搖臂鉆床改造

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. . 目錄 1 前言 1 1.1本課題的研究意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外本課題的研究發(fā)展?fàn)顩r 1 2 Z3040 搖臂鉆床電氣系統(tǒng)的控制分析 2 2.1 Z3040型的工藝特性、控制要求 2 2.1.1 搖臂鉆床簡(jiǎn)介 2 2.1.2 Z3040型搖臂鉆床的工藝特性 3 2.1.3 控制的過(guò)程、要求分析 3 2.2.1 主電路分析 5 2.2.2 控制電路分析 5 3 PLC的特點(diǎn)介紹 6 3.1 PLC的基本組成 6 3.2 三菱PLC的指令系統(tǒng) 8 4 Z3040 搖臂鉆床的電氣控制PLC改造 9 4.1 Z3040 搖臂電路設(shè)計(jì)和鉆床說(shuō)明 9 4.2 Z3040程序設(shè)計(jì)與說(shuō)明 11 5.結(jié)語(yǔ) 15 參考文獻(xiàn) 15 Z3040搖臂鉆床電氣控制分析與plc改造 作者 劉星輝 指導(dǎo)教師 孟祥麗講師 （湛江師范學(xué)院信息學(xué)院，湛江 524048） 摘 要：本文論述了采用PLC取代傳統(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)從而提高機(jī)床工作性能的方法，分析了Z3040搖臂的控制原理，制定了改造該鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)。其中包括PLC機(jī)型的選擇、I/O端口的分配、PLC梯形圖程序的設(shè)計(jì)。本文對(duì)PLC控制搖臂鉆床的工作過(guò)程作了詳細(xì)闡述，給出了相應(yīng)的控制原理圖。 關(guān)鍵詞：可編程控制器；搖臂鉆床；電氣控制系統(tǒng) Z3040 radial drilling machine electric control analysis and PLCtransform Abstract：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, completed 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 corresponding control principle diagram. Key words: programmable controller; Radial drilling machine; Electrical control system . 1 前言 1.1本課題的研究意義 Z3040搖臂鉆床是孔加工機(jī)床。能夠進(jìn)行多種形式的機(jī)械加工，如鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲及修刮端面。主軸攻絲自動(dòng)反轉(zhuǎn)加上微動(dòng)進(jìn)給，最適合盲孔和定深孔。故此Z3040型搖臂鉆床在車(chē)間生產(chǎn)、機(jī)械制造、建筑加工等多行業(yè)最為常見(jiàn)。 目前，我國(guó)的Z3040鉆床所采用的是傳統(tǒng)的繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)。因?yàn)閾u臂鉆床的運(yùn)動(dòng)部件比較多，必須由多臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)，電路復(fù)雜，觸點(diǎn)多、導(dǎo)致故障率高、可靠性差，在工廠生產(chǎn)流程中當(dāng)中電氣故障經(jīng)常發(fā)生，影響生產(chǎn)。所以對(duì)傳統(tǒng)繼電器—接觸器的電氣控制系統(tǒng)改造是很要必要的?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC），利用PLC控制進(jìn)行改造，可以使電路線路簡(jiǎn)化，響應(yīng)加快精確度更加高，可靠性提高，方便維護(hù)、檢修機(jī)器，同時(shí)能有效地減少成本，符合經(jīng)濟(jì)效益。總的來(lái)說(shuō)，PLC電氣控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)突出，本次對(duì)Z3040型鉆床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造，可以大幅度提高Z3040鉆床的工系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性、工作性能，為我國(guó)生產(chǎn)加工現(xiàn)代化翻開(kāi)新的篇章。 1.2 國(guó)內(nèi)外本課題的研究發(fā)展?fàn)顩r 可編程控制器（PLC）是為運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)加工所研究出來(lái)的控制設(shè)備，是在20世紀(jì)60年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的，西門(mén)子在1995年成功地研發(fā)出S7200與S7300，它擁有以TD200、COROS OPS操作的模板，提供了方便的人機(jī)界面，程序三級(jí)口令保護(hù)，強(qiáng)大的運(yùn)算能力，豐富的指令集，通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFD3US和MPI接口加上與以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的能力，強(qiáng)大的內(nèi)部集成能力和強(qiáng)大的故障診斷的能力；模塊式結(jié)構(gòu)在適用在各處性能擴(kuò)展、直流電機(jī)以及脈沖輸出晶閘管步進(jìn)電機(jī)；高效的指令處理大幅度縮短了循環(huán)周期，加上通過(guò)高速計(jì)數(shù)器，高速中斷處理可以分別響應(yīng)事件，就可以大幅度的降低生產(chǎn)成本。因?yàn)殡姎饪刂葡到y(tǒng)的可靠性越來(lái)越受到人們的關(guān)注，一部分公司已把自診斷技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)、冗余技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)在的產(chǎn)品之中，使用了高可靠性的冗余系統(tǒng)以及采用熱備用或并行工作和多數(shù)表決工作模式。因?yàn)镻LC系統(tǒng)控制具有很多優(yōu)點(diǎn)，所以其在工業(yè)生產(chǎn)能得到迅速的推廣。即使國(guó)內(nèi)的PLC技術(shù)應(yīng)用前景有很大的發(fā)展，并且在一定程度上取得了不小的效益，但是和外國(guó)先進(jìn)國(guó)家相比，由于受到技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)的各種限制，大部分的企業(yè)工作車(chē)間的Z3040型搖臂鉆床還是在使用繼電器—接觸器這么一種傳統(tǒng)的控制方式，但是這種控制方式明顯存在著隱患和缺陷的，在生產(chǎn)中很容易出現(xiàn)故障。另外，線路復(fù)雜，因此要想找到故障也十分的困難的。不難看出，和國(guó)外大量運(yùn)用PLC技術(shù)代替繼電器—接觸器系統(tǒng)相比，我國(guó)早PLC生產(chǎn)控制上還存在很大差距。 我國(guó)的PLC技術(shù)在近年我國(guó)發(fā)展迅猛，我們和先進(jìn)國(guó)家的PLC發(fā)展水平在不斷縮小，不斷拉近。因此，在這各時(shí)候，我們應(yīng)該加大力度進(jìn)一步去推廣PLC控制，提高生產(chǎn)水平。這次對(duì)Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，是希望可以借鑒國(guó)外先進(jìn)工業(yè)形同控制的技術(shù)，把它應(yīng)用到工廠加工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)一步提高搖臂鉆床的工作性能。 2 Z3040 搖臂鉆床電氣系統(tǒng)的控制分析 2.1 Z3040型的工藝特性、控制要求 2.1.1 搖臂鉆床簡(jiǎn)介 搖臂、底座、外立柱、內(nèi)立柱、工作臺(tái)和主軸箱等這些部件組成了搖臂鉆床，內(nèi)立柱事固定在鉆床的底座一端，外立柱套在了它的外面，并且外立柱可以圍繞內(nèi)立柱進(jìn)行360的旋轉(zhuǎn)。在搖臂的一端是套筒，它被裝套在外立柱上，通過(guò)了絲桿的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以圍繞外立柱沿著上下方向移動(dòng)。但是同時(shí)因?yàn)橥饬⒅c絲桿連接成一個(gè)整體，加上搖臂上面固定有升降螺母，因此搖臂是不能夠繞外立柱進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的，不同的是外立柱與搖臂卻是能夠一起繞著內(nèi)立柱進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸箱作為鉆床中一復(fù)合部件，它是由主軸、主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)、主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)床的操作機(jī)構(gòu)和進(jìn)給與進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)等多個(gè)部分組合成的。 在搖臂上裝配著主軸箱，通過(guò)進(jìn)行手輪的操作，能夠令它在水平導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。在進(jìn)行工程加工的時(shí)候，它能利用特別的夾緊機(jī)構(gòu)，把外立柱固定在內(nèi)立柱上面， 搖臂是固定在外立柱上面的，主軸箱是固定在搖臂導(dǎo)軌上面的，隨接著可以進(jìn)行工藝鉆削加工。 2.1.2 Z3040型搖臂鉆床的工藝特性 Z3040 型搖臂鉆床是屬于立式鉆床的一種，它多用于批量、單件的生產(chǎn)加工中給帶有多孔的零件來(lái)進(jìn)行孔加工，它在機(jī)械加工車(chē)間內(nèi)最為常見(jiàn)，是加工孔工作不可或缺的重要部分。 鉆床動(dòng)作，搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)，即產(chǎn)生的切削的運(yùn)動(dòng)是它的主運(yùn)動(dòng)。主軸的縱向進(jìn)給，作為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。輔助運(yùn)動(dòng)方面，囊括了搖臂在外立柱上的垂直方向運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是搖臂的升降運(yùn)動(dòng),外立柱與搖臂共同繞著內(nèi)立柱的做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主軸箱沿著搖臂長(zhǎng)度方向上的運(yùn)動(dòng)。該搖臂于立柱上的升降上，Z3040型搖臂鉆床搖臂的夾緊與松開(kāi)的實(shí)現(xiàn)是根據(jù)液壓推動(dòng)松緊機(jī)構(gòu)來(lái)自動(dòng)完成的。 鉆床的傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)一般采用多個(gè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的方式。 一般設(shè)有主電動(dòng)機(jī)、 搖臂升降的電動(dòng)機(jī)，冷卻泵電動(dòng)機(jī)，以及液壓泵電動(dòng)機(jī)。 2.1.3 控制的過(guò)程、要求分析 （1）電力拖動(dòng)方面裝置 Z3040 型搖臂鉆床裝配了四臺(tái)三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。下面是關(guān)于裝配電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單介紹， M1 是主軸電動(dòng)機(jī) 、 M2 是搖臂升降電動(dòng)機(jī)、 M3 是液壓泵電動(dòng)機(jī)、 M4 作為冷卻液泵電動(dòng)機(jī)。在電路保護(hù)方面，保護(hù)總電源的開(kāi)關(guān)為低壓斷路器 QS ，通過(guò)FU1熔斷器能實(shí)現(xiàn)它在短路方面保護(hù)，同時(shí)套用了FU2熔斷器 對(duì) M2、 M3 進(jìn)行短路方面保護(hù)，過(guò)載保護(hù)將通過(guò)熱繼電器FR來(lái)實(shí)現(xiàn)。 主軸電動(dòng)機(jī) M1，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2 、和液壓泵電動(dòng)機(jī) M3都是通過(guò)接觸器控制的。 低壓斷路器 SA1則控制著冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4。 （2） 控制要求 1）對(duì)主軸電動(dòng)機(jī) M1上的控制。 M1 主軸電動(dòng)機(jī)是單一方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的。 2）對(duì)搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2上的控制。 搖臂鉆床在工作狀態(tài)的時(shí)候，它的力臂需要一直在夾緊的狀態(tài)下，用來(lái)保證加工工作時(shí)精度的要求和安全。 3）對(duì)液壓泵電動(dòng)機(jī) M3上的控制。 M3 液壓泵電動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行正反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而帶著動(dòng)液壓泵,令液壓系統(tǒng)的夾緊機(jī)構(gòu)完成了夾緊與放松的實(shí)現(xiàn)。 4）對(duì)主軸箱與立柱夾緊與放松上的控制。 主軸箱以及立柱的加緊與放松可以同時(shí)進(jìn)行。 5）對(duì)冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4上的控制。 單一方向旋轉(zhuǎn)上的實(shí)現(xiàn)。 2.2 Z3040型電路控制說(shuō)明 Z3040型鉆床電氣控制系統(tǒng)電路圖，如圖所示。下面研究分析它的工作過(guò)程。 . 2.2.1 主電路分析 1） 交流380V作為主電路的電源供給電壓，電源引入開(kāi)關(guān)為開(kāi)關(guān) QS。 2） 主軸電動(dòng)機(jī)M1，能夠?qū)崿F(xiàn)單方向得旋轉(zhuǎn)模式，由接觸器KM1對(duì)電動(dòng)機(jī)M1進(jìn)行控制，主軸在正、反方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)機(jī)床液壓系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)摩擦離合器來(lái)配合實(shí)現(xiàn)?？傠娫撮_(kāi)關(guān)處電磁脫扣裝置是用作短路保護(hù)電器，電動(dòng)機(jī)M1的過(guò)載保護(hù)由熱繼電器FR1控制實(shí)現(xiàn)。 3） M2作為控制搖臂升降電動(dòng)機(jī)，用正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的接觸器 KM2、KM3 來(lái)控制正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)。電路中，在保證操縱搖臂的升降時(shí)候，開(kāi)始時(shí)使液壓泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)壓力油供出，通過(guò)液壓系統(tǒng)松開(kāi)搖臂，接著起動(dòng)電動(dòng)機(jī) M1，拖動(dòng)著力臂上升或者下降。當(dāng)力臂到位后，保證電動(dòng)機(jī)M2先停止動(dòng)作，接著自動(dòng)通過(guò)液壓系統(tǒng)夾緊搖臂，最后，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3才會(huì)停止動(dòng)作。由于M2是短時(shí)工作的，所以不用設(shè)置長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。 4） M3作為液壓泵電動(dòng)機(jī)，是能夠?qū)崿F(xiàn)正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的。它的停止和運(yùn)行使通過(guò)接觸器 KM4和 KM5控制得。能夠?qū)崿F(xiàn)液壓泵電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)得是熱繼電器 FR2?？偟膩?lái)說(shuō)，這個(gè)電動(dòng)機(jī)有著重要的作用，能給夾緊裝置供給壓力油，實(shí)現(xiàn)搖臂與立柱的松開(kāi)與夾緊。 5） M4 作為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，它的功率很小，受開(kāi)關(guān)SA1控制。 2.2.2 控制電路分析 1）主軸電動(dòng)機(jī) M1的控制 合上電源開(kāi)關(guān) QS，同時(shí)按下起動(dòng)按鈕 SB2，接觸器 KM1線圈得電并進(jìn)行自鎖，主軸電動(dòng)機(jī) M1起動(dòng)，并且支路中的主軸電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈 HL3發(fā)亮，表示主軸電動(dòng)機(jī)是在正常工作。合上停止按鈕 SB1， KM1線圈就會(huì)得電，它的觸點(diǎn)斷開(kāi)，同時(shí)M1 停轉(zhuǎn)，指示燈 HL3熄滅。 2） 搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2的控制 搖臂上升按鈕 SB3、搖臂下降按鈕 SB4和正、反轉(zhuǎn)接觸器 KM2，KM3組成了擁有雙重互鎖的電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)的控制電路。搖臂移動(dòng)一定要先把搖臂松開(kāi)后，再進(jìn)行移動(dòng)，到位后搖臂能夠自動(dòng)地夾緊。所以，搖臂的移動(dòng)過(guò)程就是對(duì)液壓泵電動(dòng)機(jī) M3、搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2依照程序進(jìn)行控制的一個(gè)過(guò)程。搖臂的升降控制一定要與夾緊機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)配合緊密，由正、反轉(zhuǎn)接觸器 KM4，KM5 控制著雙向的液壓泵電動(dòng)機(jī) M3正、反轉(zhuǎn)，輸送壓力油，通過(guò)二位六通閥把它送至搖臂夾緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)夾緊和松開(kāi)。 3) 主軸箱和立柱的放松控制、夾緊控制 主軸箱與立柱放松、夾緊同時(shí)進(jìn)行，它的控制電路是正、反轉(zhuǎn)控制電路。運(yùn)用立柱和主軸箱的放松、夾緊，可以保證搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2的正、反轉(zhuǎn)接線無(wú)誤。 1. 立柱、主軸箱的松開(kāi)。閉合松開(kāi)按鈕 SB5，KM4線圈通電，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3會(huì)正轉(zhuǎn)，這時(shí)電磁閥 YV失電，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)了液壓泵，使液壓油可以進(jìn)入主機(jī)箱，立柱油腔松開(kāi)，推動(dòng)著活塞，令立柱、主軸箱松開(kāi)。這時(shí)，SQ4不再受壓，動(dòng)斷觸點(diǎn)SQ4 閉合，松開(kāi)指示燈 HL1亮。 2. 立柱、主軸箱的夾緊。到達(dá)目標(biāo)位置之后，合上夾緊按鈕 SB6， KM5線圈通電，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3反轉(zhuǎn)動(dòng)作，這時(shí)電磁閥YV失電，它拖動(dòng)液壓泵，液壓油進(jìn)立柱、主軸箱夾緊油腔，令主軸箱和立柱夾緊。同時(shí)，SQ4將會(huì)受壓，它的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)將閉合，夾緊指示燈 HL2亮著，表示能夠進(jìn)行鉆削工藝加工。 對(duì)輔助電路的分析 1)保護(hù)環(huán)節(jié)。低壓斷路器 QS可以對(duì)主電路短路保護(hù)，熱繼電器 FR1則對(duì)主軸電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)，熱繼電器 FR2對(duì)液壓泵電動(dòng)機(jī)M3過(guò)載保護(hù)。搖臂上升限位、下降限位分別由行程開(kāi)關(guān) SQ1、SQ5實(shí)現(xiàn)。 2）照明電路。照明電路靠開(kāi)關(guān)SA2控制照明燈 EL來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3）冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制。冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4的容量小，受開(kāi)關(guān)SA1控制。 3 PLC的特點(diǎn)介紹 3.1 PLC的基本組成 可編程控制器PLC的類型 PLC 可分整體PLC和模塊PLC.整體式PLC包括OMRON的C20P 、C40P 、CMP1A 、CMP2A ，MITSUBISHI 的F、 F1、 F2、 FX0、FX1N 、FX2N 和A 、Q系列， 日本松下的 FP。他的結(jié)構(gòu)示意圖，如下所示 電源 存儲(chǔ)器 輸入/輸出 系 統(tǒng) 總 線 編程器 中央 處理器 PLC結(jié)構(gòu)示意圖 整體 PLC是把寄存器、輸入/輸出（I/O）、 CPU、電源電路以及通信端口組合在一個(gè)機(jī)體內(nèi)；模塊PLC是把上述單元分別做成對(duì)應(yīng)模塊，在應(yīng)用時(shí)依據(jù)控制的要求安插在基架上，每個(gè)模塊之間經(jīng)過(guò)基架總線進(jìn)行相互聯(lián)系。同時(shí)，這類型 PLC系統(tǒng)的靈活性高，能夠組成不一樣的控制規(guī)模、功能的PLC，可是價(jià)格較高。他的基本結(jié)構(gòu)如下： 電源 機(jī) 架 CPU 通 訊 輸入 輸出 特殊 功能 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 編程器 PLC 、上位機(jī) 啊啊 或上位機(jī) PLC基本框架圖 三菱小型 PLC最突出的產(chǎn)品是 FX2 系列可編程控制器，它擁有著85條功能指令。有輸送比較、程序控制、數(shù)據(jù)操作、方便指令、高速處理、外部 I/O處理和功能塊控制類型。 三菱 PLC的新種類——FX 2N系列。它在可編程控制器 FX2功能指令的基礎(chǔ)上，新加入了浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、時(shí)鐘功能和觸電形比較指令，其數(shù)量能夠達(dá)到 128 種298條。 3.2 三菱PLC的指令系統(tǒng) 1、輸入繼電器 X 可以用輸入繼電器PLC來(lái)接收外部所輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)，和PLC輸入端子相連接。PLC經(jīng)過(guò)光電耦合器，把外部輸入信號(hào)讀入，在輸入映象的寄存器中存儲(chǔ)。輸入端能夠外接常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)，也能夠接由多個(gè)觸點(diǎn)構(gòu)成的串、并聯(lián)電路和電子傳感器即接近開(kāi)關(guān)。梯形圖中，能夠多次使用輸入繼電器常閉觸點(diǎn)、常開(kāi)觸點(diǎn)。 2、輸出繼電器Y 可以用輸出繼電器PLC來(lái)向外部負(fù)載發(fā)送信號(hào)。輸出繼電器把 PLC輸出信號(hào)輸送給輸出模塊，后由輸出模塊驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，有一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)和 PLC 輸出端子相連，具有一定負(fù)載能力。 3、輔助繼電器 M PLC輔助繼電器，它的作用和繼電器-接觸器控制中的中間繼電器差不多。可是 PLC輔助繼電器是軟件實(shí)現(xiàn)，只能依靠程序驅(qū)動(dòng)，各個(gè)輔助繼電器能夠有無(wú)限對(duì)常閉與常開(kāi)觸點(diǎn)供給編程使用?？墒怯|點(diǎn)不能夠直接地輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載。同時(shí)，輔助繼電器有通用型、電池后備型兩種。 4、移位寄存器 由上述的輔助繼電器構(gòu)成了移位寄存器。移位寄存器的輔助繼電器編號(hào)是這個(gè)移位寄存器編號(hào)。 5、特殊的輔助繼電器 專用的輔助繼電器也就是特殊的輔助繼電器，它共有156個(gè)點(diǎn)，可以表示PLC的一些狀態(tài)，并提供時(shí)鐘脈沖、標(biāo)志，以及設(shè)定PLC運(yùn)行的方式，或者在步進(jìn)順控、禁止中斷、設(shè)定計(jì)數(shù)器是加計(jì)數(shù)器還是減計(jì)數(shù)上的運(yùn)用。特殊輔助繼電器有觸點(diǎn)利用型、線圈驅(qū)動(dòng)型。 6、定時(shí)器 T PLC定時(shí)器扮演著繼電器控制系統(tǒng)中延時(shí)繼電器的角色。 7、計(jì)數(shù)器 C 它的計(jì)數(shù)值是編程器設(shè)定K值所決定。 8、狀態(tài)器 S 狀態(tài)器 S是編制步進(jìn)控制程序中的基本元件。 4 Z3040 搖臂鉆床的電氣控制PLC改造 4.1 Z3040 搖臂電路設(shè)計(jì)和鉆床說(shuō)明 依據(jù)繼電控制原理，Z3040搖臂鉆床由多電機(jī)拖動(dòng)。主軸電動(dòng)機(jī) M1，搖臂升降電動(dòng)機(jī) M2，液壓泵電動(dòng)機(jī) M3和冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4，分析它的電氣控制原理，Z3040搖臂鉆床輸入元件有 11個(gè)，按鈕 6個(gè)，限位開(kāi)關(guān)有 5個(gè)；輸出元件有 9個(gè)，接觸器線圈 5個(gè)，電磁閥 1個(gè)，信號(hào)燈 3個(gè)。 繼電器控制電路的熱繼電器，不用作為輸入的元件，將觸點(diǎn)串接到接觸器線圈回路中很方便，能夠節(jié)省輸出點(diǎn)。 PLC端口分配表 電氣元件 作用 邏輯元件 電氣元件 作用 邏輯元件 SB1 主軸電動(dòng)機(jī)M1停止 X1 SQ5 搖臂下降限位開(kāi)關(guān) X25 SB2 主軸電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng) X2 KM1 接觸器 Y1 SB3 搖臂上升 X3 KM2 接觸器 Y2 SB4 搖臂下降 X4 KM3 接觸器 Y3 SB5 主軸箱松開(kāi) X5 KM4 接觸器 Y4 SB6 主軸箱夾緊 X6 KM5 接觸器 Y5 SQ1 搖臂上升限位開(kāi)關(guān) X21 YV 電磁閥 Y6 SQ2 搖臂放松限位開(kāi)關(guān) X22 HL1 指示燈 Y21 SQ3 搖臂夾緊限位開(kāi)關(guān) X23 HL2 指示燈 Y22 SQ4 主軸箱立柱松緊限位開(kāi)關(guān) X24 HL3 指示燈 Y23 I/O接線圖設(shè)計(jì) 依據(jù)I/O分配，制作I/O端的子接線圖。子接線圖的輸入側(cè)用直流 24V，輸出側(cè)用交流 220V，這樣直接驅(qū)動(dòng)交流接觸器、電磁閥會(huì)更加方便。但是主令電器常閉觸頭都是用常開(kāi)觸點(diǎn)為輸入，令編程簡(jiǎn)單，熱繼電器常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在接觸器線圈回路用作過(guò)載保護(hù)，把接觸器常閉觸點(diǎn)串接進(jìn)線圈回路，進(jìn)行互鎖保護(hù)可以增加系統(tǒng)可靠性，PLC 輸入輸出都采用光電隔離，增強(qiáng)了抗干擾能力。 Z3040 搖臂鉆床PLC I/O端子接線圖 4.2 Z3040程序設(shè)計(jì)與說(shuō)明 依據(jù) Z3040控制要求以及繼電的器-接觸器控制邏輯，結(jié)合PLC端口分配，改造PLC控制程序。 Z3040 搖臂鉆床PLC梯形圖 Z3040 搖臂鉆床PLC梯形圖指令表 1. LD X2 26.ANI Y5 53.INV 2. OR Y1 27.OUT R2 54.OUT Y22 3. ANI X1 28.MPP 55.LD Y1 4. OUT YI 29.ANI R1 56.OUT Y23 5. LD X3 30.OUT TMX1 K 30 57.END 6. ANI X21 33.LD R1 7. LD X4 34.AND X22 8. ANI A25 35.MPS 9. ORB 36.ANI X4 10. OUT R1 37.ANI Y3 11. LD R1 38.OUT Y2 12. ANI X22 39.MPP 13. OR X5 40.ANI X3 14. ANI Y5 41.ANI Y2 15. OUT Y4 42.OUT Y3 16. LD R1 43.LD T1 17. LD Y6 44.OR Y5 18. ANI X23 45.ANI R1 19. ORB 46.LD X6 20. ANI X5 47.ANI R1 21. ANI X6 48.ORB 22. OUT Y6 49.ANI Y4 23. LD R1 50.OUT Y5 24. OR R2 51.LD X24 25. MPS 52.OUT Y21 搖臂鉆床 PLC 控制原理 (1)主軸電機(jī)起停 按下啟動(dòng)按鈕SB2（非自鎖）,輸入點(diǎn)X2合上,輸出點(diǎn)Y1得電后自鎖,接觸器KM1線圈得電,HL3指示燈亮，主軸電動(dòng)機(jī)M1得電工作。按下停止按鈕SB1（非自鎖）,輸入點(diǎn)X1合上,輸出點(diǎn)Y1斷電,對(duì)應(yīng)的接觸器KM1失電，線圈松開(kāi),主軸電動(dòng)機(jī)M1停止運(yùn)轉(zhuǎn),指示燈HL3滅。 （2）搖臂升降控制 松開(kāi)搖臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程：按下上升按鈕SB3(非自鎖),輸入點(diǎn)X3合上(或按下下降按鈕SB4(非自鎖),輸入點(diǎn)X4合上),輔助繼電器R1通電,其輔助常開(kāi)觸點(diǎn)接通,輸出點(diǎn)Y4和輸出點(diǎn)Y6接通，輔助繼電器R2接通,接觸器KM4通電，線圈合上,液壓泵電動(dòng)機(jī)M3正向運(yùn)行,發(fā)出正向壓力油,隨后電磁閥YV通電，線圈合上,搖臂松開(kāi)。 搖臂上升（下降）運(yùn)動(dòng)過(guò)程：搖臂上升(或下降)松開(kāi)動(dòng)作完成后碰壓行程開(kāi)關(guān)SQ2,其對(duì)應(yīng)輸入常閉觸點(diǎn)X22斷開(kāi),輸出點(diǎn)Y4斷開(kāi),接觸器KM4通電，線圈合上,液壓泵電動(dòng)機(jī)M3斷電停止工作,搖臂始終保持著松開(kāi)的狀態(tài);同時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)X22閉合,輸出點(diǎn)Y2(或Y3)接通,接觸器KM2(或KM3)通電，線圈合上,搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2正方向運(yùn)行(下降為反反向運(yùn)行),直接拖動(dòng)搖臂上升(或下降)。 夾緊搖臂的運(yùn)動(dòng)過(guò)程：搖臂上升(或下降)到所要到達(dá)位置時(shí),放開(kāi)按鈕SB3(或SB4),相應(yīng)輸入點(diǎn)斷開(kāi),輔助繼電器R1不得電,輸出點(diǎn)Y2(或Y3)失電,接觸器KM2(或KM3)通電，線圈合上,搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2失電工作停止,相應(yīng)的搖臂升降不再動(dòng)作;同時(shí)接通定時(shí)器T1，定時(shí)器在通電3秒的延時(shí)后動(dòng)作,定時(shí)器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,輸入點(diǎn)Y5合上,接觸器KM5通電，線圈合上。液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反方向運(yùn)行,發(fā)出反方向壓力油,使搖臂夾緊。夾緊動(dòng)作完成后壓下行程開(kāi)關(guān)SQ3,行程開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)X23松開(kāi),輸入點(diǎn)Y5、Y6失電，接觸器KM5和電磁閥YV因線圈釋放而使M3停轉(zhuǎn)。 （3）松開(kāi)與夾緊主軸箱和立柱的控制 合上主軸箱松開(kāi)按鈕SB5,輸入點(diǎn)X5接通,輸出點(diǎn)Y4合上，接觸器KM4得電，線圈吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3正向運(yùn)行，電磁閥YV沒(méi)有工作，松開(kāi)主軸箱和立柱。沒(méi)有壓到行程開(kāi)關(guān)SQ4，常閉觸點(diǎn)合上，指示燈HL1得電發(fā)亮，完成了整個(gè)主軸箱和立柱的松開(kāi)。 合上主軸箱夾緊按鈕SB6，輸入點(diǎn)X6合上，輸出點(diǎn)Y5接通，相應(yīng)的接觸器KM5得電，線圈吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反向運(yùn)行，電磁閥YV仍不通電,主軸箱和立柱夾緊。同時(shí)行程開(kāi)關(guān)SQ4受壓，相應(yīng)的常閉點(diǎn)斷開(kāi),指示燈HL1失電，常開(kāi)觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出點(diǎn)合上，指示燈HL2亮，完成了整個(gè)主軸箱和立柱的夾緊。 5.結(jié)語(yǔ) 在這里，我們?yōu)榱私鉀Q傳統(tǒng)繼電器—接觸器的電氣控制系統(tǒng)所帶來(lái)的線路復(fù)雜、可靠性低、穩(wěn)定性差、故障診斷困難的問(wèn)題，對(duì) Z3040鉆床進(jìn)行 PLC電氣控制系統(tǒng)改造。目的是為了簡(jiǎn)化電路線路，提高工作的可靠性、精確度，為設(shè)備在維護(hù)、檢修方面帶來(lái)便利，同時(shí)，成本合理，給生產(chǎn)廠家?guī)?lái)較大經(jīng)濟(jì)效益。 經(jīng)過(guò)對(duì)Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí),熟悉它的功能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)方式,再到各個(gè)設(shè)備原理,作用, PLC技術(shù)改造,改變了傳統(tǒng)的電氣控制,經(jīng)過(guò)分析電路的原理,對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì),編寫(xiě)程序,在最后，完成了項(xiàng)目和調(diào)試 PLC電路連接。這次的設(shè)計(jì)改造，不僅僅加深了對(duì)PLC的理解,鞏固了 PLC的知識(shí),并擁有了 PLC編程的基本能力,提高了分析和解決問(wèn)題的能力,取得了良好效果。 參考文獻(xiàn) [1] 何亞平，梁蘇芬，李開(kāi)陽(yáng)，董圣英.工廠電氣控制技術(shù)，北京，清華大學(xué)出版社，2012.3 [2] 張永平，孫艷秋，劉明偉.現(xiàn)代電氣控制與PLC應(yīng)用項(xiàng)目教程，北京，北京理工大學(xué)出版社，2014.4 [3] 孫文志，于冰，牟淑杰.電氣控制與可編程控制器技術(shù)，青島，中國(guó)海洋大出 版社，2015.4 [4] 吳奕林，宋慶爍.工廠電氣控制技術(shù)，北京，北京理工大學(xué)出版社，2012.8 [5] 方承遠(yuǎn)主編. 工廠電氣控制技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [6] 余雷聲等編. 電氣控制與PLC應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998 [7] 齊占慶主編. 機(jī)床電氣自動(dòng)控制. 第3版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [8] 張桂香主編. 電氣控制與PLC應(yīng)用. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.7 [9] 鄧則名、鄺穗芳. 電器與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 [10] 劉會(huì)萍、王昉. 利用PLC 和變頻器改造專用機(jī)床. 機(jī)床電器. 2000.6 .