PLC控制的Z3050型搖臂鉆床電氣控制

1、 皖 西 學(xué) 院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書系 別：機(jī)電學(xué)院專 業(yè)：13電氣學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號(hào)：課程設(shè)計(jì)題目： PLC控制的Z3050型搖臂鉆床電氣控制起 迄 日 期:2016課程設(shè)計(jì)地點(diǎn):PLC電氣控制實(shí)驗(yàn)室指 導(dǎo) 教 師:翁志剛下達(dá)任務(wù)書日期: 2016年 5月 15日 目 錄前言11 Z3050搖臂鉆床的簡(jiǎn)介21.1 搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu)21.2 搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)形式21.3 搖臂鉆床電氣拖動(dòng)特點(diǎn)31.4 搖臂鉆床及原理圖說明42 系統(tǒng)元器件選型52.1 Z3050搖臂鉆床主回路元件表52.2 PLC的選型62.3 硬件的設(shè)計(jì)62.4 PLC的I/O分配62.5 PLC的外部接線圖83 程序的設(shè)計(jì)與

2、仿真93.1 梯形圖程序設(shè)計(jì)93.1仿真調(diào)試與結(jié)果11參考文獻(xiàn)13致 謝14前言 搖臂鉆床使用于單件或批量生產(chǎn)有多孔的大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常用的機(jī)械，由于其控制系統(tǒng)是采用繼電器控制系統(tǒng)，電路接線復(fù)雜，出點(diǎn)多，長(zhǎng)期使用后，故障多，故障排除困難。常常影響企業(yè)生產(chǎn)。 PLC具有可靠性強(qiáng)，使用方便，維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。因此，利用PLC對(duì)搖臂鉆床繼電器控制線路進(jìn)行改造，有利于提高設(shè)備的可靠性，使用率。正是由于PLC控制系統(tǒng)的種種優(yōu)點(diǎn)，因此本次對(duì)Z3050搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)，可以提高Z3050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)代化帶來生機(jī)。同時(shí)，提高了PLC編程水平和實(shí)踐能

3、力，為今后在實(shí)際工作中熟練使用PLC進(jìn)行工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。1 Z3050搖臂鉆床的簡(jiǎn)介1.1 搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu) 搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺(tái)等部分組成。內(nèi)立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)360度。搖臂的一端為套筒，它套裝在外立柱做上下移動(dòng)。由于絲桿與外立柱練成一體，而升降螺母固定在搖臂上，因此搖臂不能繞外立柱轉(zhuǎn)動(dòng)，只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱是一個(gè)復(fù)合部件，由主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)、主軸和主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)給和變速機(jī)構(gòu)、機(jī)床的操作機(jī)構(gòu)等部分組成。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上，可以通過手輪操作，使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動(dòng)。1.2搖臂

4、鉆床的運(yùn)動(dòng)形式 當(dāng)搖臂鉆床進(jìn)行加工時(shí)，由特殊的加緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導(dǎo)軌上，而外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進(jìn)行鉆削加工。鉆削加工時(shí)，鉆頭一邊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削，一邊進(jìn)行縱向進(jìn)搖臂鉆床給，其運(yùn)動(dòng)形式為：（1） 搖臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)為主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；（2） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為主軸的縱向進(jìn)給；（3） 輔助運(yùn)動(dòng)有：搖臂沿外立柱垂直移動(dòng)，主軸箱沿?fù)u臂長(zhǎng)度方向的移動(dòng)，搖臂與外立柱一起內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。Z3050搖臂鉆床實(shí)物圖1.3 搖臂鉆床電氣拖動(dòng)特點(diǎn)3. Z3050搖臂鉆床運(yùn)動(dòng)部件較多，為了簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置，采用4臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)。，他們分別是主軸電動(dòng)機(jī)（M1），搖臂升降電動(dòng)機(jī)（M2），液壓泵電動(dòng)機(jī)（M3）和

5、冷卻泵電動(dòng)機(jī)（M4），這電動(dòng)機(jī)都采用直接啟動(dòng)方式。4. 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，一般情況下由機(jī)械變速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。主要變速機(jī)構(gòu)與進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)均裝在主軸箱內(nèi)。5. Z3050搖臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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。6. 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)。1.4 搖臂鉆床及原理圖說明 Z3050搖臂鉆床主電路圖如下： 主電路分析： Z3050搖臂鉆床共有4臺(tái)電動(dòng)機(jī)，冷卻泵電動(dòng)機(jī)為開關(guān)直接啟動(dòng)，其余

6、三臺(tái)電動(dòng)機(jī)采用接觸器控制。M1是主軸電動(dòng)機(jī)由接觸器KM1控制，只要求能單方向旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)型空機(jī)Q1能起到過載、短路、啟動(dòng)電流過大保護(hù)，而熱繼電器FR1也起過載保護(hù)的作用，這樣就形成了一個(gè)雙重保護(hù)的作用。 M2是搖臂升降電動(dòng)機(jī)，裝設(shè)于主軸頂部，用KM2和KM3來控制正反轉(zhuǎn)。使用電動(dòng)機(jī)型空開Q2進(jìn)行保護(hù)。 M3是液壓泵電動(dòng)機(jī)，要求能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，用KM4和KM5來控制正反轉(zhuǎn)。電路中用電動(dòng)機(jī)型開Q3和熱繼電器FR2進(jìn)行雙重保護(hù)。M4冷卻泵電動(dòng)機(jī)，功率小，直接用開關(guān)控制啟動(dòng)與停止。2 系統(tǒng)元器件選型2.1 Z3050搖臂鉆床主回路元件表序號(hào)代號(hào) 名稱規(guī)格/型號(hào)單位數(shù)量1M1電動(dòng)機(jī)Y112M-4/4KW

7、臺(tái)12M2電動(dòng)機(jī)Y90L-4/1.5KW臺(tái)13M3電動(dòng)機(jī)Y801-4/0.55KW臺(tái)14M4電動(dòng)機(jī)Y2-7124/0.37KW臺(tái)15KM1交流接觸器LC1-D1210CC5N只16KM2交流接觸器LC1-D0910CC5N只17KM3交流接觸器LC1-D0910CC5N只18KM4交流接觸器LC1-D0910CC5N只19KM5交流接觸器LC1-D0910CC5N只110KM6交流接觸器LC1-D0910CC5N只111Q空開NS100N/16A只112Q1空開GV2M10C/10A只113Q2空開GV2M04C/2A只114Q3空開GV2M01C/1A只115Q4空開GV2M01C/1A只1

8、16FR1熱繼電器LR2-D1312C/8A只117FR2熱繼電器LR2-D1205C/1.6A只12.2 PLC的選型 搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)需要12個(gè)輸入口和6個(gè)輸出口，PLC的實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸入點(diǎn)數(shù)12，PLC的實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸出點(diǎn)數(shù)6，在條件許可的情況下盡可能留有10%-20%的余量，因?yàn)閷?shí)際的輸出點(diǎn)剛好是12個(gè)，而選擇PLC輸入點(diǎn)有16個(gè)的顯然是浪費(fèi)，所以該系統(tǒng)采用三菱可編程序控制器作為主控制器，完全滿足要求。并且輸出點(diǎn)數(shù)留有比較多得余量為今后的改進(jìn)做好準(zhǔn)備。2.3 硬件的設(shè)計(jì) Z3050搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案由兩部分組成，一部分分為電氣控制系統(tǒng)的

9、硬件設(shè)計(jì)，也就是PLC的機(jī)型的確定；另一部分是電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，就是PLC控制程序的編寫。為了使改造后的搖臂鉆床仍能保持原有功能不變，此次改造的一個(gè)重要原則之一就是，不對(duì)原有機(jī)床的控制結(jié)構(gòu)做過大的調(diào)整，只是將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來替代。 由于Z3050搖臂鉆床控制對(duì)象對(duì)PLC輸出點(diǎn)的動(dòng)作表達(dá)速度要求不高，繼電器型輸出模塊的動(dòng)作速度完全能滿足要求，且每一點(diǎn)的輸出容量較大，在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)導(dǎo)通的輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒有限制，這將給設(shè)計(jì)工作帶來很大的方便。所以本課題選用繼電器輸出模塊，結(jié)合Z3050搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，需要輸入點(diǎn)數(shù)大于18個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)大于12個(gè)，在條件許可的

10、情況下盡可能留有10%-20%的裕量。2.4 PLC的I/O分配根據(jù)系統(tǒng)的原則I/O分配如下：序號(hào)位號(hào)符號(hào)說明輸入點(diǎn)1X0KR1主軸電動(dòng)機(jī)M1熱繼電器2X1SB_1主軸電機(jī)M1啟動(dòng)按鈕3X2SB_2主軸電機(jī)M1停止按鈕4X3KR2其它控制電路熱繼電器5X4SB_3搖臂上升按鈕6X5SB_4搖臂下降按鈕7X6ST1-1搖臂上升上限位行程開關(guān)8X7ST1-2搖臂下降下限位行程開關(guān)9X10ST2搖臂松開行程開關(guān)10X11ST3搖臂夾緊行程開關(guān)11X12SB_5主軸、立柱箱放松按鈕12X13SB_6主軸、立柱箱夾緊按鈕輸出點(diǎn)1Y0KM1主軸電動(dòng)機(jī)M1接觸器2Y1KM2搖臂上升接觸器3Y2KM3搖臂下降

11、接觸器4Y3KM4液壓泵電動(dòng)機(jī)M3正轉(zhuǎn)接觸器5Y4KM5液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反轉(zhuǎn)接觸器6Y5HL1放松夾緊電磁鐵用指示燈代替2.5 PLC的外部接線圖三菱PLC的控制回路原理圖 3程序的設(shè)計(jì)與仿真3.1 梯形圖程序設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書的要求以及I/O口的分配，設(shè)計(jì)出如下方案：程序段1 ：主軸電機(jī)的啟停 按下按鈕SB_1，接觸器KM1通電閉合,主軸電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。（如下圖）程序段2：搖臂上升的過程 按下按鈕SB_3，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3首先正轉(zhuǎn)，放松搖臂，繼而搖臂升降電動(dòng) 機(jī)M2正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂上升。當(dāng)上升至要求高度時(shí)，松開SB3，搖臂電動(dòng)機(jī)M2停轉(zhuǎn)，同時(shí)液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反轉(zhuǎn)，夾緊搖臂，完成搖臂上升的控制過

12、程。（如下圖）程序段3：搖臂下降的過程按下按鈕SB_4，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3首先正轉(zhuǎn)，放松搖臂，繼而搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂下降。當(dāng)下降至要求高度時(shí)，松開SB_4，搖臂電動(dòng)機(jī)M2停轉(zhuǎn)，同時(shí)液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反轉(zhuǎn)，夾緊搖臂，完成搖臂下降的控制過程。（如下圖）程序段4：避免雙線圈錯(cuò)誤 為避免雙線圈錯(cuò)誤的情況出現(xiàn)，借用輔助繼電器的并聯(lián)來規(guī)避錯(cuò)誤。（如下圖）程序段5：立柱和主軸的放松與夾緊 按下SB_5，接觸器KM4通電閉合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3啟動(dòng)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，立柱和主軸箱放松；按下按鈕SB_6，接觸器KM5通電閉合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3啟動(dòng)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，立柱和主軸箱夾緊。（如下圖）3.2 仿真的調(diào)試與結(jié)果 仿真

13、程序段1 按下按鈕SB_1，X1通電，輔助繼電器M0得電，Y0得電，主軸電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)成功。仿真程序段2按下SB-3，X3得電，液壓泵電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器Y3啟動(dòng)，放松搖臂。繼而延時(shí)繼電器T1延時(shí)啟動(dòng)，搖臂升降電機(jī)上升接觸器Y1得電正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂上升。到達(dá)行程上限時(shí)X6打開，由于互鎖，搖臂升降電機(jī)上升接觸器Y1失電停轉(zhuǎn)，液壓泵電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器Y4得電啟動(dòng)，夾緊搖臂，完成搖臂上升過程。仿真程序段3按下SB-4，X4得電，液壓泵電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器Y3啟動(dòng)，放松搖臂。繼而延時(shí)繼電器T2延時(shí)啟動(dòng)，搖臂升降電機(jī)下降接觸器Y2得電正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂下降。到達(dá)行程下限時(shí)X7打開，由于互鎖，搖臂升降電機(jī)下降接觸器Y

14、2失電停轉(zhuǎn)，液壓泵電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器Y4得電啟動(dòng)，夾緊搖臂，完成搖臂下降過程。 仿真程序段4 按下SB-5，X12得電，輔助繼電器M3通電，即液壓泵電機(jī)M3正轉(zhuǎn)接觸器Y3通電啟動(dòng)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，將立柱和主軸箱放松。按下SB-6，X13得電，輔助繼電器M6得電，即液壓泵電機(jī)M3反轉(zhuǎn)接觸器Y4通電啟動(dòng)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，將立柱和主軸箱夾緊。1 熊幸明.電氣控制與PLCM.第一版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014：31682 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M.第二版.北京:北京航空航天大學(xué),2008：641383 廖常初.PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用M.第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007：37654 張海根.機(jī)電傳動(dòng)控制

15、M.第一版.北京:高等教育出版社,2008：致 謝 本課程設(shè)計(jì)的完成，每一步都離不開老師的指導(dǎo)，傾注了大量的心血在此，謹(jǐn)向老師表示崇高的敬意和衷心的感謝! 今天終于可以順利的完成了課程設(shè)計(jì)，想了很久，要怎樣寫下這一段謝詞。課程設(shè)計(jì)期間的點(diǎn)點(diǎn)滴滴歷歷涌上心頭，時(shí)光匆匆飛逝但卻無比充實(shí)，兩星期的努力與付出，隨著設(shè)計(jì)的完成，終于讓這充實(shí)的兩星期，得以劃下完美的句點(diǎn)。論文得以完成，要感謝的人實(shí)在太多了，首先我要感謝我的學(xué)校，他讓我這幾年成長(zhǎng)了不少，在就是感謝我的指導(dǎo)老師，因?yàn)檎撐氖窃诶蠋煹南ば闹笇?dǎo)下完成的。老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)于律己、寬以待人的

16、崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等每一步都是在他的悉心指導(dǎo)下完成的。 同時(shí)，論文的順利完成，離不開其他各老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。在整個(gè)的課程設(shè)計(jì)寫作中，翁志剛老師、宋后倫同學(xué)和朋友積極幫助我查資料和提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，論文得以不斷的完善，最終幫助我完整的完成了整個(gè)課程設(shè)計(jì)，另外，要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識(shí)的老師，是你們?cè)谙ば慕虒?dǎo)使我有了良好的專業(yè)課知識(shí)，這也是設(shè)計(jì)得以完成的基礎(chǔ)。讓我在這里再說聲感謝你們。 工作日程日期主要工作05月 16日05月16日05月 16日05月16日下達(dá)任務(wù)書，任務(wù)布置及設(shè)計(jì)要求說明05月 16日05月18日文獻(xiàn)追蹤、調(diào)研,方案設(shè)計(jì);05月 19日05月22日系統(tǒng)設(shè)計(jì)05月 23日05月27日仿真、調(diào)試及設(shè)計(jì)報(bào)告初稿撰寫05月 28日05月29日答辯、成績(jī)考核電氣與電子類課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表評(píng)定項(xiàng)目?jī)?nèi)容滿分評(píng)