1、PLC 在改造 Z37 摇臂钻床中的应用1.Z37 型钻床主电路:Z37 摇臂钻床共有四台三相异步电动机，其中主轴电动机M2 由接触器 KMl 控制，热继电器 KH 作过载保护，主轴的正、反向控制是由双向片式摩擦离合器来实现的。摇臂升降电动机 M3 由接触器 KM2、KM3 控制，FU2 作短路保护。立柱松紧电动机 M4 由接触器 KM4 和 KM5 控制，FU3 作短路保护。冷却泵电动机 M1 是由组合开关 QS2 控制的，FUl作短路保护。摇臂上的电气设备电源，是通过转换开关QSl 及汇流环 YG 引入。2. 控制、照明电路分析合上电源开关 QSl，控制电路的电源由控制变压器 TC 提供
2、110v 电压。Z37 摇臂钻床控制电路采用十字开关 SA 操作，它有集中控制和操作方便等优点。合上 QS3 照明灯得电.3. 基于 PLC 的 Z37 摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计3.1 PLC 的选择Z37 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。根据物理结构的不同，PLC 分为整体式、模块式
3、和叠装式。整体式的每一 I/O 点的平均价格比模块式便宜，小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器。此次所设计的电气控制系统属于小型开关量电气控制系统没有特殊的控制任务，整体式 PLC 完全可以满足控制要求，且在性能相同的情况下，整体式 PLC较模块式和叠装式 PLC 价格便宜，因此，Z37 摇臂钻床电气控制系统的 PLC 选用整体式结构的 PLC。考虑到任何一种 PLC 都可以满足开关量电气控制系统的要求，据此本课题将尽量采用价格便宜的PLC。 摇臂钻床的电气控制系统需要 17 个输入口 11 个输出口，PLC 的实际输入点数应等于或大于所需输入点数 17，PLC 的实际输出点数应等于或大
4、于所需输出点数 11，在条件许可的情况下尽可能留有 10%-20%的裕量。PLC 存储器容量的估算方法：对于仅有开关量输入/输出信号的电气控制系统，将所需的输入/输出点数乘以 8，就是所需 PLC 存储器的存储容量（单位为 bit）即（17+11）8=224bit本基于 PLC 的摇臂钻床电气控制系统的 PLC 输入模块应选直流输入模块，输入电压应 DC24V 电压。为了使 Z37 摇臂钻床在改造后能够良好工作，确认日本松下公司生产的 FP0-C14RS 型和扩展单元FP0-E16RS 型和 FP0-E8RS 型 PLC 能够满足上述要求，该类型号 PLC 体积小，功能强，增加了一些大型机的功
5、能和指令，如 PID 和 PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）指令，对于控制器体积要求较高的应用系统是一种很好的选择。该型 PLC 具有 Z37 摇臂钻床电气控制系统所需的所有指令功能，其总输入点数为 20 点，总输出点数为 18 点，用户存储器容量 5K，输入模块电压为 DC，输出模块为继电器型。由此可知，FP0-C32 和 FP0-SL1 型 PLC 的技术性能指标完全能满足要求。3.2 PLC 的 I/O 端口分配表 根据所选 PLC 的型号进行 I/O 点的端口分配，如下所示：输入信号端口分配表 输出信号端口分配表地址号 符号名称 用途地址号 符号名称 用途
6、X0 SB1 总起动按钮 Y0 KM1 主轴旋转接触器X1 SB2 主电动机起动按 钮 Y1 KM2 摇臂上升接触器X2 SB3 摇臂上升起动按 钮 Y2 KM3 摇臂下降 接触 器X3 SB4 摇臂下降起动按 钮 Y3 KM4 主轴箱、立柱、摇臂放松接触器X4 SB5 主轴箱、立柱、摇臂松开按钮 Y4 KM5 主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器X5 SB6 主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮 Y5 YA1 主轴箱夹紧、放 松用电磁铁X6 SB7 总停止按钮 Y6 YA2 立柱夹紧、放松 用电磁铁X7 SB8 主电动机停止按 钮 Y7 HL1 电源工作状态指 示信号灯X8 KR1 M1 电动机过载保护用热继
7、电器 Y8 HL2 立柱松开指示信 号灯X9 KR2 M3 电动机过载保护用热继电器 Y9 HL3 立柱夹紧指示信 号灯X10 ST11 摇臂上升用行程 开关 Y10 HL4 主电动机旋转指 示信号灯X11 ST12 摇臂下降用行程 开关X12 ST2 摇臂夹紧、放松 用行程开关X13 ST3 摇臂夹紧用行程 开关X14 ST4 立柱夹紧、放松指示用行程开关X15 SA2 - 1 主轴箱夹紧、放松用组合开关X16 SA2 - 2 立柱夹紧、放松 用组合开关3.3 PLC 的 I/O 电气接线图的设计下图为 PLC 的 I/O 电气接线图，图中X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8
8、、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16 共用一个 COM 端，输入开关的其中一端应并接在直流 24V 电源上，另一端应分别接入相应的 PLC 输入端子上。接线时注意 PLC输入/输出 COM 端子的极性。接触器的线圈工作电压若为交流 110V，则接触器线圈连接的Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6 可以共用一个 COM2 端。信号灯电源电压为 6.3V，因此 Y7、Y8、Y9、Y10、可以共用一个 COM1 端。如果输出控制设备存在直流回路，则交流回路直流回路不可共用一个 COM 端，而应分开使用，本电路的输出端全为交流回路，因此在电源电压相同的接口可共用一个 CO
9、M 端。PLC 的 I/O 电气接线图4 Z37 摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计4.1 PLC 梯形图程序的优化设计及程序调试为了使 Z37 摇臂钻床在进行电气控制系统改造后仍能够完成原有的工作需要，本基于 PLC 的摇臂钻床电气控制系统的 PLC 程序应由电气控制系统预开程序、主电动机的起动和停止控制程序、摇臂升降控制程序即升降电动机的正反转控制程序、立柱和主轴箱的松开与夹紧控制程序即液压泵电动机的正反转程序、信号的显示程序、照明控制程序等部分组成。因选用 FP0 型号的 PLC，所以编程时采用 Windows 环境下运行的 FPWINGR 的编程软件来编程设计, 采用 TVT90A2
10、可编程控制器训练装置来进行模拟调试。如下列图形所示：4.1.1 系统预开程序X6为总停输入继电器，X 0为系统预开输入继电器。当 X0闭合后 PLC 的内部继电器 R0接通并自锁，为电气控制系统进行工作做好准备。图 4.1 系统预开梯形图程序4.1.2 主电动机的起动控制程序X1为主电动机起动输入继电器，R 0闭合后，接通 X1，此时输出继电器 Y0接通并自锁，从而使电机起动。图 4.2 主电动机的起动梯形图程序4.1.3 摇臂升降控制程序R0闭合后，当输入继电器 X2接通时，内部继电器 R1也接通，同时 Y3得电，使得液压泵电动机起动，摇臂放松，当摇臂彻底放松后，X 11的常开触点闭合，常闭
11、触点断开，Y 3断电，Y 1得电，摇臂开始上升，当上升到极限位置时，X 10的常闭触点断开，Y 1失电。摇臂完成松开，然后上升的过程。如果想要完成摇臂下降的过程，需接通 X3，在摇臂放松后，使 Y4得电，使摇臂下降，当下降到极限位置时，X 10的常闭触点断开，Y 2失电。摇臂完成松开，然后下降的过程。图 4.3 摇臂升降梯形图程序4.1.4 主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序R0闭合后，当输入 X4或 X5接通时，内部继电器 R2、R 3和定时器 T3同时接通,3 秒后，Y 3自动接通，主轴箱和立柱同时放松，当再次使输入 X4或 X5接通时，Y 6接通，主轴箱和立柱同时夹紧。图 4.4 主轴箱
12、和立柱同时放松或夹紧梯形图程序4.1.5 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序除了可以使立柱和主轴箱同时夹紧、放松外，还可以使它们分别夹紧或放松，通过手动接通 X15和 X16即可完成上述操作，当需要使主轴箱单独夹紧或放松时，用手扳动开关 X16使其断开即可，同样，用手扳动输入开关 X15，即可达到单独夹紧或放松立柱的目的。图 4.5 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松梯形图程序4.1.6 信号显示程序R0接通，当主电动机起动后，Y 0接通，Y 10得电，主电动机起动信号灯亮。立柱夹紧后 X14接通，Y 9得电，立柱夹紧信号灯亮。当 Y3得电后，立柱开始松开，当立柱松开后，X 14的常开触点闭合，常
13、闭触点断开，Y 8得电，立柱松开信号灯亮。图 4.6 信号显示梯形图程序4.1.7 电源工作状态指示信号程序R0接通，输出继电器 Y7得电，此时电源工作状态指示信号灯亮，表明机床开始处于工作状态。图 4.7 电源工作状态指示信号梯形图程序5 结论本课题所研究的基于 PLC 的摇臂钻床电气控制系统的设计实现了 Z37 摇臂钻床的控制自动化，方便了工人在生产中对机床的实际操作。通过研究，可得出以下结论：5.1 研究成果可编程控制器是一种广泛应用于工业现场的新型控制器，具有结构简单，抗干扰性强，编程方便等特点，本课题采用 PLC 自动控制技术取代了传统继电器接触器电气控制系统，实现了对 Z37 摇臂钻床的自动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳定性和可靠性，而且，还大大降低了工人的劳动强度，改善了产品的加工质量，降低了设备故障率，提高了生产率。另外，通过这次毕业设计使我对 PLC 和电控方面的知识又有了更加深刻的理解和掌握，为今后走向工作岗位从事相关工作奠定了很好的基础。5.2 不足之处由于时间精力有限，还有许多功能有待扩展、完善。主要是没有对所控制电动机的调速问题进行研究，包括主电动机、升降电动机、液压泵电动机的调速只能通过机械调速或多速电机来进行，属于有级调速，其加工范围将受到某些限制，系统仅限于逻辑开关量的控制，对于 PLC 的许多高级指令没有应用到。
