Z3040摇臂钻床的PLC控制改造

新疆农业大学专业文献综述题目:Z3040摇臂钻床的PLC控制改造姓名:贾海娟学院:机械交通学院专业:电气工程及其自动化班级:电气072学号:073131317指导教师:李雪莲老师职称:副教授2011年3月4日新疆农业大学教务处制Z3040摇臂钻床的PLC控制改造作者：贾海娟指导老师：李雪莲摘要：本文拟把PLC控制技术应用到Z3040钻床电气控制系统的改造方案中，用搭接Z3040摇臂钻床的PLC控制电路，编制继电接触器控制线路图和梯形图程序，程序调试和模拟电路联调的手段，实现对Z3040摇臂钻床的PLC控制改造。关键词：可编程控制器；摇臂钻床；梯形图；电气控制BasedonmonolithicintegratedcircuittemperaturecontrolthrottlinggeardesignAuthor:JiaHaijuanInstructstheteacher:LiXuelianAbstract:InthispaperthePLCcontroltechnologyisappliedtoZ3040drillingelectriccontrolsystemtransformationscheme,theuseofoverlappedZ3040radialdrillingmachineofPLCcontrolcircuit,compilingrelaycontactorcontrollingcircuitdiagramandladderdiagramprocess,theprocessofdebuggingandanalogcircuitsalignmentmethod,therealizationofZ3040radialdrillingmachineofPLCcontroltransformation.Keyword:PLC;Radialdrillingmachine;Trapeziumdiagram;Electriccontrolsystem引言Z3040摇臂钻床是工厂中常用的金属切削机床，它可以进行多种形式的加工，如：钻孔、镗孔、铰孔及螺纹等[1]。从控制上讲，它需要机、电、液压等系统相互配合使用，而且要进行时间控制。它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的，它的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反旋转运动通过机械转换实现。传统的继电器—接触器控制方式，因其要控制的电机较多所以电路复杂，经常发生电气故障，一些复杂的控制如时间、计数控制较难实现。所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC,是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用设计[2]，它采用了可以编制程序的存储器，用来在其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等面向用户的指令，并通过数字和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。与传统的继电器—接触器控制方式相比，PLC控制具有以下特点：(1)可靠性高，抗干扰能力强。PLC采取屏蔽、滤波、隔离、电源调整与保护、元件筛选、模块化结构、自诊断功能、信息保护和恢复、双CPU冗余系统等措施，使PLC的平均故障间隔时间达几十万小时，远远超过IEC规定的十万小时。(2)丰富的I/O接口模块。PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接相连。输入输出端口选择灵活，有多种机型，组合方便。(3)编程方便，易于使用。PLC的编程可采用与继电器极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气人员的欢迎。(4)功能强大。除基本的逻辑控制、定时、计数、算数运算外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、过程运算、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远程设备。因此，PLC几乎是全能的工业控制计算机[3]。(5)PLC还具备网络功能，能进行多台PLC或PLC与PC机之间的联网通讯，可以很方便的构成“集中管理、分散控制”的分布式电气控制系统，通过现场总线的PLC通讯网络，可使工厂的各种资源共享，就更适合工厂自动化的需要，为自动化提供了技术保证。日本三菱电机公司的FX2N系列PLC不但具有上述优点，其作为新一代的小型PLC，保留了原小型PLC的I/O点数少，结构紧凑，整个硬件融为一体的特点，且CPU采用了功能更强的16位微处理器和专用逻辑处理芯片，功能大大增强。除了开关量I/O外，它可以连接模拟量I/O及其他各种特殊功能模块，执行逻辑运算、计数、定时、算数运算、数据处理和传送、高速处理、中断、通信联网各种功能指令。扫描速度很快，存储器容量大[4]。正是由于PLC电气控制系统的种种优点，采用FX2N系列的PLC对Z3040摇臂钻床电气控制系统的改造，可以大大提高Z3040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。1Z3040摇臂钻床的工作原理1.1Z3040摇臂钻床的主要结构Z3040摇臂钻床是一种用途广泛的万能机床，适合用于加工中小零件，可以进行钻孔、扩孔、铰孔、刮平面及改螺纹等多种形式的加工。主要有底座、内外立柱、摇臂、主轴箱、主轴及工作台等部分组成[5]。它的结构示意图如图1-1所示。图1-1Z3040摇臂钻床的结构示意图1.2Z3040摇臂钻床的主要运动形式[6]（1）主轴带刀具的旋转与进给运动主轴的转动与进给运动有一台三相交流异步电动机驱动，主轴的转动方向由机械及液压装置控制。（2）各运动部分的移位运动主轴在三维空间的移位运动有主轴箱沿摇臂方向的水平移动；摇臂沿外立柱的升降运动；外立柱带动摇臂沿内立柱的回转运动。（3）移位运动部件的夹紧与放松摇臂钻床的三种对刀移位装置对应三套夹紧与放松装置。对刀移动时需要将装置放松，加工过程中需要将装置夹紧。三套夹紧装置分别为摇臂夹紧，主轴箱夹紧，立柱夹紧。1.3Z3040摇臂钻床的主要控制要求摇臂钻床有以下控制要求：1)运动部件较多，采用多电动机拖动；2）要求主轴及进给有较大的调速范围；3）主运动与进给运动由一台电动机拖动，经主轴与进给传动机构实现主轴旋转和进给；4）主轴要求正反转。由机械方法获得，主轴电动机只需单方向旋转；5）对立柱、主轴箱及摇臂的夹紧放松采用液压技术；6）具有必要的联锁与保护[7]。2PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分组成，一部分为电气控制系统的硬件设计，也就是PLC机型的确定；另一部分是电气控制系统的软件设计，也就是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，改造的重要原则之一就是，不对原有机床的控制结构做过大的调整，只将原继电器控制中的硬件接线改为软件编程来替代[8]。2.1PLC电气控制系统的硬件部分选择基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC机型，应从如下几个方面考虑：1）PLC的物理结构；2）PLC的指令功能；3)PLC的输入输出点数；4）PLC的存储容量；5）输入、输出模块的类型[9]。2.2PLC的I/O端口分配表根据所选PLC的型号进行I/O点的端口分配，如表2-1、表2-2。表2-1输入端口分配表地址号符号名称用途X0X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13X14X15X16SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8KR1KR2ST1-1ST1-2ST2ST3ST4SA2-1SA2-2总起动按钮主电动机起动按钮摇臂上升起动按钮摇臂下降起动按钮主轴箱、立柱、摇臂松开按钮主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮总停止按钮主电动机停止按钮M1电动机过载保护用热继电器M3电动机过载保护用热继电器摇臂上升用行程开关摇臂下降用行程开关摇臂放松用行程开关摇臂夹紧用行程开关立柱夹紧、放松用组合开关主轴箱夹紧、放松用组合开关立柱夹紧、放松用组合开关表2-2输出端口分配表地址号符号名称用途Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7KM1KM2KM3KM4KM5YA1YA2HL1主轴旋转接触器摇臂上升接触器摇臂下降接触器主轴箱摇臂放松接触器立柱摇臂夹紧接触器主轴箱夹紧、放松用电磁铁立柱夹紧、放松用电磁铁电源工作状态指示信号灯Y8Y9Y10HL2HL3HL4立柱松开指示信号灯立柱夹紧指示信号灯主电动机旋转指示信号灯2.3PLC的I/O电气接线图PLC的Z3040摇臂钻床的I/O电气接线图如图2-1。图中X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16共用一个COM端，输入开关的其中一端应并接在直流24V电源上，另一端应分别接入相应的PLC输入端子上。接线时应注意PLC输入输出COM的极性。接触器的线圈工作电压若为交流110V，则接触器线圈连接的Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、可以共用一个COM端。信号灯电源电压为6.3V，因此Y7、Y8、Y9、Y10可以共用一个COM端[10]。本电路的输出端全为交流回路，可以在电源电压相同的接口共用一个COM端。图2-1PLC的I/O电气接线图2.4PLC电气控制系统的流程图为了使Z3040摇臂钻床在电气控制系统改造后仍能够完成原有的工作需要，其程序按照电气控制系统主电机的启动和停止程序，摇臂升降控制程序即升降电动机的正反转控制程序，立柱和主轴箱的松开与夹紧控制程序即液压泵电动机的正反转程序，信号的显示程序，照明控制程序等来编写[11]。Z3040摇臂钻床的PLC控制改造编程的上升下降流程图、立柱和主轴箱的夹紧与放松流程图如图2-2。图2-2Z3040摇臂钻床的流程图３结束语利用三菱FX2NPLC对Z3040摇臂钻床的电气控制改造设计，充分利用PLC可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点，其控制系统结构简单、外部线路简化，可方便地增加或改变控制功能，也可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修的优点[12]，预计摇臂钻床各项性能满足原工作需要，运行良好。能够实现对Z3040摇臂钻床的自动控制，提高机床的工作效率、工作稳定性和可靠性。而且，将大大降低工人的劳动强度，改善产品的加工质量，降按下SB3/SB4/SB5/SB6按钮KM2线圈失电液压开关ST1-1动作M2电机得电，摇臂上升YA2得电，对象动作KM5线圈得电M5电机得电，放松KM5线圈失电M5失电，夹紧M2失电，摇臂停M3失电，摇臂停KM3线圈失电KT1线圈得电KT1延时闭合触点断开KT1辅助常开闭合KM4线圈闭合液压泵电机M3得电KM2线圈得电液压开关ST1-2动作KM3线圈得电M3电机得电，摇臂下降KT1延时闭合触点经过1-3S延时KT1线圈得电ST1-1/ST1-2/YA1/YA2复位，为下次准备YA1得电，对象动作KM4线圈得电M4电机得电，夹紧KM4线圈失电M4失电，放松低设备故障率，提高生产效率。参考文献[1]齐占庆.机床电气控制技术[M].北京:机械工业出版社，2005.[2]张桂玲.浅谈现代PLC的优势特点[J].自动化博览，2003（4），66-67.[3]梁首发.PLC与工控机应用分析[J].工业仪表与自动化装置,2001（1），57-58.[4]三菱电机公司.FX系列的功能与应用[M].北京:国防工业出版社，2001.[5]赵明.工厂电气控制设备[M].北京:机械工业出版社，1996.[6]李国厚.PLC原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2005.[7]徐仁贵,廖哲智.单片机微型计算机应用技术[M].北京:机械工业出版社,2001.[8]周百聪.基于PLC的X62W型万能铣床电控系统的改造[J].机电产品开发与创新，2005（6）,150-151.[9]李桂芹.提高PLC电气控制系统可靠性的措施[J].电气自动化,2006（1），57-58.[10]黄永红.PLC输入输出点数的扩展方法[J].电工技术杂志，2002（3），47-49.[11]三菱电机公司.FX2N编程手册[M].MTTSUBISHIELECTRICCORPORATION,2001.[