摇臂钻床的PLC改造

Ｚ3040摇臂钻床电气控制电路的ＰＬＣ改造设计

分院：机电信息分院

班级：机电0809

姓名：吴爱美

学号：1号

指导老师：赵洪

一、试验目的：

1、了解Z3040摇臂钻床的操作顺序，并作出功能图。

2、进一步熟悉西门子S7-200编程软件，学会使用S7-200编辑一个完整的控制系统。

3、熟悉并会接较复杂的PLC控制系统电路。

4、领悟电气控制电路PLC改造的要领。

二、预备知识：

钻床是一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。按用途和结构分类，钻床可以分为立式钻床、台式钻床、多孔钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。主轴箱可在摇臂上移动，并随摇臂绕立柱回转的钻床。摇臂还可沿立柱上下移动，以适应加工不同高度的工件。较小的工件可安装在工作台上，较大的工件可直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床加工范围广，可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船等行业。万向摇臂钻床的摇臂除可作垂直和回转运动外，并可作水平移动，主轴箱可在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。此次试验就是要将滑座式Z3040摇臂钻床的控制系统改为PLC控制。

摇臂钻床加工时，主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。钻削加工时，钻头一边进行旋转切削一边进行纵向进给，其运动形式为：

（1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；

（2）进给运动为主轴的纵向进给；

（3）辅助运动有：摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。

Z3040型摇臂钻床的工作原理：

Z3040型摇臂钻床采用4台电动机拖动，他们分别是主轴电动机，摇臂升降电动机，液压泵电动机和冷却泵电动机。主轴电动机控制钻床的进给运动；摇臂升降电动机要求能正反向旋转，可用手动操作；摇臂和主轴之间的夹紧、发松可用电气、液压、机械来实现，液压电动机需可正反转，摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行。因此摇臂的夹紧与摇臂升降按自动控制进行。冷却泵电动机带动冷却泵提供冷却液，只要求单向旋转。系统具有连锁与保护环节以及安全照明、信号指示电路。

三、试验要求：

1、分析Z0304摇臂钻床的功能原理，作出功能图。

2、将电气控制摇臂钻床改造成PLC控制，并作出原理图。

3、用S7-200编写摇臂钻床PLC程序。

4、按照电路图接好PLC控制摇臂钻床的电路板。

5、撰写摇臂钻床PLC改造说明书。

四、试验设备

材料数量

电路板1块

S7-200 1个

断路器1个

变压器1个

24V接触器5个

热继电器2个

24V指示灯4个

熔断器4个

三联开关3个

导线若干

五、Ｚ3040概述

改造的原因

学习了1年的电电气控制与PLC，已经基本掌握各种电气元件使用方法及其局限性。现在做一个简单的总结：

绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易磨损，产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。而且继电器的触点切断时容易产生电弧损坏设备，产生误操作。对一个使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重，而且接线复杂，故障点就多，不易调整、改装。接线完成后就只能实现一种特定的功能，控制继电器动作相对来说也太慢。这些缺点注定了控制继电器相对可编程控制继电器不适用于控制线路复杂的设备。

可编程序控制器，就PLC来说，它可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能。生产过程的自动控制，可以对数据进行监控和管理。而且控制线路接线简单，可实现功能全面，安全可靠，编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点。所以，对摇臂钻床进行PLC改造绝对是存在意义和有价值的。

六、分析

（一）、Z3040钻床电气主电路图

摇臂钻床由4个电动机分别拖动控制摇臂钻床各部件工作。M1是主轴电动机，M2是升降电动机，M3是控制摇臂和主轴松开夹紧的电动机，M4是控制冷却泵的电动机。QF1和QF2是断路器，其中QF2是用手动控制冷却泵，QF1是用PLC控制，起到紧急保护作用。KM1是主轴控制接触器，KM2是摇臂上升接触器，KM3是摇臂下降接触器，KM4是摇臂松开接触器，KM5是摇臂夹紧接触器。FR1和FR2是热继电器。

（二）、资源分配表：

建立资源分配表对PLC资源进行分配。

（三）、选择PLC

首先，三种品牌的PLC中，西门子的质量最可靠，性能最稳定，所以确定在此系统中使用西门子的PLC。在摇臂钻床的控制系统中，PLC注意起开关作用及定时、计数的少数简易功能，所以只需要小型的PLC就能满足功能。在摇臂钻床控制系统的设计中需要输入点（I）12个，输出点（Q）9个。综上所述，选择PLC为224 CN。

（四）设计功能图

七、设计

（一）、Z0304摇臂钻床PLC控制系统程序设计如下图：

（二）、Z0304摇臂钻床PLC控制电路图：

简要说明：

（1）、初始状态的设置。初始状态设主轴电动机、冷却泵电动机、摇臂升降电动机液压夹紧电动机停止；电磁阀打开；主轴和立柱夹紧状态。

（2)、照明电路、冷却泵电动机用手动控制，不列程序功能图之中。

（3）、断路器和电磁阀用指示灯代替。

（三）、监控程序

程序编好后，编译一下，编译通过后，导出文件，用S7-200仿真软件进行仿真实验，看看仿真效果，判断程序有无错误，是否能完成所要的功能。将P LC连接上220V电源，用连接线练接电脑好PLC，在S7-200里读取PLC型号，然后将程序下载到PLC里。

八、接线路板

注意：

1、连线时，必须保证PLC断电

2、电路连接导线一定要严格不能在电路板上横穿，导线不能露铜。

3、导线颜色必须分清楚，以便于修改于检修。

4、PLC的输入公共端COM不能有交流接入，即L或N不要与其相连接，否测直接烧毁PLC。

十、通电测试：

（一）、测试前安全检查：

1、检测电路时，确定三相电源只接进去一端，防止二相进入单相电源供电的电路否则直接烧毁PLC或开关电源。

2、检查开关连接是否正常，是否连错或少。

3、确定熔断器应与电源相线L端相连；确定电路没有短路。

4、经老师同意后，才能通电测试，并按实验步骤操作。

（二）、开始测试：

等待

通电——HL1亮

按SB3——KM1吸合，HL2亮（主轴转动）

按SB2——KM1断开，HL2灭（主轴停转）

按SB4——KM5断开，KM4吸合，Y A亮，再按SQ2——KM4断开，KM2吸合（摇臂上升）

按SB5——KM5吸合，KM4吸合，Y A亮，再按SQ2——KM4断开，KM3吸合（摇臂下降）

断开SB4\SB5一段时间后——KM5吸合

按SB7——KM4吸合，YA灭

按SB1全部断开，按SQ5全部电源断开