C5225立式车床的PLC控制毕业设计

洛阳理工学院毕业设计（论文）

C5225型立式车床的PLC控制

摘 要

由于PLC电气控制系统与继电器—接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本文将PLC控制技术应用到C5225立式机床中，从而提高大大提高C5225型立式车床的工作性能。论文分析了C5225型立式车床的控制原理，制定了可编程控制器C5225型立式车床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件和软件的设计，其中包括PLC机型的选择、I/O端口的分配、I/O硬件接线图的绘制、PLC梯形图程序的设计。对PLC控制C5225型立式车床的工作过程作了详细阐述，论述了采用PLC取代传统继电器—接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，给出了相应的控制原理图。

系统的设计直接影响着工业控制系统的安全可靠运行。一个完善的系统除了能正常运行，满足工业控制的要求，还必须能在系统出现故障时及时进行故障诊断和故障处理。故障自诊断功能是工业控制系统的智能化的一个重要标志，对于工业控制具有较高的意义和实用价值。

本文介绍C5225型立式车床的系统设计，C5225型立式车床机床适用于电机、水轮机、航空、军工、矿山、冶金等机械行业，可对回转零件进行内、外圆柱面、端面、公英制螺纹、切槽、圆锥面的粗、精加工。以及编程注意的问题，同时介绍了可编程控制器的工作原理，选型设计，设计了一种基于西门子S7-200型PLC编程，根据设计要求对PLC的输入输出I/O进行了分配，并且编写系统运行的梯形图。本设计的选题就是C5225型立式车床的PLC程序控制。

关键词： PLC 系统设计 C5225型立式车床 西门子 编程

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C5225 type vertical lathe PLC control

ABSTRACT

Pick to Because of PLC control system and relays - contactor electric control system, it is characterized by simple structure, convenient, commissioning period is short programming, high reliability, strong anti-jamming capability, low fault rate and low environmental requirements of work a series of advantages. Therefore，The paper analyses the C5225 type vertical lathe control principle, the type of choice, I/O port distribution, I/O hardware draw, PLC hookup ladder diagram program design. PLC control of C5225 type vertical lathe work process were discussed in detail, discusses the PLC to replace traditional relays - contactor electrical control system so as to improve the performance of the machine tool, given the corresponding method of control principle diagram.

The design of the system directly affect the industrial control system of safe and reliable operation. A perfect system besides can run normally, meet industrial control requirements, Fault diagnosis function of the industrial control system is an important sign of intelligence for industrial control has higher meaning and practical value.

This paper introduces the system C5225 type vertical lathe, C5225 type vertical lathe design machine is suitable for motor, turbine, aerospace, military industry, mining, metallurgical machinery industry, may to the rotary parts inside and outside YuanZhuMian and face, selection, design a kind of based on Siemens s7-300 PLC programming, according to 200 type design requirements of PLC input/output I/O, and compile the distribution of the system operation ladder diagram. This design theme is C5225 type vertical lathe PLC program control.

KEY WORDS: PLC C5225 type vertical lathe Siemens programming

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目 录

前 言 ................................................................................................ 1 第1章 PLC概述 .............................................................................. 2

1.1 背景及发展 ........................................................................... 2 1.2 可编程控制器的组成 ........................................................... 3 1.3 可编程控制器的工作原理 ................................................... 4 1.4 PLC的主要技术性能 ......................................................... 6 1.5 指令系统 ............................................................................... 7 第2章 C5225型立式车床概述 ...................................................... 10

2.1 C5225型立式车床简介 ....................................................... 10 2.2 车床的发展历程 ................................................................. 11 2.3车床类型 .............................................................................. 12 2.4安全操作简介 ...................................................................... 13 第3章 C5225型立式车床控制系统中的硬件设计 ....................... 14

3.1 C5225型立式车床实现的动作功能 ................................... 14 3.2 C5225型立式车床的电气控制要求及工作原理 ................ 14 第4章C5225型立式车床控制系统中的软件设计 ........................ 18

4.1 C5225立式车床PLC控制输入/输出地址表 ...................... 18 4.2 C5225型立式车床控制流程 ............................................... 22 4.3 C5225型立式车床的常见故障及检修 ............................... 26 结 论 .............................................................................................. 29 谢 辞 .............................................................................................. 30 参考文献 .......................................................................................... 31 附 录 .............................................................................................. 32 外文资料翻译 .................................................................................. 39

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前 言

随着电子技术的发展，特别是大规模集成电的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，目前，PLC在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。PLC控制系统在现代工业设计、工程建设及日常生活中的应用越来越广泛。在日常人们的生活中，PLC控制系统的应用和作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到PLC控制的影子，PLC控制将更好的服务于社会。生产力的发展和科学技术的进步，人们对所用控制设备不断的提出新的要求。在实际生产中，由于大量存在一些以开关量控制的程序控制过程，而生产工艺及流程经常变化，因而应用前述的继电-接触器控制电路，就不能满足这种需要。于是由集成电路组成的顺序控制器应运而生，它具有程序变更容易、程序储存量大、通用性强等优点。

在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一。在环境恶劣或温度较高的场合下，为了保证是生产过程正常安全的进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度、节约能源。无论哪种控制，我们都希望水温控制系统有较高的精确度（起码是在我们要求的范围内），帮助我们实现我们想要的控制，解决身边的问题。

由于可编程序控制器具有可靠性高、通用性强、程序设计简单及便于安装调试等优点，它在工业控制的各个领域发挥着越来越重要的作用。社会对可编程序控制器技术人员的需长也越来越迫切。

目前可编程控制器PLC主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量化、网络化的方向发展，与计算机技术结合，形成工业控制机系统、分布式控制系统、现场总线控制系统，这将是PLC功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用面更广。

可编程控制器的机型较多，但其基本结构和工作原理相同，基本指令、控制功能和编程方法类似。本设计书以是用最广泛的德国西门子可编程控制器为核心，主要介绍了可编程控制器的基础知识、指令系统、程序设计、控制系统以及可编程序控制器在c5225型立式车床控制系统中的应用等知识。本设计书结合了大量的图形，使设计一目了然。并给出了程序调试，最后给出了主要的原理图、流程图、梯形图、详细注释及助记符语言等。

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第1章 PLC概述

1.1背景及发展

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、程序简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

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1.2 可编程控制器系统组成

1.2.1 中央处理单元（CPU）的构成

与一般微处理器的概念相同，PLC的核心部件是CPU，负责完成逻辑运算、数字运算及协调系统内各部分的工作。它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

1.2.2 输入输出单元

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：

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开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制

1.2.3 电源单元

电源单元将外界提供的电源转换成PLC的工作电源后，提供给PLC。电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

1.2.4 外部设备

PLC的外部设备种类很多，总体来说可以概括为4大类：编程设备、监控设备、存储设备、输入/输出设备。大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

1.3 可编程控制器的工作原理

1.3.1 采用“顺序扫描”“不断循环”的工作方式

（1）每次扫描过程，集中对输入信号进行采样，集中对输出信号刷新。 （2）输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序进行执行阶段，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才能被读入图中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开

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关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。

图1-1 PLC的工作过程

输出处理是输入扫描否RUN方式？内部处理开 始通信处理执行用户程序一个扫描周期分为输入采样、程序执行、输出刷新PLC程序执行原理图 如下图： 按钮按钮输入映象寄存器程序执行输出映象寄存器接触器输出电路 输入电路（）输入采样 用户程序执行输出刷新图1-2 PLC程序执行原理图 1.3.2 PLC的技术原理 PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信

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信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M~45M之间。 PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。

1.4 PLC的主要技术性能

1.4.1 I/O(输入/输出)点数

如前所述，输入/输出点数是PLC组成控制系统时所能接入的输入/输出信号的最大数量，表示PLC组成系统时可能的最大规模。这里有个问题要注意，在总的点数中，输入点与输出点总是按一定比例设置的，往往是输入点数大于输出点数，且输入和输出点数不相互代替。

1.4.2 应用程序的存储容量

应用程序的存储容量是存放用户程序的存储趋的容量。通常用K字（KW），K字节（KB）或K位（Kb）来表示，1K=1024。也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。

1.4.3 扫描速度

扫描速度一般以执行1000条基本指令所需的时间来衡量，单位为毫秒/千步，也有以执行一步指令时间的，如微妙/步。以下是扫描速度参考值：由目前PLC采用的CPU主频考虑，扫描速度比较慢的为2.2ms/K逻辑运算程序和60ms/K数字运算程序；较快的为1ms/K逻辑运算程序和10ms/K数字运算程序；更快的能够达到0.75ms/K逻辑运算程序。

另外，可编程控制器的可扩展性、可靠性、易操作性及经济性等 指标也是用户关心的问题。

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1.5指令系统

PLC编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言,也不同于一般的汇编语言。它既满足易于编写,又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各成家产品都能兼容的汇编语言，如三菱公司的产品有他自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC,其编程语言都具有以下特点：

1.5.1 图形式指令结构

程序有图形方式表达，指令有不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件开发者以把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行结合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑与案件图形符号来表示控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算，定时计数等。一般也参照梯形图或逻辑元件图给与表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎。

1.5.2 明确的变量常数

图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填入，如K400,T120等,PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。

1.5.3 简化的程序结构

PLC的程序结构通常简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，是程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。

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1.5.4 简化应用软件生成过程

使用汇编语言和高级语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而实用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成。整个编辑过程都在人机对话下进行的。不要求用户有高深的软件设计能力。

1.5.5 强化调试手段

无论是汇编程序还是高级语言程序调试，都是令编辑人员头疼的事，而PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用PLC和编程器上的按键,显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。

总之PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识。不需要长时间的专门训练。

1.5.6 编程语言的形式

最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表，采用梯形图编程，因为他直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不需要昂贵的图形编程器或计算机来编程。

(1)编程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是完全相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器代码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多国文字）的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电器工作人员所接受。

（2）指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包括着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就越多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统。

（3） 梯形图： 梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一

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起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种:一种是母线，另一种是内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载指令开始的，必要时在继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或位数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。下图是三菱公司的FX2N系列产品的最简单的梯形图例

它有两组，第一组用以实现启动，停止控制。第二组仅一个END指令，用以结束程序。1梯形图与助记符的对应关系；助记符指令与梯形图有严格的对应关系而梯形图的连接又可把指令的顺序予以体现。一般讲，先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左后右，有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为：

地址 指令 变量 0000 LD X000 0001 OR X010

0002 AND NOT X001 0003 OUT Y000 0004 END

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第2章 C5225型立式车床概述

2.1 C5225车床简介

C5225立式车床是一种双车床，包括旋转工作台装置、两根立柱、沿立柱导轨上下往复运动的横梁和沿横梁导轨往复运动的立刀架，所述的立柱的旁侧设置一横梁液压平衡缸装置，该横梁液压平衡缸装置包括分别位于所述的两根立柱中部的横梁液压平衡缸，所述的每个横梁液压平衡缸包括固定于地面的平衡缸底座、缸套和缸套内的活塞，缸套的上端与横粱通过固定件固接。本实用新型双柱立式车床采用这样的结构，减小了横梁在上升、下降过程中负荷反差，从而使机床性能更加稳定，延长机床使用寿命，减少维修费用；降低了加工成本，工作台具有良好的运动精度及更大的抗载能力。C5225立式车床是一种万能双柱立式车床，机床具有两个刀架。是一种用途广泛的金属车削设备,适用于各行业的机械加工,可用于内外圆柱面、圆锥面、端面、内孔、切槽、切断等。精车削加工. 工作台采用静压导轨,主轴径向采用高精度NN30型(D级)双列圆柱滚子轴承,因而工作台承载能力大,回转精度高。垂直刀架装有五角刀台,采用鼠齿盘定位,侧刀架采用四方刀台,两刀架均采用液压平衡(单柱系列) 机床电气采用名牌产品,高水准配线工艺,可单靠性高。

图2-1 立式车床

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2.2 车床发展历程

古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。

图2-2脚踏车床

1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床。1848年，美国又出现回轮车床 1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床 20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。

第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。普通车床 主要组成部件有：主轴箱、交换齿轮箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置。 主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的

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使用价值就会降低。 进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。 丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。 溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。刀架：有两层滑板(中、小滑板)、床鞍与刀架体共同组成。用于安装车刀并带动车刀作纵向、横向或斜向运动。尾架：安装在床身导轨上，并沿此导轨纵向移动，以调整其工作位置。尾架主要用来安装后顶尖，以支撑较长工件，也可安装钻头、铰刀等进行孔加工。床身：是车床京都要求很高的带有导轨(山形导轨和平导轨)的一个大型基础部件。用于支撑和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。冷却装置：冷却装置主要通过冷却水泵将水箱中的切削液加压后喷射到切削区域，降低切削温度，冲走切屑，润滑加工表面，以提高刀具使用寿命和工件的表面加工质量。

2.3 车床类型

按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床 、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中，以卧式车床应用最为广泛。卧式车床加工尺寸公差等级可达IT8～IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6μm。近年来，计算机技术被广泛运用到机床制造业，随之出现了数控车床、车削加工中心等机电一体化的产品。

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2.4 安全操作简介

车床技术安全操作规程

（1） 工作前按规定润滑机床，检查各手柄是否到位，并开慢车试运转五分钟，确认一切正常方能操作。

（2）卡盘夹头要上牢，开机时扳手不能留在卡盘或夹头上。 （3）工件和刀具装夹要牢固，刀杆不应伸出过长（镗孔除外）；转动小刀架要停车，防止刀具碰撞卡盘、工件或划破手。

（4）工件运转时，操作者不能正对工件站立，身不靠车床，脚不踏油盘。

（5）高速切削时，应使用断屑器和挡护屏。 （6）禁止高速反刹车，退车和停车要平稳。 （7）清除铁屑，应用刷子或专用钩。

（8）用锉刀打光工件，必须右手在前，左手在后；用砂布打光工件，要用“手夹”等工具，以防绞伤。

（9）一切在用工、量、刃具应放于附近的安全位置，做到整齐有序。 （10）车床未停稳，禁止在车头上取工件或测量工件。 （11） 车床工作时，禁止打开或卸下防护装置。

（12） 临近下班，应清扫和擦试车床，并将尾座和溜板箱退到床身最右端。

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第3章 PLC在C5225型立式车床控制系统的硬件设计

3.1 C5225立式车床实现的动作功能

C5225型立式车床为大型立式加工车床，主要用于加工径向尺寸而轴向尺寸相对于小的中性及大型工件（见附录2）。

3.2 C5225型立式车床的电气控制要求及工作原理

C5225型立式车床电气控制电路原理图如图3-1所示。

从图3-1（a）可知，C5225型立式车床由7台电动机拖动：主轴电动机M1、油泵电动机M2、横梁升降电动机M3、右立刀架快速移动电动机M4、右立刀架进给电动机M5、左立刀架快速移动电动机M6、左立刀架进给电动机M7。

从图3-1(b)、(c)可知，只有在油泵电动机M2启动运行、机床润滑状态良好的情况下，其它电动机才能启动。

(1) 油泵电动机M2控制

按下按钮SB4，接触器KM4通电闭合，油泵电动机M2启动运转，同时14区接触器KM4的常开触点闭合，接通了其它电动机控制电路的电源，为其它电动机的启动运行作好了准备。

(2)主拖动电动机Ml控制

主拖动电动机M1可采用Y—厶降压启动控制，也可采用正、反转点动控制，还可采用停车制动控制．由主拖动电动机M1拖动的工作台还可以通过电磁阀的控制来达到变速的目的。

(3)主拖动电动机MI的Y—厶降压启动控制。按下按钮SB4(15区)，中间继电器KI闭合并自锁，接触器KMl线圈(17区)通电闭合，继而接触器KMY线圈(24区)通电闭合，同时时间继电器KTl线圈(21区)通电闭合，主拖动电动机M1开始Y-A降压启动。经过一定的时间，时间继电器KTl动作，接触器KTl线圈断电释放，接触器KMY线圈断电，接触器KMA

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线圈(26区)通电闭合，主拖动电动机M1厶接法全压运行。

(4)主拖动电动机MI正、反转点动控制。按下正转点动按钮SB5(17区)，接触器KMl线圈通电闭合，继而接触器KMY通电闭合，主拖动电动机M1正向Y接法点动启动运转。按下反转点动按钮SB6(20区)，接触器KM2线圈(20区)通电闭合继而触器KMY通电闭合，主拖动电动机M1反向Y接法点动启动运转。

(5)主拖动电动机M1停车制动控制。当主拖动电动机M1启动运转时，速度继电器KS的常开触点(22区)闭合。按下停止按钮SB3(15区)，中间继电器K1、接触器KMl、时间继电器KTl、接触器KMA线圈失电释放，接触器KM3线圈通电闭合，主拖动电动机M1能耗制动。当速度下降至100r／min时，速度继电器的常开触点(22区)复位断开，主拖动电动机M1制动停车完毕。

(4)工作台的变速控制。工作台的变速由手动开关SA控制，改变手动开关SA的位置(电路图中35—38区)，电磁铁YAl一YA4有不同的通断组合，可得到工作台各种不同的转速。表3-1列出了C5225型立式车床转速表。

表3-1 C5225型立式车床转速表

电磁铁 SA转换开关触点 2 2.5 3.4 YA1 YA2 YA3 YA4 SA1 SA2 SA3 SA4 - + + + + + + + + - + + 4 6 6.3 8 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 - + - + + - + + - - - + + - + - - - + + + + + - - + + - + - + - - - + - + + - - - + - - + - - - - - - - 花盘各级转速、电磁铁及SA通断情况 说明：表中“+”表示接通状态，“-”表示断开状态。

将SA扳至所需转速位置，按下按钮SB7(3l区)，中间继电器K3、时间继电器KT4线圈通电吸合，继而电磁铁YA5线圈通电吸合，接通锁杆油路，锁杆压合行程开关STI(28区)闭合，使中间继电器K2、时间继电器KT2线圈

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通电吸合，变速指示灯HL2亮，相应的变速电磁铁(YAl—YA4)线圈通电，工作台得到相应的转速。

时间继电器KT2闭合后，经过一定的时间，KT3线圈通电闭合，使接触器KMl、KMY通电吸合，主拖动电动机M1做短时启动运行，促使变速齿轮啮合。变速齿轮啮合后，STl复位，中间继电器K2、时间继电器·KT2、KT3、电磁铁YAl一YA4失电释放，完成工作台的变速过程。

(6)横梁升、降控制

1)横梁上升控制。按下横梁上升按钮SBl5(68区)，中间继电器K12线圈通电吸合，继而横梁放松电磁铁YA6(33区)通电吸合，接通液压系统油路，横梁夹紧机构放松，然后行程开关ST7、ST8、ST9、STl0(63区)复位闭合，接触器KM9线圈(64区)通电闭合，横梁升降电动机M3正向启动运转，带动横梁上升。松开按钮SBl5，横梁停止上升。

2)横梁下降控制。按下横梁下降按钮SBl4(66区)，时间继电器KT8(66区)、KT9(67区)及中间继电器K12(68区)线圈通电吸合，继而横梁放松电磁铁YA6(33区)通电吸合，接通液压压系统油路，横梁夹紧机构放松，然后行程开关ST7、ST8、ST9、STl0(63区)复位闭合，接触器KMl0线圈(65区)通电闭合，横梁升降电动机M3反向启动运转，带动横梁下降。松开按钮SBl4，横梁下降停止。

(7)刀架控制

1)右立刀架快速移动控制。将十字手动开关SAl扳至“向左”(47区一50区)位置，中间继电器K4(47区)通电吸合，继而右立刀架向左快速离合器电磁铁YCl线圈(72区)通电吸合。然后按下右立刀架快速移动电动机M4的启动按钮SB8(39区)，接触器KM5通电吸合，右立刀架电动机M4启动运转，带动右立刀架快速向左移动。松开按钮SB8，右立刀架快速移动电动机M4停转。

同理，将十字手动开关SAl扳至“向右”、“向上”、“向下”位置，分别可使右立刀架各移动方向电磁离合器电磁铁YC2一YC4(74区一79区)线圈吸合，从而控制)S.立刀架向右、向上、向下快速移动。

与右立刀架快速移动控制的原理相同，左立刀架快速移动通过十字手动开关SA2(59区一62区)扳至不同位置来控制电磁离合器电磁铁YC9一YCl2

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的通断。按下左立刀架快速移动电动机M6启动按钮SBll(51区)控制左立刀架快速移动电动机M6的启停来实现。

2)右立刀架进给控制。在工作台电动机M1肩动的前提下，将手动开关SA3(43区)扳至接通位置，按下右立刀架进给电动机M5启动按钮SBl0，接触器KM6通电吸合，右立刀架进给电动机M5启动运转，带动右立刀架工作进给。按下右立刀架进给电动机M5的停止按钮SB9，右立刀架进给电动机M5停转。

左立刀架进给电动机M7的控制过程相同。

(8)左、右立刀架快速移动和工作进给制动控制。当右立刀架快速移动电动机M3或右立刀架进给电动机M4启动运转时，时间继电器KT6通电闭合，80区瞬时闭合延时断开触点闭合。当松开右立刀架快速进给移动电动机M3的点动按钮SB8或按下右立刀架进给电动机M4的停止按钮SB9时，接触器KM5或KM6失电释放，由于KT6为断电延时，因而80区中的时间继电器KT6的瞬时闭合延时断开触点仍然闭合，此时按下右立刀架水平制动离合器按钮SBl6(80区)，·右立刀架水平制动离合器电磁铁YC5、YC6线圈通电吸合，，使制动离合器动作，对右立刀架的快速进给及工作进给进行制动。

左立刀架快速移动和工作进给制动控制的工作过程相同。

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第4章 C5225型立式车床控制系统中的软件设计

4.1 C5225立式车床PLC控制输入/输出地址表

表4-1 C5225型立式车床PLC控I制I/O分配表 输入信号 名称 总停止按钮 总起动开关、按钮 电动机M1停止按钮 SB3 I.0.2 主拖动电动机M1正转接触器 电动机M1起动按钮 SB4 I0.3 主拖动电动机M1反转接触器 电动机M1正转点动 SB5 I0.4 主拖动电动机M1制动接触器 电动机M1反转点动 SB6 I0.5 主拖动电动机Y起动接触器 工作台变速按钮 SB7 I0.6 主拖动电动机△起动接触器 KM Q0.6 KM Q0.5 KM3 Q0.4 KM2 Q0.3 KM1 Q0.2 SB2、QF1、QF2 I0.1 变速指示灯 HL2 Q0.1 代号 SB1 输入点编号 I0.0 名称 润滑指示灯 输出信号 代号 HL1 输出点编号 Q0.0 18

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右力刀架快速移动按钮 右力刀架进给停止按钮 右力刀架进给起动 SB10、SA13 I1.1 SB9 I1.0 右力刀架快速移动电机接触器 右力刀架进给电机接触器 左力刀架快速移动按钮 左力刀架进给停止按钮 左力刀架进给起动 横梁下降按钮 横梁上升按钮 右力刀架制动按钮 左力刀架制动按钮 工作台变速选择 SA-2 I2.2 SA-1 I2.1 SB17 I2.0 SB16 I1.7 SB15 I1.6 SB14 I1.5 SB13、SA4 I1.4 SB12 I1.3 SB11 I1.2 左力刀架快速移动电机接触器 左力刀架进给电机接触器 横梁上升接触器 横梁下降接触器 工作台变速电磁铁 工作台变速电磁铁 工作台变速电磁铁 工作台变速电磁铁 定位电磁铁 YA5 Q2.2 YA4 Q2.1 YA3 Q2.0 YA2 Q1.7 YA1 Q1.6 KM10 Q1.5 KM9 Q1.4 KM8 Q1.3 KM7 Q1.2 KM6 Q1.1 KM5 Q1.0 SB8 I0.7 油泵电动机M2接触器 KM4 Q0.7 19

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SA-3 I2.3 横梁放松电磁铁 SA-4 I2.4 右力刀架向左离合器电磁铁 右力刀架向左 SA1-1 I2.5 右力刀架向右离合器电磁铁 右力刀架向右 SA1-2 I2.6 右力刀架向上离合器电磁铁 右力刀架向上 SA1-3 I2.7 右力刀架向下离合器电磁铁 右力刀架向下 SA1-4 I3.0 右力刀架水平制动离合器电磁铁 左力刀架向左 SA2-1 I3.1 右力刀架垂直制动离合器电磁铁 左力刀架向右 SA2-2 I3.2 左力刀架水平动离合器电磁铁 左力刀架向上 SA2-3 I3.3 左力刀架垂直制动离合器电磁铁 YC8 Q3.3 YC7 Q3.2 YC6 Q3.1 YC5 Q3.0 YC4 Q2.7 YCQ Q2.6 YC2 Q2.5 YC1 Q2.4 YA6 Q2.3 20

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左力刀架向下 SA2-4 I3.4 左力刀架向左离合器电磁铁 速度继电器 KS I3.5 左力刀架向右离合器电磁铁 压力继电器 KP I3.6 左力刀架向上离合器电磁铁 自动伺服行程开关 SQ1 I3.7 左力刀架向下离合器电磁铁 右力刀架向左限位开关 右力刀架向右限位开关 左力刀架向左限位开关 左力刀架向右限位开关 横梁上升下降行程开关 SQ7、SQ8、SQ9、SQ10 I4.4 SQ6 I4.3 SQ5 I4.2 SQ4 I4.1 SQ3 I4.0 YC12 Q3.7 YC11 Q3.6 YC10 Q3.5 YC8 Q3.4 21

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横梁上升限位行程开关 横梁下降限位行程开关 SQ12 I4.6 SQ11 I4.5

4.2 C5225型立式车床控制流程

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图4-1油泵电动机启动制动过程 图4-2正向Y 降压启动

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图4-3工作台变速

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图4-4电动机正向点动

图4-5横梁上升

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图4-6横梁下升

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图4-7右立刀架快速移动 图4-8右立刀架快速移动

4.3 C5225型立式车床的常见故障及检修

机床电气常用短接法检查故障。在运用短接法检查故障时，要注意观察电器的动作程序，然后才能确定需要短接的开关、触点及导线。

(1) 按下SB4时主拖动电动机不能起动观察接触器KMl是否吸合。如不吸合，测量2—15是否有电压。确定电压正常后，按下SB4，看KM4是否吸合。如不吸合，可短接2—8、8—9、9～10、10—15。当排除KMl故障或看到KMl吸合后，可断定故障在KMl以外的电路。

看Kl是否吸合，如不吸合，可能是K的动合触点、SB4触点、SB3及STl动断触点接触不良。检查时，可短接2～8、8—9、9～10、10～11，分别进行试验。如短接到某两标号后，继电器K1吸合，故障就在这两标号之间所包含的触点或导线。必须注意，在短接STl(8～9)时，必须确认工作台变速已结束，否则将会把齿轮打坏或出现其他事故。如对齿轮啮合情况不甚了解，可改用电压法进行检查。

经以上检查，KMl仍不吸合，故障可能是K1动合触点(13—12)、SB6(13

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—14)、KM2动断触点(t4～15)、KM3动断触点(10～12)接触不良或线路断路及接触器KMl线圈故障。具体检查方法同上。其他电器不工作都可用短接法来检查。

（1）工作台变速故障

工作台变速分四步进行：第一步锁杆抬起；第二步变速电磁铁根据SAl变速开关接通情况，推动齿轮动作；第三步电动机自动伺服；第四步齿轮啮合后锁杆复位。检查故障时，可根据这四步的工作情况进行检查。

当按下SB7后，锁杆不动作，可按下列步骤检查：

观察电磁铁YA5是否吸合。如不动作，看继电器K3是否动作。若不动作，可短接触点SB7(8～32)、KM3动断触点(32～33)、KT4(33～34)和K3触点(8～36)，这样可以检查出继电器K3的故障。如K3工作时间太短，可调整KT4的延时时间。

观察锁杆是否在抬起位置，如锁杆不动，可短接K3的触点(8～36)，观察电磁铁YA5的动作。如YA5吸合而锁杆不动，故障在液压装置和机械部分。

经检查或看到锁杆抬起，观察变速电磁铁是否在相应位置动作。如变速开关SA扳到16的位置，看电磁铁YA2和YA3是否吸合，并注意电动机是否作伺服冲动。经检查以上动作均正常，只是锁杆不能恢复原位，说明液压和机械方面有故障。

（2）横梁升降故障

检查时间继电器KT8是否动作。如不动作，可在按着SBl4的情况下，短接SBl4(72～86)。如KT8仍不动作，故障在其本身。如时间继电器KT8吸合而KT9不吸合，可短接KT8的延时触点(72～87)，检查KT9的故障，用同样的方法可检查出K12不动作的故障点。

对于中间继电器K12吸合而横梁不下降故障。因横梁下降接触器KMl0的线圈电路中串联的触点较多、其中任一触点接触不良或不闭合，都会导致KMl0不吸合，用短接法检查更为方便。

这种故障，检查前应注意检查模梁夹紧装置是否放松。若确认横梁已放松，可在按住按钮SBl4的情况下，逐个短接K12(72—74)、srl7(73—74)、ST8(74～75)、ST9(75～76)、STl0(76～77)、KT8(83～84)、KM9(84—85)。

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当短接到某处，接触器KMl0吸合，说明故障就在于此。特别强调，ST7～STl0是夹紧装置控制的位置开关，绝对不能用长短接法短接标号73至77来检查故障。这是因为四个位置开关在横粱放松时才闭合，如因某原因有一夹紧装置没有放松，同时短接四个位置开关，会使升降电动机、丝杠和其他机构损坏。(4) 利用电气控制柜中的接线端子板检查电路故障

在运用局部短接法时，对所检查的电气开关都要打开护盖进行检查。有的开关直接装在机床较狭窄的部位，检查很费时间而且很难接触到接线柱。在这种情况下，可利用电气控制柜和接线盒来检查故障。下面以左立刀架为例分析故障的检查方法。

当把SA2扳向左，按下按钮SBll刀架不作快速移动时，观察电动机M6是否起动，如不起动，故障在其控制电路中；观察K8是否吸合，如不吸合，可在电气控制柜的接线端子板上、短接SBl2(8—60)、SA2(60～66)、ST5(66～67)各接线住。

如KA8吸合，看接触器KM7是否吸合。如不吸合，可短接SBll(3—203)、KAl4(203—205)、KA8(202～12)，使可检查出KM7不吸合的故障点。

利用电气控制柜内的接线端子板检查电路故障，既可进行局部短接，叉可进行长短接；不但可短接电器的触点，而且可短接连接导线，检查时方便省力。

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结 论

本文将PLC控制技术应用到C5225立式机床中，从而提高大大提高C5225型立式车床的工作性能。论文分析了C5225型立式车床的控制原理，制定了可编程控制器C5225型立式车床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件和软件的设计。C5225型立式车床的系统设计，C5225型立式车床机床适用于电机、水轮机、航空、军工、矿山、冶金等机械行业，可对回转零件进行内、外圆柱面、端面、公英制螺纹、切槽、圆锥面的粗、精加工。以及编程注意的问题，同时介绍了可编程控制器的工作原理，选型设计，设计了一种基于西门子S7-200型PLC编程，根据设计要求对PLC的输入输出I/O进行了分配，并且编写系统运行的梯形图。

立式车床是一种应用极为广泛的金属切削加工机床，主要用来加工各种回转表面、螺纹和端面，并可通过尾架进行钻孔、铰孔和攻螺纹等切削加工。立式车床通常由一台主电机拖动，经由机械传动链，实现切削主运动和刀具进行给运动的输出，其运动速度由变速齿轮箱通过手柄操作进行切换。刀具的快速移动、冷却泵和液压泵等常采用单独的电动机驱动。由于时间的限制，在笨设计中并没有完全体现出C5225型机床的优点，通过本车床电气控制电路的设计使我掌握车床电气控制系统设计的基本思路、方法和步骤。加深对继电控制技术、知识的理解和增强知识的应用能力，锻炼知识综合应用能力和产品设计能力。

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谢 辞

在这次毕业设计的过程中，指导老师蒋建虎老师给予了我很大的帮助，提了相关的资料，对我的毕设设计给予了指导和支持。在此，向蒋老师衷心的表示感谢！同时，也要感谢其他老师和同学的热心帮助！

大学是我一生的重要阶段，是学习专业知识及提高各方面能力为以谋生发展的重要阶段。从跨入大学的校门的那一刻起我就把这一信念做为人生的又一座右铭。

一年之计在于春，一日之计在于晨。一个没有规划的人生，就象一场没有球门的足球赛，一顿乱踢；一个没有规划的人生，就象一叶在茫茫大海上漫无目标的小舟，随波飘荡。在我们即将走向社会的时候，我们必须对自己的职业生涯进行规划。

作为积极乐观新时代青年，我不会因为自己的大学文凭而失去信心，反而我会更加迫切要求自己充实充实再充实，完善自我。我相信用心一定能赢得精彩。“良禽择木而栖，士为伯乐而荣”勤奋的我将以不怕输的韧劲融入社会。愿借您的慧眼，开拓我人生的旅程。相信以我所学和不拔的信念会伴随我搏击长空，高歌人生。

最后，再次感谢我的母校及领导的大力支持，以及电气工程与自动化系的各位老师和许多的朋友和同学在各个方面给予我很多的帮助和支持，让我坚持到了最后。

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参考文献

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附 录1

主程序：

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