基于PLC的摇臂钻床自动控制系统的改造.doc

www.88doc88.comwww.yanziedu.com目录1绪论.错误!未定义书签。1.1本课题的选题背景和意义.错误!未定义书签。1.2国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态.错误!未定义书签。2Z3040摇臂钻床电气控制系统和原理分析.32.1主电路.错误!未定义书签。2.2控制电路、信号及照明电路.52.2.1主电动机的旋转控制.52.2.2摇臂的升降控制.52.2.3立柱和主轴箱的松开及夹紧控制.73Z3040摇臂钻床PLC电气控制系统硬件部分的改造设计.93.1PLC型号的选择.93.1.1PLC的物理结构.93.1.2PLC的指令功能.93.1.3PLC的输入输出点数.93.1.4PLC的存储容量.93.1.5输入模块的类型.103.1.6输出模块的类型.103.2PLC的I/O端口分配表.103.3PLC的I/O电气接线图的设计.124Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计.144.1PLC梯形图程序的优化设计及程序调试：.144.1.1系统预开程序.144.1.2主电动机的起动控制程序.144.1.3摇臂升降控制程序.154.1.4主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序.154.1.5主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序.165组态王简介.165.1组态王画面开发系统.175.2组态王画面运行系统.185.3组态王工程管理系统.185.4组态王新建工程.185.5创建组态画面.186结论.20致谢.21参考文献.21附录梯形图转换成指令表.22www.88doc88.comwww.yanziedu.com1绪论摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工作，在具有工艺设备的条件下可以进行镗孔。Z3040摇臂钻床在摇臂钻床生产中应用较广，电路具有典型性，因此，本次改造选用Z3040摇臂钻床为例分析它的电气控制线路，然后进行PLC的改造1。1.1本课题的选题背景和意义Z3040摇臂钻床是工厂中常用的金属切削机床，它可以进行多种形式的加工，如：钻孔、镗孔、铰孔及螺纹等。从控制上讲，它需要机、电、液压等系统相互配合使用，而且，要进行时间控制。它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。故主电动机只有一个旋转方向2。目前，我国的摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器接触器控制方式。因其控制的电机较多且电路较复杂，在日常的生产作业当中，电气故障出现频率较高，从而影响生产。另外，一些复杂的控制如：时间、计数控制用继电器接触器控制方式很难精确控制，因此，对传统电气控制系统进行改造有其进步性。可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC），是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、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、模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。现在应用于各种工业控制领域的PLC种类繁多，欧美以大中型PLC闻名，而日本以小型PLC著称。规模大小和功能强弱千差万别，但他们具有以下一些共同的特点。可靠性高。可靠性是用户的首选要求，目前各厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过IEC规定的10万小时。灵活性高。可编程控制器是系列化产品，通常采用模块化结构来完成不同的任务组合。输入输出端口选择灵活，有多种机型，组合方便。功能强大。除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算功能外，配合特殊功能模块还可实现点位控制、PTO运算、过程运算、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远程设备。编程方便，易于使用。PLC的编程可采用与继电器极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气人员的欢迎。www.88doc88.comwww.yanziedu.com运行速度快。传统的机电接触电气控制系统通过大量触点的机械动作进行控制，速度很慢，而且系统愈大速度愈慢。PLC的控制速度则由CPU工作速度和扫描速度决定。因此更适合处理高速复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别越来越小。同时，PLC还具备了网络功能，能进行一台PLC或多台PLC与PC机之间的联网通讯，使用PLC可以很方便的构成“集中管理、分散控制”的分布式电气控制系统，通过现场总线的PLC通讯网络，可使工厂的各种资源共享，就更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化提供了技术保证3。正是由于PLC电气控制系统的种种优点,因此本次对摇臂钻床的电气控制系统的改造,可以大大提高摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性,为工业生产的现代化带来生机。1.2国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态20世纪60年代末期，是美国通用汽车公司在1968年提出，由美国的数据设备公司在1969年开发出来的。我国于1974年开始研制开发。PLC发展至今已经历了三个阶段，其PLC的I/O点数、容量、功能等方面，可以完全适应复杂的电气控制。PLC的生产厂家很多，如国外的三菱公司的FX系列、松下公司的FP系列、欧姆龙公司CPM1A系列、西门子公司的S7系列、立石公司的C系列等。我国北京联想计算机集团公司的GK-40、上海机床电器厂的CKY-40、苏州电子计算机厂的YZ-PC-001A、杭州机床电器厂的DKK02、天津中环自动化仪表公司的DJK-S-84/86/480等4。世界各国争相在该领域投入大量资金进行新产品的开发，电气控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司己将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。由于PLC的众多优点，使其迅速在工业控制中得到推广。虽然国内PLC技术的应用前景很大，并且取得了一定的经济效益，而相比之下，由于受经济和技术水平的限制，大多数企业在生产上使用的摇臂钻床的电气控制系统，还是采用采用继电器接触器控制方式，而这种控制方式存在着明显的缺陷和隐患。极易发生故障。而且，由于线路复杂，要想找到问题所在也相当的困难。和国外大量采用PLC技术替代继电器接触器系统相比，我们还存在很大差距5。随着PLC技术在我国的迅猛发展，我们和国外先进技术的差距会不断缩小。因此，抓住这个有利时机进一步促进PLC技术的推广与应用，是提高我国工业自动化水平的迫切任务，此次对于摇臂钻床电气控制系统改造设计，就是希望借www.88doc88.comwww.yanziedu.com鉴国外先进的工业控制技术，应用到工业现场，以提高摇臂钻床的工作性能。2Z3040摇臂钻床电气控制系统和原理分析Z3040型摇臂钻床的主轴的调速范围为50:1，正转最低转速为40r/min，最高为2000r/min，进给范围为0.051.60r/min。它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的，或采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的，故主电动机只有一个旋转方向。除了主轴的旋转和进给运动外，还有摇臂钻床的上升、下降及立柱的夹紧和放松。摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机拖动，立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动。而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。此外还有一台冷却泵电动机对加工的刀具进行冷却。Z3040摇臂钻床外形图如图1所示。图1Z3040摇臂钻床示意图www.88doc88.comwww.yanziedu.com2.1主电路我国原来生产的Z3040摇臂钻床的主轴旋转运动和摇臂升降运动的操作是通过不能复位的十字开关来操作的,它本身不具有欠压和失压保护。因此在主回路中要用一个接触器将三相电源引入。现在的Z3040摇臂钻床取消了十字开关，它的电气原理图如图2所示：www.88doc88.comwww.yanziedu.com它的主电路、控制电路、信号电路的电源均采用自动开关引入，自动开关的电磁脱扣作为短路保护取代了熔断器。交流接触器KM1只主电动机M1接通或断开的接触器，KR1为主电动机过载保护用热继电器。摇臂的升降，立柱的夹紧放松都要求拖动的电动机正反转，所以M2和M3电动机分别有两个接触器，它们为KM2、KM3和KM4、KM5。摇臂升降电动机M2、冷却泵电动机M4均为短时工作，不设过载保护。2.2控制电路、信号及照明电路控制电路的电源由控制变压器TC二次侧输出110V供电，中间抽头603对地为信号灯电源6.3V，241号线对地为照明变压器TD二次侧输出36V。2.2.1主电动机的旋转控制在主电动机启动前，首先将自动开关Q2、Q3、Q4扳到接通状态，同时将配电盘的门关好并锁上。然后再将自动开关Q1扳到接通位置，电源指示灯HL1亮。这时按下SB1，中间继电器K1通电并自锁,为主轴电动机与其他电动机的启动做好了准备。当按下按钮SB2时，交流接触器KM1线圈通电并自锁使主电动机旋转，同时主电动机旋转的指示灯HL4亮。主轴的正转与反转用手柄通过机械变换的方法来实现。2.2.2摇臂的升降控制按下按钮SB3，时间继电器KT1通电吸合，它的瞬动触点（33-35）闭合使KM4线圈通电，液压电动机M3启动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时活塞杆通过弹簧片使行程开关ST2的动断触点断开没，KM4线圈断电,而ST2的动合触电（17-21）闭合KM2圈通电，它主触点闭合，M2电动机旋转使摇臂上升。如果摇臂没有松开，ST2的动合触点不能闭合，摇臂升降电动机不能转动，这样就保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降。Z3040摇臂钻床的液压控制原理图如图3所示：当摇臂上升到所需要的位置时，松开按钮SB3，KM2和KT1断电，升降电动机M2断电停止，摇臂停止上升。当持续1-3秒后，KT1的断电延时闭合的动断触点（47-49）闭合，KM5线圈经7-47-49-51号线，KM5线圈通电液压泵电动机M3反转，使压力油经分配阀进入摇臂的夹紧液压腔，摇臂夹紧。同时活塞杆通过弹簧片使ST3的动断触点（7-47）断开，KM5线圈断电，M3电动机停止，完成了摇臂的松开上升夹紧动作。www.88doc88.comwww.yanziedu.com图3Z3040摇臂钻床夹紧机构液压控制液压原理图摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。为避免由于操作错误造成事故，在摇臂上升和下降的线路中加入了触点互锁和按钮互锁。因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作所以采用点动方式。行程开关ST1是为摇臂的上升或下降的极限位置保护而设立的。ST1有两对常闭触点，ST1的动断触点（15-17）是摇臂上升时的极限位置保护，ST1的动断触点（27-17）是摇臂于液压夹紧机构出现故障或ST3调整不当，将造成液压泵