搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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. 01摘 要 本課程設(shè)計(jì)是機(jī)械加工中常用的Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),旨在解決傳統(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)存在的線路復(fù)雜、可靠性穩(wěn)定性差、故障診斷和排除困難等難題。由于PLC電氣控制系統(tǒng)與繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，故障率低，對(duì)工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，本文對(duì)Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造，將把PLC控制技術(shù)應(yīng)用到改造方案中去，從而大大提高搖臂鉆床的工作性能。此文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(shè)計(jì)方案，完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，其中包括PLC機(jī)型的選擇、I/O端口的分配、I/O硬件接線圖的繪制、PLC梯形圖程序的設(shè)計(jì)。對(duì)PLC控制搖臂鉆床的工作過程作了詳細(xì)闡述，敘述了采用PLC取代傳統(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)從而提高機(jī)床工作性能的方法，給出了相應(yīng)的控制原理圖。 關(guān)鍵詞：可編程控制器;搖臂鉆床;梯形圖;電氣控制系統(tǒng)? 目 錄 摘 要 1 1 緒 論 4 1.1 Z3040搖臂鉆床簡介 4 1.2設(shè)計(jì)目的 4 2 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的原理 5 2.1主電路 5 2.2 控制電路、信號(hào)及照明電路 5 2.2.1 主電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制 5 2.2.2 搖臂松開--升／降--搖臂夾緊控制 5 2.2.3立柱和主軸箱的松開及夾緊控制及信號(hào)燈 6 3 基于PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì) 7 3．1電氣元件的選擇 7 3．2 PLC型號(hào)的選擇 8 3.2.1 根據(jù)PLC的物理結(jié)構(gòu) 8 3.2.2 根據(jù)PLC的指令功能 9 3.2.3 根據(jù)PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù) 9 3.2.4 根據(jù)PLC的存儲(chǔ)容量 9 3.2.5 根據(jù)輸入模塊的類型 9 3.2.6 根據(jù)輸出模塊的類型 9 3.3 PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計(jì) 10 4 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) 11 4.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)及程序調(diào)試： 11 4.1.1 主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制程序 11 4.1.2搖臂升降控制程序 11 4.1.3 主軸箱放松或夾緊控制程序 12 4.1.4 搖臂回轉(zhuǎn)控制梯形圖程序 13 4.1.5冷卻泵開關(guān)控制梯形圖程序 13 參考文獻(xiàn) 26 附錄Ⅰ Z3040搖臂鉆床電氣控制原理圖 27 附錄Ⅱ Z3040搖臂鉆床的電器元件明細(xì)表 28 附錄Ⅲ I/O電氣接線圖 29 附錄Ⅳ 程序梯形圖 30 . 1 緒 論 1.1 Z3040搖臂鉆床簡介 鉆床是一種孔加工機(jī)床，可用來鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、攻螺紋及修刮端面等多種形式的加工。鉆床的結(jié)構(gòu)形式很多，有立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床等。搖臂鉆床是一種立式鉆床，它適用于單件或批量生產(chǎn)中帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常用的機(jī)床。 Z3040搖臂鉆床結(jié)構(gòu)示意圖 1底座 2內(nèi)立柱 3、4外立柱 5搖臂 6主軸箱 7主軸 8工作臺(tái) 搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)外立座、搖臂、主軸箱和工作臺(tái)等組成。搖臂的一端為套筒，套裝在外立柱上，并借助絲杠的正、反轉(zhuǎn)可沿外立柱作上下移動(dòng)。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上可通過手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動(dòng)。加工時(shí)，根據(jù)工件高度的不同，搖臂借助于絲杠可帶著主軸箱沿外立柱上下升降。在升降之前，應(yīng)自動(dòng)將搖臂松開，再進(jìn)行升降，當(dāng)達(dá)到所需的位置時(shí)，搖臂自動(dòng)夾緊在立柱上。搖臂鉆床鉆削加工分為工作運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。工作運(yùn)動(dòng)包括：主運(yùn)動(dòng)（主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（主軸軸向運(yùn)動(dòng)）；輔助運(yùn)動(dòng)包括：主軸箱沿?fù)u臂的橫向移動(dòng)，搖臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。鉆削加工時(shí)，鉆頭一面旋轉(zhuǎn)一面作縱向進(jìn)給。鉆床的主運(yùn)動(dòng)是主軸帶著鉆頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是鉆頭的上下移動(dòng)。搖臂回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動(dòng)采用手動(dòng). 當(dāng)進(jìn)行加工時(shí)，由特殊的加緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導(dǎo)軌上，而外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進(jìn)行鉆削加工。鉆削加工時(shí)，鉆頭一邊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削，一邊進(jìn)行縱向進(jìn)給，其運(yùn)動(dòng)形式為： 　（1）搖臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)為主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng); （2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為主軸的縱向進(jìn)給;　　 （3）輔助運(yùn)動(dòng)有：搖臂沿外立柱垂直移動(dòng)，主軸箱沿?fù)u臂長度方向的移動(dòng)，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 1.2 設(shè)計(jì)目的 （1）了解Z3040搖臂鉆床的操作順序，并作出功能圖。 (2)、熟悉并會(huì)接較復(fù)雜的PLC控制系統(tǒng)電路。 (3)、領(lǐng)悟電氣控制電路PLC改造的要領(lǐng)。 2 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的原理 2.1主電路 我國原來生產(chǎn)的Z3040搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和搖臂升降運(yùn)動(dòng)的操作是通過不能復(fù)位的十字開關(guān)來操作的,它本身不具有欠壓和失壓保護(hù)。因此在主回路中要用一個(gè)接觸器將三相電源引入?，F(xiàn)在的Z3040搖臂鉆床取消了十字開關(guān)，它的電氣原理圖見附錄Ⅰ。 它的主電路、控制電路、信號(hào)電路的電源均采用自動(dòng)開關(guān)引入，自動(dòng)開關(guān)的電磁脫扣作為短路保護(hù)取代了熔斷器。交流接觸器KM1只主電動(dòng)機(jī)M1接通或斷開的接觸器，KR1為主電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)用熱繼電器。搖臂的升降，立柱的夾緊放松都要求拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，所以M2和M3電動(dòng)機(jī)分別有兩個(gè)接觸器，它們?yōu)镵M2、KM3和KM4、KM5。搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4均為短時(shí)工作，不設(shè)過載保護(hù)。 采用4臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，主軸電動(dòng)機(jī)Ml、搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2、液壓泵電動(dòng)機(jī)M3及冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4，4臺(tái)電動(dòng)機(jī)均采用直接起動(dòng)控制。M2為短時(shí)工作制. 主軸電動(dòng)機(jī)Ml和液壓泵電動(dòng)機(jī)M3分別設(shè)有熱繼電器FRl、FR2作長期過載保護(hù)。 2.2 控制電路、信號(hào)及照明電路 2.2.1 主電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制 在主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，首先將自動(dòng)開關(guān)Q2、Q3、Q4扳到接通狀態(tài)，同時(shí)將配電盤的門關(guān)好并鎖上。然后再將自動(dòng)開關(guān)Q1扳到接通位置，電源指示燈亮。這時(shí)按下SB1，中間繼電器K1通電并自鎖,為主軸電動(dòng)機(jī)與其他電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)做好了準(zhǔn)備。當(dāng)按下按鈕SB2時(shí)，交流接觸器KM1線圈通電并自鎖使主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的指示燈HL4亮。主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)用手柄通過機(jī)械變換的方法來實(shí)現(xiàn)。 2.2.2 搖臂松開--升／降--搖臂夾緊控制 控制電路設(shè)有主軸啟動(dòng)按鈕SB2和主軸停止按鈕SB1。 搖臂鉆床的工作過程是由電氣、機(jī)械、液壓系統(tǒng)緊密結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。搖臂升／降動(dòng)作按照“搖臂松開→升降→搖臂夾緊”順序進(jìn)行。由搖臂松開行程開關(guān)SQ2與夾緊行程開關(guān)SQ3來控制。在搖臂夾緊前，由時(shí)問繼電器KT延時(shí)l～3s后再夾緊。 主軸電機(jī)由按鈕SB1、SB2和接觸器KM1構(gòu)成單向起動(dòng)停止控制電路。搖臂升降由M2作動(dòng)力，SB3和SB4分別為搖臂上升和下降的點(diǎn)動(dòng)按鈕。因?yàn)閾u臂平時(shí)是夾緊在外立柱上，所以在搖臂升降之前，先要把搖臂松開，再由M2驅(qū)動(dòng)升降：搖臂升降到位后，再重新將它夾緊。搖臂升降動(dòng)作按照“搖臂松開--升／降--搖臂夾緊”順序進(jìn)行，由搖臂松開行程開關(guān)SQ2與夾緊行程開頭SQ3來控制。而搖臂的松、緊是由液壓系統(tǒng)完成的。當(dāng)按下上升按鈕SB3時(shí)，電磁閥YV線圈通電吸合，正向供出壓力油進(jìn)入搖臂的松開油腔，推動(dòng)松開機(jī)構(gòu)使搖臂松開，搖臂松開后，行程開頭SQ2動(dòng)作，SQ2觸點(diǎn)閉合、SQ3復(fù)位SQ3搖臂上升，若M3反轉(zhuǎn)，則反向供出壓力油進(jìn)入搖臂的夾緊油腔、推動(dòng)夾緊構(gòu)使搖臂夾緊，搖臂夾緊后，行程開頭SQ3動(dòng)作，SQ2復(fù)位 搖臂停止在所需位置上。搖臂升降的極限保護(hù)由組合開頭SQ1實(shí)現(xiàn)，SQ1有兩對(duì)常閉觸點(diǎn)，當(dāng)搖臂上升或下降到極限位置時(shí)，相應(yīng)觸頭動(dòng)作，切斷對(duì)應(yīng)上升或下降接觸器KM2與KM3線圈回路，使搖臂升降電機(jī)M2停轉(zhuǎn)，搖臂停止移動(dòng)。 QS電源開關(guān)，主電機(jī)M1由KM1控制，搖臂升降電機(jī)M2由KM2、KM3控制正反轉(zhuǎn)，液壓泵電機(jī)M3由KM4、KM5控制正反轉(zhuǎn)，冷卻泵電機(jī)M4由SA1控制，電路有短路保護(hù)、過載保護(hù)等。 執(zhí)行元件：主電機(jī)M1、搖臂升降電機(jī)M2、冷卻泵電機(jī)M4、液壓泵電機(jī)M3、電磁換向閥YV（2位6通）。 2.2.3立柱和主軸箱的松開及夾緊控制及信號(hào)燈 主軸箱和立柱的松、緊是同時(shí)進(jìn)行的，SB5和SB6分別為松開和夾緊點(diǎn)動(dòng)按鈕，當(dāng)按下松開按鈕SB5，KM4線圈得電，液壓泵電機(jī)M3正轉(zhuǎn)，拖動(dòng)液壓泵送出壓力油，這時(shí)電磁閥YV線圈處于斷電狀態(tài)，液壓油進(jìn)入主軸箱與立柱的松開油腔，使主軸箱與立柱松開或夾緊。由于YV線圈斷電，液壓油不會(huì)進(jìn)入搖臂的松開油腔，搖臂仍處于夾緊狀態(tài)。當(dāng)主軸箱與立柱松開時(shí)，行程開關(guān)SQ4不受壓，觸頭SQ4閉合，指示燈HL1亮，表示主軸箱與立柱確已松開?？梢允謩?dòng)操作主軸箱在搖臂的水平導(dǎo)軌上移動(dòng)，也可推動(dòng)搖臂使繞內(nèi)立柱旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到位后，再按下夾緊按鈕SB6，接觸器KM5線圈得電，液壓泵電機(jī)M3反轉(zhuǎn)，液壓油進(jìn)入夾緊油腔，使主軸箱與立柱夾緊。當(dāng)確已夾緊、壓下SQ4，HL2燈亮，HL1滅，指示主軸箱與立柱已夾緊，可以進(jìn)行鉆削加工。 機(jī)床設(shè)有4個(gè)信號(hào)燈：電源指示燈HL、立柱和主軸箱松開指示燈HL1、立柱和主軸箱夾緊指示燈HL2、主軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)指示燈HL3。照明燈EL用SA2直接控制。 信號(hào)（檢測(cè)）元件：SQ1-搖臂上限位開關(guān)、SQ6-搖臂下限位開關(guān)；SQ2-搖臂松開檢測(cè)、SQ3-搖臂夾緊檢測(cè)；SQ4主軸箱立柱夾緊/松開檢測(cè)；SQ5按下整個(gè)電路斷。 3 基于PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì) Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案由兩部分組成，一部分為電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，也就是PLC的機(jī)型的確定；另一部分是電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，就是PLC控制程序的編寫。為了使改造后的搖臂鉆床仍能夠保持原有功能不變，此次改造的一個(gè)重要原則之一就是，不對(duì)原有機(jī)床的控制結(jié)構(gòu)做過大的調(diào)整，只是將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來替代。 3．1電氣元件的選擇 在電氣原理圖設(shè)計(jì)完畢之后就可以根據(jù)電氣原理圖進(jìn)行電氣元件的選擇工作，本設(shè)計(jì)中需選擇的電氣元件主要有： 1. 電源開關(guān)QS的選擇 QS的作用主要是用于電源的引入及控制M1～M4起、停和正反轉(zhuǎn)等。因此QS 的選擇主要考慮電動(dòng)機(jī)M1～M4額定電流和啟動(dòng)電流，由前面已知M1～M4的額定 電流數(shù)值，通過計(jì)算可得額定電流之和為10.68A，同時(shí)考慮到，M2、M3、M4量為滿載啟動(dòng)，在功率較小，M1雖功率較大，但為輕載啟動(dòng)。所以，QS最終選擇組合開關(guān)HZ5-20型，額定電流為20A。 2.熱繼電器FR的選擇 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流進(jìn)行熱繼電器的選擇，由前面M1、M2和M3的額定電流，現(xiàn)選擇如下： FR1選用JR16-20/3D型熱繼電器。熱元件額定電流11A額定電流調(diào)節(jié)范圍為6.8～11A工作時(shí)調(diào)整在6.82A. FR2選用JR16-20/3型熱繼電器。熱元件額定電流2.4A額定電流調(diào)節(jié)范圍為1.5～2.4A工作時(shí)調(diào)整在1.42A。 3.接觸器的選擇 根據(jù)負(fù)載回路的電壓、電流，接觸器所控制回路的電壓及所需點(diǎn)的數(shù)量等來進(jìn)行接觸器的選擇。 本設(shè)計(jì)中KM1主要對(duì)M1進(jìn)行控制，而M1額定電流為6.82A，控制回路電源為127V，需要主觸點(diǎn)兩對(duì)，所以，KM1選G0-10型接觸器，主觸點(diǎn)額定電流為10A，線圈電壓為127V。 KM2與KM3對(duì)M2進(jìn)行控制，而M2額定電流為2.01A，控制回路電源為127V，各需要主觸點(diǎn)兩對(duì)，KM2的輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)一對(duì)，KM3的輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)一對(duì)，所以，KM2、KM3選CD10-5型接觸器，主觸點(diǎn)額定電流為5A，線圈電壓為127V。 KM4與KM5對(duì)M3進(jìn)行控制，而M3的額定電流為1.42A，控制回路電源為127V，各需要主觸點(diǎn)三對(duì)，KM4的輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)一對(duì)，KM5的輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)一對(duì)，所以，KM4、KM5選CJ10-5型接觸器。 4.時(shí)間繼電器的選擇 本設(shè)計(jì)中由于搖臂的升降需要延時(shí)控制。需要常開觸點(diǎn)一個(gè)，延時(shí)閉合動(dòng)斷觸點(diǎn)一個(gè)，延時(shí)斷開動(dòng)合觸點(diǎn)一個(gè)，我們選ISSI型時(shí)間繼電器。額定電壓AC127V、DC24V,額定功耗小于5W,動(dòng)作頻率1200次/h。 5.熔斷器的選擇 根據(jù)熔斷器的額定電壓、額定電流和熔體的額定電流等進(jìn)行熔斷器的選擇。 本設(shè)計(jì)中涉及到熔斷器有三個(gè)：FU1、FU2、FU3。 FU1主要對(duì)M1、M4進(jìn)行短路保護(hù)，M1、M4額定電流分別為6.82A、0.43A。因此，熔體的額定電流為 Iful≥(1.5-2.5)INmax+∑IN 計(jì)算可得Iful≥17.48A，因此FU1選擇RL1-60型熔斷器，熔體為20A. 同理：FU2選擇RL1-15型熔斷器，熔體為10A；FU3選擇RL1-15型熔斷器，熔體為2A。 6.按鈕的選擇 根據(jù)需要的觸點(diǎn)數(shù)目、動(dòng)作要求、使用場(chǎng)合、顏色等進(jìn)行按鈕的選擇。 本設(shè)計(jì)中SB1、SB4選擇LA-18型按鈕，顏色為紅色，選擇SB2、SB5選擇LA-18型按鈕，顏色為綠色，SB3、SB6選擇LA-18型按鈕，顏色為黑色。 7.照明及指示燈的選擇 本設(shè)計(jì)中，電源指示燈EL選擇JC2，交流36V、40W，與燈開關(guān)SA2成套配置；指示燈HL1、HL2、HL3選擇ZSD-0型，指標(biāo)為6.3V，0.25A，顏色為黃色，綠色，紅色各一個(gè)。 8.控制變壓器的選擇 本設(shè)計(jì)中，變壓器選擇BK-100VA,380V、220V/127V、36V、6.3V。 綜合以上的計(jì)算， Z3040搖臂鉆床的電器元件明細(xì)表見附錄Ⅱ。 3．2 PLC型號(hào)的選擇 選擇基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC機(jī)型，應(yīng)從以下幾個(gè)方面來考慮： 3.2.1 根據(jù)PLC的物理結(jié)構(gòu) 根據(jù)物理結(jié)構(gòu)的不同，PLC分為整體式、模塊式和疊裝式。整體式的每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式便宜，小型電氣控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程控制器。此次所設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)屬于小型開關(guān)量電氣控制系統(tǒng)沒有特殊的控制任務(wù)，整體式PLC完全可以滿足控制要求，且在性能相同的情況下，整體式PLC較模塊式和疊裝式PLC價(jià)格便宜，因此，Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC[5]。 3.2.2 根據(jù)PLC的指令功能 考慮到任何一種PLC都可以滿足開關(guān)量電氣控制系統(tǒng)的要求，據(jù)此本課題將盡量采用價(jià)格便宜的PLC。 3.2.3 根據(jù)PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù) 一般系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入與輸出的比例為6：4，根據(jù)I/O總點(diǎn)數(shù)可給出如下的經(jīng)驗(yàn)公式： 所需內(nèi)存總字?jǐn)?shù)=開關(guān)量（輸入+輸出）總點(diǎn)數(shù)*10 余量：一般按計(jì)算存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)的25%考慮余量。 所需內(nèi)存總字?jǐn)?shù)=(28+20)*10=480 輸入點(diǎn)數(shù)為28點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為20點(diǎn)，故總點(diǎn)數(shù)應(yīng)大于48 3.2.4 根據(jù)PLC的存儲(chǔ)容量 PLC存儲(chǔ)器容量的估算方法：對(duì)于僅有開關(guān)量輸入/輸出信號(hào)的電氣控制系統(tǒng)，將所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)乘以10，就是所需PLC存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量（單位為bit）即 （28+20）20=480bit 3.2.5 根據(jù)輸入模塊的類型 輸入模塊的輸入電壓一般為DC24V和AC110V或AC220V。直流輸入電路的延遲時(shí)間較短，可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入裝置連接。交流輸入方式的觸點(diǎn)接觸可靠，適合于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。由于本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的工作環(huán)境并不惡劣，且對(duì)電氣控制系統(tǒng)操作人員來說DC24V電壓較AC110V電壓安全些。因此，本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC輸入模塊應(yīng)選直流輸入模塊，輸入電壓應(yīng)DC24V電壓[6]。 3.2.6 根據(jù)輸出模塊的類型 PLC輸出模塊有繼電器型、晶體管型和晶閘管三種。 繼電器型輸出模塊的觸點(diǎn)工作電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬間過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，每一點(diǎn)的輸出容量較大（可達(dá)2A）,在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)導(dǎo)通的輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒有限制，但動(dòng)作速度慢，壽命有一定的限制。 晶體管型與晶閘管輸出模塊分別用于直流負(fù)載和交流負(fù)載，它們的可靠性高，反應(yīng)帶寬快，壽命長，但是過載能力差，每1點(diǎn)的輸出量只有0.5A，4點(diǎn)同時(shí)輸出的總?cè)萘坎坏贸^2A。 由于Z3040搖臂鉆床控制對(duì)象對(duì)PLC輸出點(diǎn)的動(dòng)作表達(dá)速度要求不高，繼電器型輸出模塊的動(dòng)作速度完全能夠滿足要求，且每一點(diǎn)的輸出容量較大，在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)導(dǎo)通的輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒有限制，這將給設(shè)計(jì)工作帶來很大的方便。所以本課題選用繼電器輸出模塊，結(jié)合Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，需要輸入點(diǎn)數(shù)大于28個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)大于20個(gè)。 綜上所述，為了使Z3040搖臂鉆床在改造后能夠良好工作，確認(rèn)日本三菱公司生產(chǎn)的FX-64MR-001型和擴(kuò)展單元FX-40ER-D型PLC能夠滿足上述要求，該類型號(hào)PLC體積小，功能強(qiáng)，增加了一些大型機(jī)的功能和指令，如PID和PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）指令，對(duì)于控制器體積要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)是一種很好的選擇。其編程口為RS-232C，可以直接和編程器或計(jì)算機(jī)連接，使用非常方便，且性價(jià)比較高，使用方便。其主要技術(shù)性指標(biāo)如下： 該型PLC具有Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)所需的所有指令功能，其總輸入點(diǎn)數(shù)為28點(diǎn)，總輸出點(diǎn)數(shù)為20點(diǎn)，用戶存儲(chǔ)器容量5K步，輸入模塊電壓為DC24V，輸出模塊為繼電器型。由此可知，F(xiàn)X-64MR-001和擴(kuò)展單元FX-40ER-D型PLC的技術(shù)性能指標(biāo)完全能滿足上述要求。 3.3 PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計(jì) PLC的I/O電氣接線圖中所有輸入端共用一個(gè)COM端，輸入信號(hào)的其中一端應(yīng)并接在直流24V電源上，另一端應(yīng)分別接入相應(yīng)的PLC輸入端子上。接線時(shí)注意PLC輸入/輸出COM端子的極性。接觸器線圈連接的所有輸出端口可以共用一個(gè)COM2端。 PLC的I/O電氣接線圖見附錄Ⅲ。 4 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) 4.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計(jì) 為了使Z3040搖臂鉆床在進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)改造后仍能夠完成原有的工作需要，本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC程序應(yīng)由電氣控制系統(tǒng)預(yù)開程序、主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止控制程序、搖臂升降控制程序即升降電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制程序、立柱和主軸箱的松開與夾緊控制程序即液壓泵電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)程序、信號(hào)的顯示程序、照明控制程序等部分組成。因選用FX-64MR-001型號(hào)的PLC，所以編程時(shí)采用Windows環(huán)境下運(yùn)行的SWOPC-FXGP/WIN-C的編程軟件來編程設(shè)計(jì), 采用其可編程控制器訓(xùn)練裝置來進(jìn)行模擬調(diào)試。 4.1.1 主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制程序 X4為主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)輸入繼電器，接通X4，此時(shí)輸出繼電器Y1接通并自鎖，從而使電機(jī)起動(dòng)。 圖4.1 主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)梯形圖程序 4.1.2搖臂升降控制程序 當(dāng)X5接通時(shí)，同時(shí)Y4得電，使得液壓泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，搖臂放松，當(dāng)搖臂徹底放松后，X30的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，Y4斷電，Y2得電，搖臂開始上升，當(dāng)上升到極限位置時(shí)，X10的常閉觸點(diǎn)斷開，Y2失電。搖臂完成松開，然后上升的過程。 如果想要完成搖臂下降的過程，需接通X6，在搖臂放松后，使Y4得電，使搖臂下降，當(dāng)下降到極限位置時(shí)，X10的常閉觸點(diǎn)斷開，Y3失電。搖臂完成松開，然后下降的過程。 圖4.2 搖臂升降梯形圖程序 4.1.3 主軸箱放松或夾緊控制程序 當(dāng)X012接通后，使Y4得電，主軸箱左移，當(dāng)X015接通時(shí)，Y2得電，主軸箱松開到位。加緊過程與其相似。 圖4.3 主軸箱放松或夾緊梯形圖程序 4.1.4 搖臂回轉(zhuǎn)控制梯形圖程序 當(dāng)X033接通后，使Y4得電，同時(shí)Y14得電，搖臂開始回轉(zhuǎn)，當(dāng)X020接通后，搖臂開始逆回轉(zhuǎn)，當(dāng)X022接通后，使Y7得電，電機(jī)反轉(zhuǎn)，搖臂開始加緊。 圖4.4搖臂回轉(zhuǎn)控制梯形圖程序 4.1.5冷卻泵開關(guān)控制梯形圖程序 當(dāng)X024接通后，使Y015得電，冷卻泵開始工作，當(dāng)X025接通后，冷卻泵停止工作。 圖4.5冷卻泵開關(guān)控制梯形圖程序 . 5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5.1測(cè)試前安全檢查 （1）、檢測(cè)電路時(shí)，確定三相電源只接進(jìn)去一端，防止二相進(jìn)入單相電源供電的電路否則直接燒毀PLC或開關(guān)電源。 (2)、檢查開關(guān)連接是否正常，是否連錯(cuò)或少。 (3)、確定熔斷器應(yīng)與電源相線L端相連；確定電路沒有短路。 (4)、經(jīng)老師同意后，才能通電測(cè)試，并按實(shí)驗(yàn)步驟操作。 5.2開始測(cè)試 等待 通電——HL1亮 按SB3——KM1吸合，HL2亮（主軸轉(zhuǎn)動(dòng)） 按SB2——KM1斷開，HL2滅（主軸停轉(zhuǎn)） 按SB4——KM5斷開，KM4吸合，YA亮，再按SQ2——KM4斷開，KM2吸合指示燈點(diǎn)亮（搖臂上升） 按SB5——KM5吸合，KM4吸合，YA亮，再按SQ2——KM4斷開，KM3吸合指示燈點(diǎn)亮（搖臂下降） 斷開SB4\SB5一段時(shí)間后——KM5吸合 按SB7——KM4吸合，YA滅 按SB1全部斷開，按SQ5全部電源斷開 參考文獻(xiàn) [1]齊占慶主編．機(jī)床電氣控制技術(shù)．第三版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [2] 張萬奎等編，機(jī)床電氣控制技術(shù)，北京大學(xué)出版社，2007 [3] 程憲平主編，機(jī)電傳動(dòng)與控制（第二版），武漢：華中科技大學(xué)出版社，2003年9月 [4] 石玉珍，電氣制圖及圖形符號(hào)國家標(biāo)準(zhǔn)匯編，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989 [5]邱公偉.可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社，2003， 1-5 [6]李亞東.用PLC實(shí)現(xiàn)位置控制的方法.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2002（4），491-493 [7]王培良.發(fā)電機(jī)自動(dòng)檢測(cè)的PLC電氣控制系統(tǒng).電氣自動(dòng)化，2004（1），60-61 [8]李桂芹.提高PLC電氣控制系統(tǒng)可靠性的措施. 電氣自動(dòng)化，2006（1），57-58 附錄Ⅰ Z3040搖臂鉆床電氣控制電路圖 Z3040搖臂鉆床電氣控制原理圖 附錄Ⅱ Z3040搖臂鉆床的電器元件明細(xì)表 符號(hào) 名稱 型號(hào) 規(guī)格 數(shù)量 M1 三相異步電動(dòng)機(jī) Y100L2-4 3.0KW,380V,6.82A,1430r/min 1 M2 搖臂升降電動(dòng)機(jī) Y90S-4 1.1KW,2.01A,1390r/min 1 M3 液壓泵電動(dòng)機(jī) JO31-2 0.6KW,1.42A,2880r/min 1 M4 冷卻泵電動(dòng)機(jī) JCB-22 0.125KW,0.43A,2790r/min 1 QS 組合開關(guān) HZ5-20 三極，500V,20A 1 KM1 交流接觸器 CJ-10 10A,線圈電壓127V 1 KM2,KM3 KM4,KM5 交流接觸器 CJ10-5 5A,線圈電壓127V 5 KT 時(shí)間繼電器 JSSI AC127V,DC24V 1 FR1 熱繼電器 JR16-20/3 熱元件額定電流11A,整定電流6.82A 1 FR2 熱繼電器 JR16-20/3 熱元件額定電流2.4A,整定電流2.01A 1 FU1 熔斷器 RL1-60 500V,熔體20A 1 FU2 熔斷器 RL1-15 500V,熔體10A 1 FU3 熔斷器 RL1-16 500V,熔體2A 1 TC 控制變壓器 BK-100 100VA,380V/127,36,6.3V 1 SB1,SB4 控制按鈕 LA-18 5A,紅色 2 SB2,SB5 控制按鈕 LA-18 5A,綠色 2 SB3,SB6 控制按鈕 LA-18 5A,黑色 2 HL1,HL2, HL3 指示燈 ZSD-0 6.3V,綠色1紅色1黃色1 3 EL,SA1, SA2 照明燈，控制開關(guān) JC2 36V,40W 3 附錄Ⅲ I/O電氣接線圖 附錄Ⅳ 程序梯形圖