基于PLC的搖臂鉆床自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造.docVIP

目錄1緒論.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1.1本課題的選題背景和意義.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1.2國(guó)內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài).錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)和原理分析.32.1主電路.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.2控制電路、信號(hào)及照明電路.52.2.1主電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制.52.2.2搖臂的升降控制.52.2.3立柱和主軸箱的松開(kāi)及夾緊控制.73Z3040搖臂鉆床PLC電氣控制系統(tǒng)硬件部分的改造設(shè)計(jì).93.1PLC型號(hào)的選擇.93.1.1PLC的物理結(jié)構(gòu).93.1.2PLC的指令功能.93.1.3PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù).93.1.4PLC的存儲(chǔ)容量.93.1.5輸入模塊的類型.103.1.6輸出模塊的類型.103.2PLC的I/O端口分配表.103.3PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計(jì).124Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì).144.1PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)及程序調(diào)試：.144.1.1系統(tǒng)預(yù)開(kāi)程序.144.1.2主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制程序.144.1.3搖臂升降控制程序.154.1.4主軸箱和立柱分別單獨(dú)夾緊或放松程序.154.1.5主軸箱和立柱同時(shí)放松或夾緊控制程序.165組態(tài)王簡(jiǎn)介.165.1組態(tài)王畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng).175.2組態(tài)王畫(huà)面運(yùn)行系統(tǒng).185.3組態(tài)王工程管理系統(tǒng).185.4組態(tài)王新建工程.185.5創(chuàng)建組態(tài)畫(huà)面.186結(jié)論.20致謝.21參考文獻(xiàn).21附錄梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表.221緒論搖臂鉆床適合于在大、中型零件上進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔及攻螺紋等工作，在具有工藝設(shè)備的條件下可以進(jìn)行鏜孔。Z3040搖臂鉆床在搖臂鉆床生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，電路具有典型性，因此，本次改造選用Z3040搖臂鉆床為例分析它的電氣控制線路，然后進(jìn)行PLC的改造1。1.1本課題的選題背景和意義Z3040搖臂鉆床是工廠中常用的金屬切削機(jī)床，它可以進(jìn)行多種形式的加工，如：鉆孔、鏜孔、鉸孔及螺紋等。從控制上講，它需要機(jī)、電、液壓等系統(tǒng)相互配合使用，而且，要進(jìn)行時(shí)間控制。它的調(diào)速是通過(guò)三相交流異步電動(dòng)機(jī)和變速箱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。也有的是采用多速異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，這樣可以簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)。搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，主軸的正反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。故主電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向2。目前，我國(guó)的搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)普遍采用的是傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制方式。因其控制的電機(jī)較多且電路較復(fù)雜，在日常的生產(chǎn)作業(yè)當(dāng)中，電氣故障出現(xiàn)頻率較高，從而影響生產(chǎn)。另外，一些復(fù)雜的控制如：時(shí)間、計(jì)數(shù)控制用繼電器接觸器控制方式很難精確控制，因此，對(duì)傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造有其進(jìn)步性?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PLC），是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?，F(xiàn)在應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域的PLC種類繁多，歐美以大中型PLC聞名，而日本以小型PLC著稱。規(guī)模大小和功能強(qiáng)弱千差萬(wàn)別，但他們具有以下一些共同的特點(diǎn)?？煽啃愿摺？煽啃允怯脩舻氖走x要求，目前各廠家生產(chǎn)的PLC，平均無(wú)故障時(shí)間都大大超過(guò)IEC規(guī)定的10萬(wàn)小時(shí)。靈活性高。可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采用模塊化結(jié)構(gòu)來(lái)完成不同的任務(wù)組合。輸入輸出端口選擇靈活，有多種機(jī)型，組合方便。功能強(qiáng)大。除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算功能外，配合特殊功能模塊還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PTO運(yùn)算、過(guò)程運(yùn)算、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上位機(jī)通信，通過(guò)遠(yuǎn)程模塊可以控制遠(yuǎn)程設(shè)備。編程方便，易于使用。PLC的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語(yǔ)言，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣人員的歡迎。運(yùn)行速度快。傳統(tǒng)的機(jī)電接觸電氣控制系統(tǒng)通過(guò)大量觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作進(jìn)行控制，速度很慢，而且系統(tǒng)愈大速度愈慢。PLC的控制速度則由CPU工作速度和掃描速度決定。因此更適合處理高速?gòu)?fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計(jì)算機(jī)之間的差別越來(lái)越小。同時(shí)，PLC還具備了網(wǎng)絡(luò)功能，能進(jìn)行一臺(tái)PLC或多臺(tái)PLC與PC機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通訊，使用PLC可以很方便的構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式電氣控制系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線的PLC通訊網(wǎng)絡(luò)，可使工廠的各種資源共享，就更適合于工廠自動(dòng)化的需要，為工廠自動(dòng)化提供了技術(shù)保證3。正是由于PLC電氣控制系統(tǒng)的種種優(yōu)點(diǎn),因此本次對(duì)搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)的改造,可以大大提高搖臂鉆床工作性能和系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性,為工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化帶來(lái)生機(jī)。1.2國(guó)內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)20世紀(jì)60年代末期，是美國(guó)通用汽車公司在1968年提出，由美國(guó)的數(shù)據(jù)設(shè)備公司在1969年開(kāi)發(fā)出來(lái)的。我國(guó)于1974年開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)。PLC發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個(gè)階段，其PLC的I/O點(diǎn)數(shù)、容量、功能等方面，可以完全適應(yīng)復(fù)雜的電氣控制。PLC的生產(chǎn)廠家很多，如國(guó)外的三菱公司的FX系列、松下公司的FP系列、歐姆龍公司CPM1A系列、西門(mén)子公司的S7系列、立石公司的C系列等。我國(guó)北京聯(lián)想計(jì)算機(jī)集團(tuán)公司的GK-40、上海機(jī)床電器廠的CKY-40、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠的YZ-PC-001A、杭州機(jī)床電器廠的DKK02、天津中環(huán)自動(dòng)化儀表公司的DJK-S-84/86/480等4。世界各國(guó)爭(zhēng)相在該領(lǐng)域投入大量資金進(jìn)行新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，電氣控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司己將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。由于PLC的眾多優(yōu)點(diǎn)，使其迅速在工業(yè)控制中得到推廣。雖然國(guó)內(nèi)PLC技術(shù)的應(yīng)用前景很大，并且取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，而相比之下，由于受經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平的限制，大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)上使用的搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)，還是采用采用繼電器接觸器控制方式，而這種控制方式存在著明顯的缺陷和隱患。極易發(fā)生故障。而且，由于線路復(fù)雜，要想找到問(wèn)題所在也相當(dāng)?shù)睦щy。和國(guó)外大量采用PLC技術(shù)替代繼電器接觸器系統(tǒng)相比，我們還存在很大差距5。隨著PLC技術(shù)在我國(guó)的迅猛發(fā)展，我們和國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距會(huì)不斷縮小。因此，抓住這個(gè)有利時(shí)機(jī)進(jìn)一步促進(jìn)PLC技術(shù)的推廣與應(yīng)用，是提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平的迫切任務(wù)，此次對(duì)于搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)，就是希望借鑒國(guó)外先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，以提高搖臂鉆床的工作性能。2Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)和原理分析Z3040型搖臂鉆床的主軸的調(diào)速范圍為50:1，正轉(zhuǎn)最低轉(zhuǎn)速為40r/min，最高為2000r/min，進(jìn)給范圍為0.051.60r/min。它的調(diào)速是通過(guò)三相交流異步電動(dòng)機(jī)和變速箱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，或采用多速異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，這樣可以簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)。搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，主軸的正反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的，故主電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。除了主軸的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，還有搖臂鉆床的上升、下降及立柱的夾緊和放松。搖臂的上升、下降由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，立柱的夾緊和放松由另一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。而搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動(dòng)通常采用手動(dòng)。此外還有一臺(tái)冷卻泵電動(dòng)機(jī)對(duì)加工的刀具進(jìn)行冷卻。Z3040搖臂鉆床外形圖如圖1所示。圖1Z3040搖臂鉆床示意圖2.1主電路我國(guó)原來(lái)生產(chǎn)的Z3040搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和搖臂升降運(yùn)動(dòng)的操作是通過(guò)不能復(fù)位的十字開(kāi)關(guān)來(lái)操作的,它本身不具有欠壓和失壓保護(hù)。因此在主回路中要用一個(gè)接觸器將三相電源引入?，F(xiàn)在的Z3040搖臂鉆床取消了十字開(kāi)關(guān)，它的電氣原理圖如圖2所示：它的主電路、控制電路、信號(hào)電路的電源均采用自動(dòng)開(kāi)關(guān)引入，自動(dòng)開(kāi)關(guān)的電磁脫扣作為短路保護(hù)取代了熔斷器。交流接觸器KM1只主電動(dòng)機(jī)M1接通或斷開(kāi)的接觸器，KR1為主電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器。搖臂的升降，立柱的夾緊放松都要求拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，所以M2和M3電動(dòng)機(jī)分別有兩個(gè)接觸器，它們?yōu)镵M2、KM3和KM4、KM5。搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4均為短時(shí)工作，不設(shè)過(guò)載保護(hù)。2.2控制電路、信號(hào)及照明電路控制電路的電源由控制變壓器TC二次側(cè)輸出110V供電，中間抽頭603對(duì)地為信號(hào)燈電源6.3V，241號(hào)線對(duì)地為照明變壓器TD二次側(cè)輸出36V。2.2.1主電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制在主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，首先將自動(dòng)開(kāi)關(guān)Q2、Q3、Q4扳到接通狀態(tài)，同時(shí)將配電盤(pán)的門(mén)關(guān)好并鎖上。然后再將自動(dòng)開(kāi)關(guān)Q1扳到接通位置，電源指示燈HL1亮。這時(shí)按下SB1，中間繼電器K1通電并自鎖,為主軸電動(dòng)機(jī)與其他電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)做好了準(zhǔn)備。當(dāng)按下按鈕SB2時(shí)，交流接觸器KM1線圈通電并自鎖使主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的指示燈HL4亮。主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)用手柄通過(guò)機(jī)械變換的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.2.2搖臂的升降控制按下按鈕SB3，時(shí)間繼電器KT1通電吸合，它的瞬動(dòng)觸點(diǎn)（33-35）閉合使KM4線圈通電，液壓電動(dòng)機(jī)M3啟動(dòng)供給壓力油，經(jīng)分配閥體進(jìn)入搖臂的松開(kāi)油腔，推動(dòng)活塞使搖臂松開(kāi)。同時(shí)活塞桿通過(guò)彈簧片使行程開(kāi)關(guān)ST2的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)沒(méi)，KM4線圈斷電,而ST2的動(dòng)合觸電（17-21）閉合KM2圈通電，它主觸點(diǎn)閉合，M2電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)使搖臂上升。如果搖臂沒(méi)有松開(kāi)，ST2的動(dòng)合觸點(diǎn)不能閉合，搖臂升降電動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就保證了只有搖臂的可靠松開(kāi)后方可使搖臂上升或下降。Z3040搖臂鉆床的液壓控制原理圖如圖3所示：當(dāng)搖臂上升到所需要的位置時(shí)，松開(kāi)按鈕SB3，KM2和KT1斷電，升降電動(dòng)機(jī)M2斷電停止，搖臂停止上升。當(dāng)持續(xù)1-3秒后，KT1的斷電延時(shí)閉合的動(dòng)斷觸點(diǎn)（47-49）閉合，KM5線圈經(jīng)7-47-49-51號(hào)線，KM5線圈通電液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反轉(zhuǎn)，使壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入搖臂的夾緊液壓腔，搖臂夾緊。同時(shí)活塞桿通過(guò)彈簧片使ST3的動(dòng)斷觸點(diǎn)（7-47）斷開(kāi)，KM5線圈斷電，M3電動(dòng)機(jī)停止，完成了搖臂的松開(kāi)上升夾緊動(dòng)作。圖3Z3040搖臂鉆