【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Z3040搖臂鉆床進(jìn)行控制。 系統(tǒng)改造方案圖4 基于PLC的Z3040電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：(1)最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料并于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。(2)在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用，維修方便。(3)保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。(4)考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余量。[12] 電氣控制部分 電氣控制主電路本次設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的是PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器對(duì)搖臂鉆床進(jìn)行電氣控制，所以主電路基本不變，重點(diǎn)根據(jù)控制要求對(duì)控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主軸電動(dòng)機(jī)（M1）和液壓泵電動(dòng)機(jī)（M3）的旋轉(zhuǎn)，搖臂升降電動(dòng)機(jī)（M2)正反轉(zhuǎn)均由接觸器控制，而冷卻泵電動(dòng)機(jī)（M4）由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制， MM3設(shè)置長(zhǎng)期過載保護(hù)。 Z3040搖臂鉆床主電路圖 電機(jī)控制（1）直接啟動(dòng)四臺(tái)三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)按加工順序的需要均采用直接啟動(dòng)，直接啟動(dòng)是一種簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)的啟動(dòng)方法，但由于直接啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流Ist為額定電流In的4—7倍，過大的啟動(dòng)電流一方面會(huì)造成電網(wǎng)電壓顯著下降，直接影響同一電網(wǎng)工作的其他電動(dòng)機(jī)及用電設(shè)備正常運(yùn)行，另一方面電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，加速線圈老化，縮短電動(dòng)機(jī)的壽命，所以直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的容量受到一定的限制，一般容量不超過10KW的電動(dòng)機(jī)采用直接啟動(dòng)。[13]。（2）正反轉(zhuǎn)控制從電機(jī)原理中得知，改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源相序，就可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的改變。液壓泵電動(dòng)機(jī)通過兩個(gè)接觸器改變電源相序來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。搖臂升降電動(dòng)機(jī)通過兩個(gè)接觸器改變電源相序來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制?？赡孢\(yùn)行控制線路實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)方向相反的單項(xiàng)運(yùn)行線路的組合。 PLC的I/O端口分配表 跟據(jù)輸入輸出口的數(shù)量，進(jìn)行I/O點(diǎn)的端口分配，如下（、）所示： 輸入信號(hào)端口I/O分配表符號(hào)地址名稱SQ11X0搖臂上升限位開關(guān)SQ12X1搖臂下降限位開關(guān)SQ2X2搖臂松開行程開關(guān)SQ3X3搖臂夾緊行程開關(guān)SQ4X4主軸箱和立柱松緊行程開關(guān)SB1X5M1的停機(jī)按鈕SB2X6M1的啟動(dòng)按鈕SB3X7搖臂上升按鈕SB4X10搖臂下降按鈕SB5X11控制主軸箱和立柱松開按鈕SB6X12控制主軸箱和立柱夾緊按鈕FR1X13M1熱繼電器FR2X14M3熱繼電器 輸出入信號(hào)端口I/O分配表符號(hào)地址名稱KM1Y0M1接觸器KM2Y1M2正轉(zhuǎn)接觸器KM3Y2M2反轉(zhuǎn)接觸器KM4Y3主軸箱和立柱松開M3接觸器KM5Y4主軸箱和立柱夾緊M3接觸器YAY5電磁閥HL1Y6主軸箱和立柱松開指示燈HL2Y7主軸箱和立柱夾緊指示燈HL3Y10M1工作指示燈 基于PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制原理圖設(shè)計(jì)根據(jù)I/O點(diǎn)的端口分配表，設(shè)計(jì)出基于PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制原理圖，圖中X0、XXXXXXXXX1X1X1X14共用一個(gè)COM端，輸入開關(guān)的其中一端并接在直流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(shí)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、YYYYY5可以共用一個(gè)COM1端。信號(hào)燈電源電壓為6V，因此YYY可以共用一個(gè)COM2端。 主要電氣元件選型 合理地選用各種電器元件，不但經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，還可保證控制線路安全、工作可靠，所以對(duì)元器件的選型非常重要。 PLC的型號(hào)選擇 發(fā)展至今，PLC的種類繁多，如西門子、ABB、松下、三菱等系列PLC，選擇本設(shè)計(jì)的PLC機(jī)型，主要要考慮PLC的結(jié)構(gòu)、PLC的功能、PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)、PLC的存儲(chǔ)容量及I/O點(diǎn)數(shù)（模塊）。（1）PLC的結(jié)構(gòu)。PLC的結(jié)構(gòu)要合理，按照結(jié)構(gòu)，PLC分為整體式、模塊式和疊裝式。整體式的每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式便宜，所以小型電氣控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程控制器。而此次所設(shè)計(jì)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(jià)格便宜，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[14]。 （2）PLC的功能。由于Z3040搖臂鉆床電氣控制是開關(guān)控制，且控制速度要求不高，考慮到任何一種PLC都可以滿足開關(guān)量電氣控制系統(tǒng)的要求，據(jù)此本設(shè)計(jì)課題將盡量采用價(jià)格便宜的PLC。 （3）PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)。如表31和表32所示，在Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)中，按鈕6個(gè)、行程開關(guān) 5個(gè)、繼電器2個(gè)，共計(jì)13個(gè)；接觸器 5 個(gè)、電磁鐵 1 個(gè)，指示燈 3 個(gè)，共計(jì)9個(gè)，則需要13個(gè)輸入口和9個(gè)輸出口，而PLC的實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸入點(diǎn)數(shù)13，PLC的實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸出點(diǎn)數(shù)9，統(tǒng)計(jì)出實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)后，在條件許可的情況下，再盡可能留10%20%的裕量，以防以后系統(tǒng)方案的修改或功能的擴(kuò)展。（3） PLC的存儲(chǔ)容量。在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般要按實(shí)際需要考慮25%30%裕量。存儲(chǔ)器的容量的選擇有兩種方法。一種是根據(jù)編程實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算，這種方法可精確地計(jì)算出存儲(chǔ)器實(shí)際使用容量，缺點(diǎn)是要編完程序之后才能計(jì)算。而一般采用的是估算法，PLC存儲(chǔ)器容量的估算：對(duì)于僅有開關(guān)量輸入/輸出信號(hào)的電氣控制系統(tǒng)，則按公式（）計(jì)算。M=Km*(10*DI+10*DO) （）其中M表示存儲(chǔ)器容量、DI表示開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)、DO表示開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)，Km表示每個(gè)節(jié)點(diǎn)所占存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)。那么對(duì)本設(shè)計(jì)而言，所需PLC存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量即M=（10*13+10*9）=220Byte（5）輸入輸出模塊。不同的I/O模塊，其電路和性能不同，它直接影響了PLC的應(yīng)用范圍和價(jià)格，根據(jù)實(shí)際需要合理選擇。a、輸入模塊。輸入模塊的種類，按電壓分類DC5V、DC12V、DC24V、DC48V、DC60V和AC110V或AC220V。對(duì)于開關(guān)量輸入模塊而言，有直流、交流、交/直流輸入三種類型。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)因素和環(huán)境因素等。直流輸入電路的延遲時(shí)間較短，可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入裝置連接。交流輸入方式的觸點(diǎn)接觸可靠，適合于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。由于Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的工作環(huán)境并不惡劣，且對(duì)電氣控制系統(tǒng)操作人員來說直流低電壓較AC110V電壓安全些，一般選擇DC24V[16]。因此，本設(shè)計(jì)的PLC輸入模塊應(yīng)選直流輸入模塊，輸入電壓應(yīng)為DC24V。b、輸出入模塊。PLC輸出模塊按輸出方式不同分為繼電器型、晶體管型和雙向可控硅型三種。繼電器型輸出模塊價(jià)格便宜，輸出電壓適應(yīng)范圍大，導(dǎo)通電壓小，承受瞬間過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，每一點(diǎn)的輸出容量較大（可達(dá)2A）,在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)導(dǎo)通的輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)較高，一般應(yīng)小于總點(diǎn)數(shù)的60%，但其動(dòng)作速度慢，觸點(diǎn)容易損壞，壽命有一定的限制。晶體管型與雙向可控硅型輸出模塊都屬于無觸點(diǎn)開關(guān)輸出，分別用于直流負(fù)載和交流負(fù)載，它們的可靠性高，反應(yīng)帶寬快，常用于通斷率頻繁的感性負(fù)載，但其不能承受感性負(fù)載在斷開時(shí)較高的反壓，需另行采取抑制措施，且過載能力差，4點(diǎn)同時(shí)輸出的總?cè)萘坎坏贸^2A[17]。由于Z3040搖臂鉆床對(duì)PLC輸出點(diǎn)的動(dòng)作表達(dá)速度要求不高，繼電器型輸出模塊的動(dòng)作速度完全能夠滿足要求，且每一點(diǎn)的輸出容量較大，在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)允許導(dǎo)通的輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)也不是很多，這就很方便進(jìn)行設(shè)計(jì)。所以本設(shè)計(jì)選用繼電器輸出模塊，結(jié)合Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，需要輸入點(diǎn)數(shù)大于13個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)大于9個(gè)，且還要外加10%20%的裕量即可。綜上所述，為了使Z3040搖臂鉆床在改造后能夠良好工作，再考慮本設(shè)計(jì)PLC型號(hào)的局限，確認(rèn)日本三菱公司生產(chǎn)的FXOS系列PLC，型號(hào)為FXOS 30MR的PLC就能夠滿足上述要求，該型PLC具有本設(shè)計(jì)所需的指令功能，其總輸入點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，總輸出點(diǎn)數(shù)為14點(diǎn)，輸入模塊電壓為DC24V，輸出模塊為繼電器型。該類型號(hào)PLC結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，性價(jià)比也比較高，功能功能完善，具有很強(qiáng)的抗干擾能力和負(fù)載能力，且可以直接和編程器或計(jì)算機(jī)連接，使用非常方便。 電動(dòng)機(jī)選型Z3040搖臂鉆床的主軸電動(dòng)機(jī)采用Y100L24型，額定電壓AC380V，功率為3KW，轉(zhuǎn)速為1400r/min的三相異步電動(dòng)機(jī)。搖臂升降電動(dòng)機(jī)采用Y90L4型，額定電壓380V，，轉(zhuǎn)速1400r/min的三相異步電動(dòng)機(jī)，液壓泵電動(dòng)機(jī)采用Y8024型，額定電壓380V，，轉(zhuǎn)速1390r/min的三相異步電動(dòng)機(jī)。，轉(zhuǎn)速2800r/min的三相異步電動(dòng)機(jī)。 主令電器選型 （1)按鈕選擇 按鈕通常是用來短時(shí)接通和斷開小電流控制電路的一種主令電器。按用途和結(jié)構(gòu)分為啟動(dòng)按鈕、停止按鈕和復(fù)合按鈕。在選用的按鈕時(shí)，要考慮按鈕的觸點(diǎn)對(duì)數(shù)、結(jié)構(gòu)形式、顏色以及是否需要帶指示燈等條件[18]。按鈕的額定電壓有交流380V，直流220V，額定電流為5A，其常見的型號(hào)為L(zhǎng)ALALA19及LA20等系列，本設(shè)計(jì)根據(jù)需要選用型號(hào)LA19系列的按鈕。根據(jù)控制需要，選用6個(gè)型號(hào)為L(zhǎng)A19系列的按鈕，其中一個(gè)為停止按鈕，兩個(gè)為點(diǎn)動(dòng)按鈕，三個(gè)需帶指示燈（兩個(gè)綠色，一個(gè)黃色），觸點(diǎn)數(shù)一常開一常閉，而控制回路采用的是交流電，再參考LA19系列按鈕的主要技術(shù)參數(shù)則選用額定電壓為交流380V，額定電流為5A，型號(hào)為L(zhǎng)A1911和LA1911D的按鈕，就能滿足該做Z3040搖臂鉆床的需求，其中LA1911型按鈕3個(gè)（一個(gè)紅色，兩個(gè)黑色），LA1911D型按鈕3個(gè)（指示燈顏色為一個(gè)綠色，兩個(gè)黃色）。 LA19系列按鈕主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定工作電壓(V)額定工作電流（A)結(jié)構(gòu)型式觸頭數(shù)量型號(hào)燈按鈕常開常閉電壓（V)功率（W）鈕數(shù)顏色LA1911AC380,DC2205撳壓式11　　1紅、黃、藍(lán)、白、綠LA1911J緊急式11　　1紅LA1911D帶信號(hào)燈11611紅、黃、藍(lán)、白、綠LA1911DJ帶燈緊急式11611紅(2) 接觸器選擇接觸器的額定電流或額定控制功率隨使用場(chǎng)合及控制對(duì)象的不同、操作條件與工作繁重程度不同而變化，接觸器分為直流接觸器和交流接觸器兩大類，交流接觸器主要有CJ10和CJ20系列，直流接觸器多用CZ0系列。一般情況下,接觸器的選用依據(jù)是接觸器主觸點(diǎn)的額定電壓、電流要求，輔助觸點(diǎn)的種類、數(shù)量及其額定電流，控制線圈電源種類，頻率與額定電壓，操作頻繁程度和負(fù)載等因素。由于控制電路采用的是交流電，所以選用交流接觸器，本設(shè)計(jì)中的接觸器均采用CJ20系列，而交流接觸器主要考慮主觸點(diǎn)的額定電流、額定電壓、線圈電壓等。(1)主觸點(diǎn)的額定電流IN可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（）得出。 IN=(PN*10)/(K*UN) （）則各接觸器的額定電流為：IN1=IN2=IN3=IN4=式中IN為接觸器主觸點(diǎn)的額定電流，A；IN1為KM1接觸器主觸點(diǎn)的額定電流，A；IN2為KM2接觸器主觸點(diǎn)的額定電流，A；IN3為KM3接觸器主觸點(diǎn)的額定電流，A；IN4為KM4接觸器主觸點(diǎn)的額定電流，A；K為比例系數(shù)，取1；PN被控電動(dòng)機(jī)額定功率，KW；UN為被控電動(dòng)機(jī)的額定電壓，V。（2）交流接觸器的主觸頭額定電壓應(yīng)大