基于plc的摇臂钻床电气控制系统的设计

基于plc的摇臂钻床电气控制系统的设计内容摘要：

轴箱夹紧（或放松）。 复合开关 SB5 是松开控制按钮， SB6 是夹紧控制按钮。 （ 1）立柱和主轴箱同时夹紧（或放松） 将转换开关 SA1 扳到中间位置，然后按松开按钮 SB5，时间继电器 KT KT3 同时得电。 KT2 的延时断开的动合触点闭合，电磁铁 YA YA2 得电吸合。 而 KT3 的延时闭合的 联系 Q709604208 获取 动合触点经 3 秒后才闭合。 随后 KM4 闭合，液压泵电动机 M3 正转，供出的压力油进入立柱和主轴箱的松开油腔，使立柱和主轴箱同时松开。 按夹紧按钮 SB6，时间继电器 KT KT3 同时得电。 KT2 的延时断开的动合触点闭合，电磁铁 YA YA2 得电吸合。 而 KT3 的延时闭合的动合触点经 3 秒后才闭合。 随后 KM5 闭合，液压泵电动机 M3 反转，供出的压力油进入立柱和主轴箱的夹紧油腔，使立柱和主轴箱同时夹紧。 （ 2）立柱和主轴箱的单独夹紧（或松开） 如果希望可以单独控制主轴箱，可将转换开关 SA1 扳到右侧位置，按下松 开（或夹紧）按钮，此时时间继电器 KT KT3 线圈同时得电，电磁铁 YA2 单独通电吸合，既可实现主轴箱的单独松开（或夹紧）。 松开复合开关 SB5（或夹紧按钮 SB6），时间继电器 KT KT3的线圈断电释放， KT3 的通电延时闭合的动合触点瞬时断开，接触器 KM4（或 KM5）的线圈断电释放，液压泵电动机停转。 经过 3 秒的延时后，电磁铁 YA2 的线圈断电释放，主轴箱松开（或夹紧）的操作结束。 如果希望可以单独控制立柱，可将转换开关 SA1 扳到左侧位置，按下松开（或夹紧）按钮，此时时间继电器 KT KT3 线圈同时得电，电磁铁 YA1 单独通电吸合，既可实现主轴箱的单独松开（或夹紧）。 松开复合开关 SB5（或夹紧按钮 SB6），时间继电器 KT KT3的线圈断电释放， KT3 的通电延时闭合的动合触点瞬时断开，接触器 KM4（或 KM5）的线圈断电释放，液压泵电动机停转。 经过 3 秒的延时后，电磁铁 YA1 的线圈断电释放，立柱松开（或夹紧）的操作结束。 由于立柱和主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作，所以均采用点动方式。 联系 Q709604208 获取 3 元器件的选型及说明 改造前元器件的选型 改造前元器件的选型 见表 31。 表 31 Z3050摇臂钻床改造前主回路 材料表 序号 代号 名称 规格 /型号 单位 数量 备注 1 M1 电动机 Y112M4/4KW 台 1 主轴电机 B5型 2 M2 电动机 Y90L4/ 台 1 摇臂升降电机 B5型 3 M3 电动机 Y8014/ 台 1 液压泵电机 B5型 4 M4 电动机 Y27124/ 台 1 冷却泵电机 B5型 5 KM1 交流接触器 CJ1010/10A 只 1 控制电压 127V 6 KM2 交流接触器 CJ1010/10A 只 1 控制电压 127V 7 KM3 交流接触器 CJ1010/10A 只 1 控制电压 127V 8 KM4 交流接触器 CJ1010/10A 只 1 控制电压 127V 9 KM5 交流接触器 CJ1010/10A 只 1 控制电压 127V 10 Q 空 开 DZ473P/20A 只 1 11 FU1 熔断器 RL160/20A 只 3 12 FU2 熔断器 RL115/6A 只 3 13 FR1 热继电器 JR3620/11A 只 1 整定值 8A 14 FR2 热继电器 JR3620/ 只 1 整定值 15 SA 组合开关 HZ10D10A/3 只 1 改造后元器件选型原则 改造后主电路元器件品牌选择较好，目的是确保钻床运行的可靠性；容量的选型原则是：总空开选设备容量最大 1 台电动机额定电流的 ～ 倍，现选 2 倍；电动机空开选电动机额定电流的 ～ 倍，现选 倍左右（需根据空开设计等级选型）；接触器选电动机额定电流的 ～ 2 倍，现选 倍左右（需根据接触器设计等级选型）；热继电器选电动机额定电流的 ～ 倍，现选 倍左右（需根据热 继电器设计等级选型）。 改造后元器件 清单见表 32。 联系 Q709604208 获取 表 32 Z3050摇臂钻床改造后主回路材料表 序号 代号 名称 规格 /型号 单位 数量 备注 1 M1 电动机 Y112M4/4KW 台 1 B5安装形式 2 M2 电动机 Y90L4/ 台 1 B5安装形式 3 M3 电动机 Y8014/ 台 1 B5安装形式 4 M4 电动机 Y27124/ 台 1 B5安装形式 5 KM1 交流接触器 LC1D1210CC5N 只 1 控制电压 36V 6 KM2 交流接触器 LC1D0910CC5N 只 1 控制电压 36V 7 KM3 交流接触器 LC1D0910CC5N 只 1 控制电压 36V 8 KM4 交流接触器 LC1D0910CC5N 只 1 控制电压 36V 9 KM5 交流接触器 LC1D0910CC5N 只 1 控制电压 36V 10 KM6 交流接触器 LC1D0910CC5N 只 1 控制电压 36V 11 Q 空 开 NS100N/16A 只 1 配电开关型 12 Q1 空 开 GV2M10C/10A 只 1 电动机保护型 13 Q2 空 开 GV2M04C/4A 只 1 电动机保护型 14 Q3 空 开 GV2M02C/2A 只 1 电动机保护型 15 Q4 空 开 GV2M01C/1A 只 1 电动机保护型 16 FR1 热继电器 LR2D1312C/8A 只 1 整定值 8A 17 FR2 热继电器 LR2D1305C/ 只 1 整定值 控制电路元器件的选型原则是：为确保钻床运行可靠，需选质量可靠的产品。 Z3050摇臂钻床改造后控制回路材料 见 表 33。 联系 Q709604208 获取 表 33 Z3050 摇臂钻床改造后控制回路材料表 序号 代号 名称 规格 /型号 单位 数量 备注 1 T 控制变压器 BK30036V/12V 只 1 300VA 2 HL1～ HL3 指示灯 XB6EAV3～ 4JC 只 3 HL1红色，另外绿色 3 EL 钻床照明灯 36V 60W 只 1 4 1SA～ 2SA 旋钮开关 XB2BD21C 只 2 2位 5 SA1 选择开关 XB2BD33C 只 1 3位，左右位 NO 6 SQ1 限位开关 X2N 只 1 摇臂上升极限保护开关 7 SQ2 限位开关 X2N 只 1 摇臂下降极限保护开关 8 SQ3 限位开关 LX028 只 1 摇臂松开、夹紧限位开关 9 SQ4 限位开关 LX028 只 1 主轴箱与立轴松、紧指示 10 SB1～ SB6 按钮开关 LAY811 只 6 红、绿各 3只 11 KM1 交流接触器 LC1D1210CC5N 只 1 控制电压 36V 12 KM2～ KM6 交流接触器 LC1D0910CC5N 只 5 控制电压 36V 13 FR1 热继电器 LR2D1312C 只 1 ～ 8A 整定 8A 14 FR2 热继电器 LR2D1305C 只 1 ～ 整定 15 YA1～ YA2 电磁阀 只 1 36V 16 FU1～ FU2 熔断器 RT186/2 只 1 2A 17 Q5 空 开 DZ4763/1 C10 只 1 注：表中电器第 51 1 1 1 15 项是施耐德生产，其余均为德力西集团生产。 联系 Q709604208 获取 4 PLC的选型 PLC 的工作原理与选用 PLC 的工作原理与计算机的工作原理 是基本一致的。 它通过执行用户程序来实现控制任务。 但是，在时间上， PLC 执行的任务是串行的，与继电器逻辑控制系统中控制任务的执行有所不同。 从 PLC 的工作过程可以看到，整个工作过程是以循环扫描的方式进行的。 循环扫描方式是指在程序执行过程的周期中，程序对各个过程输入信号进行采样，对采样的信号进行运算和处理，并把运算结果输出到生产过程的执行机构中。 在这个执行周期中，一些输入变量可能有变化，而有些输入变量可能没有发生变化，相应地有些输出变量有变化，有些输出变量没有变化。 在 PLC 中，采用循环扫描的方式，不断地对输入 和输出变量进行采样和输出，使得变量满足程序条件时，及时有相应的输出使执行机构动作。 这里，与计算机程序执行过程的区别是，在计算机的工作过程中，如果变量的条件没有满足，程序将等待，直到该条件满足。 而在 PLC 中，程序执行时，如果这一个扫描周期变量的条件未满足，程序将继续执行下去，直到下面的某一个扫描周期中，变量的条件满足时，满足条件的运行结果就被执行。 采用循环扫描的方式，由于扫描周期的时间很短，只要变量满足条件的时间大于扫描周期，该变量满足条件就能被 PLC 的程序执行。 PLC 中断处理的原理与计算机中断处理的原理也 是基本一致的，上面已经进行了讨论。 可以看到，中断的处理过程是在每个任务结束后进行的，在每个任务执行的过程中，PLC 对中断是不响应的，这是与计算机的中断响应有所区别的第一点；在用户程序的任务执行过程中， PLC 也需要程序块执行完成后才能执行中断子程序，这是与计算机中立即执行中断子程序的方式有所区别的第二点；中断的优先级处理和输出的区别是与计算机中断处理不同的第三点。 产生区别的主要原因是由于 PLC 采用循环扫描工作方式，在系统软件的编制过程中，对中断处理采用了与计算机不同的处理方法。 因此，在应用时要注意它与计算机的 不同点，并在编程时加以注意。 PLC 的输入 /输出处理也因 PLC 采用循环扫描的工作方式而与计算机的处理方式有所区别。 即只有在程序扫描到该变量时，才进行采样，而该变量可能在扫描前的某一时刻已经发生了变化。 为了及时得到变量的变化信息，可以缩短扫描周期，也可以采用智能输入/输出模块，它有独立的微处理器和存储器，与中央处理单元分别进行处理。 联系 Q709604208 获取 选择何种 PLC 的原因说明 由于该摇臂钻床改造系统所需的 I/O 点数 29 个。 所以本系统选择的 PLC 机型为三菱FX1N－ 40MR，继电器型。 选择三菱品牌的 PLC 有以下几种原 因： （ 1） 三菱 PLC 的性能价格比高。 （ 2） 在学校学习的 PLC 就是三菱的产品。 （ 3） 选择继电器型输出方式的 PLC 是因为本人所设计的电路图所需要控制的电器是交流接触器，所以就必须选择继电器型 PLC。 使用 PLC 控制的优缺点 （ 1）优点： PLC 控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小使用寿命长等优点。 而且使用 PLC 控制后可以省去大量的外部接线问题，如果更换控制方式而元器件不变，则只需要改变 PLC 的程序设计既可不需要将控制电路重新设计并接线。 （ 2）缺点：相比较与原始的电拖控制来说成本要高上很多，而且出 现故障不容易维修。 联系 Q709604208 获取 5 系统的硬件设计 Z3050 摇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统的软件设计，就是 PLC 控制程序的编写。 为了使改造后的摇臂钻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做过大的调整，只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。 由于 Z3050 摇臂钻床控制对象对 PLC 输出点的动作表达速度要求不高，继电器型输出模块的动作速度完全能够满足要求，且每一点的输出容量 较大，在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。 所以本课题选用继电器输出模块，结合 Z3050 摇臂钻床电气控制系统的实际情况，需要输入点数大于 18 个，输出点数大于12 个，在条件许可的情况下尽可能留有 10%20%的裕量。 联系 Q709604208 获取 PLC 的 I/O 分配表 根据系统的改造原则，系统 I/0 分配见表 51。 表 51 I/0 分配表 输入点号 输出点号 1 X0 SB1主轴电机启动 1 Y0 KM1（主轴电机） 2 X1 SB2主轴电机停止 2 Y1 KM2（摇臂上升） 3 X2 SB3摇臂上升 3 Y2 KM3（摇臂下降）。