毕业设计 z3050摇臂钻床的PLC改造 PLC.docx
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毕业设计z3050摇臂钻床的PLC改造PLC
前言4
第一章z3050摇臂钻床简介7
2.1PLC定义
2.2PLC的特点........................................................
2.3PLC的分类及工作原理
总结39
前言
本次设计的内容主要是利用PLC(ProgrammableLogicController)对z3050摇臂钻床的控制部分进行改造。
我先对本次的设计进行了总体的思考和分析,使自己对z3050摇臂钻床的基本结构、运动情况、加工工艺要求等有一定的了解。
Z3050摇臂钻床主要有底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等组成。
对z3050摇臂钻床电气控制部分进行分析得出它需要完成开门断电功能、主轴电动机的正反转控制功能、刀架的快速移动功能、冷却泵电动机的控制。
然后根据电气控制电路的线路图,编译PLC的梯形图,编译通过后,利用PLC实验台进行实验仿真。
由于PLC极高的可靠性,极丰富的指令集,易于掌握,便捷的操作,丰富的内置集成功能,实时特性。
因此使Z3050摇臂钻床在完成原有的功能特点外,还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。
引言:
钻床是一种专门进行孔加工的机床,主要用于钻孔,扩孔,铰孔和攻丝等。
钻床得主要类型有台式钻床,立式钻床,卧式钻床,深孔钻床和多轴钻床等。
摇臂钻床是立式钻床中的一种,具有操作方便灵活,应用范围广的特点,特别适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工,是一般机械加工车间常见的机
第一章Z3050摇臂钻床简介
1.1Z3050摇臂钻床的控制原理图
Z3050摇臂钻床的电器配置
表7-1Z3050型摇臂钻床的电器元件明细表
代号
名称
型号
规格
数量
用途
M1
主轴电动机
Y112M-4
4KM、1440r/min
1
驱动主轴及进给
M2
摇臂升降电动机
Y90L-4
1.5KW、1440r/min
1
驱动摇臂升降
M3
液压泵电动机
Y802-4
0.75KW、1390r/min
1
驱动液压系统
M4
冷却泵电动机
AOB-25
90W、2800r/min
1
驱动冷却泵
KM1
交流接触器
CJO-20B
线圈电压110V
1
控制主轴电动机
KM2~KM5
交流接触器
CJO-10B
线圈电压110V
4
控制M2、M3正反转
FU1—FU3
熔断器
BZ-001A
2A
3
控制、指示、照明电路的短路保护
KT1,KT2
时间继电器
JJSK2-4
线圈电压110V
2
KT3
时间继电器
JJSK2-2
线圈电压110V
1
FR1
热继电器
JRO-20/3D
6.8~11A
1
M1过载保护
FR2
热继电器
JRO-20/3D
1.5~2.4A
1
M3过载保护
QF1
低压短路器
DZ5-20/330FSH
10A
1
总电源开关
QF2
低压短路器
DZ5-20/330H
0.3~0.45A
1
M4控制开关
QF3
低压短路器
DZ5-20/330H
6.5A
1
M2、M3电源开关
YA1,YA2
交流电磁铁
MFJ1-3
线圈电压110V
2
液压分配
TC
控制变压器
BK-150
380/110-24-6V
1
控制、指示、照明电路供电
SB1
按扭
LAY3-11
红色
1
总停止开关
SB2
按扭
LAY3-11D
1
主轴电动机停止
SB3
按扭
LAY3-11
1
主轴电动机启动
SB4
按扭
LAY3-11
绿色
1
摇臂上升
SB5
按扭
LAY3-11
1
摇臂下降
SB6
按扭
LAY3-11
1
松开控制
SB7
按扭
LAY3-11
1
夹紧控制
SQ1
组合开关
HZ4-22
1
摇臂升降限位
SQ2,SQ3
位置开关
LX5-11
1
摇臂松、紧限位
SQ4
门控开关
JWM6-11
1
门控
SA1
万能转换开关
LW6-2/8071
1
液压分配开关
HL1
指示灯
XD1
6V、白色
1
电源指示
HL2
指示灯
XD1
6V
1
主轴指示
EL
照明灯
JC-25
40W、24V
1
照明
1.2Z3050摇臂钻床的结构及运动形式
Z3050摇臂钻床主要由它由底座,外立柱,内立柱,摇臂,主轴箱,工作台等部分组成。
Z3050摇臂钻床的运动形式为
(1)主运动摇臂钻床主主轴带着钻头(刀具)的旋转运动。
(2)
(3)进给运动摇臂钻床主轴的垂直运动(手动或自动)。
(4)
(5)辅助运动辅助运动用来调整主轴(刀具)与工件纵向,横向即水平面上的相对位置以及相对高度。
(6)
1.3Z3050摇臂钻床的电气控制系统分析
一主电路分析
Z3050摇臂钻床共有四台电动机,除冷却泵电动机采用开关直接启动外,其余三台异步电动机均采用接触器直接启动。
M1是主轴电动机,由交流接触器KM1控制,只要求单方向旋转,主轴的正反转由机械手柄操作。
M1装在主轴箱顶部,带动主轴及进给传动系统,热继电器FR1是过载保护元件,短路保护电器是总电源开关中的电磁脱扣装置。
M2是摇臂升降电动机,装于主轴顶部,用接触器KMZ和KM3控制正反转。
因为该电动机短时间工作,故不设过载保护电器。
M3是液压油泵电动机,可以做正向转动和反向转动。
正向旋转和反向旋转的启动与停止由接触器KM4和KM5控制。
热继电器FR2是液压油泵电动机的过载保护电器。
该电机的主要作用是供给夹紧装置压力油,实现摇臂和立柱的夹紧与松
开。
摇臂升降电动机M2和液压泵电动机M3共用断路器QF3中的电磁脱扣器作为短路保护。
M4是冷却泵电动机,功率很小,由断路器QF2直接控制,并实现短路,过载及断相保护。
二、控制电路分析
Z3050型摇臂钻床控制电路分析控制电路电源有控制变压器TC降压后供给110V电压,熔断器FU1作为短路保护。
1)开车前的准备工作。
为保证操作安全,本钻床具有“开门断电”功能。
所以开车前应将立柱下部及摇臂后部的电门盖关好,方能接通电源。
合上QF3(5区)及总电源开关QF1(2区),则电源指示灯HL1(11区)亮,表示钻床的电气线路已进入带电状态。
2)
2)主轴电动机M1的控制按下起动按钮SB3(13区),接触器KM1吸和并自锁,使主轴电动机M1开始旋转,同时指示灯HL2亮。
3)摇臂升降控制按下上升按钮SB4(15区)(或下降按钮SB5),则时间继电器KT1(17区)通电吸和,其瞬时闭合的常开触头(17区)闭合,接触器KM线圈(17区)通电,液压泵电动机M3起动,正向旋转,供给压力油。
压力油经分配阀体进入摇臂的“松开油腔”推动活塞移动,活塞推到菱形块,将摇臂松开。
同时活塞杆通过弹簧片压下位置开关SQ2,使其常闭触头(17区)断开,常开触头(15区)闭合。
前者切断了接触器KM4的线圈电路,KM4主触头(6区)断开,液压泵电动机M3停止工作。
后者使交流接触器KM2(或KM3的线圈)(15区或16区)通电,KM2(或KM3)的主触头(5区)接通M2的电源,摇臂升降电动机M2起动旋转,带动摇臂上升(或下降)。
如果此时摇臂尚未松开,则位置开关SQ2的常开触头则不能闭合,接触器KM2(或KM3)的线圈无电,摇臂就不能上升(或下降)。
当摇臂上升(或下降)到所需位置时,松开按钮SB4(或SB5),则接触器KM2(或KM3)的时间继电器KT1断电释放,M2停止工作,随之摇臂停止上升(或下降)。
由于时间继电器KT1断电释放,经1~3秒时间的延时后,其延时闭合的常开触头(18区)闭合,液压泵M3反转,随之泵内压力油经分配阀进入摇臂的“加紧油腔”使摇臂加紧。
在摇臂加紧后,活塞杆推动弹簧片压下位置开关SQ3,其常闭触头(19区)断开,KM5断电释放,M3最终停止工作,完成了摇臂的松开→上升(或下降)→加紧的整套动作。
组合开关SQ1a(15区)和SQ1b(16区)作为摇臂升降的超限程限位保护。
当摇臂上升到限位位置时,压下SQ1a使其关断,接触器KM2断电释放,M2停止运行,摇臂停止上升;当摇臂下降到极限位置时,压下SQ1b使其断开,接触器KM3断电释放,M2停止运行,摇臂停止下降。
摇臂的自动加紧由位置开关SQ3控制。
如果液压加紧系统出现故障,不能自动加紧摇臂,或由于SQ3调整不当,在摇臂加紧后不能使SQ3的常闭触头断开,都会使液压泵电动机M3因长期过载运行而损坏。
为此电路中设有FR2,其整定值应根据M3的额定电流进行调整。
摇臂升降电动机M2的正反转控制接触器KM2和KM3,不允许同时获电动作,以防止电源相间短路,为避免因操作失误,住触头熔焊等原因而造成短路事故,在摇臂上升和下降的控制电路中采用了接触器连联和符合按钮联锁,以确保电路安全工作。
4)立柱和主轴箱的夹紧(或放松)既可以同时进行,也可以单独进行,由转换开关SA1(22~24区)和复合按钮SB6(或SB7)(20或21区)进行控制。
SA1有三个位置:
扳到中间位置时,立柱和主轴箱的夹紧(或放松)同时进行;扳到左边位置时,立柱夹紧(或放松);扳到右边位置时,主轴箱夹紧(或放松)。
SB6是松开控制按钮,SB7是夹紧控制按钮。
①立柱和主轴箱的夹紧与放松控制:
将转换开关SB6扳到中间位置,然后按下松开控制按钮SB6,时间继电器KT2,KT3线圈(20,21区)同时得电。
KT2延时断开的常开触头(22区)瞬时闭合,电磁铁YA1,YA2得电吸和。
而KT3延时闭合测常开触头(18区)经1~3s时后闭合,使接触器KM4获电吸合,液压泵电动机M3正转,供出的压力油进入立柱和主轴箱的松开油腔,使立柱和主轴箱同时松开。
松开SbB6,时间继电器KT2,KT3断电释放,KT3延时闭合的常开触头瞬时分断,接触器KM4断电释放,液压泵电动机M3停转。
KT2延时分断的常开触头(22区)经1~3s后分断,电磁铁YA1,YA2线圈断电释放,立柱和主轴箱同时松开的操作结束。
立柱和主轴箱同时夹紧的工作原理与松开相似,只要按下SB7,使接触器KM5获电吸合,液压泵电动机M3反转即可。
②立柱和主轴箱单独送开,夹紧:
如果希望单独控制主轴箱,可将转换开关SA1扳到右侧位置。
按下SB6(或SB7),时间继电器KT2,KT3 线圈同时得电,这时只有电磁铁YA2单独通电吸和,从而实现主轴箱的单独松开(或夹紧)。
松开SB6(或SB7),时间继电器KT2,KT3断电释放,KT延时闭合的常开触头瞬时分断,接触器KM4断电释放,液压泵电动机M3停转。
经1~3s的延时后,KT延时分断的常开触头(22区)分断,电磁铁YA2的线圈断电释放,主轴箱(或夹紧)的操作结束。
同理,把转换开关SA1扳到左侧则可使立柱单独松开或夹紧。
因为立柱和主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作,所以采用点动控制。
5)冷却泵电动机M4 控制。
扳动断路器QF2,就可以接通或断开电源,操纵冷却泵电动机M4的工作或停止。
(3)照明,指示电路分析照明,指示电路的电源也有控制变压器TC降压后提供24V,6V的电压,有熔断器FU3,FU2作短路保护,EL是照明灯,HL1是电源指示灯,HL2只主轴指示灯。
Z3050型摇臂钻床的电器原件明细表7-1
1.4Z3050摇臂钻床电气控制特点与故障分析
一摇臂钻床的电力拖动特点及控制要求
1、由于摇臂钻床的运动部件,为简化传动装置,使用多电机拖动,主电机承担主钻削及进给任务,摇臂升降,夹紧放松和冷却泵各用一台电动机拖动。
2、为了适应多种加工方式的要求,主轴及进给应在较大范围内调速。
但这些调速都是机械调速,用 手柄操作变速箱调速,对电动机无任何调速要求,从结构上看,主轴变速机构与进给变速机构应该放在一个变速箱内,而且两种运动由一台电动机拖动是合理的。
3、加工螺纹是要求主轴能正反转。
摇臂钻床的正反转一般用机械方法实现,电动机只需单方向旋转。
4、摇臂升降由单独电动机拖动,要求能实现正反转。
5、摇臂的夹紧与放松以及立柱的夹紧与一台异步电动机配合液压装置来完成,要求这台电机能正反转,摇臂的回转和主轴箱的径向移动在中小型摇臂钻床上都 采用手动。
6、钻削加工时,对刀具及工件进行冷却,需由一台冷却泵电动机拖动冷却泵输出冷却液
二故障分析
常见电气故障的分析与检修
摇臂钻床电气控制的特殊环节是摇臂升降,立柱和主轴箱的夹紧和松开。
Z3050型摇臂钻床的工作过程是由电气,机械以及液压系统密切配合实现的。
因此,在维修中不仅要注意电气部分能否正常工作,还要注意它与机械和液压部分的协调关系。
(1)摇臂不能升降由摇臂升降过程可知,升降电动机M2旋转,带动摇臂升降,其条件是使摇臂冲立柱上完全松开后,活塞杆压合位置开关SQ2.所以发生故障时,应首先检查位置开关SQ2是否动作,如果SQ2不动作,常见故障原因时SQ2的安装位置移动或已损坏。
这样摇臂虽已放松,但活塞好杆压不上SQ2,摇臂就不能升降。
有时,液压系统发生故障,使摇臂放松不够,也会压不上SQ2,使摇臂不能运动。
由此可见,SQ2的位置非常重要,排除故障时,应配合机械,液压调整好后紧固
(2)摇臂升降后不能加紧由摇臂加紧的动作可知,加紧动作的结果是由位置开关SQ3来完成的,如果SQ3动作过早,会使M3尚未加紧就停转,常见的故障原因是SQ3安装位置不合适,或固定螺钉松动造成的SQ3移位,使SQ3在摇臂加紧动作尚未完成时就被压上,切断KM5回路,M3停转。
判断此故障时,首先判断是液压系统的故障,还是电气系统故障,对电气方面的故障,应重新调整SQ3的动作距离,固定好螺钉即可。
(3)立柱和主轴箱不能加紧和松开立柱和主轴箱不能加紧和松开的可能原因是油路堵塞、接触器KM4或KM5不能吸和所致。
出现故障时,应检查按钮SB6、SB7的接线情况是否良好。
若KM4或KM5能吸和,M3能运转,可排除电力方面的故障,则应请液压、机械修理人员检修油路,以确定是否是油路故障。
(4)摇臂上升或下降限位保护开关失灵组合开关SQ1的失灵分两种情况:
一是组合开关SQ1损坏,SQ1触头不能因开关动作而闭合或接触不良使电路断开,由此使摇臂不能上升或下降;二是组合开关SQ1不能动作,触头熔焊,使电路始终处于接通状态,当摇臂上升或下降到极限位置后,摇臂升降电动机M2发生赌转,这时应立即松开SB4或SB5。
根据上述情况进行分析,找出故障原因,更换或修理失灵的组合开关SQ1即可。
(5)按下SB6,立柱、主轴箱能加紧,使释放后就松开由于立柱、主轴箱的加紧和放松机构采用机械菱形快机构,所以这种故障多为机械故障原因造成(可能是菱形快和承压块的角度方向装错,作者距离不适当。
如果菱形块立不起来,这是因为夹紧力调的太大或加紧液压系统压力不够所致),可找机械维修工
第二章PLC介绍
2.1国际电工委员会(IEC)PLC定义
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统。
专为工业环境应用而设计。
它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行内部逻辑运算,顺序控制,定时,计数和算术运算等操作指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出控制各类型的机械和生产活动。
2.2PLC的特点
(1)可靠性高,抗干扰能力强。
(2)编程直观,简单。
(3)环境要求低,适应性好。
(4)功能完善,接口功能强。
(5)元件少,结构较简单。
2.3PLC的分类及工作原理
PLC分类按INPUT和OUTPUT点数多少,分为超小型.小型.中型.大型和超大型。
按结构形式分:
整体型和模块型
PLC采用循环扫描的工作方式,包括内部处理.通讯操作.输入处理.程序执行.输出处理几个阶段。
全过程扫描所须的时间称为扫描周期。
当处于RUN状态时,上述扫描周期为不断循环过程。
2.4PLC的发展
自1969年第一台PLC问世以来,PLC在数控(NC)、运动控制、工厂自动化等方面得到了广泛应用。
近几年来,PLC增强了组网通讯能力,丰富了功能模块及回路控制功能,PLC在过程控制方面也得到了应用。
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类。
1开关量的逻辑控制2运动控制3模拟量控制4数据处理5过程控制
6数据处理7通信及联网
第三章硬件设计
3.1PLC的物理结构
PLC的硬件主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。
其中,CPU是PLC的核心,输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路,通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。
对于整体式PLC,所有部件都装在同一机壳内。
3.2PLC型号的选择
在PLC系统设计时,首先应确定控制方案,下一步工作就是PLC工程设计选型。
工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。
PLC及有关设备应是集成的、标准的,按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统,PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。
熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间,因此,工程设计选型和估算时,应详细分析工艺过程的特点、控制要求,明确控制任务和范围确定所需的操作和动作,然后根据控制要求,估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等,最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。
一、输入输出(I/O)点数的估算
二、存储器容量的估算
三、控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
表3-2I/O分配表
输入状态分配
总停按钮
SB1----X1
立柱和主轴箱夹紧按钮
SB7------X7
主电动机停止按钮
SB2----X2
行程开关
SQ2------X8
主电动机启动按钮
SB3----X3
行程开关
SQ3------X9
摇臂上升按钮
SB4----X4
摇臂下降按钮
SB5----X5
立柱和主轴箱松开按钮
SB6----X6
输出状态分配
接触器线圈
KM1-----Y1
电磁铁线圈
YA1-----Y6
接触器线圈
KM2-----Y2
电磁铁线圈
YA2-----Y7
接触器线圈
KM3-----Y3
接触器线圈:
KM4-----Y4
接触器线圈
KM5-----Y5
照明灯
EL-----Y9
3.4PLC的外部接线图
图3-2PLC的外部接线图
第四章软件设计
4.1功能表图
4.2程序梯形图
总结
本论文介绍松下FPX系列PLC在Z3050型摇臂钻床电气控制线路的PLC改造系统的应用设计,关键是系统总体的设计,核心则是控制程序设计。
重点要掌握PLC系统设计的基本原则和设计的一般流程,要有一个整体的概念。
在满足控制要求、环境要求和性价比等条件下,合理选择PLC的机型和硬件配置,正确的进行内存估算,合理选择输入/输出模块,完成PLC的硬件与软件的设计。
参考文献
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