【《某摇臂钻床PLC控制系统的硬件和软件设计案例》4200字】

某摇臂钻床PLC控制系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u285761硬件电路设计 162041.1Z3040摇臂钻床控制线路原理分析 1142751.2Z3040摇臂钻床主电路设计 272471.3Z3040摇臂钻床控制电路分析 3142611.3.1主电动机M1的控制分析 348831.3.2摇臂升降电机M2的控制分析 377351.3.3主轴箱、立柱松开夹紧的控制分析 4295041.3.4冷却泵电动机M4的控制分析 5261621.3.5照明及信号指示电路的控制分析 5304411.4Z3040摇臂钻床的PLC控制系统硬件设计 523221.2.1确定Z3040摇臂钻床的PLC控制系统I/O点数 5171171.2.2确定Z3040摇臂钻床的PLC控制系统类型 5197331.2.3Z3040摇臂钻床的PLC控制系统I/O端口分配表 6118561.2.4Z3040摇臂钻床的PLC控制系统I/O电气接线图 7222482Z3040摇臂钻床的软件设计 8216202.1Z3040摇臂钻床主轴电动机M1控制程序 885172.2Z3040摇臂钻床摇臂升降电动机M2控制程序 9102792.3Z3040摇臂钻床主轴箱、立柱的松开与夹紧的控制程序 11211062.4Z3040摇臂钻床PLC控制系统的完整程序 131硬件电路设计1.1Z3040摇臂钻床控制线路原理分析Z3040摇臂钻床控制线路原理图如图1.1所示。图1.1Z3040摇臂钻床控制线路原理图1、主要控制电器为4台电动机:主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机。2、摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。3、冷却泵电动机容量小，由开关SA1直接控制。4、主电路电源电压为交流380V,漏电保护器QS作为电源引入开关。打开QS开关，经SA2开关操作，照明指示灯EL亮，将QS开关关闭，指示灯EL灭。1.2Z3040摇臂钻床主电路设计Z3040摇臂钻床的主电路是由主轴电动机M1、摇臂升降电动机M2、液压泵电动机M3、冷却泵电动机M4四台电动机组成。其电机接线图如图1.2所示图1.2电机接线图1.3Z3040摇臂钻床控制电路分析Z3040摇臂钻床包括主轴电动机M1、摇臂升降电动机M2、液压泵电动机M3、冷却泵电动机M4四台电动机。主电路电源电压为交流380V经降压变压器T变为110V，作为控制电源；但其二次绕组增设36V安全电压供局部照明使用。1.3.1主电动机M1的控制分析在主电动机启动前，然后再将自动开关QS扳到接通位置，合上开关SA2,电源指示灯亮，为主轴电动机与其他电动机的启动做好了准备。按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电吸合并自锁，其主触点接通主电动机的电源，主电动机M1旋转。需要使主电动机停止工作时，按停止按钮SB1,接触器KM1断电释放，主电动机M1被切断电源而停止工作。主电动机采用热继电器FR1作过载保护，采用熔断器FU1作短路保护。主电动机的工作指示由KM1的辅助动合触点控制指示灯HL3来实现，当主电动机在工作时，指示灯HL3亮。主轴的正转与反转用主轴操作手柄通过机械变换的方法来实现。1.3.2摇臂升降电机M2的控制分析摇臂升降运动必须在摇臂完全放松的条件下进行，升降过程结束后应将摇臂夹紧固定。摇臂升降运动的动作过程为:摇臂放松--摇臂升/降--摇臂夹紧。(注:夹紧必须在摇臂升/降停止时进行)摇臂上升与下降控制的工作过程如下:

按下上升(或下降)控制按钮SB3

(或SB4)，断电延时继电器KT线圈通电,同时KT动合触点使电磁铁YA线圈通电，接触器KM4线圈通电，电动机M3反向启动，液压油进入摇臂松开油腔，推动活塞和菱形块实现摇臂的放松。放松至需要高度后，压下行程开关SQ2，接触器KM4线圈断电(摇臂放松过程结束)，接触器KM2(KM3)线圈得电，主触点闭合接通摇臂升降电动机M2，带动摇臂上升。由于此时摇臂已松开，SQ4被复位，SQ4实现主轴与立柱夹紧保护。HL1灯亮，表示松开指示。松开按SB3(SB4)，接触器KM2(KM3)线圈断电，摇臂上升(下降)运动停止，时间继电器KT线圈断电(电磁铁YA线圈仍通电)，当延时结束，即升降电机完全停止时，KT延时闭合动断触点闭合，KM5线圈得电，液压泵电动机M3接通电源正向启动，压力油从另一条油路进入摇臂夹紧油腔，反方向推动活塞和菱形块，使摇臂夹紧。摇臂做夹紧运动，以定时间后KT动合延时断开触点断开，接触器KM5线圈和电磁阀YA线圈断电，电磁阀复位，液压泵电动机M3断电停止工作，摇臂上升(下降)运动结束。

摇臂升降电动机M2的正反转接触器KM2和KM3不允许同时获电动作，以防止电源相间短路。在摇臂上升和下降的控制电路中采用了接触器联锁和复合按钮联锁，以确保电路安全工作。SQ1U(SQ1D)为摇臂上升(下降)的限位保护开关。1.3.3主轴箱、立柱松开夹紧的控制分析根据液压回路原理，电磁阀YA线圈不通电时，液压泵电动机M3的正、反转，使主轴箱和立柱同时放松或夹紧。具体操作过程如下:

按动按钮SB5，接触器KM4线圈通电，液压泵电动机M3反转(YA不通电),主轴箱和立柱的夹紧装置放松，完全放松后位置开关SQ4不受压，指示灯HL1做主轴箱和立柱的松开指示，松开按钮SB5,接触器KM4线圈断电，液压泵电动机M3停转,放松过程结束。灯HL1在松开指示状态下，可手动操作外立柱带动摇臂沿内立柱回转动作，以及主轴箱摇臂长度方向水平移动。

按动按钮SB6，接触器KM5线圈通电，主轴箱和立柱的夹紧装置夹紧，夹紧后压下位置开关SQ4,指示灯HL2做夹紧指示，松开按钮SB6，接触器KM5线圈断电，主轴箱和立柱的夹紧状态保持。在HL2的夹紧指示灯状态下，可以进行孔加工(此时不能手动移动)。液压泵电动机M3送出压力油，经二位六通阀至摇臂夹紧机构实现夹紧与松开。其结构图如下图1.2所示。图1.2Z3040摇臂钻床夹紧与放松机构液压原理图1.3.4冷却泵电动机M4的控制分析冷却泵电动机拖动冷却泵，使冷却泵送出冷却液，让加工的刀具进行冷却，冷却泵电动机容量小，由开关SA1进行单向旋转的控制。1.3.5照明及信号指示电路的控制分析HL1为主轴箱、立柱松开指示灯，灯亮表示已松开，可以手动操作主轴箱沿摇臂水平移动或摇臂回转。HL2为主轴箱、立柱夹紧指示灯，灯亮表示已夹紧，可以进行钻削加工。HL3为主轴旋转工作指示灯。照明灯EL由降压变压器T供给36V安全电压，经开关SA2操作实现钻床局部照明。1.4Z3040摇臂钻床的PLC控制系统硬件设计1.2.1确定Z3040摇臂钻床的PLC控制系统I/O点数根据参考Z3040摇臂钻床的PLC控制系统的控制电路来确定I/O端口点数，其中:各种启动停止按钮6个，行程开关5个，共计11个输入端口点数；接触器6个,信号指示灯3个，共计9个输出端口点数。1.2.2确定Z3040摇臂钻床的PLC控制系统类型在选用PLC上，根据Z3040摇臂钻床的电气部分，输出端口需要9个，输入端口需要11个。因此，为了考虑经济、实用、稳定等各方面因素。我决定选用SIMATIC

S7-200作为本次设计所用PLC，S7-200系列PLC可提供4种不同型号的CPU,根据Z3040摇臂钻床系统工艺要求选用了CPU224型的可编程控制器。CPU224型的可编程控制器集成14输入10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHZ高速计数器，2路独立的20kHZ高速脉冲输出，具有PID控制器，1个RS-485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸，具有较强控制能力小型控制系统。1.2.3Z3040摇臂钻床的PLC控制系统I/O端口分配表Z3040摇臂钻床的PLC控制系统I/O端口分配表如下表1.1所示。表1.1Z3040摇臂钻床PLC改造的I/O端口配置表代号功能PLC输出继电器代号功能PLC输入继电器YA电磁阀，改变油路Q0.5SB1主轴停止按钮I0.0KM1主轴电动机接触器Q0.0SB2主轴启动按钮I0.1KM2摇臂升降电机上升接触器Q0.1SB3摇臂上升按钮I0.2KM3摇臂升降电机下降接触器Q0.2SB4摇臂下降按钮I0.3KM4液压电动机反转接触器Q0.3SB5主轴、立柱松开按钮I0.4KM5液压电动机正转接触器Q0.4SB6主轴、立柱夹紧按钮I0.5HL1夹紧指示Q0.6SQ1U摇臂上升极限保护I0.6HL2松开指示Q0.7SQ2D摇臂下降极限保护I0.7HL3主轴电机M1运行指示Q1.0SQ2摇臂松开到位保护I1.0SQ3摇臂夹紧到位保护I1.1SQ4主轴、立柱夹紧保护I1.21.2.4Z3040摇臂钻床的PLC控制系统I/O电气接线图根据表1.1Z3040摇臂钻床PLC改造的I/O端口配置表，画出Z3040摇臂钻床PLC改造的I/O接线图。如图1.3所示。图1.3Z3040摇臂钻床PLC改造的I/O接线图

2Z3040摇臂钻床的软件设计通过软件STEP7-MicroWINSMART对Z3040摇臂钻床进行软件设计，先分别对Z3040摇臂钻床主轴电动机、摇臂升降电动机、主轴箱、立柱松开与夹紧的控制程序分析设计，最后整合完成Z3040摇臂钻床PLC控制系统的完整程序。2.1Z3040摇臂钻床主轴电动机M1控制程序Z3040摇臂钻床主轴电动机M1的控制过程过程如下，其控制程序如图2.1所示。合上刀开关QS，按下启动按钮SB2，接触器KM1通电，电动机M1启动。指示灯HL3亮，主轴旋转。按下停止按钮SB1，接触器KM1断电，电动机M1停止工作。指示灯HL3灭，主轴停止旋转。图2.1Z3040摇臂钻床主轴电动机M1控制程序2.2Z3040摇臂钻床摇臂升降电动机M2控制程序Z3040摇臂钻床摇臂升降电动机M2的控制过程如下，其控制程序如图2.2和图2.3所示。=1\*GB2⑴按下上升按钮SB3，时间继电器KT得电，KT的瞬时常开触点闭合，接触器KM4得电。电动机M3反向启动，送出液压油。延时断开触头KT闭合，YA得电，液压油经过二位六通阀，进入摇臂的松开油腔，活塞杆压下SQ2；SQ2常闭触点断开，断开KM4，电动机M3停止工作，停止供油。SQ2常开触点闭合，接触器KM2得电，电动机M2正向启动，摇臂上升，当摇臂上升到所需位置，松开按钮SB3和摇臂上升极限开关SQ1D；KM2断电，电动机M2依靠惯性旋转，停止上升。KT断电，在断电延时的过程中，电磁阀FA仍处于通电状态，KT断电时间到，KT常闭触点闭合，接触器KM5得电，电动机M3正向启动，供出压力油。KT常开触点断开，电磁阀YA断电，压力油经二位六通阀进入摇臂夹紧油腔，活塞杆压下SQ3；SQ3常闭触点断开，KM5断电，电动机M3停止工作摇臂夹紧，上升结束。=2\*GB2⑵需要摇臂下降时，按下摇臂下降按钮SB4,动作过程与摇臂上升时相似。图2.2Z3040摇臂钻床摇臂升降电动机M2的控制程序图2.3Z3040摇臂钻床摇臂升降电动机M2的控制程序2.3Z3040摇臂钻床主轴箱、立柱的松开与夹紧的控制程序Z3040摇臂钻床主轴箱、立柱的松开与夹紧的控制原理如下（主轴箱、立柱的松开与夹紧是同时进行的），其控制程序如图2.4和图2.5所示。按下按钮SB5，接触器KM4得电，电动机M3反转，电动机M3送出压力油，电磁阀YA处于断电状态，压力油经二位六通阀，进入主轴箱、立柱松开油腔。主轴与立柱松开，行程开关SQ4没有受压，SQ4常闭触点闭合，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，也可推动摇臂使外立柱绕内立柱作回转移动。）当转动到位时，按下按钮SB6，松开按钮SB5，接触器KM5得电，电动机M3正转，电动机M3送出压力油至主轴、主轴与立柱夹紧。行程开关SQ4动作，SQ4常闭触点断开，灯HL1灭；SQ4常开触点闭合，HL2亮（表示主轴与立柱夹紧）。图2.4Z3040摇臂钻床主轴箱、立柱的松开与夹紧的控制程序图2.5Z30