【正文】 、 ANS 系列、 Q 系列 、 QNA 系列等為模塊式大型 PLC，最大容量為 8K 點(diǎn)。在中國(guó)的市場(chǎng)上最具競(jìng)爭(zhēng)力的有德國(guó)西門子公司、日本三菱系列、歐姆龍公司、 AB 公司所推出的 PLC 均為從小到大全系列的產(chǎn)品，可滿足各種各樣的需求。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會(huì)造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個(gè)一般 PLC 都會(huì)采取高速模塊。但是由于其對(duì) I/O 的變化每個(gè)周期只輸出刷新一次，并且只對(duì)有變化的進(jìn)行刷新，這對(duì)一般的開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是完全允許的，不但不會(huì)造成影響，還會(huì)提高抗干擾能力。掃描周期越長(zhǎng)，響應(yīng)速度越慢。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和 I/O刷 新外， PLC 還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測(cè)（自診斷功能）并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為 監(jiān)視服務(wù) ，一般在程序執(zhí)行之后進(jìn)行。 由此可見(jiàn)，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段構(gòu)成 PLC 一個(gè)工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。 1．輸入刷新階段 在輸入刷新階段， CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫(xiě)入輸入狀態(tài)寄存器。掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于以下幾個(gè)因素：一是 CPU 執(zhí)行指令的 速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時(shí)間；三是程序中指令條數(shù)的多少。 PLC 則是采 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 20 用循環(huán)掃描的工作方式。 PLC 工作原理 由于 PLC 以微處理器為核心，故具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。位置控制是指 PLC 使用的位置控制模塊來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)控制，如控制構(gòu)件的速度、位移、運(yùn)動(dòng)方向等。數(shù)據(jù)通常應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的機(jī)械手的控制系統(tǒng)中。 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集處理。 運(yùn)動(dòng)控制。 本設(shè)計(jì)中 PLC 實(shí)現(xiàn)的功能： 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 安裝 簡(jiǎn)單，維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。 編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式。 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需求，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。 （ 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性進(jìn)一步提高。 （ 5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的刷選。 （ 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 PLC 的基本特點(diǎn) 高可靠性 （ 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 鉆削加工時(shí)，需要對(duì)刀具和工件進(jìn)行冷卻，為此需冷卻泵電動(dòng)機(jī)輸送冷卻液。 搖臂的夾緊和放松是由電氣和液壓聯(lián)合控制，并且有夾 緊和放松指示。 為加工螺紋，主軸要求有正、反轉(zhuǎn)，一般由機(jī)械方法獲得，為此主軸電動(dòng)機(jī)只需單方向旋轉(zhuǎn)。搖臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)皆為主軸運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，分別經(jīng)主軸和進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給。 搖臂鉆床為適應(yīng)各種形式加工，要求主軸及進(jìn)給有較大的調(diào)速范圍。也對(duì)主電動(dòng)機(jī)控制電路，搖臂升降控制電路，立柱和主軸箱松開(kāi)、夾緊控制電路，冷卻泵控制電路，照明、信號(hào)電路進(jìn)行了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和闡述。 HL4 為主軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)指示燈，由 KM1 常開(kāi)觸頭控制。 照明、信號(hào)電路 （ 1）機(jī)床照明電路 QF5 機(jī)床工作照明電路開(kāi)關(guān)，同時(shí)過(guò)載及短路保護(hù)作用， EL為工作照明燈。 由于立柱和主軸箱的松開(kāi)與夾緊是短時(shí)間的調(diào)整工作，故采用點(diǎn)動(dòng)控制方式。按 SB7 或 SB8，電磁鐵 YA YA2 均通電，主軸箱和立柱同時(shí)進(jìn)行松開(kāi)或夾緊。 當(dāng)把轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) SA3 拌到左側(cè)時(shí)，觸點(diǎn)（ 5763）接通，（ 5759）斷開(kāi)。指示 燈 HL2 亮，表示主軸箱已松開(kāi)。經(jīng) 13 秒延時(shí)后， KT3 的延時(shí)閉合常開(kāi)觸點(diǎn)（ 741）閉合，接觸器 KM4 線圈經(jīng)（ 13574143373962）線圈斷電，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 正轉(zhuǎn)，壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入主軸箱右缸，推動(dòng)活塞使主軸箱放松。 以主軸箱的松開(kāi)和夾緊為例：先將 SA2 扳到右側(cè)， 觸點(diǎn)（ 5759）接通，（ 5763）斷開(kāi)。 SA2 有 3 個(gè)位置：中間位（零位）時(shí)，立柱和主軸箱的松開(kāi)或夾緊同時(shí)進(jìn)行；左邊位為立柱的夾緊或放松；右邊位為主軸箱的夾緊或放 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 17 松。 搖臂夾緊動(dòng)作過(guò)程如下： 搖臂升到預(yù)定 位置，松開(kāi) SB3→ KT1（ 4749）斷電延時(shí)閉合→ KM5 吸合、 M3 反轉(zhuǎn)→搖臂夾緊→ ST3（ 747）受壓斷開(kāi)→ KM M均斷電釋放。如果液壓夾緊系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不能自動(dòng)夾緊搖臂，或者由于 ST3 調(diào)整不當(dāng)，在搖臂夾緊后不能使 ST3（ 747）的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，都會(huì)使液壓泵電動(dòng)機(jī)處于長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行狀態(tài)，這是不允許的。而 ST1 的另一動(dòng)斷觸點(diǎn) ST11(1517)仍閉合，以保證搖臂能夠上升。但 ST1 的另一觸點(diǎn) ST12（ 2717）仍處于閉合 狀態(tài)，保證搖臂能夠下降。 ST1 有兩對(duì)觸點(diǎn)， ST11 是搖臂上升時(shí)的極限位置保護(hù)， ST12（ 2717）是搖臂下降時(shí)的極限位置保護(hù)。KT1 的延時(shí)時(shí)間應(yīng)視搖臂在 M2 斷電至停轉(zhuǎn)前的慣性大小調(diào)整，應(yīng)保證搖臂上升（或下降）后才進(jìn)行夾緊，一般調(diào)整在 1～ 3 秒。所不同的是按下降按鈕 SB4 時(shí)為 KM3 線圈得電，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2 反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂下降。 搖臂上升的動(dòng)作過(guò)程如下： ? ? ? ?。壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入搖臂夾緊油腔，向相反方向推動(dòng)活塞，使搖臂夾緊。 當(dāng)搖臂上升到所需位置時(shí)，松開(kāi)按鈕 SB3，接觸器 KM2 和時(shí)間繼電器 KT1 同時(shí)斷電釋放，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2 停轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。當(dāng)搖臂完全松開(kāi)后，活塞桿通過(guò)彈簧片壓下限位開(kāi)關(guān) ST2，使其動(dòng)斷觸點(diǎn) ST2（ 17－ 33）斷開(kāi)，使接觸器 KM4線圈斷電釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 停轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，另一動(dòng)合觸點(diǎn) ST2（ 1721）閉合，接觸器 KM2 線圈通電吸合，其主觸點(diǎn)接通升降電動(dòng)機(jī) M2 的電源， M2 啟動(dòng)正向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂上升。 按上升按鈕 SB3，時(shí)間繼電器 KT1 得電吸合，瞬時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)（ 3335）閉合， 接觸器 KM4 得電吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 接通電源正向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。按 下停止按鈕 SB8，接觸器 KM1 釋放，主軸電動(dòng)機(jī) M1 停轉(zhuǎn)。指示燈電源為 6V。 電機(jī)容量小，僅 ，由開(kāi)關(guān) QS 控制。 M2 為短時(shí)工作，不設(shè)長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)?？刂齐娐繁ＷC，在操縱搖臂升降時(shí)，首先使液壓泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，供出壓力油，經(jīng)液壓系統(tǒng)將搖臂松開(kāi)，然后才使電動(dòng)機(jī) M2 起 動(dòng)，拖動(dòng)搖臂上升或下降。 Z3040 搖臂鉆床控制線路主電路設(shè)計(jì) 為單方向旋轉(zhuǎn)，由接觸器 KM1 控制，主軸的正反轉(zhuǎn)則由機(jī)床液壓系統(tǒng)操縱機(jī)構(gòu)配合正反轉(zhuǎn)摩擦離合器實(shí)現(xiàn)，并由熱繼電器 FR1 作電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。首先將隔離開(kāi)關(guān)接通，將電源引入開(kāi)關(guān) QF1 扳到“接通”位置，接通三相交流電源，此時(shí)總電源指示燈 HL1 亮，表示機(jī)床電氣電路已進(jìn)入帶 電狀態(tài)。 QF QF QF5 分別為機(jī)床控制電路、機(jī)床工作信號(hào)指示電路和機(jī)床工作照明電路和過(guò)載及短路保護(hù)開(kāi)關(guān)。該機(jī)床控制電路采用 380V/100V 隔離變壓器供電，但其二次 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 15 繞組增設(shè) 24V 安全電壓供局部照明使用。 Z3040 搖臂鉆床共有四大電動(dòng)機(jī)：主電動(dòng)機(jī) M1，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3 和冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4。當(dāng)變速完成，松開(kāi)操作手柄，此時(shí)手柄在彈簧作用下由“變速”位置自動(dòng)復(fù)位到主軸“停車”位置，然后在操縱主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，主 軸將在新的轉(zhuǎn)速或進(jìn)給 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 13 量下工作。 主軸變速與進(jìn)給變速：將主軸手柄扳至“變速”位置，于是改變兩個(gè)操縱閥的相互位置，使齒輪泵送出的壓力油進(jìn)入主軸轉(zhuǎn)速預(yù)選閥和主軸進(jìn)給量預(yù)選閥，然后進(jìn)入各變速油缸。但此時(shí)整個(gè)液壓系統(tǒng)為低壓油，無(wú)法松開(kāi)制動(dòng)摩擦離合器，而在制動(dòng)彈簧作用下將制動(dòng)摩擦離合器壓緊，使制動(dòng)軸 上的齒輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主軸停車。 在主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)過(guò)程中，可轉(zhuǎn)動(dòng)變速按鈕，改變主軸轉(zhuǎn)速或主軸進(jìn)給量。 主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，首先按下主軸電動(dòng) 機(jī)起動(dòng)按鈕，主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)齒輪泵，送出壓力油。操作手柄有五個(gè)空間位置：上、下、里、外和中間位置，其中上為“空擋”，下為“變速”，外為“正轉(zhuǎn)”，里為“反轉(zhuǎn)”，中間位置為“停車”。前者安裝在主軸箱內(nèi)，后者安裝在搖臂電器盒下部。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 12 第三章 搖臂鉆床控制線路設(shè)計(jì) Z3040 搖臂鉆床主要有兩種主要運(yùn)動(dòng)和其他輔助運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)是指主軸帶動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指鉆頭的垂直運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)是指主軸箱沿?fù)u臂水平運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱上下移動(dòng)以及搖臂和外立柱一起相對(duì)于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 本章小結(jié) 本章根據(jù)控制要求確定了總體方案以及控制系統(tǒng)的硬件選型。 2． 選配 PLC 的型號(hào) S7300 的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。 A 系列、 ANS 系列、 Q 系 列、 QNA 系列等為模塊式大型 PLC，最大容量為 8K 點(diǎn)。在中國(guó)的市場(chǎng)上最具競(jìng)爭(zhēng)力的有德國(guó)西門子公司、日本三菱系列、歐姆龍公司、 AB 公司所推出的 PLC 均為從小到大全系列的產(chǎn)品，可滿足各種各樣的需求。前者安裝在主軸箱內(nèi)，后者安裝在搖臂電器盒下部。 Z3040 搖臂鉆床主要有兩種主要運(yùn)動(dòng)和其他輔助運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)是指主軸帶動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指鉆頭的垂直運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)是指主軸箱沿?fù)u臂水平運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱上下移動(dòng)以及搖臂和外立柱一起相對(duì)于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而 PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的使用等問(wèn)題。 PLC 基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。 PLC 是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作的點(diǎn)控制器。 可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱 PLC）從其生產(chǎn)到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到 數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。 加工螺紋時(shí)，主軸需要正反轉(zhuǎn)，該機(jī)床采用機(jī)械變換方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，故主電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)異動(dòng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂的升降由一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂、立柱和主軸箱的夾緊 /放松由一臺(tái)液壓泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動(dòng)通常采用手動(dòng)。綜上所述，搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)方式有： 1 主運(yùn)動(dòng)，主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸的縱向進(jìn)給； 3 輔助運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱垂直移動(dòng)，主軸箱沿?fù)u臂長(zhǎng)度方向移動(dòng)，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)進(jìn)行加工時(shí)，由特殊的夾緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導(dǎo)軌上，外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進(jìn)行鉆削加工。由于絲杠與外立柱連成一體，而升降螺母固定在搖臂上，所以搖臂不能繞外立柱轉(zhuǎn)動(dòng)，只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。 內(nèi)立柱固定在底座的一端，外面套有外立柱，外立柱可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn) 360176。在各類鉆床中，搖臂 鉆床操作方便、靈活，適用范圍廣，具有典型性，特別適用于單件或批量生產(chǎn)中帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常見(jiàn)的機(jī)床。 由于以上特點(diǎn)使 PLC 技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控鉆床成為可能 。 特別是帶自動(dòng)換刀的數(shù)控加工中心，在一次裝夾的情況下，幾乎可以完成零件的全部加工工序，一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可以代替數(shù)臺(tái)普通機(jī)床。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理與控制。這樣就簡(jiǎn)化了工人的操作，使勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。數(shù)控機(jī)床的時(shí)間利用率高達(dá) 90%