《可編程控制器原理及應(yīng)用》課件知識模塊六

知識模塊六PLC在Z3040搖臂鉆床控制中的應(yīng)用

6.1教學(xué)組織

6.2教學(xué)內(nèi)容

6.3技能訓(xùn)練

邊學(xué)邊議

6.1教學(xué)組織

一、教學(xué)目的

(1)掌握Z3040搖臂鉆床電器設(shè)備的分布。

(2)掌握Z3040搖臂鉆床的工作原理。

(3)掌握Z3040搖臂鉆床的PLC控制方案。

6.2教學(xué)內(nèi)容

搖臂鉆床利用旋轉(zhuǎn)的鉆頭對工件進行加工，它由底座、內(nèi)/外立柱、搖臂、主軸箱和工作臺構(gòu)成。主軸箱固定在搖臂上，可以沿搖臂徑向運動。搖臂借助于絲桿，可以作升降運動，也可以與外立柱固定在一起，沿內(nèi)立柱旋轉(zhuǎn)。鉆削加工時，通過夾緊裝置，主軸箱緊固在搖臂上，搖臂緊固在外立柱上，外立柱緊固在內(nèi)立柱上。6.2.1Z3040搖臂鉆床電器設(shè)備的分布

機械加工機床的加工運動往往是機械與電氣配合實現(xiàn)的。在討論電氣電路之前，需弄清電器的設(shè)置及電臂控制的分工。Z3040搖臂鉆床設(shè)有4臺電動機，即主軸電動機、冷卻泵電動機、搖臂升降電動機及液壓泵電動機。

主軸電動機提供主軸轉(zhuǎn)動的動力，是鉆床加工主運動的動力源。主軸應(yīng)具有正反轉(zhuǎn)功能，但主軸電動機只有正轉(zhuǎn)工作模式，反轉(zhuǎn)由機械方法實現(xiàn)。

冷卻泵電動機用于提供冷卻液，只需正轉(zhuǎn)。搖臂升降電動機提供搖臂升降的動力，需正反轉(zhuǎn)。

液壓泵電動機提供液壓油，用于搖臂鉆床利用旋轉(zhuǎn)的鉆頭對工件進行加工。

Z3040搖臂鉆床的外觀及電器設(shè)備分布如圖6-1所示。

Z3040搖臂鉆床的操作主要通過手輪及按鈕實現(xiàn)。手輪用于主軸箱在搖臂上的移動，這是手動的。按鈕用于主軸的啟動停止、搖臂的上升下降、立柱主軸箱的放松及夾緊等操作，再配合限位開關(guān)完成機床調(diào)節(jié)的各種動作。圖6-1中給出了Z3040搖臂鉆床的電器布置，電器元件表如表6-1所示。圖6-1Z3040搖臂鉆床的外觀及電器設(shè)備分布以繼電器控制構(gòu)成的電氣原理圖如圖6-2所示。圖6-2Z3040的電氣原理圖(a)Z3040繼電器控制主電路；(b)Z3040繼電器控制電路6.2.2Z3040搖臂鉆床繼電器原理圖解讀

在討論Z3040搖臂鉆床的PLC控制方案前，仔細解讀它的繼電器控制電路圖是有益的。圖6-2中380V交流電源經(jīng)手動轉(zhuǎn)換開關(guān)QS1，進入電動機主電路和控制電路的電源變壓器TC。主軸電動機M1由接觸器KM1控制，搖臂升降電動機M2由接觸器KM2和KM3控制，液壓電動機M3由接觸器KM4和KM5控制，冷卻泵電動機M4的功率較小，由組合開關(guān)QS2手動控制。機床操作情況如下：

(1)按下主軸啟動按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合且自保持，主軸電動機M1運轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB1，主軸電動機停止。

(2)需要搖臂上升時，按下?lián)u臂上升按鈕SB3，時間繼電器KT得電，其瞬時動合觸頭和瞬時閉合延時打開的動合觸頭使接觸器KM4和電磁閥YA動作，液壓電動機M3啟動，液壓油進入搖臂裝置的油缸，使搖臂松開。待完全松開后，行程開關(guān)SQ2動作，其動斷觸頭斷開使接觸器KM4斷電釋放，液壓電動機M3停止運轉(zhuǎn)，其動合觸頭接通，使接觸器KM2得電吸合，搖臂升降電動機M2正向啟動，帶動搖臂上升。上升到所需的位置后，松開上升按鈕SB3，時間繼電器KT、接觸器KM2斷電釋放，搖臂升降電動機M2停止運轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。延時1～3s后，時間繼電器KT的動斷觸頭閉合，動合觸頭斷開，但由于夾緊到位行程開關(guān)SQ3的動斷觸頭處于導(dǎo)通狀態(tài)，故YA繼續(xù)處于吸合狀態(tài)，接觸器KM5吸合，液壓電動機M3反向啟動，向夾緊裝置油缸中反向注油，使夾緊裝置動作。夾緊完畢后，行程開關(guān)SQ3動作，接觸器KM5斷電釋放，液壓電動機M3停止運轉(zhuǎn)，電磁閥YA斷電。

時間繼電器KT的作用是適應(yīng)SB3松開到搖臂停止上升之間的慣性時間，避免搖臂慣性上升中突然夾緊。

(3)需要搖臂下降時，按下?lián)u臂下降按鈕SB4，動作過程與搖臂上升時相似。

(4)立柱和主軸箱同時夾緊和同時松開。按下立柱和主軸箱松開按鈕SB5，接觸器KM4得電吸合，液壓電動機M3正向啟動，由于電磁閥YA沒有得電，處于釋放狀態(tài)，因此液壓油經(jīng)2位6通閥分配至立柱和主軸箱松開油缸，立柱和主軸箱夾緊裝置松開。

按下立柱和主軸箱夾緊按鈕SB6，接觸器KM5得電吸合，M3反向啟動，液壓油分配至立柱和主軸箱夾緊油缸，立柱和主軸箱夾緊裝置夾緊。

(5)搖臂升降限位保護是靠上下限位開關(guān)SQ1U和SQ1D實現(xiàn)的。上升到極限位置后，SQ1U動斷觸頭斷開，搖臂自動夾緊，同松開上升按鈕SB3動作相同；下降到極限位置后，SQ1D動斷觸頭斷開，搖臂自動夾緊，同松開下降按鈕SB4動作相同。6.2.3Z3040搖臂鉆床的PLC控制方案

1.機型選擇及硬件連接

采用可編程控制器的Z3040搖臂鉆床的操作及功能應(yīng)與采用繼電器控制電路時的操作及功能完全一致。機床原配的按鈕、限位開關(guān)、變壓器、指示燈、熱繼電器、接觸器等電器均需保留。作為主要操作器件的按鈕及限位開關(guān)要接入PLC的輸入口，每個(組)觸點占用一個輸入口。作為主要執(zhí)行器件的接觸器及電磁閥線圈要接入PLC的輸出口，每個(組)線圈也要占用一個輸出口。指示燈按理也需接入輸出口，但如控制觸點在硬件連接上與其他控制功能不沖突，不接入PLC也是可以的，本次采用不接入方案。熱繼電器也有接入PLC與不接入PLC兩種方案：不接入PLC時，可直接將熱繼電器的觸點和相關(guān)接觸器的線圈串聯(lián)起來；接入輸入口時，則需通過程序設(shè)置熱繼電器的控制功能。本次熱繼電器采用機外連接方案。此外，原電路中接觸器KM2與KM3、KM4與KM5之間均設(shè)有互鎖觸點，考慮到硬件互鎖比軟件互鎖更可靠，它們的互鎖也設(shè)在機外進行。清點Z3040搖臂鉆床需接入PLC的輸入/輸出器件后，確定需輸入口14個及輸出口6個，據(jù)此選用三菱FX2N系列PLC。FX2N-32MR是一種具有16個輸入口及16個輸出口的PLC，輸出口為繼電器型，也可以選用FX2N-16MR，再擴展16點的一個輸入擴展單元。系統(tǒng)的硬件連接如圖6-3所示，各端口的標號都標在了圖上。選用定時器T37代替原電路中的KT，另為編程需要還選用了M100及M101兩個輔助繼電器。圖6-3Z3040搖臂鉆床的PLC接線

2.?Z3040搖臂鉆床的PLC程序編制

Z3040搖臂鉆床的PLC程序以梯形圖語言設(shè)計將原有控制邏輯進行改繪。在繼電器控制電路中，由于器件的觸點有限，往往一個觸點具有較多的功能，體現(xiàn)在電氣原理圖上是一些觸點接有復(fù)雜的觸點及線圈的組合，如圖6-2中SB3與SQ1U串聯(lián)及SB4與SQ1D串聯(lián)再并聯(lián)的區(qū)域之后連接著復(fù)雜的觸點及線圈組合。這樣的區(qū)域在改繪為梯形圖時十分不便。這時可以發(fā)揮PLC具有許多輔助繼電器的特點，將繼電器控制電路中的一些觸點區(qū)域的功能用輔助繼電器代替，經(jīng)這樣的簡化處理，最后一般都能得到結(jié)構(gòu)簡單的梯形圖。在進行繼電器控制電路圖向梯形圖轉(zhuǎn)化時還需注意實際電器與PLC模擬電器功能上的差異，如圖中時間繼電器KT是具有瞬動觸點的，而PLC的定時器不具有這種功能，這時可用與定時器并聯(lián)的輔助繼電器觸點代替。設(shè)計并調(diào)試成功的Z3040搖臂鉆床PLC控制程序如圖6-4所示。圖中輔助繼電器M100的觸點即可用來表示SB3與SQ1U串聯(lián)及SB4與S01D串聯(lián)再并聯(lián)區(qū)域的邏輯狀態(tài)及圖6-2中時間繼電器KT的瞬動觸點。圖6-4PLC控制電路

6.3技能訓(xùn)練

一、實訓(xùn)目的

(1)熟悉PLC外部接線。

(2)掌握輸入繼電器與輸入端子的關(guān)系。

(3)理解PLC在控制鉆床中的作用。二、實訓(xùn)原理及實訓(xùn)電路

1．實訓(xùn)原理

模擬PLC控制鉆床現(xiàn)場，按照理論講授內(nèi)容將線路接好，通過對不同功能按鈕的操作，觀察輸出信號的亮滅。

2．編程元件的地址分配

輸入繼電器地址分配如表6-2所示。

3.實訓(xùn)電路

實訓(xùn)電路圖見圖6-3。

三、參考梯形圖

參考梯形圖見圖6-4。邊學(xué)邊議

1．Z3040搖臂鉆床由哪些部分組成？各部分的作用是什么？

2．Z3040搖臂鉆床在搖臂升