课程名称：机电控制技术大作业题目：PLC在z3050型摇臂钻床电气控制系统中的应用学生姓名：王玉君学号201010301344专业班级：机自103班任课教师：李富玉时间：2013年12月昆明理工大学机电工程学院目录一、Z3050型摇臂钻床的结构与工作要求及应用二、Z3050型摇臂钻床的电气传动特点及控制要求1.主电路2.控制电路、信号及照明电路3.摇臂的升降和液压泵的控制4.上升控制5.上升控制的全过程6.摇臂的下降控制7.主轴箱和立柱放松与夹紧的控制三、应用PLC实现z3050钻床电气控制图1.plc选型、元件说明（1）输入输出（I/O）点数的估算（2）存储器容量的估算（3）控制功能的选择2.I/O分配和I/O连接图（1）PLC的I/O端口分配表（2）I/O连接图3.梯形图设计参考文献附录一、Z3050型摇臂钻床的结构与工作要求及应用钻床是一种用途广泛的通用机床。
它的结构型式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床及多軸钻床等。
摇臂钻床是一种立式钻床，在钻床中具有一定的典型性，主要用于对大、中型零件进行钻孔、扩孔。
铰孔和攻螺纹等。
适用于单件和成批生产时加工多种孔的大型零件，，是一般机械加工车间中常见的机床。
Z3050摇臂钻床的构造如图所示。
主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等组成。
内立柱固定在底座上，在它外面套着空心外立柱，而且外立柱上的摇臂可連同外立柱一起沿内立柱回转360度。
摇臂一端的套筒部分与外立柱滑动配合，借助于丝杆摇臂可沿着外立柱上下移动，主轴箱可沿着摇臂上的水平导轨作径向移动。
运动形式：主运动———主轴带动钻头的旋转运动。
进给运动——主轴的垂直移动。
辅助运动——摇臂沿外立柱的垂直动，主轴箱沿摇臂径向移动，摇臂与外立柱一起相对于内立柱的回转运动。
目前，我国的Z3040摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器—接触器控制方式。
因其所要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业当中，经常发生电气故障，从而影响生产。
另外，一些复杂的控制如：时间、计数控制用继电器—接触器控制方式较难实现，所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。
PLC电气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。
二、Z3050型摇臂钻床的电气传动特点及控制要求（１）主电路:三相电源由三相电源转換开关ＱＳ1引入，由熔断器ＦＵ１作全电路的短路保护。
Ｍ１为冷却泵电动机，直接由转换开关ＱＳ２控制。
Ｍ２为主轴电动机，由ＫＭ１控制。
Ｍ３和Ｍ４分别为摇臂升降电动机和液压泵电动机，分别由ＫＭ２和ＫＭ３、ＫＭ４和ＫＭ５控制正反转。
Ｍ２和Ｍ４分别由热继电器ＦＲ１、ＦＲ２作过载保护。
Ｍ３是短时工作制，Ｍ１则由于容量较小，所以均不设过载保护。
（2）控制电路、信号及照明电路：控制电路的电源由控制变压器TC二次侧输出110V 供电，中间抽头603对地为信号灯电源6.3V,241号线对地为照明变压器TD二次侧输出36V。
（3）摇臂的升降和液压泵的控制：摇臂升降由SB3、SB4和KM2、KM3组成具有双重互锁的正反转点动控制电路；平时摇臂是夹紧在外立柱上的。
所以在摇臂升降之前，先要把摇臂松开。
再由摇臂升降电动机M3驱动摇臂升降，然后再重新将它夹紧。
而摇臂的松紧是由液压电动机M3配合液压系统自动完成的。
下面以摇臂上升为例结合液压—机械系统动作，分析控制的全过程。
（4）上升控制：摇臂钻床在常态下，摇臂和外立柱处于夹紧状态，此时，SQ3 摇臂处于被压状态，其常闭触点为断开位置，SQ2处于自然位置，它们动作的控制由摇臂松开和夹紧油腔推动活塞杆上下移动实现。
当摇臂和外立柱松开时，活塞杆下移，断开SQ3，压下SQ2。
位置开关SQ2、SQ3位置示意图板述。
摇臂升降由SB3、SB4和KM2、KM3组成，是有双重互锁的正反转点动控制电路。
因为摇臂平时是夹紧在外立柱上的，所以在摇臂升降之前，先要把摇臂松开，再由摇臂升降电动机Ｍ３驱动升降；摇臂升降到位后再重新将它夹紧。
而摇臂的松、紧是由液压系统实现的，摇臂放松时，液压泵电机Ｍ４正转，在电磁阀YA线圈通电吸合的条件下，使压力油经二位六通阀进入摇臂的松开油腔，推动活塞和菱形块的松开机构，使摇臂松开，同时活塞杆下移，使固定在活塞杆的弹簧片离开行程开关SQ3，使SQ3复位，当弹簧片压下行程开关SQ2时，液压泵电机停止转动。
摇臂夾紧时液压泵电机Ｍ３反转，则压力油进入摇臂的夹紧油腔，推动夹紧机构，使摇臂夹紧，同时活塞杆上移，弹簧片离开，使行程开关SQ2复位，，当弹簧片压下行程开关SQ3时，液压泵电机停转动。
完成了摇臂由放松－上升（或下降）－再自动夹紧的全过程，摇臂夹紧时行程开关SQ3（5—18）是被压断开的。
（5）上升控制的全过程：合上电源开关QS长按上升按钮SB3 ——→KT线圈得电┌→KT（17—18）延时闭合常闭触点断开┌——─KT（14—15）瞬时触点闭合←│→KT（5─17）延时断开常开触点闭合┐└──→KM4线圈通电→M4正转—┐┌—打开阀门←电磁阀YA线圈通电←─┘└→液压油经YA进摇臂松开油腔，将摇臂松开→活塞杆下移→SQ3（5—17）复位闭合→为摇臂夹紧做准备└→SQ2（7—14）断开→KM4线圈失电M4停转└→SQ2（7—8）闭合→KM2线圈通电，M3正转，拖动摇臂上升，上升到所需的位置时，松开按钮SB3→KM2线圈失电，摇臂上升停止。
└→KT线圈失电→延时1～3秒→KT延时断开常开触点（5—17）断开，延时常闭触点（17—18）闭合→KM5线圈通电→M3反转┒—───────活塞杆上移←液压油经YA进摇臂夹紧油腔，将摇臂夹紧←┚└→SQ2复位→为摇臂再次上升或下降做准备└→SQ3压下，其常闭触点（5－17）断开→KM5和YA断电→M3停转→完成自动夹紧过程。
（6）摇臂的下降控制：由SB4控制KM3、M3反转来实现。
长按下降按钮SB4——→KT线圈得电┌→KT（17—18）延时闭合常闭触点断开┌——─KT（14—15）瞬时触点闭合←│→KT（5─17）延时断开常开触点闭合┐└──→KM3线圈通电→M3反转—┐┌—打开阀门←电磁阀YA线圈通电←─┘└→液压油经YA进摇臂松开油腔，将摇臂松开→活塞杆下移→SQ3（5—17）复位闭合→为摇臂夹紧做准备└→SQ2（7—14）断开→KM3线圈失电M3停转└→SQ2（7—8）闭合→KM3线圈通电，M3反转，拖动摇臂下降，下降到所需的位置时，松开按钮SB4→KM3线圈失电，摇臂下降停止。
└→KT线圈失电→延时1～3秒→KT延时断开常开触点（5—17）断开，延时常闭触点（17—18）闭合→KM5线圈通电→M3反转┒—───────活塞杆上移←液压油经YA进摇臂夹紧油腔，将摇臂夹紧←┚└→SQ2复位→为摇臂再次上升或下降做准备└→SQ3压下，其常闭触点（5－17）断开→KM5和YA断电→M3停转→完成自动夹紧过程。
组合开关SQ1是摇臂升降的超限位保护开关。
热继电器FR2是为了防止液体夹紧采系统出现故障，不能自动夹紧摇臂，或由于SQ3调整不当，在摇臂夹紧后不能受SQ3常闭触点断开，都会使液压泵电动机M3长时间过载运行而损坏，为此装设热继电器FR2进行过载的保护。
摇臂上升、下降电路中采用接触器和按钮复合联锁保护，以确保电路安全工作。
（7）主轴箱和立柱放松与夹紧的控制:主轴箱和立柱的松紧是同时进行的，SB5和SB6分别为松开与夹紧控制按钮，控制KM4、KM5对液压泵电机Ｍ４的正反点动，同时切断电磁阀YA1电路。
Ｍ4工作，使压力油进入主轴箱和立柱的松开与夹紧油腔，推动松紧机构，实现主轴箱和立柱的松开与夹紧，并由行程开关SQ4控制指示灯发出信号；夹紧时SQ4动作，其触点（200－201）断开、（200－202）闭合，指示灯HL1灭、HL2亮；反之，在松开时SQ4复位，HL1亮而HL2灭。
三、应用PLC实现z3050钻床电气控制图系统主要组成部分三菱FX2N 接触器五个KM1交流接触器CJ0-20B线圈电压110VKM2-KM5交流接触器CJ0-10B线圈电压110V 空气开关三个QF1低压断路器DZ5-20/330FSH10A QF2低压断路器DZ5-20/330H0.3-0.45AQF3低压断路器DZ5-20/330H6.5A 热继电器二个FR1热继电器JR0-20/3D6.8-11A FR2热继电器JR0-20/3D1.5-2.4A 变压器一台 TC控制变压器BK-150380/110-24-6V 电机四台M1主轴电机Y112M-44KW、1400r/min M2摇臂升降电机Y90L-41.5KW、1400r/minM3液压油泵电机Y802-40.75KW、1390 r/min M4冷却泵电机AOB-2590W、2800 r/min按钮导线若干等1.PLC的选型：在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC 工程设计选型。
工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。
PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。
熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。
（1）输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展，余量后，作为输入输出点数估算数据。
实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。
（2）存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。
设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
（3）控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
本设计中选用三菱FX-2N-40MR（输入14点，输出13点，共12点；内存容量估算25 X (10~15）=400字)2.I/O分配和I/O连接图(1)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（表3.1、表3.2）所示：表3.1 输入信号端口分配表表3.2 输出信号端口分配表(2)I/O连接图下图为PLC的I/O电气接线图，图中X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、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。