摇臂钻床电气控制系统(S7-200)

摇臂钻床电气控制系统摘要本是研究机械加工中常用的Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的改造问,旨在解决传统继电器—接触器电气控制系统存在的线路复杂、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，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本设计对Z3040摇臂钻床电气控制系统的改造，将把PLC控制技术应用到改造中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。分析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程序控制器改造Z3040摇臂钻床电气控制系统的，完成了电气控制系统硬件和软件的设计，其中包括PLC机型的选择、I/O端口的分配、I/O硬件接线图的绘制、PLC的SFC图和梯形图程序的设计，由于没有实物，还进行了仿真电路设计。对PLC控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，论述了采用PLC取代传统继电器—接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，给出了相应的控制原理图。关键词：可编程控制器；摇臂钻床；电气控制系统；梯形图1目录前言..............................................................................................................................................................2第1章课程设计内容.......................................................................................................................31.1设备概况.....................................................................................................................................31.2电气控制要求..........................................................................................................................3第2章确定总体方案.......................................................................................................................6第3章硬件总体设计.......................................................................................................................73.1I/O统计表...................................................................................................................................73.2PLC选型........................................................................................................................................73.3绘制电路图................................................................................................................................8第4章控制系统设计.......................................................................................................................94.1系统流程图................................................................................................................................94.2摇臂钻床系统程序设计..................................................................................................104.3系统调试及结果分析.......................................................................................................11总结............................................................................................................................................................13参考资料.......................................................................................................................................................142前言钻床为孔加工机床，按其结构形式不同，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床、多轴钻床及摇臂钻床。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产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床。摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床加工范围广，摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船等行业。此次任务就是Z3040摇臂钻床的控制系统的设计。3第1章课程设计内容1.1设备概况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床。图1.1摇臂钻床示意图1—内外立柱；2—主轴箱；3—摇臂；4—主轴；5—工作台；6—底座；SB1—主电动机停止按钮；SB2—主电动机启动按钮；SB3—摇臂上升按钮；SB4—摇臂下降按钮；SB5—松开按钮；SB6—夹紧按钮1.2电气控制要求(1)主要控制电器为四台电机：主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷4却泵电机。(2)主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵电机均为短时工作，不设过载保护。(3)摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。(4)摇臂的升降控制：按下摇臂上升起动按钮，液压泵电动机起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时摇臂升降电动机旋转使摇臂上升。如果摇臂没有松开，摇臂升降电动机不能转动，必须保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降，可使用限位开关控制。当摇臂上升到所需要的位置时，松开摇臂上升起动按钮，升降电动机断电，摇臂停止上升。当持续1~3s后，液压泵电动机反转，使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔，摇臂夹紧，同时液压泵电动机停止，完成了摇臂的松开—上升—夹紧动作。(5)摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。(6)因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作，所以应采用点动方式。(7)摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。(8)立柱和主轴箱的松开与夹紧控制：主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行。由开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。SA2有三个位置：在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制同时进行，扳到左边位置时为立柱的夹紧或放松，扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的松开按钮，SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。(9)主轴箱的松开和夹紧为的动作过程：首先将组合开关SA2扳向右侧。当要主轴箱松开时，按下按钮SB5，经1～3s后，液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮。当要主轴箱夹紧时，按下按钮SB6，经1～3s后，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时指示灯HL3亮，HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。(10)当将SA2扳到左侧时，立柱松开或夹紧。SA2在中间位置按下SB5或SB6时，主轴箱和主柱同时进行夹紧或放松。其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同，5不再重复。(11)机床要有照明设施6第2章确定总体方案1.Z3040X16型摇臂钻床的动作是通过机、电、液进行联合控制来实现的。2.控制电路设有总起动按钮和总停止按钮3.采用4台电动机拖动。分别是主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机及冷却泵电动机。4.摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行，要求夹紧放松作用的液压泵电动机与摇臂升降电动机按一定顺序起动工作，由摇臂松开行程开关与夹紧行程开关发出控制信号进行控制。5.机床具有信号指示装置，对机床的每一主要动作作出显示，这样便于操作和维修。6.摇臂的夹紧放松与摇臂升降按自动控制进行，而立柱和主轴箱的夹紧放松可以单独操作，也可以同时进行。7第3章硬件总体设计3.1I/O统计表分析Z3040X16型摇臂钻床，找出改用的PLC控制的输入、输出信号，共有14个输入信号，8个输出信号。表3.1I/O分配表3.2PLC选型根据控制系统有14个输入信号，8个输出信号，所以选用S7-200CPU224,既经济又能满足要求。输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号总启动按钮SB1I0.0中间继电器KAM0.0主轴启动按钮SB2I0.1主轴接触器KM1Q0.1摇臂上升按钮SB3I0.2摇臂上升接触器KM2Q0.2摇臂下降按钮SB4I0.3摇臂下降接触器KM3Q0.3松开按钮SB5I0.4松开接触器KM4Q0.4夹紧按钮SB6I0.5夹紧接触器KM5Q0.5总停止按钮SB7I0.6电磁指示灯YA1Q0.6主轴停止按钮SB8I0.7电磁指示灯YA2Q0.7主轴停止按钮SQ1I1.0摇臂夹紧行程开关SQ3I1.2摇臂上升限位SQ2I1.1摇臂下降下限位SQ4I1.3YA1开关SA1I1.4YA2开关SA2I1.583.3绘制电路图绘制PLC（I/O端子）的实际接线图，如下图所示图3.1电路图9第4章控制系统设计4.1系统流程图图4.1流程图104.2摇臂钻床PLC程序设计114.3系统调试及结果分析测试结果记录如下：①QF1合闸时，电源指示灯HL1亮②按下SB2，KM1得电吸合,主轴点电动机旋转③按下SB8，KM断电，主轴电动机停转④按下SB3，KM5断开，KM4吸合，YA亮，再按下SQ2，KM4断开，KM2吸合，摇臂上升12⑤按下SB4，KM5吸合，KM4吸合，YA亮，再按下SQ2，KM4断开，KM3吸合，摇臂下降⑥断开SB4/SB5一段时间后,KM5吸合⑦按下SB7,KM4吸合，YA灭⑧按下SB7，整个电路停止工作13总结本课题所研究的基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计实现了Z3040摇臂钻床的控制自动化，方便了工人在生产中对机床的实际操作。可编程控制器是一种广泛应用于工业现场的新型控制器，具有结构简单，抗干扰性强，编程方便等特点，本课题采用PLC自动控制技术取代了传统继电器—接触器电气控制系统，实现了对Z3040摇臂钻床的自动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳定性和可靠性，而且，还大大降低了工人的劳动强度，改善了产品的加工质量，降低了设备故障率，提高了生产率。另外，通过这次毕业设计使我对PLC和电控方面的知识又有了更加深刻的理解和掌握，为今后走向工作岗位从事相关工作奠定了很好的基础。由于时间精力有限，还有许多功能有待扩展、完善。主要是没有对所控制电动机的调速问题进行研究，包括主电动机、升降电动机、液压泵电动机的调速只能通过机械调速或多速电机来进行，属于有级调速，其加工范围将受到某些限制，系统仅限于逻辑开关量的控制，对于PLC的许多高级指令没有应用到。以上问题有待今后进一步研究解决。14参考文献[1]田淑珍.S7-200PLC原理及应用，北京：机械工业出版社，2009.[2]张晓娟.工厂电气控制设备，北京：电子工业出版社，2009.[3]常晓玲.电气控制系统与可编程控制器，北京：机械工业出版社，2004[4]李亚东.用PLC实现位置控制的方法.上海交通大学学报，2002（4），491-493[5]王培良.发电机自动检测的PLC电气控制系统.电气自动化，2004（1），60-61[6]李桂芹.提高PLC电气控制系统可靠性的措施.电气自动化，2006（1），57-58 摇臂钻床电气控制系统 摘要 目录 前言 第1章课程设计内容 1.1设备概况 1.2电气控制要求 第2章确定总体方案 第3章硬件总体设计 3.1I/O统计表 3.2PLC选型 3.3绘制电路图 控制系统设计 4.1系统流程图 4.2摇臂钻床PLC程序设计 4.3系统调试及结果分析 总结 参考文献