z3040-摇臂钻床电气控制系统设计

Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 1 Z3040Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计型摇臂钻床电气控制系统设计 摘摘 要要 本课程设计是研究机械加工中常用的 Z3040 摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题 旨在 解决传统继电器 接触器电气控制系统存在的线路复杂 可靠性稳定性差 故障诊断和排除 困难等难题 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 本论文对 Z3040 摇臂钻床电气控制系统的改造 将把 PLC 控制技术应用到改造 方案中去 从而大大提高摇臂钻床的工作性能 论文分析了摇臂钻床的控制原理 制定了可 编程控制器改造 Z3040 摇臂钻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 控制摇臂钻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 关键词关键词 可编程控制器 摇臂钻床 梯形图 电气控制系统 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 2 目 录 摘 要 1 1 绪 论 4 1 1 Z3040 摇臂钻床简介 4 1 2 PLC 在电气控制系统中的应用 5 1 3 本论文研究的对象及意义 6 2 Z3040 摇臂钻床电气控制系统的原理 8 2 1 主电路 8 2 2 控制电路 信号及照明电路 8 2 2 1 主电动机的旋转控制 8 2 2 2 摇臂松开 升 降 摇臂夹紧控制 8 2 2 3 立柱和主轴箱的松开及夹紧控制及信号灯 9 3 基于 PLC 的 Z3040 摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计 10 3 1 电气元件的选择 10 3 2 PLC 型号的选择 11 3 2 1 根据 PLC 的物理结构 12 3 2 2 根据 PLC 的指令功能 12 3 2 3 根据 PLC 的输入输出点数 12 3 2 4 根据 PLC 的存储容量 12 3 2 5 根据输入模块的类型 12 3 2 6 根据输出模块的类型 13 3 3 PLC 的 I O 端口分配表 13 3 3 PLC 的 I O 电气接线图的设计 15 4 Z3040 摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计 16 4 1 PLC 梯形图程序的优化设计及程序调试 16 4 1 1 主电动机的起动控制程序 16 4 1 2 摇臂升降控制程序 16 4 1 3 主轴箱放松或夹紧控制程序 17 4 1 4 摇臂回转控制梯形图程序 18 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 3 4 1 5 冷却泵开关控制梯形图程序 19 4 2 指令表 20 5 结论 25 5 1 研究成果 25 5 2 不足之处 25 参考文献 26 附录 Z3040 摇臂钻床电气控制原理图 27 附录 Z3040 摇臂钻床的电器元件明细表 28 附录 I O 电气接线图 29 附录 程序梯形图 30 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 4 1 1 绪绪 论论 1 11 1 Z3040Z3040 摇臂钻床简介摇臂钻床简介 钻床是一种孔加工机床 可用来钻孔 扩孔 绞孔 攻螺纹及修刮端面等多 种形式的加工 钻床的结构形式很多 有立式钻床 卧 式钻床 深孔钻床等 摇臂钻床是一种立式钻床 它适 用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工 是 一般机械加工车间常用的机床 摇臂钻床主要由底座 内外立座 摇臂 主轴箱和 工作台等组成 摇臂的一端为套筒 套装在外立柱上 并借助丝杠的正 反转可沿外立柱作上下移动 主轴箱 安装在摇臂的水平导轨上可通过手轮操作使其在水平 导轨上沿摇臂移动 加工时 根据工件高度的不同 摇臂借助于丝杠可带着主轴箱沿外立柱上下升降 在 升降之前 应自动将摇臂松开 再进行升降 当达到 所需的位置时 摇臂自动夹紧在立柱上 摇臂钻床钻 削加工分为工作运动和辅助运动 工作运动包括 主运动 主轴的旋转运动 和 进给运动 主轴轴向运动 辅助运动包括 主轴箱沿摇臂的横向移动 摇臂的 回转和升降运动 钻削加工时 钻头一面旋转一面作纵向进给 钻床的主运动是 主轴带着钻头作旋转运动 进给运动是钻头的上下移动 辅助运动是主轴箱沿摇 臂水平移动 摇臂沿外立柱上下移动和摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动 摇臂回转和主轴箱的左右移动采用手动 当进行加工时 由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上 而外立柱 紧固在内立柱上 摇臂紧固在外立柱上 然后进行钻削加工 钻削加工时 钻 头一边进行旋转切削 一边进行纵向进给 其运动形式为 1 摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动 2 进给运动为主 3 辅助运动有 摇臂沿外立柱垂直移动 主轴箱沿摇臂长度方向的移动 摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动 Z3040 摇臂钻床结构示意图 1 底座 2 内立柱 3 4 外立柱 5 摇臂 6 主轴箱 7 主轴 8 工 作台 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 5 1 21 2 PLCPLC 在电气控制系统中的应用在电气控制系统中的应用 现代工业生产中 中小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高 零件的 复杂性和精度要求迅速提高 传统的普通钻床已经越来越难以适应现代化生产的 要求 制造业的竞争已从早期降低劳动力成本 产品成本 提高企业整体效率和 质量的竞争 发展到全面满足顾客要求 积极开发新产品的竞争 将面临知识 技术 产品的更新周期越来越短 产品批量越来越小 而对质量 性能的要求更 高 同时社会对环境保护 绿色制造的意识不断加强 因此敏捷先进的制造技术 将成为企业赢得竞争和生存 发展的主要手段 计算机信息技术和制造自动化技 术的结合越来越紧密 作为自动化柔性生产重要基础的 软 控制系统机床 在生产 中所占比例将越来越高 20 世纪 70 年代以前 电气自动控制的任务基本上是由继电器控制系统来完成 继电器控制系统的优点是结构简单 价格低廉 抗干扰能力强 所以当时应用的 十分广泛 至今仍在许多简单的机械设备中应用 但是 该类控制系统的缺点也 十分明显 它采用固定的硬件接线方式来完成各种逻辑控制 灵活性差 另外机 械性触点的工作频率低 易损坏 因此可靠性较差 随着信息化产业的高速发展 数控机床的功能日趋完善 数控机床已经完全 取代了普通机床 而数控技术是机械加工自动化的基础 是数控机床的核心技术 其水平高 低关系到国家战略地位 国民经济水平和体现国家综合实力的水平 今后数控技术又将向着高精化 高速化 高效化 系统化 自动化 智能化 集 体化方向发展 并注重工艺适用性和经济性 PLC 的应用面广 功能强大 使用方便 是当代工业自动化的主要设备之一 PLC 以软件手段实现了各种控制功能 与继电器控制系统相比 灵活性大大提高 与普通的计算机相比 又具有可靠性高 抗干扰能力强 编程简单 组合灵活 扩展方便 体积小等突出优点 因而在机床电气控制系统中得到广泛的应用 PLC 是先进的工业化国家通用的标准工业控制设备 在现代工业自动化控制 中是最值得重视的先进控制技术 现在已经成为现代工业控制三大技术支柱 PLC CAD CAM ROBOT 之一 可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设 计的一种数字运算操作电子系统 它采用了可编程序的存储器 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 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 6 量 模拟量的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 PLC 是微机技术与 传统的继电接触控制技术相结合的产物 它克服了继电接触控制系统中的机械触 点的接线复杂 可靠性低 功耗高 通用性和灵活性差的缺点 充分利用了微处 理器的优点 用 PLC 控制改造其继电器控制电路 可靠性高 逻辑功能强 体积 小 降低了设备故障率 提高了设备使用效率 运行效果良好 随着我国电力体制 改革的深化 电力市场竞争将更加激烈 降低资源损耗和提高管理效益成为各发 电企业的迫切需求 为此 对火电厂辅助车间自动控制水平提出了更高的要求 经过科技人员的不断引进 开发 研究 我国大型火电站的辅助系统 输煤 化水 除灰 除渣 燃油泵房 循环水泵房等 已由继电器控制过渡到完全由 PLC 监控 PLC 是一种专为工业生产自动化控制设计的 一般而言 无须任何保护措施 就可以直接在工业环境中使用 然而 当生产环境过于恶劣 电磁干扰特别强烈 或安装使用不当 就可能造成程序错误或运算错误 从而产生误输入并引起误输 出 这将会造成设备的失控和误动作 从而不能保证 PLC 的正常运行 要提高 PLC 控制系统可靠性 一方面生产厂家要提高 PLC 的抗干扰能力 另一方面 要在设计 安装和使用维护中引起高度重视 多方配合 减少及消除干扰对 PLC 的影响 在新的时代 PLC 会有更大的发展 产品的品种会更丰富 规格更齐全 通过完美的人机界面 完备的通信设备 成熟的现场总线通信能力会更好地适应 各种工业控制场合的需求 PLC 作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成 部分 将在我国发电厂的电气自动化建设中发挥越来越大的作用 1 31 3 本论文研究的对象及意义本论文研究的对象及意义 本论文是研究机械加工中常用的 Z3040 摇臂钻床传统电气控制系统的改造问 题 旨在解决传统继电器 接触器电气控制系统存在的线路复杂 可靠性稳定性差 故障诊断和排除困难等难题 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 本论文对 Z3040 摇臂钻床电 气控制系统的改造 将把 PLC 控制技术应用到改造方案中去 从而大大提高摇臂 钻床的工作性能 论文分析了摇臂钻床的控制原理 制定了可编程控制器改造 Z3040 摇臂钻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 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 7 程序的设计 对 PLC 控制摇臂钻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 由于 Z 3040 型摇臂钻床的电气控制系统存在线路复杂 故障率高 维护工作量大 可靠性低 灵活性差等缺点 本文提出了用 PLC 对 Z 3040 型摇臂钻床的继电器接触式模拟控 制系统进行技术改造 从而保证了电控系统的快速性 准确性 合理性 更好地满足 了实际生产的需要 提高了经济效益 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 8 2 2 Z3040Z3040 摇臂钻床电气控制系统的原理摇臂钻床电气控制系统的原理 2 12 1 主电路主电路 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 电气原理图见附录 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 采用4台电机拖动 主轴电动机Ml 摇臂升降电动机M2 液压泵电动机M3及 冷却泵电动机M4 4台电动机均采用直接起动控制 M2为短时工作制 主轴电动 机Ml和液压泵电动机M3分别设有热继电器FRl FR2作长期过载保护 2 22 2 控制电路 信号及照明电路控制电路 信号及照明电路 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 22 2 2 摇臂松开摇臂松开 升 降升 降 摇臂夹紧控制摇臂夹紧控制 控制电路设有主轴启动按钮SB2和主轴停止按钮SB1 摇臂钻床的工作过程是由电气 机械 液压系统紧密结合实现的 摇臂升 降动作按照 摇臂松开 升降 摇臂夹紧 顺序进行 由摇臂松开行程开关SQ2与夹 紧行程开关SQ3来控制 在摇臂夹紧前 由时问继电器KT延时l 3s后再夹紧 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 9 主轴电机由按钮SB1 SB2和接触器KM1构成单向起动停止控制电路 摇臂升 降由M2作动力 SB3和SB4分别为摇臂上升和下降的点动按钮 因为摇臂平时是夹 紧在外立柱上 所以在摇臂升降之前 先要把摇臂松开 再由M2驱动升降 摇臂 升降到位后 再重新将它夹紧 摇臂升降动作按照 摇臂松开 升 降 摇臂夹紧 顺序进行 由摇臂松开行程开关SQ2与夹紧行程开头SQ3来控制 而摇臂的松 紧 是由液压系统完成的 当按下上升按钮SB3时 电磁阀YV线圈通电吸合 正向供 出压力油进入摇臂的松开油腔 推动松开机构使摇臂松开 摇臂松开后 行程开 头SQ2动作 SQ2触点闭合 SQ3复位SQ3摇臂上升 若M3反转 则反向供出压力 油进入摇臂的夹紧油腔 推动夹紧构使摇臂夹紧 摇臂夹紧后 行程开头SQ3动作 SQ2复位 摇臂停止在所需位置上 摇臂升降的极限保护由组合开头SQ1实现 SQ1 有两对常闭触点 当摇臂上升或下降到极限位置时 相应触头动作 切断对应上 升或下降接触器KM2与KM3线圈回路 使摇臂升降电机M2停转 摇臂停止移动 QS电源开关 主电机M1由KM1控制 摇臂升降电机M2由KM2 KM3控制正 反转 液压泵电机M3由KM4 KM5控制正反转 冷却泵电机M4由SA1控制 电路 有短路保护 过载保护等 执行元件 主电机M1 摇臂升降电机M2 冷却泵电机M4 液压泵电机M3 电磁换向阀YV 2位6通 2 2 3 立柱和主轴箱的松开及夹紧控制及信号灯 主轴箱和立柱的松 紧是同时进行的 SB5和SB6分别为松开和夹紧点动按钮 当按下松开按钮SB5 KM4线圈得电 液压泵电机M3正转 拖动液压泵送出压力 油 这时电磁阀YV线圈处于断电状态 液压油进入主轴箱与立柱的松开油腔 使 主轴箱与立柱松开或夹紧 由于YV线圈断电 液压油不会进入摇臂的松开油腔 摇臂仍处于夹紧状态 当主轴箱与立柱松开时 行程开关SQ4不受压 触头SQ4闭 合 指示灯HL1亮 表示主轴箱与立柱确已松开 可以手动操作主轴箱在摇臂的水 平导轨上移动 也可推动摇臂使绕内立柱旋转移动 当移动到位后 再按下夹紧 按钮SB6 接触器KM5线圈得电 液压泵电机M3反转 液压油进入夹紧油腔 使 主轴箱与立柱夹紧 当确已夹紧 压下SQ4 HL2灯亮 HL1灭 指示主轴箱与立 柱已夹紧 可以进行钻削加工 机床设有4个信号灯 电源指示灯HL 立柱和主轴箱松开指示灯HL1 立柱和 主轴箱夹紧指示灯HL2 主轴电动机旋转指示灯HL3 照明灯EL用SA2直接控制 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 10 信号 检测 元件 SQ1 摇臂上限位开关 SQ6 摇臂下限位开关 SQ2 摇臂 松开检测 SQ3 摇臂夹紧检测 SQ4主轴箱立柱夹紧 松开检测 SQ5按下整个电 路断电 3 3 基于基于 PLCPLC 的的 Z3040Z3040 摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计 Z3040 摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分组成 一部分为电气控制系 统的硬件设计 也就是 PLC 的机型的确定 另一部分是电气控制系统的软件设计 就是 PLC 控制程序的编写 为了使改造后的摇臂钻床仍能够保持原有功能不变 此次改造的一个重要原则之一就是 不对原有机床的控制结构做过大的调整 只 是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代 3 3 1 1 电气元件的选择电气元件的选择 在电气原理图设计完毕之后就可以根据电气原理图进行电气元件的选择工作 本设计中需选择的电气元件主要有 1 电源开关 QS 的选择 QS 的作用主要是用于电源的引入及控制 M1 M4 起 停和正反转等 因此 QS 的选择主要考虑电动机 M1 M4 额定电流和启动电流 由前面已知 M1 M4 的额 定 电流数值 通过计算可得额定电流之和为 10 68A 同时考虑到 M2 M3 M4 量 为满载启动 在功率较小 M1 虽功率较大 但为轻载启动 所以 QS 最终选择 组合开关 HZ5 20 型 额定电流为 20A 2 热继电器 FR 的选择 根据电动机的额定电流进行热继电器的选择 由前面 M1 M2 和 M3 的额定 电流 现选择如下 FR1 选用 JR16 20 3D 型热继电器 热元件额定电流 11A 额定电流调节范围为 6 8 11A 工作时调整在 6 82A FR2 选用 JR16 20 3 型热继电器 热元件额定电流 2 4A 额定电流调节范围为 1 5 2 4A 工作时调整在 1 42A 3 接触器的选择 根据负载回路的电压 电流 接触器所控制回路的电压及所需点的数量等来 进行接触器的选择 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 11 本设计中 KM1 主要对 M1 进行控制 而 M1 额定电流为 6 82A 控制回路电 源为 127V 需要主触点两对 所以 KM1 选 G0 10 型接触器 主触点额定电流为 10A 线圈电压为 127V KM2 与 KM3 对 M2 进行控制 而 M2 额定电流为 2 01A 控制回路电源为 127V 各需要主触点两对 KM2 的辅助动断触点一对 KM3 的辅助动断触点一 对 所以 KM2 KM3 选 CD10 5 型接触器 主触点额定电流为 5A 线圈电压为 127V KM4 与 KM5 对 M3 进行控制 而 M3 的额定电流为 1 42A 控制回路电源为 127V 各需要主触点三对 KM4 的辅助动断触点一对 KM5 的辅助动断触点一 对 所以 KM4 KM5 选 CJ10 5 型接触器 4 时间继电器的选择 本设计中由于摇臂的升降需要延时控制 需要常开触点一个 延时闭合动断 触点一个 延时断开动合触点一个 我们选 ISSI 型时间继电器 额定电压 AC127V DC24V 额定功耗小于 5W 动作频率 1200 次 h 5 熔断器的选择 根据熔断器的额定电压 额定电流和熔体的额定电流等进行熔断器的选择 本设计中涉及到熔断器有三个 FU1 FU2 FU3 FU1 主要对 M1 M4 进行短路保护 M1 M4 额定电流分别为 6 82A 0 43A 因此 熔体的额定电流为 Iful 1 5 2 5 INmax IN 计算可得 Iful 17 48A 因此 FU1 选择 RL1 60 型熔断器 熔体为 20A 同理 FU2 选择 RL1 15 型熔断器 熔体为 10A FU3 选择 RL1 15 型熔断器 熔体为 2A 6 按钮的选择 根据需要的触点数目 动作要求 使用场合 颜色等进行按钮的选择 本设计中 SB1 SB4 选择 LA 18 型按钮 颜色为红色 选择 SB2 SB5 选择 LA 18 型按钮 颜色为绿色 SB3 SB6 选择 LA 18 型按钮 颜色为黑色 7 照明及指示灯的选择 本设计中 电源指示灯 EL 选择 JC2 交流 36V 40W 与灯开关 SA2 成套配 置 指示灯 HL1 HL2 HL3 选择 ZSD 0 型 指标为 6 3V 0 25A 颜色为黄色 绿色 红色各一个 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 12 8 控制变压器的选择 本设计中 变压器选择 BK 100VA 380V 220V 127V 36V 6 3V 综合以上的计算 Z3040 摇臂钻床的电器元件明细表见附录 3 3 2 2 PLCPLC 型号的选择型号的选择 选择基于 PLC 的摇臂钻床电气控制系统的 PLC 机型 应从以下几个方面来考 虑 3 2 1 根据 PLC 的物理结构 根据物理结构的不同 PLC 分为整体式 模块式和叠装式 整体式的每一 I O 点的平均价格比模块式便宜 小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器 此次所设计的电气控制系统属于小型开关量电气控制系统没有特殊的控制任务 整体式 PLC 完全可以满足控制要求 且在性能相同的情况下 整体式 PLC 较模块 式和叠装式 PLC 价格便宜 因此 Z3040 摇臂钻床电气控制系统的 PLC 选用整体 式结构的 PLC 5 3 2 2 根据 PLC 的指令功能 考虑到任何一种 PLC 都可以满足开关量电气控制系统的要求 据此本课题将 尽量采用价格便宜的 PLC 3 2 3 根据 PLC 的输入输出点数 一般系统中 开关量输入与输出的比例为 6 4 根据 I O 总点数可给出如下 的经验公式 所需内存总字数 开关量 输入 输出 总点数 10 余量 一般按计算存储器字数的 25 考虑余量 所需内存总字数 28 20 10 480 输入点数为 28 点 输出点数为 20 点 故总点数应大于 48 3 2 4 根据 PLC 的存储容量 PLC 存储器容量的估算方法 对于仅有开关量输入 输出信号的电气控制系统 将所需的输入 输出点数乘以 10 就是所需 PLC 存储器的存储容量 单位为 bit 即 28 20 20 480bit 3 2 5 根据输入模块的类型 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 13 输入模块的输入电压一般为 DC24V 和 AC110V 或 AC220V 直流输入电路的 延迟时间较短 可以直接与接近开关 光电开关等电子输入装置连接 交流输入 方式的触点接触可靠 适合于在有油雾 粉尘的恶劣环境下使用 由于本基于 PLC 的摇臂钻床电气控制系统的工作环境并不恶劣 且对电气控制系统操作人员 来说 DC24V 电压较 AC110V 电压安全些 因此 本基于 PLC 的摇臂钻床电气控 制系统的 PLC 输入模块应选直流输入模块 输入电压应 DC24V 电压 6 3 2 6 根据输出模块的类型 PLC 输出模块有继电器型 晶体管型和晶闸管三种 继电器型输出模块的触点工作电压范围广 导通压降小 承受瞬间过电压和 过电流的能力较强 每一点的输出容量较大 可达 2A 在同一时间内对导通的输 出点的个数没有限制 但动作速度慢 寿命有一定的限制 晶体管型与晶闸管输出模块分别用于直流负载和交流负载 它们的可靠性高 反应带宽快 寿命长 但是过载能力差 每 1 点的输出量只有 0 5A 4 点同时输 出的总容量不得超过 2A 由于 Z3040 摇臂钻床控制对象对 PLC 输出点的动作表达速度要求不高 继电 器型输出模块的动作速度完全能够满足要求 且每一点的输出容量较大 在同一 时间内对导通的输出点的个数没有限制 这将给设计工作带来很大的方便 所以 本课题选用继电器输出模块 结合 Z3040 摇臂钻床电气控制系统的实际情况 需 要输入点数大于 28 个 输出点数大于 20 个 综上所述 为了使 Z3040 摇臂钻床在改造后能够良好工作 确认日本三菱公 司生产的 FX 64MR 001 型和扩展单元 FX 40ER D 型 PLC 能够满足上述要求 N2N2 该类型号 PLC 体积小 功能强 增加了一些大型机的功能和指令 如 PID 和 PWM Pulse Width Modulation 脉宽调制 指令 对于控制器体积要求较高的应 用系统是一种很好的选择 其编程口为 RS 232C 可以直接和编程器或计算机连 接 使用非常方便 且性价比较高 使用方便 其主要技术性指标如下 该型 PLC 具有 Z3040 摇臂钻床电气控制系统所需的所有指令功能 其总输入 点数为 28 点 总输出点数为 20 点 用户存储器容量 5K 步 输入模块电压为 DC24V 输出模块为继电器型 由此可知 FX 64MR 001 和扩展单元 FX N2N2 40ER D 型 PLC 的技术性能指标完全能满足上述要求 3 33 3 PLCPLC 的的 I OI O 端口分配表端口分配表 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 14 根据所选 PLC 的型号进行 I O 点的端口分配 如下表 3 1 所示 输入信号输出信号 名称代号输入点编号名称代号输出点编号 复位键X000 HL1 松开指 示灯 Y016 急停键X001 HL2 夹紧指 示灯 Y017 有无工件检测传感 器 X035 HL3 主轴工作指示 灯 Y020 主轴停止SB1X003计数器C100 主轴开始SB2X004 摇臂上升SB3X005Y035 摇臂下降SB4X006Y021 摇臂停止ST1X007 辅助作用 Y045 摇臂松开到位SQ3X030计数器输出Y030 摇臂夹紧到位SQ4X031YAY010 摇臂上升到位SQ1X010 电磁阀 1 YVY011 摇臂下降到位SQ2X011YMY012 主轴箱左移SB10X012 电磁阀 2 YNY013 主轴箱右移SB11X013YHY014 主轴箱夹紧到位SQ5X014 电磁阀 3 主轴箱松开到位SQ6X015 主轴电动机 转 KM1Y001 主轴箱左移到位SQ7X016 M2 电动机正 转 KM2Y002 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 15 主轴箱右移到位SQ8X017 M2 电动机反 转 KM3Y003 主轴箱停止ST2X032 M3 电动机正 转 KM4Y004 摇臂顺回转SB17X033 M3 电动机反 转 KM5Y005 摇臂逆回转SB18X020 M5 电动机正 转 KM6Y006 摇臂回转夹紧到位SQ9X021 M5 电动机反 转 KM7Y007 摇臂回转松开到位SQ10X022M4 电动机转KM8Y015 摇臂回转停止ST3X023 冷却泵开SB22X024 冷却泵关SB23X025 表 3 1 I O 分配表 3 33 3 PLCPLC 的的 I OI O 电气接线图的设计电气接线图的设计 PLC 的 I O 电气接线图中所有输入端共用一个 COM 端 输入信号的其中一端 应并接在直流 24V 电源上 另一端应分别接入相应的 PLC 输入端子上 接线时注 意 PLC 输入 输出 COM 端子的极性 接触器线圈连接的所有输出端口可以共用一 个 COM2端 PLC 的 I O 电气接线图见附录 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 16 4 4 Z3040Z3040 摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计 4 14 1 PLCPLC 梯形图程序的优化设计及程序调试 梯形图程序的优化设计及程序调试 为了使 Z3040 摇臂钻床在进行电气控制系统改造后仍能够完成原有的工作需 要 本基于 PLC 的摇臂钻床电气控制系统的 PLC 程序应由电气控制系统预开程序 主电动机的起动和停止控制程序 摇臂升降控制程序即升降电动机的正反转控制 程序 立柱和主轴箱的松开与夹紧控制程序即液压泵电动机的正反转程序 信号 的显示程序 照明控制程序等部分组成 因选用 FX 64MR 001 型号的 PLC 所 N2 以编程时采用 Windows 环境下运行的 SWOPC FXGP WIN C 的编程软件来编程设 计 采用其可编程控制器训练装置来进行模拟调试 4 1 1 主电动机的起动控制程序 X4为主电动机起动输入继电器 接通 X4 此时输出继电器 Y1接通并自锁 从而使电机起动 图 4 1 主电动机的起动梯形图程序 4 1 2 摇臂升降控制程序 当 X5接通时 同时 Y4得电 使得液压泵电动机起动 摇臂放松 当摇臂彻 底放松后 X30的常开触点闭合 常闭触点断开 Y4断电 Y2得电 摇臂开始上 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 17 升 当上升到极限位置时 X10的常闭触点断开 Y2失电 摇臂完成松开 然后上 升的过程 如果想要完成摇臂下降的过程 需接通 X6 在摇臂放松后 使 Y4得电 使摇 臂下降 当下降到极限位置时 X10的常闭触点断开 Y3失电 摇臂完成松开 然 后下降的过程 图 4 2 摇臂升降梯形图程序 4 1 3 主轴箱放松或夹紧控制程序 当 X012 接通后 使 Y4 得电 主轴箱左移 当 X015 接通时 Y2 得电 主轴 箱松开到位 加紧过程与其相似 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 18 图 4 3 主轴箱放松或夹紧梯形图程序 4 1 4 摇臂回转控制梯形图程序 当 X033 接通后 使 Y4 得电 同时 Y14 得电 摇臂开始回转 当 X020 接通 后 摇臂开始逆回转 当 X022 接通后 使 Y7 得电 电机反转 摇臂开始加紧 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 19 图 4 4 摇臂回转控制梯形图程序 4 1 5 冷却泵开关控制梯形图程序 当 X024 接通后 使 Y015 得电 冷却泵开始工作 当 X025 接通后 冷却泵停 止工作 图 4 5 冷却泵开关控制梯形图程序 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 20 4 24 2 指令表指令表 LDX000 X000 复位键 SETS0 LDX001 X001 急停键 OUTM8094 LDX004 X004 主轴开始 ORY001 Y001 主轴电动机转 ANIX003 X003 主轴停止 OUTY001 Y001 主轴电动机转 OUTY020 Y020 HL3 主轴工作指示灯 LDX005 X005 摇臂上升 ORY004 Y004 M3 电动机正转 ORY002 Y002 M2 电动机正转 ANIX007 X007 摇臂停止 ANIX010 X010 摇臂上升到位 MPS ANIX030 ANIY005 Y005 M3 电动机反转 OUTY004 Y004 M3 电动机正转 OUTY010 Y010 电磁阀 YA MPP ANDX030 ANIX006 X006 摇臂下降 ANIY003 Y003 M2 电动机反转 OUTY002 Y002 M2 电动机正转 OUTY012 Y012 电磁阀 YM LDX006 X006 摇臂下降 ORY004 Y004 M3 电动机正转 ORY003 Y003 M2 电动机反转 ANIX007 X007 摇臂停止 ANIX010 X010 摇臂上升到位 MPS ANIX030 ANIY005 Y005 M3 电动机反转 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 21 OUTY004 Y004 M3 电动机正转 OUTY010 Y010 电磁阀 YA MPP ANDX030 ANIX005 X005 摇臂上升 ANIY002 Y002 M2 电动机正转 OUTY003 Y003 M2 电动机反转 OUTY012 Y012 电磁阀 YM LDX010 X010 摇臂上升到位 ORX007 X007 摇臂停止 ORY035 Y035 辅助输出 ANIX031 X031 摇臂夹紧到位 OUTT0K20 MPS ANDT0 ANIY004 Y004 M3 电动机正转 OUTY005 Y005 M3 电动机反转 OUTY010 Y010 电磁阀 YA MPP OUTY035 Y035 辅助输出 LDX012 X012 主轴箱左移 ORY004 Y004 M3 电动机正转 ORY002 Y002 M2 电动机正转 X032 主轴箱移动停止 ANIX016 X016 主轴箱左移到位 MPS ANIX015 X015 主轴箱松开到位 ANIY005 Y005 M3 电动机反转 OUTY004 Y004 M3 电动机正转 OUTY011 Y011 电磁阀 YV MPP ANDX015 X015 主轴箱松开到位 ANIX013 X013 主轴箱右移 ANIY003 Y003 M2 电动机反转 OUTY002 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 22 Y002 M2 电动机正转 Y013 电磁阀 YN LDX013 X013 主轴箱右移 ORY004 Y004 M3电动机正转 ORY003 Y003 M2 电动机反转 ANIX032 X032 主轴箱移动停止 ANI X016 X016 主轴箱左移到位 MPS ANIX015 X015 主轴箱松开到位 ANIY005 Y005 M3 电动机反转 OUTY004 Y004 M3 电动机正转 OUTY011 Y011 电磁阀 YV MPP ANDX015 X015 主轴箱松开到位 ANIX012 X012 主轴箱左移 ANIY002 Y002 M2 电动机正转 OUTY003 Y003 M2电动机反转 OUTY013 Y013 电磁阀 YN LDX016 X016 主轴箱左移到位 ORX032 X032 主轴箱移动停止 ORY021 ANIX014 X014 主轴箱夹紧到位 OUTT0K20 MPS ANDT0 ANIY004 Y004 M3 电动机正转 OUTY005 Y005 M3电动机反转 OUTY011 Y011 电磁阀 YV MPP OUTY021 LDX033 ORY004 Y004 M3电动机正转 ORY006 Y006 M5电动机正转 ANIX023 X023 摇臂回转停止 MPS ANIX022 X022 摇臂回转松开到位 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 23 ANIY005 Y005 M3 电动机反转 OUTY004 Y004 M3 电动机正转 OUTY014 Y014 电磁阀 YH MPP ANDX022 X022 摇臂回转松开到位 ANIY006 Y006 M5 电动机正转 OUTY007 Y007 M5 电动机反转 LDX023 X023 摇臂回转停止 ORY045 Y045 辅助输出 ANIX021 X021 摇臂回转夹紧到位 OUTT0K20 MPS ANDT0 ANIY004 Y004 M3电动机正转 OUTY005 Y005 M3 电动机反转 OUTY014 Y014 电磁阀 YH MPP OUTY045 Y045 辅助输出 LDX024 X024 冷却泵开 ORY015 Y015 M4电动机转 ANIX025 X025 冷却泵关 OUTY015 Y015 M4电动机转 LDX030 ORX022 X022 摇臂回转松开到位 ORX015 X015 主轴箱松开到位 OUTY016 Y016 HL1 松开指示灯 LDX031 X031 摇臂夹紧到位 ORX021 X021 摇臂回转夹紧到位 ORX014 X014 主轴箱夹紧到位 OUTY017 Y017 HL2 夹紧指示灯 LDX034 X034 计数器复位 RSTC100 LDX035 X035 传感器感应开关 OUTC100K10000 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 24 LDC100 OUTY030 Y030 计数器输出 END Z3040 型摇臂钻床电气控制系统设计 25 5 5 结论结论 本课题所研究的基于 PLC 的摇臂钻床电气控制系统的设计实现了 Z3040 摇臂 钻床的控制自动化 方便了工人在生产中对机床的实际操作 通过研究 可得出 以下结论 5 15 1 研究成果研究成果 可编程控制器是一种广泛应用于工业现场的新型控制器 具有结构简单 抗 干扰性强 编程方便等特点 本课题采用 PLC 自动控制技术取代了传统继电器 接触器电气控制系统 实现了对 Z3040 摇