20世纪40年代以前，机床的电气控制主要采用交流电动机拖动的继电器-接触器控制。由于当时的交流电动机难以实现调速，只能通过皮带、齿轮等机械机构来实现有级变速，因而机床的机械结构比较复杂，同时还限制了加工精度的提高。继电器-接触器控制系统可以实现机床的各种运动控制（如启动、制动、反转、变速等），并可实现逻辑控制、联锁控制、异地控制等，因而大大提高了机床的自动化水平，有助于减轻工人的劳动强度。这种控制系统技术简单、易于掌握，至今仍被广泛采用。
继电器-接触器控制系统是由各种电器组成的，而这些电器的机械动作寿命是有限的，必须按时更换损坏的电器，以免影响系统的可靠性。另外，根据加工工艺的要求，需要改变控制逻辑关系时，必须修改线路，重新安装配线，这对现代机床的控制要求是很不适应的。
近年来，由于电力电子器件及其变换技术的发展和矢量控制技术的应用，交流调速系统有了很大的发展，在调速性能上完全可以与直流调速系统相媲美，加之性能可靠、维护方便，因而在星带机床中逐步取代着直流调速系统。
在机床的控制方面，今年出现的可编程控制器（PLC）已广泛用于电气控制系统中。可编程控制器不仅可以按事先编好的程序进行各种逻辑控制，还具有随意编程、自动诊断、通用性好、体积小、可靠性高的特点。因此，可编程控制器正逐步取代着继电器－接触器控制系统。
本文就是以普通车床为对象，基于PLC进行电气控制系统设计。一共分为几个部分：
第一章为概述，对普通车床的结构、主要运动以及技术参数做了简要介绍。
第二章为普通车床的电气控制系统分析，对于车床的主电路、控制电路和照明电路进行分析，说明了电气控制要求和总体设计。
第三章介绍了系统的硬件和PLC的概况、特点以及应用，并且针对本次设计介绍了PLC在车床方面的实际应用。
第四章详细的分析了PLC的工作原理、工作过程、组成部分通信联网以及编程语言。并且对于各个部分进行了详细的分析。
第五章则是PLC的软件设计，Step7分析，并且做出了I/O端口、PLC外部接线图、梯形图以及设计分析。
第六章为触摸屏装置的链接与调试，来实现机器操作和监控。
最后为结论部分。通过学习大量参考文献和在现场对各种实际情况的研究和分析,得出结论。
1 C6140型普通车床概述
1.1 C6140型车床的主要结构
C6140 型车床的主要结构见图1.1，主要有主轴变速箱、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、床身等。主轴变速箱的功能是支承主轴和传动其旋转，包含主轴及其轴承、传动机构、起停及换向装置、制动装置、操纵机构及滑润装置。
进给箱的作用是变换被加工螺纹的种类和导程，以及获得所需的各种进给量。它通常由变换螺纹导程和进给量的变速机构、变换螺纹种类的移换机构、丝杠和光杠转换机构以及操纵机构等组成。
溜板箱的作用是将丝杠或光杠传来的旋转运动转变为直线运动并带动刀架进给，控制刀架运动的接通、断开和换向等。刀架则用来安装车刀并带动其作纵向、横向和斜向进给运动。
图1.1 C6140 型普通车床的主要结构
1.1.1 C6140车床的主要运动
车床的主运动是工件的旋转运动，它是由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转。电动机的动力通过主轴箱传给主轴，主轴一般只要单方向的旋转运动，只有在车螺纹时才需要用反转来退刀。
车床的另一个运动则是进给运动，进给运动由溜板带动刀架的直线移动。车床还有辅助运动，如溜板和刀架的快速移动、尾架的移动以及工件的夹紧与放松等。
1.2 C6140型普通车床技术参数表
表1.1技术参数表
2 车床电气控制系统分析及总体设计
2.1 车床的电气控制电路原理图
C6140型普通车床电气控制电路原理图如下图所示。
TC
M1M2M3
图2.1车床电气原理图
2.2 车床电路分析和电气控制要求
2.2.1 主电路分析
C6140型普通车床共由三台电动机拖动。图2为该车床的电气主电路图。在主电路中M1为主轴电动机，拖动主轴的旋转并通过传动机构实现车刀的进给。M2为冷却泵电动机，M3为快速移动电动机。KM1~KM3为交流接触器，FR1~FR2为热继电器的热元件，分别做M1，M2的过载保护。FU~FU4为熔断器。按钮SB1为主轴电动机M1的启动按钮，SB2为主轴电动机M1的停止按钮，按钮SB3为快速移动电动机M3的点动按钮，手动开关SA1为冷却泵电动机M2的启动按钮。QS为电源总开关。
2.2.2 控制电路分析
控制变压器TC 二次分别输出6V、24V 和220V， 其中6V作为电源指示灯的电源，24V 作为照明灯的电源，而220V 为控制回路的工作电源。控制变压器的一次侧由FU1做短路保护。
（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给进运动的驱动。 电动机采用直接起动的方式起动。主轴电动机M1的控制要求：按下启动按钮SB1，接触器KM1闭合，主轴电动机M1启动运转；按下停止按钮SB2，接触器KM1断电释放，主轴电动机M1停止运转。
( 2) 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泵电动机 M2 ， 提供冷却液。冷却泵电动机M2的控制要求：主轴电动机M1启动后（M1电动机未启动之前，M2电动机是不能启动的），将手动开关SA1扳置闭合位置，接触器KM2闭合，冷却泵M2启动运转；将SA1扳置断开的位置，接触器KM2断开，冷却泵电动机M2停转。
( 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。快速移动电动机M3的控制要求：按下点动按钮SB3，接触器KM3通电闭合，快速移动电动机M3启动运转；松开点动按钮SB3，接触器KM3断电释放，快速移动电动机M3停转。
( 4) 当热继电器FR1、FR2任意一个常闭触电断开时，接触器KM1、KM2、KM3断电，电动机M1、M2、M3停止运转。熔断器FU1～FU4分别对主电路、控制电路和辅助电路实行短路保护。因此，电路具有短路及过载保护。
2.2.3 信号及照明电路
控制变压器TC的二次侧分别输出24V和6V电压，作为机床照明灯和信号灯的电源。EL为机床的低压照明灯，由开关SA2控制；HL为电源的信号灯。合上电源开关QS，指示灯HL亮，表示控制电路有电。
2.3 电器元件明细表