鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、南京工程學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書自動(dòng)化 系數(shù)控技術(shù)專業(yè)設(shè)計(jì)題目控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 甄超班 級(jí) T數(shù)控091起止日期201.32011.4指導(dǎo)教師 劉啟新教研室主任發(fā)任務(wù)書日期2011年3月1日畢業(yè)設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)：以PLC為控制裝置，改造Z304型鉆床的控制系統(tǒng)主軸電動(dòng)機(jī)：2.4kW、1440r/min 2.上升、下降電動(dòng)機(jī)：750W、1440r/min3.夾緊、放松電動(dòng)機(jī)：370W、1440r/min 4.油泵電動(dòng)機(jī)：125W、2880r/min畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容和要求（包括技術(shù)要求、圖表要求以及工作要求等）:根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)給出的原始數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)Z3040型鉆床控制系統(tǒng)的硬、軟件，

2、主要內(nèi)容如下：（1）根據(jù)Z3040型鉆床的控制要求，選擇合適的PLC；（2）根據(jù)鉆床電動(dòng)機(jī)的功率選擇接觸器的型號(hào)和規(guī)格；（3）設(shè)計(jì)PLC的接口電路；（4）分配PLC的地址表；（5）設(shè)計(jì)PLC的程序流程圖；（6）編制控制程序。畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的技術(shù)文件：（1）論文摘要（中、英文）；（2）開題報(bào)告（設(shè)計(jì)思路，分析）；（3）PLC接口電路、地址分配表；（4）硬件電路；（5）程序流程圖、程序清單。主要參考文獻(xiàn)：機(jī)床電氣及可編程序控制器實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書高等教育出版社2001郁漢琪電氣控制與可編程控制器化學(xué)工業(yè)出版社2006馮薇電氣控制與可編程控制器應(yīng)用中國(guó)建材工業(yè)出版社2004吳曉君，楊向明電氣控制與

3、可編程控制器技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社2004史國(guó)生編著機(jī)床電氣及可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) 東南大學(xué)出版社2002郁漢琪全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程 黃智偉主編電子工業(yè)出版社2005畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃（以周為單位）:室主任2011年1月12日院領(lǐng)導(dǎo)2011年1月14日起止日期工作內(nèi)容備注第一周熟悉課題的基本要求第二周查找資料，熟悉有關(guān)內(nèi)容第三周分析控制要求，畫出主電路第四周設(shè)計(jì)接口電路、畫出接口電路圖第五周確定輸入/輸出地址分配表第六周編寫、調(diào)試電動(dòng)機(jī)控制程序第七周撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第八周撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯教研室審查意見：院部審查意見:摘要闡述了采用可編程控制器（PLC）進(jìn)行Z3040

4、鉆床控制電路教學(xué)設(shè)備技術(shù)改造的方法，簡(jiǎn) 要說明了S7-200系列在本系統(tǒng)中的應(yīng)用以及PLC控制過程的工作原理，其中包括I/O 口的 分配、確定I/O點(diǎn)數(shù)、設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)控制程序等幾個(gè)環(huán)節(jié)的處理方法。開題報(bào)告目前的機(jī)床普遍采用傳統(tǒng)的繼電器一接觸器控制方式。由于它采用傳統(tǒng)的繼電器 和接觸器的聯(lián)鎖觸點(diǎn)構(gòu)成順序控制，該觸點(diǎn)的壽命與接觸不良常常使得機(jī)器的故障率提 高，發(fā)生故障時(shí)又很難找到故障。另一方面，一些復(fù)雜的控制如：時(shí)間，計(jì)數(shù)控制，用繼 電器一接觸器控制方式不方便實(shí)現(xiàn)，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而采用PLC進(jìn)行控制可以提高機(jī)器的 運(yùn)轉(zhuǎn)效率，與繼電器相比PLC它有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）功能強(qiáng)，性價(jià)比高。一臺(tái)小型PL

5、C內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非 常復(fù)雜的控制功能。與具有和PLC相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價(jià)格比。PLC 可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。（2）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)。PLC產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶 選用。用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接 線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一 般的電磁閥和交流接觸器。（3）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中需要使用大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸

6、點(diǎn)接觸 不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和 輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/101/100，因觸點(diǎn)接觸不良 造成的故障大為減少。PLC由于采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，故具有很強(qiáng)的抗干 擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn) 場(chǎng)，因此PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等 器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控 制設(shè)計(jì)方

7、法。這種編程方法很有規(guī)律，比較容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè) 計(jì)時(shí)間可以比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間少得多。PLC的程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試， 輸入信號(hào)用小開關(guān)來(lái)模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng) 的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，因此系 統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。（5）編程方法簡(jiǎn)單。梯形圖是使用得最多的PLC編程語(yǔ)言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相 似，梯形圖語(yǔ)言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間 就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。梯形圖語(yǔ)言實(shí)際上是一種面向用戶的

8、一種 高級(jí)語(yǔ)言，PLC在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑻菪螆D轉(zhuǎn)換成匯編語(yǔ)言后再去執(zhí)行。（6）維修工作量少，維修方便。PLC的故障發(fā)生率很低，且有完善的自我診斷和顯示功能。當(dāng)PLC或其外部的輸入裝 置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速的查明 出現(xiàn)故障的原因，用更換模塊的方法就可以迅速地排除故障。（7）體積小，能耗低。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用了 PLC以后，就可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器 的使用。小型PLC的體積相當(dāng)于幾個(gè)繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的 1/2-1/10。PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和

9、附件， 減少大量的安裝接線的時(shí)間，還可以減少大量的費(fèi)用。除此之外，PLC豐富的編程資源，可以在使用PLC控制的同時(shí)，擴(kuò)充機(jī)床的功能，使 它更方便的適合于機(jī)械工廠的需要。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC在完成傳統(tǒng)控制的同時(shí)，更多的具備了網(wǎng)絡(luò)功能，即多 臺(tái)PLC或者PLC與PC之間可以方便的進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。這樣借助于現(xiàn)場(chǎng)總線的PLC通訊網(wǎng)絡(luò)， 可以使得工廠的各種資源共享，就更適合于工廠自動(dòng)化的需要，為工廠自動(dòng)化，車間自動(dòng) 化提供了技術(shù)保證。本課題是以Z3040型搖臂鉆床為例來(lái)研究經(jīng)由PLC電氣改造的機(jī)床控制系統(tǒng)。鉆床是 一種用途較廣的萬(wàn)能機(jī)床，可以用來(lái)鉆孔、擴(kuò)孔及修刮端面等多種形式的加工。鉆床按用 途和結(jié)構(gòu)

10、可分為立式鉆床、臺(tái)式鉆床、搖臂鉆床、多軸鉆床、深孔鉆床、臥式鉆床及其它 專用鉆床等。在各類鉆床中，搖臂鉆床操作方便、靈活，適用范圍廣，最具有典型性。設(shè)計(jì)思路與分析根據(jù)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟,Z3040鉆床PLC控制系統(tǒng)屬于典型的單機(jī)控制系 統(tǒng)，輸入/輸出信號(hào)均為開關(guān)控制量,一般的繼電器輸出型PLC就可以滿足控制上的要求, 又由于Z3040鉆床屬于中小型機(jī)床，輸入信號(hào)傳輸距離不大，控制電路比較集中,不必采用 單獨(dú)的控制柜來(lái)安裝電器元件。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、安全性,考慮到系統(tǒng)的成本, 系統(tǒng)的主軸電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)，冷卻泵電動(dòng)機(jī)部分控制及照明電路將不采用PLC控制。另 外,24V的輸入電壓可

11、以滿足對(duì)系統(tǒng)抗干擾能力的要求。圖1 Z3040鉆床電氣主電路圖圖1是Z3040鉆床控制系統(tǒng)的主電路圖，其中M1是主軸電動(dòng)機(jī),M2為搖臂升降電動(dòng)機(jī),M3 為液壓泵電動(dòng)機(jī),M4為冷卻泵電動(dòng)機(jī),具體控制要求如下：4臺(tái)電動(dòng)機(jī)容量較小,均采用全壓直接起動(dòng)。主軸旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給要求有較大的調(diào)速范圍，鉆 削加工要求主軸正、反轉(zhuǎn)，這些皆由液壓和機(jī)械系統(tǒng)完成,主軸電動(dòng)機(jī)是作單向旋轉(zhuǎn)。搖臂升降由升降電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，因此升降電動(dòng)機(jī)要求正、反轉(zhuǎn)。3）液壓泵電動(dòng)機(jī)用來(lái)拖動(dòng)液壓泵送出不同流向的壓力油，推動(dòng)活塞，帶動(dòng)菱形塊動(dòng)作，以 此來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸箱、內(nèi)外立柱和搖臂的夾緊與松開。因此液壓泵電動(dòng)機(jī)要求正、反轉(zhuǎn)。4）搖臂的移動(dòng)需嚴(yán)格按照搖臂

12、松開一搖臂移動(dòng)一搖臂移動(dòng)到位自動(dòng)夾緊的程序進(jìn)行。5）鉆削加工時(shí)由冷卻泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)冷卻泵,冷卻泵電動(dòng)機(jī)為單向旋轉(zhuǎn)。（一）選擇PLC首先，三種品牌的PLC中，西門子的質(zhì)量最可靠，性能最穩(wěn)定，所以確定在此系統(tǒng)中 使用西門子的PLC。在搖臂鉆床的控制系統(tǒng)中，PLC注意起開關(guān)作用及定時(shí)、計(jì)數(shù)的少數(shù) 簡(jiǎn)易功能，所以只需要小型的PLC就能滿足功能。在搖臂鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需要輸入 點(diǎn)（I）12個(gè)，輸出點(diǎn)（Q）9個(gè)。綜上所述，選擇PLC為224 CXP。資源分配表名稱地址輸出信號(hào)SB1I0.0關(guān)閉主軸電動(dòng)機(jī)M1按鈕SB2I0.1啟動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)M1按鈕SB3I0.2搖臂上升按鈕SB4I0.3搖臂下降按鈕SB5I0.4主軸箱和立柱松開按鈕SB6I0.5主軸箱和立柱夾緊按鈕SQ1I0.6搖臂上升與下降的限位保護(hù)SQ2I0.7搖臂