PLC控制Z3050型摇臂钻床电气控制.docx

1、PLC控制Z3050型摇臂钻床电气控制 皖 西 学 院 课程设计报告书系 别：机电学院专 业：13电气学 生 姓 名：学 号：课程设计题目： PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制起 迄 日 期:2016.5.16 - 2016.5.28课程设计地点:PLC电气控制实验室指 导 教 师:翁志刚下达任务书日期: 2016年 5月 15日前言 11 Z3050摇臂钻床的简介 21.1 摇臂钻床的主要结构 21.2 摇臂钻床的运动形式 21.3 摇臂钻床电气拖动特点 31.4 摇臂钻床及原理图说明 42 系统元器件选型 52.1 Z3050摇臂钻床主回路元件表 52.2 PLC的选型 62.3 硬

2、件的设计 62.4 PLC的I/O分配 62.5 PLC的外部接线图 83 程序的设计与仿真 93.1 梯形图程序设计 93.1仿真调试与结果 11参考文献 13致 谢 14前言 摇臂钻床使用于单件或批量生产有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机械，由于其控制系统是采用继电器控制系统，电路接线复杂，出点多，长期使用后，故障多，故障排除困难。常常影响企业生产。 PLC具有可靠性强，使用方便，维护简单的优点。因此，利用PLC对摇臂钻床继电器控制线路进行改造，有利于提高设备的可靠性，使用率。正是由于PLC控制系统的种种优点，因此本次对Z3050摇臂钻床的电气控制系统，可以提高Z3050

3、摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性，为工业生产的现代化带来生机。同时，提高了PLC编程水平和实践能力，为今后在实际工作中熟练使用PLC进行工业系统的设计打好基础。1 Z3050摇臂钻床的简介1.1 摇臂钻床的主要结构 摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360度。摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动。由于丝杆与外立柱练成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构

4、等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。1.2摇臂钻床的运动形式 当摇臂钻床进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进摇臂钻床给，其运动形式为：（1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；（2）进给运动为主轴的纵向进给；（3）辅助运动有：摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起内立柱的回转运动。Z3050摇臂钻床实物图1.3 摇臂钻床电气拖动特点3.Z3050摇臂钻床运动部件较多，为了简化传动装置，采用4

5、台电机拖动。，他们分别是主轴电动机（M1），摇臂升降电动机（M2），液压泵电动机（M3）和冷却泵电动机（M4），这电动机都采用直接启动方式。4.为了适应多种形式的加工要求，摇臂钻床主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围，一般情况下由机械变速机构实现。主要变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。5.Z3050摇臂钻床的主运动和进给运动为主轴的运动，为此这两项运动有一台主轴电动机拖动，分别经主轴传动机构，进给传动机构实现主轴的旋转和进给。6.在加工螺纹时，要求主轴能正反转。摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法实现。因此主轴电动机仅需要单向旋转。1.4 摇臂钻床及原理图说明 Z3050摇臂钻床主电路图如下

6、： 主电路分析： Z3050摇臂钻床共有4台电动机，冷却泵电动机为开关直接启动，其余三台电动机采用接触器控制。M1是主轴电动机由接触器KM1控制，只要求能单方向旋转。电动机型空机Q1能起到过载、短路、启动电流过大保护，而热继电器FR1也起过载保护的作用，这样就形成了一个双重保护的作用。 M2是摇臂升降电动机，装设于主轴顶部，用KM2和KM3来控制正反转。使用电动机型空开Q2进行保护。 M3是液压泵电动机，要求能够实现正反转，用KM4和KM5来控制正反转。电路中用电动机型开Q3和热继电器FR2进行双重保护。M4冷却泵电动机，功率小，直接用开关控制启动与停止。2 系统元器件选型2.1 Z3050摇

7、臂钻床主回路元件表序号代号 名称规格/型号单位数量1M1电动机Y112M-4/4KW台12M2电动机Y90L-4/1.5KW台13M3电动机Y801-4/0.55KW台14M4电动机Y2-7124/0.37KW台15KM1交流接触器LC1-D1210CC5N只16KM2交流接触器LC1-D0910CC5N只17KM3交流接触器LC1-D0910CC5N只18KM4交流接触器LC1-D0910CC5N只19KM5交流接触器LC1-D0910CC5N只110KM6交流接触器LC1-D0910CC5N只111Q空开NS100N/16A只112Q1空开GV2M10C/10A只113Q2空开GV2M04

8、C/2A只114Q3空开GV2M01C/1A只115Q4空开GV2M01C/1A只116FR1热继电器LR2-D1312C/8A只117FR2热继电器LR2-D1205C/1.6A只12.2 PLC的选型 摇臂钻床的电气控制系统需要12个输入口和6个输出口，PLC的实际输出点数应等于或大于所需输入点数12，PLC的实际输出点数应等于或大于所需输出点数6，在条件许可的情况下尽可能留有10%-20%的余量，因为实际的输出点刚好是12个，而选择PLC输入点有16个的显然是浪费，所以该系统采用三菱可编程序控制器作为主控制器，完全满足要求。并且输出点数留有比较多得余量为今后的改进做好准备。2.3 硬件的

9、设计 Z3050摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分组成，一部分分为电气控制系统的硬件设计，也就是PLC的机型的确定；另一部分是电气控制系统的软件设计，就是PLC控制程序的编写。为了使改造后的摇臂钻床仍能保持原有功能不变，此次改造的一个重要原则之一就是，不对原有机床的控制结构做过大的调整，只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。 由于Z3050摇臂钻床控制对象对PLC输出点的动作表达速度要求不高，继电器型输出模块的动作速度完全能满足要求，且每一点的输出容量较大，在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所以本课题选用继电器输出模块，结合Z3050摇臂

10、钻床电气控制系统的实际情况，需要输入点数大于18个，输出点数大于12个，在条件许可的情况下尽可能留有10%-20%的裕量。2.4 PLC的I/O分配根据系统的原则I/O分配如下：序号位号符号说明输入点1X0KR1主轴电动机M1热继电器2X1SB_1主轴电机M1启动按钮3X2SB_2主轴电机M1停止按钮4X3KR2其它控制电路热继电器5X4SB_3摇臂上升按钮6X5SB_4摇臂下降按钮7X6ST1-1摇臂上升上限位行程开关8X7ST1-2摇臂下降下限位行程开关9X10ST2摇臂松开行程开关10X11ST3摇臂夹紧行程开关11X12SB_5主轴、立柱箱放松按钮12X13SB_6主轴、立柱箱夹紧按钮

11、输出点1Y0KM1主轴电动机M1接触器2Y1KM2摇臂上升接触器3Y2KM3摇臂下降接触器4Y3KM4液压泵电动机M3正转接触器5Y4KM5液压泵电动机M3反转接触器6Y5HL1放松夹紧电磁铁用指示灯代替2.5 PLC的外部接线图三菱PLC的控制回路原理图 3程序的设计与仿真3.1 梯形图程序设计根据任务书的要求以及I/O口的分配，设计出如下方案： 程序段1 ：主轴电机的启停 按下按钮SB_1，接触器KM1通电闭合,主轴电动机M1启动运转。（如下图）程序段2：摇臂上升的过程 按下按钮SB_3，液压泵电动机M3首先正转，放松摇臂，继而摇臂升降电动 机M2正转，带动摇臂上升。当上升至要求高度时，松

12、开SB3，摇臂电动机M2停转，同时液压泵电动机M3反转，夹紧摇臂，完成摇臂上升的控制过程。（如下图）程序段3：摇臂下降的过程按下按钮SB_4，液压泵电动机M3首先正转，放松摇臂，继而摇臂升降电动机M2反转，带动摇臂下降。当下降至要求高度时，松开SB_4，摇臂电动机M2停转，同时液压泵电动机M3反转，夹紧摇臂，完成摇臂下降的控制过程。（如下图）程序段4：避免双线圈错误 为避免双线圈错误的情况出现，借用辅助继电器的并联来规避错误。（如下图）程序段5：立柱和主轴的放松与夹紧 按下SB_5，接触器KM4通电闭合，液压泵电动机M3启动正向运转，立柱和主轴箱放松；按下按钮SB_6，接触器KM5通电闭合，液

13、压泵电动机M3启动反向运转，立柱和主轴箱夹紧。（如下图）3.2 仿真的调试与结果 仿真程序段1 按下按钮SB_1，X1通电，辅助继电器M0得电，Y0得电，主轴电动机M1启动运转成功。仿真程序段2按下SB-3，X3得电，液压泵电动机正转接触器Y3启动，放松摇臂。继而延时继电器T1延时启动，摇臂升降电机上升接触器Y1得电正转，带动摇臂上升。到达行程上限时X6打开，由于互锁，摇臂升降电机上升接触器Y1失电停转，液压泵电动机反转接触器Y4得电启动，夹紧摇臂，完成摇臂上升过程。仿真程序段3按下SB-4，X4得电，液压泵电动机正转接触器Y3启动，放松摇臂。继而延时继电器T2延时启动，摇臂升降电机下降接触器

14、Y2得电正转，带动摇臂下降。到达行程下限时X7打开，由于互锁，摇臂升降电机下降接触器Y2失电停转，液压泵电动机反转接触器Y4得电启动，夹紧摇臂，完成摇臂下降过程。 仿真程序段4 按下SB-5，X12得电，辅助继电器M3通电，即液压泵电机M3正转接触器Y3通电启动正向运转，将立柱和主轴箱放松。按下SB-6，X13得电，辅助继电器M6得电，即液压泵电机M3反转接触器Y4通电启动反向运转，将立柱和主轴箱夹紧。1 熊幸明.电气控制与PLCM.第一版.北京:机械工业出版社,2014：31682 王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.第二版.北京:北京航空航天大学,2008：641383 廖常初.PLC基础与应用M.第二版.北京:机械工业出版社,2007：37654 张海根.机电传动控制M.第一版.北京:高等教育出版社,2008：致 谢 本课程设计