【導讀】Z3040型搖臂鉆床適用于單件或批量生產(chǎn)帶有多孔的大型零件的孔加工，是機械加工車間常用的機床，在機械行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。由于傳統(tǒng)繼電器－接觸器控制的搖臂鉆床存在電路接線復雜，觸點多、噪音大、可靠性差、故障診斷與排除困難等缺點，因此對Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)的技術(shù)改造是非常必要的。本文在分析Z3040型搖臂鉆床繼電接觸控制系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，提出了用可編程控制器對搖臂鉆床控制系統(tǒng)進行改造設(shè)計。改造后的Z3040型搖臂鉆床簡化了控制線路，使機床功能完善，使用方便，維護簡單，降低了設(shè)備運行的故障率，提高了設(shè)備運行的使用率，可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的高效、節(jié)能和低成本。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。比之單片機，它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備，不需添加太多的中間部件

　　

【正文】 熄滅。 接觸器的選擇為了保證系統(tǒng)的正常工作，必須根據(jù)以下原則正確選擇接觸器，使接觸器的技術(shù)參數(shù)滿足控制線路的要求。1．接觸器的選擇原則（1）接觸器類型的選擇接觸器的類型應(yīng)根據(jù)電路中負載電流的種類來選擇。即交流負載應(yīng)選用交流接觸器，支流負載應(yīng)選用支流接觸器。根據(jù)使用類別選用相應(yīng)系列產(chǎn)品，接觸器產(chǎn)品系列是按使用類別設(shè)計的，所以應(yīng)根據(jù)接觸器負擔的工作任務(wù)來選擇相應(yīng)的使用類別。若電動機承受一般任務(wù)，其接觸器可選AC3類；若承擔重任務(wù)可選用AC4類，如選用AC3類用于重任務(wù)時，應(yīng)降低容量使用，例如，AC3設(shè)計的控制4kW電動機的接觸器，用于中任務(wù)時，應(yīng)降低一個容量等級。支流接觸器的選擇類別于交流接觸器類似。（2）接觸器主觸點的額定電壓選擇 被選用的接觸器主觸點的額定電壓應(yīng)大于或等于負載的額定電壓。（3）接觸器主觸點額定電流的選擇對于電動機負載，接觸器主觸點額定電流按下式計算 IN=PN103/UN (5－1)式中：PN－電動機功率（kW）。UN－電動機額定線電壓（V）Cosφ－電動機功率因數(shù)，～。η－電動機的效率，～。（4）接觸器吸引線圈電壓的選擇如果控制線路比較簡單，所用接觸器數(shù)量較少，則交流接觸器線圈的額定電壓一般直接選用380V或220V。如果控制線路比較復雜，使用的電器又比較多，為了安全起見，線圈的額定電壓可選底一些。例如，交流接觸器線圈電壓可選擇127V、36V等，這時需要附加一個控制變壓器。支流接觸器線圈的額定電壓應(yīng)視控制回路的情況而定。同一系列、同一容量等級的接觸器，其線圈的額定電壓有幾種，可以選線圈的額定電壓與支流控制電路的電壓一致。直流接觸器的線圈加的是直流電壓，交流接觸器的線圈一般是加交流電壓。有時為了提高接觸器的最大操作頻率，交流接觸器也有采用直接線圈的。2．接觸器的選擇（1）主軸電動機接觸器KM1的選擇主軸電動機需要起動、停止控制。因此選擇AC3類接觸器。額定電流按下式計算==考慮到留有一定余量故選CJ020B型。線圈電壓110V（2）其他接觸器的選擇其他接觸器的選擇型號、規(guī)格、數(shù)量見附錄5 Z3040型搖臂鉆床主要電元器件明細表。 熱繼電器結(jié)構(gòu)、原理電動機在工作時，當負載過大、電壓過低或發(fā)生一相斷路故障時，電動機的電流都要增大，其值往往超過額定電流。如果超過不多，電路中熔斷器的熔體不會熔斷，但時間長了會影響電動機的壽命，甚至燒毀電動機，因此需要有過載保護。熱繼電器用于電動機的過載保護，它是利用電流熱效應(yīng)使雙金屬片受熱后彎曲，通過聯(lián)動機構(gòu)使觸點動作的自動電器。 它由發(fā)熱元件、雙金屬片、觸點及一套傳動和調(diào)整機構(gòu)組成。發(fā)熱元件是一段阻值不大的電阻絲，串接在被保護電動機的主電路中。雙金屬片由兩種不同熱膨脹系數(shù)的金屬片輾壓而成。 圖中所示的雙金屬片，下層一片的熱膨脹系數(shù)大，上層的小。當電動機過載時，通過發(fā)熱元件的電流超過整定電流，雙金屬片受熱向上彎曲脫離扣板，使常閉觸點斷開。由于常閉觸點是接在電動機的控制電路中的，它的斷開會使得與其相接的接觸器線圈斷電，從而接觸器主觸點斷開，電動機的主電路斷電，實現(xiàn)了過載保護。 熱繼電器動作后，雙金屬片經(jīng)過一段時間冷卻，按下復位按鈕即可復位。熱繼電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)是整定電流。整定電流是指長期通過發(fā)熱元件而不致使熱繼電器動作的最大電流。當發(fā)熱元件中通過的電流超過整定電流值的20％時，熱繼電器應(yīng)在20分鐘內(nèi)動作。熱繼電器的整定電流大小可通過整定電流旋鈕來改變。選用和整定熱繼電器時一定要使整定電流值與電動機的額定電流一致由于熱繼電器是間接受熱而動作的，熱慣性較大，因而即使通過發(fā)熱元件的電流短時間內(nèi)超過整定電流幾倍，熱繼電器也不會立即動作。只有這樣，在電動機起動時熱繼電器才不會因起動電流大而動作，否則電動機將無法起動。 反之，如果電流超過整定電流不多，但時間一長也會動作。由此可見，熱繼電器與熔斷器的作用是不同的，熱繼電器只能作過載保護而不能作短路保護，而熔斷器則只能作短路保護而不能作過載保護。在一個較完善的控制電路中，特別是容量較大的電動機中，這兩種保護都應(yīng)具備。 熱繼電器的選擇1．熱繼電器選用原則（1）熱繼電器額定電流的選擇熱繼電器額定電流應(yīng)大于電動機額定電流，然后根據(jù)額定電流來選擇熱繼電器的型號。（2）熱繼電器熱元件額定電流的選擇IFRN=(～)IMN (5─2)式中：IFRN－熱繼電器熱元件的整定電流； IMN－電動機額定電流；2．熱繼電器的選擇：（1）主軸電動機熱繼電器FR1的選擇 IFRN =（～）IMN =（～） =（～）A故選用熱繼電器的型號為JR020/3，～11A，（2）液壓泵電動機熱繼電器FR2的選擇IFRN =（～）IMN3 =（～） =（～）A故選用熱繼電器的型號為JR020/3，～， 熔斷器結(jié)構(gòu)、原理熔斷器由熔體和絕緣底座（或稱熔管）等組成。熔體為絲狀或片狀，熔體材料通常有兩種：一種是由鉛錫合金和鋅等熔點底、導電性能差的金屬制成，因而不易滅弧，多用于小電流的電路：另一種有銀、銅等熔點高、導電性能好的金屬絲指成，易于滅弧，多用于大電流電路。當正常工作的時候，流過熔體的電流小于或等于它的額定電流，由于熔體發(fā)熱溫度尚未達到熔體的熔點，熔體緩慢熔斷；當流過整體熔體的電流達到額定電流的8～10倍時，熔體迅速熔斷。電流越大，熔斷越快，熔斷器的這種特性成為保護特性或安秒特性，IN為熔體額定電流，通常取2IN為熔斷器的熔斷電流，其熔斷時間約為30～40秒。因此，熔斷器對輕度過載反映比較遲鈍，一般只能多短路保護用。 熔斷器的選擇1．熔斷器選擇原則工業(yè)上選擇熔斷器一般應(yīng)從以下幾個方面考慮：（1）熔斷器的類型應(yīng)根據(jù)線路的要求、使用場合幾安裝條件進行選擇。（2）熔斷器的額定電壓必須等于或高于熔斷器工作點的電壓。（3）熔斷器的額定電流根據(jù)被保護的電路（支路）及設(shè)備的額定負載電流選擇。熔斷器的額定電流必須等于或高于所裝熔體的額定電流。（4）熔斷器的額定分斷能力必須大于電路中可能出現(xiàn)的最大故障電流。（5）熔斷器的選擇應(yīng)考慮電路中其他配電電器、控制電器之間選擇性配合等要求。為此，應(yīng)使上一級（供電干線）熔斷器的熔體額定電流比下一級（供電支路）大1~2個級差。（6）熔斷器所裝熔體額定電流的選擇：對于照明線路等沒有沖擊電流的負載，應(yīng)使熔體的額定電流等于或稍大于電路的工作電流，既IFU≥I (5─3) 式中IFU為熔體的額定電流，I為電路的工作電流。對于電動機類負載，要考慮起動沖擊電流的影響，應(yīng)按下式計算IFU≥（～）IN (5─4)對于多太電動機由一個熔斷器保護時，熔體額定電流應(yīng)按下式計算IFU≥（～）INMAX+∑IN (5─5)式中，INMAX為容量最大的一臺電動機的額定電流，∑IN為其余電動機額定電流的總和。（7）降壓啟動的電動機選用熔體的額定電流等于或略大于電動機的額定電流。2．熔斷器的選擇Z3040型搖臂鉆床PLC輸出接點短路保護采用熔斷器保護。根據(jù)所選PLC S7200 CPU226 DC/CD/繼電器型號，每個輸出點最大額定電流為2A，公共點最大額定電流為10A，及PLC使用輸出點的情況，選FU0、FUFU2型號為RL115A，熔體額定電流為6A 3只。根據(jù)選擇的電器元器件，列表明細表如附錄7。第6章 結(jié)論本次設(shè)計闡述了PLC在Z3040型搖臂鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計的應(yīng)用，應(yīng)用可編程控制器（PLC）對Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)加以改造，把PLC控制技術(shù)應(yīng)用到改造設(shè)計方案中去，取代傳統(tǒng)繼電接觸控制的方法, 達到了使控制系統(tǒng)滿足Z3040搖臂鉆床對電力拖動和控制要求，簡化了控制線,使得鉆床的可靠性和效率大為提高。參 考 文 獻[1] 、馮垛生，電氣實用指南，人民郵電出版社，2006[2] 、陳伯時，電力拖動控制系統(tǒng)，機械工業(yè)出版社，2003[3] 、趙明等，工廠電氣控制設(shè)備，機械工業(yè)出版社，1995[4] 、萬東梅，電路電子電氣應(yīng)用實訓，交通大學出版社，2004[5]、張運波，工廠電氣控制技術(shù)，高等教育出版社，2003 [6]、王 紅，可編程控制器使用教程，電子工業(yè)出版社，2003[7]、張桂香，電氣控制與PLC應(yīng)用，化學工業(yè)出版社，2003[8]、趙宏家，建筑電氣控制，重慶大學出版社，2002[9]、齊從謙，PLC技術(shù)及應(yīng)用，機械工業(yè)出版社，2002[10] 、王明昌，建筑電工學（第二版），重慶大學出版社，2000[11] 、余雷聲，電氣控制與PLC應(yīng)用，機械工業(yè)出版社，1998[12] 、常斗南，可編程控制器原理，機械工業(yè)出版社，1998[13] 、齊占山，機床電氣控制技術(shù)，機械工業(yè)出版社，1993[14] 、方承遠，工廠電氣控制技術(shù)，機械工業(yè)出版社，1992 [15] 、SIEMENS WINCC手冊，西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動集團，2004致 謝本文的研究與開發(fā)工作是在導師的悉心引導下完成的，在此向他表示崇高的敬意和衷心的感謝。另外我還要衷心感謝老師，在工作中他給予了我及時有效的幫助，還有我的同學，我們經(jīng)常一起討論工作和學習中遇到的各種問題?？梢哉f，我這篇論文的完成，是與這些老師和同學的無私幫助和合作分不開的。在此，謹向關(guān)心過和幫助過我的各位尊敬的老師和熱心的同學表示深深的敬意和誠摯的感謝。附 錄附錄1Z3040型搖臂鉆床PLC控制系統(tǒng)電氣原理圖1Z3040型搖臂鉆床控制線路原理圖附錄2： S7200CPU的技術(shù)指標CPU221CPU222CPU224CPU226物理特性：尺寸（長寬高）908062mm3908062mm38062 mm31968062 mm3功耗3~6W5~7W7~10W11~17W存儲器特性：程序存儲器2048字4096字數(shù)據(jù)存儲器1024字2560字存儲器類型E2PROMI/O特性：本機數(shù)字量I/O點數(shù)6輸入/4輸出8輸入/6輸出14輸入/10輸出24輸入/16輸出數(shù)字I/O映像區(qū)128輸入/128輸出本機模擬量I/O點數(shù)無模擬I/O映像區(qū)無16輸入/16輸出32輸入/32輸出允許最大的I/O模塊無2個模塊7個模塊允許最大的智能模塊無2個模塊7個模塊脈沖捕捉輸入681424高速計數(shù)器4單相（kHz）、30兩相(20kHz)6單相(30kHz)、4兩相(20kHz)脈沖輸出2個20kHz(僅限于DC輸出)常規(guī)特性：定時器總數(shù)256個（1ms:4個。10ms:16個。100ms:236個）計數(shù)器總數(shù)256（由超級電容和電池備份）時間中斷2個1ms分辨率邊沿中斷4個上升沿和/或4個下降沿模擬電位器1個8位分辨率2個8位分辨率布爾量運算時間時鐘可選卡位內(nèi)置口令保護有通信功能：接口1個RS485接口2個RS485接口PPI，DP/T波特率， Baud自由口波特率～ k Baud最大站點數(shù)32每段32個站，每個網(wǎng)絡(luò)126個站編程語言LAD、FBD、STL程序結(jié)構(gòu)一個主程序塊（可包括子程序）子程序級8用戶程序保護3級口令保護續(xù)表附錄3 Z3040型搖臂鉆床PLC控制I/O(輸入、輸出）地址分配表I（輸入）序號名稱代號地址1控制線路電源總開關(guān)QF32總停止按鈕SB73總啟動按鈕SB14電壓繼電器AV5主軸電動機M1熱繼電器FR16主軸電動機M1啟動按鈕SB27主軸電動機M1停止按鈕SB88搖臂上升按鈕SB39搖臂下降按鈕SB410搖臂上升上限位行程開關(guān)ST1111搖臂下降下限位行程開關(guān)ST1212主軸箱、立柱、搖臂松開行程開關(guān)ST213主軸箱、立柱、搖臂夾緊行程開關(guān)ST314液壓泵電動機M3熱繼電器FR215主軸箱、立柱松開按鈕SB516主軸箱、立柱夾緊按鈕SB617立柱夾緊放松指示行程開關(guān)ST418主軸箱松開、夾緊SA119立柱松開、夾緊SA220主軸箱、立柱松開、夾緊SA3O（輸出）序號名稱代號地址1電壓繼電器KV2主軸電動機M1接觸器KM13搖臂上升接觸器KM24搖臂下降接觸器KM35主軸箱、立柱、搖臂松開接觸器KM46主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器KM57主軸箱松開、夾緊電磁鐵YA18立柱松開、夾緊電磁鐵YA29電源指示HL110立柱松開指示HL2