PLC控制的Z3050型搖臂鉆床電氣控制

1、 皖 西 學 院 課程設計報告書系 別：機電學院專 業(yè)：13電氣學 生 姓 名：學 號：課程設計題目： PLC控制的Z3050型搖臂鉆床電氣控制起 迄 日 期:2016課程設計地點:PLC電氣控制實驗室指 導 教 師:翁志剛下達任務書日期: 2016年 5月 15日 目 錄前言11 Z3050搖臂鉆床的簡介21.1 搖臂鉆床的主要結構21.2 搖臂鉆床的運動形式21.3 搖臂鉆床電氣拖動特點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 硬件的設計62.4 PLC的I/O分配62.5 PLC的外部接線圖83 程序的設計與

2、仿真93.1 梯形圖程序設計93.1仿真調(diào)試與結果11參考文獻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，是一般機械加工車間常用的機械，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，使用方便，維護簡單的優(yōu)點。因此，利用PLC對搖臂鉆床繼電器控制線路進行改造，有利于提高設備的可靠性，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。同時，提高了PLC編程水平和實踐能

3、力，為今后在實際工作中熟練使用PLC進行工業(yè)系統(tǒng)的設計打好基礎。1 Z3050搖臂鉆床的簡介1.1 搖臂鉆床的主要結構 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，只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱是一個復合部件，由主傳動電動機、主軸和主軸傳動機構、進給和變速機構、機床的操作機構等部分組成。主軸箱安裝在搖臂的水平導軌上，可以通過手輪操作，使其在水平導軌上沿搖臂移動。1.2搖臂

4、鉆床的運動形式 當搖臂鉆床進行加工時，由特殊的加緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導軌上，而外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進行鉆削加工。鉆削加工時，鉆頭一邊進行旋轉(zhuǎn)切削，一邊進行縱向進搖臂鉆床給，其運動形式為：（1） 搖臂鉆床的主運動為主軸的旋轉(zhuǎn)運動；（2） 進給運動為主軸的縱向進給；（3） 輔助運動有：搖臂沿外立柱垂直移動，主軸箱沿搖臂長度方向的移動，搖臂與外立柱一起內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。Z3050搖臂鉆床實物圖1.3 搖臂鉆床電氣拖動特點3. Z3050搖臂鉆床運動部件較多，為了簡化傳動裝置，采用4臺電機拖動。，他們分別是主軸電動機（M1），搖臂升降電動機（M2），液壓泵電動機（M3）和

5、冷卻泵電動機（M4），這電動機都采用直接啟動方式。4. 為了適應多種形式的加工要求，搖臂鉆床主軸的旋轉(zhuǎn)及進給運動有較大的調(diào)速范圍，一般情況下由機械變速機構實現(xiàn)。主要變速機構與進給變速機構均裝在主軸箱內(nèi)。5. Z3050搖臂鉆床的主運動和進給運動為主軸的運動，為此這兩項運動有一臺主軸電動機拖動，分別經(jīng)主軸傳動機構，進給傳動機構實現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)和進給。6. 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)一般采用機械方法實現(xiàn)。因此主軸電動機僅需要單向旋轉(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臺電動機，冷卻泵電動機為開關直接啟動，其余

6、三臺電動機采用接觸器控制。M1是主軸電動機由接觸器KM1控制，只要求能單方向旋轉(zhuǎn)。電動機型空機Q1能起到過載、短路、啟動電流過大保護，而熱繼電器FR1也起過載保護的作用，這樣就形成了一個雙重保護的作用。 M2是搖臂升降電動機，裝設于主軸頂部，用KM2和KM3來控制正反轉(zhuǎn)。使用電動機型空開Q2進行保護。 M3是液壓泵電動機，要求能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，用KM4和KM5來控制正反轉(zhuǎn)。電路中用電動機型開Q3和熱繼電器FR2進行雙重保護。M4冷卻泵電動機，功率小，直接用開關控制啟動與停止。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Y112M-4/4KW

7、臺12M2電動機Y90L-4/1.5KW臺13M3電動機Y801-4/0.55KW臺14M4電動機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個輸入口和6個輸出口，PLC的實際輸出點數(shù)應等于或大于所需輸入點數(shù)12，PLC的實際輸出點數(shù)應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。并且輸出點數(shù)留有比較多得余量為今后的改進做好準備。2.3 硬件的設計 Z3050搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計方案由兩部分組成，一部分分為電氣控制系統(tǒng)的

9、硬件設計，也就是PLC的機型的確定；另一部分是電氣控制系統(tǒng)的軟件設計，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，不對原有機床的控制結構做過大的調(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)對導通的輸出點的個數(shù)沒有限制，這將給設計工作帶來很大的方便。所以本課題選用繼電器輸出模塊，結合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

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：序號位號符號說明輸入點1X0KR1主軸電動機M1熱繼電器2X1SB_1主軸電機M1啟動按鈕3X2SB_2主軸電機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8X7ST1-2搖臂下降下限位行程開關9X10ST2搖臂松開行程開關10X11ST3搖臂夾緊行程開關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1Y0KM1主軸電動機M1接觸器2Y1KM2搖臂上升接觸器3Y2KM3搖臂下降

11、接觸器4Y3KM4液壓泵電動機M3正轉(zhuǎn)接觸器5Y4KM5液壓泵電動機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程序的設計與仿真3.1 梯形圖程序設計根據(jù)任務書的要求以及I/O口的分配，設計出如下方案：程序段1 ：主軸電機的啟停 按下按鈕SB_1，接觸器KM1通電閉合,主軸電動機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M3首先正轉(zhuǎn)，放松搖臂，繼而搖臂升降電動 機M2正轉(zhuǎn)，帶動搖臂上升。當上升至要求高度時，松開SB3，搖臂電動機M2停轉(zhuǎn)，同時液壓泵電動機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，液壓泵電動機M3首先正轉(zhuǎn)，放松搖臂，繼而搖臂升降電動機M2反轉(zhuǎn)，帶動搖臂下降。當下降至要求高度時，松開SB_4，搖臂電動機M2停轉(zhuǎn)，同時液壓泵電動機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M3啟動正向運轉(zhuǎn)，立柱和主軸箱放松；按下按鈕SB_6，接觸器KM5通電閉合，液壓泵電動機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，主軸電動機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，搖臂升降電機上升接觸器Y1得電正轉(zhuǎn)，帶動搖臂上升。到達行程上限時X6打開，由于互鎖，搖臂升降電機上升接觸器Y1失電停轉(zhuǎn)，液壓泵電動機反轉(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，液壓泵電動機正轉(zhuǎn)接觸器Y3啟動，放松搖臂。繼而延時繼電器T2延時啟動，搖臂升降電機下降接觸器Y2得電正轉(zhuǎn)，帶動搖臂下降。到達行程下限時X7打開，由于互鎖，搖臂升降電機下降接觸器Y

14、2失電停轉(zhuǎn)，液壓泵電動機反轉(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:機械工業(yè)出版社,2014：31682 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術M.第二版.北京:北京航空航天大學,2008：641383 廖常初.PLC基礎與應用M.第二版.北京:機械工業(yè)出版社,2007：37654 張海根.機電傳動控制

15、M.第一版.北京:高等教育出版社,2008：致 謝 本課程設計的完成，每一步都離不開老師的指導，傾注了大量的心血在此，謹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計，想了很久，要怎樣寫下這一段謝詞。課程設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校，他讓我這幾年成長了不少，在就是感謝我的指導老師，因為論文是在老師的悉心指導下完成的。老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴于律己、寬以待人的

16、崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。在我做畢業(yè)設計的每個階段，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下完成的。 同時，論文的順利完成，離不開其他各老師、同學和朋友的關心和幫助。在整個的課程設計寫作中，翁志剛老師、宋后倫同學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計，另外，要感謝在大學期間所有傳授我知識的老師，是你們在悉心教導使我有了良好的專業(yè)課知識，這也是設計得以完成的基礎。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日下達任務書，任務布置及設計要求說明05月 16日05月18日文獻追蹤、調(diào)研,方案設計;05月 19日05月22日系統(tǒng)設計05月 23日05月27日仿真、調(diào)試及設計報告初稿撰寫05月 28日05月29日答辯、成績考核電氣與電子類課程設計成績評定表評定項目內(nèi)容滿分評