Z30050摇臂钻床PLC改造设计与排故毕业设计

第一部分设计任务与调研1、设计主要任务实现Z3050摇臂钻床PLC改造设计与故障排除，程序模拟调试、故障排除获得成功。1．1设计的思路依托电工实训中心和自动化设备维修实训中心的Z3050型摇臂钻床、PLC等实训设备，充分运用所学专业知识和实践技能，详细制定设计方案和阶段进度计划，通过程序设计、模拟调试、常见故障及检修与排除、修订完善，实现Z3050摇臂钻床PLC改造设计与故障排除，故障的分析及检修获取成功。1．2设计方法利用图书馆借阅、文献检索、手册查询、设备选型、PLC编程、PLC实训室程序调试、排故实训室常见故障及检修与排除。2、调研的目的和总结本次设计的内容主要是利用PLC（ProgrammableLogicController）对z3050摇臂床的控制部分进行改造。我先对本次的设计进行了总体的思考和分析，使自己对z3050摇臂钻床的基本结构、运动情况、加工工艺要求等有一定的了解。Z305摇臂钻床主要有底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等组成。对z3050摇臂钻床电气控制部分进行分析得出它需要完成开门断电功能、主轴电动机的正反转控制功能、刀架的快速移动功能、冷却泵电动机的控制。然后根据电气控制电路的线路图，编译PLC的梯形图，编译通过后，利实验台进行实验仿真。由于PLC极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性。因此使Z3050摇臂钻床在完成原有的功能特点外，还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。

第二部分设计说明1、Z3050摇臂钻床的概述1.1Z3050摇臂钻床的主要结构和运动形式（1）Z3050摇臂钻床主要结构Z3050摇臂钻床主要由它由底座，外立柱，内立柱，摇臂，主轴箱，工作台等部分组成。（2）Z3050摇臂钻床的运动形式为①主运动摇臂钻床主主轴带着钻头（刀具）的旋转运动。②进给运动摇臂钻床主轴的垂直运动（手动或自动）。③辅助运动辅助运动用来调整主轴（刀具）与工件纵向，横向即水平面上的相对位置以及相对高度。1.2Z3050摇臂钻床的控制原理图及分析图1-1Z3050摇臂钻床原理图1.2Z3050摇臂钻床的电气控制系统分析1.2.1主电路分析Z3050摇臂钻床共有四台电动机，除冷却泵电动机采用开关直接启动外，其余三台异步电动机均采用接触器直接启动。M1是主轴电动机，由交流接触器KM1控制，只要求单方向旋转，主轴的正反转由机械手柄操作。M1装在主轴箱顶部，带动主轴及进给传动系统，热继电器FR1是过载保护元件，短路保护电器是总电源开关中的电磁脱扣装置。M2是摇臂升降电动机，装于主轴顶部，用接触器KM2和KM3控制正反转。因为该电动机短时间工作，故不设过载保护电器。M3是液压油泵电动机，可以做正向转动和反向转动。正向旋转和反向旋转的启动与停止由接触器KM4和KM5控制。热继电器FR2是液压油泵电动机的过载保护电器。该电机的主要作用是供给夹紧装置压力油，实现摇臂和立柱的夹紧与松开。摇臂升降电动机M2和液压泵电动机M3共用断路器QF3中的电磁脱扣器作为短路保护。M4是冷却泵电动机，功率很小，由断路器QF2直接控制，并实现短路，过载及断相保护。1.2.2控制电路分析Z3050型摇臂钻床控制电路分析控制电路电源有控制变压器TC降压后供给110V电压，熔断器FU1作为短路保护。开以开车前应将立柱下部及摇臂后部的电气箱门盖关好，方能接通电源。合上QF3及总电源开关QF1，则电源显示灯HL1亮，表示钻床的电气线路已进入带点状态。主轴电机M1的控制按下启动按钮SB3，接触器KM1吸合并自锁，使主轴电机M1启动运行，同时指示灯HL2亮。按下停止按钮SB2，接触器KM1释放，使主轴电机M1停止转动，同时HL2熄灭。（2）摇臂升降控制按下上升按钮SB4(或下降按钮SB5)，则时间继电器KT1线圈通电吸合，其瞬时闭合的触头闭合，KM4接触器线圈通电，液压泵电机启动，正向旋转，供给压力油。压力油经分配阀体进入摇臂的“松开油腔”，拖动活塞移动，活塞推动菱形块，降摇臂松开，同时活塞杆通过弹簧片压下位置开关SQ2，使其常闭触头断开，常开触头闭合。前者切断了接触器KM4的线圈电路，KM4主触头断开，液压泵电机M3停止工作。后者使交流接触器KM2（或KM3）的线圈通电，KM2(或KM3)的主触头接通的电源，摇臂升降电机启动旋转，电动摇臂上升（或下降）。如果此时摇臂尚未松开，则位置开关SQ2的常触头则不能闭合，接触器KM2(或KM3)的线圈无电，摇臂就不能上升(或下降)。当摇臂上升或下降所到需位置时，松开按钮SB4(或SB5)，则接触器KM2(或KM3)和时间继电KT1器同时释放，停止工作，随之摇臂停止上升(或下降)。由于时间继电器KT1断电释放，经1-3秒时间延时后，其延时闭合的常闭触头闭合，使接触器KM5吸合液压泵电机反向旋转，随之泵内压力油经分配阀进入摇臂的“夹紧油腔”使摇臂夹紧。在摇臂夹紧后，活塞杆推动弹簧片压下的位置开关SQ3，其常闭触头断开，KM5断电释放，M3最终停止工作，完成了摇臂的松开-上升（或下降）-夹紧的整套动作。（3）立柱和主轴箱的夹紧与放松控制立柱和主轴箱的夹紧（或放松）既可以同时进行也可以单独进行，由转换开关SA1和复合按钮SB6（或SB7）进行控制。SA1三个位置，搬到中间位置时，立柱和主轴箱夹紧(或放松)同时进行；扳到左边位置时，立柱夹紧（或放松）；扳到右边时，主轴箱夹紧（或放松）。复合按钮SB6是松开控制按钮，SB7是夹紧控制按钮。（4）冷却泵电机M4的控制扳动断路器QF2就可以接通或切断电源，操纵冷却泵电机M4的工作或停止。（5）照明、指示电路分析照明、指示电路的电源也由控制变压器TC降压后提供24V、6V的电压，由熔断器FU3、FU2做短路保护，EL时照明灯，HL1时电源指示灯，HL2是主轴指示灯。1.3Z3050摇臂钻床电气控制常见故障分析常见电气故障的分析与检修摇臂钻床电气控制的特殊环节是摇臂升降，立柱和主轴箱的夹紧和松开。Z3050型摇臂钻床的工作过程是由电气，机械以及液压系统密切配合实现的。因此，在维修中不仅要注意电气部分能否正常工作，还要注意它与机械和液压部分的协调关系。（1）摇臂不能升降由摇臂升降过程可知，升降电动机M2旋转，带动摇臂升降，其条件是使摇臂冲立柱上完全松开后，活塞杆压合位置开关SQ2.所以发生故障时，应首先检查位置开关SQ2是否动作，如果SQ2不动作，常见故障原因时SQ2的安装位置移动或已损坏。这样摇臂虽已放松，但活塞好杆压不上SQ2，摇臂就不能升降。有时，液压系统发生故障，使摇臂放松不够，也会压不上SQ2,使摇臂不能运动。由此可见，SQ2的位置非常重要，排除故障时，应配合机械，液压调整好后紧固（2）摇臂升降后不能加紧由摇臂加紧的动作可知，加紧动作的结果是由位置开关SQ3来完成的，如果SQ3动作过早，会使M3尚未加紧就停转，常见的故障原因是SQ3安装位置不合适，或固定螺钉松动造成的SQ3移位，使SQ3在摇臂加紧动作尚未完成时就被压上，切断KM5回路，M3停转。判断此故障时，首先判断是液压系统的故障，还是电气系统故障，对电气方面的故障，应重新调整SQ3的动作距离，固定好螺钉即可。（3）立柱和主轴箱不能加紧和松开立柱和主轴箱不能加紧和松开的可能原因是油路堵塞、接触器KM4或KM5不能吸和所致。出现故障时，应检查按钮SB6、SB7的接线情况是否良好。若KM4或KM5能吸和，M3能运转，可排除电力方面的故障，则应请液压、机械修理人员检修油路，以确定是否是油路故障。（4）摇臂上升或下降限位保护开关失灵组合开关SQ1的失灵分两种情况：一是组合开关SQ1损坏，SQ1触头不能因开关动作而闭合或接触不良使电路断开，由此使摇臂不能上升或下降；二是组合开关SQ1不能动作，触头熔焊，使电路始终处于接通状态，当摇臂上升或下降到极限位置后，摇臂升降电动机M2发生赌转，这时应立即松开SB4或SB5。根据上述情况进行分析，找出故障原因，更换或修理失灵的组合开关SQ1即可。（5）按下SB6，立柱、主轴箱能加紧，使释放后就松开由于立柱、主轴箱的加紧和放松机构采用机械菱形快机构，所以这种故障多为机械故障原因造成（可能是菱形快和承压块的角度方向装错，作者距离不适当。如果菱形块立不起来，这是因为夹紧力调的太大或加紧液压系统压力不够所致），可找机械维修工。2.PLC的基础知识2.1PLC定义三菱PLC是三菱电机在大连生产的主力产品。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。2.2PLC的特点（1）可靠性高，抗扰能力强。（2）编程直观，简单。（3）环境要求低，适应性好。（4）功能完善，接口功能强2.3PLC的分类及工作原理PLC分类按INPUT和OUTPUT点数多少，分为超小型.小型.中型.大型和超大型。按结构形式分：整体型和模块型PLC采用循环扫描的工作方式，包括内部处理.通讯操作.输入处理.程序执行.输出处理几个阶段。全过程扫描所须的时间称为扫描周期。当处于RUN状态时，上述扫描周期为不断循环过程。2.4PLC的发展自1969年第一台PLC问世以来，PLC在数控（NC）、运动控制、工厂自动化等方面得到了广泛应用。近几年来，PLC增强了组网通讯能力，丰富了功能模块及回路控制功能，PLC在过程控制方面也得到了应用。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。（1）开关量的逻辑控制（2）运动控制（3）模拟量控制（4）数据处理（5）过程控制（6）数据处理（7）通信及联网2.5PLC控制Z3050摇臂钻床的优点（1）PLC控制方式，摇臂钻床电气系统继电器的控制是采用PLC程序编制来实现的，它是利用继电器接触点的连接方式不同与继电器的滞后动作组合形成控制逻辑。当然，PLC的控制逻辑按照工件加工工艺方式的不同而改变，PLC的功能便是应对这种改变，当然首先需要PLC程序有所改变。（2）控制速度，摇臂钻床继电器控制是靠PLC动作程序编程来实现控制，在通常条件下，设备工作频率不稳，机械振动现象严重，而摇臂钻床PLC程序控制后这些现象将会消失。（3）延时控制继电器是靠时间继电器的相关动作来实现。钻床PLC程序内容中包含设备的程序化操作。因而，PLC控制方式能够使得设备系统化运行，提高了设备自动化运行。2.6PLC型号选择在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。第三部分设计成果表3-1PLCI/O分配表输入分配停按SB1X1立柱和主箱按SB7X7主机停止按SB2X2行程SQ2X8主机启按SB3X3行程SQ3X9摇臂上升SB4X4摇臂下降SB5X5立柱和主箱松按SB6X6输出分配接触器线圈KM1Y1电磁线圈YA1Y6接触器线圈KM2Y2电磁线圈YA2Y7接触器线圈KM3Y3接触器线圈KM4Y4接触器线圈KM5Y5照明灯ELY9图3-2PLC硬件接线图（使用CAD绘制）图3-3梯形图（使用CAD绘制）

第四部分结束语本次设计的内容主要是利用PLC（ProgrammableLogicController）对z3050摇臂钻床的控制部分进行改造。我先对本次的设计进行了总体的思考和分析，使自己对z3050摇臂钻床的基本结构、运动情况、加工工艺要求等有一定的了解。Z3050摇臂钻床主要有底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等组成。对z3050摇臂钻床电气控制部分进行分析得出它需要完成开门断电功能、主轴电动机的正反转控制功能、刀架的快速移动功能、冷却泵电动机的控制。然后根据电气控制电路的线路图，编译PLC的梯形图，编译通过后，利用PLC实验台进行实验仿真。由于PLC极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性。因此使Z3050摇臂钻床在完成原有的功能