PLC控制地Z3050型摇臂钻床电气控制.doc

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1、皖 西 学 院课程设计报告书系系 别别：机电学院专专 业业：13 电气学学 生生 姓姓 名名：学学 号：号：课程设计题目课程设计题目： PLC 控制的 Z3050 型摇臂钻床电气控制起起 迄迄 日日 期期:2016.5.16 - 2016.5.28课程设计地点课程设计地点:PLC 电气控制实验室指指 导导 教教 师师:翁志刚下达任务书日期: 2016 年 5 月 15 日目 录前言.11 Z3050 摇臂钻床的简介 .21.1 摇臂钻床的主要结构 .21.2 摇臂钻床的运动形式 .21.3 摇臂钻床电气拖动特点 .31.4 摇臂钻床及原理图说明 .42 系统元器件选型.52.1 Z3050 摇

2、臂钻床主回路元件表.52.2 PLC 的选型.62.3 硬件的设计 .62.4 PLC 的 I/O 分配.62.5 PLC 的外部接线图.83 程序的设计与仿真.93.1 梯形图程序设计 .93.1 仿真调试与结果.11参考文献.13致 谢.14前言摇臂钻床使用于单件或批量生产有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机械，由于其控制系统是采用继电器控制系统，电路接线复杂，出点多，长期使用后，故障多，故障排除困难。常常影响企业生产。PLC 具有可靠性强，使用方便，维护简单的优点。因此，利用 PLC 对摇臂钻床继电器控制线路进行改造，有利于提高设备的可靠性，使用率。正是由于PLC 控制系

3、统的种种优点，因此本次对 Z3050 摇臂钻床的电气控制系统，可以提高 Z3050 摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性，为工业生产的现代化带来生机。同时，提高了 PLC 编程水平和实践能力，为今后在实际工作中熟练使用PLC 进行工业系统的设计打好基础。1 1 Z3050Z3050 摇臂钻床的简介摇臂钻床的简介1.11.1 摇臂钻床的主要结构摇臂钻床的主要结构摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360 度。摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动。由于丝杆与外立柱练成一体，而升降螺母固定在摇臂上，

4、因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。1.21.2 摇臂钻床的运动形式摇臂钻床的运动形式当摇臂钻床进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进摇臂钻床给，其运动形式为：（1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；（2）进给运动为主轴的纵向进给；（3）辅助运动有：摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱

5、沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起内立柱的回转运动。Z3050 摇臂钻床实物图1.31.3 摇臂钻床电气拖动特点摇臂钻床电气拖动特点3.Z3050 摇臂钻床运动部件较多，为了简化传动装置，采用 4 台电机拖动。 ，他们分别是主轴电动机（M1） ，摇臂升降电动机（M2） ，液压泵电动机（M3）和冷却泵电动机（M4） ，这电动机都采用直接启动方式。4.为了适应多种形式的加工要求，摇臂钻床主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围，一般情况下由机械变速机构实现。主要变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。5.Z3050 摇臂钻床的主运动和进给运动为主轴的运动，为此这两项运动有一台主轴电动机拖动，分别经主

6、轴传动机构，进给传动机构实现主轴的旋转和进给。6.在加工螺纹时，要求主轴能正反转。摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法实现。因此主轴电动机仅需要单向旋转。1.41.4 摇臂钻床及原理图说明摇臂钻床及原理图说明 Z3050 摇臂钻床主电路图如下： 主电路分析：Z3050 摇臂钻床共有 4 台电动机，冷却泵电动机为开关直接启动，其余三台电动机采用接触器控制。M1 是主轴电动机由接触器 KM1 控制，只要求能单方向旋转。电动机型空机 Q1 能起到过载、短路、启动电流过大保护，而热继电器FR1 也起过载保护的作用，这样就形成了一个双重保护的作用。M2 是摇臂升降电动机，装设于主轴顶部，用 KM2 和 K

7、M3 来控制正反转。使用电动机型空开 Q2 进行保护。M3 是液压泵电动机，要求能够实现正反转，用 KM4 和 KM5 来控制正反转。电路中用电动机型开 Q3 和热继电器 FR2 进行双重保护。M4 冷却泵电动机，功率小，直接用开关控制启动与停止。QS1 KM1KR1QSMM1KM3MM4KR2MKM4M3KM5FU2MKM2M2FU1L1 L2 L32 系统元器件选型系统元器件选型2.12.1 Z3050Z3050 摇臂钻床主回路元件表摇臂钻床主回路元件表序号序号代号代号 名称名称规格规格/ /型号型号单位单位数量数量1M1电动机Y112M-4/4KW台12M2电动机Y90L-4/1.5KW

8、台13M3电动机Y801-4/0.55KW台14M4电动机Y2-7124/0.37KW台15KM1交流接触器LC1-D1210CC5N只16KM2交流接触器LC1-D0910CC5N只17KM3交流接触器LC1-D0910CC5N只18KM4交流接触器LC1-D0910CC5N只19KM5交流接触器LC1-D0910CC5N只110KM6交流接触器LC1-D0910CC5N只111Q空开NS100N/16A只112Q1空开GV2M10C/10A只113Q2空开GV2M04C/2A只114Q3空开GV2M01C/1A只115Q4空开GV2M01C/1A只116FR1热继电器LR2-D1312C/

9、8A只117FR2热继电器LR2-D1205C/1.6A只12.22.2 PLCPLC 的选型的选型摇臂钻床的电气控制系统需要 12 个输入口和 6 个输出口，PLC 的实际输出点数应等于或大于所需输入点数 12，PLC 的实际输出点数应等于或大于所需输出点数 6，在条件许可的情况下尽可能留有 10%-20%的余量，因为实际的输出点刚好是 12 个，而选择 PLC 输入点有 16 个的显然是浪费，所以该系统采用三菱可编程序控制器作为主控制器，完全满足要求。并且输出点数留有比较多得余量为今后的改进做好准备。2.32.3 硬件的设计硬件的设计Z3050 摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分组成，

10、一部分分为电气控制系统的硬件设计，也就是 PLC 的机型的确定；另一部分是电气控制系统的软件设计，就是 PLC 控制程序的编写。为了使改造后的摇臂钻床仍能保持原有功能不变，此次改造的一个重要原则之一就是，不对原有机床的控制结构做过大的调整，只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。由于 Z3050 摇臂钻床控制对象对 PLC 输出点的动作表达速度要求不高，继电器型输出模块的动作速度完全能满足要求，且每一点的输出容量较大，在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所以本课题选用继电器输出模块，结合 Z3050 摇臂钻床电气控制系统的实际情况，需要输入点数大

11、于 18 个，输出点数大于 12 个，在条件许可的情况下尽可能留有 10%-20%的裕量。2.42.4 PLCPLC 的的 I/OI/O 分配分配根据系统的原则 I/O 分配如下：序号位号符号说明1X0KR1主轴电动机 M1 热继电器2X1SB_1主轴电机 M1 启 动按钮3X2SB_2主轴电机 M1 停 止按钮4X3KR2其它控制电路 热继电器 5X4SB_3摇臂上升按钮 6X5SB_4摇臂下降按钮7X6ST1-1摇臂上升上限 位行程开关8X7ST1-2摇臂下降下限 位行程开关9X10ST2摇臂松开行程 开关10X11ST3摇臂夹紧行程 开关11X12SB_5主轴、立柱箱 放松按钮输入 点1

12、2X13SB_6主轴、立柱箱 夹紧按钮1Y0KM1主轴电动机 M1 接触器2Y1KM2摇臂上升接触 器3Y2KM3摇臂下降接触 器4Y3KM4液压泵电动机 M3 正转接触器5Y4KM5液压泵电动机 M3 反转接触器输出点6Y5HL1放松夹紧电磁 铁用指示灯代 替2.52.5 PLCPLC 的外部接线图的外部接线图LNCOMNLCOM三三菱菱主主机机QS2SB_1X1KM1KM2X0X2Y0Y1Y2Y3X5X10KM3Y4Y5X11ST1-1X12X6ST2ST3X3KR1X4X13X7KM4KM5HL1SB_2SB_3SB_4ST1-2SB_5SB_6KR2三菱 PLC 的控制回路原理图 3

13、3 程序的设计程序的设计与仿真与仿真3.13.1 梯形图程序设计梯形图程序设计根据任务书的要求以及 I/O 口的分配，设计出如下方案： 程序段 1 ：主轴电机的启停按下按钮 SB_1，接触器 KM1 通电闭合,主轴电动机 M1 启动运转。 （如下图）程序段 2：摇臂上升的过程按下按钮 SB_3，液压泵电动机 M3 首先正转，放松摇臂，继而摇臂升降电 动 机 M2 正转，带动摇臂上升。当上升至要求高度时，松开 SB3，摇臂电动机 M2 停转，同时液压泵电动机 M3 反转，夹紧摇臂，完成摇臂上升的控制过程。 （如下图）程序段 3：摇臂下降的过程 按下按钮 SB_4，液压泵电动机 M3 首先正转，放

14、松摇臂，继而摇臂升降电动机 M2 反转，带动摇臂下降。当下降至要求高度时，松开 SB_4，摇臂电动机 M2 停 转，同时液压泵电动机 M3 反转，夹紧摇臂，完成摇臂下降的控制过程。 （如下图）程序段 4：避免双线圈错误为避免双线圈错误的情况出现，借用辅助继电器的并联来规避错误。 （如 下图）程序段 5：立柱和主轴的放松与夹紧 按下 SB_5，接触器 KM4 通电闭合，液压泵电动机 M3 启动正向运转，立柱和 主轴箱放松；按下按钮 SB_6，接触器 KM5 通电闭合，液压泵电动机 M3 启动反 向运转，立柱和主轴箱夹紧。 （如下图）3.2 仿真的调试与结果仿真程序段 1按下按钮 SB_1，X1

15、通电，辅助继电器 M0 得电，Y0 得电，主轴电动机 M1 启 动运转成功。仿真程序段 2 按下 SB-3，X3 得电，液压泵电动机正转接触器 Y3 启动，放松摇臂。继而延时 继电器 T1 延时启动，摇臂升降电机上升接触器 Y1 得电正转，带动摇臂上升。 到达行程上限时 X6 打开，由于互锁，摇臂升降电机上升接触器 Y1 失电停转， 液压泵电动机反转接触器 Y4 得电启动，夹紧摇臂，完成摇臂上升过程。仿真程序段 3 按下 SB-4，X4 得电，液压泵电动机正转接触器 Y3 启动，放松摇臂。继而延时 继电器 T2 延时启动，摇臂升降电机下降接触器 Y2 得电正转，带动摇臂下降。 到达行程下限时

16、X7 打开，由于互锁，摇臂升降电机下降接触器 Y2 失电停转， 液压泵电动机反转接触器 Y4 得电启动，夹紧摇臂，完成摇臂下降过程。仿真程序段 4按下 SB-5，X12 得电，辅助继电器 M3 通电，即液压泵电机 M3 正转接触器 Y3 通电启动正向运转，将立柱和主轴箱放松。按下 SB-6，X13 得电，辅助继电器 M6 得电，即液压泵电机 M3 反转接触器 Y4 通电启动反向运转，将立柱和主轴箱夹紧。1 熊幸明.电气控制与 PLCM.第一版.北京:机械工业出版社,2014：31682 王永华.现代电气控制及 PLC 应用技术M.第二版.北京:北京航空航天大学,2008：641383 廖常初.

17、PLC 基础与应用M.第二版.北京:机械工业出版社,2007：37654 张海根.机电传动控制M.第一版.北京:高等教育出版社,2008：致致 谢谢本课程设计的完成，每一步都离不开老师的指导，倾注了大量的心血在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢!今天终于可以顺利的完成了课程设计，想了很久，要怎样写下这一段谢词。课程设计期间的点点滴滴历历涌上心头，时光匆匆飞逝但却无比充实，两星期的努力与付出，随着设计的完成，终于让这充实的两星期，得以划下完美的句点。论文得以完成，要感谢的人实在太多了，首先我要感谢我的学校，他让我这几年成长了不少，在就是感谢我的指导老师，因为论文是在老师的悉心指导下完成的。老

18、师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等每一步都是在他的悉心指导下完成的。 同时，论文的顺利完成，离不开其他各老师、同学和朋友的关心和帮助。在整个的课程设计写作中，翁志刚老师、宋后伦同学和朋友积极帮助我查资料和提供有利于论文写作的建议和意见，在他们的帮助下，论文得以不断的完善，最终帮助我完整的完成了整个课程设计，另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们在悉心教导使我有了良好的专业课知识，

19、这也是设计得以完成的基础。让我在这里再说声感谢你们。工作日程工作日程日期主要工作05 月 16 日05 月 16 日05 月 16 日05 月16 日下达任务书，任务布置及设计要求说明05 月 16 日05 月 18 日文献追踪、调研,方案设计;05 月 19 日05 月 22 日系统设计05 月 23 日05 月 27 日仿真、调试及设计报告初稿撰写05 月 28 日05 月 29 日答辩、成绩考核电气与电子类课程设计成绩评定表电气与电子类课程设计成绩评定表评定项目内容满分评分总分出勤与学习态度按时出勤，严格遵守纪律，学习认真，态度端正15能够认真查阅资料，勤学好问10具有提出问题和解决问题的能力，设计方案论证充分、合理15设计情况工作量饱满，各模块设计正确，结果能够达到课程设计任务书规定的要求20设计报告能够按时提交，内容完整5撰写认真，图、表、文字表达准确、规范、清楚10设计报告情况论述恰当、充分，结论合理，心得体会深刻10答辩情况基本概念清楚，回答问题准确，有理有据，有一定深度15总体评价采用五级分制：优、良、中、及格、不及格指导教师签名：年 月 日答辩小组组长签名：年 月 日