于可编程控制器(PLC)具有：①通用 性、适应性强；②完善的故障自诊断能力且维修方便；③可靠性高及柔性强等优点，且小型PLC的价格 目前亦很使宜．因此，在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用．本文以C650车床的控制 系统为例，详细说明采用PLC改造传统控制系统的设计过程． 2 C650普通卧式车床的电气控制要求与控制特点 c650普通车床的电力拖动控制要求与特点如下： (1)主轴电动机M1通常选用笼型异步电动机，完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动．电动机采 用直接起动的方式起动，可正反两个方向旋转．为加工调整方便，还具有正向点动功能． (2)停车时和点动完毕均要反接制动．为了防止在频繁点动时，大电流造成电动机过载以及限制反 接制动电流，在点动和反接制动时主电路串接了限流电阻R， (3)为了提高生产效率、减轻工人劳动强度，溜板箱的快速移动由电动机M3单独拖动．根据使用需 要，可随时手动控制起停旧J． (4)车削加工中，为防止刀具和工件的温度过高、延长刀具使用寿命、提高加工质量，车床附有一台 单方向旋转的冷却泵电动机M2，提供冷却液． 3 C650车床电气控制系统的主电路 C650车床的主电路图如图1所示．主电路中有三台电动机．主电动机M1、冷却泵电动机M2和快 收稿日期：2007—04-05 作者简介：张改莲(1978一)，女，西安外事学院信息工程学院教师，西安电子科技大学电路与系统专业硕士研究生 万方数据 

西安文理学院学报：自然科学版 第10卷 速移动电动机M3．主电动机电路接线分为三部 分，第一部分由交流接触器KMl和KN心的两组 主触点构成电动机的正反转接线；第三部分为电 流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动 力回路上，利用一时间继电器KT的延时动合触 点，在起动的短时间内将电流表暂时短接；第三部 分线路通过交流接触器KM3的主触点控制限流 电阻R的接入和切除．电动机M2由交流接触器 KM4的主触点控制其接通与断开；电动机M3由 交流接触器KM5控制． 4 PLC控制电路 4．1 PLC机型选择、硬件连接及I／O地址分配 车床电气控制系统所需的I／O点总数在256 以下，属于小型机的范围．控制系统只需要逻辑运 算等简单功能．主要用来实现条件控制和顺序控 制．为实现0550车床上述的电气控制要求，所以PLC可以选择西门子公司的S7—200系列【3j．它的价 格低，体积小，非常适用于单机自动化控制系统．该机床的输入信号是开关量信号，输出是负载三相交流 电动机接触器等．根据表1可知，车床电气控制系统需要9个外部输入信号，5个输出信号．PLC所具有 的输入点和输出点一般要比所需冗余30％，以便于系统的完善和今后的扩展预留．所以本系统所需的 输入点为12个，输出点为7个．现选择西门子公司生产的研一200系列的CPU224型PLC，24V直流 14点输入，继电器型交流10点输出．I／O地址分配如表l所示，PLC控制的外部接线图如图2所示． 圈1(2650车床的主电路圉 输入元件 地址编号 输出元件 地址编号 表1 I／O地址分配 反接制动按钮SBl 主轴电动机M1的正转按钮SB2 主轴电动机M1的反转按钮SB3 主轴电动机M1的点动按钮S1M 冷却泵电动机M2停止按钮SB5 冷却泵电动机M2起动按钮SB6 快速电动机M3起、停位置开关sQ 速度继电器正转常开触头Ksl 堡廑堡皇量匡整堂五照当!i墼 0．0 0．1 0．2 0 3 0．4 0．5 0．6 0．7 !：1 主电动机M1正转f'kMl 主电动机M1反转KM2 短接制动电阻KM3 冷却泵电动机M2起、停KM4 快速电动机M3起、停KM5 4．2 C650车床的PLC程序设计 PLC的程序可以采用梯形图、语句表、 程序块等形式表示．为了与继电器一接触 器系统相承接，采用梯形图形式对车床电 气控制系统进行编程．梯形图与继电器一 接触器系统的原理图从本质七相一致，设 计方法为参照继电器原理图在保持原有控 制逻辑基础上改绘．车床电气控制系统的 PLC程序如图3所示 4．3 PLC梯形图控制分析 (1)车床正向工作及反接制动过程：按 下SB2，M10．0接通，Q0．2动作，KM3吸 万方数据 壅 嚣 CPU224 u一们一¨一呲一¨一扎一¨一N一¨ AC／DC／Rty 。一Ⅲ一¨一¨一叽一¨一¨一¨一¨一"一m—m—M一¨ 图2(3650车床PLC控制的外部接线图 ～咖¨呲∽¨ 42“ J t—“ 

第3期 张改莲，等：基于PLC的车床电气控制系统设计 107 合短接电阻R，同时M11．1动作，Q0．0动作， KMl吸合，主电动机M1正转起动运行，开始 车削加工．要停车时，按下SBl，Q0．0、Q0．2 释放，松开SBl，Q0．1动作，KM2吸合，主电 动机M1串电阻反接制动，当速度接近零时， 速度继电器正转常开触点KSl断开，KM2释 放电动机M1停转．反向工作过程与正向相 同． (2)刀架快速移动过程：扳动进给操纵手 柄压合位置开关sQ，qD．4动作，KM5吸合， M3起动运行，刀架向指定方向快速移动． (3)主电动机正向点动过程：按下SB4． QD．0动作，使KMl吸合，M1串电阻限流点 动，松开SB4，Q0．0断开，M1停转，实现点动 控制． ． (4)冷却泵工作过程：如果车削加工过程 中，工件需要使用冷却液时，按下SB6，Q0．3 动作，KM4线圈得电，冷却泵电动机M2工 作，提供冷却液．要停止，按下SB5即可． 5结束语 r100一／10．0H／10．L—Qm2)制动时短接电阻 {}1叫／H／卜——一‘ )制动时短接电阻 QO．2 {卜J 严i 掣； 外 ，卜 n／ 1- P她．洲∥m． 主 珈 蚴磲 } 川／越辨眦监 机：1ld恸 卜_T■ H／卜T_／卜一。 )主电动机反转控制 矿“，』- Qo副 ／H／H卜J主电动机正转时的反接制动控制 ／H卜-—————_(‘ )快速电动机的控制 10．0 M111 t0．7l I 10．5 104 10．0 00．3 卜广_{／H／卜——_(。 )冷却泵电动机的控制 通过实践证明用PLC代替传统继电一接H—FJ 触器控制能达到很好的效果，不仅简化了控制 线路，缩小了控制装置的体积，提高了系统工 作的可靠性、通用性，而且增强了控制系统的 功能，实现了(2650车床的自动控制，生产效率得到了很大提高，并能很好地保证其加工精度 图3岱50车床PLc控制程序 [参考文献】 [1]齐占庆机床电气控制技术[M]．北京：机械工业出版社，1999 [2]韩顺杰，吕树清，电气控制技术[M]．北京：北京大学出版社，2006 [3]齐宁宁，丁国富．基于PLC的车床电气控制系统设计[J]．机电一体化，2006(3)：44—46． [责任编辑王新奇] Design of Electrical Controling System of Lathe Based on PLC (College of Information Engineering，School of Xi’an International University，Xi’an 710077，China) ZI-IANG Gai—lian，YAN Hong-lai Abstract：The application of PLC of Siemens in controlling the turning machine of C650Ⅵ，as introduced． Designs of software and}1ardware about it were given．This system can be apphed to both the new type lathe development and lathe numefical control innovation。 Key words：PLC；ladder diagram；lathe 万方数据 

基于PLC的车床电气控制系统设计 作者： 张改莲， 闫红来， ZHANG Gai-lian， YAN Hong-lai 作者单位： 刊名： 西安外事学院,信息工程学院,陕西,西安,710077 西安文理学院学报（自然科学版） 英文刊名： JOURNAL OF XI'AN UNIVERSITY OF ARTS & SCIENCE(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)： 2007，10(3) 0次 引用次数： 参考文献(3条) 1.齐占庆 机床电气控制技术 1999 2.韩顺杰.吕树清 电气控制技术 2006 3.齐宁宁.丁国富 基于PLC的车床电气控制系统设计 2006(3) 相似文献(10条) 1.期刊论文 谭锦洁.程良鸿.殷学鹏 嵌入式PLC中梯形图到AOV图的映射 -计算机测量与控制2004,12(10) 阐述了将梯形图映射为AOV图链的思想与实现算法.视梯形图图符为顶点,图符与图符间的拓扑连接为弧,将梯形图划分为一系列独立的AOV?关键技术 在于在采用双向链表描述梯形图的基础上,对梯形图进行二次抽象.首先依据图的拓扑关系划分双向链表,得到一系列独立的功能块,再将功能块映射为 AOV图,从而完成整个过程.所提出的依据图的拓扑关系划分链表的思想,保持了图结构的完整性,将梯形图化整为零处理,简化了程序设计,为从图的角度研 究梯形图向语句表的转化打下基础. 2.期刊论文 冯光.夏清国.裴元方.FENG Guang.XIA Qing-guo.PEI Yuan-fang PLC梯形图向AOV图的一种转换方法 - 航空计算技术2009,39(2) 通过对PLC的梯形图语言及定点活动(Activity on venex)图(简称AOV图)的分析,提出了一种梯形图到AOV图的转换算法.基于面向对象的方法,采用行 双向链表作为梯形图的存储结构,记录梯形图载有的信息,然后扫描其中的有效顶点以及各个顶点的直接前驱及直接后继,对冗余信息进行简化处理,最后 建立AOV图.这种算法具有通用性,适于复杂控制逻辑的梯形图,为从AOV图向指令表的转化打下良好的基础. 3.期刊论文 肖丽仙.XIAO Li-xian PLC控制中梯形图程序的编程方法和技巧 -自动化技术与应用2008,27(7) 随着可编程控制器在工业自动化领域的广泛应用,让电气技术人员和工科学生熟练掌握可编程控制器的编程方法和技巧是非常必要的.本文以 SIEMENS公司的S7-200 PLC为例,介绍了PLC梯形图编程法则及技巧,并通过分拣机控制程序实例,证明了熟练掌握PLC梯形图编程法则及技巧,对较快掌握 PLC梯形图程序设计方法有较好的指导和借鉴作用. 4.学位论文 王君 基于IEC 61131-3标准的PLC梯形图编码及解算的研究 2008 IEC61131-3是当今世界第一个为工业自动化控制系统的软件设计提供标准化编程语言的国际标准。这一标准为可编程控制器软件技术的发展，乃至 整个工业控制软件技术的发展，起了举足轻重的推动作用。可以说，没有编程语言的标准化便没有今天PLC走向开放式系统的坚实基础。在PLC编程语言 中，梯形图是最多被应用的，本文以梯形图为主要编程语言进行了符合IEC 61131-3标准的PLC的开发。 本文首先介绍了PLC的产生、发展、现状以 及IEC 61131-3标准的由来，接着重点讲述了IEC61131-3标准的软件模型、通信模型和公共元素，为随后的深入研究做铺垫。 接着，在研究 IEC61131-3标准的基础上，提出了本文设计的PLC软件系统的软件结构，并通过程序运行的结果加以说明。本文又具体讲述了PLC软件系统的配置元素 ，其中主要讲述了配置和资源的相关设置，PLC的任务体系和存取路径及其应用，这给PLC的设计奠定了基础。最后结合传统PLC的功能和IEC 61131-3标 准的规定，提出了本文设计的PLC所具有的功能和功能块。 随后，本文设计了PLC软件系统梯形图语言的一级代码和二级代码，并详细说明其定义 和结构。由于二级代码需要下载到下位机去执行，所以设计了二级代码的下载格式。本文还设计了PLC软件系统梯形图语言一级代码转化为二级代码的解 算算法，并以一个具体的实例对编码和解算加以说明和验证。最后，综合讲述了设计的PLC软件系统，给阅读本文的读者一个更加清晰的认识。同时在总 结本文研究成果和不足之处的基础上阐述了符合IEC 61131-3标准的PLC的前景。 本文的创新之处就在于PLC一级代码、二级代码的设计和由一级代 码到二级代码的解算算法的设计。一级代码的设计主要是基于显示梯形图和确定各元件相互关系这两个方面，二级代码的设计结合了传统PLC编程语言 IL指令表，提出了一种新的指令形式。解算算法的设计是基于推理这种方法，并验证了其正确性，即首先解算各种简单的梯形图网络，最后把简单情况 组合到一起就是一个复杂的梯形图网络，解算算法能得到正确的结果。 本文对PLC软件设计的研究对于国内设计基于IEC61131-3的PLC有非常重要 的现实意义。 5.期刊论文 袁春华.石静.薄占春.YUAN Chun-hua.SHI Jing.BO Zhan-chun 软件PLC中梯形图编译的C++实现研究 - 电脑知识与技术2008,4(33) 研究了软件PLC中梯形图的逻辑化表达以及编译为指令表的实现方法,对梯形图元素之间的串并联关系进行了深入探讨,在此基础上给出了基于C++的 梯形图逻辑表达模型,实现了梯形图到指令表的转换.该实现在可扩展性以及支持复杂梯形图转换方面具有一定优势. 6.期刊论文 胡飞虎.傅亮.刘乐.HU Fei-hu.FU Liang.LIU Le 基于表格技术的软PLC梯形图编辑软件 -微计算机信 息2009,25(19) 本文设计了一种能用于PLC梯形图编辑的表格类,并采用C++语言成功开发出了软件.该软件的优点在于梯形图器件单元所占表格大小可任意设定,器件 数量没有限制,编辑界面可直接设置参数,能直观表达任意复杂的PLC梯形图应用. 7.期刊论文 杨怀林.YANG Huai-lin 用PLC改造继电控制系统的梯形图设计与实现 -机床电器2006,33(6) PLC使用与继电器电路图极为相似的梯形图语言,用PLC来改造继电控制系统,根据继电器电路来设计梯形图是一条捷径.本文讨论了用PLC对继电控制 系统进行改造时,梯形图的设计与实现及应该注意的问题,并举例作了说明. 8.期刊论文 裴元方.冯萍.康继昌 PLC梯形图的一种数据结构描述方法 -计算机工程与科学2009,31(12) 针对目前PLC梯形图编辑软件中梯形图存储结构的复杂和不足,本文基于面向对象的方法,采用二叉树和双向链表相结合的数据结构来描述梯形图功能 单元及其拓扑关系,并提出了相应的转换算法,然后简化为只含有功能单元的模型,使后续的指令表转换得到简化.这种模型结构简单、通用性强、易于用 C++语言实现,在PLC梯形图编辑软件中应用效果良好. 

9.期刊论文 黄巧荣 继电——接触控制系统翻译为PLC梯形图突显出来的几个问题 -广西质量监督导报2007(4) 随着PLC应用技术的日益普及推广,PLC已经成为工业控制领域推广速度最快、应用范围最广的一种控制设备,于是各高校机电类专业都开设了与此相 关的课程.由于PLC采用的梯形图的编程语言是以继电器梯形图为基础的形象编程语言,所以很多工厂,在用PLC进行系统改造时,常常将原有的继电器图直 接翻译成PLC梯形图.为了适应工厂的要求,各高校对"将继电器图翻译成PLC梯形图"也对学生进行了相应的训练.本人在指导学生毕业设计调试过程中发现 ,照原样直接翻译过来的PLC梯形图存在不少问题,下面以松下FP系列的PLC为例,进行详细的叙述. 10.期刊论文 张海伟.郑明.翟长远.ZHANG Hai-wei.ZHENG Ming.ZHAI Chang-yuan PLC编程软件中梯形图检查模块 的设计 -仪器仪表用户2007,14(1) 梯形图是传统的PLC(可编程控制器)编程软件中非常重要的语言,本文将介绍一下PLC编程软件中梯形图语言检查模块的设计.主要介绍一下对梯形图 程序检查的实现思路和具体的实现算法. 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_xajyxyxb200703025.aspx 下载时间：2010年4月1日