Z搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)PL改造

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1、Z搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng) PL改造 The final edition was revised on December 14th, 2020. 摘要 Z3040型搖臂鉆床適用于單件或批量生產(chǎn)帶有多孔的大型零件的孔加工，是機械 加工車間常用的機床，在機械行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。但繼電器一接觸器控制方式電 路接線復(fù)雜，觸電多，成本很高，今后的邏輯修改和增加功能比較困難等諸多缺點。 PLC控制系統(tǒng)與繼電器一接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，調(diào)試 周期短，可靠性高，對工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點。因此對Z3040搖臂鉆床控制系 統(tǒng)PLC改造是非常必要的。 本設(shè)計對Z3040搖臂鉆床電

2、氣控制系統(tǒng)PLC的改造。首先，從Z3040搖臂鉆床的 控制原理和PLC的特點分析入手；其次，根據(jù)控制系統(tǒng)的原理和PLC的特點完成了 PLC機型的選擇、I/O端口的分配和接線圖繪制；PLC梯形圖程序的設(shè)計、指令語句表 編寫和系統(tǒng)程序的仿真；最后根據(jù)控制要求，完成了搖臂鉆床控制電路中主要電氣元 件的計算選擇。 通過PLC改造搖臂鉆床控制系統(tǒng)，克服了繼電器一接觸器許多缺點，大大提高搖 臂鉆床的工作能力和工作壽命，同時運用了系統(tǒng)仿真，能形象、直觀的模擬出搖臂鉆 床運動情況。 關(guān)鍵詞：可編程控制器，搖臂鉆床，梯形圖，電氣控制系統(tǒng) 目錄 1緒論 本課題選題背景和意義 鉆床作為一種孔加工設(shè)備，可

3、以用來鉆孔、擴孔、較孔、攻絲等多種形式 的加工。同時鉆床也具有很多的形式，搖臂鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、臺式 鉆床、多軸鉆床、深孔鉆床及其他專用鉆床等。Z3040搖臂鉆床在各類鉆床 中，他具有性能完善、適用范圍廣、操作方便、靈活等優(yōu)點，它適用于單行或 批量生產(chǎn)帶有多孔的大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常用的機床，在 機械行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。目前機械行業(yè)中使用搖臂鉆床的控制系統(tǒng)多數(shù)是采 用繼電器一接觸器控制方式，這種控制方式電路接線復(fù)雜、觸點多，成本很 高，系統(tǒng)的靈活性和擴展性都很差，長期使用后，噪聲很大，工作速度緩慢， 維修工作量大，故障率高，同時故障排查困難，常常影響企業(yè)正常生產(chǎn)。 可

4、編程控制器(Programmable Logic Controller,簡稱 PLC)起源于 20 世紀60年代末，從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微計算機 技術(shù)使之功能不斷增強，開始逐漸適合于復(fù)雜系統(tǒng)的控制。PLC之所以有生命 力，因為它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求：具有高可靠性、抗各種干擾的能 力、編程使用簡便、低價格和長壽命。 PLC與單片機相比，PLC的輸入端和輸出端更接于近工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備，同時沒 有太多的中間部件，相比之下即節(jié)約了時間乂節(jié)省了成本。PLC的輸入端為繼 電器、晶閘管和晶體管等控制部件，輸入端一般則是能人性化操作的微型計算 機。操作工在使用它時.，基本不需要

5、微機方面進行專門的培訓，就能很容易對可 PLC進行操作及編程。 PLC與繼電器一接觸器相比同樣具有許多優(yōu)勢，PLC具有結(jié)構(gòu)簡單，編程方 便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強，故障率低，對工作環(huán)境要求低等 一系列優(yōu)點，因此日益廣泛應(yīng)用于機械加工設(shè)備控制系統(tǒng)之中。利用PLC對搖 臂鉆床繼電器控制電路進行改造，有助于提高設(shè)備的可靠性、使用率，降低設(shè) 備故障率，提高生產(chǎn)效率，其經(jīng)濟效率顯著。因此，本課題對Z3040搖臂鉆床電 氣控制系統(tǒng)的改造，將把PLC控制技術(shù)應(yīng)用到改造設(shè)計方案中去，取代傳統(tǒng)接 觸器控制的方法，使得鉆床的可靠性和效率大為提高，在工業(yè)上有廣泛應(yīng)用前 景，因此對Z3040搖臂鉆床控制

6、系統(tǒng)PLC改造是非常必要的。 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢 本課題為Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)PLC改造，不論從國外還是國內(nèi)近 年來看，都對本課題進行了大量的研究。本課題研究水平和發(fā)展趨勢都基于 PLC發(fā)展，因此PLC發(fā)展水平?jīng)Q定了本課題的發(fā)展趨勢。 （1）PLC國外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢 PLC產(chǎn)生到現(xiàn)在將近40余年，早期只是繼電器控制裝置的替代物。在器 件選擇上使用磁芯儲存器、分立元件和中小規(guī)模集成電路，用于提高抗干擾能 力，軟件設(shè)計采用梯形圖設(shè)計方法⑸，因此性能優(yōu)于普通繼電器一一接觸器控 制裝置。到20世紀七十年代中期至八十年代后期PLC開始走向成熟。微處理器 的出現(xiàn)

7、使PLC裝置結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。美國，日本，德國和其他國家的制造 商開始使用的CPU的微處理器，它的性能大大提高。同時?，在軟件方面的功能 更加強大。在原有計時、計數(shù)和邏輯功能的基礎(chǔ)上增加了數(shù)據(jù)處理、算術(shù)運 算、通訊、傳送等功能，儲存器的容量也變得更大，甚至PLC還能提供一定的 數(shù)據(jù)寄存器、使其應(yīng)用范圍更加廣闊。到20世紀八十年代中后期至90年代 末，得益于超大規(guī)模集成電路技術(shù)迅速發(fā)展以及各廠商為PLC專門開發(fā)的專用 邏輯處理芯片，PLC在軟硬件方面都發(fā)生了巨大的變化，微處理器的芯片檔次普 遍提高。邁入21世紀之后，可編程控制器為了在ERP、MES和PCS的體系中立 足，PLC軟件、硬件和通信

8、都向標準化發(fā)展，更好地滿足工作生產(chǎn)的需求。 21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，隨著微機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 通信技術(shù)等實用化技術(shù)的進一步發(fā)展，PLC向網(wǎng)絡(luò)化、微型化、PC化和開放化 展。產(chǎn)品規(guī)模的角度來看，進一步向超小型和超大型的方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配 套性上看，多種產(chǎn)品將更加豐富，更完整的規(guī)范，完善的人機界面，通訊設(shè)施 齊全 ;從網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向來看，PLC和其它大型工業(yè)控制計算機網(wǎng)共同構(gòu)成新型的控 制系統(tǒng)。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展， PLC作為國際通用網(wǎng)絡(luò)和自動化控制 網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用 立。正因為國外PLC水平發(fā)展相當迅速，應(yīng)用前景也非常

9、廣泛，所以各國也投 入大量的人力和物力采用PLC技術(shù)替代繼電器一接觸器系統(tǒng)。 （2） PLC國內(nèi)研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢 上世紀70年代PLC開始進入我國，而且增長非常迅速，同時我國也曾組織 相關(guān)研究所研究其關(guān)鍵技術(shù)，希望將其國產(chǎn)化，但由于后續(xù)研究力量和價格等 原因，并沒有成功實現(xiàn)。在過去十年中，越來越多的中小型設(shè)備由于PLC的價 格下跌和用戶需求不斷擴大，開始采用PLC控制。國產(chǎn)PLC在技術(shù)特點基本西 門子和三菱類似或與其兼容，如深圳三凌、羅陽易達、合信自動化、上海正航 等。目前國產(chǎn)的PLC廠商眾多，但是無論是從規(guī)模還是產(chǎn)品系列上都無法與國 際大廠商抗衡，而且國內(nèi)廠商主要集中于中小型PL

10、C,其中生產(chǎn)中型的廠商主 要有盟立、南大傲拓，深圳歐辰和億維都是做西門子的配套模塊如。從我國PLC 總體技術(shù)分析，我國的PLC技術(shù)水平與發(fā)達國家相比落后10年左右，而在CPU 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)及遠程I/O技術(shù)、智能化模塊技術(shù)、可靠技術(shù)、PLC 批量生產(chǎn)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)方面有大的差距。但隨著PLC技術(shù)在我國的良好發(fā) 展，將會和國外先進技術(shù)減小差距。因此，抓住這個有利時機進一步促進PLC 技術(shù)的推廣與應(yīng)用，是提高我國工業(yè)技術(shù)水平的迫切任務(wù)。 國內(nèi)PLC技術(shù)發(fā)展很快，同時也取得了不錯的效益，但受到技術(shù)水平和經(jīng) 濟發(fā)展的限制，國內(nèi)很多企業(yè)使用Z3040搖臂鉆床的控制系統(tǒng)仍然還是繼電器 一接觸器控

11、制方式，相對落后的控制方式，存在很多的缺點，使用極其不方 便，很大程度影響工業(yè)生產(chǎn)的效率。 本課題的主要工作 本題目主要任務(wù)是對Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)PLC改造，改造后PLC控制 系統(tǒng)要符合Z3040搖臂鉆床原有控制要求，同時簡化控制線路，提高系統(tǒng)可靠 性和使用率,使邏輯修改和增加功能比較容易，增強系統(tǒng)的靈活性和擴展性?？?制系統(tǒng)改造具體設(shè)計任務(wù)要求如下： 第一，對Z3040搖臂鉆床的運動進行分析，結(jié)合鉆床運動對電氣控制系統(tǒng) 的原理進行分析，主要是分析主電路、控制電路、信號和照明電路控制原理， 主電動機的旋轉(zhuǎn)控制原理，搖臂的升降控制原理，立柱和主軸箱的松開及夾緊 控制原理。第二，Z3

12、040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計，根據(jù)PLC的物 理結(jié)構(gòu)、指令功能、輸入輸出點數(shù)存儲容量、輸入模塊的類型和輸出模塊的類 型對PLC進行選型，對其分配I/O地址，并設(shè)計I/O電氣接線圖。第三，對 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計，設(shè)PLC控制的梯形圖以及指令語 句表，并調(diào)試。第四，對Z3040電氣控制系統(tǒng)的電氣元件的選擇。 2 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)原理分析 對于Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的分析，需結(jié)合搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)部分進 行分析。首先，對結(jié)構(gòu)部分進行分析，掌握每個機構(gòu)運動情況和控制系統(tǒng)之間 的關(guān)系；其次，分析其控制要求，掌握控制系統(tǒng)需要做的工作；最后，對主電

13、 路和控制電路進行詳細的分析，掌握控制電路怎樣控制電動機，從而控制搖臂 鉆床各種運動。 Z3040搖臂鉆床簡介 Z3040搖臂鉆床適合于在大、中型零件上進行鉆孔、擴孔、較孔及攻螺紋 等進行加工，在具有工藝裝備的條件下還可以進行鎮(zhèn)孔。Z3040搖臂鉆床基本 結(jié)構(gòu)由底座、立柱、搖臂和主軸箱等幾部分構(gòu)成（如圖）。 圖Z3040搖臂鉆床結(jié)構(gòu)圖 1—底座 2—內(nèi)立柱 3—外立柱 4一絲杠5, 6—電動機 7一搖臂 8一主軸箱 9 一主軸10一工作臺 上圖為搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)圖，工件固定在工作臺之上，工作臺放在底座之 上，主運動和進給運動由電動機6驅(qū)動。主軸箱可以在搖臂來回移動，升降電 動機5的驅(qū)

14、動絲杠，再由絲杠傳動，搖臂可以沿著立柱上下移動，外立柱可以 圍繞內(nèi)立柱來回旋轉(zhuǎn)。 Z3040搖臂鉆床的具體技術(shù)參數(shù)如表。 表搖臂鉆床技術(shù)參數(shù)表 搖臂鉆床Z3040參數(shù)項目Z3040X13 鉆孔最大直徑mm 鋼件30/鑄鐵40 主軸端面至工作臺距離mm 260-1000 主軸中心至立柱母線距離mm 360-1300 主軸行程mm 200 主軸錐孔（莫氏） 4 主軸轉(zhuǎn)速范圍 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) 6 主軸進給量范圍 主軸進給量級數(shù) 3 搖臂回轉(zhuǎn)角度。 360 主電機功率kw 3 升降電機功率kw 機床重量kg 1700 外形尺寸mm 18

15、00X810X2300 Z3040搖臂鉆床控制要求 （1）Z3040型搖臂鉆床具有主軸電動機、搖臂升降電動機、液壓泵電動機 和冷卻泵電動機四臺電動機。它的主軸旋轉(zhuǎn)運動和進給運動都由主電動機拖 動，兩個運動都具有多級變速以適應(yīng)不同工件的加工，進給變速結(jié)構(gòu)和主軸變 速結(jié)構(gòu)都在主軸箱中，在加工螺紋時，主軸的正反轉(zhuǎn)通過機械方式實現(xiàn)，所以 主電機只需單向旋轉(zhuǎn)。 （2）搖臂升降電動機需要正反轉(zhuǎn)，同時搖臂在上下移動時必須保證搖臂松 開了之后才能移動，停止移動之后才能夾緊。 （3）液壓泵電動機必須實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，通過壓力油進入不同的油腔，完成搖 臂、立柱和主軸的松緊，搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動通常采

16、用手動。 （4）此外還有一臺冷卻泵電動機對加工的刀而具進行冷卻，只要求單向旋 轉(zhuǎn)；同時必須具有連鎖與保護環(huán)節(jié)以及安全照明、信號指示電路㈤。 圖Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)原理圖 Z3040搖臂鉆床主電路的分析 在Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)主電路中，總共四個電動機控制鉆床各種運動 和冷卻，分別為主電動機Ml,搖臂升降電動機M2,液壓泵電動機M3和冷卻電 動機M4 （如圖）。 （1）低壓斷路器QF控制三相電源，冷卻電動機M4輸出功率一般很小，直 接由開關(guān)SA1控制起停。 （2）電動機Ml單向旋轉(zhuǎn)通過接觸器KM1控制，主軸的正反轉(zhuǎn)是液壓系統(tǒng) 和機械系統(tǒng)同時控制，由于主運動輸出功率較大，所以

17、設(shè)有熱繼電器FR1作為 過載保護。 （3）搖臂能上升和下降，電動機M2實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，通過接觸器KM2、KM3 來控制，同時設(shè)有熱繼電器FR2作為過我保護。 （4）液壓泵電動機M3需要正反轉(zhuǎn)，通過接觸器KM4、KM5來控制，由于在 松開和夾緊的時候都需要大功率的液壓控制，所以設(shè)有熱繼電器FR3作為過載 保護。 Z3040搖臂鉆床控制電路的分析 在搖臂鉆床控制電路中，控制電路主要是對主運動控制、搖臂升降的控 制、主軸箱和立柱的松開及夾緊控制和控制電路的保護（如圖。 1.1.1 3. 1主運動控制 按下起動按鈕開關(guān)SB2,接觸器KM1得電并自鎖，主軸電動機Ml起動并運 轉(zhuǎn)。按下停止按鈕開

18、關(guān)SB1,接觸器KM1釋放，主軸電動機Ml停轉(zhuǎn)。 1.1.2 搖臂上升或下降控制 按下上升（或下降）按鈕開關(guān)SB3 （或SB4）,時間繼電器KT得電，KT觸 頭（14-15）閉合使接觸器KM4得電，同時常開觸頭KM4 （1-18）閉合，電磁閥 YV得電，液壓泵電動機M3接通電源正向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油，壓力油經(jīng)二位六 通閥進入搖臂松開油腔，壓力油作用下，先推動活塞，通過活塞推動菱形塊， 進而使搖臂松開。待搖臂完全松開后，活塞缸中的活塞桿壓下行程開關(guān)SQ2, 使其常閉觸點SQ2 （7-14）斷開，KM4線圈失電，電磁閥YV失電，電動機M3 停止工作，同時:常開觸點SQ2 （8-9）閉合，接觸器K

19、M2 （或KM3）線圈通電 吸合，搖臂升降電動機M2啟動正向旋轉(zhuǎn)，使搖臂上升（下降）。 當搖臂上升（或下降）到預(yù)定工作位置時，松開上升（或下降）按鈕開關(guān) SB3（或SB4）,則KT、KM2（或KM3）線圈斷電，升降電動機M2停止轉(zhuǎn)動。經(jīng)延 時，延時斷電常閉按鈕KT （18-19）閉合，KM5線圈得電，同時電磁閥YV得 電，使液壓泵電機M3反向旋轉(zhuǎn)，壓力油經(jīng)另一條油路流入二位六通閥，進入搖 臂夾緊油腔，反向推動活塞，在通過活塞推動菱形塊，進而使搖臂夾緊。待搖 臂夾緊后，活塞缸中的活塞桿壓動行程開關(guān)SQ3,使常閉觸點SQ3斷開，KM5線 圈失電，電磁閥YV失電，液壓泵電動機M3停止工作，電磁閥Y

20、V復(fù)位。由于搖 臂升降電洞機M3有一定的慣性，時間繼電器的延時觸頭用來保證升降電機完全 停轉(zhuǎn)之后才夾緊。延時的時間視情況而定，一般在1-3秒，同時需要過載保 護，過載保護由熱繼電器FR2完成訶。 行程開關(guān)SQ1、SQ6用作上升和下降極限位置保護。若上升到極限位置，常 閉觸點SQ1斷開,此時，可用SB4按鈕使搖臂下降。若下降到極限位置，常閉行 程開關(guān)SQ6斷開，此時可用SB3按鈕使搖臂上升。 1.1.3 主軸箱和立柱的松開及夾緊控制 立柱與主軸箱均采用液壓操縱夾緊與放松，兩者同時進行的，工作時要求 電磁閥YV不通電。松開與夾緊分別由按鈕開關(guān)SB5和按鈕開關(guān)SB6控制。指示 燈HL1、HL2

21、指示其動作。 按下按鈕開關(guān)SB5時，KM4線圈通電，M3正向旋轉(zhuǎn)，此時YV沒有的作 用，當液壓泵送出壓力油，壓力油通過二位六通閥進入立柱與主軸箱松開油 腔，先推動活塞干，在通過活塞桿推動菱形塊使主軸箱和立柱同時松開。當立 柱和主軸箱同時松開后，行程開關(guān)SQ4不受壓復(fù)位，常閉觸頭SQ4閉合，指示 燈HL1光，表明立柱與主軸箱已經(jīng)松開?？梢栽趽u臂上移動主軸箱，當移動到 預(yù)定位置時，按下夾緊按鈕開關(guān)SB6時，KM5線圈通電，M3電機反向旋轉(zhuǎn)，液 壓泵供給壓力油進入夾緊油腔，使立柱與主軸箱同時夾緊。當確定已經(jīng)夾緊， 壓下行程開關(guān)SQ4,常閉觸頭SQ4斷開，HL1燈滅，常開觸頭SQ4閉合，HL2燈 克

22、，表示立柱和主軸箱都已經(jīng)夾緊。同時需要過載保護，過載保護由熱繼電器 FR3完成 1.1.4 控制電路保護 行程開關(guān)SQ1和SQ6實現(xiàn)搖臂上升和下降的限位保護。行程開關(guān)SQ2被壓 下表示搖臂松開到位，可以實現(xiàn)上升和下降。行程開關(guān)SQ3被壓下表示搖臂完 全夾緊，液壓泵電動機M3停止運轉(zhuǎn)。斷電延時繼電器KT作用是防止搖臂由于 慣性還在上升（或下降）時就將其夾緊。M2電動機正反轉(zhuǎn)具有電氣互鎖，M3電 動機正反轉(zhuǎn)具有電氣互鎖。電磁閥YV線圈電路中串接按鈕開關(guān)SB5和SB6的常 閉觸頭，保證立柱與主軸箱松開、夾緊操作時.,壓力油只進入立柱主軸箱夾緊 油腔而不進入搖臂夾緊油腔。 熔斷器FU0-FU5實

23、現(xiàn)電路的短路保護。熱繼電器FR1、FR2、FR3為電動機 Ml、M2、M3實現(xiàn)過載保護。 Z3040搖臂鉆床信號和照明電路的分析 EL是機床照明燈，接有24V安全電壓，由SA2手動開關(guān)控制。HL1是主軸 與立柱松開指示燈，燈先表示已經(jīng)松開，可以手動移動搖臂或者主軸箱的移 動。 HL2是主軸與立柱夾緊指示燈，燈鳧表示已經(jīng)夾緊，可以進行加工。HL3為主軸 旋 轉(zhuǎn) 指 示 燈 。 3 Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計 在對搖臂鉆床的控制分析過后，對于Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)PLC改 造，應(yīng)先對于PLC的結(jié)構(gòu)、功能和特點等進行介紹。PLC改造的方案設(shè)計部分 有兩部分組成，一部分

24、為電氣控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計（PLC機型的確定、I/O端 口地址的確定和接線圖的設(shè)計）;第二部分是電氣控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計（PLC 控制程序梯形圖的繪制、程序指令編寫和系統(tǒng)程序仿真）。PLC硬件設(shè)計具體 方案如下： PLC的簡介 可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）是以微處理為基 礎(chǔ)，綜合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種 新型工業(yè)自動控制裝置，是將計算機技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的新產(chǎn)品。早期 的可編程控制器主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制，因此稱為可編程邏輯控制 器，簡稱PLC,隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的PLC的功能

25、已經(jīng)超越了邏輯控制的范 圍，PLC從誕生至今，僅有40余年的歷史，但是得到了異常迅猛的發(fā)展，并曰 CAD/CAM、機器人技術(shù)一起被譽為當代工業(yè)自動化的三大支柱之一⑹。 PLC是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相 同，基本構(gòu)成為：電源、中央處理單元（CPU）、存儲器和輸入輸出模塊。具體結(jié) 構(gòu)如圖 , 輸入模塊 圖PLC結(jié)構(gòu)圖 輸;I；模塊 PLC W式是產(chǎn)期掃描的王作方式,一個掃描周慳坪刊彳為3個階段 輸入采樣|盅在程序執(zhí)行階阜和輸出刷新岸段。PLC白堂本曳術(shù)指標主要由 存儲容量、Jh腌穆、I/O點數(shù)和編啊言四部分構(gòu)成遒Itik：具有功能完 善、模塊化結(jié)構(gòu)③件和軟件

26、底固護操作方匡擴展容易性能穩(wěn)定 和可靠性高等擰^ 由于具有諸多優(yōu)勢PLC在國內(nèi)外已蘇泛用于用鐵、采礦、 水泥、石油、化至二電力，機/制造、汽車為卸、造紙骸織、環(huán)保及娛樂等 各行各業(yè) 無 存儲器 裝 7；二 y PLC供國3 丁 目前PLC市場不論在）內(nèi)還是國腐除非?；鸹蚴袌錾螾LC種類也很多， 具有很強競爭力的有三菱公司、西門子公司、歐姆龍公司。這些公司產(chǎn)品質(zhì)量 和產(chǎn)品服務(wù)都屬于一流，同樣產(chǎn)品種類也很齊全（三菱公司的產(chǎn)品有FX系列、 A系列、ANS系列、Q系列、Q\A系列等西門子公司的產(chǎn)品有S7-200、 S7- 300、S7-400） o本課題PLC選型主要從PLC的物理硬件結(jié)構(gòu)、PL

27、C的輸入輸出 點數(shù)和PLC的存儲容量3種條件進行選取。 （1）PLC的物理硬件結(jié)構(gòu) 根據(jù)物理硬件結(jié)構(gòu)的不同，PLC分為整體式、插件式和疊裝式。整體式的 較其他兩種結(jié)構(gòu)相對便宜，小型電氣控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程控制器。 此次所設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)屬于小型開關(guān)量電氣控制系統(tǒng)沒有特殊的控制任 務(wù)，整體式PLC完全可以滿足控制要求。因此，Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng) 的PLC選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC[s：o （2） PLC的輸入和輸出點數(shù) 在對其改造中在條件允許的情況下盡可能利用原有電器元件，最大程度利 用資源。通過對原有電路來確定輸入點數(shù)，其中：按鈕6個，行程開關(guān)6個， 熱繼電器常閉3個，

28、共15個輸入端口點數(shù)，所以PLC的輸入點數(shù)必須大于15 個；接觸器6個，信號燈3個，共計9個輸出端口點數(shù)，所以PLC的輸出點數(shù) 必須大于9個，一般情況下還要保留10%-15%的裕量。 （3） PLC的存儲容量 選擇PLC存儲器容量要有25%左右裕量，PLC存儲器容量的估算方法：對于 僅有開關(guān)量輸入和輸出點數(shù)乘以8,就是所需PLC存儲器的存儲容量（單位為 bit）即 （15+9） X8=192 bit 根據(jù)上述3種選取的原則，綜合選取三菱公司的FX*系列，F(xiàn)Xa.是FX系列 中規(guī)格最大、性能最高、功能最強的一種系列，可用于大多數(shù)單機控制或網(wǎng)絡(luò) 控制，具有CPU運算速度很快、I/O擴展容易

29、、編程功能與網(wǎng)絡(luò)通信都很強等 特點。 Z3040鉆床控制系統(tǒng)為繼電器輸出，輸入和輸出點數(shù)分別為15個和9個， 在選擇FXa.系列PLC基本單元規(guī)格時，選擇24點輸入/24點繼電器輸出，交流 電源型PLC基本單元，基本單元具體型號參數(shù)為FXb48MR-001。其中48表示 24輸入和24個輸入；M為基本單元的符號；R為繼電器輸入；001代表交流供 電。F&n的具體性能規(guī)格如下表（表）。 表 FXzx性能規(guī)格表 項目 性能 編程語言 指令表、梯形圖、步進梯形圖（SFC圖） 用戶存儲器容量 內(nèi)置EEPROM： 8K步;存儲器盒：16K步 基本邏輯控制指令 順控指令：27條；步進梯

30、形圖指令:2條 應(yīng)用指令 132 種，309 條 指令處理速度 基本邏輯控制指令：每條  I/O點數(shù) 最大I/O點數(shù)：256 輔助繼電 器 一般用 M0~M383,共 500 點 保持型 M384~M1535,共 2572 點 特殊用 M8000~M8255,共 256 狀態(tài)元件 初始狀態(tài) S0飛9,共10點 一般狀態(tài) S10飛499,共 490 點 保存區(qū)域 S500飛899,共 400 點 定時器 100MS T0~T199, T250~T255,共 206 點 10MS T200~T245,共 46 點 IMS T246~249,

31、共 4 個點 計數(shù)器 16位通用 C0~C99,共 100 點 16位保持 C100"C199,共 100 點 32位通用 C200~C219,共 20 點 32位保持 C220?C234,共 15 點 32位高速 C235~C255,可使用8點 數(shù)據(jù)寄存 器 16位通用 D0~D199,共 200 點 16位保持 D200、D7999,共 7800 點 文件寄存 器 D1000"D7999,共 7000 點 16位特殊 D8000"D8195,共 106 點 16位變止 V0>7, Z0~Z7,共 16 點 指針 跳轉(zhuǎn)用 P0>127,共 1

32、28 點 嵌套 主控用 N0~N7,共8 點 常數(shù) 16 位：OFFFF; 32 位（fFFFFFFFF PLC輸入與輸出端口地址的分配 當確定選取的型號之后，根據(jù)Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)原理圖，進行I/O 點的端口分配，表是I/O地址分配表。 表中輸入端有15個輸入端口，由有6個按鈕開關(guān)、5個行程按鈕和3個 熱繼電器開關(guān)共同組成；輸出端有9個輸出端口，由5個繼電器-接觸器、一個 電磁閥線圈和3個指示燈共同組成。具體PLC輸入與輸出見I/O地址分配表 （表）。 表 1/0（輸入、輸出）地址分配表 序號 I（輸入） 0 （輸出） 1 SB1 X000

33、KM1 Y000 2 SB2 X001 KM2 Y001 3 SB3 X002 KM3 Y002 4 SB4 X003 KM4 Y003 5 SB5 X004 KM5 Y004 6 SB6 X005 YA Y005 7 SQ1 X006 HL1 Y006 8 SQ2 X007 HL2 Y007 9 SQ3 X010 HL3 Y010 10 SQ4 X011 11 SQ5 X012 12 SQ6 X013 13 FR1 X014 14 FR2 X015

34、 15 FR3 X016 PLC電氣接線圖設(shè)計 當對Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)I/O端口地址分配之后，接下來進行電 氣接線圖的設(shè)計。 開關(guān)量輸入輸出模塊的外部接線分為匯點式和分離式兩種，匯點式各輸入 輸出回路有一個公共端，并共用一個電源。分離式各輸入輸出回路有多個接線 端，并由單獨電源供電，每個點之間是相互獨立的。由于輸入端有15個輸入點 數(shù)，并且輸入電壓較低，所采用匯點式直流模塊；輸出端有9個輸出點數(shù)，但 要求的電壓較高，所采用分離式輸出，采用3個COM輸出。輸入端或輸出端有 感性元件，應(yīng)在它們兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，以仰止電路斷開時產(chǎn)生的電弧對 PLC的影響。

35、續(xù)流二極管可以選用1A的管子，其額定電壓應(yīng)大于電壓電壓的3 倍。具體的接線圖。 4 Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計 對Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計時，提到本設(shè)計的方案由兩部分 組成，一部分為硬件設(shè)計，那另一部分為軟件設(shè)計。本章節(jié)主要對于軟件設(shè)計 的分類、控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計和程序的仿真。 PLC軟件設(shè)計方法的分類 PLC軟件設(shè)計分為繼電器梯形圖、邏輯功能圖、功能流程圖、邏輯代數(shù)表 達式和指令程序指令表五種表達方式。 （1）繼電器梯形圖 繼電器表達方式與傳統(tǒng)的繼電器電路圖非常相似，對于廣大電氣技術(shù)人員及 操作維護人員來說非常直觀、形象，并且能更快、更好的接受。

36、梯形圖按自上而下，從左到右的順利排列。每個繼電器線圈為一個邏輯行， 即一層階梯，每個邏輯行起于左母線，然后是觸點的各項各種連接，最后終止 于繼電器線圈（通常加上一條右母線），整個圖形呈階梯狀。梯形圖是形象化 的編程手段，因而梯形圖中沒有真實的物理電流，而只有“概念”電流只能從 左到右流動，層次的改變只能先上后下。 （2）邏輯功能圖 邏輯功能圖基本上沿用了半導體邏輯電路的邏輯圖來表達。這種方式易于 描述較為復(fù)雜的控制功能。它表達直觀，查錯查漏都比較容易，因此，它就編 程時常使用的一種方式，但它必須采用帶有顯示屏的編程器才能描述。 （3）功能流程圖 功能流程圖類似于計算機常用的程序框圖，但

37、它有自己規(guī)則。描述控制過 程詳盡具體，包括每框前的輸入信號，框內(nèi)的工作內(nèi)容，框后的輸出狀態(tài)，框 與框之間的轉(zhuǎn)換條件。這種方式容易構(gòu)思，是一種常用的程序表達方式。 （4）邏輯代數(shù)表達式 可以對前兩種方式寫出輸出信號和中間變量的邏輯表達式。這是一種輔助 的程序設(shè)計方式。 （5）指令語言程序 指令語句程序利用類似于匯編語言的指令語句來編程。這對熟悉微機匯編 語言的編程者特別容易接受。編程設(shè)備簡單，通常都預(yù)先用以上幾種方式表 達，然后改成相應(yīng)的語句比。 PLC軟件設(shè)計運用的表達方式，通常都是以上幾種表達方式的組合，從而 達到最好設(shè)計效果。 控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計 為了使Z3040搖臂鉆床在進

38、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、照明控制程序等部分組成。繪制梯形圖用是GX軟 件，該產(chǎn)品同樣是三菱開發(fā)的軟件。 4.2.1 主軸電動機控制梯形圖 主軸電動機只需要單方向旋轉(zhuǎn)，按鈕開關(guān)SB1 （即X001）為起動按鈕，啟動 后KMl（YOOO）線圈得電，主電動機正轉(zhuǎn)，同時KM1實現(xiàn)自鎖，SB2（即X000）為停 止按鈕，過載保護由熱繼電器FR1 （即

39、X014）完成。梯形圖程序如圖所示。 圖主軸電動機Ml控制梯形圖 4.2.2 搖臂升降控制梯形圖 搖臂升降控制程序按下上升按鈕開關(guān)SB3 （即X002）或SB4（即X003）,中 間繼電器M100或M101得電，同時置位元件SET使中間繼電器M20或M21置 位，由于M100或M101得電,即瞬動常開觸頭KT,線圈KM4（即Y003）得電,同 時常開觸點KM4（1T8）得電閉合，電磁閥YV（即Y005）通電，液壓泵電動機M3 接通電源正轉(zhuǎn)。當搖臂完全松開后，SQ3 （X010）恢復(fù)常態(tài)閉合，活塞缸中的活 塞桿壓下行程開關(guān)SQ2（即X007）,其常閉觸點SQ2斷開，使接觸器KM4 （Y00

40、3 ）線圈失電，液壓泵電動機M3停止工作，同時常開觸點SQ2閉合，接觸 器KM2 （即Y001）或KM3（即Y002）線圈得電，升降電動機M2接通電源正轉(zhuǎn)或反 轉(zhuǎn)，使搖臂上升或下降。待搖臂上升或下降到相應(yīng)預(yù)定位置，松開按鈕開關(guān) SB3或SB4, KM2或KM3線圈斷電，但此時電動機還有慣性作用，還在繼續(xù)上 升，所以必須在搖臂上升或下降停止以后才能夾緊，緩沖的時間需要3秒左 右。在SB3或SB4松開之后,計數(shù)器TO或者T1開始計時，計數(shù)到30也是3秒 時，T0或T1的常開開關(guān)閉合，KM5（即Y004）線圈得電，電磁閥YV得電，液壓 泵電機M3接通電源反轉(zhuǎn)。搖臂夾緊后，活塞缸中的活塞桿壓動行程開關(guān)

41、 SQ3（X010）,使常閉觸點SQ3斷開，KM5和YV失電，液壓泵M3斷電停止工作， 電磁閥YV復(fù)位，同時復(fù)位元件RST使M20或M21復(fù)位。同時需要過載保護，過 載保護由熱繼電器FR2（即X016）完成。升降運動具體工作流程如功能流程圖和 圖，搖臂升降梯形圖程序如圖所示。 圖搖臂上升功能流程圖 圖搖產(chǎn)下降功能流程圖 | 按下SB4 |~? ~I ~、八M旦由――〃旦由I 圖搖臂升降控制梯形圖 4.2.3 主軸箱和立柱松開、夾緊梯形圖 立柱與主軸箱均采用液壓操縱夾緊與放松，兩者同時進行的。松開與夾緊 分別由松開按鈕開關(guān)SB5 （即 X004）和夾緊按鈕開關(guān)SB6（X005）控

42、制。按 下按鈕SB5開關(guān)時，KM4線圈通電，液壓泵M3電機正轉(zhuǎn)，立柱與主軸箱松開。 當立柱與主軸箱松開后，可以手動操作主軸箱在搖臂的水平導軌上移動。當移 動到位，按下夾緊按鈕開關(guān)SB6時，KM5線圈通電，液壓泵M3電機反轉(zhuǎn)，使立 柱與主軸箱同時夾緊。當確定已經(jīng)夾緊，可以進行鉆削加工，同時需要過載保 護，過載保護由熱繼電器FR3（X017）完成。梯形圖程序如圖所示。 圖主軸箱和立柱松開、夾緊梯形圖 4.2.4 信號指示梯形圖 HL1（即Y006）是主軸與立柱松開指示燈，通過的常閉行程開關(guān)控制，燈亮 表示已經(jīng)松開，可以手動移動搖臂或者推動搖臂回轉(zhuǎn)。HL2（即Y007）是主軸與 立柱夾緊指示燈

43、，通過的常開行程開關(guān)控制，燈先表示已經(jīng)夾緊，可以進行加 工。HL3（即Y010）是主軸旋轉(zhuǎn)示燈，通過線圈KMl（YOOO）控制，燈亮表示主軸開 始旋轉(zhuǎn)。梯形圖如所示。 圖信號指示梯形圖 4.2.5 搖臂鉆床控制系統(tǒng)梯形圖 上述四個控制系統(tǒng)圖分別是主軸電動機Ml控制梯形圖、搖臂升降控制梯形 圖、主軸箱和立柱松開和夾緊梯形圖信號指示梯形圖。四個控制單元一起相互 組合、相互作用構(gòu)成了 Z3040搖臂鉆床的控制程序，使其搖臂鉆床完成各種加 工任務(wù)。圖是Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)的梯形圖。 圖搖臂鉆床控制系統(tǒng)梯形圖 控制系統(tǒng)語句表 PLC的指令語句程序是利用類似于匯編語言的指令語句來編程，編

44、程簡單 易懂，對于編程者特別容易接受。通過設(shè)計出梯形圖（圖）得出控制系統(tǒng)程序 語句表。 控制系統(tǒng)仿真 對梯形圖設(shè)計完之后，通過三菱GT design軟件設(shè)計出搖臂鉆床的仿真界 面，把輸入輸出端口與相對應(yīng)按鈕和接觸器聯(lián)系起來。仿真界面設(shè)計完成之 后，在從GX Developer軟件中調(diào)出梯形圖，并點擊邏輯測試，然后打開GT simulator軟件調(diào)出開始設(shè)計的界面，此時就進入進行仿真界面?？梢阅M搖 臂鉆床電機得電旋轉(zhuǎn)情況。以下具體介紹對Z3040搖臂鉆床幾種運動方式的仿 真。 4. 4. 1主電動機的仿真 對于主電動機的仿真，當按下啟動按鈕SB2,主電機Ml馬上得電，并且由 于自鎖的作

45、用，主電動機一直得電，主電機開始旋轉(zhuǎn)，主電機旋轉(zhuǎn)按鈕燈也鳧 起（如圖）。 圖主電動機仿真圖 5. 4.2搖臂上升和下降的仿真 搖臂上升或下降時，一直先按下SB3或SB4,讓中間繼電器得電，進而液 壓泵電機正轉(zhuǎn)和電磁閥YV得電，從而使搖臂首先松開（如圖）。 圖 搖臂夾緊仿真圖 當搖臂完全松開之后，液壓泵電動機和電磁閥失電，一直按下SB3或SB4 搖臂升降電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，搖臂上升或下降，下圖為搖臂上升圖（如圖4- 10） O 圖搖臂上升仿真圖 當搖臂上升或者下降到預(yù)定位置的時候，松開SB3 （或SB4）,這時由于搖 臂有慣性作用，仍然還在上升。當延時3秒之后，液壓泵電動機反轉(zhuǎn)，同時

46、電 磁閥YV得電，這里搖臂夾緊，當夾緊到之后，行程開關(guān)常閉行程開關(guān)SQ3壓 下，液壓泵電機停止轉(zhuǎn)動和電磁閥YV失電（如圖4-11）。 圖 搖臂夾緊仿真圖 4. 4.3主軸和立柱夾緊與放松仿真 當主軸和立柱需要松開的時候，按下SB5,液壓泵電動機正轉(zhuǎn)，同時電磁 閥YV不能得電（如圖）。 圖 主軸和立柱松開仿真圖 當主軸和立柱需要夾緊的時候，按下SB6,液壓泵電動機反轉(zhuǎn)，同時電磁 閥YV不能得電（如圖）。 圖 主軸和立柱夾緊仿真圖 5主要電氣元件及選擇 Z3040搖臂鉆床額定工作電壓為380V,主電動機Ml功率為3KW,搖臂升降 電動機M2功率為，液壓泵電動機M3功率為，冷卻電動機

47、M4功率為90W。搖臂 鉆床主要有低壓電路器、接觸器、繼電器和熔斷器和開關(guān)按鈕等電氣元件。 低壓斷路器 低壓斷路器乂稱為自動空氣開關(guān)，它相當于刀閘開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和 欠電壓繼電器的組合體，是一種自動切斷電路故障用的保護電器。低壓斷路器 具有萬能式低壓斷路器、裝置式斷路器、快速斷路器和限流斷路器四種形式。 5.1.1 低壓斷路器的選擇原則 （1）低壓斷路器的額定電流和額定電壓應(yīng)大于或等于線路、設(shè)備正常的工作電 壓和工作電流。 （2）低壓斷路器的極限通斷能力應(yīng)大于或等于電路最大短路電流。 （3）欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。 （4）過電流脫扣器額定電流大于或等于線路

48、的最大負載電流。 （5）斷路器類型的選擇，應(yīng)根據(jù)電路的額定電流及保護的要求開選用:電。 5.1.2 低壓斷路器的選擇 根據(jù)以上選擇原則，分別求出4臺電動機的額定電流，從而得出負載的工 作電流（既為4臺電動機的額定電流之和）。 主電動機的額定電流為： 3x103 PvxlO3 a/3(7v cos^x;; VJ x 380x0.85x0.82 式中：P、一電動機功率（kW）。 區(qū)一電動機額定線電壓（V） COS。一電動機功率因數(shù)，其值大約在~之間。 n—電動機的效率，其值一般在?之間。 功率因素選擇cos夕取，電動機效率n取 同理得出搖臂升降電動機額定電流L的額定電流為

49、為，液壓泵電動機額定 電流1公.為，冷卻電動機額定電流L為。 Id+Iw+lza+Iy =6.5A+3.26A+1.63A+0.20A=11.6 A 式（） 故選擇DZ40-40/2901, 16A型低壓斷路器。 接觸器 接觸器是用來接通或斷開電動機或其他負載主電路的一種控制元件。它是 利用電磁力使開關(guān)或閉合的電器，適用于頻繁操作（頻率大于每小時1500次） 的遠距離控制大電流電路。根據(jù)主觸點所接回路的電流種類，接觸器分為直流 接觸器分為直流接觸器和交流接觸器兩種。 5.1.3 接觸器的選擇原則 為了保證系統(tǒng)的正常工作，必須根據(jù)以下原則正確選擇接觸器，使接觸器 的技術(shù)參數(shù)滿足控制線

50、路的要求。 （1）接觸器的類型應(yīng)根據(jù)電路中負載電流的種類來選擇。即交流負載應(yīng)選 用交流接觸器，直流負載應(yīng)選用直流接觸器。 根據(jù)使用類別選用相應(yīng)系列產(chǎn)品，接觸器產(chǎn)品系列是按使用類別設(shè)計的， 所以應(yīng)根據(jù)接觸器負擔的工作任務(wù)來選擇相應(yīng)的使用類別。若電動機承受一般 任務(wù)，其接觸器可選AC-3類；若承擔重任務(wù)可選用AC-4類，如選用AC-3類用 于重任務(wù)時，應(yīng)降低容量使用。 （2）接觸器的額定電壓大于等于主電路的額定電壓。 （3）按接觸器設(shè)計時規(guī)定的使用類別使用時，接觸器的額定電流應(yīng)等于或 稍大于負載額定電流；按任務(wù)使用類別設(shè)計的接觸器，用于重任務(wù)使用類別 時，應(yīng)降低容量使用；用于反復(fù)短時工作制

51、的接觸器，其額定電流應(yīng)大于負載 的等效發(fā)熱電流。 （4）接觸器線圈的額定電壓必須與接入此線圈的控制電路的額定電壓相等 口6： o 5.2.2接觸器的選擇 （1）接觸器KM1的選擇 主軸電動機不需要承受過大的負載任務(wù)，只需要起動、停止的控制。因此 選擇AC3類接觸器；主電動機Ml額定電流L為主電動機的功率為3KW,考慮 到留有一定余量故選CJ10-10型，線圈電壓110V。 （2）其他接觸器的選擇 由于其他電動機的負教任務(wù)都不重，所以都選擇AC類接觸器。升降電動機 的額定電流為，功率為，接觸器KM2選擇CJ10-10線圈電壓110V ,同樣接觸 器KM3選擇CJ10-10線圈電壓H0

52、V。液壓泵電動機的額定電流為，功率為， 接觸器KM4選擇CJ10-5線圈電壓110V,接觸器KM5選擇CJ10-5線圈電壓 HOVo 熱繼電器 熱繼電器在三相交流電流中做過載保護，電動機在實際運行時會出現(xiàn)過載 的時候，只要過載并不嚴重，時間較短，繞組不超過允許溫升，這種過載是允 許的，但是不允許長時間的過載，這種情況會加速電機的老化，燒毀繞組。所 以在發(fā)揮電動機的過載能力時還是必須設(shè)置過載保護。 5.3.1 熱繼電器選用原則 熱繼電器選用是否得當，直接影響著對電動機進行過載保護的可靠性。通 常選用時應(yīng)按電動機類型、工作環(huán)境、啟動情況等幾方面綜合加以考慮。 電動機的額定電流必須小于熱繼

53、電器的額定電流，然后根據(jù)額定電流對熱 繼電器的型號進行選擇。 Ifrn=（0.95~1.05）Imn 式（） 式中：IFR、.一熱繼電器熱元件的整定電流； IMN一電動機額定電流； 在不頻繁啟動場合，要保證熱繼電器在電動機的啟動過程中不產(chǎn)生誤操 作。通常，當電動機啟動電流為額定電流6倍以及啟動時間不超過6s時，若很 少連續(xù)啟動，選擇熱繼電器時按照電動機的額定電流川。 5.3.2 熱繼電器的選擇 （1）主軸電動機熱繼電器FR1的選擇。 因為熱繼電器額定電流為電動機額定電流的?倍，考慮到倍數(shù)變化的幅度 不是很大，這里倍數(shù)選取1。 IF1 = IN1= 6.5A 式（） 故選用熱繼

54、電器的FR1型號為JR0-40,熱元件額定電流調(diào)節(jié)范圍?10A, 額定電流取。 （2）搖臂升降電動機熱繼電器FR2的選擇 Ip =In,= 3.26A 式（） 故選用熱繼電器FR2的型號為JR0-40,熱元件額定電流調(diào)節(jié)范圍?4A,額 定電流取。 （3）液壓泵電動機熱繼電器FR3的選擇 L產(chǎn) L63A 式（） 故選用熱繼電器FR3的型號為JR0-40,熱元件額定電流L6A?2.5A,取 1. 63A o 時間繼電器 時間繼電器的指從得到輸入信號（線圈的通電或斷電）開始，經(jīng)過一段時 間才輸出信號（觸點的閉合或斷開）的繼電器。時間繼電器的種類有很多，常 用的有電磁式、空氣阻尼式和晶

55、體式等。下面重點介紹常用的電磁式時間繼電 器、空氣阻尼式時間繼電器和晶體式時間繼電器。 5.4.1時間繼電器的選擇原則 （1）時間繼電器的類型應(yīng)根據(jù)電路中負載電流的種類來選擇。即交流負載 應(yīng)選用交流交流時間繼電器，直流負載應(yīng)選用直流時間繼電器。 （2）時間繼電器額定電壓大于等于主電路的額定電壓。 （3）時間繼電器額定電流應(yīng)等于或稍大于負我額定電流； （4）時間繼電器線圈的額定電壓必須與接入此線圈的控制電路的額定電壓 相等巴 5. 4.2時間繼電器的選擇 由于主電路為380V交流電源，控制電路吸引線圈電壓為110V,所以時間繼 電器KT選擇交流LS7-3A型空氣阻尼式時間繼電器，1

56、10V吸引電壓，觸點額定 電流為5Ao 熔斷器 熔斷器乂稱保險絲（或保險絲），主要用于供電線路和電氣設(shè)備的短路保 護。它的有點是體積小、動作快、簡直經(jīng)濟，并且有限短路電流的作用。它的 缺點是易受到周圍溫度的影響，工作不夠穩(wěn)定，容易在正常工作時發(fā)生一相熔 斷，造成電動機單相運動，使電動機燒毀。 6. 5.1熔斷器的選擇原則 （1）熔斷器的類型應(yīng)根據(jù)線路的要求、使用場合兒安裝條件進行選擇。 （2）熔斷器的額定電壓必須等于或高于熔斷器工作點的電壓。 （3）熔斷器的額定電流根據(jù)被保護的電路（支路）及設(shè)備的額定負載電流 選擇。熔斷器的額定電流必須等于或高于所裝熔體的額定電流。 （4）熔斷器

57、的額定分斷能力必須大于電路中可能出現(xiàn)的最大故障電流。 （5）熔斷器所裝熔體額定電流的選擇： 對于照明線路等沒有沖擊電流的負載，應(yīng)使熔體的額定電流等于或稍大于 電路的電流，既式中L為熔體的額定電流，I?、為電路的工作電流。 對于單電動機類負載，要考慮起動沖擊電流的影響，應(yīng)按下式計算 12之（2~3）卜 式（） 對于多電機負教，根據(jù)電氣元器件選型原則可知，多臺長期工作的電動機共用 熔斷器時，熔斷器的額定電流應(yīng)為： lFt2(2~3)Ia+ZL 式() 式中*u—熔體額定電流； 電動機額定電流； "ax一容量最大的電動機的額定電流； ZL一除容量最大的電動機之外，其余電動機的額定電

58、流之和 5. 5.2熔斷器的選擇 由于Z3040搖臂鉆床啟動時屬于輕載啟動且啟動時間比較短，所以系數(shù)取 2則根據(jù)以上公式熔斷器FUO額定電流： >(2-3)Inm+22lcd > (2 - 3) x 6.5+3.26+1.63 > 18.0A 式() 考慮到用于保護多臺電動機的熔斷器，在出現(xiàn)尖峰電流時也不應(yīng)熔斷，為 了安全起見通常實際上選用的熔斷器的額定電流要比計算出來的值稍大，所以 本次設(shè)計總電源熔斷器型號為RL1-60,熔體額定電流選用25A的。 同理得出熔斷器FU1的熔體額定電流為7W1>8.15A,所以選擇熔斷器的 型號為RL15,熔體額定電流為10A。其余熔斷器型號見表所

59、示。 主令電器 主令電器是用來發(fā)布命令、改變控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的電器，用以控制電力 拖動系統(tǒng)中電動機的啟動、停車、制動以及調(diào)速等。主令電器科直接作用于控 制電路。也可以通過電磁式電器直接作用于控制電路。其主要類型有按鈕、行 程開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器、腳踏開關(guān)等。 5. 6.1按鈕開關(guān)的選擇 控制按鈕簡稱按鈕，是一種結(jié)構(gòu)簡單使用廣泛的手動主令電器，在控制電 路中作為遠距離手動控制電磁式電器，也可以用來轉(zhuǎn)換各種信號電路和電器連 鎖電路等的。 按鈕開關(guān)的工作原理很簡直，當按下按鈕時，先斷開常閉觸點，而后接通 常開觸點。按鈕釋放后，在復(fù)位彈簧作用下使觸點復(fù)位。按鈕開關(guān)的種類很 多，有L

60、A2、LA18、LA19、LA20、LA25等系列，同時每種系列開關(guān)都具有不同 的顏色，可以區(qū)別不同功能的開關(guān)。 本設(shè)計選擇LA19系列，LA19系列為按鈕開關(guān)與信號燈的組合，按鈕開關(guān) 與信號燈的組合，按鈕兼作信號燈燈罩，用透明塑料制成。 5. 6.2行程開關(guān)的選擇 行程開關(guān)用于控制運動機構(gòu)的行程、信號轉(zhuǎn)換、連鎖等，主要用于檢測工作 機械的位置，發(fā)出命令以控制其運動方向或行程長短。行程開關(guān)也稱位置開 關(guān)。 行程開關(guān)從結(jié)構(gòu)形式上分為直動式、滾動式和微動式三種，常用的直動式行 程開關(guān)有LX1系類和JLXK1系列；滾動式行程開關(guān)有LX2系列和JLXK2系類; 微動式行程開關(guān)有LXW-U系列和

61、JLXK1-11系列:電。 本設(shè)計選擇JLXK1系列，JLXK1系列額定電壓為500V,額定電流為5A,觸 點數(shù)量分別由一個常開和常閉。 除了上述電氣元件之外，還有轉(zhuǎn)換開關(guān)、變壓器、指示燈等其他電氣元件 （如表6-1） o 下表為Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)電氣元件表。 表電氣元件表 符號 名稱 型號規(guī)格 用途 數(shù)量 Ml 電動機 驅(qū)動主軸及進給 1 M2 電動機 Y90L-4 驅(qū)動搖臂升降 1 M3 電動機 Y802-4 搖臂、立柱和主軸箱松 開、夾緊 1 M4 電動機 AOB-25 90W 驅(qū)動冷卻泵 1 QF 低壓斷路 器

62、DZ40-40/2901 總電源輸入 1 KM1 接觸器 CJ1O-1O型，線圈電 壓 110V 主軸電動機啟、停 1 KM2 接觸器 CJ1O-1O型，線圈電 壓 110V 搖臂升降電動機正轉(zhuǎn) 1 KM3 接觸器 CJ1O-1O型，線圈電 壓 110V 搖臂升降電動機反轉(zhuǎn) 1 KM4 接觸器 CJ10-5型，線圈電 壓 110V 液壓泵電動機正轉(zhuǎn) 1 KM5 接觸器 CJ10-5型，線圈電 壓 110V 液壓泵電動機反轉(zhuǎn) 1 FR1 熱繼電器 JR06-20 主電動機過載保護 1 FR2 熱繼電器 JR06-20 升降電

63、動機過載保護 1 FR3 熱繼電器 JR06-20 液壓泵電動機過載保護 1 KT 時間繼電 器 LS7-3A 搖臂上升延時夾緊 1 FUO 熔斷器 RL1-60 20A 總線路保護 1 FU1 熔斷器 RL1-15 10A 線路保護 1 FU2 熔斷器 RL1-15 10A 線路保護 1 FU3 熔斷器 RLl-15 5A 線路保護 1 FU4 熔斷器 RL1-15 2A 線路保護 1 FU5 熔斷器 RLl-15 2A 線路保護 1 SB1 按鈕開關(guān) LA19 主軸電機停止 1  SB2 按

64、鈕開關(guān) LA19 主軸電機啟動 1 SB3 按鈕開關(guān) LA19 搖臂上升 1 SB4 按鈕開關(guān) LA19 搖臂下降 1 SB5 按鈕開關(guān) LA19 立柱和主軸箱的松開 1 SB6 按鈕開關(guān) LA19 立柱和主軸箱的夾緊 1 SAI 轉(zhuǎn)換開關(guān) LW6 冷卻電動機控制 1 SA2 轉(zhuǎn)換開關(guān) LW6 照明燈的控制 1 SD1 行程開關(guān) JLXK1 搖臂上升極限位置保護 1 SD2 行程開關(guān) JLXK1 搖臂松開到位 1 SD3 行程開關(guān) JLXK1 搖臂夾緊行到 1 SD4 行程開關(guān) JLXK1

65、立柱和主軸箱松緊 1 SD5 行程開關(guān) JLXK1 主行程開關(guān) 1 SD6 行程開關(guān) JLXK1 搖臂下降極限位置保護 1 HL1 指示燈 XD1 立柱松開指示燈 1 HL2 指示燈 XD1 立柱夾緊指示燈 1 HL2 指示燈 XD1 主電機旋轉(zhuǎn)指示 燈 1 ELI 照明燈 JC-25 照明 1 TC 變壓器 BK-150 380/110- 21-6 控制、指示電路電源電壓 1 6總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是大學學習最后重要的階段，也是最重要的階段，它對我們四年 以來所學知識的一個綜合檢驗，同時畢業(yè)設(shè)計鍛煉我們所學知識同實際

66、問題相 結(jié)合的能力。對于Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)PLC的改造，把原有繼電器一一接 觸器控制系統(tǒng)改造為性能等各方面更加優(yōu)化的PLC控制系統(tǒng)，進而實現(xiàn)了 Z3040搖臂鉆床的自動化控制，設(shè)計時解決各種問題時，需要查閱大量的文獻 資料，因此增加了自己的知識量和檢索知識的速度，同時鍛煉分析問題和解決 問題的能力，這也是完成畢業(yè)設(shè)計應(yīng)該具備的能力。這些知識的擴展和能力的 增強是我在大學期間很大的收獲，為今后走向工作崗位奠定了很好的基礎(chǔ)。 Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)的PLC改造，涉及了機械和電氣兩個學科的知 識，首先Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)線路和PLC特點分析，其次根據(jù)其原理和特 點完成PLC的選型、I/O端口地址的分配及接線圖繪制、系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計和 程序指令表編寫和控制系統(tǒng)仿真，最后對控制系統(tǒng)主要電氣元件的選擇。 Z3040搖臂鉆床的控制系統(tǒng)通過PLC的改造，控制系統(tǒng)的變得簡單、編程 方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強，故障率低，對工作環(huán)境要求低 等一系列優(yōu)點。從而提高了機床的工作性能和工作效率，提高了產(chǎn)品的加工質(zhì) 量，提高了生產(chǎn)率，提高了企業(yè)的市場競爭力。 由于時間和所學知