PLCZ3040摇臂钻床课程设计

1、实用文档目录第一章引言 2第二章Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理 32.1 主电路 32.2 控制电路、信号及照明电路 42.3 电路分解 42.4 电路工作过程 6第三章Z3040摇臂钻床的主要设备选型 83.1 电气控制的要求 83.2 电动机的选择 83.3 夹紧机构的液压系统设计 93.4 电气元件的选择 9第四章Z3040摇臂钻床说明书 134.1 PLC电气控制图 134.2 I/O 表 134.3 梯形图 144.4 PLC接线图 174.5 语句表 17第五章结论 19参考文献 20文案大全第一章引言Z3040摇臂钻床是工厂中常用的金属切削机床，它可以进行多种形式的加

2、工，如：钻孔、链孔、较孔及螺纹等。从控制上讲，它需要机、电、液压等系统 相互配合使用，而且，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，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。 故主电动机只有一个旋转方向。 此外，摇臂的 上升、下降和立柱的夹紧、放松各由一台交流异步电动机拖动。目前，我国的Z3040摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器一 接触器控制方式。因其所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。

3、另外，一些复杂的控制如：时间、计 数控制用继电器一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。可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller )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，逐渐适合复杂的电气控制系统。PLC之所以有较强的生命力，在于它更加适应工业现场和市场要求。由于PLC电气控制系统具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高， 抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点，因此本次对Z3040摇臂钻床的电气

4、控制系统的改造，可以大大提高Z3040摇臂钻床工作性能和系统 的工作稳定性，为工业生产的现代化带来生机.同时，提高了PLC编程水平和实践能力，为今后在实际工作中熟练使用 PLC进行工业系统的设计打好基础。Z3040摇臂钻床的电气控制系统，还是采用采用继电器一接触器控制方式， 而这种控制方式存在着明显的缺陷和隐患。 极易发生故障。而且，由于线路复杂， 要想找到问题所在也相当的困难。和国外大量采用PLC技术替代继电器一接触器 系统相比，我们还存在很大差距。第二章Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理2.1 主电路我国原来生产的 Z3040摇臂钻床的主轴旋转运动和摇臂升降运动的操作是通过不能复位的

5、十字开关来操作的，它本身不具有欠压和失压保护。因此在主回路中要用一个接触器将三相电源引入。现在的Z3040摇臂钻床取消了十字开关，它的电气原理图如下所示：丁 C图2-1主电路它的主电路、控制电路、信号电路的电源均采用自动开关引入，交流接触器KM1为主电动机 M1接通或断开的接触器， FR1为主电动机过载保护用热继电器。摇臂的升降，立柱的夹紧放松都要求拖动的电动机正反转，所以M2和M3电动机分别有两个接触器，它们为 KM2 KM3和KM4 KM5摇臂开 降电动机M2、液压泵电动机 M5均为短时工作，不设过载保护。2.2 控制电路、信号及照明电路控制电路的电源由控制变压器TC二次侧输出220V供电

6、，中间抽头对地为信号灯电源 6.3V,照明变压器TD二次侧输出36V。控制变选器柱升示田粉指源示电指I岷照衽紧示立央指电机H主动旋主轴电灯机控制上升下降主轴箱,立柱摇群松开主轴和，立柱箍件央紧主轴箱松井、夹紧七柱松开臾案图2-2钻床控制电路2.3 电路分解根据电动机主电路控制电器主触点的文字符号将控制电路进行分解：电动机 M1、M2 M3和电磁铁 YA1、YA2控制电路图。根据主轴电动机 M1主电路控制电器主触点文字符号KM1找到电动机M1的控制电路，这是由按钮SB1、SB2和接触器组成的启动、停止控制电路。根据摇臂升降电动机 M2主电路控制元件主触点文字符号KM2、KM3找到电动机 M2的控

7、制电路，有行程开关ST1-1、ST1-2、ST2、ST3。摇臂升降电动机M2由摇臂升降按钮SB3 SB4及正反转接触器KM2 KM3 组成放的控制电路实现正反转，这是具有复合连锁的电动机正反转点动控制 电路，用来控制摇臂上升或下降。根据液压电动机 M3主电路控制元件主触点文字符号KM4、KM0找到 电动机M3的控制电路，这是由按钮 SBS SB6和接触器KM4 KM5组成的具 有接触器连锁的正反转点动控制电路。2.3.1 行程开关的作用行程开关ST1是摇臂上升和下降至极限位的保护开关，有两副动断触电ST1 ,分别串联在摇臂上升和下降控制电路中。ST1与一般开关不同，其两副动断触电不同时动作。当

8、摇臂升至上升极限位置时，ST1的动断触电ST1 断开，使接触器 KM2失电，升降电动机 M2停止，上升运动停止。但 ST1另 一副动断触点ST1仍保持闭合，因此可按下降按钮 SB4,使接触器KM3得电 吸合，控制摇臂升降电动机M2反向旋转，摇臂下降。反之当摇臂在下降位置时，控制过程类似。在摇臂升降电路中，行程开关 ST2为摇臂放松到位的信号开关，行程开关 ST3为摇臂夹紧的信号开关，行程开关ST2为摇臂放松到位开关，行程开关ST3 为摇臂夹紧到位开关。因此行程开关 ST2及ST3,是用来检查摇臂是否松开或夹 紧，以实现限位连锁。ST2 的动合触点串联在KM2、线圈电路中，它在摇臂完全放松到位才

9、动作 闭合，以确保摇臂的升降在其放松后进行。如果摇臂没有放开，ST2就不能闭合， 因此控制摇臂升降的KM2或KM3就不能得电吸合，摇臂就不会上升或下降。行程开关ST3的动断触点ST3串联在接触器KM5线圈、电磁铁YA线圈电 路中，在摇臂完全夹紧时动作。如果摇臂未夹紧，则行程开关ST3的动断触点闭合保持原状，使接触器KM5、电磁铁YA得电吸合，对摇臂进行夹紧，直到完 全夹紧为止，行程开关 ST3的动断触点应调整到保证夹紧后能够动作，否则会 使液压泵电动机M3处与长时间过载运行状态。2.3.2 时间继电器KT的作用通过KT延时断开的常开触点KT和延时闭合的常闭触点KT,KT能保证在 摇臂升降电动机

10、M2完全停止运行后，才能进行摇臂的夹紧动作， KT的延时长 短由摇臂升降电动机M2从切断电源到停止的惯性大小来决定， 一般为13s这 就是时间连锁。2.4 电路工作过程2.4.1 主电路原理按启动按钮SB2,接触器KM1得电吸合并自锁，KM1主触点闭合M1转 动，同时KM1辅助触点KM1闭合，指示HL4点亮，表明主轴电动机在旋转。按 停止按钮SBa KM1失电释放M1停转，同时KM1辅助动合触点KM1复合断开， 指示灯HL4灭，表明电动机M1停转。主轴的正、反转则由液压系统的操纵机构 配合正、反转摩擦离合器实现。2.4.2 摇臂升降的控制当由摇臂上升或下降点动按钮 SB3、SB4发出摇臂升降指

11、令时，先使摇臂 松开。然后由正、反转接触器 KM2 KM3使电动机M2的正、反转，来拖动摇臂 上升或下降，待摇臂上升或下降到位时，又自行重新夹紧。由摇臂的松开与夹紧 是由夹紧机构液压系统实现的，因此摇臂升降需与夹紧机构液压系统紧密配合。 液压泵电动机M3由正反转接触器KM4 KM5控制，实现电动机正反转，拖动双 向液压泵，送出压力油，经二位六通阀 YA1、YA2送至摇臂夹紧机构，实现摇臂 夹紧与放松。摇臂升降启动的初始条件：摇臂钻床在平常或加工工件时，其摇臂处于夹 紧状态。摇臂夹紧时，限位开关 ST3被压合，其常闭触点ST3处于断开状态， 常开触点处于闭合状态；摇臂放松时，限位开关ST2压合，

12、其常闭触点ST3处于断开状态，常开触点处于闭合状态。2.4.3 以摇臂上升为例分析摇臂升降的控制按下摇臂上升点动按钮SB3,时间继电器KT线圈通电，瞬动常开触点KT闭 合，接触器KM4线圈通电，液压泵电动机M3反向启动旋转，拖动液压泵送出压 力油。同时KT的断电延时延时断开触点 KT闭合，电磁铁YA线圈通电，液压 泵送出压力油经二位六通阀进入摇臂夹紧机构的松开油腔，推动活塞和菱形块将 摇臂松开。摇臂松开时，活塞杆通过弹簧片压下行程开关，发出摇臂松开信号， 即常闭触点断开，常开触点闭合，前者断开KM货圈电路，电动机M3停止旋转， 液压泵停止供油，摇臂维持在松开状态；后者接通KM2线圈电路，控制摇

13、臂升 降电动机M2正向启动旋转，拖动摇臂上升。当摇臂上升代所需位置时，松开按钮 SB3 KM2与KT线圈同时断电，电动 机M2依惯性旋转，摇臂停止上升。而 KT线圈断电，具断电延时闭合常闭触点 KT经延时13S后才闭合，断电延时断开常开触点同样延时后才断开。 在KT断 电延时13S时，KM5线圈仍处于断电状态，电磁铁 YA仍处于通电状态，这段 延时就确保了摇臂升降电动机在断开电源后直到完全停止运转才开始摇臂的夹 紧动作，因此，时间继电器 KT延时长短是根据电动机 M2切断电源到完全停止 的惯性大小来调整。当时间继电器 KT断电延时时间到时，常闭触点 KT闭合， KM5线圈通电吸合，液压泵电动机

14、 M3正向启动，拖动液压泵，供出压力油，同 时常闭触点KT断开，电磁铁YA线圈断电，这时压力油经二位六通阀进入摇臂 夹紧油腔，反向推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧，活塞杆通过弹簧片压下行程开 关ST3,其常15触点ST3断开，KM5线圈断电，M3停止旋转，实现摇臂夹紧， 上升过程结束。摇臂自动夹紧程度由行程开关ST3控制，若夹紧机构液压系统出现故障不能夹紧，将使常闭触点 ST3断不开，或者由于ST3安装位置调整不 当，摇臂夹紧后仍不能压下 ST3,都将使M3长期处于过载状态，易将电动机烧 坏，为此，M3主电路采用热继电器FR2作过载保护。2.4.4 主轴箱、立柱松开与夹紧的控制轴箱和立柱的夹紧与松

15、开是同时进行的，当按下按钮SB0接触器KM铉圈通电，液压泵电动机 M3反转，拖动液压泵送出压力油，这时电磁阀YA线圈处于断电状态，表示主轴箱与立柱已松开。当移动到位后，按下夹紧按钮SB6接触器KM5线圈通电，M3正转，拖动液压泵送出压力油至夹紧油腔，使主轴箱与 立柱夹紧。当确以夹紧时，可以进行钻削加工。第三章Z3040摇臂钻床的主要设备选型3.1 电气控制的要求(1)根据工件的大小、位置及夹紧，为了减少辅助工作时间，要求配备一 台主轴运动电动机、一台摇臂升降电动机和一台液压泵电动机。(2)钻孔时产生的高温，可有一台普通冷却泵电动机加以控制。(3)根据整个生产线状况，要求配备一套局部照明装置及必

16、要的工作状态 指示灯。由于摇臂钻床的运动部件较多，故采用多电动机拖动，这样可以简化传动装 置的结构。整个机床有四台笼型感应电动机拖动，他们分别是：(1)主拖动电动机钻头(主轴)的旋转与钻头的进给，是由一台电动机拖动的，由于多种加工 方式的要求，所以对摇臂钻床的主轴与进给都提出较大的调速范围要求。该机床的主轴调速范围为80,正传最低速度为25r/min ,最高速度为2000r/min,分6 级变速；进给运动的调速范围为80,最低进给量是 0.04mm/r,最高进给量是3.2 mm/r,也分为16级变速。在加工螺纹时，要求主轴能正反转，有机械方法变 换的，所以电动机不需要反转。(2)摇臂升降电动机

17、当工件与钻头高度不合适时，可将摇臂升高或降低，故需正反转。(3)液压泵电动机摇臂、立柱、主轴箱的夹紧放松，均采用液压传动菱形块夹紧机构，夹紧用 的高压油是由一台电动机带动高压油泵送出的。由于摇臂的夹紧装置与立柱的夹紧装置，主轴的夹紧装置不是同时动作，所以，采用一台电动机拖动高压油泵， 有电磁阀控制油路。(4)冷却液泵电动机切削时，刀具及工件的冷却由冷却液泵供给所需的冷却液，冷却液流量大 小有专用阀门调节，与电动机转速无关。3.2电动机的选择根据前面的设计要求可知，本设计需配备四台电动机，各自分别为：1 .主轴电动机，M1,型号选定为Y100L2.4,性能指标为：3KW 380V、6.82A、1

18、430r/min2 .冷却泵电动机：M4型号选定 JCB-22,性能指标为：0.125KW 0.43A、 2790r/min3 .摇臂升降电动机：M2型号选定为Y908-4,性能指标为：1.1KW 2.01A、 1390r/min4 .液压泵电动机：M3,型号选定为J031.性能指标为：0.6KW 1.42A、2880r/min 3.3夹紧机构的液压系统设计主轴箱，力主和摇臂的夹紧与松开是由液压泵电动机拖动液压泵送出压力 汕，推动活塞，菱形块来实现的。其中主轴箱和力主夹紧与放松由一个油路控制， 而摇臂的夹紧松开因与摇臂升降构成自动循环，所以又另一个油路单独控制，这两个油路均由电磁阀操作。在夹紧

19、或松开主轴箱及立柱时，首先启动液压电动机拖动液压泵，送出压力油， 在电磁阀操作下，使压力油经二位六通阀流入夹紧或松开油腔， 推动活塞和菱形 块实现夹紧或松开。由于液压泵电动机是点动控制，所以主轴箱和力主夹紧与松 开是点动的。3.4电气元件的选择在电气原理图设计完毕之后就可以根据电气原理图进行电气元件的选择工 作，本设计中需选择的电气元件主要有：1 .电源开关QS的选择QS的作用主要是用于电源的引入及控制MbM4起、停和正反转等。因此QS的选择主要考虑电动机 MbM4额定电流和启动电流，由前面已知M1M4的额定 电流数值，通过计算可得额定电流之和为10.68A,同时考虑到，M2 M3 M4量为满

20、载启动，在功率较小，M1虽功率较大，但为轻载启动。所以，QS最终选择 组合开关HZ5-20型，额定电流为20A。2 .热继电器FR的选择根据电动机的额定电流进行热继电器的选择，由前面Ml M2和M3的额定电流，现选择如下：FR1选用JR16-20/3D型热继电器。热元件额定电流11A额定电流调节范围 为6.811A工作时调整在6.82A.FR2选用JR16-20/3型热继电器。热元件额定电流 2.4A额定电流调节范围 为1.52.4A工作时调整在1.42A。3 .接触器的选择根据负载回路的电压、电流，接触器所控制回路的电压及所需点的数量等来 进行接触器的选择。本设计中KM1主要对M1进行控制，

21、而M1额定电流为6.82A,控制回路电源 为127V,需要主触点两对，所以，KM1选G0-10型接触器，主触点额定电流为 10A,线圈电压为127V。KM2f KM3寸M2!行控制，而M2额定电流为2.01A,控制回路电源为127V, 各需要主触点两对，KM2的辅助动断触点一对，KM3勺辅助动断触点一对，所以， KM2 KM她CD10-5型接触器，主触点额定电流为 5A,线圈电压为127MKM4f KM51 M3进行控制，而M3的额定电流为1.42A,控制回路电源为127V, 各需要主触点三对，KM4勺辅助动断触点一对，KM5勺辅助动断触点一对，所以， KM4 KMS4 CJ10-5 型接触器

22、。4 .时间继电器的选择本设计中由于摇臂的升降需要延时控制。 需要常开触点一个，延时闭合动断 触点一个，延时断开动合触点一个，我们选ISSI型时间继电器。额定电压AC127V DC24V额定功耗小于5W动作频率1200次/h。5 .熔断器的选择根据熔断器的额定电压、额定电流和熔体的额定电流等进行熔断器的选择。本设计中涉及到熔断器有三个：FU1、FU2 FU3FU1主要对M1 M4进行短路保护，M1 M4额定电流分别为6.82A、0.43A。因止匕， 熔体的额定电流为 I ful >(1.5-2.5)I Nma+E I N计算可得Iful>17.48A,因此FU1选才IRL1-60型

23、熔断器，熔体为20A.同理：FU2选才？ RL1-15型熔断器，熔体为10A; FU3选才IRL1-15型熔断器， 熔体为2A。6 .按钮的选择根据需要的触点数目、动作要求、使用场合、颜色等进行按钮的选择。本设计中SB幺SB4选才? LA-18型按钮，颜色为红色，选择 SB2 SB5选择LA-18型按钮，颜色为绿色，SB3 SB6选才ILA-18型按钮，颜色为黑色。7 .照明及指示灯的选择本设计中，电源指示灯EL选才? JC2,交流36V、40W与灯开关SA2成套配 置；指示灯HL1、HL2、HL3选才？ ZSD-0型，指标为6.3V, 0.25A,颜色为黄色， 绿色，红色各一个。8 .控制变

24、压器的选择变压器最大负载时KM1 KM2同时工作，根据下式：PT _KQ PX =1.2 （12 2 33）VA = 68.4VAPt-所需变压器容量（VA）;Kt-变压器容量储备系数，Kt=1.11.25 ;Z Pxe-控制线路最大负载时工作的电器所需的总功率（YA。根据下式：PT _06 PXC 15 PsT - 0.6 （12 2 33） 1.5 12VA = 52.2VA其中式中：Pt-所需变压器容量（VA）;Z PsT -同时起动的电器的总吸持功率（VA）o关于式中的系数：变压器二次侧电压，由于电磁继电器起动时负载电流的增 加要下降，一般下降额定值的 20%时，所有吸合电器不致释放，

25、系数 0.6就是 从这一点考虑的，式中第二项系数1.5为经验值系数，它考虑到各电器的起动功 率换算到吸持功率，以及电磁电器保证起动吸合的条件下，变压器容量只是该器件的起动功率的一部分因素。本设计中，变压器选择 BK-100VA,380V 220V/127V、36V、6.3V。综合以上的计算，绘出Z3040摇臂钻床的电器元件明细表如表一所示。表一电器元件明细表符号名称型号规格数量M1三相异步电动机Y100L2-43.0KW,380V,6.82A,1430r/min1M2摇臂升降电动机Y90S-41.1KW,2.01A,1390r/min1M3液压泵电动机JO31-20.6KW,1.42A,288

26、0r/min1M4冷却泵电动机JCB-220.125KW,0.43A,2790r/min1QS组合开关HZ5-20三极，500V,20A1KM1交流接触器CJ-1010A,线圈电压127V1KM2KM3KM4KM5交流接触器CJ10-55A,线圈电压127V5KT时间继电器JSSIAC127V,DC24 V1FR1热继电器JR16-20/3热元件额定电流11A,整定电流6.82A1FR2热继电器JR16-20/3热元件额定电流2.4A,整定电流 2.01A1FU1熔断器RL1-60500V,熔体 20A1FU2熔断器RL1-15500V,熔体 10A1FU3熔断器RL1-16500V,熔体 2

27、A1TC控制变压器BK-100100VA,380V/127,36,6.3V1SB1,SB4控制按钮LA-185A,红色2SB2,SB5控制按钮LA-185A,绿色2SB3,SB6控制按钮LA-185A,黑色2HL1,HL2HL3,HL4指示灯ZSD-06.3V,绿色2红色1黄色14EL,SA1,SA2照明灯，控制开关JC236V,40W3代号穿线用管内径/mm电线截面根数#1内径15聚氯乙烯软管43#2内径15聚氯乙烯软管4217#3内径15聚氯乙烯软管113#4G3/4(in)螺纹管#515金属软管110#6内径15聚氯乙烯软管18#718X16 mm 2车吕管#811金属软管12#9内径8

28、聚氯乙烯软管12#10YHZt套电缆13第四章Z3040摇臂钻床说明书4.1 PLC电气控制图见附录图14.2 I/O 表地址号符号作用I0.0SB1总起动按钮I0.1SB7总停止按钮I0.3SB2主电动机起动按钮I0.4SB8主电动机停止按钮I0.5SB3摇臂上升起动按钮I0.6SB4摇臂不降起动按钮I1.1ST1-1摇忖下降下限位行程开关I1.2ST1-2摇忖下降下限位行程开关I1.3ST2主轴箱、立柱、摇臂松开行程开关I1.4ST3主轴箱、立柱、摇臂夹紧行程开关I1.5SB5主轴立柱松开按钮I1.6SB6主轴立柱夹紧按钮I2.0SA-1主轴松开、夹紧I2.1SA-2立柱松开、夹紧I2.2

29、SA-3主轴箱、立柱松开、夹紧按钮地址号符号作用Q0.0KV电压继电器Q0.1KM1主电动机接触器Q0.2KM2摇臂上升接触器Q0.3KM3摇忖下降接触器Q0.4KM4主轴箱、立柱、摇臂松开接触器Q0.5KM5主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器Q0.6YA1r主轴箱松开、夹紧电磁铁Q0.7YA2立柱夹紧、松开电磁铁4.3梯形图网络1 网络标题 总启动接通控制回雷(ao4丁I01QO0网络2主轴电制其繁拄制9I 士StK 立柱.摇曾松开支紧接用 KT3时间继电皆一 0.011 5MO.OM0.5IIIII，IC)I I ST3S1| 扃5D- FT1U口 e$Rtt 11I趋位的选择m i2I档位的选

30、界Hffi 13| KT期间筮电器-4.4 PLC接线图参见附录图24.5 语句表1 .总启动接通控制回路LD I0.0O Q0.0AN I0.1=Q0.02. 主轴电动机LD Q0.0LD I0.1O Q0.1ALDAN=Q0.13. 摇臂上升下降控制按钮LD Q0.0LD I0.5AN I1.1LD I0.6AN I1.2OLDALD=M0.04. 松开控制（包括上升下降松开主轴立柱松开）LD Q0.0LD MO.OAN I1.3LD M0.5AN I1.6A T38OLDALDAN Q0.5=Q0.45. 上升和下降控制LD Q0.0A I1.3LPSAN I0.6A I0.5AN Q0.3=Q0.2LPP AN I0.5A I0.6AN Q0.2=Q0.36. 夹紧控制LD Q0.0LD M0.4O Q0.5A I1.4LDN I1.5A M0.5OLDALDAN Q0.4=Q0.57. 时间继电器KT1工作LD Q0.0LPSA M0.0 ED =M0.2LPPLD M0.2O M0.3ALDLPSAN T37=M0.3LPPTON T37,50LD Q0.0A T37EU=M0.48. 主轴、立柱、摇臂松开夹紧按钮 KT3时间继电器LD Q