PLC改造Z3050摇臂钻床设计论文. docx.docx

PLC改造Z3050摇臂钻床2013学校：荣昌世纪培训学校姓名：邓祥富2013-8-10内容提要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,指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，Z3050摇臂钻床的电气原理图绘制、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。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。目录1绪 论. .3 1.1 PLC的介绍31.2 PLC的基本组成及工作原理32 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理42.1主电路42.2 控制电路、信号及照明电路52.3 主电动机控制52.4 摇臂的升降控制52.5 立柱和主轴箱的夹紧和松开控制631 PLC型号的选择73.2 PLC的I/O分配表83.3 PLC的硬件接线94 PLC控制程序105 结论116 参考文献11 绪论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。此外，摇臂的上升、下降和立柱的夹紧、放松各由一台交流异步电动机拖动。目前，Z3040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。因此所要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业当中，经常发生电气故障，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较难实现，所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。PLC电气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。1. 1 PLC介绍在PLC问世之前，继电器接触器控制在工业控制领域中占有主导地位。而继电器控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑。如果生产任务发生了变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样就造成了时间和资金的浪费。另为，大型控制系统用继电器接触器控制，使用的继电器数量较多，控制系统的体积大，耗电量多，而且继电器触点为机械触点，工作频率较低，在频繁动作情况下寿命较短。造成系统故障。系统可靠性差。为了解决这一问题，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制出了世界上第一台可编程控制器，并在GM公司汽车自动装配线上使用，随后，日本、德国等相继引入了这项技术，可编程控制器由此迅速发展起来。80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，16位和32位的微处理器为核心的可编程控制器得到迅速发展。这是的PLC具有了高数计数,中断计数,PID调节和数据通信功能，从而使PLC得应用范围不断扩大。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用和设计的，它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。1.2 PLC的基本组成及工作原理 目前，可编程控制器的产品很多，不同的厂家生产的PLC以及同一厂家生产的不同型号的PLC，其结构各有不同，但就其工作原理和基本组成而言是大致相同的。它们都是以微处理器为核心结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持。实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。PLC主要是由微处理器CPU、存储器、输入/输出模块、I/O接口、通信接口及其电源组成。PLC是一种存储程序用的控制器。用户某一对象的具体控制要求编写控制程序，用编程器将程序键入到PLC的用户程序存储器中寄存。PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的，其工作方式分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。2 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理2.1 主电路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。它的主电路、控制电路、信号电路的电源均采用自动空气开关引入，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设均为短时工作，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201对地为信号灯电源6V,101号线对地为照明变压器TD输出36V。2.3 主电动机控制按启动按钮SB2，则接触器KM1吸合并自锁，使主电动机M1启动运行，同时指示灯HL2显亮。按停止按钮SB1，则接触器KM1释放，使主电动机M1停止旋转，同时指示灯HL3熄灭。2.4摇臂升降控制（1）摇臂上升 按上升按钮SB4，则时间继电器KT1通电吸合，它的瞬时闭合的动合触头闭合，接触器KM4线圈通电，液压油泵电动机M3启动正向旋转，供给压力油。压力油经分配阀体进入摇臂的“松开油腔”，推动活塞移动，活塞推动菱形块，将摇臂松开。同时，活塞杆通过弹簧片使行程开关SQ2，使其动断触点断开，动合触点闭合。前者切断了接触器KM4的线圈电路，KM4的主触头断开，液压油泵电机停止工作。后者使交流接触器KM2的线圈通电，主触头接通M2的电源，摇臂升降电动机启动正向旋转，带动摇臂上升，如果此时摇臂尚未松开，则行程开关SQ2常开触头不闭合，接触器KM2就不能吸合，摇臂就不能上升。当摇臂上升到所需位置时，松开按钮SB4则接触器KM2和时间继电器KT1同时断电释放，M2停止工作，随之摇臂停止上升。由于时间继电器KT1断电释放，经13秒时间的延时后，其延时闭合的常闭触点闭合，使接触器KM5吸合，液压泵电机M3反向旋转，随之泵内压力油经分配阀进入摇臂的“夹紧油腔”，摇臂夹紧。在摇臂夹紧的同时，活塞杆通过弹簧片使行程开关SQ3的动断触点断开，KM5断电释放，最终停止M3工作，完成了摇臂的松开上升夹紧动作。（2）摇臂下降 按下降按钮SB5，则时间继电器KT1通电吸合，其常开触头闭合，接通KM4线圈电源，液压油泵电机M3启动正向旋转，供给压力油。与前面叙述的过程相似，先使摇臂松开，接着压动行程开关SQ2。其常闭触头断开，使KM4断电释放，液压油泵电机停止工作；其常开触头闭合，使KM3线圈通电，摇臂升降电机M2反向运转，带动摇臂下降。当摇臂下降到所需位置时，松开按钮SB5，则接触器KM3和时间继电器KT1同时断电释放，M2停止工作，摇臂停止下降。由于时间继电器KT1断电释放，经13秒时间的延时后，其延时闭合的常闭触头闭合，KM5线圈获电，液压泵电机M3反向旋转，随之摇臂夹紧。在摇臂夹紧同时，使行程开关SQ3断开，KM5断电释放，最终停止M3工作，完成了摇臂的松开下降夹紧动作。组合开关SQ1a和SQ1b用来限制摇臂的升降过程。当摇臂上升到极限位置时，SQ1a动作，接触器KM2断电释放，M2停止运行，摇臂停止上升；当摇臂下降到极限位置时，SQ1b动作，接触器KM3断电释放，M2停止运行，摇臂停止下降。摇臂的自动夹紧由行程开关SQ3控制。如果液压夹紧系统出现故障，不能自动夹紧摇臂，或者由于SQ3调整不当，在摇臂夹紧后不能使SQ3的常闭触头断开，都会使液压泵电机因长期过载运行而损坏。为此，电路中设有热继电器FR2。摇臂升降电动机的正反转控制继电器不允许同时得电动作，以防止电源短路。为避免因操作失误等原因而造成短路事故，在摇臂上升和下降的控制线路中采用了接触器的辅助触头互锁和复合按钮互锁两种保证安全的方法，确保电路安全工作。2.5立柱和主轴箱的夹紧与松开控制立柱和主轴箱的松开（或夹紧）既可以同时进行，也可以单独进行，由转换开关SA1和复合按钮SB6（或SB7）进行控制。SA1有三个位置。扳到中间位置时，立柱和主轴箱的松开（或夹紧）同时进行；扳到左边位置时，立柱夹紧（或放松）；扳到右边位置时，主轴箱夹紧（或放松）。复合按钮SB6是松开控制按钮，SB7是夹紧控制按钮。 （1）立柱和主轴箱同时松、夹 将转换开关SA1扳到中间位置，然后按松开按钮SB6，时间继电器KT2、KT3同时得电。KT2的延时断开的常开触头闭合，电磁铁YA1、YA2得电吸合，而KT3的延时闭合的常开触点经13秒后才闭合。随后，KM4闭合，液压泵电动机M3正转，供出的压力油进入立柱和主轴箱松开油腔，使立柱和主轴箱同时松开。（2）立柱和主轴箱单独松、夹 如希望单独控制主轴箱，可将转换开关SA1扳到右侧位置，按下松开按钮SB6（或夹紧按钮SB7），此时时间继电器KT2和KT3的线圈同时得电，电磁铁YA2单独通电吸合，即可实现主轴箱的单独松开（或夹紧）。松开复合按钮SB6（或SB7），时间继电器KT2和KT3的线圈断电释放，KT3的通电延时闭合的常开触头瞬时断开，接触器KM4（或KM5）的线圈断电释放，液压泵电动机停转。经过13秒的延时，电磁铁YA2的线圈断电释放，主轴箱松开（或夹紧）的操作结束。31 PLC型号的选择PLC输出模块有继电器型、晶体管型和双向可控硅型三种。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17个，输出点数大于11个。所以我选用了日本三菱公司的FX2N-32MR的PLC,32个I/O点的基本单元，继电器输出型。3.2 PLC的I/O分配表输入信号端口分配表地址号符号名称用途X0SB1总起动按钮X1SB2主电动机起动按钮X2SB3摇臂上升起动按钮X3SB4摇臂下降起动按钮X4SB5主轴箱、立柱、摇臂松开按钮X5SB6主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮X6SB7总停止按钮X7SB8主电动机停止按钮X8KR1M1电动机过载保护用热继电器X9KR2M3电动机过载保护用热继电器X10ST11摇臂上升用行程开关X11ST12摇臂下降用行程开关X12ST2摇臂夹紧、放松用行程开关X13ST3摇臂夹紧用行程开关X14ST4立柱夹紧、放松指示用行程开关X15SA2 - 1主轴箱夹紧、放松用组合开关X16SA2 - 2立柱夹紧、放松用组合开关输出信号端口分配表地址号符号名称用途Y0KM1主轴旋转接触器Y1KM2摇臂上升接触器Y2KM3摇臂下降 接触器Y3KM4主轴箱、立柱、摇臂放松接触器Y4KM5主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器Y5YA1主轴箱夹紧、放松用电磁铁Y6YA2立柱夹紧、放松用电磁铁Y7HL1电源工作状态指示信号灯Y8HL2立柱松开指示信号灯Y9HL3立柱夹紧指示信号灯Y10HL4主电动机旋转指示信号灯3.3 PLC的硬件接线4 PLC控制程序5 结论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摇臂钻床的自动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳定性和可靠性，而且，还大大降低了工人的劳动强度，改善了产品