2022年毕业设计方案PLC的摇臂钻床控制系统改造.docx

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1、基于 PLC的摇臂钻床掌握系统改造摘 要本设计是讨论机械加工中常用的Z3050 摇臂钻床传统电气掌握系统的改造问题, 旨在解决传统继电器接触器电气掌握系统存在的线路复杂、牢靠性稳固性差、故障诊断和排除费时费劲等难题；由于PLC 电气掌握系统与继电器接触器电气掌握系统相比，具有结构简洁，编程便利，调试周期短，牢靠性高，抗干扰才能强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点，因此，本设计对Z3050 摇臂钻床电气掌握系统的改造，将把PLC 掌握技术应用到改造方案中去，以提高摇臂钻床的工作性能；设计中分析了摇臂钻床的掌握原理，制定了可编程掌握器改造 Z3050 摇臂钻床电气掌握系统的掌握方案，完成了电

2、气掌握系统硬件和软件的设计，其中包括 PLC 机型的挑选、 I/O端口的安排、 I/O硬件接线图的绘制、 PLC 梯形图程序的设计；对PLC 掌握摇臂钻床的工作过程作了具体阐述，论述了采纳PLC取代传统继电器接触器电气掌握系统从而提高机床工作性能的方法，给出了相应的掌握原理及接线图；关键词： 可编程掌握器，摇臂钻床，梯形图，电气掌握系统一、 Z3050 摇臂钻床的掌握原理图1 / 19Z3050 摇臂钻床的结构及运动形式Z3050 摇臂钻床一般由底座、内外立柱、摇臂、主轴箱、和工作台等部件组成；Z3050 摇臂钻床的运动形式主运动 摇臂钻床主主轴带着钻头 刀具）的旋转运动；进给运动 摇臂钻床主

3、轴的垂直运动 手动或自动）；帮助运动帮助运动用来调整主轴 主电路分析三相电源由低压断路器 QS掌握；M1为单向旋转，由接触器 KM1掌握，主轴的正反转时另一套由主轴电动机拖动齿轮泵送出的压力油的液压系统，经“主轴变速，正反转及空挡”操作手柄来获得的；M1由热继电器 FR1作过载爱护；M2由正反转接触器 KM2、KM3掌握实现正反转，因摇臂移动是短时的，不用设计过载爱护，但其与摇臂的放松与夹紧之间有肯定的协作关系，这由掌握电路去保证；M3由接触器 KM4、KM5掌握实现正反转，设有热继电器FR2作过载爱护； M4电机容量小，仅 0.125KW,由开关 SA1掌握启动，停止；2）掌握电路分析1）

4、主轴电动机掌握 由按钮 SB2、SB1与接触器 KM1构成主轴电动机起动 - 停止掌握电路， M1起动后，指示灯 HL3亮，表示主轴电动机在旋转；2） 摇臂升降及夹紧、放松掌握摇臂钻床工作时摇臂应夹紧在外立柱上，发出摇臂移动信号后，须先松开夹紧装置，当摇臂移动到位后，夹紧装置再将摇臂 夹紧；本电路能自动完成这一过程；由摇臂上升按钮 SB3、下降按钮 SB4 及正反转接触器 KM2、KM3组成具有双重互锁的电动机正反转点动掌握电路，由于摇臂的升降掌握须与夹紧机构液压系统亲密协作，所以与液压泵电动机的掌握亲密相关；液压泵电动机正反转由正反转接触器 KM4、KM5掌握，拖动双向液压泵，送出压力油，经

5、二位六通阀送至摇臂夹紧机构实现夹紧与放松；下面以摇臂上升为例分析摇臂升降及夹紧、放松的掌握；按下摇臂上升点动按钮SB3，时间继电器KT 通电吸合，瞬动常开触头6 / 19KT23-25）KT1-29）闭合，前者使 KM4线圈通电吸合，后者使电磁阀 YV线圈通电；于是液压泵电动机 M3 正转起动，拖动液压泵送出压力油，经二位六通阀进入摇臂松开油腔，推动活塞和菱形块，使摇臂松开；同时活塞杆通过弹簧片压动行程开关 SQ2，其常闭触头 SQ29-23）断开，接触器 KM4断电释放，液压泵电动机停止旋转，摇臂爱护在松开状态；同时，SQ2 常开触头 SQ29-11）闭合，使KM2线圈通电吸合，摇臂升降电动

6、机M2起动旋转，拖动摇臂上升；当摇臂上升到预订位置，松开上升按钮SB3，KM2、KT 线圈断电， M2依惯性旋转至停止，摇臂停止上升；经延时， KT29-31）闭合， KM5 线圈通电，使液压泵电动机 M3反转，触头 KT1-29）断开，但 SQ3复位而使电磁阀 YV仍得电，送出的压进入摇臂夹紧油腔，反向推动活塞与菱形块，使摇臂夹紧；这段延时就确保了横梁升降电动机在断开电源依惯性旋转经13s 时间内， KM5线圈仍处于断电状态，而 YV 仍处于通电状态；这段延时就确保了横梁升降电动机在断开电源依惯性旋转经 13s 完全停止旋转才开头摇臂的夹紧动作，所以KT 延时长短依M2电动机切断电源到完全停

7、止的惯性大小来调整；当摇臂夹紧后，活塞杆通过弹簧片压动行程开关 SQ31-29）断开， KM5线圈断电， M3停止旋转， YV 线圈失电，摇臂夹紧完成；摇臂夹紧的行程开关 SQ3应调整到摇臂夹紧后能够动作，如调整不当摇臂夹紧后仍不能动作，会使液压泵电动机 M3长期工作而过载；为防止由于长期过载而损坏液压泵电动机，电动机M3虽短时运行，也仍采纳热继电器作过载爱护；摇臂升降的极限爱护由组合开关SQ1来实现； SQ1有两对常闭触头，当摇臂上升或下降到极限位置时相应常闭触头断开，切断对应的上升或下降接触器KM2 与 KM3线圈电路，使 M2 停止，摇臂停止移动，实现极限位置爱护；此时可按下反方移动起动

8、按钮，使 M2反向旋转，拖动摇臂反向移动；3）主轴箱与立柱的夹紧、放松掌握立柱与主轴箱均采纳液压操纵夹紧与放松，两者是同时进行的，工作时要求二位六通阀YV 不通电；松开与夹紧分别由松开按钮 SB5和夹紧按钮 SB6掌握；指示灯 HL1、HL2指示其动作；按下松开按钮 SB5时， KM4线圈通电吸合， M3电动机正转，拖动液压泵送出压力油，此时电磁阀线圈YV 不通电，其供应的高压油经二位六通电磁阀到另一油路，进入立柱与主轴箱松开油腔，推动活塞和菱形块使立柱与主轴箱同时松开；当立柱与主轴箱松开后，行程开关SQ4不受压复位，触头 SQ4101-107）闭合，指示灯 HL1亮，说明立柱与主轴箱已松开；

9、于是可以手动操作主轴箱正转摇臂的水平导轨上移动；当移动到位，按下夹紧按钮SB6时， KM5线圈通电吸合， M3 电机反转，拖动液压泵送出压力油至夹紧油腔，使立柱与主轴箱同时夹紧；当确已夹紧，压下SQ4，触头 SQ4闭合， HL2灯亮，指示立柱与主轴箱均已夹紧，可以进行钻削加工；4） 冷却泵电动机 M4的掌握 M4 电动机由开关 SA1手动掌握、单向旋转；5） 联锁与爱护环节：SQ1行程开关实现摇臂上升与下降的限位爱护；SQ2行程开关实现摇臂松开到位，开头升降的联锁；SQ3行程开关实现摇臂完全夹紧，液压泵电动机M3停止运转的联锁；KT 时间继电器实现升降电动机M2 断开电源，待 M2停止后再进行

10、夹紧的联锁；M2电动机正反转具有双重互锁 ,M3 电动机正反转具有电气互锁；SB5、SB6立柱与主轴箱松开、夹紧按钮的常闭触头串联在电磁阀YV线圈电路中，实现立柱与主轴箱松开、夹紧操作时，压力油只进入立柱与主轴箱夹紧油腔而不进入摇臂夹紧油腔的联锁；熔断器 FU1FU5实现电路的短路爱护；热继电器 FR1、FR2为电动机 M1、M3的过载爱护；Z3050 摇臂钻床电气掌握的特点1） Z3050 摇臂钻床是机、电、液的综合掌握；机床有二套液压系统：一套是由单向旋转的主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过操作手柄来操纵机构实现主轴正、反转、停车制动、空挡、预选与变速的操纵机构液压系统；另一套是由液压泵

11、电动机拖动液压泵送出压力油来实现摇臂的夹紧与松开、主轴箱和立柱的夹紧和放松的夹紧机构液压系统；2） 摇臂的升降掌握与摇臂夹紧放松的掌握有严格的程序要求，以确保先松开，再移动，移动到位后自动夹紧；所以对M3、M2 电动机的掌握有严格程序要求，这些由电气掌握电路保证；3） 电路具有完善的爱护和联锁，有明显的信号指示；摇臂升降后不能夹紧由摇臂夹紧的动作可知，夹紧动作的结果是由位置 开关 SQ3来完成的，假如 SQ3动作过早，会使 M3尚未夹紧就停转，常见的故障缘由是 SQ3安装位置不合适，或固定螺钉松动造成的SQ3移位，使 SQ3在摇臂夹紧动作尚未完成时就被压上，切断KM5回路， M3停转；判定此故

12、障时，第一判定是液压系统的故障，仍是电气系统故障，对电气方面的故障，应重新调整 SQ3的动作距离，固定好螺钉即可；3） 立柱和主轴箱不能夹紧和松开立柱和主轴箱不能夹紧和松开的可能原因是油路堵塞、接触器KM4 或 KM5 不能吸和所致；显现故障时，应检查按钮SB6、SB7的接线情形是否良好；如 KM4或 KM5能吸和， M3能运转，可排除电力方面的故障，就应请液压、机械修理人员检修油路，以确定是否是油路故障；4） 摇臂上升或下降限位爱护开关失灵组合开关 SQ1 的失灵分两种情形： 一是组合开关 SQ1 损坏， SQ1 触头不能因开关动作而闭合或接触不良使电路断开，由此使摇臂不能上升或下降；二是组

13、合开关SQ1不能动作，触头熔焊，使电路始终处于接通状态，当摇臂上升或下降到极限位置后，摇臂升降电动机M2 发生赌转，这时应立刻松开 SB4或 SB5；依据上述情形进行分析，找出故障缘由， 更换或修理失灵的组合开关 SQ1即可；5） 按下 SB6，立柱、主轴箱不能夹紧，使摇臂释放后就松开由于立柱、主轴箱的夹紧和放松机构采纳机械菱形快机构，所以这种故障多为机械故障缘由造成 成果可编程掌握器是一种广泛应用于工业现场的新型掌握器，具有结构简洁，抗 干扰性强，编程便利等特点，本课题采纳PLC自动掌握技术取代了传统继电器 接触器电气掌握系统，实现了对 Z3050 摇臂钻床的自动掌握，从而提高了机床的工作效

14、率、工作稳固性和牢靠性，而且，仍大大降低了修理人员的劳动强度，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和电控方面的学问又有了更加深刻的懂得和把握，为今后走向工作岗位从事相关工作奠定了很好的基础；2）不足之处由于时间、水平有限，仍有很多功能有待扩展、完善；主要是没有对所掌握 电动机的调速问题进行讨论，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行，属于有级调速，其加工范畴将受到某些限 制，系统仅限于规律开关量的掌握，对于PLC的很多高级指令没有应用到；以上问题有待今后进一步讨论解决；参考文献1 齐占庆主编，机床

15、电气掌握技术，第三版北京机械工业出版社，20052 张桂岭，浅谈现代 PLC的优势特点，自动化博览， 20034）， 66-673 李国厚主编， PLC原理与应用，北京清华高校出版社， 20054 齐占庆主编，机床电气自动掌握，北京机械工业出版社，19875 黄永红， PLC 输入输出点数的扩展方法，电工技术杂志，20023）， 47-496 扬湘洪， T68 镗床的 PLC掌握，机械制造与自动化， 20042）， 52-557 肖增文等著， PLC 在包装带热合机上的应用，电气自动化 ,20026 ），57-588 王永明， PLC 在高压发生器电气掌握系统的应用，电气自动化，2004,15

16、0-15110 邱公伟，可编程序掌握器网络通信及应用，北京清华高校出版社，2003， 1-511 李启光，用PLC 改造继电器电气线路中的技术讨论，北京机械工业学院， 20042）， 666712 李亚东，用 PLC实现位置掌握的方法，上海交通高校学报，20024），491-49313 王 培良， 发电机自 动检测的 PLC 电气掌握系 统， 电气自动化，20041）， 60-6114 李桂芹，提高PLC 电气掌握系统牢靠性的措施，电气自动化，20061）， 57-5815 梁首发， PLC 与工控机应用分析，工业外表与自动扮装置，20011） 40-4516 江梅， PLC在镗铣床掌握系统中

17、的应用，冶金动力，20013）62-6417 王淑英, 电器掌握与 PLC掌握技术，机械工业出版社， 20051）75-7918 陈在平、赵相宾，可编程掌握器技术与应用系统设计，机械工业出版社， 2002. In this phase input and output chip very cheap, so can a built-in very sound reserve capacity, it allows used to supplement omission for future expansion project and prepare it.Secondly, the tradi

18、tionaldesign scheme is, every job is a once moldings the inevitable caused engineering delays and increase costs. A PLC systems use the simplest standard bolt together. In such a connection next began writing PLC program or at least the program codes write detailed.The next stage is to install, inst

19、allation is a kind of complicated and expensive work, such as the install sensors, actuators, limitswitch system and the host of connection. Distributed PLC systems use serial links type pre-compiled, testing interface can be simplified install it have come at a huge cost advantage. PLC program most

20、 in this stage finish.Finally commissioning, and this is what is the advantage of PLC real were excavated part. Without any equipment in the first would work normally. Such is human nature, theres some omissions. And the traditional system changes, compared the time-consuming and expensive PLC desig

21、ner provided system built-in backup memory reserves, spare I/O and some spare much core cable, most of the changes to can be quickly and relatively cheap completed, another benefit is that all changes PLC has records, program degugging and modify wont because unrecorded lost. This is a regular syste

22、m often happens in the problem.There is an additional fifth stage, maintenance, once started work, and hand over the productionhas produced maintenance. Allequipment allhaveweaknesses, most equipment in the wrong mode spent much of their time. PLC system provides a very powerful tool to help diagnos

23、e failure.PLC的掌握优势任何掌握系统从概念到进入工厂工作都要经受四个阶段；PLC 系统在每一个阶段都有优势；第一个阶段是设计，对工厂的需要进行讨论和制定掌握策略，传统的运行平 台的设计和制造必需在设计进行前完成；PLC 系统仅仅需要的是一个模糊的关于机器的可能大小的想法和I/O数量的要求 多少输入和输出接口）；在这个阶段输入和输出芯片特别廉价，所以可以内置一个很健全的备用容量，它答应用来补充遗漏工程和为将来的扩充做预备；其次是设计，传统的方案是，每一项工作都是“一次成型”这不行防止的造成了工程拖延和增加成本；一个的PLC 系统使用最简洁的标准件螺栓连接在一起；在这样的连接下开头编写

24、 PLC程序或者至少是写入具体的程序规范）；下一阶段是安装，安装是一种繁琐和昂贵的工作，例如安装传感器、执行器、限制开关系统和主机的连接；分布式 PLC系统使用串行链路式的预编译，测试界面可以简化安装它带来了庞大的成本优势； PLC 的程序多数在这个阶段完成；最终是调试，而这正是PLC真正的优势被挖掘的部分；没有任何设备在第一次就正常工作；人性就是这样，总会有一些疏漏；与传统的系统变动情形的耗时和昂贵相比， PLC的设计师供应了系统的内置备用内储备量、备用I/O 和一些备用多芯电缆向，多数的变动能快速和相对廉价的完成，另一个好处是，全部的变化 PLC都有记录，程序的调试和修改不会由于没有被记录而遗失，这是一个常常发生在常规系统中的问题；仍有一个额外的第五阶段，爱护，一旦启动工作，并移交生产就产生了爱护的问题；全部设备都有缺点，大多数设备在错误的模式中度过了它们大部分的时间；PLC系统供应了一个特别强大的工具帮忙诊断故障；