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1、渤海石油职业学院电气自动化专业毕业论文 Z3040摇臂钻床的继电器控制电路设计及PLC控制设计学生姓名 专业班级 09电气大（二） 指导老师 完稿时间 2012-03-27 渤海石油职业学院毕业设计任务书设计题目 Z3040摇臂钻床的继电器控制电路设计及PLC控制设计学生姓名 系别 机电工程 专业 电气自动化 班级 （2） 指导教师姓名 闫运巧 职称 高级实习指导教师 课题来源 生产实践 任务书下达时间 2012年12月 1、 毕业设计主要内容（1）主轴及液压泵电动机有过载保护，四台电机直接起动。（2）摇臂升降严格顺序，由限位开关保证。 （3）控制线路采用电气联锁，防止电源短路。（4）每个动作
2、均有指示灯做指示。（5）据设计要求完成继电器控制原理图一张。（6）选择电器元件列出明细表。（7）画PLC硬件接线图；PLC选型；I/O分配。（8）编制PLC梯形图程序。2、毕业设计主要技术指标 主轴电机M1： 3KW 380V 1420r/min 摇臂升降电致力机：1.5KW 380V 1400r/min 液压泵电动机： 0.75KW 380V 1390r/min 冷却泵电机： 0.75KW 380V 2825 r/min3、毕业设计基本要求（1）与指导教师见面，接受设计任务。（2）按进度要求完成毕业设计任务。（3）提交符合标准要求的毕业设计论文。（4）准时参加毕业设计答辩。4、应收集的文献资
3、料1何利民电工手册北京：中国建筑工业出版社，1993. 2 张万忠.可编程控制器应用技术M北京：化学工业出版社，2001.3 郑忠新编工厂电气设备手册北京：兵器工业出版社，1994.4 余雷声电气控制与PLC应用北京：机械工业出版社，1996.5 天津电气传动设计研究所编著电气传动自动化技术手册北京：机械工业出版社，1992.6 尹绍武实用电工技术问答呼和浩特：内蒙古人民出版社，1992.7 何焕山.工厂电气控制设备北京：高等教育出版社，1998.5进度计划 序号毕业设计阶段性工作及成果时间安排1了解课题，熟悉相关资料，仔细阅读有关书籍，到图书馆查阅有关资料。10、01、110、01、152到
4、现场全面熟悉有关课题的实际内容，并提出初步设计方案。10、1、1510、02、23完成设计方案的确定、初步计算、元件的选取工作，完成毕业论文。10、02、1510、044参加毕业答辩。10、05、10目录内容摘要、关键词一、总体方案的确定1二、Z3040摇臂钻床简介 12.1 电路工作过程 5主轴电动机M1的控制 5 摇臂升降的控制 5 以摇臂上升为例分析摇臂升降的控制6主轴箱、立柱松开与夹紧的控制72.2 液压控制系统 7 夹紧液压控制系统7 摇臂移动与主轴箱移动液压系统7三、PLC控制系统设计的具体内容 83.1 PLC设计控制系统的基本原则 83.2 PLC控制系统的I/O点数确定与PL
5、C机型选择 .83.3 I/O接线图 93.4 PLC I/O、地址分配表 103.5 流程图 103.6 状态转移 113.7 梯形图. 123.8 指令表 .193.9 所用材料及型号规格. 23四、结束语 23五、致谢 24参考文献 25Z3040摇臂钻床的继电器控制电路设计及PLC控制设计 内容摘要 本设计是研究机械加工中常用的Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题,旨在解决传统继电器接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。由于PLC电气控制系统与继电器接触器电气控制系统相比，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
6、，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本论文对Z3040摇臂钻床电气控制系统的改造，将把PLC控制技术应用到改造方案中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。论文分析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改造Z3040摇臂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、I/O硬件接线图的绘制、PLC梯形图程序的设计。对PLC控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，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。由于Z-3040型摇臂钻床的电气控制系统存在线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性低、灵活性差等缺点,
7、本文提出了用PLC对z-3040型摇臂钻床的继电器接触式模拟控制系统进行技术改造,从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性,更好地满足了实际生产的需要,提高了经济效益。关键词 Z3040摇臂钻床 电气控制系统 PLC 微处理器第一章 总体方案的确定目前，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。另外，一些复杂的控制如：时间、计数控制用继电器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
8、序控制器(PLC)是以微处理器为核心，将计算机技术、通信技术与自然控制技术融为一体的新型工业自动控制装置。它克服了继电器接触器控制电路存在触点多、组合复杂、通用性和灵活性差等缺点。它不仅具有各种逻辑控制功能，而且还具有各种运算、数据处理、联网通信等功能的控制，同时还具有抗干扰性强、环境适应性好和可靠性高等特点。因而广泛地应用于工业生产各领域中。因此有必要对旧式机床进行自动化改造。方案：在旧式Z3040摇臂钻床基础上，加入摇臂回转自动操作，主轴箱左右移动为自动操作，可提高生产效率。并加入工件加工计数功能、PC通信功能。第二章 Z3040摇臂钻床简介摇臂钻床适合与在大、中型零件上进行钻孔、扩口、绞
9、孔及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下还可以进行镗孔。Z3040摇臂钻床由底座、外立柱、内立柱，摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。内立柱固定在底座的一端，外立柱套在内立柱上，工作时用液压夹紧机构与内立柱夹紧，松开后，可绕立柱回转360度。摇臂的一端为套筒，它套在外立柱上，经液压夹紧机构可与外立柱夹紧。夹紧机构松开后，借助升降丝杆的正、反向旋转可沿外立柱上、下移动。由于升降丝杆与外立柱构成一体，而升降螺母则固定在摇臂上，所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。 主轴箱是一个复合部件，它由主传动电动机。主轴和主轴传动机构、进给和变速机构以及机床的操作机构部分组成。主轴箱安装与摇臂的水平导轨上，可以通
10、过手轮操作使主轴箱沿水平导轨移动，通过液压夹紧机构固在摇臂在。钻削加工时，主轴旋转为主运动，而主轴的直线移动为进给运动。即钻孔使钻头一面做旋转运动，同时做纵向进给运动，主轴变速和进给变速的机构在主轴箱内，用变速机构分别调节主轴转速和上下进给量。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M1机拖到。摇臂钻床的辅助运动有：摇臂沿外立柱的上升、下降、立柱的夹紧和松开以及摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。摇臂的上升、下降由一台交流电动机M2拖动，立柱的夹紧和松开、摇臂的夹紧与松开以及主轴箱的夹紧和松开是有另一台交流电动机M3拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需的压力油推动夹紧机构液压系统实现的。
11、而摇臂的回转和主轴箱沿摇臂水平导轨方向的左右移动。此外还有一台冷却泵电动机M4对加工的刀具进行冷却。Z3040摇臂钻床的电力拖动要求与控制特点：1.为简化机床传动装置的机构常采用多台电动机拖动。2.主轴的旋转运动、纵向进给运动及其变速机构均在主轴箱内，由一台主电动机拖动。3.为了适应多种加工方式的要求，主轴的旋转与进给运动均有较大的调速范围，由机械变速机构实现。4.加工螺纹时，要求主轴能正反转，采用机械方法来实现。因此，主电动机只需单向旋转，可直接启动，不需要制动。5.摇臂的升降由升降电动机拖动，要求电动机能正反转，多采用鼠笼异步电动机，可实现直接启动，不需要调速和制动。6.内外立柱、主轴箱与
12、摇臂的夹紧与松开，是通过控制电动机的正反转，带动液压泵送出不同流向的压力油，推动活塞、带动菱形块动作来实现。因此拖动液压泵的电动机要求正反转，采用点动控制。7.摇臂钻床主轴箱、立柱的夹紧与松开由一条油路控制，且同时控制。而摇臂的夹紧、松开是摇臂升降工作联成一体，由另一条油路控制。两条油路哪一条处于工作状态，是根据工作要求通过控制电磁阀操纵。由于主轴箱和立柱的夹紧、松开动作是点动操作，因此液压泵电动机采用点动控制。8.根据夹紧要求，操作者可以手控操作冷却泵电动机单向旋转。9.必要的联锁和保护环节。10.机床安全照明及信号指示灯电路。Z3040摇臂钻床主电路如图2.1所示，电路原理图如图2.2所示
13、。该钻床共配置5台电动机，M1为主轴电动机，由继电器KM1控制，带动主轴的旋转和使主轴作轴向进给运动，为单向旋转。主轴的正、反转则由主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过液压系统操作机构配合正反转摩擦离合器驱动主轴正转、反转来实现，并由热继电器做长期过载保护。M2为摇臂上升、下降电动机，由输出继电器KM2、KM3控制正、反向运行。M3为液压泵电动机，由KM4、KM5控制正、反向运行，控制电路保证在操作摇臂升降时，首先时液压泵电动机启动运转，供出压力油，经液压系统使摇臂松开，然后才使电动机M2启动，拖动摇臂上升或下降。当摇臂移动到位后，控制电路又使M2停下，再自动通过液压系统，将摇臂夹紧，然后液压泵电动机M3才停下。M4为冷却电动机，由转换开关SA1控制。在旧式电路图中加一个M5为主轴箱移动步进电动机。由KM6、KM7继电器控制其正反转，进而实现主轴箱移动。短路保护：在主电路中，利用熔断器FU1作总电路M1
