C650卧式车床的控制系统的PLC控制改造
转换开关又称组合开关，一般用于电气设备中非频繁的通断电路、换接电源和负载、测量三相电压以及直接控制小容量感应电动机的运行状态。转换开关由动触头（动触片）、静触头（静触片）、转轴、手柄、定位机构及外壳等部分组成。其动静触头分别叠装于数层绝缘壳内，当转换手柄时，每层的动触片随方形转轴一起转动。一般选取的原则为允许通过的电流大于或等于电路的额定电流，按此选择转换开关。常用的产品有：HZ5、HZ10和HZ15等系列。本次设计选取HZ10-100/3。
（2）按钮开关盒
按钮开关（简称按钮）又称控制按钮，是一种接通或断开小电流电路的手动开关电器，一般不直接去控制主电路的通断，而在控制电路中发出启动或停止“命令”以远距离控制接触器、继电器、电磁启动器等电器线圈电流的接通或断开，再由它们去控制主电路。目前常用的按钮开关盒为LA4系列产品，本次设计选择的按钮开关型号为LA4-3H。
3.4.5 速度继电器选择
速度继电器是当转速达到规定值时触头动作的继电器。主要用于电动机反接制动控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时能自动地及时切断电源。速度继电器的结构如图3-1所示。
1——转子 2——电动机轴 3——定子 4——笼型绕组 5——定子柄 6——动触头 7——反力弹簧 8——静触头
图3-1 速度继电器结构图
转子是一块固定在轴上的永久磁铁。浮动的定子与转子同心，而且能独自偏摆，定子由硅钢片叠成，并装有笼型绕组。速度继电器的轴与电动机轴相连，电动机旋转时，转子随之一起转动，形成旋转磁场。笼型绕组切割磁力线而产生感应电流，该电流与旋转磁场作用产生电磁转矩，使定子随转子向转子的转动方向偏摆，定子柄推动相应触头动作。定
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子柄推动触头的同时，也压缩反力弹簧，其反作用阻止定子继续转动。当转子的转速下降到一定数值时，电磁转矩小于反力弹簧的反作用力矩，定子返回原来位置，对应的触头恢复原始状态。调整反力弹簧的拉力即可改变触头动作的转速。
机床上常用的速度继电器有JY1型、JFZ0型两种。一般速度继电器的动作转速为120r/min，触头复位转速为100r/min以下。本次设计选择的速度继电器型号为JY1型速度继电器500V、2A。
4 PLC控制电路设计
4.1 PLC的硬件电路框图
世界各国各生产厂家生产的PLC虽然外观各异，但作为工业控制计算机，其硬件结构都大体相同。主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）接口、电源及外围编程设备等几大部分构成。PLC的硬件结构框图如图4-1所示。
图4-1 PLC硬件结构框图
4.2 车床控制PLC输入/输出接口分配表及电气原理图
4.2.1 车床控制PLC输入/输出接口分配表（表4-1）
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表4-1 I/O接口分配表 序号 1 名称 控制灯 EL开 控制灯 EL关 主电机正 向启动按钮 总停止 按钮 主电机过 载保护 主电机正向点 动启动按钮 速度继电器 正转触点 主轴反 向启动 速度继电器 反转触点 冷却泵启 动按钮 冷却泵停 止按钮 行程 开关 冷却泵电机 过载保护 符号 SB7 输入端子 X0 序号 14 名称 控制照 明灯 主电机正 转接触器 短接限 流电阻 主电机反 转接触器 冷却泵电 机接触器 快移电动 机接触器 符号 EL 输出端子 Y0 2 SB8 X1 15 KM3 Y1 3 SB1 X2 16 KM Y2 4 SB4 X3 17 KM4 Y3 5 FR1 X4 18 KM1 Y4 6 SB6 X5 19 KM2 Y5 7 KS1 X6 8 SB2 X7 9 KS2 X10 10 SB3 X11 11 SB5 X12 12 SQ X13 13 FR2 X14 4.2.2 PLC控制原理电路设计
由表4-1 I/O 口分配表可以知道，输入部分：按钮SB4为整个控制系统的停止开关；按钮SB1、SB2及SB6分别控制主轴电机M1的正反转及点动控制；按钮SB3、SB5分别控制冷却泵电机的M2启动与停止；按钮SB7、SB8分别控制HL的照明于熄灭；行程开关SQ控制快进电机的点动；热继电器常闭开关FR1，FR2分别为M1、M2的过载保护；速度继电器KS1、KS2分别辅助主轴电机M1的正反转制动。输出部分：KM3、KM4接触器分别控制主轴电机M1的正反转；KM接触器控制主轴电机M1的低速运行；KM1、KM2接触器分别控制冷却泵电机M2、快进电机M3的运行；EL为车床照明。下图为，PLC的输入、输出I/O电气接线图，如图4-2。
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图4-2 PLC控制原理电路图
5 C650卧式车床改造为PLC控制的软件设计
5.1 S7－200PLC编程软件STEP 7-Micro/WIN的介绍
S7－200可编程控制器使用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。
STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，功能强大，主要用于开发程序，也可用于适时监控用户程序的执行状态。加上汉化后的程序，可在全汉化的界面下进行操作。
STEP7-Micro/WIN32编程软件包括Microwin3.1；Microwin3.1的升级版本软件Microwin3.1 SP1；Toolbox（包括Uss协议指令：变频通信用，TP070：触摸屏的组态软件Tp Designer V1.0设计师）工具箱；以及Microwin 3.11 Chinese（Microwin3.11 SP1和Tp Designer的专用汉化`工具）等编程软件。
5.2 梯形图的设计
5.2.1 机床工作指示灯开关控制的梯形图设计
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机床工作指示灯EL由SB7和SB8控制指示灯的开关，对应的I/O接口分别为X0，X1并由Y0作为输出，在梯形图中Y0和X0形成自锁，X1常闭触点串联在Y0的主线路上，如图5-1所示。
图5-1 机床工作指示灯控制梯形图
5.2.2 电动机M1正、反转控制梯形图的设计
电动机M1由接触器KM、KM3、KM4控制，PLC中控制KM、KM3、KM4的输出继电器分别为Y2、Y1、Y3。Y2、Y1、Y3分别位于梯形图的第4、10、21梯级。
在第Y1［10］、Y3［21］线圈电路中，分别串Y3、Y1的动断触点，线圈Y0， Y1实现互锁使电动机无法在正转过程中直接切换为反转或直接在反转过程中直接切换为正转；在第10梯级和第19梯级中都串如了中间继电器KA（Y006）并用中间继电器KA对启动按钮X2和X7进行自锁。在第4梯级和第15梯级中也都使用了Y2（KM）在进行正反转之前都现将KM闭合（将限流电阻进行短接），这样也就使无论正反转电动机M1都是采用全压空载直接启动。在第4梯级和第15梯级中也都使用了X3（SB4）总停按钮，使主电动机M1无论是在正传过程中还是在反转过程中都能过停下来。这样得到电动机正、反转控制梯形图如图5-2所示。
图5-2 主电动机的正反转控制梯形图
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