文档介绍：基于PLC的摇臂钻床电气控制系统设计
作者:吴士鹏指导教师:马德贵
(安徽农业大学工学院 07机械设计制造及其自动化合肥 230031)
摘要:本论文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,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,以便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,并给出了相应的控制原理图。
关键词: PLC, Z3040摇臂钻床, 梯形图, 组态王
1 引言
Z3040摇臂钻床是工厂中常用的金属切削机床,它可以进行多种形式的加工,如:钻孔、镗孔、铰孔及螺纹等。从控制上讲,它需要机、电、液压等系统相互配合使用,而且要进行时间控制。把PLC技术应用到Z3040摇臂钻床的电气控制系统的改制方案中,大大提高了Z3040摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性,为工业生产的现代化带来生机,节省用户的开发时间和生产成本。而且提高了PLC编程水平和实践能力,为今后在实际工作中熟练使用PLC进行工业系统的设计打好基础。
2 系统总体设计
Z3040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。
Z3040摇臂钻床的结构和控制要求
Z3040摇臂钻床最大钻孔直径400mm、跨距1200mm,主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等部分组成(如图1),内立柱固定在底座上,在它的外面套着空心的外立柱,外立柱可绕着内立柱回转。
主轴箱是一个复合部件,它包括主轴及主轴旋转和进给运动的全部传动变速和操作机构。主轴箱安装于摇臂的水平导轨上,可以通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。
图1 Z3040 摇臂钻床
Figure1 Z3040 radial drilling machine
摇臂钻床运动部件较多,为简化传动装置,采用多台电动机控制,通常有主轴电动机、摇臂升降电动机、立柱夹紧和放松电动机及冷却泵电动机。主轴由机械摩擦片式离合器实现正转、反转及调速的控制。摇臂的升降由升降电动机拖动,要求电动机能正、反转。摇臂的夹紧和放松是由电气和液压联合控制,并且有夹紧和放松指示。内外立柱的夹紧与放松,、主轴箱与摇臂的夹紧与放松可采用手柄机械操作、电气-液压-机械装置等方法来实现。钻削加工时,需要对刀具和工件进行冷却,为此需冷却泵电动机输送冷却液。要有必要的限位、连锁和过载保护,且具有局部安全照明。
Z3040摇臂钻床的PLC控制系统结构
方案一:
依据旧式Z3040摇臂钻床中摇臂回转、主轴箱左右移动均为手动操作,直接把电气图翻译成PLC梯形图即可(如图2)
图2总体控制方案一
Figure2 Plan1 of overall control
方案二:
图3总体控制方案二
Figure3 Plan2 of overall control
在旧式Z3040摇臂钻床基础上,加入摇臂回转自动操作和主轴箱左右移动自动操作,可提高生产效率;并加入工作加工计数功能、PC通信功能(如图3)。
方案三:
在旧式Z3040摇臂钻床基础上,引入PC技术,以芯片控制为中心,实现智能操作。把摇臂上升、下降的限位开关,换成限位传感器,把信号传递给智能芯片,然后智能芯片再操作电磁阀工作,进而操作电动机转到。
在机床夹具旁边加一个感应“笔”,可以与机床刀具的刀头产生感应(像用磁铁、特殊传感器等)来给芯片信号,以实现刀具智能定位。其中摇臂上、下运动,回转运动及主轴箱的左右移动智能化(如图4)。
图4总体控制方案三
Figure4 Plan3 of overall control
本设计选用第二种方案,即可实现自动化操作,技术含量、成本、设计周期也低,适合本阶段自身的设计水平。
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