【正文】 . 25 致 謝 ............................................................................................................................. 26 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 27 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 1 緒論 搖臂鉆床的背景和意義 Z3040 搖臂鉆床是工廠中常用的金屬切削機(jī)床，它可以進(jìn)行多種形式的加工，如：鉆孔、鏜孔、鉸孔及螺紋等。從控制上講，它需要機(jī)、電、液壓等系統(tǒng)相互配合使用，而且，要進(jìn)行時(shí)間控制。它的調(diào)速是通過三相交流異步電動(dòng)機(jī)和變速箱來實(shí)現(xiàn)的。也有的是采用多速異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，這樣可以簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)。搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，主軸的正反向 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過機(jī)械轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。故主電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。此外，搖臂的上升、下降和立柱的夾緊、放松各由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 目前，我國(guó)的 Z3040 搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)普遍采用的是傳統(tǒng)的繼電器 — 接觸器控制方式。因其所要控制的電機(jī)較多所以電路較復(fù)雜，在日常的生產(chǎn)作業(yè)當(dāng)中，經(jīng)常發(fā)生電氣故障，從而影響生產(chǎn)。另外，一些復(fù)雜的控制如：時(shí)間、計(jì)數(shù)控制用繼電器 — 接觸器控制方式較難實(shí)現(xiàn)，所以，有必要對(duì)傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。PLC 電氣控制系統(tǒng)可以有效的彌補(bǔ)上述系統(tǒng)的這一缺陷。 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱 PLC，是從早期的繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)。 PLC 之所以有較強(qiáng)的生命力，在于它更加適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)要求?？煽啃愿?，抗干擾能力強(qiáng)、編程方便、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)。與單片機(jī)相比，它的輸入 /輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的中間部件，這樣可以大大節(jié)省用戶的開發(fā)時(shí)間與生產(chǎn)成本。 現(xiàn)在應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域的 PLC 種類繁多，規(guī)模大小和功能強(qiáng)弱千差萬(wàn)別，但他們具有以下一些共同的特點(diǎn) 。可靠性高?？煽啃允怯脩舻氖走x要求，目前各廠家生產(chǎn)的 PLC，平均無(wú)故障時(shí)間都大大超過 IEC 規(guī)定的 10 萬(wàn)小時(shí)，例如：西門子、 ABB、松下、三菱等微小型 PLC，而且都有完善的自診斷功能，判斷故障迅速。靈活組態(tài)。 可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采用模塊化結(jié)構(gòu)來完成不同的任務(wù)組合。輸入輸出端口選擇靈活，有多種機(jī)型，組合方便。功能強(qiáng)大，除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算功能外，配合特殊功能模塊還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、 PTO 運(yùn)算、過程運(yùn)算、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上位機(jī)通信，通過遠(yuǎn)程模塊可以控制遠(yuǎn)程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 設(shè) 備。因此， PLC 幾乎是全能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。編程方便，易于使用。 PLC 的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語(yǔ)言，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣人員的歡迎。近年來又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樋亓鞒虉D語(yǔ)言（ Sequential Function Chart），使編程更加簡(jiǎn)單方便。運(yùn)行速度快。傳統(tǒng)的機(jī)電接觸電氣控制系統(tǒng)通過大量觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作進(jìn)行控制，速度很慢，而且系統(tǒng)愈大速度愈慢。 PLC 的控制速度則由CPU 工作速度和掃描速度決定。因此更適合處理高速?gòu)?fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計(jì)算機(jī)之間的差別越來越小。同時(shí)， PLC 還具備了 網(wǎng)絡(luò)功能，能進(jìn)行多臺(tái) PLC 或 PLC 與 PC 機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通訊，使用 PLC 可以很方便的構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式電氣控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線的 PLC 通訊網(wǎng)絡(luò)，可使工廠的各種資源共享，就更適合于工廠自動(dòng)化的需要，為工廠自動(dòng)化提供了技術(shù)保證。 正是由于 PLC 電氣控制系統(tǒng)的種種優(yōu)點(diǎn) ,因此本次對(duì) Z3040 搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)的改造 ,可以大大提高 Z3040 搖臂鉆床工作性能和系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性 ,為工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化帶來生機(jī)．同時(shí)，提高了 PLC 編程水平和實(shí)踐能力 ,為今后在實(shí)際工作中熟練使用 PLC 進(jìn)行工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。 國(guó)內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài) 早在上世紀(jì)六十年代國(guó)外就已經(jīng)出現(xiàn)了可編程序控制器（ PLC）的應(yīng)用，之后世界各國(guó)爭(zhēng)相在該領(lǐng)域投入大量資金進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)，在 1995 年西門子又成功地開發(fā)出了 S7200、 S7300 系列，它具有 TD 200 和 COROS OPS 操作模板為用戶提供了方便人機(jī)界面，用戶程序三級(jí)口令保護(hù)，極強(qiáng)的計(jì)算性能，完善的指令集， MPI 接口和通過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線 PROFD3US 以及以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能力，強(qiáng)勁的內(nèi)部集成功能，全面的故障 診斷功能。模塊式結(jié)構(gòu)可用于各處性能的擴(kuò)展，脈沖輸出晶閘管步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)。快速的指令處理大大縮短了循環(huán)周期，并采用了高速計(jì)數(shù)器，高速中斷處理可以分別響應(yīng)過程事件，大幅度降低了成本。由于電氣控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司己將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。由于 PLC 的眾多優(yōu)點(diǎn)，使其迅速在工業(yè)控制中得到推廣。雖然國(guó)內(nèi) PLC 技術(shù)的應(yīng)用前景很大，并且取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，而相比之下，由于受經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平的限 制，大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)上使用的 Z3040 搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)，還是采用采用繼電器— 接觸器控制方式，而這種控制方式存在著明顯的缺陷和隱患。極易發(fā)生故障。而且，職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 由于線路復(fù)雜，要想找到問題所在也相當(dāng)?shù)睦щy。和國(guó)外大量采用 PLC 技術(shù)替代繼電器 — 接觸器系統(tǒng)相比，我們還存在很大差距。 隨著 PLC 技術(shù)在我國(guó)的迅猛發(fā)展，我們和國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距會(huì)不斷縮小。因此，抓住這個(gè)有利時(shí)機(jī)進(jìn)一步促進(jìn) PLC 技術(shù)的推廣與應(yīng)用，是提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平的迫切任務(wù)，此次對(duì)于 Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)，就是希望借鑒國(guó)外先 進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，以提高搖臂鉆床的工作性能。 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 2 Z3040 搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的原理 主電路 我國(guó)原來生產(chǎn)的 Z3040 搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和搖臂升降運(yùn)動(dòng)的操作是通過不能復(fù)位的十字開關(guān)來操作的 ,它本身不具有欠壓和失壓保護(hù)。因此在主回路中要用一個(gè)接觸器將三相電源引入?，F(xiàn)在的 Z3040 搖臂鉆床取消了十字開關(guān)，它的電氣原理圖如下所示： 圖 21 主電路 它的主電路、控制電路、信號(hào)電路的電源均采用自動(dòng)開關(guān)引入，交流接觸器 KM1 為主電動(dòng)機(jī) M1 接 通或斷開的接觸器， FR1 為主電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)用熱繼電器。搖臂的升降，立柱的夾緊放松都要求拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，所以 M2 和 M3 電動(dòng)機(jī)分別有兩個(gè)接觸器，它們?yōu)?KM KM3 和 KM KM5。 搖臂升降電動(dòng)機(jī) M液壓泵電動(dòng)機(jī) M5 均為短時(shí)工作，不設(shè)過載保護(hù)。 控制電路、信號(hào)及照明電路 控制電路的電源由控制變壓器 TC 二次側(cè)輸出 220V 供電，中間抽頭對(duì)地為信號(hào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 燈電源 ,照明變壓器 TD 二次側(cè)輸出 36V。 圖 22 鉆床傳統(tǒng)控制電路 電路分解 根據(jù)電動(dòng)機(jī)主電路 控制電器主觸點(diǎn)的文字符號(hào)將控制電路進(jìn)行分解 ： 電動(dòng)機(jī) M M M3 和電磁鐵 YA 控制電路圖 根據(jù)主軸電動(dòng)機(jī) M1 主電路控制電器主觸點(diǎn)文字符號(hào) KM1，找到電動(dòng)機(jī) M1 的控制電路，這是由按鈕 SB SB2 和接觸器組成的啟動(dòng)、停止控制電路。 根據(jù)搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2 主電路控制元件主觸點(diǎn)文字符號(hào) KM KM3，找到電動(dòng)機(jī) M2 的控制電路，有行程開關(guān) SQ SQ2。