摇臂钻床的继电器控制电路设计及控制方案设计Word文档格式.docx
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冷却泵电机：
0.75KW1.9A380V2825r/min
3、毕业设计基本规定
（1）与指引教师会面，接受设计任务。
（2）按进度规定完毕毕业设计任务。
（3）提交符合原则规定毕业设计论文。
（4）准时参加毕业设计答辩。
4、应收集文献资料
[1]何利民．电工手册．北京：
中华人民共和国建筑工业出版社，1993.
[2]张万忠.可编程控制器应用技术[M]．北京：
化学工业出版社，.
[3]郑忠．新编工厂电气设备手册．北京：
兵器工业出版社，1994.
[4]余雷声．电气控制与PLC应用．北京：
机械工业出版社，1996.
[5]天津电气传动设计研究所编著．电气传动自动化技术手册．北京：
机械工业出版社，1992.
[6]尹绍武．实用电工技术问答．呼和浩特：
内蒙古人民出版社，1992.
[7]何焕山.工厂电气控制设备．北京：
高等教诲出版社，1998.
5．进度筹划
序号
毕业设计阶段性工作及成果
时间安排
1
理解课题，熟悉有关资料，仔细阅读关于书籍，到图书馆查阅关于资料。
10、01、1～10、01、15
2
到现场全面熟悉关于课题实际内容，并提出初步设计方案。
10、1、15～10、02、2
3
完毕设计方案拟定、初步计算、元件选用工作，完毕毕业论文。
10、02、15～10、04
4
参加毕业答辩。
10、05、10
内容摘要、核心词
一、总体方案拟定…………………………………………………………………1
二、Z3040摇臂钻床简介……………………………………………………………1
2.1电路工作过程………………………………………………………………5
2.1.1主轴电动机M1控制……………………………………………………5
2.1.2摇臂升降控制…………………………………………………………5
2.1.3以摇臂上升为例分析摇臂升降控制……………………………………6
2.1.4主轴箱、立柱松开与夹紧控制…………………………………………7
2.2液压控制系统………………………………………………………………7
2.2.1夹紧液压控制系统…………………………………………………………7
2.2.2摇臂移动与主轴箱移动液压系统…………………………………………7
三、PLC控制系统设计详细内容…………………………………………………8
3.1PLC设计控制系统基本原则………………………………………………8
3.2PLC控制系统I/O点数拟定与PLC机型选取…………………………..8
3.3I/O接线图……………………………………………………………………9
3.4PLCI/O、地址分派表………………………………………………………10
3.5流程图………………………………………………………………………10
3.6状态转移…………………………………………………………………11
3.7梯形图…………………………………………………………………….12
3.8指令表……………………………………………………………………….19
3.9所用材料及型号规格……………………………………………………….23
四、结束语………………………………………………………………………23
五、道谢……………………………………………………………………………24
参照文献…………………………………………………………………………25
Z3040摇臂钻床继电器控制电路设计及PLC控制设计
内容摘要本设计是研究机械加工中惯用Z3040摇臂钻床老式电气控制系统改造问题,旨在解决老式继电器—接触器电气控制系统存在线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。
由于PLC电气控制系统与继电器—接触器电气控制系统相比，具备构造简朴，编程以便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境规定低等一系列长处。
因而，本论文对Z3040摇臂钻床电气控制系统改造，将把PLC控制技术应用到改造方案中去，从而大大提高摇臂钻床工作性能。
论文分析了摇臂钻床控制原理，制定了可编程控制器改造Z3040摇臂钻床电气控制系统设计方案，完毕了电气控制系统硬件和软件设计，其中涉及PLC机型选取、I/O端口分派、I/O硬件接线图绘制、PLC梯形图程序设计。
对PLC控制摇臂钻床工作过程作了详细阐述，阐述了采用PLC取代老式继电器—接触器电气控制系统从而提高机床工作性能办法。
由于Z-3040型摇臂钻床电气控制系统存在线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性低、灵活性差等缺陷,本文提出了用PLC对z-3040型摇臂钻床继电器接触式模仿控制系统进行技术改造,从而保证了电控系统迅速性、精确性、合理性,更好地满足了实际生产需要,提高了经济效益。
核心词Z3040摇臂钻床电气控制系统PLC微解决器
第一章总体方案拟定
当前，国内Z3040摇臂钻床电气控制系统普遍采用是老式继电器—接触器控制方式。
因其所要控制电机较多因此电路较复杂，在寻常生产作业当中，经常发生电气故障，从而影响生产。
此外，某些复杂控制如：
时间、计数控制用继电器—接触器控制方式较难实现，因此，有必要对老式电气控制系统进行改进设计。
PLC电气控制系统可以有效弥补上述系统这一缺陷。
可编程序控制器（PLC）是以微解决器为核心，将计算机技术、通信技术与自然控制技术融为一体新型工业自动控制装置。
它克服了继电器—接触器控制电路存在触点多、组合复杂、通用性和灵活性差等缺陷。
它不但具备各种逻辑控制功能，并且还具备各种运算、数据解决、联网通信等功能控制，同步还具备抗干扰性强、环境适应性好和可靠性高等特点。
因而广泛地应用于工业生产各领域中。
因而有必要对旧式机床进行自动化改造。
方案：
在旧式Z3040摇臂钻床基本上，加入摇臂回转自动操作，主轴箱左右移动为自动操作，可提高生产效率。
并加入工件加工计数功能、PC通信功能。
第二章Z3040摇臂钻床简介
摇臂钻床适合与在大、中型零件上进行钻孔、扩口、绞孔及攻螺纹等工作，在具备工艺装备条件下还可以进行镗孔。
Z3040摇臂钻床由底座、外立柱、内立柱，摇臂、主轴箱及工作台等某些构成。
内立柱固定在底座一端，外立柱套在内立柱上，工作时用液压夹紧机构与内立柱夹紧，松开后，可绕立柱回转360度。
摇臂一端为套筒，它套在外立柱上，经液压夹紧机构可与外立柱夹紧。
夹紧机构松开后，借助升降丝杆正、反向旋转可沿外立柱上、下移动。
由于升降丝杆与外立柱构成一体，而升降螺母则固定在摇臂上，因此摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。
主轴箱是一种复合部件，它由主传动电动机。
主轴和主轴传动机构、进给和变速机构以及机床操作机构某些构成。
主轴箱安装与摇臂水平导轨上，可以通过手轮操作使主轴箱沿水平导轨移动，通过液压夹紧机构固在摇臂在。
钻削加工时，主轴旋转为主运动，而主轴直线移动为进给运动。
即钻孔使钻头一面做旋转运动，同步做纵向进给运动，主轴变速和进给变速机构在主轴箱内，用变速机构分别调节主轴转速和上下进给量。
摇臂钻床主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动M1机拖到。
摇臂钻床辅助运动有：
摇臂沿外立柱上升、下降、立柱夹紧和松开以及摇臂与外立柱一起绕内立柱回转运动。
摇臂上升、下降由一台交流电动机M2拖动，立柱夹紧和松开、摇臂夹紧与松开以及主轴箱夹紧和松开是有另一台交流电动机M3拖动一台齿轮泵，供应夹紧装置所需压力油推动夹紧机构液压系统实现。
而摇臂回转和主轴箱沿摇臂水平导轨方向左右移动。
此外尚有一台冷却泵电动机M4对加工刀具进行冷却。
Z3040摇臂钻床电力拖动规定与控制特点：
1.为简化机床传动装置机构常采用多台电动机拖动。
2.主轴旋转运动、纵向进给运动及其变速机构均在主轴箱内，由一台主电动机拖动。
3.为了适应各种加工方式规定，主轴旋转与进给运动均有较大调速范畴，由机械变速机构实现。
4.加工螺纹时，规定主轴能正反转，采用机械办法来实现。
因而，主电动机只需单向旋转，可直接启动，不需要制动。
5.摇臂升降由升降电动机拖动，规定电动机能正反转，多采用鼠笼异步电动机，可实现直接启动，不需要调速和制动。
6.内外立柱、主轴箱与摇臂夹紧与松开，是通过控制电动机正反转，带动液压泵送出不同流向压力油，推动活塞、带动菱形块动作来实现。
因而拖动液压泵电动机规定正反转，采用点动控制。
7.摇臂钻床主轴箱、立柱夹紧与松开由一条油路控制，且同步控制。
而摇臂夹紧、松开是摇臂升降工作联成一体，由另一条油路控制。
两条油路哪一条处在工作状态，是依照工作规定通过控制电磁阀操纵。
由于主轴箱和立柱夹紧、松开动作是点动操作，因而液压泵电动机采用点动控制。
8.依照夹紧规定，操作者可以手控操作冷却泵电动机单向旋转。
9.必要联锁和保护环节。
10.机床安全照明及信号批示灯电路。
Z3040摇臂钻床主电路如图2.1所示，电路原理图如图2.2所示。
该钻床共配备5台电动机，M1为主轴电动机，由继电器KM1控制，带动主轴旋转和使主轴作轴向进给运动，为单向旋转。
主轴正、反转则由主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过液压系统操作机构配合正反转摩擦离合器驱动主轴正转、反转来实现，并由热继电器做长期过载保护。
M2为摇臂上升、下降电动机，由输出继电器KM2、KM3控制正、反向运营。
M3为液压泵电动机，由KM4、KM5控制正、反向运营，控制电路保证在操作摇臂升降时，一方面时液压泵电动机启动运转，供出压力油，经液压系统使摇臂松开，然后才使电动机M2启动，拖动摇臂上升或下降。
当摇臂移动到位后，控制电路又使M2停下，再自动通过液压系统，将摇臂夹紧，然后液压泵电动机M3才停下。
M4为冷却电动机，由转换开关SA1控制。
在旧式电路图中加一种M5为主轴箱移动步进电动机。
由KM6、KM7继电器控制其正反转，进而实现主轴箱移动。
短路保护：
在主电路中，运用熔断器FU1作总电路M1、M4短路保护；
运用熔断器FU2做电动机N2、M3和控制变压器T原边短路保护；
在控制电路中，运用熔断器FU3作照明回路短路保护。
过载保护：
在主电路中，运用热继电器FR1、FR2分别作主电动机M1、液压泵电动机M3过载保护。
如果由于液压系统夹紧机构浮现故障而不能夹紧，那么行程开关SQ3触电将断不开，或者由于行程开关SQ3安装调节不当，摇臂夹紧后不能压下行程开关SQ3，这时都会使液压泵电动机M3处在长期过载状态，易将M3烧毁，M2为短时工作，不用设长期过载保护。
为保证安全生产，摇臂钻床主轴旋转和摇臂升降不容许同步进行。
图2.1Z3040摇臂钻床主电路
图2.2Z3040摇臂钻床电路原理图
2.1电路工作过程
2.1.1主轴电动机M1控制
按启动按钮SB接触器KM1得电吸合并自锁KM1主触点闭合M1转动，同步KM1辅助触点KM1闭合，批示HL3点亮，表白主轴电动机在旋转。
按停止按钮SB1KM1失电释放M1停转，同步KM1辅助动合触点KM1复合断开，批示灯HL3灭，表白电动机M1停转。
主轴正、反转则由液压系统操纵机构配合正、反转摩擦离合器实现。
2.1.2摇臂升降控制
当由摇臂上升或下降点动按钮SB2、SB4发出摇臂升降指令时，先使摇臂松开。
然后由正、反转接触器KM2、KM3使电动机M2正、反转，来拖动摇臂上升或下降，待摇臂上升或下降到位时，又自行重新夹紧。
由摇臂松开与夹紧是由夹紧机构液压系统实
现，因而摇臂升降需与夹紧机构液压系统紧密配合。
液压泵电动机M3由正反转接触器KM4、KM5控制，实现电动机正反转，拖动双向液压泵，送出压力油，经二位六通阀YA送至摇臂夹紧机构，实现摇臂夹紧与放松。
摇臂升降启动初始条件：
摇臂钻床在寻常或加工工件时，其摇臂处在夹紧状态，摇臂夹紧信号开关SQ3被压合，其动断触点SQ3处在断开状态；
摇臂放松信号开关SQ3未压合，其动合触点SQ2处在断开状态，而动断触点SQ2处在闭合状态。
2.1.3摇臂上升为例分析摇臂升降控制
以摇臂上升工作电气如图2.3
图2.3
按下摇臂上升点动按钮SB3，时间继电器KT线圈通电，瞬动常开触点KT闭合，接触器KM4线圈通电，液压泵电动机M3反向启动旋转，拖动液压泵送出压力油。
同步KT断电延时延时断开触点KT闭合，电磁铁YA线圈通电，液压泵送出压力油经二位六通阀进入摇臂夹紧机构松开油腔，推动活塞和菱形块将摇臂松开。
摇臂松开时，活塞杆通过弹簧片压下行程开关，发出摇臂松开信号，即常闭触点断开，常开触点闭合，前者断开线圈电路，电动机M3停止旋转，液压泵停止供油，摇臂维持在松开状态；
后者接通KM2线圈电路，控制摇臂升降电动机M2正向启动旋转，拖动摇臂上升。
当摇臂上升代所需位置时，松开按钮SB3，KM2与KT线圈同步断电，电动机M2依惯性旋转，摇臂停止上升。
而KT线圈断电，其断电延时闭合触点KT经延时1~3S后才闭合，断电延时断开触点KT经同样延时后才断开。
在KT断电延时1~3S时，KM5线圈仍处在断电状态，电磁铁YA仍处在通电状态，这段延时就保证了摇臂升降电动机在断开电源后直到完全停止运转才开始摇臂夹紧动作，因而，时间继电器KT延时长短是依照电动机M2切断电源到完全停止惯性大小来调节。
当时间继电器KT断电延时时间届时，常闭触点KT闭合，KM5线圈通电吸合，液压泵电动机M3正向启动，拖动液压泵，供出压力油，同步常闭触点KT断开，电磁铁YA线圈断电，这时压力油经二位六通阀进入摇臂夹紧油腔，反向推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧，活塞杆通过弹簧片压下行程开关SQ3，其常闭触点SQ3断开，KM5线圈断电，M3停止旋转，实现摇臂夹紧，上升过程结束。
摇臂自动夹紧限度由行程开关SQ3控制，若夹紧机构液压系统浮现故障不能夹紧，将使常闭触点SQ3断不开，或者由于SQ3安装位置调节不当，摇臂夹紧后仍不能压下SQ3，都将使M3长期处在过载状态，易将电动机烧坏，为此，M3主电路采用热继电器FR2作过载保护。
2.1.4主轴箱、立柱松开与夹紧控制
轴箱和立柱夹紧与松开是同步进行，当按下按钮SB5，接触器KM4线圈通电，液压泵电动机M3反转，拖动液压泵送出压力油，这时电磁阀YA线圈处在断电状态，压力油通过二位六通阀进入主轴箱与立柱松开油腔，推动活塞和菱形块，使主轴和立柱松开，由于YA线圈断电，压力油不能进入摇臂松开油腔，摇臂处在夹紧状态，当主轴箱与立柱松开时，行程开关SQ4没有受压，常闭触点SQ4闭合，批示灯HL1亮，表达主轴箱与立柱已松开，此时可以手动操作主轴箱在摇臂水平导轨上移动，也可推动摇臂使外外立柱作回转移动。
当移动到位后，按下夹紧按钮，接触器KM5线圈通电，M3正转，拖动液压泵送出压力油至夹紧油腔，使主轴箱与立柱夹紧。
当确以夹紧时，压下SQ4，常开触点SQ4闭合，HL2亮，而常闭触点SQ4断开，HL1灭，批示主轴箱与立柱已夹紧，可以进行钻削加工。
2.2液压控制系统
2.2.1夹紧液压控制系统：
电磁阀YA控制摇臂上升、下降夹紧\松开，当M3电动机正转（Y004）时松开，反转（Y005）时夹紧。
电磁阀YV控制主轴箱左移、右移夹紧\松开，当M3电动机正转（Y004）时夹紧，反转（Y005）时松开。
电磁阀YH控制立柱夹紧\松开，当M3电动机正转（Y004）时夹紧，反转（Y005）时松开。
2.2.2摇臂移动与主轴箱移动液压系统图
电磁阀YM控制摇臂上升、下降，当M2电动机正转（Y002）时，摇臂上升，反转（Y003）时，摇臂下降。
电磁阀YN控制主轴箱左移、右移，当M2电动机正转（Y002）时，摇臂左移，反转（Y003）时，摇臂右移。
三、PLC控制系统设计详细内容
3.1PLC设计控制系统基本原则
1.满足被控设备所有规定，涉及功能规定、性能规定。
2.在满足控制系统规定基本上，应考虑合用性、经济性、可维护性。
3.控制系统应保证控制设备性能稳定性及工作安全性、可靠性。
4.控制系统应具备可扩展性，能满足生产设备改良和系统升级。
5.要注意控制系统输入/输出设备原则化原则和多供应商原则，易于采购和替代。
易于操作，符合人机工程学和顾客操作习惯。
3.2PLC控制系统I/O点数拟定与PLC机型选取
普通系统中，开关量输入与输出比例为6：
4，依照I/O总点数可给出如下经验公式：
所需内存总字数=开关量（输入+输出）总点数*10
余量：
普通按计算存储器字数25%考虑余量。
所需内存总字数=（28+20）*10=480
输入点数为28点，输出点数为20点，故总点数应不不大于48
PLC机型应选取：
共有输入64点，输出64点，继电器输出。
3.3I/O接线图
3.4PLCI/O、地址分派表
3.5流程图
3.6状态转移图
3.7梯形图
3.8指令表
0LDX000
X000=复位键
1SETS0
2LDX001
X001=急停键
3OUTM8094
4LDX004
X004=主轴开始
5ORY001
Y001=主轴电动机转
6ANIX003
X003=主轴停止
7OUTY001
8OUTY020
Y020=HL3主轴工作批示灯
9LDX005
X005=摇臂上升
10ORY004
Y004=M3电动机正转
11ORY002
Y002=M2电动机正转
12ANIX007
X007=摇臂停止
13ANIX010
X010=摇臂上升到位
14MPS
15ANIX030
16ANIY005
Y005=M3电动机反转
17OUTY004
18OUTY010
Y010=电磁阀YA
19MPP
20ANDX030
21ANIX006
X006=摇臂下降
22ANIY003
Y003=M2电动机反转
23OUTY002
24OUTY012
Y012=电磁阀YM
25LDX006
26ORY004
27ORY003
28ANIX007
29ANIX010
30MPS
31ANIX030
32ANIY005
33OUTY004
34OUTY010
35MPP
36ANDX030
37ANIX005
38ANIY002
39OUTY003
40OUTY012
41LDX010
42ORX007
43ORY035
Y035=辅助输出
44ANIX031
X031=摇臂夹紧到位
45OUTT0K20
46MPS
47ANDT0
48ANIY004
49OUTY005
Y005=M3电动机反转
50OUTY010
Y010=电磁阀YA
51MPP
52OUTY035
Y035=辅助输出
53LDX012
X012=主轴箱左移
54ORY004
Y004=M3电动机正转
55ORY002
Y002=M2电动机正转
56ANIX032
X032=主轴箱移动停止
57ANIX016
X016=主轴箱左移到位
58MPS
59ANIX015
X015=主轴箱松开到位
60ANIY005
Y005=M3电动机反转
61OUTY004
62OUTY011
Y011=电磁阀YV
63MPP
64ANDX015
65ANIX013
X013=主轴箱右移
66ANIY003
Y003=M2电动机反转
67OUTY002
68OUTY013
Y013=电磁阀YN
69LDX013
70ORY004
Y004=M3电动机正转
71ORY003
72ANIX032
73ANIX016
X016=主轴箱左移到位74M
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