z3040-摇臂钻床电气控制系统设计#知识参考

1、01概要本课程的设计是机械加工中常用的Z3040臂钻床的传统电气控制系统的设计，目的是解决传统继电器接触器的电气控制系统中存在的线路复杂、可靠性的稳定性差、故障诊断和故障排除困难等问题。 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、编程简单、调试周期短、可靠性高、抗干扰能力强、故障率低、对工作环境的要求低等一系列优点。 因此，本文对于Z3040臂钻床的电气控制系统的改造，将PLC控制技术应用到了改造方案中，大幅度提高了臂钻床的工作性能。 本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的硬件和软件设计。 其中包

2、括PLC机型的选择、I/O端口的分配、I/O硬件布线图的制作、PLC梯形程序的设计。 详细阐述了PLC控制摇臂钻床的过程，阐述了取代传统的继电器接触器电气控制系统而采用PLC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：可编程控制器摇臂钻床梯形电气控制系统目录摘要11绪论41.1 Z3040摇臂钻床的概要41.2设计目的42 Z3040摇臂钻床电气控制系统原理52.1主电路52.2控制电路、信号和照明电路52.2.1主电动机的旋转控制52.2.2松动摇臂-升降-摇臂的夹紧控制52.2.3立柱和主轴箱的松开和夹紧控制和信号机6基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计73

3、.1电气部件的选定73.2 PLC形式的选定83.2.1基于PLC的物理结构83.2.2基于PLC的指令功能9基于3.2.3plc的输入输出点数9基于3.2.4PLC的存储容量93.2.5根据输入单元的类型而定93.2.6根据输出单元的类型而定93.3 PLC的I/O电气配线图的设计104 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计114.1 PLC梯形程序的优化设计和程序调试： 114.1.1主电动机的起动控制程序114.1.2摇臂升降控制程序114.1.3主轴箱的放松或夹紧控制程序124.1.4摇臂旋转控制梯形程序134.1.5冷却泵开关控制梯形图程序13参考文献26附录 Z3040摇臂

4、钻床电气控制电路图27附录 Z3040摇臂钻床的电气部件明细表28附录 I/O电气配线图29附录iv程序梯形30知识学习#1绪言1.1 Z3040摇臂钻床的介绍钻床是一种孔加工机床，可以用钻头、扩孔、拉深、攻丝、端面切削等各种形式进行加工。 钻床的结构形式多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床等。 摇臂钻床为立式钻床，适用于单体或量产中具有多孔质的大型部件的孔加工，是一般的机械加工现场常用的机床。Z3040摇臂钻床的结构图1基座2内柱3、4外柱5摇臂6主轴箱7主轴8台摇臂钻床主要由床、内外立座、摇臂、主轴箱和桌子等组成。 摇臂的一端是套筒，设置在外柱上，通过丝杠的正、反转，可以沿着外柱上下移动。

5、主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过方向盘操作在水平导轨上沿摇臂移动。 加工时，根据工件的高度，臂可以通过丝杠拿着主轴箱沿着外柱上下升降。 升降前，请自动松开摇臂，然后升降，在到达需要的位置时，摇臂自动夹紧在立柱上。 摇臂钻床的钻孔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(主轴的轴向运动)的辅助运动包括主轴台向摇臂的横向移动，摇臂的旋转和升降运动。 钻头加工时，钻头一边旋转一边纵向进给。 钻床的主要运动是主轴拿着钻头进行旋转运动。 进给运动是钻头的上下运动。 摇臂的旋转和主轴箱的左右移动是手动进行的进行加工时，用特殊的夹紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，将外

6、柱紧固在内柱上，将摇臂紧固在外柱上，进行钻孔加工。 钻头加工时，钻头一边进行旋转切削一边进行纵向进给，其运动形式如下(1)摇臂钻床的主要运动是主轴的旋转运动(2)进给运动为主轴的纵向进给(3)辅助运动是摇臂沿着外柱垂直移动，主轴箱沿摇臂的长度方向移动，摇臂与外柱一起绕内柱旋转的运动。1.2设计目的(理解Z3040机械臂钻床的操作步骤，制作功能图。(2)，精通和连接更复杂的PLC控制系统电路。(3)，了解电气控制电路的PLC改造要领。2 Z3040摇臂钻床电气控制系统的原理2.1主电路我国原来生产的Z3040臂钻床的主轴旋转运动和臂升降运动的操作是用不能复位的十字开关操作的，它本身没有不足和失压

7、保护。 因此，在主电路中用一个接触器导入三相电源。 目前的Z3040摇臂钻床取消十字开关，其电路图见附录I。其主电路、控制电路、信号电路的电源都通过自动开关导入，自动开关的电磁引线作为短路保护取代了保险丝。 交流接触器KM1是仅主电动机M1接通/断开的接触器，KR1是主电动机过载保护用热继电器。 因为摇臂的升降、立柱的夹紧缓和要求拖动的电动机正反转，所以M2和M3的电动机分别有KM2、KM3和KM4、KM5两种接触器。 摇臂升降马达M2、冷却泵马达M4都在短时间内动作，没有设置过载保护。用4台马达拖动，主轴马达Ml、摇臂升降马达M2、液压泵马达M3及冷却泵马达m4、4台马达采用了直接起动控制。

8、 M2是短时间动作控制，在主轴马达Ml和液压泵马达M3上分别设置热继电器FRl、FR2，进行长期过负荷保护。2.2控制电路、信号和照明电路2.2.1主电动机的旋转控制在主电动机启动之前，首先将自动开关Q2、Q3、Q4接通，关闭配电盘的门并锁门。 然后，将自动开关Q1置于on位置，电源指示灯点亮。 此时，如果按下SB1，中间继电器K1通电，自动锁定，准备主轴电动机和其他电动机的起动。 按下按钮SB2，对交流接触器KM1的线圈通电，进行自锁，使主电动机旋转，同时，主电动机旋转的指示灯HL4点亮。 主轴的正转和反转用的手柄用机械变换方法实现。2.2.2解除摇臂的夹紧-升降-摇臂的夹紧控制控制电路上设

9、置有主轴启动按钮SB2和主轴停止按钮SB1。摇臂钻床的工作过程是电气、机械、液压系统紧密结合实现的。 摇臂的升降动作按“摇臂的解除夹紧升降摇臂的夹紧”的顺序进行。 摇臂松开行程开关SQ2和夹紧行程开关SQ3进行控制。 在摇臂夹紧之前，时问继电器KT延迟l3s后再夹紧。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。 摇臂的升降从M2开始起动力作用，SB3和SB4分别是摇臂的上升和下降的点动按钮。 由于摇臂总是夹紧在外柱上，所以在摇臂升降前，松开摇臂，用M2进行升降驱动。 摇臂升降到规定位置后，再次夹紧。 摇臂的升降动作按“摇臂的解除夹紧-升降-摇臂的夹紧”的顺序进行，由摇臂

10、的解除夹紧行程开关SQ2和夹紧行程的开头SQ3控制。 摇臂的松动、紧固是由液压系统构成的。 按下上升按钮SB3，电磁阀YV的线圈通电并吸附，向斗杆的解锁油室供给压力油，按下解锁机构解锁斗杆，解锁斗杆后，行程前端SQ2动作，SQ2触点闭合，SQ3是SQ3斗杆相反，供给压力油，进入斗杆的夹紧油室，按下夹紧机构，夹紧斗杆，夹紧斗杆后，行程前端SQ3动作，SQ2使斗杆复位，在所需位置停止。 摇臂升降的极限保护通过组合开头SQ1实现，SQ1中有两组常闭接点，当摇臂上升或下降时，对应的接触件动作，切断对应的上升或下降接触件KM2和KM3的线圈电路，使摇臂升降马达M2停止，摇臂QS电源开关，主马达M1用KM

11、1，臂升降马达M2用KM2、KM3正反转，液压泵马达M3用KM4、KM5正反转，冷却泵马达M4用SA1控制，回路有短路保护、过载保护等。执行机构：主马达M1、斗杆升降马达M2、冷却泵马达M4、液压泵马达M3、电磁切换阀YV(2位6通)。2.2.3立柱和主轴箱的松动和夹紧控制和信号机主轴箱和立柱的松动、紧固同时进行，SB5和SB6分别松开点动按钮并夹紧，按下松开按钮SB5，KM4线圈得到电，液压泵电动机M3正转，拖动液压泵，送出压力油。 此时，电磁阀YV线圈处于关闭状态，液压泵进入主轴箱和立柱的松油室，松或夹紧主轴箱和立柱。 由于YV线圈关闭，液压油不进入摇臂的排油室，摇臂保持夹紧状态。 如果主

12、轴箱和立柱脱离，则行程开关SQ4不被按下，触头SQ4关闭，灯HL1点亮，表示主轴箱和立柱确实脱离。 手动操作主轴台，在摇臂的水平导轨上移动，按下摇臂绕内柱旋转移动，移动后按下夹紧按钮SB6，接触器KM5的线圈得到电，液压泵马达M3反转，液压泵被夹紧可靠地夹紧SQ4，按下，HL2灯点亮，HL1熄灭，显示主轴箱和立柱被夹紧，可以进行钻头加工。机床上设有电源指示灯HL、立柱和主轴台释放指示灯HL1、立柱和主轴台夹紧指示灯HL2、主轴电机旋转指示灯HL3四个信号灯。 照明灯EL由SA2直接控制。信号(检测)元件： SQ1-摇臂上限位置开关、SQ6-摇臂下限位置开关SQ2-摇臂的松开检测、SQ3-摇臂的

13、夹紧检测SQ4主轴箱柱的夹紧/松开检测SQ5按压电路整体。基于PLC的Z3040机械臂钻床电气控制系统硬件部分的设计Z3040摇臂钻床的电气控制系统的设计方案由两部分组成，一部分是电气控制系统的硬件设计，即PLC的机种的确定，另一个是电气控制系统的软件设计，PLC控制程序的制作。 为了使改造后的摇臂钻床能够维持原来的功能，这次改造的一个重要原则是，不大幅调整原来的机床的控制结构，就把原来的继电器控制中的硬件配线替换成软件编程。3.1电气部件的选定完成电路图设计后，可以根据电路图进行电气部件的选择工作。 本设计中应该选择的电气零件主要有：1 .电源开关QS的选定QS的作用主要用于电源的导入、M1

14、M4的启动、停止、正反转等。 因此QS的选择主要考虑到电动机M1M4的额定电流和起动电流，是先前已知的M1M4的额定电流值在计算中，额定电流之和为10.68A的同时，M2、M3、M4的量为全起动，电力小时，M1大，但被认为是轻起动。 因此，QS最终选择组合开关HZ5-20型，额定电流为20A。2 .热敏继电器FR的选择根据电机的额定电流进行热继电器的选择，从前面的M1、M2、M3的额定电流中选择如下FR1选择了JR16-20/3D型的热继电器。 热元件额定电流11A的额定电流调整范围在6.811A动作时被调整为6.82A .FR2选择了JR16-20/3型的热继电器。 热元件额定电流2.4A额

15、定电流调节范围在1.52.4A动作时调整为1.42A。3 .接触器的选定根据负载电路的电压、电流、接触器控制的电路的电压、必要的点的数量等进行接触器的选定。在本设计中，KM1主要控制M1，M1的额定电流为6.82A，控制电路电源为127V，需要主触点的2组，因此KM1选择G0-10型接触器，主触点的额定电流为10A，线圈电压为127V。KM2和KM3控制M2，M2的额定电流为2.01A，控制电路电源为127V，分别需要主接点对、KM2的辅助可动接点对、KM3的辅助可动接点对，因此KM2、KM3选定CD10-5型接触器，主接点额定电流为5A，线圈电压为127VKM4和KM5控制M3，M3的额定电

16、流为1.42A，控制电路电源为127V，分别需要3对主接点、1对KM4的辅助可动接点、1对KM5的辅助可动接点，因此KM4、KM5选定了CJ10-5型接触器。4 .时间继电器的选定在本设计中，摇臂的升降需要延迟控制。 需要1个常开接点、1个延迟闭动断接点、1个延迟闭动合接点，选择ISSI型时间继电器。 额定电压AC127V、DC24V、额定功耗不足5W、动作频率1200次/h。5 .保险丝的选定保险丝的选定根据保险丝的额定电压、额定电流、熔液的额定电流等进行。本设计涉及的保险丝有FU1、FU2、FU3三种。FU1主要对M1、M4进行短路保护，M1、M4的额定电流分别为6.82A、0.43A。

17、因此，熔液的额定电流为iful(1.5-2.5)inkmaxin通过计算可以得到Iful17.48A，因此FU1选择RL1-60型保险丝，熔液为20A同样，FU2选择RL1-15型保险丝，熔液选择10A的fu3rl1-15型保险丝，熔液选择2A。6 .按钮的选择根据必要的接触点数、动作要求、使用场所、颜色等进行按钮的选择。在本设计中，SB1、SB4选择了LA-18型按钮，颜色选择了红色，SB2、SB5选择了LA-18型按钮，颜色选择了绿色，SB3、SB6选择了LA-18型按钮，颜色选择了黑色。7 .照明和灯的选定在本设计中，电源显示灯EL选择JC2、交流36V、40W，与灯开关SA2配套配置的灯HL1、HL2、HL3选择ZSD-0类型，指标分别为6.3V、0.25A，颜色为黄色、绿色、红色。8 .控制变压器的选定在本设计中，变压器选择BK-100VA、380V、220V/127V、36V、6.3V。综合以上计算，Z3040机械臂钻床的电气部件说明书参照附录ii。3.2 PLC形式的