Z3050型搖臂鉆床的PLC改造設(shè)計(jì)

1、專業(yè)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐任務(wù)書(shū)學(xué)院： 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)： 學(xué)生姓名指導(dǎo)老師職稱副教授課題名稱 z3050型搖臂鉆床的plc改造設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求達(dá)到設(shè)計(jì)課題的控制要求，上機(jī)調(diào)試plc控制程序，打印plc程序，計(jì)算機(jī)軟件繪圖。課題工作內(nèi)容1、查閱資料，獲得z3050型搖臂鉆床的總電氣圖。2、熟悉z3050型搖臂鉆床的工作原理和流程。3、確定改造方案，包括plc的選擇，元器件的選擇等。4、根據(jù)控制要求進(jìn)行plc接線設(shè)計(jì)，確定plc輸入輸出分配表，編寫(xiě)plc梯形圖。5、將設(shè)計(jì)好的梯形圖進(jìn)行軟件邏輯仿真，并撰寫(xiě)報(bào)告。進(jìn)程安排第1-2天：下達(dá)任務(wù)，收集資料，確定課題，寫(xiě)好任務(wù)書(shū)。第3-4天：上交任務(wù)

2、書(shū)，確定課題可行性以及改造方案。第5-8天：進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。第9-10天：進(jìn)行仿真調(diào)試，撰寫(xiě)報(bào)告，進(jìn)行答辯并上交報(bào)告。主要參考文獻(xiàn)1) 廖常初.fx系列plc編程及應(yīng)用m.機(jī)械工業(yè)出版社 20052) 電力拖動(dòng)控制線路與技能訓(xùn)練m.中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社3) 王炳實(shí) 王蘭軍.機(jī)床電氣控制m.機(jī)械工業(yè)出版社4) 黃紹平.成套電器技術(shù)m.機(jī)械工業(yè)出版社地點(diǎn)起止日期2014.3.42014.3.15目錄1.改造的目及原因22.搖臂鉆床工作原理33.電氣控制線路分析43.1主電路分析43.2控制電路分析53.2.1主軸電機(jī)m1的控制53.2.3搖臂升降控制53.2.3立柱和主軸箱的夾緊與放松控制63.2

3、.4冷卻泵電機(jī)m4的控制73.2.5照明、指示電路分析74.z3050控制系統(tǒng)plc改造設(shè)計(jì)74.1系統(tǒng)主要組成部分74.2plc的選型95.輸入輸出設(shè)計(jì)96.梯形圖設(shè)計(jì)107.調(diào)試118.總結(jié)12參考文獻(xiàn)13附錄14主電路14plc外部接線圖15原理圖16梯形圖171.改造的目及原因 傳統(tǒng)機(jī)床控制系統(tǒng)基本上采用交流繼電器接觸器控制方式，可靠性較差。存在觸點(diǎn)壽命低、故障率高、線路維護(hù)困難等缺點(diǎn)?？删幊炭刂破鳎╬lc）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)自動(dòng)控制裝置，應(yīng)用靈活、可靠性高、維護(hù)方便。應(yīng)用plc對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床控制系統(tǒng)進(jìn)行改造可取得良好效果將把 pl

4、c 控制技術(shù)應(yīng)用到改造 z3050 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)中去，從而大大提高搖臂鉆床的工作性能。論文對(duì)搖臂鉆床主電路進(jìn)行了分析，對(duì)控制線路進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，完成了電氣制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，其中包括 plc機(jī)型的選擇、輸入輸出信號(hào)及地址的分配、i/o 端口的分配、plc 梯形圖程序的設(shè)計(jì)。2.搖臂鉆床工作原理（1）z3050型搖臂鉆床采用4臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，他們分別是主軸電動(dòng)機(jī)（m1），搖臂升降電動(dòng)（m2），液壓泵電動(dòng)機(jī)（m3）和冷卻泵電動(dòng)機(jī)（m4），這些電動(dòng)機(jī)都采用直接啟動(dòng)方式。（2）為了適應(yīng)多種形式的加工要求，搖臂鉆床主軸的旋轉(zhuǎn)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有較大的調(diào)速范圍，一般情況下多由機(jī)械變速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。（3）搖

5、臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均為主軸的運(yùn)動(dòng)，為此這兩項(xiàng)運(yùn)動(dòng)有一臺(tái)主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，分別經(jīng)主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給。（4）在加工螺紋時(shí)，要求主軸能正反轉(zhuǎn)。搖臂鉆床主軸正反轉(zhuǎn)一般采用機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)。因此主軸電動(dòng)機(jī)僅需要單向旋轉(zhuǎn)。（5）搖臂升降電動(dòng)機(jī)要求能正反向旋轉(zhuǎn)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)搖臂的升降。（6）內(nèi)外主軸的夾緊與放松、主軸與搖臂的夾緊與放松可用機(jī)械操作、電氣機(jī)械裝置，電氣液壓或電氣液壓機(jī)械等控制方法實(shí)現(xiàn)。若采用液壓裝置，則備有液壓泵電機(jī)，拖動(dòng)液壓泵提供壓力油來(lái)實(shí)現(xiàn)，液壓泵電機(jī)要求能正反向旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)要求采用點(diǎn)動(dòng)控制。（7）搖臂的移動(dòng)嚴(yán)格按照搖臂松開(kāi)移動(dòng)搖臂夾緊的程序進(jìn)行。因此搖臂的夾

6、緊與搖臂升降按自動(dòng)控制進(jìn)行。（8）冷卻泵電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)冷卻泵提供冷卻液，只要求單向旋轉(zhuǎn)，另外由于整個(gè)過(guò)程都需要冷卻液，所以采用斷路器直接啟動(dòng)方式。（9）具有連鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)以及安全照明、信號(hào)指示電路。3.電氣控制線路分析3.1主電路分析z3050型搖臂鉆床共有四臺(tái)電機(jī)，除冷卻泵電機(jī)采用斷路器直接啟動(dòng)外，其余三臺(tái)異步電機(jī)均采用直接啟動(dòng)。 m1 是主軸電動(dòng)機(jī)，由交流接觸器km1控制，只要求單方向旋轉(zhuǎn)，主軸的正反轉(zhuǎn)由機(jī)械手柄操作。m1裝于主軸箱頂部，拖動(dòng)主軸及進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。fr1作為電動(dòng)機(jī)m1的過(guò)載及斷相保護(hù)，短路保護(hù)由斷路器qf1中的電磁脫扣裝置來(lái)完成。m2 是搖臂升降電動(dòng)機(jī)，裝于立柱頂部，用接觸器

7、km2和km3控制其正反轉(zhuǎn)。由于電機(jī)m2是間斷性工作，所以不設(shè)過(guò)載保護(hù)。m3 是液壓泵電機(jī)，用接觸器km4和km5控制其正反轉(zhuǎn)。由熱繼電器fr2作為過(guò)載及斷相保護(hù)。該電機(jī)的主要作用是拖動(dòng)油泵供給液壓裝置壓力油，以實(shí)現(xiàn)搖臂、立柱以及主軸箱的松開(kāi)和夾緊。搖臂升降電機(jī)m2和液壓油泵電機(jī)m3共用斷路器qf3中的電磁脫扣器作為短路保護(hù)。m4 是冷卻泵電機(jī)，有斷路器qf2直接控制并以實(shí)現(xiàn)短路、過(guò)載及斷相保護(hù)。主電路電源電壓為交流380v，由斷路器qf1作為電源引入開(kāi)關(guān)。3.2控制電路分析控制電路電源由控制變壓器tc降壓后供給110v電壓，熔斷器fu1作為短路保護(hù)。開(kāi)車前的準(zhǔn)備工作。為了保證操作安全，本鉆床

8、設(shè)有“開(kāi)門斷電”功能。所以開(kāi)車前應(yīng)將立柱下部及搖臂后部的電氣箱門蓋關(guān)好，方能接通電源。合上qf3及總電源開(kāi)關(guān)qf1，則電源顯示燈hl1亮，表示鉆床的電氣線路已進(jìn)入帶點(diǎn)狀態(tài)。3.2.1主軸電機(jī)m1的控制按下啟動(dòng)按鈕sb3，接觸器km1吸合并自鎖，使主軸電機(jī)m1啟動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)指示燈hl2亮。按下停止按鈕sb2，接觸器km1釋放，使主軸電機(jī)m1停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)hl2熄滅。3.2.3搖臂升降控制按下上升按鈕sb4(或下降按鈕sb5)，則時(shí)間繼電器kt1線圈通電吸合，其瞬時(shí)閉合的觸頭閉合，km4接觸器線圈通電，液壓泵電機(jī)啟動(dòng)，正向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。壓力油經(jīng)分配閥體進(jìn)入搖臂的“松開(kāi)油腔”，拖動(dòng)活塞移動(dòng)，活塞

9、推動(dòng)菱形塊，降搖臂松開(kāi)，同時(shí)活塞桿通過(guò)彈簧片壓下位置開(kāi)關(guān)sq2，使其常閉觸頭斷開(kāi)，常開(kāi)觸頭閉合。前者切斷了接觸器km4的線圈電路，km4主觸頭斷開(kāi)，液壓泵電機(jī)m3停止工作。后者使交流接觸器km2（或km3）的線圈通電，km2(或km3)的主觸頭接通的電源，搖臂升降電機(jī)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)搖臂上升（或下降）。如果此時(shí)搖臂尚未松開(kāi)，則位置開(kāi)關(guān)sq2的常觸頭則不能閉合，接觸器km2(或km3)的線圈無(wú)電，搖臂就不能上升(或下降)。當(dāng)搖臂上升或下降所到需位置時(shí)，松開(kāi)按鈕sb4(或sb5)，則接觸器km2(或km3)和時(shí)間繼電kt1器同時(shí)釋放，停止工作，隨之搖臂停止上升(或下降)。由于時(shí)間繼電器kt1斷電釋放

10、，經(jīng)1-3秒時(shí)間延時(shí)后，其延時(shí)閉合的常閉觸頭閉合，使接觸器km5吸合液壓泵電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，隨之泵內(nèi)壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入搖臂的“夾緊油腔”使搖臂夾緊。在搖臂夾緊后，活塞桿推動(dòng)彈簧片壓下的位置開(kāi)關(guān)sq3，其常閉觸頭斷開(kāi)，km5斷電釋放，m3最終停止工作，完成了搖臂的松開(kāi)-上升（或下降）-夾緊的整套動(dòng)作。3.2.3立柱和主軸箱的夾緊與放松控制立柱和主軸箱的夾緊（或放松）既可以同時(shí)進(jìn)行也可以單獨(dú)進(jìn)行，由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)sa1和復(fù)合按鈕sb6（或sb7）進(jìn)行控制。sa1三個(gè)位置，搬到中間位置時(shí)，立柱和主軸箱夾緊(或放松)同時(shí)進(jìn)行；扳到左邊位置時(shí)，立柱夾緊（或放松）；扳到右邊時(shí)，主軸箱夾緊（或放松）。復(fù)合按鈕sb6是

11、松開(kāi)控制按鈕，sb7是夾緊控制按鈕。3.2.4冷卻泵電機(jī)m4的控制扳動(dòng)斷路器qf2就可以接通或切斷電源，操縱冷卻泵電機(jī)m4的工作或停止。3.2.5照明、指示電路分析照明、指示電路的電源也由控制變壓器tc降壓后提供24v、6v的電壓，由熔斷器fu3、fu2做短路保護(hù)，el時(shí)照明燈，hl1時(shí)電源指示燈，hl2是主軸指示燈。4.z3050控制系統(tǒng)plc改造設(shè)計(jì) 4.1系統(tǒng)主要組成部分三菱fx2n 接觸器五個(gè)km1交流接觸器cj0-20b線圈電壓110vkm2-km5交流接觸器cj0-10b線圈電壓110v空氣開(kāi)關(guān)三個(gè)qf1低壓斷路器dz5-20/330fsh10aqf2低壓斷路器dz5-20/330

12、h0.3-0.45aqf3低壓斷路器dz5-20/330h6.5a熱繼電器二個(gè)fr1熱繼電器jr0-20/3d6.8-11afr2熱繼電器jr0-20/3d1.5-2.4a電機(jī)四臺(tái)m1主軸電機(jī)y112m-44kw、1400r/minm2搖臂升降電機(jī)y90l-41.5kw、1400r/minm3液壓油泵電機(jī)y802-40.75kw、1390 r/min m4冷卻泵電機(jī)aob-2590w、2800 r/min在用plc控制系統(tǒng)時(shí)，為節(jié)省i/o點(diǎn)，主軸電機(jī)的過(guò)載保護(hù)熱繼電器fr1及液壓泵電機(jī)的過(guò)載保護(hù)熱繼電器fr2的動(dòng)斷觸點(diǎn)串接入plc,共用一個(gè)輸入點(diǎn)。冷卻泵電機(jī)由組合開(kāi)關(guān)直接啟動(dòng)，不接入plc。個(gè)

13、指示燈與相應(yīng)的接觸器并聯(lián)輸出或直接由相應(yīng)開(kāi)關(guān)控制，不單獨(dú)占用i/o點(diǎn)。控制要求分析主電機(jī)啟動(dòng)停止能實(shí)現(xiàn)主電機(jī)長(zhǎng)動(dòng)和停止功能搖臂上升下降當(dāng)搖臂上升的時(shí)候須先松開(kāi)搖臂，松開(kāi)要不到位后方能上升，且有超行程保護(hù)。下降同理。能對(duì)立柱和主軸箱實(shí)現(xiàn)單獨(dú)或同時(shí)控制其松開(kāi)夾緊。4.2plc的選型在plc系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是plc工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。plc及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，成熟可靠的系統(tǒng)，plc的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮

14、短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定plc的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的plc和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 5.輸入輸出設(shè)計(jì)輸入信號(hào)序號(hào)符號(hào)名稱用途地址符號(hào)1sb1總啟動(dòng)按鈕x02sb2總停止按鈕x13sb3主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)按鈕x24sb4主電動(dòng)機(jī)停止按鈕x35sb5搖臂上升起動(dòng)按鈕x46sb6搖臂下降起動(dòng)按鈕x57sb7主軸箱、立柱、搖臂松開(kāi)按鈕x68sb8主軸箱、立柱、搖臂夾緊按鈕x79sq1上升上行限位開(kāi)關(guān)x2010sq5下降下行限位開(kāi)關(guān)x21

15、11sq2液壓松開(kāi)信號(hào)開(kāi)關(guān)x1012sq3液壓夾緊信號(hào)開(kāi)關(guān)x1113sq4液壓夾緊、松開(kāi)指示燈開(kāi)關(guān)x1214ya1主軸夾緊、松開(kāi)行程開(kāi)關(guān)x1315ya2立柱夾緊、松開(kāi)行程開(kāi)關(guān)x1416sa照明電源開(kāi)關(guān)x1517kr1m1電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器x1618kr2m3電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器x17 輸出信號(hào)序號(hào)符號(hào)名稱用途地址符號(hào)1km1主軸旋轉(zhuǎn)接觸器y02km2搖臂上升接觸器y13km3搖臂下降接觸器y24km4主軸箱、立柱、搖臂放松接觸器y35km5主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器y46ya1主軸夾緊、松開(kāi)用電磁鐵y57ya2立柱夾緊、松開(kāi)用電磁鐵y68el照明指示信號(hào)燈y79hl1主軸指示信號(hào)燈

16、y1010hl2放松指示信號(hào)燈y1111hl3夾緊指示信號(hào)燈y126.梯形圖設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)電路的控制可以分為兩個(gè)部分：外部電路控制和plc電路控制。外部電路只分為總的電路通斷控制，另外就是冷卻泵電機(jī)的控制，分別有qs1和qs2控制。plc控制電路分別是對(duì)主軸電機(jī)、上升和下降電機(jī)以及松開(kāi)和夾緊電機(jī)的控制，使其能夠完成系統(tǒng)需完成的功能。梯形圖功能模塊設(shè)計(jì)流程圖如圖所示：7.調(diào)試本設(shè)計(jì)是對(duì)z3050型搖臂鉆床的plc改造，因此設(shè)計(jì)完成后需要將plc接在電路中取代以前的控制電路。調(diào)試過(guò)程中按原來(lái)的控制思路對(duì)plc輸入進(jìn)行控制，看輸出是否可以達(dá)到系統(tǒng)所需達(dá)到的要求調(diào)試時(shí)的注意事項(xiàng)：(1)注意輸入、輸出信號(hào)線

17、一定不要按錯(cuò)或接反，以免增加調(diào)試工作量。(2)認(rèn)真檢查輸入程序。根據(jù)執(zhí)行出現(xiàn)的錯(cuò)誤邏輯現(xiàn)象，判斷出錯(cuò)程序段，逐步縮小范圍，最后糾正錯(cuò)誤、完成調(diào)試。(3)位置發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，關(guān)掉可編程序控制器電源，將轉(zhuǎn)盤位移到最下方，并將碼盤置位，然后重新通電，將程序中位置計(jì)數(shù)器復(fù)位。8.總結(jié)本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是利用plc（programmable logic controller）對(duì)z3050搖臂鉆床的控制部分進(jìn)行改造。我先對(duì)本次的設(shè)計(jì)進(jìn)行了總體的思考和分析，使自己對(duì)z3050搖臂鉆床的基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)情況、加工工藝要求等有一定的了解。z3050搖臂鉆床主要有底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱、工作臺(tái)等組成。對(duì)z3050搖臂鉆床電氣控制部分進(jìn)行分析得出它需要完成開(kāi)門斷電功能、主軸電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制功能、刀架的快速移動(dòng)功能、冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制。然后根據(jù)電氣控制電路的線路圖，編譯plc的梯形圖，編譯通過(guò)后，利用plc實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。由于plc極高的可靠性，極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性。因此使z3