PLC在搖臂鉆床電氣控制中的設計

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PLC在搖臂鉆床電氣控制中的設計陜西航空職業(yè)技術學院畢業(yè)論文（設計）要求及格式學校代碼：12904學 號：0801103116中圖分類：密 級：無吉林農(nóng)業(yè)工程職業(yè)技術學院畢 業(yè) 論 文 PLC在搖臂鉆床電氣控制中的應用學生姓名：王志強指導教師：王紅梅所 在 系：機械工程系學科專業(yè)：機電一體化吉林農(nóng)業(yè)工程職業(yè)技術學院中國·四平2011年 4月吉林農(nóng)業(yè)工程職業(yè)技術學院畢業(yè)論文任務書設計題目： PLC在搖臂鉆床電氣控制中的應用任務與要求：1. PLC應用系統(tǒng)設計的內(nèi)容和步驟3. PLC的選擇4. 生

2、成電子稿5. Z3040型搖臂鉆床電力拖動特點與控制要求6. Z3040型搖臂鉆床電力控制電路圖7. Z3040型搖臂鉆床電力控制梯形圖2010年3月18日畢業(yè)設計進度計劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導教師簽 字4月1日PLC應用系統(tǒng)設計的內(nèi)容和步驟完成4月2日至4月3日PLC的選擇完成4月4日搖臂鉆床簡介完成4月5日至4月10日生成電子稿完成4月11日至4月12日Z3040型搖臂鉆床電力拖動特點與控制要求完成4月13日至4月15日利用CAD進行畫圖完成指導教師對進度計劃實施情況總評 簽名 年 月 日 本表作評定學生平時成績的依據(jù)之一。摘 要PLC主要是指數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的可編程

3、邏輯控制器，用于控制機械的生產(chǎn)過程。也是公共有限公司、電源線車等的名稱縮寫。鉆床是一種用途廣泛的萬能機床，可進行鉆孔、擴孔、鉸孔、攻螺紋及修刮斷面等多種形式的加工。鉆床按結(jié)構(gòu)型式可分為立式鉆床、臥式鉆床、搖臂鉆床、深孔鉆床、臺式鉆床等。在各種鉆床中，搖臂鉆床操作方便，靈活，使用范圍廣，特別適用于帶有多孔大型工件的孔加工，式機械加工中床用的機床設備，具有典型性。關鍵詞 PLC 鉆床 Z3040搖臂鉆床 目 錄一、 PLC應用系統(tǒng)設計的內(nèi)容和步驟61、 PLC的控制系統(tǒng)設計的基本原則62、PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟6二、 PLC的選擇61、PLC的機型選擇62、PLC的容量選擇7三、搖臂鉆床簡介

4、7四、Z3040型搖臂鉆床結(jié)構(gòu)與運動形式8五、電氣控制電路分析81、主電路分析82、控制電路分析93、照明與信號指示電路分析114、Z3040型搖臂鉆床電氣控制特點11六、Z3040型搖臂鉆床電力控制電路圖13七、Z3040型搖臂鉆床電力控制梯形圖14謝 辭18參考文獻192222一、 PLC應用系統(tǒng)設計的內(nèi)容和步驟1、 PLC的控制系統(tǒng)設計的基本原則任何一種電器控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)生產(chǎn)設備或生產(chǎn)過程的控制要求和工藝需要，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。2、PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟設計PLC應用系統(tǒng)時，首先是進行PLC應用系統(tǒng)的功能設計，即根據(jù)被控對象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和

5、因此必備的條件。然后是進行PLC應用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機型和系統(tǒng)的具體配置。   PLC控制系統(tǒng)設計可以按以下步驟進行。2.1 熟悉被空對象，制定指控方案   2.2 確定I/O設備  2.3 選擇PLC  2.5 設計軟件及硬件2.6 聯(lián)機調(diào)試 2.7 整理技術文件 二、 PLC的選擇1、PLC的機型選擇1.1 合理的結(jié)構(gòu)型式1.2 安裝方式的選擇1.3 相當?shù)墓δ芤?.4 響應速度的要求1.5系統(tǒng)可靠性的要求1

6、.6機型統(tǒng)一   2、PLC的容量選擇2.1 PLC的容量包括I/O點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。2.2 I/O模塊的選擇（1）開關量輸入模塊的選擇 （2）開關量輸出模塊的選擇 （3）電源模塊及其他外設的選擇 電源模塊的選擇 編程器的選擇 寫入器的選擇三、搖臂鉆床簡介鉆床是一種用途廣泛的萬能機床，可進行鉆孔、擴孔、鉸孔、攻螺紋及修刮斷面等多種形式的加工。鉆床按結(jié)構(gòu)型式可分為立式鉆床、臥式鉆床、搖臂鉆床、深孔鉆床、臺式鉆床等。四、Z3040型搖臂鉆床結(jié)構(gòu)與運動形式搖臂鉆床一般由底座、內(nèi)外立柱、搖臂、主軸箱和工作臺等部件組成，如果

7、3-3所示。內(nèi)立柱固定在底座的一端，外立柱套在內(nèi)柱上，并可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)360°。搖臂的一端為套筒，塔套在外立柱上，借助于升降絲桿的正反向旋轉(zhuǎn)，搖臂可沿外立柱上下移動。由于升降螺母固定在搖臂上，所以搖臂只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱式一個復合的部件，它由主電動機、主軸和主軸傳動機構(gòu)、進給和變速機構(gòu)以及機床的操作機構(gòu)等部分組成。主軸箱安裝在搖臂的水平導軌上，通過手輪操作可是主軸箱沿搖臂水平導軌作徑向運動。這樣，主軸5可通過主軸箱在搖臂上的水平移動及搖臂的回轉(zhuǎn)可方便的調(diào)整至機床尺寸范圍內(nèi)的任意位置。為適應加工不同高度工件的需要，可調(diào)節(jié)搖臂在立柱上的位置。Z3040鉆床中，主軸箱沿搖臂

8、的徑向運動和搖臂的回轉(zhuǎn)運動為手動調(diào)整。 鉆削加工時，主軸旋轉(zhuǎn)為主運動，主軸的縱向運動為進給運動，即轉(zhuǎn)頭一面旋轉(zhuǎn)一面作縱向進給。此時主軸箱夾緊在搖臂的水平導軌上，搖臂與外立柱加緊在內(nèi)立柱上。輔助運動有：搖臂沿外立柱的上下垂直移動；主軸箱沿搖臂水平導軌的徑向移動；搖臂的回轉(zhuǎn)運動。五、電氣控制電路分析在Z3040型搖臂鉆床電氣原理圖中M1為主軸電動機，M2為搖臂升降電動機，M3為液壓泵電動機，M4為冷卻泵電動機。 主軸箱上裝有4個按鈕SB2、SB1、SB3與SB4分別是主電動機起動、停止按鈕，搖臂上升、下降按鈕。主軸箱轉(zhuǎn)盤上的2個按鈕SB5、SB6分別為主軸箱及立柱松開按鈕和夾緊按鈕。轉(zhuǎn)盤為主軸箱左

9、右移動按鈕，操縱桿則操縱主軸的垂直移動，兩者均為手動。主軸也可機動進給。1、主電路分析 三相電源由低壓斷路器QS控制。M1為單向旋轉(zhuǎn)，由接觸器KM1控制。主軸的正反轉(zhuǎn)式另一套由主軸電動機拖動齒輪泵送出壓力油的液壓系統(tǒng)，經(jīng)“主軸變速、正反轉(zhuǎn)及空擋” 操作手柄來獲得的。M1由熱繼電器FR1作過載保護。 M2由正反轉(zhuǎn)接觸器KM2、KM3 控制實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，因搖臂移動是短時的，不用設過載保護，但與搖臂的放松與夾緊之間有一定的配合關系，這由控制電路去保證。 M3由接觸器KM4、KM5控制實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，設有熱繼電器FR2作過載保護。 M4電動容量小，僅0.125kW，由開關SA1控制起動、停止。2、控制電路分

10、析 2.1 主軸電動機控制 由按鈕SB1、SB2與接觸器KM1構(gòu)成主軸電動機起動-停止控制電路，M1啟動后，指示燈HL3亮，表示主軸電動機在旋轉(zhuǎn)。 2.2 搖臂升降及夾緊、放松控制 搖臂鉆床工作時搖臂應夾緊在外立柱上，發(fā)出搖臂移動信號后，須先松開夾緊裝置，當搖臂移動到位后，夾緊裝置，再將搖臂夾緊。本電路能自動完成這一過程。由搖臂上升按鈕SB3、下降按鈕SB4及正反轉(zhuǎn)接觸器KM2KM3組成具有雙重互鎖的電動機正反轉(zhuǎn)點動控制電路。由于搖臂的升降控制與夾緊的機構(gòu)液壓系統(tǒng)密切配合，所以與液壓泵電動機的控制密切相關。液壓泵電動機正反轉(zhuǎn)由正反轉(zhuǎn)接觸器KM4、KM5控制，拖動雙向液壓泵，送出壓力油，經(jīng)二位六

11、通閥送至搖臂夾緊機構(gòu)實現(xiàn)加緊與放松。下面以搖臂上升為例分析搖臂升降及夾緊、放松的控制。按下?lián)u臂上升點動按鈕SB3，時間繼電器KT通電吸合，瞬時常開觸頭KT（12-14）、KT（1-17）閉合，前者使KM4線圈通電吸合，后者使電磁閥YV線圈通電。于是液壓泵電動機M3正傳起動，拖動液壓泵送出壓力油，經(jīng)二位六通閥進入搖臂松開油腔，推動活塞合菱形塊，使搖臂松開。同時活塞桿通過彈簧片亞東行程開關SQ2，使其常閉觸頭SQ2(6-13)斷開，接觸器KM4斷電釋放，液壓泵電動機停止旋轉(zhuǎn)，搖臂維持在松開狀態(tài)；同時，SQ2常開觸頭SQ2（6-7）閉合，使KM2線圈通電吸合，搖臂升降電動機M2起動旋轉(zhuǎn)，拖動搖臂上升

12、。 當搖臂上升到預定位置，松開上升按鈕SB3,KM2、KT線圈通電，M2依慣性旋轉(zhuǎn)至停止，搖臂停止上升。經(jīng)延時、KT(17-18)閉合，KM5線圈通電，使液壓泵電動機M3反轉(zhuǎn)，觸頭KT（1-17）斷開，電磁閥YV斷電。送出的壓力油經(jīng)里一條油路流入二位六通閥，再進入搖臂夾緊油腔，反向推動活塞與菱形塊，使搖臂夾緊。值得注意的是，在KT斷電延時的13s完全停止旋轉(zhuǎn)后，才開始搖臂的夾緊動作，素以KT延時長短依M2電動機切斷電源到完全停止的慣性大小來調(diào)整。 當搖臂夾緊后，活塞桿通過彈簧片壓動行程開關SQ3，使SQ3（1-17）斷開，KM5、線圈斷電，M3停止旋轉(zhuǎn)，搖臂夾緊完成。搖臂夾緊的行程開關SQ3應

13、調(diào)整到搖臂夾緊后能夠動作，若調(diào)整不當搖臂夾緊后仍不能動作，會是液壓泵電動機M3長期工作而過載。為防止由于長期過載而損壞液壓泵電動機，電動機M3雖短時運行，也仍采用熱繼電器作過載保護。搖臂升降的極限保護由組合開關SQ1來實現(xiàn)。SQ1由兩對常閉觸頭，當搖臂上升或下降到極限位置時相應常閉觸頭斷開，切斷對應的上升或下降接觸器KM2與KM3線圈電路，使M2停止，搖臂停止移動，實現(xiàn)極限位置保護。此時可按下反方向移動起動按鈕，使M2反響旋轉(zhuǎn)，拖動搖臂反向移動。 2.3 主軸箱與立柱的夾緊、放松控制 立柱與主軸箱均采用液壓操縱加緊與放松，兩者是同時進行的，工作時要求二位六通閥YV不通電。松開與夾緊分別有松開按

14、鈕SB5和夾緊按鈕SB6控制。指示燈HL1、HL2指示其動作。按下松開按鈕SB5時，KM4線圈通電吸合，M3點擊正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油，此時電磁閥線圈YV不通電，其提供的高壓油經(jīng)二位六通閥到另一油路，進入立柱與主軸箱松開油腔，推動活塞和菱形塊使立柱和主軸箱同時松開。當立柱與主軸箱松開后，行程開關SQ4不受壓復位，觸頭SQ4（101-102）閉合，指示燈HL1兩，表明立柱與主軸箱已松開。于是可以手動操作主軸箱在搖臂的水平軌道上移動。當移動到位，按下夾緊按鈕SB6時，KM5線圈通電吸合，M3電機反轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油至夾緊油腔，使立柱與主軸箱同時夾緊。當確已夾緊，壓下SQ4，觸頭SQ4（1

15、01-102）斷開，HL1燈滅，觸頭SQ4（101-103）閉合，HL2燈亮，指示立柱與主軸箱均已夾緊，可以進行鉆削加工。 2.4 冷卻泵電動機M4的控制 M4電動機由開關SA1手動控制、單向旋轉(zhuǎn)。 2.5 聯(lián)鎖與保護環(huán)節(jié) SQ1行程開關實現(xiàn)搖臂上升與下降的限位保護。SQ2行程開關實現(xiàn)搖臂松開到位，開始升降的聯(lián)鎖。SQ3行程開關實現(xiàn)搖臂完全夾緊，液壓泵電動機M3停止運轉(zhuǎn)的聯(lián)鎖。KT時間繼電器實現(xiàn)升降電動機M2斷開電源、帶M2停止后在進行夾緊的聯(lián)鎖。M2電動機正反轉(zhuǎn)具有雙重互鎖，M3電動機正反轉(zhuǎn)具有電氣互鎖。SB5、SB6立柱與主軸箱松開、夾緊按鈕的常閉觸頭串接在電磁閥YV線圈電路中，實現(xiàn)露珠與

16、主軸箱松開、夾緊操作時，壓力油至進入立柱與主軸箱夾緊油腔而不進入搖臂夾緊油腔的聯(lián)鎖。熔斷器FU1FU3實現(xiàn)電路的短路保護。熱繼電器FR1、FR2為電動機M1、M3的過載保護。3、照明與信號指示電路分析HL1為主軸箱與立柱松開指示燈，燈亮表示已松開，可以手動操作主軸箱沿搖臂移動或推動搖臂回轉(zhuǎn)。HL2為主軸箱與立柱加緊指示燈，燈亮表示已夾緊，可以進行鉆削加工。 HL3為主軸箱旋轉(zhuǎn)工作指示燈。 4、Z3040型搖臂鉆床電氣控制特點 (1) Z3040型搖臂鉆床是機、電、液的綜合控制。機床由二套液壓系統(tǒng)：一套是單向旋轉(zhuǎn)的主軸電動機拖動齒輪泵送出壓力油，通過操作手柄來操縱機構(gòu)實現(xiàn)軸正、反轉(zhuǎn)、停車制動、空

17、擋、預選與變速的操縱機構(gòu)液壓系統(tǒng)：另一套使由液壓泵電動機拖動液壓泵送出壓力油來實現(xiàn)搖臂的夾緊與松開、主軸箱和立柱的夾緊和放松的夾緊機構(gòu)液壓系統(tǒng)。 (2) 搖臂的升降控制與搖臂夾緊放松的控制有嚴格的程序要求，以確保先松開，再移動，移動到位后自動加緊。所以對M3、M2電動機的控制有嚴格程序要求，這些由電氣控制電路控制，液壓、機械配合來實現(xiàn)。(3) 電路具有完善的保護和聯(lián)鎖。由明顯的先好指示。六、Z3040型搖臂鉆床電力控制電路圖七、Z3040型搖臂鉆床電力控制梯形圖結(jié) 束 語本課題所研究的基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計實現(xiàn)了Z3040搖臂鉆床的控制自動化，方便了工人在生產(chǎn)中對機床的實際操作

18、?？删幊炭刂破魇且环N廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場的新型控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾性強，編程方便等特點，本課題采用PLC自動控制技術取代了傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對Z3040搖臂鉆床的自動控制，從而提高了機床的工作效率、工作穩(wěn)定性和可靠性，而且，還大大降低了工人的勞動強度，改善了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低了設備故障率，提高了生產(chǎn)率。謝 辭我的畢業(yè)論文到這里就收尾了，這也意味著我吉林省農(nóng)業(yè)工程職業(yè)技術學院三年的學習生活即將結(jié)束?；厥滓酝约阂簧顚氋F的時光能于這樣的校園之中，能在眾多學富五車、才華橫溢的老師們的熏陶下度過，實是榮幸之極。在這三年的時間里，我在學習上和思想上都受益非淺。這除了自身努力外，與各位老師、同學和朋友的關心、支持和鼓勵是分不開的。論文的寫作是富有挑戰(zhàn)性的。在此，我特別要感謝我的指導老師王紅梅老師。從論文的選題、文獻的采集、框架的設計、結(jié)構(gòu)的布局到最終的論文定稿，從內(nèi)容到格式，從標題到標點，她都費盡心血。沒有范老師的辛勤栽培、孜孜教誨，就沒有我論文的順利完成。時間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤。懇請閱讀此篇論文的老師、同學，多予指正，不勝感激！謝謝！。 參考文獻1 ：趙明 許琴編工廠電氣控制設備第二版 北京機械工