深孔钻组合机床控制系统设计报告

目录控制要求PLC控制电路设计2.1PLC选型2.2I/O地址分配2.3PLC接线图2.4电气原理图2.5元器件清单2.6元件布置图2.7面板控制图2.8流程图设计2.9PLC程序设计第三章继电器控制电路设计3.1继电器电路设计3.2液压原理图设计第四章安装调试第五章总结体会控制要求设计一个深孔钻组合机床控制系统，要求如下：深孔组合钻床进行深孔钻削时，为有利于排屑和冷却，需要啄式进给钻削。其工作循环为：在原点行程开关SQ0处工件加紧，加紧工件之后，滑台快进，钻头正转。到达SQ1行程开关时，滑台由快进转变为工进，钻头依然正转，直到到达SQ2限位开关时，滑台停止工进，进行快吐和钻头反转，直到到达SQ1限位开关。当滑台二次到达SQ1限位开关时，滑台工进，钻头正转，直到到达SQ3行程开关时，滑台快退，钻头反转。当滑台第三次碰到SQ1限位开关时，滑台工进，钻头正转，直到到达SQ4行程开关时，滑台快退，钻头反转，直到碰到SQ0限位开关，工件松开，完成依次加工深钻孔的过程。PLC控制电路设计2.1PLC选型选型：西门子S7-200smart小型系列PLC中的SR30型号，此型号PLC具有18输入12输出的IO点数，而我们的深孔钻组合机床系统共需用到9个输入信号以及10个输出信号，因此SR30能够满足我们的需求。而SR20只有12个输入8个输出，SR40有24输入以及16输出，前者点数不够，后者造成过多的浪费。而SR30还能剩余一定的输入输出点数，作为备用，用于故障维护，因此是最佳选择。SR30类型选择继电器输出类型的，也就是AC/DC/继电器，电源要求为220V交流电源，输入为DC24V，输出为AC220V负载。由于我们的机床系统用到的而接触器以及电磁阀较多，用220V交流，能够保证线圈稳定的吸合以及产生过小的电流，稳定性也高。2.2I/O地址分配根据设计要求，本系统需要有启动I0.0和停止按钮I0.1，SQ0原点行程开关I0.2，SQ1行程开关I0.3，SQ2行程开关I0.4，SQ3行程开关I0.5，SQ4行程开关I0.6，液压泵电机故障信号I0.7，动力头电机故障I1.0，因此共需要9个输入信号。输出信号有工件加紧电磁阀Q0.0，工件松开电磁阀Q0.1，钻头正转Q0.2，钻头反转Q0.3，液压泵电机Q0.4，快进电磁阀Q0.5，工进电磁阀Q0.6，快退电磁阀Q0.7，动力头电机故障指示Q1.0，液压泵电机故障指示Q1.1，共需要10个输出信号，整个系统的I/O分配情况如表2-1所示。表2-1I/O分配表IO分配表输入输出序号地址注释序号地址注释1I0.0启动SB11Q0.0工件加紧电磁阀2I0.1停止SB22Q0.1工件松开电磁阀3I0.2SQ0原点行程开关3Q0.2钻头正转4I0.3SQ1行程开关4Q0.3钻头反转5I0.4SQ2行程开关5Q0.4液压泵电机6I0.5SQ3行程开关6Q0.5快进电磁阀7I0.6SQ4行程开关7Q0.6工进电磁阀8I0.7液压泵电机故障8Q0.7快退电磁阀9I1.0动力头电机故障9Q1.0动力头电机故障指示1010Q1.1液压泵电机故障指示2.3PLC接线图根据IO分配表的情况，本系统采用3相四线制供电，控制回路采用L3火线与N零线实现交流220V电压的供电回路，PLC的输入类型为直流24V，因此本系统采用开关电源将220V交流转换为直流24V电源，为PLC的输入提供电源，输出侧利用PLC的输出直接控制交流接触器以及电磁阀。方形的线圈为接触器的线圈和电磁阀的线圈，故障指示用LED指示灯指示。输入行程开关以及按钮还有过热继电器的常开触点信号，均为无源触点，因此总体的PLC接线图设计如下图2-2所示。图2-2PLC接线图电气原理图本系统主要时用到液压泵电机为液压系统提供动力，来驱动滑台的快进、工进、快退，因此采用3相380V交流电机作为泵电机，通过QS1断路器开关闭合，KM1交流接触器线圈吸合，实现对泵电机的控制，当泵发生堵转或者过载时，将断开KM1主回路，达到保护电机的作用，钻头由于要用到正反转，因此采用KM2与KM3电机的换相来控制动力头电机的正反转，因此总体的电气原理图设计如下图2-2所示。。图2-3电气原理图元器件清单元器件清单如表2-4所示。深孔钻组合机床系统主回路主要用到的断路器为DZ47系列小型空开断路器，为3相380V，主要用于控制主回路电源的通断。控制回路主要时DZ47系列的2相220V的空开断路器。本系统的动力头电机为2.2KW，液压泵电机功率为3KW，因此利用电压与电流的计算关系，对于三相设备来统计，可粗略得到电流一般时功率的2倍，也就是I=2*P，因此液压泵电机电流约为6A，动力头电机约为4.5A，因此本系统选择32A的断路器，从成本和过流保护的原则上，均衡二者的关系选取。过热继电器用于保护电机在过载短路时，防止被烧坏，而断开线路，因此选择合理的保护值很重要，由于本系统用到的电流约为4.5-6A，因此选用4.5-7.2A之间的过热继电器，保护原则为额定电流的120%。开关电源选用24V/2A的，足够本系统控制的使用，详细的清单如下。表2-4元器件清单元器件清单序号名称型号数量单位备注1断路器DZ47/63-C322件3P380V2断路器DZ47/63-C101件2P/220V3交流接触器NXC-18113件线圈电压AC220V4过热继电器JR36-202件4.5-7.2A5启动按钮LA38-111件自复位按钮6停止按钮LA38-111件自复位按钮7PLCSR301件18入/12出8开关电源LRS-50-241件24V/2A9指示灯AD16-22DS2件220V电压2.6元件布置图本系统的盘内布置图如下，考虑强电与弱点的隔离，左侧为380V回路布置图，右侧为控制回路220V，以及接线端子24V的布置图，二者之间要做好隔离防护。图2-5元件布置图2.7控制面板图本PLC控制系统面板主要由启动按钮和停止按钮，动力头故障指示灯以及液压泵站电机的故障指示，面板设计如下，上面为按钮控制，下面为指示灯。图2-6控制面板图2.8流程图设计系统工作的原点位置为SQ0行程开关位置，当SQ0位置有工件时，此时如果按下启动按钮，液压泵站电机KM1工作，工件加紧，液压泵站给加紧电磁阀提供动力，同时控制滑台快进到SQ1的行程开关位置，当到达SQ1行程开关位置的时候，本系统的难点在于需要3次进给的过程，第一次到SQ2行程开关，第二次到达SQ3行程开关，第三次到达SQ4的行程开关，因此第三次要经过SQ2行程开关不能让钻头反转，滑台后退。当第四次到达SQ4经过SQ2和SQ3的时候，也不能让滑台后退和砖头反转。因此本系统的PLC设计采用了次数判别法，通过每一次的触发SQ2以及SQ3的情况来控制动力头电机以及电磁阀的换相。当第三次到达SQ4时候，说明已经到达工件加工的最深处，延时5秒的时间，等待钻头的深加工，加工完毕，滑台后退，后退到SQ0的原点位置，松开工件，等待下一次的加工过程。图2-7流程图2.9PLC程序设计在SQ0位置，按下启动按钮I0.0，此时液压电机工作，并且保持导通，当按下停止按钮I0.1，液压电机FR1的输入信号I0.7发生故障时，将断开液压电机的控制，M0.3为加工完成的标志。液压电机启动后，M0.0触点导通保持，此时定时器T37延时1秒钟的时间，之后断开，这里延时1秒钟是为了，打开液压泵电机之后，延时1秒钟开打开加紧电磁阀，对工件进行加紧，二者之间做一个微小延时，用来保证液压泵工作稳定，系统液压动力启动之后，再来进行加紧工序，延时时间到，M0.0被断开，至此M0.0的任务已经完成。T37延时1秒时间之后，加紧电磁阀工作，并且保持，直到按下停止按钮以及加工完成标志M0.3得电之后，将加紧电磁阀给复位掉。加紧电磁阀加紧之后，T38延时定时器开始计时，计时2秒钟的时间，为了时确保工件已经被加紧，否则可能会出现，工件没有被加紧就被滑台送到了加工区，延时2秒时间到了知乎，断开T38，同时当按下停止按钮后也断开M0.1。当确保加紧之后，快进电磁阀Q0.5得电导通，滑台被液压系统快速推进到SQ1的位置，当到达SQ1的位置，I0.3触点被导通，此时将停止滑台快进，I0.1按钮按下之后将整个系统停止。根据设计要求本系统中滑台共需要3次进给的动作，因此设计VW0的寄存器的值存放3种状态，VW0为0是第一次进给到SQ2的位置，VW0为1是第二次进给到SQ3的位置，VW0是2是第三次进给到SQ4的位置，这三次是工进，因此钻头要正转。通过VW0的状态值，可以有效避开第二次在SQ2的位置后退，以及第三次在SQ2以及SQ3的位置后退。钻头正转和反转时闭锁关系，当FR2为ON，I1.1被触发时，动力头电机停止正转。工进和钻头的正转时相同的动作，共需要3次工进，SQ2、SQ3以及SQ4工3次工进，在此过程种钻头都是正转状态。快退与工进的动作正好相反，因此也时需要3次快退。快退与钻头反转的动作相同，因此也时需要3次钻头的反转。在VW0等于0时，表示时第一次进给，第一次进给到SQ2的位置时，将VW0的值设置为1，表明将进入到第二次进给的操作。在VW0等于1时，表示时第二次进给，第二次进给到SQ3的位置时，将VW0的值设置为2，表明将进入到第三次进给的操作。在VW0等于2时，表示时第三次进给，第二次进给到SQ4的位置时，将VW0的值设置为0，表明将在下一次重新进入到第一次进给的操作。在第三次到达SQ4的位置时，延时5秒钟的时间进行钻孔。钻孔完成标志M0.3，在VW0的值为2表示已经到达第三次进给，SQ0为ON表示已经快退到原点的位置，因此给定一个M0,3作为加工钻孔完成的标志。当M0.3为ON也就是钻孔完成之后，松开电磁阀得电，系统处于松开状态。当FR1触点为ON时，液压泵电机故障指示灯亮。当FR2触点为ON时，动力头电机故障指示灯亮。第三章继电器控制系统设计3.1继电器电路设计图3-1继电器电路图深孔钻组合机床系统，上文已经采用PLC的电路进行设计，本章将利用传统的继电器控制回路进行设计。主回路部分与PLC电路设计的一样，主要差别存在于控制回路的PLC换成了继电器控制的中间继电器，本系统一共用到8个中间继电器KA1-KA8来实现深孔钻的自动控制，相对于PLC电路，继电器控制设计显得比较繁琐，不够简洁，控制难度较大，对人员要求较高，同时对选型也要要求比较高，如图3-1所示，是深孔钻的继电器控制原理图。液压原理图设计液压系统的实际主要由液压泵站电机，是一个3KW的电机，通过2位3通的电磁换向阀开始先对滑台的快进、工进以及快退的控制，通过一个2位5通的双线圈电磁阀实现对工件的加紧于松开控制。液压原理图如图3-2所示。图3-2液压原理图第四章调试仿真（1）液压泵站电机液压泵站电机，当在SQ0位置时，I0.2触点导通，此时按下I0.0启动按钮，则液压泵站电机工作，Q0.4导通位1。（2）加紧工件当液压电磁阀Q0.4导通位1时，定时器T37延时1秒轴，Q0.0导通位1，加紧电磁阀工作，夹紧工件。（3）快进到SQ1当快进电磁阀Q0.5导通位1时，滑台快进，到达SQ1时，会转换为攻进到SQ2其他的仿真和上面类似。第五章总结体会通过此次的深孔钻组合机床