1、基于Z3040搖臂鉆床的PLC程序設(shè)計 學(xué)院： 電氣與光電工程學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動化 班級： 姓名： 學(xué)號： 電器與PLC課程設(shè)計任務(wù)書電氣與光電工程學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動化 班級：學(xué)生姓名指導(dǎo)老師高敏職稱講師課題名稱基于Z3040搖臂鉆床的PLC程序設(shè)計指標(biāo)及要求達(dá)到設(shè)計課題的控制要求，上機調(diào)試PLC控制程序，打印PLC 程序，計算機繪圖。課題工作內(nèi)容工作內(nèi)容：1、了解機床的加工工藝及工作原理。2、設(shè)計方案論證，系統(tǒng)建立，電氣原理控制設(shè)計。3、元器件選擇，梯形圖設(shè)計（控制分析）。4、完成設(shè)計圖紙，完成設(shè)計任務(wù)書。5、設(shè)計測評。進程安排第一天：下達(dá)任務(wù)，收集資料，消化課題。第二

2、天：電氣原理控制設(shè)計，元器件選擇。第三天：I/O表，PLC接線圖。第四天：梯形圖設(shè)計，上機調(diào)試。第五天：完成報告。主要參考文獻(xiàn)可編程控制原理與應(yīng)用北京理工大學(xué)出版社 范次猛可編程控制應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)指導(dǎo)化學(xué)工業(yè)出版社 李俊秀電氣控制與PLC應(yīng)用北京機械工業(yè)出版社 余雷生 方宗達(dá)電氣控制與可編程控制器技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社 史國生地點開陽樓B414起止日期2017/1/92017/1/13目錄1、引言- 1 -2、Z3040搖臂鉆床- 2 -2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計- 2 -2.2 系統(tǒng)變量定義及I/O分配表- 5 -2.3 PLC的選型- 6 -2.4 系統(tǒng)I/O接線圖設(shè)計- 6 -3、系統(tǒng)程序設(shè)計- 7

3、-3.1 控制程序流程圖設(shè)計- 7 -3.2 控制程序時序圖設(shè)計- 8 -3.3 控制程序設(shè)計思路- 9 -4、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析- 10 -4.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題- 10 -4.2 結(jié)果分析- 11 -5、課程設(shè)計的心得- 12 -參考文獻(xiàn)- 13 -附錄- 14 -附錄A Z3040搖臂鉆床PLC控制指令語句- 14 -附錄B Z3040搖臂鉆床PLC控制梯形圖- 15 -1、引言搖臂鉆床是工廠中常用的金屬切削機床，它可以進行多種形式的加工，如：鉆孔、鏜孔、鉸孔及螺紋等。從控制上講，它需要機、電、液壓等系統(tǒng)相互配合使用，而且要進行時間控制。它的調(diào)速是通過三相交流異步電動機和變速箱來實

4、現(xiàn)的。也有的是采用多速異步電動機拖動，這樣可以簡化變速機構(gòu)。搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運動和進給運動由一臺交流異步電動機拖動，主軸的正反向旋轉(zhuǎn)運動是通過機械轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的。故主電動機只有一個旋轉(zhuǎn)方向。此外，搖臂的上升、下降和立柱的夾緊、放松各由一臺交流異步電動機拖動。目前，Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)普遍采用的是傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制方式。因其所要控制的電機較多所以電路較復(fù)雜，在日常的生產(chǎn)作業(yè)當(dāng)中，經(jīng)常發(fā)生電氣故障，從而影響生產(chǎn)。另外，一些復(fù)雜的控制如：時間、計數(shù)控制用繼電器接觸器控制方式較難實現(xiàn)，所以，有必要對傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進行改進設(shè)計。PLC電氣控制系統(tǒng)可以有效的彌補上述系統(tǒng)的這一缺陷。可編程邏

5、輯控制器簡稱PLC，是從早期的繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微型計算機控制技術(shù)，使之功能不斷增強，逐漸適合復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)。PLC之所以有較強的生命力，在于它更加適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場和市場要求。可靠性高，抗干擾能力強、編程方便、價格低、壽命長。與單片機相比，它的輸入/輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備，不需添加太多的中間部件，這樣可以大大節(jié)省用戶的開發(fā)時間與生產(chǎn)成本。正是由于PLC電氣控制系統(tǒng)的種種優(yōu)點,因此本次對Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)的改造,可以大大提高Z3040搖臂鉆床工作性能和系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性,為工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化帶來生機同時，提高了PLC編程水平和實踐能力,為今后在實際工作中熟練使用P

6、LC進行工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計打好基礎(chǔ)。2、Z3040搖臂鉆床2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計1、主要結(jié)構(gòu) Z3040搖臂鉆床是一種用途廣泛的萬能機床，適用于加工中小零件，可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔、刮平面及改螺紋等多種形式的加工，增加適當(dāng)?shù)墓に囇b備還可以進行鏜孔。主要有底座、內(nèi)外立柱、搖臂、主軸箱、主軸及工作臺等部分組成。Z3040搖臂鉆床機構(gòu)圖如圖2-1所示。2、主要運動形式搖臂鉆床加工時，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，然后進行鉆削加工。鉆削加工時，鉆頭一邊進行旋轉(zhuǎn)切削一邊進行縱向進給，其運動形式為：（1）搖臂鉆床的主運動為主軸的旋轉(zhuǎn)運動；（2）進給運動為主軸的縱向進給；（3

7、）輔助運動有：搖臂沿外立柱垂直移動，主軸箱沿?fù)u臂長度方向的移動，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。3、電氣控制（1）主電路：搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運動和進給運動由一臺交流異步電動機M1拖動，主軸的正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)運動是通過機械旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。故主電動機只有一個旋轉(zhuǎn)方向。Z3040型搖臂鉆床的主軸的調(diào)速范圍為50:1，正轉(zhuǎn)最低轉(zhuǎn)速為40r/min,最高為2000r/min，進給范圍為（0.051.60）r/min。它的調(diào)速是通過三相交流異步電動機和變速箱來實現(xiàn)的。也有的是采用多速異步電動機拖動，這樣可以簡化變速結(jié)構(gòu)。搖臂鉆床除了主軸的旋轉(zhuǎn)和進給運動外，還有搖臂的上升、下降及立柱的夾緊和放松。搖臂的上升、下降

8、由一臺交流異步電動機M2拖動，立柱的夾緊放松由另一臺交流電動機M3拖動。Z3040搖臂鉆床是通過電動機拖動一臺齒輪泵，供給夾緊裝置所需要的壓力油。而搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動通常采用手動。此外，還有一臺冷卻泵電動機M4對加工的道具進行冷卻。（2）控制電路：Z3040搖臂鉆床電氣控制電路圖如圖2-2所示。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，QF1為總電源控制開關(guān)。主軸電動機控制。主軸電動機M1為單向旋轉(zhuǎn)，由按鈕SB8、SB2和接觸器KM1實現(xiàn)起動停止控制。主軸的正、反轉(zhuǎn)則由M1電動機拖動齒輪泵送出壓力油，通過液壓系統(tǒng)操縱機構(gòu)，配合正、反轉(zhuǎn)摩擦離合

9、器驅(qū)動主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。搖臂上升、下降控制。搖臂鉆床在加工時，要求搖臂處于夾緊狀態(tài)，才能保證加工精度。但在搖臂需要升降時，又要求搖臂處于松開狀態(tài)，否則電動機負(fù)載大，機械磨損嚴(yán)重，無法升降工作。搖臂上升或下降時，其動作過程是升降指令發(fā)出，先使搖臂與外立柱處于松開狀態(tài)，而后上升或下降，待升降到位時，要自行重新夾緊。由于松開與夾緊工作是由液壓系統(tǒng)實現(xiàn)，因此，升降控制須與松緊機構(gòu)液壓系統(tǒng)緊密配合，松緊機構(gòu)液壓原理圖如圖2-2所示。M2為升降電動機，由按鈕SB3、SB4點動控制接觸器KM2、KM3接通或斷開，使M2電動機正、反向旋轉(zhuǎn)，拖動搖臂上升或下降移動。M3為液壓泵電動機，通過接觸器KM4、KM5接通

10、或斷開，使M3電動機正、反向旋轉(zhuǎn)，帶動雙向液壓泵送出壓力油，經(jīng)二位六通閥至搖臂夾緊機構(gòu)實現(xiàn)夾緊與松開，M4為冷卻泵電動機，由手動轉(zhuǎn)換開關(guān)QS控制其正向旋轉(zhuǎn)。4、Z3040型搖臂鉆床電氣控制電路2.2 系統(tǒng)變量定義及I/O分配表如圖2-2所示，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，QF1為總電源 。主軸電動機M1通過按鈕SB8、SB2和接觸器KM1實現(xiàn)啟動停止的單方向控制，主軸的正反轉(zhuǎn)通過機械的方式進行。搖臂的上升、下降通過升降電動機M2進行控制。當(dāng)搖臂需要上升或下降時，要使搖臂處于松開狀態(tài)，上升或下降后，必須是搖臂處于夾緊狀態(tài)。在這次課程設(shè)計過程中

11、，運用按鈕X000(ST2)、X014（ST3）模擬行程開關(guān)并進行手動控制。通過X003（ST1-1）、X004（ST1-2）模擬限位開關(guān)進行手動控制。由按鈕SB3、SB4點動控制接觸器KM2、KM3使電動機正反轉(zhuǎn)，使搖臂上升或下降。通過接觸器KM4和KM5的接通與斷開，實現(xiàn)液壓泵電動機正反轉(zhuǎn)。Z3040鉆床是通過電動機拖動一臺齒輪泵，供給夾緊裝置所需的壓力油。搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動通常采用手動。如表2-1所示，Z3040型搖臂鉆床PLC控制輸入輸出點分配。表2-1 Z3040型搖臂鉆床PLC控制輸入輸出點分配輸入信號輸出信號輸入點編號名稱代號輸出點編號名稱代號X000主軸箱、立柱、搖臂

12、松開行程開關(guān)ST2Y000電壓繼電器KVX001總停止開關(guān)SB7Y001主軸電動機M1接觸器KM1X002總啟動開關(guān)SB1Y002搖臂上升接觸器KM2X003搖臂上升上限位開關(guān)ST1-1Y003搖臂下降接觸器KM3X004搖臂下降下限位開關(guān)ST1-2Y004主軸箱、立柱、搖臂松開接觸器KM4X005搖臂下降按鈕SB4Y005主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器KM5X006搖臂上升按鈕SB3X007主軸電動機M1停止按鈕SB8X010主軸電動機M1啟動按鈕SB2X011主軸箱、立柱松開按扭SB5X012主軸箱、立柱夾緊按鈕SB6X013控制線路電源總開關(guān)QF3X014主軸箱、立柱、搖臂夾緊行程開關(guān)ST

13、32.3 PLC的選型實驗室提供了FX2N-48MR型PLC,所以這次的課程設(shè)計也是依據(jù)FX2N型PLC進行的。也滿足對Z3040搖臂鉆床的控制輸入輸出點的改造要求。FX2N為了能夠在模擬量控制，運動量控制和通信控制中的運用，專門開發(fā)了一系列的特殊模塊，與基本單元相配合來進行上述控制。特殊模塊有：模擬量模塊、脈沖計數(shù)模塊、運動量模塊、定位模塊和通信模塊等。三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相當(dāng)FX系列中最高檔次的超小程序裝置，除輸入出1625點的獨立用途外，還可以適用于多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。系統(tǒng)配置即固定又靈

14、活；編程簡單；備有可自由選擇，豐富的品種；令人放心的高性能；高速運算；使用于多種特殊用途；外部機器通訊簡單化；共同的外部設(shè)備。 2.4 系統(tǒng)I/O接線圖設(shè)計 如圖2-3所示為Z3040搖臂鉆床PLC控制接線圖3、系統(tǒng)程序設(shè)計3.1 控制程序流程圖設(shè)計 Z3040搖臂鉆床控制程序流程圖，如圖3-1所示。3.2 控制程序時序圖設(shè)計Z3040搖臂鉆床控制程序時序圖，如圖3-2所示。3.3 控制程序設(shè)計思路在進行設(shè)計時，對那些已成熟的繼電一接觸器控制電路的生產(chǎn)機械，在改用PLC控制時，只要把原有的控制電路作適當(dāng)?shù)母膭樱怪蔀榉螾LC要求的梯形圖。但又不能僅僅從電氣圖來改，更多的是從工作過程動作順序

15、來設(shè)計程序。程序還需要經(jīng)過反復(fù)修改和完善，才能符合控制要求，并且一定要經(jīng)過模擬調(diào)試才能聯(lián)機調(diào)試。控制程序并不是唯一的，要經(jīng)過不斷的實踐總結(jié)、修正，力求最佳方案。為了使Z3040 搖臂鉆床在進行電氣控制系統(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)開程序、主電動機的起動和停止控制程序、搖臂升降控制程序即升降電動機的正反轉(zhuǎn)控制程序、立柱和主軸箱的松開與夾緊控制程序即液壓泵電動機的正反轉(zhuǎn)程序、信號的顯示程序等部分組成。4、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題表4-1 系統(tǒng)調(diào)試操作輸入輸出狀態(tài)顯示作用按下X13、X12HL0亮電壓繼電

16、器Y0得電按下X1HL0滅電壓繼電器Y0失電主軸旋轉(zhuǎn)按下X10HL1亮 接觸器KM1得電，主軸電動機M1旋轉(zhuǎn)主軸停轉(zhuǎn)按下X7HL1滅接觸器KM1失電，主軸電動機M1停轉(zhuǎn)搖臂上升過程按下X6HL5 亮接觸器KM4得電液壓泵電動機M3正轉(zhuǎn)按下X0HL2亮，HL5滅接觸器KM2得電，搖臂升降機M2正轉(zhuǎn)，搖臂上升按下X3接觸器KM2失電,搖臂升降機M2停轉(zhuǎn)，搖臂停止上升5秒后HL6接觸器KM5得電，液壓泵電動機M3反轉(zhuǎn)按下X14HL6滅上升過程結(jié)束搖臂下降過程按下X5HL5 亮接觸器KM4得電液壓泵電動機M3正轉(zhuǎn)按下X0HL3亮，HL5滅接觸器KM3得電，搖臂升降機M2反轉(zhuǎn)，搖臂下降按下X4接觸器KM

17、3失電,搖臂升降機M2停轉(zhuǎn)，搖臂停止下降5秒后HL6接觸器KM5得電，液壓泵電動機M3反轉(zhuǎn)按下X14HL6滅下降過程結(jié)束主軸箱、立柱夾緊按下X12HL6亮，5秒后HL6滅主軸箱、立柱放松按下X11HL5亮，5秒后HL5滅4.2 結(jié)果分析對Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的分析，然后對其進行電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計及其相關(guān)的程序調(diào)試優(yōu)化設(shè)計，最后得出結(jié)論，達(dá)到了控制要求。5、課程設(shè)計的心得在本次設(shè)計中，了解了搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)、運動方式及電氣控制要求，在保持搖臂鉆原有功能不變的情況下，應(yīng)用可編程序控制器（PLC），設(shè)計出了搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)，較好地完成了本設(shè)計的任務(wù)。另外，通過這次畢業(yè)

18、設(shè)計使我對PLC和電控方面的知識又有了更加深刻的理解和掌握，為今后走向工作崗位從事相關(guān)工作奠定了很好的基礎(chǔ)。由于時間精力有限，還有許多功能有待擴展、完善。主要是沒有對所控制電動機的調(diào)速問題進行研究，包括主軸電動機、升降電動機、液壓泵電動機的調(diào)速只能通過機械調(diào)速或多速電機來進行，屬于有級調(diào)速，其加工范圍將受到某些限制，系統(tǒng)僅限于邏輯開關(guān)量的控制，對于PLC的許多高級指令沒有應(yīng)用到。以上問題還有待今后進一步研究解決。參考文獻(xiàn)可編程控制原理與應(yīng)用北京理工大學(xué)出版社 范次猛可編程控制應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)指導(dǎo)化學(xué)工業(yè)出版社 李俊秀電氣控制與PLC應(yīng)用北京機械工業(yè)出版社 余雷生 方宗達(dá)電氣控制與可編程控制器技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社 史國生附錄附錄A Z3040搖臂鉆床PLC控制指令語句0 LD X0131 AND X0022 OR Y0003 ANI X0014 OUT Y0005 LD Y00