【基于PLC的搖臂鉆床的控制系統(tǒng)設計7800字（論文）】

基于PLC的搖臂鉆床的控制系統(tǒng)設計摘要本課題是對Z3040型搖臂鉆床的操控系統(tǒng)進行改造，是采用PLC來對Z3040型搖臂鉆床在電氣控制系統(tǒng)發(fā)生的問題來針對并加以改進。在掌握Z3040鉆床的操控原理并加以分析后，找到合適的PLC，PLC的型號是通過輸入點的點數(shù)以及輸出點的點數(shù)來確定的，本次設計輸入點數(shù)：17，輸出點數(shù)：12，本次設計選取PLC的型號為FX2N-48MR，再繪制出PLC的接線圖、電氣控制圖、Z3040搖臂鉆床的控制梯形圖等，用PLC改進后的Z3040型搖臂鉆床，有效的簡化了之前復雜的線路，鉆床的日常維護和維修簡單，故障率降低，使用壽命也隨之提高，成本卻比之前要低。關鍵詞：PLC；Z3040型鉆床；改造。目錄TOC\o"1-3"\h\u20945第1章綜述 145151.1PLC的發(fā)展及現(xiàn)狀 1140751.2本課題任務 131293第2章Z3040搖臂鉆床鉆床的電氣控制分析 2126812.1Z3040型搖臂鉆床的組成結構分析 2306242.1.1Z3040型搖臂鉆床主要的運動方式： 2214692.2電力拖動 372462.3電氣控制系統(tǒng)分析 4126572.3.1主電路分析 5217172.3.2控制電路分析 5306392.4照明和指示電路分析 719872.5電氣控制的特點 820109第3章Z3040搖臂鉆床PLC控制系統(tǒng)的設計 9128803.1PLC型號的選擇 9202813.2I/O地址的分配 1077183.3PLC的I/O接線圖 1230923.4梯形圖的繪制 137052結束語 1525747參考文獻 16第1章綜述1.1PLC的發(fā)展及現(xiàn)狀PLC發(fā)展動態(tài)：當前來看，伴著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，PLC早已不是之前的一位機了，現(xiàn)在已然發(fā)展到十六位微處理器和三十二位微處理器，它們所建成的微機化PC，當今的PLC技術是很成熟的。（1）PLC的組成結構：雖然存在著不同種類的PLC，但這些PLC的組成卻大致相同，基本上是由存儲器、CPU、I/O接口和電源等其他結構組成。其中主要的結構有中央處理器即CPU，CPU是整個PLC中最重要的組成結構，其作用是接收輸入的信息，判斷程序是否正確，執(zhí)行程序的運作等各種操作。(2)PLC的工作原理：PLC是遵循了“順序掃描，周期循環(huán)”來實現(xiàn)運作的，工作時的PLC大致分為三個時期，分別為對輸入的信息進行采樣的階段、完成程序運作的階段、輸出刷新的階段，當PLC開始工作的時候，中央處理器通過編寫好的程序開始遵循每一步的運行，并進行周期的循環(huán)，假如沒有跳轉的命令的時候，就要在最開始的命令進行運行，一直到這個程序的最后一條命令，之后再從頭開始往復的運行，但在新的掃描中不僅要采樣輸入的信息，還要刷新輸送過程。(3)PLC的優(yōu)點和缺點：優(yōu)點是容易學習，操作簡單；體積比之前的要小得多，功耗和成本與之前對比的話也得到顯著的減少，而且控制功能也得到增強，與之前所對比的話，它的可靠性和檢測都有大幅度的提升；擁有著簡便的維護和維修方法。缺點是不能做專用控制器，比如做一些有特色的產(chǎn)品時，或者特殊控制時，就不如單片機來的方便。目前，生產(chǎn)PLC的廠家有非常多家，品種也高達四百多，其中PLC的代表產(chǎn)品有：三菱電機、松下、西門子、施耐德、歐姆龍等。。PLC應用的范圍是非常大的，尤其是在化工產(chǎn)業(yè)、建筑建材產(chǎn)業(yè)、食品產(chǎn)業(yè)、環(huán)保產(chǎn)業(yè)、機械制造產(chǎn)業(yè)等一系列應用的極為廣泛也極其方便，同時PLC也可以進行對以前機器設備的改造。1.2本課題任務傳統(tǒng)鉆床的繼電器有很多的缺點，如有很高的故障率，繼電器的體積大等一系列缺點，正因為這些缺點的存在，傳統(tǒng)繼電器被漸漸的淘汰。在我國的機械行業(yè)中金屬切削機床的應用尤為廣泛，但大多采用的都是傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制，從而會產(chǎn)生相當復雜的電路，所以當機器工作時時常會產(chǎn)生故障等一系列的問題，對設備的正常運作產(chǎn)生影響，本課題的任務是采用PLC來對Z3040型搖臂鉆床在電氣控制系統(tǒng)發(fā)生的問題來針對并加以改進。第2章Z3040搖臂鉆床鉆床的電氣控制分析2.1Z3040型搖臂鉆床的組成結構分析1-底座；2-內(nèi)立柱；3-外立柱；4-搖臂5-主軸箱；6-主軸；7-工作臺圖2.1Z3040搖臂鉆床的結構示意圖Z3040型搖臂鉆床的組成如圖2.1所示主要包括底座、搖臂、工作臺、主軸箱等，底座與內(nèi)力柱相連且底座在內(nèi)力柱之下，而外力柱則是包裹在其外做旋轉運動。主軸箱的組成較為復雜，它所安裝的位置是位于搖臂導軌上，利用手輪控制它與搖臂相組合做平移運動，還可以改為手動以適應各種高度。套筒是依附在搖臂的一邊的，外立柱就是被套筒所套住的，搖臂之所以可以在外立柱上做垂直的移動，正是因為它利用了升降絲杠來回的轉動來實現(xiàn)的。正是因為搖臂上的升降螺母是不可移動的，所以搖臂不能做其他的運動，只可以圍繞著內(nèi)立柱和外立柱一同做回轉運動。2.1.1Z3040型搖臂鉆床主要的運動方式：主運動：在鉆床進行鉆削的時候，主運動是通過搖臂鉆床的主軸從而使得鉆床鉆頭所發(fā)生的運動。進給運動:搖臂鉆床鉆頭直上直下的運動，也就是主軸的縱向的運動。輔助運動：通過側邊圓柱工件使得搖臂做上下運動，通過導軌可以使箱體沿著自身運動。2.2電力拖動（1）此鉆床有較多的部件，大都是簡化后的傳輸運動的部件，需要很多電動機來進行運動，如圖中所介紹的四個電機。此鉆床的主軸所發(fā)生的運動主要是來自進給運動和主運動，因此它需要一部電動機。（2）控制要求1）圖中所介紹的四個電機有較小的容量，所以不能采用其他方式來啟動，只能使用的方式為直接啟動。2）M2要做到正反轉，M3的作用是把相反流向的液壓油通過液壓泵來傳輸出去，從而帶動活塞，使得活塞運動，通過此活塞運動得到了搖臂等部件的放松與夾緊。所以M3要做到正反轉。3）如果搖臂要進行運動的話，要依照搖臂松開，之后是移動，最后要移動準確的位置后使得搖臂夾緊，所以之前所介紹的程序來使得搖臂進行放松和夾緊。4）當我們進行鉆削時，通過M4來帶動冷卻泵，使得冷卻泵中的冷卻液來對鉆頭實現(xiàn)冷卻。5）需要必要的互鎖和保護鏈接。6）要帶有信息提示電路和鉆床安全照亮電路。2.3電氣控制系統(tǒng)分析如圖2.2為Z3040搖臂鉆床的電氣電氣控制示意圖。圖2.2Z3040搖臂鉆床電氣控制示意圖圖2.2為Z3040搖臂鉆床的電氣電氣控制示意圖，其中M1、M2、M3、M4分別是鉆床的主軸電動機、搖臂升降電動機、液壓電動機、冷卻泵電動機。圖2.2上有四個控制電器元件，分別為SB1(停止開關)、SB2（主電動機的運動開關）、SB3(控制搖臂來進行向上的開關）、SB4（控制搖臂來進行向下的開關），這四個控制電器元件統(tǒng)一安裝在主軸箱的上面。其中還有兩個控制電器元件SB5（控制主軸箱松開的開關和松開立柱的開關），SB6（控制主軸箱夾緊的開關和夾緊立柱的開關）是位于主軸箱的旋轉輪盤的上方，主軸箱可以利用轉盤來進行左右移動,主軸的上下往復運動則是利用操控桿來進行的,其中雙方都是手動的，主軸用機動進給也是允許的。2.3.1主電路分析其中QS（低壓斷路器）是來進行控制三相電源的。主軸電動機是單項轉動的，它是被KM1（接觸器)來進行控制的。主軸前進和后退這是另一種液壓系統(tǒng)，由主軸電動機驅動，以驅動齒輪泵以輸出壓力油。后“主軸的加速與減速，前后運動，空檔”通過控制手柄來進行得到的，F(xiàn)R1（熱繼電器）的作用是用來對M1（主軸電動機）進行過載保護的。KM2（正轉接觸器）和KM3（反轉接觸器）的作用是用來操控M2（搖臂升降電動機）來進行正轉和反轉的，又因為搖臂的運動時間是非常短的，用不到添加過載保護，又因為M2和搖臂的放松和夾緊有著部分的協(xié)作關系，所以要用控制電路來確保。KM4和KM5為接觸器，起作用為操控M3來實現(xiàn)往復轉動，由FR2來進行過載保護。M4容量為0，125KW，SAI是來對M4進行操控的，其作用是操控M4開始與終止。2.3.2控制電路分析（1）主軸電動機控制KM1和兩個開關SB1,SB2所形成的電路，此電路為主軸電動機的啟動到電動機的停止。M1開始運行的時候，HL3就會隨著發(fā)出亮光，這樣就代表著主軸電動機正在轉動。搖臂的上下運動、夾緊、松動操控鉆孔機在運作的時候，應將搖臂禁錮，并放外立柱的上面，產(chǎn)生搖臂要開始運作的消息之后，首先放開禁錮設備。它運動到合適位置的時候，搖臂又一次被夾緊設備夾緊。（2）KM2與KM3和SB3(控制搖臂來進行向上的開關）、SB4（控制搖臂來進行向下的開關）之間構成擁有著兩聯(lián)鎖的電機前后運動用點來進行操控的電路。因為搖臂的上下操縱一定和夾緊部件的液壓系統(tǒng)緊緊結合。因此和液壓泵馬達的控制是不能分開的。液壓泵馬達的往復運動正是KM4和KM5的進行下實現(xiàn)的，運作二路液壓泵使得壓力油向外排出，壓力油通過二位六通閥使得夾緊機構進行下一步運動。啟動開關SB3(控制搖臂來進行向上的開關），使得KT發(fā)生產(chǎn)生電流并進行吸合，KM4因為之前KT所以進行了線圈通電吸合。所以M3開始運動時是正面旋轉的，壓力油通過驅動液壓泵使得液壓油流入搖臂松開油腔，然后推動活塞和菱形塊松開搖臂。當活塞桿運動到SQ2這地方時，SQ2會關閉，與此同時KM4會關閉電源再放出，液壓泵馬達也不會再開始工作，搖臂也會不工作。其SQ2處于閉合狀態(tài)的話，KM2就會讓電圈通電隨之吸合，控制鉆床以搖臂上下運動的馬達M2會開始運動，并使搖臂向上做運動。搖臂運動到之前所指定的地方時，應當關閉開關SB3，并關閉KT和KM2（正轉接觸器），由于之前開關的關閉，M2就會停止但由于慣性的緣由會再運動一段時間，當M2完全停止時，搖臂也就不會再向上移動。一段時間之后KT關閉，KM5開始工作，隨之M3就會相反方向運動，KT關閉連接，YV不供電。以前的壓力油就會進到二位六通閥中，再從二位六通閥中流出，隨之流入到使得搖臂夾緊狀態(tài)的油腔當中，把菱形塊和活塞往反方向的位置運動，之后鉆床搖臂就會處于夾緊的狀態(tài)。然而，當KT處于不供電的狀態(tài)時，隨后的一到三秒之內(nèi)，KM5還是不供電的，但是YV與KM5截然相反，之后控制橫梁上升下降的馬達處于不供電狀態(tài)下，由于慣性的作用在停止后的一道三秒才停止完畢，之后才能使得搖臂夾緊，這就說明了M2斷開電源后，再到最終處于不運動的慣性是用來調(diào)節(jié)KT延時的長短。搖臂處于夾緊狀態(tài)之下，SQ3在活塞桿經(jīng)過時關閉，KM5和線圈也會不供電，隨之M3會終止運動，這樣就夾緊了搖臂。用來控制鉆床搖臂夾緊的SQ3要是沒有調(diào)整到位的話就不會正常的工作，這樣會導致M3會高頻率工作，從而發(fā)生過載的現(xiàn)象。雖然M3運行的時間非常短，但是考慮到過載會傷害液壓泵馬達，M3也會和之前一樣用到熱繼電器來做過載保護。

當搖臂上下移動到極限的位置后，就會通過開關SQ1來進行保護。SQ1擁有2個經(jīng)常關閉的觸頭，其作用是，如果搖臂上下移動到極限的位置后，觸頭就會發(fā)生變化斷開連接，搖臂向上移動或向下移動到極限位置時就會把相對照的KM2或KM3的線圈電路斷開，從而M2就會終止運作，搖臂也不進行運動，得到了對極限位置的保護。與此同時，當啟動控制往對立面運作的開關時，M2就會往相反的位置運動，從而使得搖臂也對著對立方向運動。（3）主軸箱應用控制放松和夾緊的方法是液壓的方式，立柱應用控制放松和夾緊的方法也是和主軸箱是相同的，立柱與主軸箱是一起運作的，當開始運作后對YV的要求是不能進行通電的。開關SB5的作用是用來操控松開命令的，動作是通過HL1來進行指示的；開關SB6的作用是用來操控夾緊命令的，動作是通過HL2來進行指示的。當啟動開關SB5,KM4處于吸合狀態(tài)，M3正轉后，液壓油在液壓泵的作用下輸送出去，這時YM沒有通電，在二位六通閥的作用之下，高壓油流入到其他油路，當?shù)竭_主軸箱松開油箱和立柱松開油箱后，通過對菱形塊以及活塞的移動使得主軸箱與立柱一同停止工作，主軸箱停止工作且立柱也停止工作的時候，壓復位就不會影響到控制運行路程的按鈕SQ4了，當SQ4關閉的時候，HL1就會隨之亮起，這就代表著主軸箱時處于松開的狀態(tài)的，而立柱也和主軸箱所處的狀態(tài)時相同的，也是處于松開的。在搖臂上主軸箱不僅可以通過自動控制的方式來實現(xiàn)在導軌上的橫向運動，也可以通過手動控制的方式來實現(xiàn)在導軌上的橫向運動。主軸箱運動到合適位置時，通過開關SB6的啟動，在吸電的作用下KM5線圈吸合，液壓油通過M3馬達向相反方向的運動使得液壓泵運動，從而液壓油在此運動下會流入夾緊的油腔當中，此操作使得主軸箱處于夾緊的狀態(tài)，HL1就會隨之亮起，這就代表著它是正在處于松開的狀態(tài)的，而立柱也和主軸箱所處的狀態(tài)時相同的，也是處于松開的。在搖臂上主軸箱不僅可以通過自動控制的方式來實現(xiàn)在導軌上的橫向運動，也可以通過手動控制的方式來實現(xiàn)在導軌上的橫向運動。而立柱的狀態(tài)與主軸箱的狀態(tài)時一樣的，也是處于夾緊的狀態(tài)。兩者一起夾緊后，按動開關SQ4，指示燈HL1隨之停止與運行，就代表著SQ4觸頭的分開與結合，如果要使鉆床開始工作并鉆削時，就要確保主軸箱是否是處于夾緊的狀態(tài)，立柱是否也如同主軸箱一樣處于夾緊的狀態(tài)。（4）對M4操控M4馬達是通過SA1實現(xiàn)一個方向運動和人為的操控。（5）連鎖和確保安全：SQ1的作用是確保鉆床搖臂向上和向下運動超出極限位置。SQ2的作用是保證搖臂完全的松開，上下運動的聯(lián)鎖。SQ3的作用是保證搖臂夾緊到位，使M3終止運動。M2對向相反位置運動兩者進行了相互鎖定。M3對向相反位置運動進行了電氣的互相鎖定。KT的作用是確?？刂茡u臂向上向下的M2的電源停止，當M2完全不運動時就會實現(xiàn)夾緊聯(lián)鎖。在YV線圈電路當中，夾緊開關其中經(jīng)常處于關閉的觸頭與之連接、SB5和SB6是和主軸箱沒有夾緊的，而是處于松開的狀態(tài)，當兩者處于夾緊和松開的狀態(tài)時，搖臂夾緊的油腔當中就不會有液壓油的流入，這些壓力油會流入兩者夾緊的油腔中。FU1、FU2、FU3、FU4、FU5的作用時對發(fā)生短路進行的保護。FR1是M1的過載保護，F(xiàn)R2是M3的過載保護。2.4照明和指示電路分析HL1的作用是當HL1亮起的時候就說明主軸箱和立柱之間是處于松開的狀態(tài)，當處于松開狀態(tài)時就允許人為操控主軸箱來對搖臂進行移動并使其做回轉運動。HL2的作用是當HL1亮起的時候就說明立柱和主軸箱之間是處于夾緊的狀態(tài)，允許對鉆床進行下一步的鉆削。HL3的作用是當主軸開始運行的時候燈就會亮起。EL的作用是為鉆床某些地方提供照明，是通過SA2進行操控的。2.5電氣控制的特點（1）Z3040搖臂鉆床的液壓系統(tǒng)可以分為兩類：一類為通過液壓馬達來驅動的液壓泵，把液壓油輸出后，通過輸送出的液壓油來控制立柱和主軸箱以及鉆床搖臂的放松與夾緊的系統(tǒng)；第二類是通過向一個方向運動的主軸馬達把液壓油向外輸送出去，利用手動操作控制主軸往復運動、終止、往反方向運動、提前選定和實現(xiàn)速度的不停變化的液壓系統(tǒng)。（2）對于操控鉆床搖臂進行向上向下的運動和控制搖臂進行放松與夾緊的要求較為苛刻,其中步驟很繁瑣，要做到在運動之前要保證是處于松開的狀態(tài)的，運動到合適位置的時候鉆床的搖臂就會自主實現(xiàn)夾緊。為保證之前操作完成的準確性，M2和M3所要實現(xiàn)的操控要求也是極為苛刻的，它們是通過電氣操控電路來進行保障的。（3）擁有信號燈來進行準確的指示，可以來實現(xiàn)對電路的進行進一步的保障與聯(lián)鎖。第3章Z3040搖臂鉆床PLC控制系統(tǒng)的設計3.1PLC型號的選擇選取合適的PLC應該是在達到設計所需要的條件，有較高的可靠性，安全性，在這些條件的前提下還要保證擁有更為簡便的操控。Z3040搖臂鉆床是通過很多電動機來進行驅動的系統(tǒng)，當應用PLC后，就要滿足以下幾個條件，第一個是M1向相對方向運行；第二是控制鉆床搖臂進行上下運動的馬達M2向相對方向運行；第三是M3向相對方向運行；第四是按照有預先設定的指令來執(zhí)行不同操控的延長時間的操控以及相互之間鎖定的操控。要應用何種的冷卻，還是要看不同的執(zhí)行方式，應用認為操作來對冷卻泵馬達進行基本的操控。對Z3040搖臂鉆床PLC的輸入點的數(shù)量和輸出點數(shù)量進行了大致的預估，如表3.1和表3.2所示。表3.1輸入點數(shù)統(tǒng)計表功能所占點數(shù)/個主軸電動機停止開關1主軸電動機正轉開關1主軸電動機反轉開關1搖臂向上向下運動電動機正轉開關1搖臂向上向下運動電動機反轉開關1液壓電動機的正轉開關1液壓電動機的反轉開關1搖臂向上運動極限位置開關1搖臂松開極限位置開關1搖臂夾緊極限位置開關1主軸箱、立柱松緊處于放松極限位置的開關1主軸箱、立柱松緊處于夾緊極限位置的開關1搖臂向下運動極限位置開關1主軸箱的關閉與打開極限位置的開關1主軸電動機的熱繼電器1搖臂向上向下運動點的熱繼電器1液壓電動機的熱繼電器1表3.SEQ圖表\*ARABIC2輸出點數(shù)統(tǒng)計表功能所占點數(shù)/個主軸電動機向正面旋轉的接觸器1主軸電動機向反面旋轉的接觸器1搖臂向上向下運動電動機往正面旋轉的接觸器1搖臂向上向下運動電動機往反面旋轉的接觸器1液壓電動機向正面旋轉的接觸器1液壓電動機向反面旋轉的接觸器1電磁閥1搖臂進行夾緊的控制指示燈1搖臂進行松開的控制指示燈1主軸箱、立柱松緊處于夾緊時的指示燈1主軸箱、立柱松緊處于松開時的指示燈1主軸電動機正在進行的指示燈1通過對Z3040搖臂鉆床的電氣控制的仔細研究，確定了Z3040搖臂鉆床存在輸入點數(shù)為17個；輸出的點數(shù)為12個，所以要選的PLC的點數(shù)要比Z3040搖臂鉆床的輸入點數(shù)和輸出點數(shù)之和還要多，應要留有余量。在確定了出入與輸出點的數(shù)量后，又經(jīng)過不同品牌的PLC對比之后，確定了采用三菱的FX2N-48MR-001來完成本次設計。3.2I/O地址的分配確定了Z3040搖臂鉆床存在輸入點數(shù)為17個；輸出的點數(shù)為12個后，通過對比之后確定了采用三菱的FX2N-48MR-001。表3.3為I/O地址的分配表。表3.3I/O地址分配表PLC輸入繼電器輸入設備實現(xiàn)功能代號X000主軸電動機停止開關SB1X001主軸電動機正轉開關SB2X002主軸電動機反轉開關SB3X003搖臂向上向下運動電動機正轉開關SB4X004搖臂向上向下運動電動機反轉開關SB5X005液壓電動機的正轉開關SB6X006液壓電動機的反轉開關SB7X007搖臂向上運動極限位置開關SQ1X010搖臂松開極限位置開關SQ2X011搖臂夾緊極限位置開關SQ3X012主軸箱、立柱松緊處于放松極限位置的開關SQ4X013主軸箱、立柱松緊處于夾緊極限位置的開關SQ5X014搖臂向下運動極限位置開關SQ6X015主軸箱的關閉與打開極限位置的開關SQ7X016主軸電動機的熱繼電器FR1X017搖臂向上向下運動點的熱繼電器FR2X020液壓電動機的熱繼電器FR3Y000主軸電動機向正面旋轉的接觸器KM1Y001主軸電動機向反面旋轉的接觸器KM2Y002搖臂向上向下運動電動機往正面旋轉的接觸器KM3Y003搖臂向上向下運動電動機往反面旋轉的接觸器KM4Y004液壓電動機向正面旋轉的接觸器KM5Y005液壓電動機向反面旋轉的接觸器KM6Y006電磁閥YVY007搖臂進行夾緊的控制指示燈HL1Y010搖臂進行松開的控制指示燈HL2Y011主軸箱、立柱松緊處于夾緊時的指示燈HL3Y012主軸箱、立柱松緊處于松開時的指示燈HL4Y013主軸電動機正在進行的指示燈HL53.3PLC的I/O接線圖根據(jù)表3.3I/O地址分配表，繪制出PLC的I/O接線圖圖3.1PLC的I/O接線圖3.4梯形圖的繪制如圖3.2為Z3040搖臂鉆床的PLC控制梯形圖圖3.2Z3040搖臂鉆床PLC控制梯形圖結束語本課題是采用PLC來對Z3040型搖臂鉆床在電氣控制系統(tǒng)發(fā)生的問題來針對并加以改進。在掌握Z3040鉆床的原理后，找到合適的P