【正文】 觸器系統(tǒng)相比，我們還存在很大差距。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。[3]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)。因此更適合處理高速復(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 [2]。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。近年來又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樋亓鞒虉D語言（Sequential Function Chart），使編程更加簡單方便。編程方便，易于使用。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)程設(shè)備。輸入輸出端口選擇靈活，有多種機(jī)型，組合方便。 靈活組態(tài)。可靠性高。與單片機(jī)相比，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，這樣可以大大節(jié)省用戶的開發(fā)時(shí)間與生產(chǎn)成本。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)場和市場要求。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。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)。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)。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。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?；赑LC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC的搖臂鉆船和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄1 緒論 1 1 國內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顟B(tài) 22 Z3040搖臂鉆床及傳統(tǒng)電氣控制原理分析 3 Z3040搖臂鉆床簡介 3 Z3040搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)形式 3 Z3040搖臂鉆床的結(jié)構(gòu) 3 搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)形式 4 Z3040傳統(tǒng)控制線路原理分析 5 6 7 8 13 聯(lián)鎖環(huán)節(jié) 13 保護(hù)環(huán)節(jié) 13 液壓系統(tǒng) 14 14 夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng) 153 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 164 基于PLC的Z3040電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 17 電氣控制部分 18 電氣控制主電路 18 電機(jī)控制 18 PLC的I/O端口分配表 19 基于PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制原理圖設(shè)計(jì) 20 主要電氣元件選型 22 PLC的型號(hào)選擇 22 電動(dòng)機(jī)選型 24 主令電器選型 24 繼電器及選擇 26 熔斷器及選擇 29 其他電器元件及選擇 305 元器件明細(xì)表 316 基于PLC的Z3040電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 31 程序SFC圖 32 梯形圖 32 指令表 327系統(tǒng)調(diào)試 32 仿真電路設(shè)計(jì) 32 338 結(jié)論 37致謝 38參考文獻(xiàn) 39附錄1 控制系統(tǒng)梯形圖 40附錄2 控制系統(tǒng)指令表 42附錄3 搖臂鉆床元器件明細(xì)表 44461 緒論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。也有的是采用多速異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，這樣可以簡化變速機(jī)構(gòu)。故主電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。[1]目前，我國的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。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)?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）簡稱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)。可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)、編程方便、價(jià)格低、壽命長。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)弱千差萬別，但他們具有以下一些共同的特點(diǎn)?？煽啃允怯脩舻氖走x要求，目前各廠家生產(chǎn)的PLC，平均無故障時(shí)間都大大超過IEC規(guī)定的10萬小時(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。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。功能強(qiáng)大。因此，PLC幾乎是全能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。PLC的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語言，直觀易懂，深受現(xiàn)場電氣人員的歡迎。運(yùn)行速度快。PLC的控制速度則由CPU工作速度和掃描速度決定。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。 國內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顟B(tài)早在上世紀(jì)六十年代國外就已經(jīng)出現(xiàn)了可編程序控制器（PLC）的應(yīng)用，之后世界各國爭相在該領(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PLC的眾多優(yōu)點(diǎn)，使其迅速在工業(yè)控制中得到推廣。隨著PLC技術(shù)在我國的迅猛發(fā)展，我們和國外先進(jìn)技術(shù)的差距會(huì)不斷縮小。2 Z3040搖臂鉆床及傳統(tǒng)電氣控制原理分析 Z3040搖臂鉆床簡介　　鉆床是一種孔加工設(shè)備，可以用來鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。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)帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常見的機(jī)床。這些廠家都是生產(chǎn)歷史較長，質(zhì)量可靠，有多年信譽(yù)的老廠。 搖臂鉆床結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)360度。由于絲桿與外立柱連成一體，而升降螺母固定在搖臂上，因此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)。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上，可以通過手輪操作，使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動(dòng)。鉆削加工時(shí)，鉆頭一邊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削，一邊進(jìn)行縱向進(jìn)給，其運(yùn)動(dòng)形式為：主運(yùn)動(dòng)：主軸帶動(dòng)鉆頭刀具作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 Z3040傳統(tǒng)控制線路原理分析我國原來生產(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)?，F(xiàn)在的Z3040搖臂鉆床取消了十字開關(guān)，： Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制原理圖三相電源U、V、W由電源開關(guān)SA2控制，熔斷器FU1實(shí)現(xiàn)對(duì)全電路的短路保護(hù)（1區(qū)），熔斷器FU2作搖臂升降電動(dòng)機(jī)M液壓電動(dòng)機(jī)M3和冷卻泵電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)。 1） M1(1區(qū)) 是主軸電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)，是主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。熱繼電器FR1做過載保護(hù)，其常閉觸點(diǎn)在7區(qū)。主軸的正反轉(zhuǎn)由液壓系統(tǒng)和正反轉(zhuǎn)摩擦離合器來實(shí)現(xiàn)，空檔，制動(dòng)及變速也由液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。它由KMKM3的主觸點(diǎn)控制正反轉(zhuǎn)，其控制線圈分別在10區(qū)。當(dāng)移動(dòng)到位后，保證 M2 先停下，再自動(dòng)通過液壓系統(tǒng)將搖臂夾緊，最后液壓泵電機(jī)才停下。 3） M3(3區(qū)) 是液壓泵電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)液壓泵送出壓力油以實(shí)現(xiàn)搖臂的松開、夾緊和主軸箱與立柱的松開、夾緊控制。熱繼電器FR2作過載保護(hù)，其常閉觸點(diǎn)在11區(qū)。由于M4容量較小，因此不需要過載保護(hù)，由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3直接控制。 通過控制變壓器TC（5區(qū)）降壓，分別得到照明電路安全電壓36V、指示燈電路電壓6V和控制電路電壓110V。（2）在指示燈回路中，指示燈HL1燈亮表示主軸箱和立柱同時(shí)處于放松狀態(tài)，可以手動(dòng)操作主軸箱移動(dòng)手輪，使主軸箱沿?fù)u臂水平導(dǎo)軌移動(dòng)或者推動(dòng)搖臂連同外立柱繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)；指示燈HL2燈表示主軸箱和立柱同時(shí)處于夾緊狀態(tài)，HL2亮表示主軸箱已夾緊在搖臂上，搖臂連同外立柱夾緊在內(nèi)立柱上，可以進(jìn)行鉆孔加工，這兩只指示燈分別由行程開關(guān)SQ4的常閉、常開觸頭控制。在主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，首先將自動(dòng)開關(guān)SA2扳到接通位置，電源指示燈亮。主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)用手柄通過機(jī)械變換的方法來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)閾u臂平時(shí)是夾緊在外立柱上的，搖臂在升降之前，要先把搖臂松開，再由M2驅(qū)動(dòng)升降；搖臂上升到位后再重新將它夾緊。因此，搖臂升降的電氣控制要與松緊機(jī)構(gòu)液壓機(jī)械系統(tǒng)(M3與YA)的控制配合進(jìn)行的。搖臂松開時(shí)，活塞桿通過彈簧片壓下行程開關(guān)SQ2，而行程開關(guān)SQ3復(fù)位，發(fā)出搖臂松開信號(hào)，即常開觸點(diǎn)SQ2閉合，常閉觸點(diǎn)SQ2斷開，后者使KM4線圈失電，接觸器KM4斷開，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3停轉(zhuǎn)，液壓泵停止供油，搖臂維持在松開狀態(tài)，前者使接觸器KM2通電閉合，搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂上升。而KT的常開斷電延時(shí)觸頭KT經(jīng)延時(shí)3s后才斷開，常閉斷電延時(shí)觸頭KT同樣延時(shí)3s后才閉合。當(dāng)KT延時(shí)時(shí)間到后，常閉斷電延時(shí)觸頭KT閉合，KM5線圈通電，接觸器KM5觸頭閉合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反轉(zhuǎn)，液壓泵送出壓力油，壓力油經(jīng)二位六通閥進(jìn)入搖臂夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊油腔，反向推動(dòng)活塞和菱形塊將搖臂夾緊，活塞桿通過彈簧片壓下行程開關(guān)SQ3，其常閉觸點(diǎn)斷開，發(fā)出搖臂夾緊信號(hào)，YA線圈斷電，KM5線圈斷電，M3停止旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)搖臂夾緊，上升結(jié)束。搖臂松開后，行程開關(guān)SQ2被壓下，行程開關(guān)SQ3被復(fù)位閉合，即常開觸點(diǎn)SQ2閉合，常閉觸點(diǎn)SQ2斷開，繼而接觸器KM4斷開，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3停轉(zhuǎn)，接觸器KM3通電閉合，搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂下降。搖臂夾緊后，行程開關(guān)SQ2復(fù)位，SQ3斷開，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3停止反轉(zhuǎn)，完成搖臂下降的控制過程。由于夾緊機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，搖臂夾不緊，或者因SQ3的位置不當(dāng)在搖臂已夾緊后SQ3仍不能動(dòng)作，則SQ3的常閉觸點(diǎn)長時(shí)間不能斷開，使液壓泵電動(dòng)機(jī)M3出現(xiàn)長期過載，因此，M3設(shè)置熱繼電器FR進(jìn)行過載保護(hù)。、緊控制 該傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)中，主軸箱與立柱的夾緊與松開是同時(shí)進(jìn)行的。由于YA線圈斷電，壓力油不能進(jìn)入搖臂松開油腔，搖臂仍處于夾緊狀態(tài)。這時(shí)可以手動(dòng)操作主軸箱在搖臂水平導(dǎo)軌上做徑向移動(dòng)，也可推動(dòng)搖臂使外立柱繞內(nèi)立柱做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)確已夾緊時(shí)，壓下行程開關(guān)SQ4，常開觸點(diǎn)SQ4閉合，指示燈HL2亮，而常閉觸點(diǎn)SQ4斷開，指示燈HL1滅，指示主軸箱與立柱夾緊，可以進(jìn)行鉆削加工。在液壓泵電動(dòng)機(jī)M3的正反轉(zhuǎn)控制電路中，接觸器KM4和KM5采用了電氣聯(lián)鎖，在主軸箱和立柱的夾緊、放松電路中，為保證壓力油不供給搖臂夾緊油路，將按鈕SB5和SB6的常閉觸頭串聯(lián)在電磁閥YA線圈的電路中，以達(dá)到聯(lián)鎖目的。行程開關(guān)SQ3是搖臂夾緊到位的信號(hào)開關(guān)，它在完全夾緊時(shí)動(dòng)作，其常閉觸頭串聯(lián)在接觸器KM5線圈、電磁鐵YA線圈電路中。（2） 時(shí)間聯(lián)鎖通過時(shí)間繼電器KT延時(shí)斷開的常開觸頭和延時(shí)閉合的常閉觸頭，時(shí)間繼電器KT能保證在搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2完全停止后，才能進(jìn)行搖臂的夾緊動(dòng)作，時(shí)間繼電器KT的延時(shí)長短由搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2從切斷電源到停止的慣性大小來決定。（2）過載保護(hù) 在主電路中，利用熱繼電器FR1作主軸電動(dòng)機(jī)M1的過載保護(hù)，利用熱繼電器FR2作液壓泵電動(dòng)機(jī)M3的過載保護(hù)。M2為短時(shí)工作，不用設(shè)長期過載保護(hù)。行程開關(guān)SQ1有兩對(duì)常閉觸頭，他們分別串聯(lián)在搖臂升降控制電路接點(diǎn)中，當(dāng)搖臂上升或下降帶極限位置時(shí)相應(yīng)觸頭動(dòng)作，切斷與其對(duì)應(yīng)的上升或下降接觸器KM2和KM3，使搖臂升降電動(dòng)