PLC在改造 Z37搖臂鉆床中的應(yīng)用

1、PLC在改造 Z37搖臂鉆床中的應(yīng)用1. Z37型鉆床主電路:Z37搖臂鉆床共有四臺三相異步電動機，其中主軸電動機M2由接觸器KMl控制，熱繼電器KH作過載保護，主軸的正、反向控制是由雙向片式摩擦離合器來實現(xiàn)的。搖臂升降電動機M3由接觸器KM2、KM3控制，F(xiàn)U2作短路保護。立柱松緊電動機M4由接觸器KM4和KM5控制，F(xiàn)U3作短路保護。冷卻泵電動機M1是由組合開關(guān)QS2控制的，F(xiàn)Ul作短路保護。搖臂上的電氣設(shè)備電源，是通過轉(zhuǎn)換開關(guān)QSl及匯流環(huán)YG引入。2. 控制、照明電路分析合上電源開關(guān)QSl，控制電路的電源由控制變壓器TC提供110v電壓。Z37搖臂鉆床控制電路采用十字開關(guān)SA操作，它有

2、集中控制和操作方便等優(yōu)點。合上QS3照明燈得電.3. 基于PLC的Z37搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計3.1 PLC的選擇 Z37搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方案由兩部分組成，一部分為電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，也就是PLC的機型的確定；另一部分是電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，就是PLC控制程序的編寫。為了使改造后的搖臂鉆床仍能夠保持原有功能不變，此次改造的一個重要原則之一就是，不對原有機床的控制結(jié)構(gòu)做過大的調(diào)整，只是將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來替代。根據(jù)物理結(jié)構(gòu)的不同，PLC分為整體式、模塊式和疊裝式。整體式的每一I/O點的平均價格比模塊式便宜，小型電氣控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程控制

3、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，且在性能相同的情況下，整體式PLC較模塊式和疊裝式PLC價格便宜，因此，Z37搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC?？紤]到任何一種PLC都可以滿足開關(guān)量電氣控制系統(tǒng)的要求，據(jù)此本課題將盡量采用價格便宜的PLC。 搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)需要17個輸入口11個輸出口，PLC的實際輸入點數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸入點數(shù)17，PLC的實際輸出點數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸出點數(shù)11，在條件許可的情況下盡可能留有10%-20%的裕量。PLC存儲器容量的估算方法：對于僅有開關(guān)量輸入/輸出信號的電氣控

4、制系統(tǒng)，將所需的輸入/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（17+11）×8=224bit本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC輸入模塊應(yīng)選直流輸入模塊，輸入電壓應(yīng)DC24V電壓。為了使Z37搖臂鉆床在改造后能夠良好工作，確認(rèn)日本松下公司生產(chǎn)的FP0-C14RS型和擴展單元FP0-E16RS型和FP0-E8RS型PLC能夠滿足上述要求，該類型號PLC體積小，功能強，增加了一些大型機的功能和指令，如PID和PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）指令，對于控制器體積要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)是一種很好的選擇。該型PLC具有Z37搖臂鉆床電

5、氣控制系統(tǒng)所需的所有指令功能，其總輸入點數(shù)為20點，總輸出點數(shù)為18點，用戶存儲器容量5K，輸入模塊電壓為DC，輸出模塊為繼電器型。由此可知，F(xiàn)P0-C32和FP0-SL1型PLC的技術(shù)性能指標(biāo)完全能滿足要求。3.2 PLC的I/O端口分配表 根據(jù)所選PLC的型號進行I/O點的端口分配，如下所示：輸入信號端口分配表輸出信號端口分配表地址號符號名稱用途地址號符號名稱用途X0SB1總起動按鈕Y0KM1主軸旋轉(zhuǎn)接觸器X1SB2主電動機起動按鈕Y1KM2搖臂上升接觸器X2SB3搖臂上升起動按鈕Y2KM3搖臂下降 接觸器X3SB4搖臂下降起動按鈕Y3KM4主軸箱、立柱、搖臂放松接觸器X4SB5主軸箱、立

6、柱、搖臂松開按鈕Y4KM5主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器X5SB6主軸箱、立柱、搖臂夾緊按鈕Y5YA1主軸箱夾緊、放松用電磁鐵X6SB7總停止按鈕Y6YA2立柱夾緊、放松用電磁鐵X7SB8主電動機停止按鈕Y7HL1電源工作狀態(tài)指示信號燈X8KR1M1電動機過載保護用熱繼電器Y8HL2立柱松開指示信號燈X9KR2M3電動機過載保護用熱繼電器Y9HL3立柱夾緊指示信號燈X10ST11搖臂上升用行程開關(guān)Y10HL4主電動機旋轉(zhuǎn)指示信號燈X11ST12搖臂下降用行程開關(guān)X12ST2搖臂夾緊、放松用行程開關(guān)X13ST3搖臂夾緊用行程開關(guān)X14ST4立柱夾緊、放松指示用行程開關(guān)X15SA2 - 1主軸箱夾緊

7、、放松用組合開關(guān)X16SA2 - 2立柱夾緊、放松用組合開關(guān)3.3 PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計下圖為PLC的I/O電氣接線圖，圖中X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16共用一個COM端，輸入開關(guān)的其中一端應(yīng)并接在直流24V電源上，另一端應(yīng)分別接入相應(yīng)的PLC輸入端子上。接線時注意PLC輸入/輸出COM端子的極性。接觸器的線圈工作電壓若為交流110V，則接觸器線圈連接的Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6可以共用一個COM2端。信號燈電源電壓為6.3V，因此Y7、Y8、Y9、Y10、可以共用一個COM1端。如果輸

8、出控制設(shè)備存在直流回路，則交流回路直流回路不可共用一個COM端，而應(yīng)分開使用，本電路的輸出端全為交流回路，因此在電源電壓相同的接口可共用一個COM端。PLC的I/O電氣接線圖4 Z37搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計4.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計及程序調(diào)試為了使Z37搖臂鉆床在進行電氣控制系統(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。因選用FP0型號的P

9、LC，所以編程時采用Windows環(huán)境下運行的FPWINGR的編程軟件來編程設(shè)計, 采用TVT90A2可編程控制器訓(xùn)練裝置來進行模擬調(diào)試。如下列圖形所示：4.1.1 系統(tǒng)預(yù)開程序X6為總停輸入繼電器，X0為系統(tǒng)預(yù)開輸入繼電器。當(dāng)X0閉合后PLC的內(nèi)部繼電器R0接通并自鎖，為電氣控制系統(tǒng)進行工作做好準(zhǔn)備。圖4.1 系統(tǒng)預(yù)開梯形圖程序4.1.2 主電動機的起動控制程序X1為主電動機起動輸入繼電器，R0閉合后，接通X1，此時輸出繼電器Y0接通并自鎖，從而使電機起動。圖4.2 主電動機的起動梯形圖程序4.1.3 搖臂升降控制程序R0閉合后，當(dāng)輸入繼電器X2接通時，內(nèi)部繼電器R1也接通，同時Y3得電，使

10、得液壓泵電動機起動，搖臂放松，當(dāng)搖臂徹底放松后，X11的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，Y3斷電，Y1得電，搖臂開始上升，當(dāng)上升到極限位置時，X10的常閉觸點斷開，Y1失電。搖臂完成松開，然后上升的過程。如果想要完成搖臂下降的過程，需接通X3，在搖臂放松后，使Y4得電，使搖臂下降，當(dāng)下降到極限位置時，X10的常閉觸點斷開，Y2失電。搖臂完成松開，然后下降的過程。圖4.3 搖臂升降梯形圖程序4.1.4 主軸箱和立柱同時放松或夾緊控制程序R0閉合后，當(dāng)輸入X4或X5接通時，內(nèi)部繼電器R2、R3和定時器T3同時接通,3秒后，Y3自動接通，主軸箱和立柱同時放松，當(dāng)再次使輸入X4或X5接通時，Y6接通，主軸

11、箱和立柱同時夾緊。圖4.4 主軸箱和立柱同時放松或夾緊梯形圖程序4.1.5 主軸箱和立柱分別單獨夾緊或放松程序除了可以使立柱和主軸箱同時夾緊、放松外，還可以使它們分別夾緊或放松，通過手動接通X15和X16即可完成上述操作，當(dāng)需要使主軸箱單獨夾緊或放松時，用手扳動開關(guān)X16使其斷開即可，同樣，用手扳動輸入開關(guān)X15，即可達到單獨夾緊或放松立柱的目的。圖4.5 主軸箱和立柱分別單獨夾緊或放松梯形圖程序4.1.6 信號顯示程序R0接通，當(dāng)主電動機起動后，Y0接通，Y10得電，主電動機起動信號燈亮。立柱夾緊后X14接通，Y9得電，立柱夾緊信號燈亮。當(dāng)Y3得電后，立柱開始松開，當(dāng)立柱松開后，X14的常開

12、觸點閉合，常閉觸點斷開，Y8得電，立柱松開信號燈亮。圖4.6 信號顯示梯形圖程序4.1.7 電源工作狀態(tài)指示信號程序R0接通，輸出繼電器Y7得電，此時電源工作狀態(tài)指示信號燈亮，表明機床開始處于工作狀態(tài)。圖4.7 電源工作狀態(tài)指示信號梯形圖程序5 結(jié)論本課題所研究的基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)了Z37搖臂鉆床的控制自動化，方便了工人在生產(chǎn)中對機床的實際操作。通過研究，可得出以下結(jié)論：5.1 研究成果可編程控制器是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的新型控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾性強，編程方便等特點，本課題采用PLC自動控制技術(shù)取代了傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對Z37搖臂鉆床的自動控制，從而提高了機床的工作效率、工作穩(wěn)定性和可靠性，而且，還大大降低了工人的勞動強度，改善了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低了設(shè)備故障率，提高了生產(chǎn)率。另外，通過這次畢業(yè)設(shè)計使我對