PLC在改造Z37摇臂钻床中的应用

1、PLC在改造Z37摇臂钻床中的应用1. Z37型钻床主电路：Z37摇臂钻床共有四台三相异步电动机，其中主轴电劭机 M2由接触器KM1控制，热维电差KH作过载保护，主轴 的正、反向控制是由衣向片式摩擦离合器来实现的。摇臂 升降电动机M3由接触器KM2、KM3控制，FU2作短路保 护。立柱松紧电动机M4由接触器KM4和KM5控制，FU3 作短路保护。冷却泵电动机Ml是由组合开美QS2控制的， FU1作短蔚保护。摇臂上的电气设缶电源，是通过装换开 关QS1及汇流环YG弓|入。开关冷却菜 电动机主轴 电动机摇行升降电动机寸柱松盆电动机低压敏明零压保护T«电动机 控制摇巴升降控制立在松紧控制上

2、升下舜夹紧松开上升下降松开lih2?V I" -V L3T >-IHIU,3U12 VI： Vd：8x 3|x|x4|x| 5|x|06|x|137|xl 12:It:It :Hx:rlxflx2.控制、照明电路分析台上电源开关QSl,控制电路的电源由控制变压器TC提供UOv电压。Z37摇臂钻床控制电路采用十 宇开关SA操作，它有集中控制和操作方便等优点。台上QS3照明灯得电.3.基于PLC的Z37摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计3.1 PLC的选择二。捱臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分组成，一部分为电气控制系统的硬件设计，也就是PLC的 机型的确定；另一部分是电气控制系

3、统的软件设计，就是PLC控制程序的编写。为了使改造后的摇昔帖床 仍能够保持原有功能不变，此次改造的一个重要原则之一就是，不对原有机床的控制结构依过大的谖整， 只是将原维电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。根据物理结构的不同，PLC分为整体式、模块式和免装式。整体式的每一 I/。点的平均价格比模决式 便亘，小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器。此次所设计的电气控制系统属于小型开关量电气 控制系统没有特殊的控制任务，空体式PLC完全可以满足控制要求，且在性能相同的情况下，整体式PLC 较模块式和叠装式PLC价格便宜，因此，Z37指臂钻床电气控制系统的PLC选用整体式结构的PLC。考虑到

4、任何一种PLC都可以满足开关堂电气控制系统的要求,据此本课题将尽量采用价格便宜的PLCo摇臂帖床的电气控制系统需要17个输人口 11个输出口，PLC的实际输入点数应等于或大于所需输入 点数17, PLC的实除输出点数应等于或大于所需输出点数11,在条件许可的情况下尽可能国有10%20%的 裕最PLC存倩器容量的估算方法：对于仅有开关量输人/输出信号的电气控制系统，将所需的输入/输出点 数乘以8,就是所需PLC存储器的存储容量（单位为bit）即（17+11） X8=224bit本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC输入模块应选直流输入模块，输入电压应DC24V电压。为了使Z37摇臂钻床在改造

5、后能够良好工作，确认日本松下公司生产的FP0-C14RS型和扩展单元 FPO-E16Ks型和FP0.E8RS型PLC能够满足上述要求，该类型号PLC体积小，功能强，增加了一些大型机 的功能和指令，如P】D和PWM （Puke Width Modubticn,脉宽调制）指令，对于控制翳体积要求较高的应 用系统是一种很好的选择。该型PLC具有Z37抬臂钻床电气控制系统所需的所有指令功能，其总输入点数 为20点，总输出点数为18点，用户存储器容重5K,输入模块电压为DC,输出模块为继电器型。由此可 知,FPO-C32和FP0.SL1型PLC的技术性能指标完全能满足要求。3.2 PLC的1/。端口分配

6、表根据所选PLC的型号进行I/。点的端口分配，如下所示:输入信号端口分配表输出信号端口分配表地址 号符号名称用途地址号符号名称用途x.SB)总起动按空YuKM主拍旋转接触器X,SB 二主电动机起初按 &Y.km2据臂上升接触颦x2SB.摇臂上升起动按隹Y>KM-摇臂下降接触 煞*SB,摇臂下降起动按 隹YsKRL主抽箱、立柱、 摇臂放松接触器SB；主轴箱、立柱、摇 臂松开按钮y4KM：主抽箱、立柱、 摇臂夹紧接触器*SBs主轴箱、立柱、摇 臂夹紧按钮Y=YA,主柏箱夹紧、放 松用电磁铁x6SB-总停止按钮丫6YA2立柱夹紧、放松 用电遨铁x?SBs主电动机停止按 包Y.HL1电源

7、工作状忘指 示信号灯XhKRiMl电动机过载保 护用热维电器YsHL二立在松开指示信 号灯XuK氏M3电动机过载保 护用热维电器Y9HL-立柱夹紧指示信 号灯Xh>ST 一摇臂上升用行程 开美YioHU主电动机旋转指 示信号灯XnSTi-2摇臂下降用行程 开美xI2ST，摇臂夹紧、放松用 行程开关X15ST?摇臂夹紧用行程 开关X14st4立柱夹紧、放松指 示用行程开美X15SA2.1主轴箱夹紧、放松 用组合开关x16SA二2立柱夹紧、放松用组合开关33 PLC的I/O电气接线图的设计下图为 PLC 的 I/O 电气接线图，图中 X0、XI、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9

8、、X10、Xlk X12、 X13、X14. X15、X16共用一个COM端，输入开关的其中一端应并按在直流24v电源上，另一端应分别 接入相应的PLC输入端子上。接线时注意PLC输入/输出COM端子的极性。接触器的线圄工作电压若为 交流U0V,则接触器线图连接的YO、YK Y2、Y3、Y4、Y5、Y6可以共用一个COV2端。信号灯电源电 压为6.3V,因此Y7、Y8、丫9、Y10、可以共用一个CQM1端。如果输出控制设仔存在直流回路，则交流回 路直流回路不可共用一个COM端，而应分开使用，本电路的输出端全为交流回路，因此在电源电压相向 的接口可共用一个COM端。SEISB2SB3SB4SB5

9、SB6SB7SE8KR1KR2STI-1STl-eST2ST3ST4SAE-1SAP-P1|DC24V-OxoYOOXL-OX?Y1O-OX3X4Y2O-oX5-oX6Y30->X7Y4O-ox8-oX9Y5o-oXI0-oXllY6O-OxieX13Y76-oXl-4Y8Y9o-O-oX15YlOo-oXl6COM IO-oCOMCDME6KM1KMEKM3KM4KM5YAIYANHL1HL2HL 3HL4AC63Vplc的i/o电气接线图4 Z37摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计4.1 PLC梯形图程序的优化设计及程序调试为了使Z37摇臂钻床在进行电气控制系统改造后仍能够完成原有的

10、工作需要，本基于PLC的摇臂钻床 电气控制系统的PLC程序应由电气控制系统预开程序、主电动机的起动和停止控制程序、摇臂升降控制程 序即升降电动机的正反转控制程序、立柱和主柏箱的松开与央票控制程序即液压泵电动机的正反转程序、 信号的显示程序、照明控制程序等部分组成。因选用FPO型号的PLC,所以编程时采用用nd。=环境下运行的FPVn'-GR的编程软件来编程设计，采用TVT90A2可.编程控制器训练装置来进行模拟调试。如下 列图形所示：4.1.1 系统前开程序工为总停输入维电器，工为系统瓶开输入维电器，当工闭台后PLC的内部维电罪R,接通并自锁，为 电气控制系统进行工作做好准缶。犯 XO

11、R0° H/|-rl H1 -riu1图4系统预开梯形图程序4.1.2 主电动机的起勖控制程序，为主电动机起劭输入维电器，尺闭台后，接通X,此时播出维电器Y,接通并自锁，从冏使电机起动。图4.2主电勖机的起动梯形图程，序YO4 XT X8 XIT/I-l/f H A I-4.1.3 指臂升降控制程序区闭台后，当输入继电器*接通时，内部继电器R也按通，同时Y】得电，使得液压泵电动机起动， 摇臂放松，当摇臂彻底放松后，X”的常开触点闭合，常闭触点断开，E断电，Y得电，摇臂开始上升，当 上升到极限位置时，X,的常闭触点断开，Y失电。摇臂完成松开，然后上升的过程。如果想要完成摇臂下降的过程，

12、需接通*,在摇臂放松后，使工得电，使摇背下降，当下降利极限位 置时，X”的常闭触点断开，*失电,摇昔完成松开，然后下降的过程。图4.3摇臂升降梯形图程序4.1.4 主箱箱和立柱同时放松或夹紧控制程序R,闭台后，当输入工或工接通时，内部继电器R八&和定时器T，同时接通,3秒后，Y,自动接通，主 柏箱和立柱同时放松，当再次使输入*或“接通时，乂接通，主轴箱和立柱同时夹紧。图4.4主翔箱和立柱同时放松或夹紧梯形图程序3151646873IR0TIR0TIR0"rIR0TIR0TIRlTIR4TIE4"rIR0TIR0T / / 3/3 x9Tx9Tr3Tr3TxlTl丁

13、TTILT1Ao O r3-"TR4T 3R27R3T34.1.5 主抽箝和立柱分别单独夹紧或放松程序除了可以使立柱和主轴箱同时夹紧、放松外，还可以使它们分别夹紧或放松，通过手动接通X”和Xw 即可完成上述操作，当需要使主拍箱单独夹紧或放松时，用手振动开关X将使其断开即可，同悻，用手扳 动输入开关即可达到单独夹紧或放松立柱的目的。图4.5主拍箱和立柱分别单独夹紧或放松梯形图程序4.1.6 信号显示程序R,接通，当主电动机起动后，匕接通，得电，主电动机起动信号灯亮。立住夹紧后X,接通，得 电，立柱夹紧信号灯亮。当*得电后，立柱开始松开，当立柱松开后，Xg的常开触点闭合，常闭触点断 开，

14、匕得电，立柱松开信号灯亮。图4.6信号显示第形图程序4.1.7 电源工作状态指示信号程序Iro皆1M 口 | 1R，接通，输出继电器Y-得电，此时电源工作状态指示信号灯亮，表明机床开始处于工作状态。图4-7电源工作状态指示信号梯形图程序5结论本课题所研究的基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计实现了 Z37摇臂钻床的控制自动化，方便了 工人在生产中对机床的实除操作。通过研究，可得出以下结论：5.1 研究成果可编程控制翳是一种广泛应用于工业现场的新型控制翳，具有结构简单，抗干扰性强，编程方便等特 点，本课题采用PLC自动控制技术取代了传统继电器一接触器电气控制系统，实现了对Z37摇臂钻床的自 动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳定性和可聿性，而且，还大大降低了工人的劳动强度，改善 了产品的加工质重，降低