1、專業綜合設計與實踐任務書學院： 專業：電氣工程及其自動化 班級： 學生姓名指導老師職稱副教授課題名稱 z3050型搖臂鉆床的plc改造設計指標及要求達到設計課題的控制要求，上機調試plc控制程序，打印plc程序，計算機軟件繪圖。課題工作內容1、查閱資料，獲得z3050型搖臂鉆床的總電氣圖。2、熟悉z3050型搖臂鉆床的工作原理和流程。3、確定改造方案，包括plc的選擇，元器件的選擇等。4、根據控制要求進行plc接線設計，確定plc輸入輸出分配表，編寫plc梯形圖。5、將設計好的梯形圖進行軟件邏輯仿真，并撰寫報告。進程安排第1-2天：下達任務，收集資料，確定課題，寫好任務書。第3-4天：上交任務

2、書，確定課題可行性以及改造方案。第5-8天：進行改造設計。第9-10天：進行仿真調試，撰寫報告，進行答辯并上交報告。主要參考文獻1) 廖常初.fx系列plc編程及應用m.機械工業出版社 20052) 電力拖動控制線路與技能訓練m.中國勞動社會保障出版社3) 王炳實 王蘭軍.機床電氣控制m.機械工業出版社4) 黃紹平.成套電器技術m.機械工業出版社地點起止日期2014.3.42014.3.15目錄1.改造的目及原因22.搖臂鉆床工作原理33.電氣控制線路分析43.1主電路分析43.2控制電路分析53.2.1主軸電機m1的控制53.2.3搖臂升降控制53.2.3立柱和主軸箱的夾緊與放松控制63.2

3、.4冷卻泵電機m4的控制73.2.5照明、指示電路分析74.z3050控制系統plc改造設計74.1系統主要組成部分74.2plc的選型95.輸入輸出設計96.梯形圖設計107.調試118.總結12參考文獻13附錄14主電路14plc外部接線圖15原理圖16梯形圖171.改造的目及原因 傳統機床控制系統基本上采用交流繼電器接觸器控制方式，可靠性較差。存在觸點壽命低、故障率高、線路維護困難等缺點。可編程控制器（plc）是以微處理器為基礎，綜合計算機技術、自動控制技術和通信技術發展起來的一種工業自動控制裝置，應用靈活、可靠性高、維護方便。應用plc對傳統機床控制系統進行改造可取得良好效果將把 pl

4、c 控制技術應用到改造 z3050 搖臂鉆床電氣控制系統中去，從而大大提高搖臂鉆床的工作性能。論文對搖臂鉆床主電路進行了分析，對控制線路進行了詳細的闡述，完成了電氣制系統硬件和軟件的設計，其中包括 plc機型的選擇、輸入輸出信號及地址的分配、i/o 端口的分配、plc 梯形圖程序的設計。2.搖臂鉆床工作原理（1）z3050型搖臂鉆床采用4臺電動機拖動，他們分別是主軸電動機（m1），搖臂升降電動（m2），液壓泵電動機（m3）和冷卻泵電動機（m4），這些電動機都采用直接啟動方式。（2）為了適應多種形式的加工要求，搖臂鉆床主軸的旋轉及進給運動有較大的調速范圍，一般情況下多由機械變速機構實現。（3）搖

5、臂鉆床的主運動和進給運動均為主軸的運動，為此這兩項運動有一臺主軸電動機拖動，分別經主軸傳動機構，進給傳動機構實現主軸的旋轉和進給。（4）在加工螺紋時，要求主軸能正反轉。搖臂鉆床主軸正反轉一般采用機械方法實現。因此主軸電動機僅需要單向旋轉。（5）搖臂升降電動機要求能正反向旋轉，這樣就可以實現搖臂的升降。（6）內外主軸的夾緊與放松、主軸與搖臂的夾緊與放松可用機械操作、電氣機械裝置，電氣液壓或電氣液壓機械等控制方法實現。若采用液壓裝置，則備有液壓泵電機，拖動液壓泵提供壓力油來實現，液壓泵電機要求能正反向旋轉，并根據要求采用點動控制。（7）搖臂的移動嚴格按照搖臂松開移動搖臂夾緊的程序進行。因此搖臂的夾

6、緊與搖臂升降按自動控制進行。（8）冷卻泵電動機帶動冷卻泵提供冷卻液，只要求單向旋轉，另外由于整個過程都需要冷卻液，所以采用斷路器直接啟動方式。（9）具有連鎖與保護環節以及安全照明、信號指示電路。3.電氣控制線路分析3.1主電路分析z3050型搖臂鉆床共有四臺電機，除冷卻泵電機采用斷路器直接啟動外，其余三臺異步電機均采用直接啟動。 m1 是主軸電動機，由交流接觸器km1控制，只要求單方向旋轉，主軸的正反轉由機械手柄操作。m1裝于主軸箱頂部，拖動主軸及進給傳動系統運轉。fr1作為電動機m1的過載及斷相保護，短路保護由斷路器qf1中的電磁脫扣裝置來完成。m2 是搖臂升降電動機，裝于立柱頂部，用接觸器

7、km2和km3控制其正反轉。由于電機m2是間斷性工作，所以不設過載保護。m3 是液壓泵電機，用接觸器km4和km5控制其正反轉。由熱繼電器fr2作為過載及斷相保護。該電機的主要作用是拖動油泵供給液壓裝置壓力油，以實現搖臂、立柱以及主軸箱的松開和夾緊。搖臂升降電機m2和液壓油泵電機m3共用斷路器qf3中的電磁脫扣器作為短路保護。m4 是冷卻泵電機，有斷路器qf2直接控制并以實現短路、過載及斷相保護。主電路電源電壓為交流380v，由斷路器qf1作為電源引入開關。3.2控制電路分析控制電路電源由控制變壓器tc降壓后供給110v電壓，熔斷器fu1作為短路保護。開車前的準備工作。為了保證操作安全，本鉆床

8、設有“開門斷電”功能。所以開車前應將立柱下部及搖臂后部的電氣箱門蓋關好，方能接通電源。合上qf3及總電源開關qf1，則電源顯示燈hl1亮，表示鉆床的電氣線路已進入帶點狀態。3.2.1主軸電機m1的控制按下啟動按鈕sb3，接觸器km1吸合并自鎖，使主軸電機m1啟動運行，同時指示燈hl2亮。按下停止按鈕sb2，接觸器km1釋放，使主軸電機m1停止轉動，同時hl2熄滅。3.2.3搖臂升降控制按下上升按鈕sb4(或下降按鈕sb5)，則時間繼電器kt1線圈通電吸合，其瞬時閉合的觸頭閉合，km4接觸器線圈通電，液壓泵電機啟動，正向旋轉，供給壓力油。壓力油經分配閥體進入搖臂的“松開油腔”，拖動活塞移動，活塞

9、推動菱形塊，降搖臂松開，同時活塞桿通過彈簧片壓下位置開關sq2，使其常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合。前者切斷了接觸器km4的線圈電路，km4主觸頭斷開，液壓泵電機m3停止工作。后者使交流接觸器km2（或km3）的線圈通電，km2(或km3)的主觸頭接通的電源，搖臂升降電機啟動旋轉，電動搖臂上升（或下降）。如果此時搖臂尚未松開，則位置開關sq2的常觸頭則不能閉合，接觸器km2(或km3)的線圈無電，搖臂就不能上升(或下降)。當搖臂上升或下降所到需位置時，松開按鈕sb4(或sb5)，則接觸器km2(或km3)和時間繼電kt1器同時釋放，停止工作，隨之搖臂停止上升(或下降)。由于時間繼電器kt1斷電釋放

10、，經1-3秒時間延時后，其延時閉合的常閉觸頭閉合，使接觸器km5吸合液壓泵電機反向旋轉，隨之泵內壓力油經分配閥進入搖臂的“夾緊油腔”使搖臂夾緊。在搖臂夾緊后，活塞桿推動彈簧片壓下的位置開關sq3，其常閉觸頭斷開，km5斷電釋放，m3最終停止工作，完成了搖臂的松開-上升（或下降）-夾緊的整套動作。3.2.3立柱和主軸箱的夾緊與放松控制立柱和主軸箱的夾緊（或放松）既可以同時進行也可以單獨進行，由轉換開關sa1和復合按鈕sb6（或sb7）進行控制。sa1三個位置，搬到中間位置時，立柱和主軸箱夾緊(或放松)同時進行；扳到左邊位置時，立柱夾緊（或放松）；扳到右邊時，主軸箱夾緊（或放松）。復合按鈕sb6是

11、松開控制按鈕，sb7是夾緊控制按鈕。3.2.4冷卻泵電機m4的控制扳動斷路器qf2就可以接通或切斷電源，操縱冷卻泵電機m4的工作或停止。3.2.5照明、指示電路分析照明、指示電路的電源也由控制變壓器tc降壓后提供24v、6v的電壓，由熔斷器fu3、fu2做短路保護，el時照明燈，hl1時電源指示燈，hl2是主軸指示燈。4.z3050控制系統plc改造設計 4.1系統主要組成部分三菱fx2n 接觸器五個km1交流接觸器cj0-20b線圈電壓110vkm2-km5交流接觸器cj0-10b線圈電壓110v空氣開關三個qf1低壓斷路器dz5-20/330fsh10aqf2低壓斷路器dz5-20/330

12、h0.3-0.45aqf3低壓斷路器dz5-20/330h6.5a熱繼電器二個fr1熱繼電器jr0-20/3d6.8-11afr2熱繼電器jr0-20/3d1.5-2.4a電機四臺m1主軸電機y112m-44kw、1400r/minm2搖臂升降電機y90l-41.5kw、1400r/minm3液壓油泵電機y802-40.75kw、1390 r/min m4冷卻泵電機aob-2590w、2800 r/min在用plc控制系統時，為節省i/o點，主軸電機的過載保護熱繼電器fr1及液壓泵電機的過載保護熱繼電器fr2的動斷觸點串接入plc,共用一個輸入點。冷卻泵電機由組合開關直接啟動，不接入plc。個

13、指示燈與相應的接觸器并聯輸出或直接由相應開關控制，不單獨占用i/o點。控制要求分析主電機啟動停止能實現主電機長動和停止功能搖臂上升下降當搖臂上升的時候須先松開搖臂，松開要不到位后方能上升，且有超行程保護。下降同理。能對立柱和主軸箱實現單獨或同時控制其松開夾緊。4.2plc的選型在plc系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是plc工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。plc及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業控制系統形成一個整體，成熟可靠的系統，plc的系統硬件、軟件配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮

14、短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定plc的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的plc和設計相應的控制系統。 5.輸入輸出設計輸入信號序號符號名稱用途地址符號1sb1總啟動按鈕x02sb2總停止按鈕x13sb3主電動機起動按鈕x24sb4主電動機停止按鈕x35sb5搖臂上升起動按鈕x46sb6搖臂下降起動按鈕x57sb7主軸箱、立柱、搖臂松開按鈕x68sb8主軸箱、立柱、搖臂夾緊按鈕x79sq1上升上行限位開關x2010sq5下降下行限位開關x21

15、11sq2液壓松開信號開關x1012sq3液壓夾緊信號開關x1113sq4液壓夾緊、松開指示燈開關x1214ya1主軸夾緊、松開行程開關x1315ya2立柱夾緊、松開行程開關x1416sa照明電源開關x1517kr1m1電動機過載保護用熱繼電器x1618kr2m3電動機過載保護用熱繼電器x17 輸出信號序號符號名稱用途地址符號1km1主軸旋轉接觸器y02km2搖臂上升接觸器y13km3搖臂下降接觸器y24km4主軸箱、立柱、搖臂放松接觸器y35km5主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器y46ya1主軸夾緊、松開用電磁鐵y57ya2立柱夾緊、松開用電磁鐵y68el照明指示信號燈y79hl1主軸指示信號燈

16、y1010hl2放松指示信號燈y1111hl3夾緊指示信號燈y126.梯形圖設計對整個電路的控制可以分為兩個部分：外部電路控制和plc電路控制。外部電路只分為總的電路通斷控制，另外就是冷卻泵電機的控制，分別有qs1和qs2控制。plc控制電路分別是對主軸電機、上升和下降電機以及松開和夾緊電機的控制，使其能夠完成系統需完成的功能。梯形圖功能模塊設計流程圖如圖所示：7.調試本設計是對z3050型搖臂鉆床的plc改造，因此設計完成后需要將plc接在電路中取代以前的控制電路。調試過程中按原來的控制思路對plc輸入進行控制，看輸出是否可以達到系統所需達到的要求調試時的注意事項：(1)注意輸入、輸出信號線

17、一定不要按錯或接反，以免增加調試工作量。(2)認真檢查輸入程序。根據執行出現的錯誤邏輯現象，判斷出錯程序段，逐步縮小范圍，最后糾正錯誤、完成調試。(3)位置發生錯誤時，關掉可編程序控制器電源，將轉盤位移到最下方，并將碼盤置位，然后重新通電，將程序中位置計數器復位。8.總結本次設計的內容主要是利用plc（programmable logic controller）對z3050搖臂鉆床的控制部分進行改造。我先對本次的設計進行了總體的思考和分析，使自己對z3050搖臂鉆床的基本結構、運動情況、加工工藝要求等有一定的了解。z3050搖臂鉆床主要有底座、內立柱、外立柱、搖臂、主軸箱、工作臺等組成。對z3050搖臂鉆床電氣控制部分進行分析得出它需要完成開門斷電功能、主軸電動機的正反轉控制功能、刀架的快速移動功能、冷卻泵電動機的控制。然后根據電氣控制電路的線路圖，編譯plc的梯形圖，編譯通過后，利用plc實驗臺進行實驗仿真。由于plc極高的可靠性，極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內置集成功能，實時特性。因此使z3