项目四Z3040型摇臂钻床电气控制线路

目录1.绪论1.1 本课题的选题背景与意义 (1)1.2 可编程逻辑控制器简述 (1)2. Z3040摇臂钻床电气控制系统原理2.1 主电路与PLC控制电路原理图 (2)2.2 基于PLC的控制原理说明 (2)3. PLC控制Z3040摇臂钻床的硬件部分设计3.1 PLC的I/O口分配表 (4)4. PLC控制Z3040摇臂钻床的软件部分设计4.1 PLC控制梯形图 (6)4.2 PLC控制指令表 (7)5.结论5.1 课题成果 (9)5.2 不足之处 (9)参考文献 (10)1.绪论1.1本课题的选题背景与意义Z3040摇臂钻床是我国生产和使用较广泛的钻床，可以进行多种形式的加工，如钻孔，镗孔，铰孔以及攻螺纹等。

从控制上讲，它需要机、电、液压等相互配合使用，同时要进行时间控制。

它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。

也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。

摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反转运动是通过机械转换实现的，所以主电动机只有一个旋转方向。

摇臂钻床除了主轴的旋转和进给运动外，还有摇臂上升、下降及立柱的夹紧和放松。

摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机拖动，主轴箱、立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动。

Z3040摇臂钻床是通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。

而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。

此外，还有一台冷却泵电动机对加工的刀具进行冷却。

目前，我国的Z3040摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的事传统的继电器——接触器控制方式。

因而所需要控制的电机较多，所以电路较复杂，在日常的生产作业当中，经常发生电气故障，从而影响生产。

另外一些复杂的控制如：时间、计数控制用继电器——接触器控制方式较难实现。

所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。

PLC电气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。

1.2可编程逻辑控制器简述可编程逻辑控制器简称PLC，是从早期的继电器逻辑电气控制系统发展而来，它不断吸收微型计算机控制技术，使之功能不断增强。

前言1.1 随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，特别是进入80年代以来，PLC已广泛地使用16位甚至32位微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。

这时的PLC已不仅仅是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能，称之为可编程序控制器（Programmable Controller）更为合适，简称为PC，但为了与个人计算机（Persona1 Computer）的简称PC相区别，一般仍将它简称为PLC（Programmable Logic Controller）。

PLC是微机技术与传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物，其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。

继电器控制系统已有上百年历史，它是用弱电信号控制强电系统的控制方法，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除困难，花费时间长，严重地影响工业生产。

在工艺要求发生变化的情况下，控制柜内的元件和接线需要作相应的变动，改造工期长、费用高，以至于用户宁愿另外制作一台新的控制柜。

而PLC克服了继电器-接触器控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点，并将控制器和被控对象方便的连接起来。

由于PLC是由微处理器、存储器和外围器件组成，所以应属于工业控制计算机中的一类。

对用户来说，可编程控制器是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此如果在初步设计阶段就选用可编程控制器，可以使得设计和调试变得简单容易。

从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

Z3040型摇臂钻床电器工作原理
接通电源：
1摇臂上升：按下SB3---KT线圈获电（6-2）1 YU 线圈获电，接通上升油路2线圈获电油泵正转夹紧松开---处立柱桥开到位后挡帖松开SQ4,SQ4处于图纸状态。

松到位后SQ3被挡鉄压合，1 KM4线圈失去电，油泵电动停（6-13）2 KM2线圈获电，电动机M2正转上升。

上升到指定位置后，松开SB3：（1-5）1 KM2线圈失电，上升电动机停止。

2 KT线圈失电延时后（6-2），KM5线圈得电摇臂（7S-3S）
夹紧到位后挡鉄压合QS4，QS4常开断开KM5线圈YU线圈失电，夹紧电动机M3停止，YU 线圈失电后油位复位。

3摇臂下降：
摇臂下降与上升相同只是按下SB4.
上升下降过程：摇臂松开---摇臂上升（下降）---摇臂夹紧，这时要比只能上下移动，不能旋转运动，
4按下SB5 SB6 摇臂只能旋转，不能上下。

课题：专业：班级：学号：姓名：指导教师：设计日期：成绩：重庆大学城市科技学院电气学院目录一、设计目的作用二、设计要求三、设计具体实现1.系统概述1.1 Z3040型摇臂钻床上运动形式1.2 Z3040摇臂钻床的结构及运行1.3 Z3040摇臂钻床的电力拖动的特点和控制要求 1.4 Z3040控制线路概述1.5 Z3040控制线路原理分析2、单元电路设计与分析2.1 电气元件的选择2.2 主电路基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统设计一、设计目的作用1、了解电气控制装置的设计方法、步骤及设计原则。

2、学以致用，巩固书本知识。

使学生初步具有设计电气控制装置的能力。

从而培养和提高学生独立工作的能力和创造能力。

3、进行一次工程技术设计的基本训练。

培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力；上网查寻信息的能力；运用计算机进行工程绘图的能力；编制技术文件的能力等等。

4、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，绘出电气控制原理图，包括主电路和PLC的控制电路接线图，本设计要求采用S7-200 PLC；5、重要电器元器件的选择和有关计算；6、进行PLC元件的I/O地址分配；7、根据控制要求，编制PLC控制程序（梯形图和指令表），并适当给出一些程序注释；8、完成控制箱内和面板的元器件布置图与安装接线图；9、列出所需电气设备器材的明细表（应包括：序号、文字符号、器材名称、规格、型号、数量、作用）10、编制设计说明书（说明书格式见附件）。

11、Z3040型摇臂钻床适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工，是机械加工车间常用的机床，在机械行业中得到了广泛应用。

由于传统继电器－接触器控制的摇臂钻床存在电路接线复杂，触点多、噪音大、可靠性差、故障诊断与排除困难等缺点，因此对Z3040摇臂钻床控制系统的技术改造是非常必要的。

12、摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下还可以进行镗孔。

Z3040摇臂钻床的数字监控设计及电气线路改造摘要本文用PLC控制网络监控组态软件对Z3040摇臂钻床进行监控设计，同时对传统Z3040摇臂钻床继电器控制线路进行了PLC电气改造。

关键字组态软件；数字监控；PLC0 引言摇臂钻床是用得较广泛的一种钻床。

经多年运行，其机械部件性能良好，但电气系统技术陈旧，故障率越来越高，严重影响了正常的生产运行。

因此决定采用PLC电气技改，充分利用其丰富软件功能来达到控制目的，从而克服原控制部分因由传统的继电器——接触器组成，触点多，线路复杂而带来的种种弊端。

工业控制组态软件式可以从可编程控制器，各种数据采集卡等现场设备中实时采集数据，发出控制命令并监控系统运行是否正常的一种软件包，组态软件能充分利用Windows强大的图形编辑功能，以动画方式显示监控设备的运行状态，方便地构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表，历史数据库等，为工业监控软件开发提供了便利地软件开发平台。

我们的PLC控制网络监控组态软件采用的是MCGS，1 Z3040摇臂钻床的主要结构摇臂钻床的主要结构由底座，内立柱，外立柱，摇臂，主轴箱和工作台等部分组成。

内立柱固定在底座上，外立柱可绕内立柱回转360度，摇臂与外立柱间不能做相转动，而只能与外导轨水平移动。

进行加工时，可利用夹紧机构将主轴箱紧固在摇臂导轨上，外立柱夹紧在内立柱上，摇臂夹紧在外立柱上。

2 Z3040摇臂钻床传统电气原理分析1）按下主轴起动按钮SB2，接触器KM1得电吸合且自保持，主轴电动机M1运转。

按下停止按钮SB2，主轴电动机停止；2）需要摇臂上升时，按下摇臂上升按钮SB3 ，时间继电器KT得电，其瞬动触头合瞬时闭合延时打开得动合触头使接触器KM4和电磁阀YV动作，液压电动机M3起动，液压油进入摇臂装置得油缸，使摇臂松开。

待完全松开后，行程开关SQ2动作，其动断触头断开使接触器KM4断电释放，液压电动机M3停止运转，其动合触头接通使接触器KM2得电吸合，摇臂升降电动机M2正向起动，带动摇臂上升。

引言钻床是一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。

Z3040摇臂钻床是一种立式钻床,他具有性能完善、适用范围广、操作方便、灵活等优点，它适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床，在机械行业中得到了广泛应用。

目前机械行业中使用的摇臂钻床其控制系统大多数是采用继电器接触器控制方式,电路接线复杂触点多、噪音大、维修工作量大。

因此，对Z3040摇臂钻床控制系统的技术改造是非常必要的。

本设计的主要任务是应用可编程控制器（PLC）对Z3040摇臂钻床控制系统加以改造，最终要达到使控制系统满足Z3040摇臂钻床对电力拖动和控制要求，简化控制线路,提高系统可靠性，使用率。

具体设计任务要求如下1．Z3040型摇臂钻床控制线路原理分析2．基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统设计(1)PLC的硬件选型(2)Z3040型摇臂钻床PLC控制I/O端口分配表(3)Z3040型摇臂钻床PLC控制系统电路(4)Z3040型摇臂钻床PLC控制软件设计（5）PLC 控制分析3．主要电气元件及选择（1）断路器（2）接触器（3）热继电器（4）熔断器4．元器件布置图和接线图设计1PLC的概述PLC的基本知识1、PLC的产生及发展可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC或PC:是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来:它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强:逐渐适合复杂的控制任务。

在工业生产过程中:大量的开关量顺序控制:它按照逻辑条件进行顺序动作:并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制:及大量离散量的数据采集。

传统上:这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

2、PLC 的组成PLC 由中央处理单元:存储器:输入单元:输出单元:电源五部分组成。

其结构框图如图(2-1) ① 中央处理单元(简称CPU)作用:处理和运行用户程序:进行逻辑和数学运算:控制整个系统:使之协调的工作。

PLC改造Z3040摇臂钻床的设计传统机床控制系统基本上采用继电—接触器电气控制方式。

由于这种控制线路触点多、线路复杂,使用多年后,常会因为故障多、维修量大、维护不便及可靠性差而影响正常生产。

还有部分机床虽然还能正常工作,但其精度、效率以及自动化程度已不能满足当前生产工艺要求,对这些机床进行改造势在必行。

下面,笔者以三菱公司的fx2n-32mr型plc为例,对z3040型摇臂钻床的电气控制线路进行改造,探讨传统机床电气控制线路改造的设计方法。

一、z3040摇臂钻床的电气控制线路及控制原理图1为z3040摇臂钻床的电气控制线路图,其控制过程简述如下:1.主电路分析控制的电动机共有四台。

z3040摇臂钻床主运动和进给运动共用一台主电动机m1。

加工螺纹时要求主轴能正反向旋转,主轴正反转是采用机械方法来实现的,所以m1只需单向旋转,主电动机功率为3kw,用sbl、sb2实现启动和停止控制,用热继电器frl作过载保护。

摇臂的升降由升降电动机m2拖动,要求电动机能正反向旋转,m2功率为1.1kw。

sb3、sb4分别为摇臂上升和下降按钮,由km2、km3控制电动机m2正反转以实现摇臂的升降移动。

立柱、主轴箱与摇臂的夹紧与松开是采用电动机m3带动液压泵,通过夹紧机构实现的。

其夹紧与松开是通过控制电动机的正反转送出不同流向的压力油推动活塞带动菱形块动作来实现的。

所以,液压泵电动机m3要求能正反向旋转,由km4、km5实现正反转控制,m3功率为0.6kw,用热继电器fr2作过载保护。

冷却泵电动机m4只需单向旋转,其功率为0.125kw,由旋转开关sa1直接控制单向旋转。

2.控制电路分析(1)主轴电动机m1的控制。

按启动按钮sb2→接触器km1吸合并自锁→主轴电动机m1启动运行,同时指示灯hl3显亮。

按停止按钮sb1→km1释放→m1停止,同时指示灯hl3熄灭。

(2)摇臂升降控制。

按下上升点动按钮sb3→时间继电器kt线圈得电→km4、yv同时线圈得电,液压泵电动机m3启动,摇臂松开→sq2动作,km2得电、km4断电→摇臂上升→摇臂上升到位后,松开按钮sb3→km2和kt同时断电释放→m2停止,摇臂停止上升→由于kt线圈失电,经1~3秒延时,其延时闭合的常闭触点复位→km5吸合→液压泵电动机反转→压力油经分配阀体进入摇臂的“夹紧油腔”摇臂夹紧。