沈陽理工大學(xué)第二十七組任務(wù)z3040搖臂鉆床的plc改造

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　鉆床是一種孔加工設(shè)備，可以用來鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。按用途和結(jié)構(gòu)分類，鉆床可以分為立式鉆床、臺式鉆床、多孔鉆床、搖臂鉆床及其他專用鉆床等。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，是一般機械加工車間常見的機床。搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)

2、立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺等部分組成。</p><p>　　可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC,是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計 [2]，它采用了可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算數(shù)運算等面向用戶的指令，并通過數(shù)字和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生

3、產(chǎn)過程。與傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制方式相比，PLC控制具有可靠性高、靈活組態(tài)、功能強大、編程方便、運行速度快等特點。因而在機械、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域的到了越來越廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一。</p><p>　　西門子公司的SIMATIC S7-200系列屬于小型的PLC,既可以用于代替電器的簡單控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動化場合控制系統(tǒng)。由于它有極強的通信功能，所以在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，

4、也能發(fā)揮作用。</p><p>　　S7-200的可靠性高，可以用于梯形圖、語句表（即指令表）和功能塊圖三種語言來編程。它的指令豐富，指令功能性強，易于掌握，操作方便，內(nèi)置高速計數(shù)器、高速輸出、PID控制器、RS-485通信/編程接口、PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由端口模式通信功能，最大可以拓展到248點數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O，最多有30多KB的程序和數(shù)據(jù)存儲空間。</p><

5、p>　　STEP7-Micro/Win V4.0 是S7-200 PLC系列產(chǎn)品的一款編程軟件。STEP7-Micro/Win V4.0的兼容性強，支持當(dāng)前所有的S7-200 CPU22X系列產(chǎn)品。PLC的編程和微型機的編程一樣，用戶需要一個編程軟件環(huán)境、程序結(jié)構(gòu)和編程方法。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1. Z3040概述……

6、………………………………………………1</p><p>　　1.1 Z3040搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu)…………………………………………………………1</p><p>　　1.2 Z3040搖臂鉆床的主要運動形式…………………………………………………1</p><p>　　1.3改造的原因……………………………………………………………………………………2</p>

7、<p>　　2. 課程設(shè)計的任務(wù)和要求………………………………3</p><p>　　2.1 課程設(shè)計的任務(wù)……………………………………………………………………………3</p><p>　　2.2 課程設(shè)計的要求……………………………………………………………………………3</p><p>　　3．總體設(shè)計……………………………………………………5<

8、;/p><p>　　3.1 PLC選型…………………………………………………………………………………………5</p><p>　　3.2 PLC外部接線圖……………………………………………………………………………6</p><p>　　3.3改造后的電氣原理圖……………………………………………………………………7</p><p>　　4．PLC程

9、序設(shè)計………………………………………………8</p><p>　　4.1 設(shè)計思想………………………………………………………………………………………8</p><p>　　4.2 梯形圖…………………………………………………………………………………………8</p><p>　　5．程序調(diào)試說明……………………………………………10</p><p&

10、gt;　　6．結(jié)束語………………………………………………………11</p><p>　　7. 參考文獻……………………………………………………12</p><p>　　1. Z3040概述</p><p>　　1.1 Z3040搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu) </p><p>　　Z3040搖臂鉆床是一種用途廣泛的萬能機床，適合用于加

11、工中小零件，可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔、刮平面及改螺紋等多種形式的加工。主要有底座、內(nèi)外立柱、搖臂、主軸箱、主軸及工作臺等部分組成。它的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。</p><p>　　圖1.1 Z3040搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1.2 Z3040搖臂鉆床的主要運動形式</p><p>　?。?）主軸帶刀具的旋轉(zhuǎn)與進給運動 </

12、p><p>　　主軸的轉(zhuǎn)動與進給運動有一臺三相交流異步電動機驅(qū)動，主軸的轉(zhuǎn)動方向由機械及液壓裝置控制。 </p><p>　?。?）各運動部分的移位運動 </p><p>　　主軸在三維空間的移位運動有主軸箱沿搖臂方向的水平移動；搖臂沿外立柱的升降運動；外立柱帶動搖臂沿內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。 </p><p>　?。?）

13、移位運動部件的夾緊與放松 </p><p>　　搖臂鉆床的三種對刀移位裝置對應(yīng)三套夾緊與放松裝置。對刀移動時需要將裝置放松，加工過程中需要將裝置夾緊。三套夾緊裝置分別為搖臂夾緊，主軸箱夾緊，立柱夾緊。</p><p>　　結(jié)合本次課程設(shè)計內(nèi)容實際，這次PLC改造所涉及的運動只包括如下部分：</p><p>　　1）主軸的旋轉(zhuǎn)運動（由主電機M1控制）<

14、/p><p>　　2）搖臂沿外立柱的升降運動（由電機M2控制）</p><p>　　3）搖臂松開與夾緊，主軸箱和立柱松開與夾緊（由電機M3控制）</p><p>　　4）冷卻泵的控制（由電機M4控制）</p><p><b>　　1.3改造的原因</b></p><p>　　絕大多數(shù)控制繼電器都是長期

15、磨損和疲勞工作條件下進行的，容易磨損，產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。而且繼電器的觸點切斷時容易產(chǎn)生電弧損壞設(shè)備，產(chǎn)生誤操作。對一個使用的裝有上百個繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重，而且接線復(fù)雜，故障點就多，不易調(diào)整、改裝。接線完成后就只能實現(xiàn)一種特定的功能，控制繼電器動作相對來說也太慢。這些缺點注定了控制繼電器相對可編程控制繼電器不適用于控制線路復(fù)雜的設(shè)備。 </p><p>　　可編程序控制器

16、，就PLC來說，它可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能。生產(chǎn)過程的自動控制，可以對數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和管理。而且控制線路接線簡單，可實現(xiàn)功能全面，安全可靠，編程設(shè)計靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護等優(yōu)點。所以，對搖臂鉆床進行PLC改造絕對是存在意義和有價值的。</p><p>　　2. 課程設(shè)計的任務(wù)和要求</p><p>　　2.1 課程設(shè)計

17、的任務(wù)</p><p>　　對Z3040搖臂鉆床的控制系統(tǒng)進行PLC改造</p><p>　　2.2 課程設(shè)計的基本要求 </p><p>　　1）主電機M1的啟?？刂?；</p><p>　　2）搖臂的升降與夾緊控制；</p><p>　　3）主軸箱和立柱的夾緊與放松控制；</p><p&

18、gt;　　4）冷卻泵電動機M4的控制；</p><p>　　5）具有必要的聯(lián)鎖與保護。</p><p>　　要求:①SQ2應(yīng)調(diào)整適當(dāng)，保證搖臂松開后即動作，避免油泵電機長期過載</p><p>　　②保證當(dāng)升降電機完全停止后，再夾緊搖臂；</p><p>　　③搖臂上升時，用SQ1的動斷觸點作極限保護作用；搖臂下降時，</p>

19、<p>　　SQ6的動斷觸點作極限保護作用。</p><p>　?、苤鬏S箱和立柱的松開與夾緊時，要求電磁閥處于斷電狀態(tài)。</p><p><b>　　3. 總體設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1 PLC選型</b></p><p>　　首先，三種品牌的PLC中，西門子的質(zhì)量最

20、可靠，性能最穩(wěn)定,所以確</p><p>　　定在此系統(tǒng)中使用西門子的PLC。在搖臂鉆床的控制系統(tǒng)中，PLC注意起開關(guān)作用及定時、計數(shù)的少數(shù)簡易功能，所以只需要小型的PLC就能滿足功能。在搖臂鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計中需要輸入量14個：SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，SQ5，SQ6，SB1，SB2，SB3，SB4，SB5，SB6，SA1，SA2。輸出量11個：KM1，KM2，KM3，KM4，KM5，YV，EL，HL1，

21、HL2，HL3。CPU226含有21個輸入接口，14個輸出接口，能滿要求。綜上所述，我選擇CPU型號為CPU226的S7-200。</p><p>　　表3.1 符號地址對照表</p><p>　　3.2 PLC的外部接線圖</p><p>　　圖3.1 外部接線圖</p><p>　　注釋：圖3.1和圖3.2中的KA為繼電器，它有兩個

22、作用：</p><p>　　一是電壓轉(zhuǎn)換，因為PLC上的電壓和電氣圖3.2中控制電路上的電壓不一樣；</p><p>　　二是輸出功率變大，因為繼電器的觸點容量比PLC輸出點的容量要大。</p><p>　　SA1，SA2為組合轉(zhuǎn)換開關(guān)，在圖3.1中，用按鈕開關(guān)的形式畫出。</p><p>　　3.3改造后的電氣原理圖</p>

23、<p>　　4. PLC程序設(shè)計</p><p><b>　　4.1設(shè)計思想</b></p><p>　　主電機用一個啟停電路控制。</p><p>　　當(dāng)按下SB3(或SB4)時，則時間繼電器KT得電，致使電磁閥YV和接觸器KM4同時的電動作，液壓泵電機M3正向啟動，高壓油經(jīng)二位六通閥進入搖臂松開腔。松開到位后，活塞桿通過彈簧片壓動

24、限位開關(guān)SQ2，其常閉觸點使KM4失電，液壓泵停止工作，同時其常開觸點動合使KM2(或KM3)得電，搖臂升降電機M2正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)），帶動搖臂上升（或下降）。當(dāng)搖臂上升（或下降）到位后，活塞桿通過彈簧片壓動行程開關(guān)SQ3,其動觸點使KM5和YV失電，液壓泵電動機M3停止工作，電磁閥復(fù)位。</p><p>　　主軸箱和立柱的夾緊與放松時，要求電磁閥YV始終處于斷電狀態(tài)。松開與夾緊動作分別由SB5和SB6進行控制，并通

25、過行程開關(guān)SQ4指示燈HL1和HL2進行工作狀態(tài)指示。 </p><p>　　4.2 PLC梯形圖</p><p>　　為了保證鉆床的安全運行，在主電機的原點啟動條件中加入了，搖臂處于夾緊狀態(tài)（I0.2）和搖臂處于下限位（I0.5）兩個條件。此外，還在搖臂的上升和搖臂的下降之間，搖臂的夾緊和搖臂的松開之間，主軸箱與立柱的夾緊和主軸箱與立柱的松開之間設(shè)置為互鎖，以防止功能相反的兩個輸出同時為

26、ON。用限位開關(guān)I0.0和I0.5限制搖臂移動的范圍。在所有的程序中串聯(lián)急停開關(guān)的常閉觸點（I0.4），當(dāng)有危險發(fā)生時，可以立刻停止所有的電動機。</p><p><b>　　5．程序調(diào)試說明</b></p><p>　　撥動啟動開關(guān)I0.7,夾緊限位開關(guān)I0.2和下限位開關(guān)I0.5后，Q0.0和Q1.2亮，表明主電機和主電機運行指示燈接通運行，撥動停止開關(guān)I0.6后

27、，Q0.0和Q01.2熄滅。</p><p>　　撥動搖臂上升開關(guān)I1.0，Q0.6和Q0.3亮（電磁閥得電，KM4得電，電動機M3開始正向運轉(zhuǎn)，搖臂夾緊機構(gòu)開始松開）。松開到位后，Q0.3滅（KM4斷電，電機M3停止運轉(zhuǎn)），Q0.1亮（電機M2得電正向啟動，搖臂上升）。搖臂上升到位后，上限位開關(guān)I0.0觸發(fā)，Q0.1熄滅（電機M2停止運轉(zhuǎn)）。松開I1.0經(jīng)T37延時后，Q0.4亮（電機M3得電反轉(zhuǎn)，搖臂夾緊機構(gòu)

28、開始夾緊）夾緊到位后，夾緊限位開關(guān)I0.2觸發(fā)，Q0.4和Q0.6熄滅（電機M3停止運轉(zhuǎn)，電磁閥斷電）。</p><p>　　撥動搖臂下降開關(guān)I1.1，Q0.6和Q0.3亮（電磁閥得電，KM4得電，電動機M3開始正向運轉(zhuǎn)，搖臂夾緊機構(gòu)開始松開）。松開到位后，Q0.3滅（KM4斷電，電機M3停止運轉(zhuǎn)），Q0.2亮（電機M2得電反向啟動，搖臂下降）。搖臂下降到位后，下限位開關(guān)I0.5觸發(fā)，Q0.1熄滅（電機M2停止運

29、轉(zhuǎn)）。松開I1.0經(jīng)T37延時后，Q0.4亮（電機M3得電反轉(zhuǎn)，搖臂夾緊機構(gòu)開始夾緊）夾緊到位后，夾緊限位開關(guān)I0.2觸發(fā)，Q0.4和Q0.6熄滅（電機M3停止運轉(zhuǎn)，電磁閥斷電）。</p><p>　　撥動主軸箱和立柱松開開關(guān)I1.2，Q0.3和Q1.0亮（電機M3得電正向啟動，主軸箱和立柱松開，松開指示燈亮）</p><p>　　撥動主軸箱和立柱夾緊開關(guān)I1.3，Q0.4和Q1.1亮（電

30、機M3得電反向啟動，主軸箱和立柱夾緊，夾緊到位后，夾緊指示燈亮。</p><p>　　撥動冷卻泵啟動開關(guān)I1.4，Q1.3亮（電機M4啟動，冷卻泵啟動）</p><p>　　撥動照明燈開關(guān)I1.5，Q0.7亮（照明燈亮）</p><p>　　遇到的問題:撥動搖臂上升I1.0或下降開關(guān)I1.1后，Q0.3未亮（KM4未得電），斷開后I1.0或I1.1后，Q0.4未亮（

31、KM5為得電）。</p><p>　　分析原因后，為梯形圖斷開延時計時器T37的常開觸點和常閉觸點的設(shè)計不合理，修改梯形圖后，模擬結(jié)果符合設(shè)計要求。</p><p><b>　　6. 結(jié)束語</b></p><p>　　首先，我要感謝任曉虹老師對我這次課程設(shè)計給予的幫助。</p><p>　　通過這次機電傳動的課程設(shè)計，

32、我對機電傳動課程的相關(guān)知識掌握得更加熟練了。我也學(xué)會了如何去做課程設(shè)計，如何通過有效的途徑去查閱資料，如何運用STEP7 Micro/win V4.0畫梯形圖，如何運用S7-200仿真軟件等等。電氣原理圖，我是用CAD畫的。</p><p>　　在做課程設(shè)計的過程中，雖然遇到了很多問題，但是通過老師同學(xué)的幫助，自己查閱資料，把問題解決之后，我非常高興。我由衷的感謝這次課程設(shè)計所帶給我的種種收獲。</p>

33、;<p><b>　　7. 參考文獻</b></p><p>　　[1]陳白寧，段志敏，劉文波. 機電傳動控制[M]. 沈陽:東北大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[2]趙景波. 零基礎(chǔ)學(xué)西門子S7-200 PLC[M].北京:機械工業(yè)出版社，2010.</p><p>　　[3]王阿根.PLC控制程序精編108例[M]