PLC在改造 Z37搖臂鉆床中的應(yīng)用

1、PLC在改造 Z37搖臂鉆床中的應(yīng)用1. Z37型鉆床主電路:Z37搖臂鉆床共有四臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其中主軸電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KMl控制，熱繼電器KH作過(guò)載保護(hù)，主軸的正、反向控制是由雙向片式摩擦離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。搖臂升降電動(dòng)機(jī)M3由接觸器KM2、KM3控制，F(xiàn)U2作短路保護(hù)。立柱松緊電動(dòng)機(jī)M4由接觸器KM4和KM5控制，F(xiàn)U3作短路保護(hù)。冷卻泵電動(dòng)機(jī)M1是由組合開(kāi)關(guān)QS2控制的，F(xiàn)Ul作短路保護(hù)。搖臂上的電氣設(shè)備電源，是通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QSl及匯流環(huán)YG引入。2. 控制、照明電路分析合上電源開(kāi)關(guān)QSl，控制電路的電源由控制變壓器TC提供110v電壓。Z37搖臂鉆床控制電路采用十字開(kāi)關(guān)SA操作，它有

2、集中控制和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。合上QS3照明燈得電.3. 基于PLC的Z37搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)3.1 PLC的選擇 Z37搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案由兩部分組成，一部分為電氣控制系統(tǒng)的硬件設(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夠保持原有功能不變，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。根據(jù)物理結(jié)構(gòu)的不同，PLC分為整體式、模塊式和疊裝式。整體式的每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式便宜，小型電氣控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程控制

3、器。此次所設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)屬于小型開(kāi)關(guān)量電氣控制系統(tǒng)沒(méi)有特殊的控制任務(wù)，整體式PLC完全可以滿足控制要求，且在性能相同的情況下，整體式PLC較模塊式和疊裝式PLC價(jià)格便宜，因此，Z37搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC?？紤]到任何一種PLC都可以滿足開(kāi)關(guān)量電氣控制系統(tǒng)的要求，據(jù)此本課題將盡量采用價(jià)格便宜的PLC。 搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)需要17個(gè)輸入口11個(gè)輸出口，PLC的實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸入點(diǎn)數(shù)17，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)11，在條件許可的情況下盡可能留有10%-20%的裕量。PLC存儲(chǔ)器容量的估算方法：對(duì)于僅有開(kāi)關(guān)量輸入/輸出信號(hào)的電氣控

4、制系統(tǒng)，將所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)乘以8，就是所需PLC存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量（單位為bit）即（17+11）×8=224bit本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC輸入模塊應(yīng)選直流輸入模塊，輸入電壓應(yīng)DC24V電壓。為了使Z37搖臂鉆床在改造后能夠良好工作，確認(rèn)日本松下公司生產(chǎn)的FP0-C14RS型和擴(kuò)展單元FP0-E16RS型和FP0-E8RS型PLC能夠滿足上述要求，該類型號(hào)PLC體積小，功能強(qiáng)，增加了一些大型機(jī)的功能和指令，如PID和PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）指令，對(duì)于控制器體積要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)是一種很好的選擇。該型PLC具有Z37搖臂鉆床電

5、氣控制系統(tǒng)所需的所有指令功能，其總輸入點(diǎn)數(shù)為20點(diǎn)，總輸出點(diǎn)數(shù)為18點(diǎn)，用戶存儲(chǔ)器容量5K，輸入模塊電壓為DC，輸出模塊為繼電器型。由此可知，F(xiàn)P0-C32和FP0-SL1型PLC的技術(shù)性能指標(biāo)完全能滿足要求。3.2 PLC的I/O端口分配表 根據(jù)所選PLC的型號(hào)進(jìn)行I/O點(diǎn)的端口分配，如下所示：輸入信號(hào)端口分配表輸出信號(hào)端口分配表地址號(hào)符號(hào)名稱用途地址號(hào)符號(hào)名稱用途X0SB1總起動(dòng)按鈕Y0KM1主軸旋轉(zhuǎn)接觸器X1SB2主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)按鈕Y1KM2搖臂上升接觸器X2SB3搖臂上升起動(dòng)按鈕Y2KM3搖臂下降 接觸器X3SB4搖臂下降起動(dòng)按鈕Y3KM4主軸箱、立柱、搖臂放松接觸器X4SB5主軸箱、立

6、柱、搖臂松開(kāi)按鈕Y4KM5主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器X5SB6主軸箱、立柱、搖臂夾緊按鈕Y5YA1主軸箱夾緊、放松用電磁鐵X6SB7總停止按鈕Y6YA2立柱夾緊、放松用電磁鐵X7SB8主電動(dòng)機(jī)停止按鈕Y7HL1電源工作狀態(tài)指示信號(hào)燈X8KR1M1電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器Y8HL2立柱松開(kāi)指示信號(hào)燈X9KR2M3電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器Y9HL3立柱夾緊指示信號(hào)燈X10ST11搖臂上升用行程開(kāi)關(guān)Y10HL4主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)指示信號(hào)燈X11ST12搖臂下降用行程開(kāi)關(guān)X12ST2搖臂夾緊、放松用行程開(kāi)關(guān)X13ST3搖臂夾緊用行程開(kāi)關(guān)X14ST4立柱夾緊、放松指示用行程開(kāi)關(guān)X15SA2 - 1主軸箱夾緊

7、、放松用組合開(kāi)關(guān)X16SA2 - 2立柱夾緊、放松用組合開(kāi)關(guān)3.3 PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計(jì)下圖為PLC的I/O電氣接線圖，圖中X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16共用一個(gè)COM端，輸入開(kāi)關(guān)的其中一端應(yīng)并接在直流24V電源上，另一端應(yīng)分別接入相應(yīng)的PLC輸入端子上。接線時(shí)注意PLC輸入/輸出COM端子的極性。接觸器的線圈工作電壓若為交流110V，則接觸器線圈連接的Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6可以共用一個(gè)COM2端。信號(hào)燈電源電壓為6.3V，因此Y7、Y8、Y9、Y10、可以共用一個(gè)COM1端。如果輸

8、出控制設(shè)備存在直流回路，則交流回路直流回路不可共用一個(gè)COM端，而應(yīng)分開(kāi)使用，本電路的輸出端全為交流回路，因此在電源電壓相同的接口可共用一個(gè)COM端。PLC的I/O電氣接線圖4 Z37搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)4.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)及程序調(diào)試為了使Z37搖臂鉆床在進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)改造后仍能夠完成原有的工作需要，本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC程序應(yīng)由電氣控制系統(tǒng)預(yù)開(kāi)程序、主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止控制程序、搖臂升降控制程序即升降電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制程序、立柱和主軸箱的松開(kāi)與夾緊控制程序即液壓泵電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)程序、信號(hào)的顯示程序、照明控制程序等部分組成。因選用FP0型號(hào)的P

9、LC，所以編程時(shí)采用Windows環(huán)境下運(yùn)行的FPWINGR的編程軟件來(lái)編程設(shè)計(jì), 采用TVT90A2可編程控制器訓(xùn)練裝置來(lái)進(jìn)行模擬調(diào)試。如下列圖形所示：4.1.1 系統(tǒng)預(yù)開(kāi)程序X6為總停輸入繼電器，X0為系統(tǒng)預(yù)開(kāi)輸入繼電器。當(dāng)X0閉合后PLC的內(nèi)部繼電器R0接通并自鎖，為電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行工作做好準(zhǔn)備。圖4.1 系統(tǒng)預(yù)開(kāi)梯形圖程序4.1.2 主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制程序X1為主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)輸入繼電器，R0閉合后，接通X1，此時(shí)輸出繼電器Y0接通并自鎖，從而使電機(jī)起動(dòng)。圖4.2 主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)梯形圖程序4.1.3 搖臂升降控制程序R0閉合后，當(dāng)輸入繼電器X2接通時(shí)，內(nèi)部繼電器R1也接通，同時(shí)Y3得電，使

10、得液壓泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，搖臂放松，當(dāng)搖臂徹底放松后，X11的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y3斷電，Y1得電，搖臂開(kāi)始上升，當(dāng)上升到極限位置時(shí)，X10的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y1失電。搖臂完成松開(kāi)，然后上升的過(guò)程。如果想要完成搖臂下降的過(guò)程，需接通X3，在搖臂放松后，使Y4得電，使搖臂下降，當(dāng)下降到極限位置時(shí)，X10的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y2失電。搖臂完成松開(kāi)，然后下降的過(guò)程。圖4.3 搖臂升降梯形圖程序4.1.4 主軸箱和立柱同時(shí)放松或夾緊控制程序R0閉合后，當(dāng)輸入X4或X5接通時(shí)，內(nèi)部繼電器R2、R3和定時(shí)器T3同時(shí)接通,3秒后，Y3自動(dòng)接通，主軸箱和立柱同時(shí)放松，當(dāng)再次使輸入X4或X5接通時(shí)，Y6接通，主軸

11、箱和立柱同時(shí)夾緊。圖4.4 主軸箱和立柱同時(shí)放松或夾緊梯形圖程序4.1.5 主軸箱和立柱分別單獨(dú)夾緊或放松程序除了可以使立柱和主軸箱同時(shí)夾緊、放松外，還可以使它們分別夾緊或放松，通過(guò)手動(dòng)接通X15和X16即可完成上述操作，當(dāng)需要使主軸箱單獨(dú)夾緊或放松時(shí)，用手扳動(dòng)開(kāi)關(guān)X16使其斷開(kāi)即可，同樣，用手扳動(dòng)輸入開(kāi)關(guān)X15，即可達(dá)到單獨(dú)夾緊或放松立柱的目的。圖4.5 主軸箱和立柱分別單獨(dú)夾緊或放松梯形圖程序4.1.6 信號(hào)顯示程序R0接通，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，Y0接通，Y10得電，主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)信號(hào)燈亮。立柱夾緊后X14接通，Y9得電，立柱夾緊信號(hào)燈亮。當(dāng)Y3得電后，立柱開(kāi)始松開(kāi)，當(dāng)立柱松開(kāi)后，X14的常開(kāi)

12、觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y8得電，立柱松開(kāi)信號(hào)燈亮。圖4.6 信號(hào)顯示梯形圖程序4.1.7 電源工作狀態(tài)指示信號(hào)程序R0接通，輸出繼電器Y7得電，此時(shí)電源工作狀態(tài)指示信號(hào)燈亮，表明機(jī)床開(kāi)始處于工作狀態(tài)。圖4.7 電源工作狀態(tài)指示信號(hào)梯形圖程序5 結(jié)論本課題所研究的基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了Z37搖臂鉆床的控制自動(dòng)化，方便了工人在生產(chǎn)中對(duì)機(jī)床的實(shí)際操作。通過(guò)研究，可得出以下結(jié)論：5.1 研究成果可編程控制器是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的新型控制器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，編程方便等特點(diǎn)，本課題采用PLC自動(dòng)控制技術(shù)取代了傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Z37搖臂鉆床的自動(dòng)控制，從而提高了機(jī)床的工作效率、工作穩(wěn)定性和可靠性，而且，還大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低了設(shè)備故障率，提高了生產(chǎn)率。另外，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)