PLC(Z3040)地摇臂钻床地改造2

word摘要本论文是研究机械加工中常用的Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题,旨在解决传统继电器接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。由于PLC电气控制系统与继电器接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本论文对Z3040摇臂钻床电气控制系统的改造，将把PLC控制技术应用到改造方案中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。论文分析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改造Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件和软件的设计，其中包括PLC机型的选择、I/O端口的分配、I/O硬件接线图的绘制、PLC梯形图程序的设计。对PLC控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，论述了采用PLC取代传统继电器接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，给出了相应的控制原理图。关键词：可编程控制器，摇臂钻床，梯形图，电气控制系统16 / 19AbstractThis paper is to studies the machine process in mon use Z3040 in inside radial drilling machine electric control system improves problem.The aim is solving device plexity, inferior reliability and stability, malfunction analysis and trouble obviation of thetraditionalrelay electric control system. Because of electric control system PLC there are lots of advantages which include design, install, connect the line and adjust to try workload small, the period of research and manufactureis short,reliability ishigh, the ability of Anti- interference is very strong,the rate of break down is low,the demand of work environment is low, maintenance conveniencea series of advantageetc. Therefore, a work for to the Z3040 radial drilling machine electric control system reforming, will reforming PLC control technique application in the project, then increasing radial drilling machines work function. The paper introduces to the control principle of the radial drilling machine. Established the programmable controller improve the design project of electric control system of Z3040 radial drilling machine. pleted the design of the software and hardware of the electric control system, Among them include the model of PLC choice、the I/O allotment of the address、the I/O hardware connects the line diagram、PLC trapezium diagrams design.It explains that PLC control the work process of radial drilling machine. Discussing the adoption PLC replaces the traditional electric control systems method and increases the work function of radial drilling machine, give a homologous control principle diagram.Keywords: PLC，Radial drilling machine，Trapezium diagram，Electric Control System目录摘要IABSTRACTII目录III第一章绪论1本课题的选题背景和意义1国内外关于本课题的技术研究现状和开展动态2第二章 Z3040型摇臂钻床结构与运动形式3主电路3主运动和进给运动4控制电路、信号与照明电路42.3.1 摇臂沿外立柱升降移动52.3.2 摇臂连同外立柱绕内立柱的回转运动52.3.3 主轴箱和立柱夹紧或放松5第三章 PLC应用系统设计的内容和步骤6第四章基于PLCZ3040摇臂钻床电气控制系统硬件局部设计84.1 PLC型号的选择84.1.1 根据PLC的物理结构84.1.2 根据PLC的指令功能84.1.3 根据PLC的输入输出点数84.1.4 根据PLC的输入模块的类型84.1.5 根据PLC的输出模块的类型9第五章 PLC控制系统设计的根本原如此105.1 I/O点数确实定105.2 PLC的I/O分配10输入信号地址分配10输出信号地址分配11第六章总结与展望126.1 研究成果126.2 不足之处12致谢13参考文献14附录A Z3040摇臂钻床电气控制系统梯形图15附录B梯形图转换成指令表16第一章 绪 论本课题的选题背景和意义Z3040摇臂钻床是工厂中常用的金属切削机床，它可以进展多种形式的加工，如：钻孔、镗孔、铰孔与螺纹等。从控制上讲，它需要机、电、液压等系统相互配合使用，而且，要进展时间控制。它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。故主电动机只有一个旋转方向。此外，摇臂的上升、下降和立柱的夹紧、放松各由一台交流异步电动机拖动1。目前，我国的Z3040摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器接触器控制方式。因其所要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业当中，经常发生电气故障，从而影响生产。另外，一些复杂的控制如：时间、计数控制用继电器接触器控制方式较难实现，所以，有必要对传统电气控制系统进展改良设计。PLC电气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。可编程逻辑控制器Programmable Logic Controller简称PLC，是从早期的继电器逻辑电气控制系统开展而来，它不断吸收微型计算机控制技术，使之功能不断增强，逐渐适合复杂的电气控制系统。PLC之所以有较强的生命力，在于它更加适应工业现场和市场要求。可靠性高，抗干扰能力强、编程方便、价格低、寿命长。与单片机相比，它的输入/输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件，这样可以大大节省用户的开发时间与生产本钱。现在应用于各种工业控制领域的PLC种类繁多，规模大小和功能强弱千差万别，但他们具有以下一些共同的特点。可靠性高。可靠性是用户的首选要求，目前各厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过IEC规定的10万小时，例如：西门子、ABB、松下、三菱等微小型PLC，而且都有完善的自诊断功能，判断故障迅速。 灵活组态。可编程控制器是系列化产品，通常采用模块化结构来完成不同的任务组合。输入输出端口选择灵活，有多种机型，组合方便。功能强大，除根本的逻辑控制、定时、计数、算术运算功能外，配合特殊功能模块还可实现点位控制、PTO运算、过程运算、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远程设备。因此，PLC几乎是全能的工业控制计算机。编程方便，易于使用。PLC的编程可采用与继电器极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气人员的欢迎。近年来又开展了面向对象的顺控流程图语言Sequential Function Chart，使编程更加简单方便。运行速度快。传统的机电接触电气控制系统通过大量触点的机械动作进展控制，速度很慢，而且系统愈大速度愈慢。PLC的控制速度如此由CPU工作速度和扫描速度决定。因此更适合处理高速复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差异越来越小 2。同时，PLC还具备了网络功能，能进展多台PLC或PLC与PC机之间的联网通讯，使用PLC可以很方便的构成“集中管理、分散控制的分布式电气控制系统，通过现场总线的PLC通讯网络，可使工厂的各种资源共享，就更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化提供了技术保证 3。正是由于PLC电气控制系统的种种优点,因此本次对Z3040摇臂钻床的电气控制系统的改造,可以大大提高Z3040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进展工业系统的设计打好根底。国内外关于本课题的技术研究现状和开展动态早在上世纪六十年代国外就已经出现了可编程序控制器PLC的应用，之后世界各国争相在该领域投入大量资金进展新产品的开发，在1995年西门子又成功地开发出了S7200、S7300系列，它具有 TD 200和 COROS OPS操作模板为用户提供了方便人机界面，用户程序三级口令保护，极强的计算性能，完善的指令集，MPI接口和通过工业现场总线PROFD3US以与以太网联网的网络能力，强劲的内部集成功能，全面的故障诊断功能；模块式结构可用于各处性能的扩展，脉冲输出晶闸管步进电机和直流电机；快速的指令处理大大缩短了循环周期，并采用了高速计数器，高速中断处理可以分别响应过程事件，大幅度降低了本钱。由于电气控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司己将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。由于PLC的众多优点，使其迅速在工业控制中得到推广。虽然国内PLC技术的应用前景很大，并且取得了一定的经济效益，而相比之下，由于受经济和技术水平的限制，大多数企业在生产上使用的Z3040摇臂钻床的电气控制系统，还是采用采用继电器接触器控制方式，而这种控制方式存在着明显的缺陷和隐患。极易发生故障。而且，由于线路复杂，要想找到问题所在也相当的困难。和国外大量采用PLC技术替代继电器接触器系统相比，我们还存在很大差距。随着PLC技术在我国的迅猛开展，我们和国外先进技术的差距会不断缩小。因此，抓住这个有利时机进一步促进PLC技术的推广与应用，是提高我国工业自动化水平的迫切任务，此次对于Z3040摇臂钻床电气控制系统改造设计，就是希望借鉴国外先进的工业控制技术，应用到工业现场，以提高摇臂钻床的工作性能。第二章 Z3040型摇臂钻床结构与运动形式主电路我国原来生产的Z3040摇臂钻床的主轴旋转运动和摇臂升降运动的操作是通过不能复位的十字开关来操作的,它本身不具有欠压和失压保护。因此在主回路中要用一个接触器将三相电源引入。现在的Z3040摇臂钻床取消了十字开关，它的主轴电路图如下所示：主轴电路图三相交流电源由开关Q引入。M1为主电动机,由接触器KM1控制其单方向启停,热继电器FR1作过载保护。M2摇臂升降电动机, 由接触器KM2控制和KM3控制其正反转,因M2是短时运行,所以不设过载保护。M3液压泵电动机,由接触器KM4控制和KM5控制其正反转, 热继电器FR2作过载保护。冷却泵电动机M4,由于容量小,所以用转换开关SA1直接控制。熔断器FU1作为M1,M4的短路保护, 熔断器FU2作为M2,M3的短路保护.所有电动机外壳均要接地保护。主运动和进给运动Z3040摇臂钻床的主运动是主轴的旋转运动,进给运动是主轴的上、下移动。主轴的旋转与主轴上、下进给都是由主轴电动机拖动,在加工螺纹时要求主轴可正反转,主轴的正反转和主轴上、下进给都是由机械方法获得。主轴变速和进给变速的机构都在主轴箱内,用变速机构分别调节主轴转速和上、下进给量。所以主轴电动机只要求单方向旋转，可直接启动, 不需要调速和制动。Z3040摇臂钻床的电气控制图控制电路、信号与照明电路HL1主轴箱和立柱的松开指示灯，灯亮表示已松开，可以手动操作主轴箱沿摇臂移动或推动摇臂回转。HL2主轴箱和立柱的夹紧指示灯，灯亮表示已夹紧，可以进展加工。HL3为主轴旋转工作指示灯。EL机床局部照明灯，是由控制变压器TC供应24V安全交流电压，由手动 SA2控制。2.3.1 摇臂沿外立柱升降移动摇臂松开机构动作完成时碰压行程开关SQ2，其常闭触头6-13断开，接触器KM4线圈断电，M3停止转动，摇臂维持放松状态。同时，SQ2常开触头6-7闭合，使接触器KM2下降为KM3线圈通电，摇臂升降电动机M2正传下降为反转，拖动摇臂上升或下降。2.3.2 摇臂连同外立柱绕内立柱的回转运动主轴电动机M1单方向旋转，由按钮SB1/SQ2和接触器KM1控制其启动和停止。按下启动按钮SQ22-3，接触器KM1得电吸合，触头KM12-3自锁，主轴电动机M1启动，HL3指示灯亮。按下停止按钮SB1，接触器KM1断电释放，主轴电动机M1停止，指示灯HL3熄灭。过载时，热继电器FR1的常闭触头断开，接触器KM1释放，主轴电动机M1停止转动。2.3.3 主轴箱和立柱夹紧或放松主轴箱和立柱的松开与夹紧均采用液压操纵，两者同时进展工作，工作时要求二位六通电磁阀YV不通电。按主轴箱松开按钮SB51-17，接触器KM4电，液压泵电动机M3正转。这时，电磁阀YV仍不通电，压力油进入主轴箱和摇臂夹紧油缸，推动松紧机构使主轴箱和立柱松开。行程开关SQ4不受压复位，其常闭触头101-102闭合，指示灯HL1亮，表示主轴箱和立柱已经松开。可以操作主轴箱和立柱的移动。主轴箱在摇臂的水平导轨上由手动按钮操纵来回移动，通过推动摇臂可使其与外立柱一起绕内立柱旋转。按下主轴箱夹紧按钮SB61-17，接触器KM5通电，液压泵电动机M3反转。这时，电磁阀YV仍不通电，压力油进入主轴箱和摇臂夹紧油缸，推动松紧机构使主轴箱和摇臂夹紧。同时行程开关SB4被压，其常闭触头101-102断开，指示灯HL1熄灭，其常开触头101-103闭合，指示灯HL2亮，表示主轴箱和立柱已经夹紧，可以进展加工。利用主轴箱和立柱的夹紧、放松，还可以检查电源相序正确与否，以确保摇臂升降电动机M2工作正常。第三章 PLC应用系统设计的内容和步骤一、PLC的控制系统设计的根本原如此任何一种电器控制系统都是为了实现生产设备或生产过程的控制要求和工艺需要，从而提高产品质量和生产效率。因此，在设计PLC应用系统时，应遵循以下根本原如此：1充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求。2在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用与维修方便。3保证控制系统安全可靠。4应考虑生产的开展和工艺的改良，在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容量等内容时，应留有适量的余量，以利于系统的调整和扩大。二、PLC控制系统设计的一般步骤 设计PLC应用系统时，首先是进展PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进展PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体确实定PLC的机型和系统的具体配置。 PLC控制系统设计可以按以下步骤进展。 1、熟悉被空对象，制定指控方案 分析被控对象的工艺过程与工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。 2、确定I/O设备 根系系统的控制要求，确定用户所需的输入如按钮、行程开关、选择开关等和输出设备如接触器、电磁阀、信号指示灯等，由此确定PLC的I/O点数。 3、选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择。 4、分配PLC的I/O地址 根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量：根据所选的PLC的型号，列出输入/输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。 5、设计软件与硬件 进展PLC程序设计，进展控制柜台等硬件的设计与现场施工。由于程序与硬件设计可同时进展，因此，PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电器孔氏线路后才能进展施工设计。 其中，PLC程序设计的一般步骤如下：1对于较复杂系统，需要绘制系统的功能图；对于简单的控制系统也可省去这一步。2设计梯形图程序。3根据梯形图编写指令程序表。4对程序进展模拟调试与修改，知道满足控制要求为止。调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。 其中，硬件设计与现场施工的步骤如下：1设计控制柜机操作面板电器布置图与安装接线图。2控制系统各局部的电器互连图。3根据图样进展现场接线，并检查。6、联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进展再线统调。开始时，先带上输出设备接触器线圈、信号指示灯等，不带负载进展调试。利用编程器的监控功能，采用分段调试的方法进展。各局部都调试正常后，再带上实际负载运行。如不符合要求，如此对硬件和程序作调整。通常只需修改局部程序即可。 全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如不正常工作、程序不需要修改如此将程序固化到EPROM中，以为程序丢失。7、整理技术文件 包括设计说明书、电气安装图、电器元件明细表与使用说明书等。第四章 基于PLCZ3040摇臂钻床电气控制系统硬件局部设计Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两局部组成，一局部为电气控制系统的硬件设计，也就是PLC的机型确实定；另一局部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够保持原有功能不变，此次改造的一个重要原如此之一就是，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。具体方案如下：4.1 PLC型号的选择选择基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC机型，应从以下几个方面来考虑：4.1.1 根据PLC的物理结构根据物理结构的不同，PLC分为整体式、模块式和叠装式。整体式的每一I/O点的平均价格比模块式廉价，小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器。此次所设计的电气控制系统属于小型开关量电气控制系统没有特殊的控制任务，整体式PLC完全可以满足控制要求，且在性能一样的情况下，整体式PLC较模块式和叠装式PLC价格廉价，因此，Z3040摇臂钻床电气控制系统的PLC选用整体式结构的PLC。4.1.2 根据PLC的指令功能考虑到任何一种PLC都可以满足开关量电气控制系统的要求，据此本课题将尽量采用价格廉价的PLC。4.1.3 根据PLC的输入输出点数在本电路中根据使用电器和控制电路计算I/O点数。其中按钮6个、限位行程开关4个、手动开关2个、热继电器2个等，共计输入点数14个；接触器6个、电磁铁1个、指示灯4个等，共计输出11个。共25点。4.1.4 根据PLC的输入模块的类型输入模块的输入电压一般为DC24V和AC110V或AC220V。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触点接触可靠，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。由于本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的工作环境并不恶劣，且对电气控制系统操作人员来说DC24V电压较AC110V电压安全些。因此，本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC输入模块应选直流输入模块，输入电压应DC24V电压。4.1.5 根据PLC的输出模块的类型PLC输出模块有继电器型、晶体管型和双向可控硅型三种。继电器型输出模块的触点工作电压X围广，导通压降小，承受瞬间过电压和过电流的能力较强，每一点的输出容量较大可达2A,在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，但动作速度慢，寿命有一定的限制。第五章 PLC控制系统设计的根本原如此 I/O点数确实定通常I/O点数是根据被控制对象的输入和输出信号的实际需要，再加上10%-15%的备用量来确定。PLC的I/O分配PLC的机型选择的根本原如此是在满足功能要求与保证可靠、维护方便的前提下，选择价格最优的型号。本设计选择使用三菱公司FX2系列PLC系统，根据表5-1的相关参数，选择F-48MR型PLC机。表5-1 FX2系列PLC的型号规格(局部)类型型号输入点数(24V)输出点数基本单元FX2-16MR(T)88FX2-24MR(T)1212FX2-32MR(T)1616FX2-48MR(T)2424FX2-64MR(T)3232FX2-80MR(T)4040FX2-128MR(T)6464编号输入信号X001SB1主动机停止按钮X002SQ2主动机启动按钮X003SB3摇臂上升按钮X004SB4摇臂下降按钮X005SB5主轴箱与立柱松开X006SB6主轴箱与立柱夹紧X007SA1手动开关X010SA1手动开关X011SQ1摇臂上升行程开关X012SQ2摇臂下降行程开关X013SQ1摇臂夹紧行程开关X014SQ4摇臂松开行程开关X015FR1热继电器X016FR2热继电器编号输出信号Y000KM1主电动机用接触器Y001KM2摇臂升降电动机正转用接触器Y002KM3摇臂升降电动机反转用接触器Y003KM4液压泵电动机正转用接触器上升Y004KM5液压泵电动机反转用接触器下降Y005YV控制用电磁阀Y006EL照明灯Y007HL1主轴箱和立柱松开夹紧指示灯Y010HL2主轴箱和立柱的夹紧指示灯Y011HL3主电动机工作指示灯Y012冷却泵电动机M4辅助接触器KM6第六章 总结与展望6.1 研究成果可编程控制器是一种广泛应用于工业现场的新型控制器，具有结构简单，抗干扰性强，编程方便等特点，本课题采用PLC自动控制技术取代了传统继电器接触器电气控制系统，实现了对Z3040摇臂钻床的自动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳定性和可靠性，而且，还大大降低了工人的劳动强度，改善了产品的加工质量，降低了设备故障率，提高了生产率。另外，通过这次毕业设计使我对PLC和电控方面的知识又有了更加深刻的理解和掌握，为今后走向工作岗位从事相关工作奠定了很好的根底。6.2 不足之处由于时间精力有限，还有许多功能有待扩展、完善。主要是没有对所控制电动机的调速问题进展研究，包括主电动机、升降电动机、液压泵电动机的调速只能通过机械调速或多速电机来进展，属于有级调速，其加工X围将受到某些限制，系统仅限于逻辑开关量的控制，对于PLC的许多高级指令没有应用到。以上问题有待今后进一步研究解决。致谢在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的指导教师郭夕琴表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！ 在学校的学习生活即将完毕，回顾两年多来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有教师和同学表示由衷的感谢!大学这3年使我受益匪浅，也是我感触最深的三年。论文完成，三年的大学生活即将完毕，感慨万千。我在这里首先要感谢的是我的毕业设计指导教师X家伦教师。同时还要感谢所有教过我的教师与帮过我的教师。在专业课学习和毕业设计过程中，他们总是鼓励我们要学好专业知识，提高自己的综合能力。在学习和生活上，给我细心的指导和无微不至的关怀。在做本次论文中指导教师给予我悉心指导和修正，使我增强完成这次论文的信心。同时我要感谢我的辅导员教师，在他们的关心和帮助下，我的学习和工作能力都得到了很大的提升。本次设计过程中，同学们也给了我很多的帮助，在此表示衷心的感谢！在我即将完成学业之际，我深深地感谢我的家人给予我的全力支持！最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加辩论的各位专家。参考文献1 王淑英.电气控制与PLC引用第3版M.:机械工业,2006.2 M.:化学工业,2003.3 M.:冶金工业,2003.4 M.:中国轻工业,2005.5 M.: 机械工业,20036 M.:机械工业,1990.7 M.某某:电子科技大学,2003.8 杨长缋.可编程控制器(PC)根底与应用M.某某:某某大学，1992.附录 A Z3040摇臂钻床电气控制系统梯形图附录B 梯形图转换成指令表步序号助记符 操作数0LD X0101OUT Y0062LD X0073OUT Y0104LD X0045OR Y0006ANI X0017OUT Y0008LD Y0009OUT Y01110LD X00311ANI X01112AND X01213ANI X00414AND Y00215OUT Y00116LD X00417ANI Y01118ANI X00319AND Y00120OUT Y00221LD X00322AND X01123LD X00424ANI X01125ORB 26OUT T027K 328 LDI X01229OR X00530AND T031ANI Y00432OUT Y00333LDI X01334ANI T035ANI Y00336OUT Y00437LD Y00538AND X01439OUT Y00740LD T041OR X00642ANI 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