z3040-搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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)繼電器一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)與繼電器一接觸器電氣控制系統(tǒng)相 比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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

2、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(guò)程作了詳細(xì)闡述，敘述了采用PLC取代傳統(tǒng)繼電器一接觸器 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)？15目錄摘要11緒論41.1 Z3040搖臂鉆床簡(jiǎn)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 52.1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52.2.2搖臂松開(kāi)-升/降-搖臂夾緊控制52.2.3立柱和主軸箱的松

3、開(kāi)及夾緊控制及信號(hào)燈 63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) 73. 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) 83.2.2根據(jù)PLC的指令功能 93.2.3根據(jù)PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù) 93.2.4根據(jù)PLC的存儲(chǔ)容量 93.2.5根據(jù)輸入模塊的類型 93.2.6根據(jù)輸出模塊的類型93.3 PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計(jì) 104 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) 114.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)及程序調(diào)試： 114.1.1主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制程序 114.1.2搖臂升降控制程序 114.1.3主軸箱放松或夾緊控制程序

4、 124.1.4搖臂回轉(zhuǎn)控制梯形圖程序 134.1.5冷卻泵開(kāi)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U Z3040搖臂鉆床的電器元件明細(xì)表 28附錄川I/O電氣接線圖29附錄W程序梯形圖30攻螺紋及修刮端面等多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)1.1 Z3040搖臂鉆床簡(jiǎn)介鉆床是一種孔加工機(jī)床，可用來(lái)鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔 種形式的加工。鉆床的結(jié)構(gòu)形式很多，有立式鉆床、 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， 一般機(jī)械加工車間常用的機(jī)床。搖臂鉆床主

5、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(guò)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(kāi)，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

6、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(zhǎng)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)

7、。2 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的原理2.1主電路我國(guó)原來(lái)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(guò) 不能復(fù)位的十字開(kāi)關(guān)來(lái)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(kāi)關(guān)，它的電氣原 理圖見(jiàn)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(kāi)關(guān)引入，自動(dòng)開(kāi)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(kāi)的 接觸器，KR1為主電動(dòng)機(jī)過(guò)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

8、 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(guò)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FRI、FR2作長(zhǎng)期過(guò)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(kāi)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(kāi)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

9、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(guò)機(jī)械變換的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.2.2搖臂松開(kāi)-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(guò)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(kāi)一升降一搖臂夾緊”順序進(jìn)行。由搖臂松開(kāi)行程開(kāi)關(guān)SQ2與夾緊 行程開(kāi)關(guān)SQ3來(lái)控制。在搖臂夾緊前，由時(shí)問(wèn)繼電器 KT延時(shí)I3s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)?/p>

10、搖臂平時(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(kāi)，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(kāi)-升/降-搖臂夾緊”順序 進(jìn)行，由搖臂松開(kāi)行程開(kāi)關(guān)SQ2與夾緊行程開(kāi)頭SQ3來(lái)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(kāi)油腔，推動(dòng)松開(kāi)機(jī)構(gòu)使搖臂松開(kāi)，搖臂松開(kāi)后，行程開(kāi)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(kāi)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

11、合開(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)和夾緊點(diǎn)動(dòng)按鈕， 當(dāng)按下松開(kāi)按鈕

12、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(kāi)油腔，使主軸 箱與立柱松開(kāi)或夾緊。由于YV線圈斷電，液壓油不會(huì)進(jìn)入搖臂的松開(kāi)油腔，搖臂 仍處于夾緊狀態(tài)。當(dāng)主軸箱與立柱松開(kāi)時(shí)，行程開(kāi)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(kāi)?？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

13、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(kāi)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(kāi)關(guān)、SQ6-搖臂下限位開(kāi)關(guān)；SQ2-搖臂松 開(kāi)檢測(cè)、SQ3-搖臂夾緊檢測(cè)；SQ4主軸箱立柱夾緊/松開(kāi)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

14、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(guò)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(lái)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(kāi)關(guān)QS的選擇QS的作用主要是用于電源的引入及控制 M1M4起、停和正反轉(zhuǎn)等。因此QS 的選擇主要考慮電動(dòng)機(jī) M1M4額定電流和啟動(dòng)電流，由前面已知 M1M4的額 疋電流數(shù)值，通過(guò)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，Q

15、S最終選擇組 合開(kāi)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 6.811A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 1.52.4A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(lái)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

16、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

17、開(kāi)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(kāi)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 > (1.52.5)lNmax+XN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;

18、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(kāi)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

19、以上的計(jì)算，Z3040搖臂鉆床的電器元件明細(xì)表見(jiàn)附錄U。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(lái)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(kāi)關(guān)量電氣控制系統(tǒng)沒(méi)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 PLC5。3.2.2根據(jù)

20、PLC的指令功能考慮到任何一種PLC都可以滿足開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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

21、為bit）即（28+20）X 20=480bit3.2.5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(kāi)關(guān)、光電開(kāi)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(lái)說(shuō)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。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

22、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(guò)電壓和過(guò) 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(méi)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(zhǎng)，但是過(guò)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^(guò)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(méi)有限制，這將給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)很大的方便。所以本課 題選用繼電器輸出

23、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FX2N-64MR-001型和擴(kuò)展單元FX2N-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Z304

24、0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)X2N-64MR-001和擴(kuò)展單元FX2N-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(jiàn)附錄川。4 Z3040搖

25、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(kāi)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(kāi)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FX2N-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(lái)編程設(shè)計(jì)，采 用其可編程控制器訓(xùn)練裝置來(lái)進(jìn)行模擬調(diào)試。4.1.1主電動(dòng)機(jī)的

26、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)輸出繼電器丫1接通并自鎖，4.1.2搖臂升降控制程序當(dāng)X5接通時(shí)，同時(shí)丫4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(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，丫4斷電，丫2得電，搖臂開(kāi)始上升， 當(dāng)上升到極限位置時(shí)，X10的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，丫2失電。搖臂完成松開(kāi)，然后上升的 過(guò)程。如果想要完成搖臂下降的過(guò)程，需接通 X6,在搖臂放松后，使丫4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(kāi)，丫3失電。搖臂完成松開(kāi)，然 后下降的過(guò)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，使丫4得

27、電，主軸箱左移，當(dāng)X015接通時(shí)，丫2得電，主軸箱 松開(kāi)到位。加緊過(guò)程與其相似。X0)5 XO15 ¥005YOMY002井丁*1 ow1 YOliX015 KOI 3 YOOST I妬I他<Y0134.1.4搖臂回轉(zhuǎn)控制梯形圖程序當(dāng)X033接通后，使丫4得電，同時(shí)丫14得電，搖臂開(kāi)始回轉(zhuǎn)，當(dāng) X020接通 后，搖臂開(kāi)始逆回轉(zhuǎn)，當(dāng)X022接通后，使丫7得電，電機(jī)反轉(zhuǎn)，搖臂開(kāi)始加緊。4.1.5冷卻泵開(kāi)關(guān)控制梯形圖程序當(dāng)X024接通后，使丫015得電，冷卻泵開(kāi)始工作，當(dāng)X025接通后，冷卻泵停止工作X0.'4©JYa isl .9X030I卜6016X022T -

28、圖4.5冷卻泵開(kāi)關(guān)控制梯形圖程序Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)電源。（2）、檢查開(kāi)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(méi)有短路。 、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(kāi)始測(cè)試39吸合,斷開(kāi),斷開(kāi),YA亮，再按SQ2 KM4斷開(kāi)，KM2吸合指等待通電HL1亮按SB3KM1按SB2KM1按SB4KM5HL2亮（主軸轉(zhuǎn)動(dòng)）HL2滅（主軸停轉(zhuǎn)）KM4吸合，示燈點(diǎn)亮（搖臂上升）按SB5KM5吸合，

29、示燈點(diǎn)亮（搖臂下降）斷開(kāi)SB4SB5 段時(shí)間后KM5KM4吸合,YA亮，再按SQ2 KM4斷開(kāi)，KM3吸合指吸合按SB7 KM4吸合，YA滅按SB1全部斷開(kāi)，按SQ5全部電源斷開(kāi)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，20052 張萬(wàn)奎等編，機(jī)床電氣控制技術(shù)，北京大學(xué)出版社，20073 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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)匯編，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989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，2003,1-56 李亞?wèn)|.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

30、（ 4），491-4937 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），60-618 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錨丄相H1 <1 mZ3040搖臂鉆床電氣控制原理圖附錄H 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)Y100L2-43.0KW,380V,6.82A,1430r/mi n1M2搖臂升降電動(dòng)機(jī)Y90S-41.1KW,2.01A,1390r/mi n1M3液壓泵電動(dòng)機(jī)JO31-20.6KW,1.42A,2880r/mi n1M4冷卻泵電動(dòng)機(jī)JCB-220.125KW,0.43A,2790r/mi n1QS組合開(kāi)關(guān)HZ5-20三極，500V,20A1KM1交流接觸器CJ-1010A,線圈電壓127V1KM2,KM3KM4,KM5交流接觸器CJ10-55A,線圈電壓127V5KT時(shí)間繼電器JSSIAC127V,DC24V1FR1熱繼電器JR16-20/3熱元