PLC控制的Z3050型搖臂鉆床電氣控制

1、.皖 西 學(xué) 院 課程設(shè)計報告書系 別機(jī)電學(xué)院專 業(yè)13電氣學(xué) 生 姓 名學(xué) 號：課程設(shè)計題目：PLC控制的Z3050型搖臂鉆床電氣控制起 迄 日 期:2016課程設(shè)計地點:PLC電氣控制實驗室指 導(dǎo) 教 師:翁志剛下達(dá)任務(wù)書日期: 2016年 5月 15日目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc30024 前言1 HYPERLINK l _Toc1466 1 Z3050搖臂鉆床的簡介2 HYPERLINK l _Toc32146 1.1 搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu)2 HYPERLINK l _Toc17132 1.2 搖臂鉆床的運動形式2 HYPERLINK l _Toc1

2、3033 1.3 搖臂鉆床電氣拖動特點3 HYPERLINK l _Toc3779 1.4 搖臂鉆床及原理圖說明4 HYPERLINK l _Toc9631 2 系統(tǒng)元器件選型5 HYPERLINK l _Toc19096 2.1 Z3050搖臂鉆床主回路元件表5 HYPERLINK l _Toc21670 2.2 PLC的選型6 HYPERLINK l _Toc5824 2.3 硬件的設(shè)計6 HYPERLINK l _Toc3603 2.4 PLC的I/O分配6 HYPERLINK l _Toc5094 2.5 PLC的外部接線圖8 HYPERLINK l _Toc4344 3 程序的設(shè)計與

3、仿真9 HYPERLINK l _Toc14413 3.1 梯形圖程序設(shè)計9 HYPERLINK l _Toc18465 3.1仿真調(diào)試與結(jié)果11 HYPERLINK l _Toc3694 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc3694 13 HYPERLINK l _Toc24370 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,出點多,長期使用后,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)簡單的優(yōu)點。因此,利用PLC對搖臂鉆床繼電器控制線路進(jìn)行改造,有利于提

4、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,因此本次對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,提高了PLC編程水平和實踐能力,為今后在實際工作中熟練使用PLC進(jìn)行工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計打好基礎(chǔ)。1 Z3050搖臂鉆床的簡介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。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,

5、只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱是一個復(fù)合部件,由主傳動電動機(jī)、主軸和主軸傳動機(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。1.2搖臂鉆床的運動形式 當(dāng)搖臂鉆床進(jìn)行加工時,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,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,其運動形式為：搖臂鉆床的主運動為主軸的旋轉(zhuǎn)運動；進(jìn)給運動為主軸的縱向進(jìn)給；輔助運動有：搖臂沿外立柱垂直移動,主軸箱沿?fù)u臂長度方向的移動,搖臂與外立柱一起內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。Z3050搖

6、臂鉆床實物圖1.3 搖臂鉆床電氣拖動特點Z3050搖臂鉆床運動部件較多,為了簡化傳動裝置,采用4臺電機(jī)拖動。,他們分別是主軸電動機(jī)M1,搖臂升降電動機(jī)M2,液壓泵電動機(jī)M3和冷卻泵電動機(jī)M4,這電動機(jī)都采用直接啟動方式。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)給運動有較大的調(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)。Z3050搖臂鉆床的主運動和進(jìn)給運動為主軸的運動,為此這兩項運動有一臺主軸電動機(jī)拖動,分別經(jīng)主軸傳動機(jī)構(gòu),進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給。在加工螺紋時,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)械方法實現(xiàn)。因此主軸電動機(jī)僅需要單

7、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臺電動機(jī),冷卻泵電動機(jī)為開關(guān)直接啟動,其余三臺電動機(jī)采用接觸器控制。M1是主軸電動機(jī)由接觸器KM1控制,只要求能單方向旋轉(zhuǎn)。電動機(jī)型空機(jī)Q1能起到過載、短路、啟動電流過大保護(hù),而熱繼電器FR1也起過載保護(hù)的作用,這樣就形成了一個雙重保護(hù)的作用。 M2是搖臂升降電動機(jī),裝設(shè)于主軸頂部,用KM2和KM3來控制正反轉(zhuǎn)。使用電動機(jī)型空開Q2進(jìn)行保護(hù)。 M3是液壓泵電動機(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冷卻泵電動機(jī),功率小

8、,直接用開關(guān)控制啟動與停止。2 系統(tǒng)元器件選型2.1 Z3050搖臂鉆床主回路元件表序號代號 名稱規(guī)格/型號單位數(shù)量1M1電動機(jī)Y112M-4/4KW臺12M2電動機(jī)Y90L-4/1.5KW臺13M3電動機(jī)Y801-4/0.55KW臺14M4電動機(jī)Y2-7124/0.37KW臺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

9、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116FR1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個輸入口和6個輸出口,PLC的實際輸出點數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸入點數(shù)12,PLC的實際輸出點數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸出點數(shù)6,在條件許可的情況下盡可能留有10%-20%的余量,因為實際的輸出點剛好是12個,而選擇PLC輸入點有16個的顯然是浪費,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。

10、并且輸出點數(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Z3050搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方案由兩部分組成,一部分分為電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計,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,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,此次改造的一個重要原則之一就是,不對原有機(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搖臂鉆床控制對象對PLC輸出點的動作表達(dá)速度要求不高,繼電器型輸出模塊的動作速度完全能滿足要求,且每一點的輸出容量較大,在同一時間內(nèi)對導(dǎo)通的輸出點的個數(shù)沒有限制,這將給設(shè)計工作帶

11、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)的實際情況,需要輸入點數(shù)大于18個,輸出點數(shù)大于12個,在條件許可的情況下盡可能留有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：序號位號符號說明輸入點1X0KR1主軸電動機(jī)M1熱繼電器2X1SB_1主軸電機(jī)M1啟動按鈕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

12、_5主軸、立柱箱放松按鈕12X13SB_6主軸、立柱箱夾緊按鈕輸出點1Y0KM1主軸電動機(jī)M1接觸器2Y1KM2搖臂上升接觸器3Y2KM3搖臂下降接觸器4Y3KM4液壓泵電動機(jī)M3正轉(zhuǎn)接觸器5Y4KM5液壓泵電動機(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)計與仿真3.1 梯形圖程序設(shè)計根據(jù)任務(wù)書的要求以及I/O口的分配,設(shè)計出如下方案：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,主軸電動機(jī)M1啟動運轉(zhuǎn)。如下圖程序段2：搖臂上升的過程按下按鈕SB_3,液壓泵電動機(jī)M3首先正轉(zhuǎn),放松搖臂,繼而搖臂升降

13、電動 機(jī)M2正轉(zhuǎn),帶動搖臂上升。當(dāng)上升至要求高度時,松開SB3,搖臂電動機(jī)M2停轉(zhuǎn),同時液壓泵電動機(jī)M3反轉(zhuǎn),夾緊搖臂,完成搖臂上升的控制過程。如下圖程序段3：搖臂下降的過程按下按鈕SB_4,液壓泵電動機(jī)M3首先正轉(zhuǎn),放松搖臂,繼而搖臂升降電動機(jī)M2反轉(zhuǎn),帶動搖臂下降。當(dāng)下降至要求高度時,松開SB_4,搖臂電動機(jī)M2停轉(zhuǎn),同時液壓泵電動機(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：避免雙線圈錯誤 為避免雙線圈錯誤的情況出現(xiàn),借用輔助繼電器的并聯(lián)來規(guī)避錯誤。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,液壓泵電動機(jī)M3啟動正向運轉(zhuǎn),立柱和主軸箱放松；

14、按下按鈕SB_6,接觸器KM5通電閉合,液壓泵電動機(jī)M3啟動反向運轉(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,主軸電動機(jī)M1啟動運轉(zhuǎn)成功。仿真程序段2按下SB-3,X3得電,液壓泵電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器Y3啟動,放松搖臂。繼而延時繼電器T1延時啟動,搖臂升降電機(jī)上升接觸器Y1得電正轉(zhuǎn),帶動搖臂上升。到達(dá)行程上限時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),液壓泵電動機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器Y4得電啟動,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,液壓泵電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器Y3啟動,放松搖臂。繼而延時繼電

15、器T2延時啟動,搖臂升降電機(jī)下降接觸器Y2得電正轉(zhuǎn),帶動搖臂下降。到達(dá)行程下限時X7打開,由于互鎖,搖臂升降電機(jī)下降接觸器Y2失電停轉(zhuǎn),液壓泵電動機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器Y4得電啟動,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通電啟動正向運轉(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通電啟動反向運轉(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),2

16、008：641383 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)電傳動控制M.第一版.北京:高等教育出版社,2008：致 謝本課程設(shè)計的完成,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,想了很久,要怎樣寫下這一段謝詞。課程設(shè)計期間的點點滴滴歷歷涌上心頭,時光匆匆飛逝但卻無比充實,兩星期的努力與付出,隨著設(shè)計的完成,終于讓這充實的兩星期,得以劃下完美的句點。論文得以完成,要感謝的人實在太多了,首先我要感謝我的學(xué)校,他讓我這幾年成長了不少,在就是感謝我的指導(dǎo)老師,因為論文是在

17、老師的悉心指導(dǎo)下完成的。老師淵博的專業(yè)知識,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、寬以待人的崇高風(fēng)范,樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠(yuǎn)。在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段,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,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。在整個的課程設(shè)計寫作中,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課程設(shè)計,另外,要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識的老師,是你們在悉心教導(dǎo)使我有了良好的專業(yè)課知識,這也是設(shè)計得以完成的基礎(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;05月 19日05月22日系統(tǒng)設(shè)計05月 23日05月27日仿真、調(diào)試及設(shè)計報告初稿撰寫05月 28日05月29日答辯、成績考核電氣與電子類