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1、目录1 前言11.1本课题的研究意义11.2 国内外本课题的研究发展状况12 Z3040 摇臂钻床电气系统的控制分析22.1 Z3040型的工艺特性、控制要求22.1.1 摇臂钻床简介22.1.2 Z3040型摇臂钻床的工艺特性32.1.3 控制的过程、要求分析32.2.1 主电路分析52.2.2 控制电路分析53 PLC的特点介绍63.1 PLC的基本组成63.2 三菱PLC的指令系统84 Z3040 摇臂钻床的电气控制PLC改造94.1 Z3040 摇臂电路设计和钻床说明94.2 Z3040程序设计与说明115.结语15参考文献15Z3040摇臂钻床电气控制分析与plc改造作者 刘星辉 指
2、导教师 孟祥丽讲师（湛江师范学院信息学院，湛江 524048）摘 要：本文论述了采用PLC取代传统继电器接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，分析了Z3040摇臂的控制原理，制定了改造该钻床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件和软件的设计。其中包括PLC机型的选择、I/O端口的分配、PLC梯形图程序的设计。本文对PLC控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，给出了相应的控制原理图。关键词：可编程控制器；摇臂钻床；电气控制系统 Z3040 radial drilling machine electric control analysis and PLCtransformAbstra
3、ct：The paper discusses the PLC to replace the traditional relay - contactor electric control system method to improve the working performance of the machine tool, analyzes the control principle of Z3040 radial, formulated the renovation of the drilling machine electrical control system design, compl
4、eted the electrical control system design of hardware and software. Including PLC type choice, the I/O port distribution, and design of ladder diagram procedure of PLC. In this paper, the PLC control gives a detailed description of the working process of the radial drilling machine, presents the cor
5、responding control principle diagram. Key words: programmable controller; Radial drilling machine; Electrical control system1 前言1.1本课题的研究意义Z3040摇臂钻床是孔加工机床。能够进行多种形式的机械加工，如钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面。主轴攻丝自动反转加上微动进给，最适合盲孔和定深孔。故此Z3040型摇臂钻床在车间生产、机械制造、建筑加工等多行业最为常见。目前，我国的Z3040钻床所采用的是传统的继电器接触器电气控制系统。因为摇臂钻床的运动部件比较多，必须由
6、多台电动机进行拖动，电路复杂，触点多、导致故障率高、可靠性差，在工厂生产流程中当中电气故障经常发生，影响生产。所以对传统继电器接触器的电气控制系统改造是很要必要的。可编程逻辑控制器（PLC），利用PLC控制进行改造，可以使电路线路简化，响应加快精确度更加高，可靠性提高，方便维护、检修机器，同时能有效地减少成本，符合经济效益。总的来说，PLC电气控制系统优点突出，本次对Z3040型钻床的电气控制系统进行PLC改造，可以大幅度提高Z3040钻床的工系统的工作稳定性、工作性能，为我国生产加工现代化翻开新的篇章。1.2 国内外本课题的研究发展状况 可编程控制器（PLC）是为运用计算机控制生产加工所研究
7、出来的控制设备，是在20世纪60年代开始发展起来的，西门子在1995年成功地研发出S7200与S7300，它拥有以TD200、COROS OPS操作的模板，提供了方便的人机界面，程序三级口令保护，强大的运算能力，丰富的指令集，通过工业现场总线PROFD3US和MPI接口加上与以太网联网的能力，强大的内部集成能力和强大的故障诊断的能力；模块式结构在适用在各处性能扩展、直流电机以及脉冲输出晶闸管步进电机；高效的指令处理大幅度缩短了循环周期，加上通过高速计数器，高速中断处理可以分别响应事件，就可以大幅度的降低生产成本。因为电气控制系统的可靠性越来越受到人们的关注，一部分公司已把自诊断技术、容错技术、
8、冗余技术广泛应用到现在的产品之中，使用了高可靠性的冗余系统以及采用热备用或并行工作和多数表决工作模式。因为PLC系统控制具有很多优点，所以其在工业生产能得到迅速的推广。即使国内的PLC技术应用前景有很大的发展，并且在一定程度上取得了不小的效益，但是和外国先进国家相比，由于受到技术水平和经济的各种限制，大部分的企业工作车间的Z3040型摇臂钻床还是在使用继电器接触器这么一种传统的控制方式，但是这种控制方式明显存在着隐患和缺陷的，在生产中很容易出现故障。另外，线路复杂，因此要想找到故障也十分的困难的。不难看出，和国外大量运用PLC技术代替继电器接触器系统相比，我国早PLC生产控制上还存在很大差距。
9、我国的PLC技术在近年我国发展迅猛，我们和先进国家的PLC发展水平在不断缩小，不断拉近。因此，在这各时候，我们应该加大力度进一步去推广PLC控制，提高生产水平。这次对Z3040型摇臂钻床电气控制系统进行改造，是希望可以借鉴国外先进工业形同控制的技术，把它应用到工厂加工现场，进一步提高摇臂钻床的工作性能。2 Z3040 摇臂钻床电气系统的控制分析2.1 Z3040型的工艺特性、控制要求2.1.1 摇臂钻床简介摇臂、底座、外立柱、内立柱、工作台和主轴箱等这些部件组成了摇臂钻床，内立柱事固定在钻床的底座一端，外立柱套在了它的外面，并且外立柱可以围绕内立柱进行360的旋转。在摇臂的一端是套筒，它被装套
10、在外立柱上，通过了丝杆的正反转运动，可以围绕外立柱沿着上下方向移动。但是同时因为外立柱与丝杆连接成一个整体，加上摇臂上面固定有升降螺母，因此摇臂是不能够绕外立柱进行转动的，不同的是外立柱与摇臂却是能够一起绕着内立柱进行转动。主轴箱作为钻床中一复合部件，它是由主轴、主传动电动机、主轴传动机构、机床的操作机构和进给与进给变速机构等多个部分组合成的。 在摇臂上装配着主轴箱，通过进行手轮的操作，能够令它在水平导轨上实现移动。在进行工程加工的时候，它能利用特别的夹紧机构，把外立柱固定在内立柱上面， 摇臂是固定在外立柱上面的，主轴箱是固定在摇臂导轨上面的，随接着可以进行工艺钻削加工。2.1.2 Z3040
11、型摇臂钻床的工艺特性Z3040 型摇臂钻床是属于立式钻床的一种，它多用于批量、单件的生产加工中给带有多孔的零件来进行孔加工，它在机械加工车间内最为常见，是加工孔工作不可或缺的重要部分。钻床动作，摇臂钻床的主轴旋转，即产生的切削的运动是它的主运动。主轴的纵向进给，作为进给运动。辅助运动方面，囊括了摇臂在外立柱上的垂直方向运动，简单来说就是摇臂的升降运动,外立柱与摇臂共同绕着内立柱的做旋转运动，主轴箱沿着摇臂长度方向上的运动。该摇臂于立柱上的升降上，Z3040型摇臂钻床摇臂的夹紧与松开的实现是根据液压推动松紧机构来自动完成的。 钻床的传动装置结构一般采用多个电动机拖动的方式。 一般设有主电动机、
12、摇臂升降的电动机，冷却泵电动机，以及液压泵电动机。2.1.3 控制的过程、要求分析（1）电力拖动方面装置Z3040 型摇臂钻床装配了四台三相鼠笼式异步电动机。下面是关于装配电动机的简单介绍， M1 是主轴电动机 、 M2 是摇臂升降电动机、 M3 是液压泵电动机、 M4 作为冷却液泵电动机。在电路保护方面，保护总电源的开关为低压断路器 QS ，通过FU1熔断器能实现它在短路方面保护，同时套用了FU2熔断器 对 M2、 M3 进行短路方面保护，过载保护将通过热继电器FR来实现。 主轴电动机 M1，摇臂升降电动机 M2 、和液压泵电动机 M3都是通过接触器控制的。 低压断路器 SA1则控制着冷却泵
13、电动机 M4。（2） 控制要求1）对主轴电动机 M1上的控制。 M1 主轴电动机是单一方向进行旋转的。2）对摇臂升降电动机 M2上的控制。 摇臂钻床在工作状态的时候，它的力臂需要一直在夹紧的状态下，用来保证加工工作时精度的要求和安全。3）对液压泵电动机 M3上的控制。 M3 液压泵电动机可以进行正反方向的转动，继而带着动液压泵,令液压系统的夹紧机构完成了夹紧与放松的实现。4）对主轴箱与立柱夹紧与放松上的控制。 主轴箱以及立柱的加紧与放松可以同时进行。5）对冷却泵电动机 M4上的控制。 单一方向旋转上的实现。2.2 Z3040型电路控制说明Z3040型钻床电气控制系统电路图，如图所示。下面研究分
14、析它的工作过程。42.2.1 主电路分析1） 交流380V作为主电路的电源供给电压，电源引入开关为开关 QS。2） 主轴电动机M1，能够实现单方向得旋转模式，由接触器KM1对电动机M1进行控制，主轴在正、反方向上的转动是通过机床液压系统的操作机构、正转、反转摩擦离合器来配合实现。总电源开关处电磁脱扣装置是用作短路保护电器，电动机M1的过载保护由热继电器FR1控制实现。3） M2作为控制摇臂升降电动机，用正转、反转的接触器 KM2、KM3 来控制正反转的实现。电路中，在保证操纵摇臂的升降时候，开始时使液压泵电动机进行旋转起动，实现压力油供出，通过液压系统松开摇臂，接着起动电动机 M1，拖动着力臂
15、上升或者下降。当力臂到位后，保证电动机M2先停止动作，接着自动通过液压系统夹紧摇臂，最后，液压泵电动机 M3才会停止动作。由于M2是短时工作的，所以不用设置长期过载保护。4） M3作为液压泵电动机，是能够实现正、反转运行的。它的停止和运行使通过接触器 KM4和 KM5控制得。能够实现液压泵电动机过载保护得是热继电器 FR2。总的来说，这个电动机有着重要的作用，能给夹紧装置供给压力油，实现摇臂与立柱的松开与夹紧。5） M4 作为冷却泵电动机，它的功率很小，受开关SA1控制。2.2.2 控制电路分析1）主轴电动机 M1的控制 合上电源开关 QS，同时按下起动按钮 SB2，接触器 KM1线圈得电并进行自锁，主轴电动机 M1起动，并且支路中的主轴电动机的运转指示灯 HL3发亮，表示主轴电动机是在正常工作。合上停止按钮 SB1， KM1线圈就会得电，它的触点断开，同时M1 停转，指示灯 HL3熄灭。2） 摇臂升降电动机 M2的控制 摇臂上升按钮 SB3、摇臂下降按钮 SB4和正、反转接触器 KM2，KM3组成了拥有双重互锁的电动机正、反转点动的控制电路。摇臂移动一定要先把摇臂松开后，再进行移动，到位后摇臂能够自动地夹紧。所以，摇臂的移动过程就是对液压泵电动机 M3、摇臂升降电动机 M2依照程序进行控制的一个过程。摇臂的升降控制一定要与夹紧
