基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計

1、摘要本文研究機械加工中常用的Z3040徑向鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改造。旨在解決傳統(tǒng)繼電器-接觸器電氣控制系統(tǒng)電路復雜、可靠性和穩(wěn)定性差、故障診斷和排除困難等問題。與繼電器-接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，PLC電氣控制系統(tǒng)具有結構簡單、編程方便、調試周期短、可靠性高、抗干擾能力強、故障率低、對工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點。因此，本文將PLC控制技術應用于Z3040徑向鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造，從而大大提高徑向鉆床的工作性能。分析了搖臂鉆床的控制原理，制定了可編程控制器改造Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計方案，完成了電氣控制系統(tǒng)的硬件和軟件設計，包括可編程控制器型號的選擇、輸入輸出端口的分配、輸入輸出硬

2、件接線圖的繪制以及可編程控制器梯形圖程序的設計。摘要：詳細闡述了PLC控制徑向鉆床的工作過程，探討了用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器-接觸器電氣控制系統(tǒng)來提高機床工作性能的方法，并給出了相應的控制原理圖。關鍵詞：可編程控制器、徑向鉆床、梯形圖、電氣控制系統(tǒng)本文是研究Z3040在內徑向鉆機電控系統(tǒng)中常用的加工工藝改進問題。目的是解決傳統(tǒng)繼電器電控系統(tǒng)的設備復雜、可靠性和穩(wěn)定性差、故障分析和故障排除等問題。由于電控系統(tǒng)具有設計、安裝、接線和調試工作量小、研發(fā)周期短、可靠性高、抗干擾能力強、故障率低、工作環(huán)境要求低、維護方便等一系列優(yōu)點。因此，對Z3040徑向鉆機電控系統(tǒng)的改造，將改造PLC控制技術在工程中

3、的應用，進而增加徑向鉆機的工作功能。介紹了徑向鉆床的控制原理。建立可編程控制器改進Z3040徑向鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計方案。完成了電氣控制系統(tǒng)的軟硬件設計，其中包括PLC選型、地址輸入輸出分配、輸入輸出硬件接線圖、PLC梯形圖的設計。說明了可編程控制器控制徑向鉆床的工作過程。論述了采用可編程控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的方法，增加了搖臂鉆床的工作功能，給出了相應的控制原理圖。關鍵詞：可編程控制器，徑向鉆床，梯形圖，電氣控制系統(tǒng)內容在.1.1本主題的背景和意義11.2國內外本課題技術研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢22 Z3040徑向鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)原理32.1主電路32.2控制電路、信號和照明電路32.

4、2.1主電機4的旋轉控制2.2.2搖臂4的提升控制2.2.3立柱和主軸箱4的釋放和夾緊控制3基于PLC 5的Z3040徑向鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件設計3.1可編程邏輯控制器型號選擇53.1.1根據(jù)可編程邏輯控制器5的物理結構3.1.2根據(jù)可編程控制器5的指令功能3.1.3根據(jù)可編程邏輯控制器6的輸入輸出點3.1.4根據(jù)可編程邏輯控制器6的存儲容量3.1.5根據(jù)可編程邏輯控制器輸入模塊的類型63.1.6根據(jù)可編程邏輯控制器輸出模塊6的類型3.2可編程邏輯控制器輸入/輸出端口分配表63.3可編程控制器8的輸入輸出電氣接線圖設計4 Z3040徑向鉆機電控系統(tǒng)軟件部分設計4.1 PLC梯形圖程序優(yōu)化設計及

5、程序調試94.1.1系統(tǒng)預開啟程序94.1.2主電機9的啟動控制程序4.1.3搖臂提升控制程序104.1.4主軸箱和立柱同時松開或夾緊控制程序.104.1.5主軸箱和立柱分別夾緊或松開104.1.6信號顯示程序114.1.7電源運行狀態(tài)指示器信號程序115結論125.1研究結果.125.2缺陷.12致謝13參考文獻14附錄A.15附錄B.16介紹1.1本課題的背景和意義Z3040徑向鉆床是工廠常用的金屬切削機床，可加工各種形式，如鉆孔、鏜孔、鉸孔和攻絲。從控制的角度來看，它需要機械、電氣、液壓等系統(tǒng)相互配合，還需要時間控制。它的調速是通過三相交流異步電動機和變速箱實現(xiàn)的。有些還采用多速異步電機

6、驅動，這樣可以簡化變速機構。徑向鉆床主軸的旋轉運動和進給運動由交流異步電機驅動，主軸的正反轉運動通過機械轉換實現(xiàn)。因此，主電機只有一個旋轉方向。另外，搖臂的升降和立柱的夾緊和松開分別由交流異步電機1驅動。目前，我國Z3040徑向鉆機的電氣控制系統(tǒng)普遍采用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制方式。電路很復雜，因為有許多電機需要控制。在日常生產(chǎn)操作中，經(jīng)常發(fā)生電氣故障，從而影響生產(chǎn)。另外，一些復雜的控制方法如繼電器-接觸器時間控制和計數(shù)控制難以實現(xiàn)，因此有必要對傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進行改進設計。PLC電氣控制系統(tǒng)可以有效彌補上述系統(tǒng)的這一缺陷?？删幊踢壿嬁刂破?簡稱PLC)是從早期繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來的

7、。它不斷吸收微機控制技術以增強其功能，并逐漸適應復雜的電氣控制系統(tǒng)。可編程控制器之所以具有強大的生命力，是因為它更適合工業(yè)現(xiàn)場和市場需求?？煽啃愿撸垢蓴_能力強，編程方便，價格低廉，使用壽命長。與單片機相比，其輸入輸出端更接近現(xiàn)場設備，不需要添加太多的中間部件，大大節(jié)省了用戶的開發(fā)時間和生產(chǎn)成本。目前，應用于各種工業(yè)控制領域的可編程控制器種類繁多，尺寸和功能各異，但它們有以下共同特點。高可靠性。可靠性是用戶的首選要求。目前，各廠家生產(chǎn)的可編程序控制器的平均無故障時間比國際電工委員會規(guī)定的10萬小時長得多，如西門子、ABB、松下、三菱等微型和小型可編程序控制器，都具有完善的自診斷功能，能夠快速判

8、斷故障。靈活的配置。可編程控制器是系列產(chǎn)品，通常采用模塊化結構來完成不同的任務組合。輸入輸出端口選擇靈活，型號多樣，組合方便。它有強大的功能。除了基本的邏輯控制、定時、計數(shù)和算術運算功能外，還可以配合特殊功能模塊實現(xiàn)點控制、PTO操作、過程操作、數(shù)字控制等功能。為了便于工廠管理，還可以通過遠程模塊與上位機通信，控制遠程設備。因此，可編程邏輯控制器幾乎是一個功能強大的工業(yè)控制計算機。編程方便易用。PLC編程可以使用與繼電器非常相似的梯形圖語言，直觀易懂，非常受現(xiàn)場電氣人員的歡迎。近年來，面向對象的順序函數(shù)圖語言被開發(fā)出來，使編程變得更加容易和方便。運行速度很快。傳統(tǒng)的機電觸點電氣控制系統(tǒng)是由大量

9、觸點的機械動作來控制的，速度非常慢，系統(tǒng)越大，速度越慢?？删幊炭刂破鞯目刂扑俣扔芍醒胩幚砥鞯墓ぷ魉俣群蛼呙杷俣葲Q定。因此同時，可編程控制器還具有網(wǎng)絡功能，可以在可編程控制器和PC機之間進行多臺可編程控制器或聯(lián)網(wǎng)通信，利用可編程控制器可以非常方便地形成“集中管理、分散控制”的分布式電氣控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場總線可編程控制器通信網(wǎng)絡，可以使工廠各種資源共享，更適合工廠自動化的需要，為工廠自動化提供了技術保障3。正是由于PLC電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造可以大大提高Z3040搖臂鉆床的工作性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性，為工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化帶來活力。同時，提高了PLC的編程水平和實踐能力，為

10、今后在實際工作中熟練使用PLC設計工業(yè)系統(tǒng)打下了良好的基礎。1.2國內外本課題技術研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢早在20世紀60年代，可編程控制器的應用就出現(xiàn)在國外。此后，世界各國爭相在這一領域投入大量資金來開發(fā)新產(chǎn)品。1995年，西門子成功開發(fā)了S7200和S7300系列。它擁有TD 200和COROS OPS操作模板，為用戶提供方便的人機界面、用戶程序的三級密碼保護和強大的計算性能。完善的指令集、MPI接口、通過工業(yè)現(xiàn)場總線PROFD3US和以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)能力、強大的內部集成功能和全面的故障診斷功能；模塊化結構可用于擴展所有部件的性能，脈沖輸出晶閘管步進電機和DC電機；快速指令處理大大縮短了周期時間，

11、并采用高速計數(shù)器。高速中斷處理可以分別響應進程事件，從而大大降低成本。隨著電氣控制系統(tǒng)的可靠性越來越受到人們的重視，一些公司已經(jīng)將自診斷技術、冗余技術和容錯技術廣泛應用到現(xiàn)有產(chǎn)品中。他們引入了高度可靠的冗余系統(tǒng)，并采用了熱備用或并行操作和多數(shù)表決。由于其諸多優(yōu)點，可編程控制器在工業(yè)控制中得到了迅速推廣。雖然國內的可編程控制器技術有很大的應用前景，并取得了一定的經(jīng)濟效益，但相比之下，由于經(jīng)濟技術水平的限制，大多數(shù)企業(yè)使用的Z3040徑向鉆機電氣控制系統(tǒng)仍然采用繼電器-接觸器控制方式，存在明顯的缺陷和隱患。失敗非常容易發(fā)生。此外，由于電路復雜，很難找到問題。用可編程序控制器技術代替繼電器-接觸器系

12、統(tǒng)，與國外相比還有很大差距。隨著可編程控制器技術在我國的快速發(fā)展，我們與國外先進技術的差距將繼續(xù)縮小。因此，抓住這一有利時機，進一步推動PLC技術的推廣和應用，是提高我國工業(yè)自動化水平的一項緊迫任務。這一次，Z3040徑向鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造設計是借鑒國外先進的工業(yè)控制技術，并將其應用于工業(yè)現(xiàn)場，以提高徑向鉆床的工作性能。2 Z3040徑向鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)原理2.1主電路國產(chǎn)Z3040徑向鉆床主軸的旋轉運動和搖臂的升降運動是由一個不能復位的十字開關操作的，沒有欠壓和失壓保護。因此，在主電路中應該使用接觸器來引入三相電源。目前的Z3040徑向鉆機取消了十字開關，其電氣原理圖如下：圖2.1 z 3040徑向鉆機傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)電氣原理圖其主電路、控制電路和信號電路的電源均由自動開關引入。自動開關的電磁脫扣代替保險絲作為短路保護。交流接觸器KM1是主電機M1開關的接觸器，KR1是主電機過載保護的熱繼電器。