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1、 皖 西 學(xué) 院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)系 別:機(jī)電學(xué)院專(zhuān) 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(shū)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(shuō)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(chē)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(lái)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(guò)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(shuō)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(kāi)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(guò)載、短路、啟動(dòng)電流過(guò)大保護(hù),而熱繼電器FR1也起過(guò)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(lái)控制正反轉(zhuǎn)。使用電動(dòng)機(jī)型空開(kāi)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(lái)控制正反轉(zhuǎn)。電路中用電動(dòng)機(jī)型開(kāi)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(kāi)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(chēng)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(kāi)NS100N/16A只112Q1空開(kāi)GV2M10C/10A只113Q2空開(kāi)GV2M04C/2A只114Q3空開(kāi)GV2M01C/1A只115Q4空開(kāi)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(xiě)。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(guò)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(lái)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(méi)有限制,這將給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)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(shuō)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(kāi)關(guān)8X7ST1-2搖臂下降下限位行程開(kāi)關(guān)9X10ST2搖臂松開(kāi)行程開(kāi)關(guān)10X11ST3搖臂夾緊行程開(kāi)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(shū)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(guò)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(kāi)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(guò)
12、程。(如下圖)程序段3:搖臂下降的過(guò)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(kāi)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(guò)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(lái)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(kāi),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(guò)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(kāi),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(guò)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(kāi)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(xiě)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(wú)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(zhuān)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(wú)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(kāi)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(xiě)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(xiě)作的建議和意見(jiàn),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(zhuān)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(shuō)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(shū),任務(wù)布置及設(shè)計(jì)要求說(shuō)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(xiě)05月 28日05月29日答辯、成績(jī)考核電氣與電子類(lèi)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)
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