沈陽(yáng)理工大學(xué)第二十七組任務(wù)z3040搖臂鉆床的plc改造

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　鉆床是一種孔加工設(shè)備，可以用來(lái)鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。按用途和結(jié)構(gòu)分類，鉆床可以分為立式鉆床、臺(tái)式鉆床、多孔鉆床、搖臂鉆床及其他專用鉆床等。在各類鉆床中，搖臂鉆床操作方便、靈活，適用范圍廣，具有典型性，特別適用于單件或批量生產(chǎn)帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常見(jiàn)的機(jī)床。搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)

2、立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺(tái)等部分組成。</p><p>　　可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱PLC,是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì) [2]，它采用了可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)算等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生

3、產(chǎn)過(guò)程。與傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制方式相比，PLC控制具有可靠性高、靈活組態(tài)、功能強(qiáng)大、編程方便、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。因而在機(jī)械、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域的到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一。</p><p>　　西門子公司的SIMATIC S7-200系列屬于小型的PLC,既可以用于代替電器的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化場(chǎng)合控制系統(tǒng)。由于它有極強(qiáng)的通信功能，所以在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，

4、也能發(fā)揮作用。</p><p>　　S7-200的可靠性高，可以用于梯形圖、語(yǔ)句表（即指令表）和功能塊圖三種語(yǔ)言來(lái)編程。它的指令豐富，指令功能性強(qiáng)，易于掌握，操作方便，內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器、高速輸出、PID控制器、RS-485通信/編程接口、PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由端口模式通信功能，最大可以拓展到248點(diǎn)數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O，最多有30多KB的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。</p><

5、p>　　STEP7-Micro/Win V4.0 是S7-200 PLC系列產(chǎn)品的一款編程軟件。STEP7-Micro/Win V4.0的兼容性強(qiáng)，支持當(dāng)前所有的S7-200 CPU22X系列產(chǎn)品。PLC的編程和微型機(jī)的編程一樣，用戶需要一個(gè)編程軟件環(huán)境、程序結(jié)構(gòu)和編程方法。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1. Z3040概述……

6、………………………………………………1</p><p>　　1.1 Z3040搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu)…………………………………………………………1</p><p>　　1.2 Z3040搖臂鉆床的主要運(yùn)動(dòng)形式…………………………………………………1</p><p>　　1.3改造的原因……………………………………………………………………………………2</p>

7、<p>　　2. 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求………………………………3</p><p>　　2.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)……………………………………………………………………………3</p><p>　　2.2 課程設(shè)計(jì)的要求……………………………………………………………………………3</p><p>　　3．總體設(shè)計(jì)……………………………………………………5<

8、;/p><p>　　3.1 PLC選型…………………………………………………………………………………………5</p><p>　　3.2 PLC外部接線圖……………………………………………………………………………6</p><p>　　3.3改造后的電氣原理圖……………………………………………………………………7</p><p>　　4．PLC程

9、序設(shè)計(jì)………………………………………………8</p><p>　　4.1 設(shè)計(jì)思想………………………………………………………………………………………8</p><p>　　4.2 梯形圖…………………………………………………………………………………………8</p><p>　　5．程序調(diào)試說(shuō)明……………………………………………10</p><p&

10、gt;　　6．結(jié)束語(yǔ)………………………………………………………11</p><p>　　7. 參考文獻(xiàn)……………………………………………………12</p><p>　　1. Z3040概述</p><p>　　1.1 Z3040搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu) </p><p>　　Z3040搖臂鉆床是一種用途廣泛的萬(wàn)能機(jī)床，適合用于加

11、工中小零件，可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、刮平面及改螺紋等多種形式的加工。主要有底座、內(nèi)外立柱、搖臂、主軸箱、主軸及工作臺(tái)等部分組成。它的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。</p><p>　　圖1.1 Z3040搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1.2 Z3040搖臂鉆床的主要運(yùn)動(dòng)形式</p><p>　?。?）主軸帶刀具的旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng) </

12、p><p>　　主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有一臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由機(jī)械及液壓裝置控制。 </p><p>　?。?）各運(yùn)動(dòng)部分的移位運(yùn)動(dòng) </p><p>　　主軸在三維空間的移位運(yùn)動(dòng)有主軸箱沿?fù)u臂方向的水平移動(dòng)；搖臂沿外立柱的升降運(yùn)動(dòng)；外立柱帶動(dòng)搖臂沿內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 </p><p>　?。?）

13、移位運(yùn)動(dòng)部件的夾緊與放松 </p><p>　　搖臂鉆床的三種對(duì)刀移位裝置對(duì)應(yīng)三套夾緊與放松裝置。對(duì)刀移動(dòng)時(shí)需要將裝置放松，加工過(guò)程中需要將裝置夾緊。三套夾緊裝置分別為搖臂夾緊，主軸箱夾緊，立柱夾緊。</p><p>　　結(jié)合本次課程設(shè)計(jì)內(nèi)容實(shí)際，這次PLC改造所涉及的運(yùn)動(dòng)只包括如下部分：</p><p>　　1）主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（由主電機(jī)M1控制）<

14、/p><p>　　2）搖臂沿外立柱的升降運(yùn)動(dòng)（由電機(jī)M2控制）</p><p>　　3）搖臂松開(kāi)與夾緊，主軸箱和立柱松開(kāi)與夾緊（由電機(jī)M3控制）</p><p>　　4）冷卻泵的控制（由電機(jī)M4控制）</p><p><b>　　1.3改造的原因</b></p><p>　　絕大多數(shù)控制繼電器都是長(zhǎng)期

15、磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易磨損，產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。而且繼電器的觸點(diǎn)切斷時(shí)容易產(chǎn)生電弧損壞設(shè)備，產(chǎn)生誤操作。對(duì)一個(gè)使用的裝有上百個(gè)繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重，而且接線復(fù)雜，故障點(diǎn)就多，不易調(diào)整、改裝。接線完成后就只能實(shí)現(xiàn)一種特定的功能，控制繼電器動(dòng)作相對(duì)來(lái)說(shuō)也太慢。這些缺點(diǎn)注定了控制繼電器相對(duì)可編程控制繼電器不適用于控制線路復(fù)雜的設(shè)備。 </p><p>　　可編程序控制器

16、，就PLC來(lái)說(shuō)，它可以很容易地完成順序邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能。生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和管理。而且控制線路接線簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)功能全面，安全可靠，編程設(shè)計(jì)靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。所以，對(duì)搖臂鉆床進(jìn)行PLC改造絕對(duì)是存在意義和有價(jià)值的。</p><p>　　2. 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求</p><p>　　2.1 課程設(shè)計(jì)

17、的任務(wù)</p><p>　　對(duì)Z3040搖臂鉆床的控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造</p><p>　　2.2 課程設(shè)計(jì)的基本要求 </p><p>　　1）主電機(jī)M1的啟?？刂?；</p><p>　　2）搖臂的升降與夾緊控制；</p><p>　　3）主軸箱和立柱的夾緊與放松控制；</p><p&

18、gt;　　4）冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4的控制；</p><p>　　5）具有必要的聯(lián)鎖與保護(hù)。</p><p>　　要求:①SQ2應(yīng)調(diào)整適當(dāng)，保證搖臂松開(kāi)后即動(dòng)作，避免油泵電機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載</p><p>　?、诒ＷC當(dāng)升降電機(jī)完全停止后，再夾緊搖臂；</p><p>　?、蹞u臂上升時(shí)，用SQ1的動(dòng)斷觸點(diǎn)作極限保護(hù)作用；搖臂下降時(shí)，</p>

19、<p>　　SQ6的動(dòng)斷觸點(diǎn)作極限保護(hù)作用。</p><p>　?、苤鬏S箱和立柱的松開(kāi)與夾緊時(shí)，要求電磁閥處于斷電狀態(tài)。</p><p><b>　　3. 總體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1 PLC選型</b></p><p>　　首先，三種品牌的PLC中，西門子的質(zhì)量最

20、可靠，性能最穩(wěn)定,所以確</p><p>　　定在此系統(tǒng)中使用西門子的PLC。在搖臂鉆床的控制系統(tǒng)中，PLC注意起開(kāi)關(guān)作用及定時(shí)、計(jì)數(shù)的少數(shù)簡(jiǎn)易功能，所以只需要小型的PLC就能滿足功能。在搖臂鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需要輸入量14個(gè)：SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，SQ5，SQ6，SB1，SB2，SB3，SB4，SB5，SB6，SA1，SA2。輸出量11個(gè)：KM1，KM2，KM3，KM4，KM5，YV，EL，HL1，

21、HL2，HL3。CPU226含有21個(gè)輸入接口，14個(gè)輸出接口，能滿要求。綜上所述，我選擇CPU型號(hào)為CPU226的S7-200。</p><p>　　表3.1 符號(hào)地址對(duì)照表</p><p>　　3.2 PLC的外部接線圖</p><p>　　圖3.1 外部接線圖</p><p>　　注釋：圖3.1和圖3.2中的KA為繼電器，它有兩個(gè)

22、作用：</p><p>　　一是電壓轉(zhuǎn)換，因?yàn)镻LC上的電壓和電氣圖3.2中控制電路上的電壓不一樣；</p><p>　　二是輸出功率變大，因?yàn)槔^電器的觸點(diǎn)容量比PLC輸出點(diǎn)的容量要大。</p><p>　　SA1，SA2為組合轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，在圖3.1中，用按鈕開(kāi)關(guān)的形式畫(huà)出。</p><p>　　3.3改造后的電氣原理圖</p>

23、<p>　　4. PLC程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1設(shè)計(jì)思想</b></p><p>　　主電機(jī)用一個(gè)啟停電路控制。</p><p>　　當(dāng)按下SB3(或SB4)時(shí)，則時(shí)間繼電器KT得電，致使電磁閥YV和接觸器KM4同時(shí)的電動(dòng)作，液壓泵電機(jī)M3正向啟動(dòng)，高壓油經(jīng)二位六通閥進(jìn)入搖臂松開(kāi)腔。松開(kāi)到位后，活塞桿通過(guò)彈簧片壓動(dòng)

24、限位開(kāi)關(guān)SQ2，其常閉觸點(diǎn)使KM4失電，液壓泵停止工作，同時(shí)其常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)合使KM2(或KM3)得電，搖臂升降電機(jī)M2正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)），帶動(dòng)搖臂上升（或下降）。當(dāng)搖臂上升（或下降）到位后，活塞桿通過(guò)彈簧片壓動(dòng)行程開(kāi)關(guān)SQ3,其動(dòng)觸點(diǎn)使KM5和YV失電，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3停止工作，電磁閥復(fù)位。</p><p>　　主軸箱和立柱的夾緊與放松時(shí)，要求電磁閥YV始終處于斷電狀態(tài)。松開(kāi)與夾緊動(dòng)作分別由SB5和SB6進(jìn)行控制，并通

25、過(guò)行程開(kāi)關(guān)SQ4指示燈HL1和HL2進(jìn)行工作狀態(tài)指示。 </p><p>　　4.2 PLC梯形圖</p><p>　　為了保證鉆床的安全運(yùn)行，在主電機(jī)的原點(diǎn)啟動(dòng)條件中加入了，搖臂處于夾緊狀態(tài)（I0.2）和搖臂處于下限位（I0.5）兩個(gè)條件。此外，還在搖臂的上升和搖臂的下降之間，搖臂的夾緊和搖臂的松開(kāi)之間，主軸箱與立柱的夾緊和主軸箱與立柱的松開(kāi)之間設(shè)置為互鎖，以防止功能相反的兩個(gè)輸出同時(shí)為

26、ON。用限位開(kāi)關(guān)I0.0和I0.5限制搖臂移動(dòng)的范圍。在所有的程序中串聯(lián)急停開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)（I0.4），當(dāng)有危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，可以立刻停止所有的電動(dòng)機(jī)。</p><p><b>　　5．程序調(diào)試說(shuō)明</b></p><p>　　撥動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.7,夾緊限位開(kāi)關(guān)I0.2和下限位開(kāi)關(guān)I0.5后，Q0.0和Q1.2亮，表明主電機(jī)和主電機(jī)運(yùn)行指示燈接通運(yùn)行，撥動(dòng)停止開(kāi)關(guān)I0.6后

27、，Q0.0和Q01.2熄滅。</p><p>　　撥動(dòng)搖臂上升開(kāi)關(guān)I1.0，Q0.6和Q0.3亮（電磁閥得電，KM4得電，電動(dòng)機(jī)M3開(kāi)始正向運(yùn)轉(zhuǎn)，搖臂夾緊機(jī)構(gòu)開(kāi)始松開(kāi)）。松開(kāi)到位后，Q0.3滅（KM4斷電，電機(jī)M3停止運(yùn)轉(zhuǎn)），Q0.1亮（電機(jī)M2得電正向啟動(dòng)，搖臂上升）。搖臂上升到位后，上限位開(kāi)關(guān)I0.0觸發(fā)，Q0.1熄滅（電機(jī)M2停止運(yùn)轉(zhuǎn)）。松開(kāi)I1.0經(jīng)T37延時(shí)后，Q0.4亮（電機(jī)M3得電反轉(zhuǎn)，搖臂夾緊機(jī)構(gòu)

28、開(kāi)始夾緊）夾緊到位后，夾緊限位開(kāi)關(guān)I0.2觸發(fā)，Q0.4和Q0.6熄滅（電機(jī)M3停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電磁閥斷電）。</p><p>　　撥動(dòng)搖臂下降開(kāi)關(guān)I1.1，Q0.6和Q0.3亮（電磁閥得電，KM4得電，電動(dòng)機(jī)M3開(kāi)始正向運(yùn)轉(zhuǎn)，搖臂夾緊機(jī)構(gòu)開(kāi)始松開(kāi)）。松開(kāi)到位后，Q0.3滅（KM4斷電，電機(jī)M3停止運(yùn)轉(zhuǎn)），Q0.2亮（電機(jī)M2得電反向啟動(dòng)，搖臂下降）。搖臂下降到位后，下限位開(kāi)關(guān)I0.5觸發(fā)，Q0.1熄滅（電機(jī)M2停止運(yùn)

29、轉(zhuǎn)）。松開(kāi)I1.0經(jīng)T37延時(shí)后，Q0.4亮（電機(jī)M3得電反轉(zhuǎn)，搖臂夾緊機(jī)構(gòu)開(kāi)始夾緊）夾緊到位后，夾緊限位開(kāi)關(guān)I0.2觸發(fā)，Q0.4和Q0.6熄滅（電機(jī)M3停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電磁閥斷電）。</p><p>　　撥動(dòng)主軸箱和立柱松開(kāi)開(kāi)關(guān)I1.2，Q0.3和Q1.0亮（電機(jī)M3得電正向啟動(dòng)，主軸箱和立柱松開(kāi)，松開(kāi)指示燈亮）</p><p>　　撥動(dòng)主軸箱和立柱夾緊開(kāi)關(guān)I1.3，Q0.4和Q1.1亮（電

30、機(jī)M3得電反向啟動(dòng)，主軸箱和立柱夾緊，夾緊到位后，夾緊指示燈亮。</p><p>　　撥動(dòng)冷卻泵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)I1.4，Q1.3亮（電機(jī)M4啟動(dòng)，冷卻泵啟動(dòng)）</p><p>　　撥動(dòng)照明燈開(kāi)關(guān)I1.5，Q0.7亮（照明燈亮）</p><p>　　遇到的問(wèn)題:撥動(dòng)搖臂上升I1.0或下降開(kāi)關(guān)I1.1后，Q0.3未亮（KM4未得電），斷開(kāi)后I1.0或I1.1后，Q0.4未亮（

31、KM5為得電）。</p><p>　　分析原因后，為梯形圖斷開(kāi)延時(shí)計(jì)時(shí)器T37的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)的設(shè)計(jì)不合理，修改梯形圖后，模擬結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　6. 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　首先，我要感謝任曉虹老師對(duì)我這次課程設(shè)計(jì)給予的幫助。</p><p>　　通過(guò)這次機(jī)電傳動(dòng)的課程設(shè)計(jì)，

32、我對(duì)機(jī)電傳動(dòng)課程的相關(guān)知識(shí)掌握得更加熟練了。我也學(xué)會(huì)了如何去做課程設(shè)計(jì)，如何通過(guò)有效的途徑去查閱資料，如何運(yùn)用STEP7 Micro/win V4.0畫(huà)梯形圖，如何運(yùn)用S7-200仿真軟件等等。電氣原理圖，我是用CAD畫(huà)的。</p><p>　　在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，雖然遇到了很多問(wèn)題，但是通過(guò)老師同學(xué)的幫助，自己查閱資料，把問(wèn)題解決之后，我非常高興。我由衷的感謝這次課程設(shè)計(jì)所帶給我的種種收獲。</p>

33、;<p><b>　　7. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]陳白寧，段志敏，劉文波. 機(jī)電傳動(dòng)控制[M]. 沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[2]趙景波. 零基礎(chǔ)學(xué)西門子S7-200 PLC[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.</p><p>　　[3]王阿根.PLC控制程序精編108例[M]