基于PLC的Z3040型摇臂钻床电气系统改造(宜宾职业技术学院).doc
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1、宜宾职业技术学院宜宾职业技术学院 毕业设计 题目:基于 PLC 的 Z3040 型摇臂钻床电气系统改造 系 部 现 代 制 造 系 专 业 名 称 数 控 技 术 班 级 数 控 1087 班 姓 名 刘 为 学 号 200813384 指 导 教 师 傅 贵 兴(副教授) 2010 年 10 月 20 日 宜宾职业技术学院 毕业设计选题报告毕业设计选题报告 姓名刘为性别男学号200813384系部制造系班级数控 1087 设计 题目 基于 PLC 的 Z3040 型摇臂钻床电气系统改造 课题来源 教学 课题类别 设计 选做本课题的原因及条件分析: 原因:随着工业生产力的不断提高,摇臂钻床在生
2、产加工中的缺陷作用也不断的体现。通过 所学的知识来对它进行改造,使其更好的为我们工作。 条件:通过对系统的专业学习与社会实践操作,具有了一定的分析和应用能力。相关资料可 以通过和老师同学交流,也可以在图书馆和网上查找,最后还有老师的专业指导。 内容和要求 内容:主要是围绕摇臂钻床的作用、发展前景以及它的主要工作原理,通过 PLC 控制 系统的设计来改造和完善它的性能。让它更好的为人们服务,提高生产效率。 要求: 1)保证设计内容正确、规范、符合要求; 2)绘制的图形要符合设计要求; 3)在规定的时间内完成设计。 指导 教师 意见(签章) 年 月 日 系部毕业论文(设计)领导小组意见: (签章)
3、 年 月 日 宜宾职业技术学院 毕业设计指导教师成绩评定表毕业设计指导教师成绩评定表 学生 姓名 刘为 学生 学号 200813384 班级数控 1087 题目基于 PLC 的 Z3040 型摇臂钻床电气系统改造 评价内容具 体 要 求分 值评 分 调查论证 能独立查阅文献和从事其他调研;有收集、加工各种信 息及获取新知识的能力。 10 分析及实践 能力 理论分析与计算正确,有较强的实际动手能力、分析能 力和计算机应用能力。 20 基础理论与 专业知识 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题;能对课 题进行理论分析,得出有价值的结论。 20 设计写 作质量 立论正确,论述充分,结论严谨合理;
4、分析处理科学; 文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,书写 工整规范,图表完备、整洁、正确;论文有应用价值、 设计结果达到要求。 30 学习态度与 工作质量 按期圆满完成规定的任务,工作量饱满,难度较大;工 作努力,遵守纪律;工作作风严谨务实。 10 创 新 有创新意识;对前人工作有改进或突破,或有独特见解。 10 总分 指导 教师 评语 是否可以提交答辩是否 指导教师签字 年 月 日 宜宾职业技术学院 毕业设计评阅教师成绩评定表毕业设计评阅教师成绩评定表 学生姓名刘为学生学号 200813384 班级数控 1087 题目基于 PLC 的 Z3040 型摇臂钻床电气系统改造 评价内容具
5、体 要 求分值评分 文献综述 综述简练完整,有见解;有收集、加工各种信息及获取新 知识的能力。 10 设计写 作质量 立论正确,论述充分,结论严谨合理;实验正确,分析处 理科学;文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全, 书写工整规范,图表完备、整洁、正确;论文结果有应用 价值、设计结果达到要求。 70 工作量及 难度 工作量饱满,难度较大。 10 创 新有创新意识;对前人工作有改进或突破,或有独特见解。 10 总分 评阅 教师 评语 是否可以提交答辩是否 评阅教师签字 年 月 日 宜宾职业技术学院 毕业设计答辩记录表毕业设计答辩记录表 学生姓名刘为学生学号 200813384 班级数控 1
6、087 题 目基于 PLC 的 Z3040 型摇臂钻床电气系统改造 答辩小组成员 姓 名职称工作单位备注 答辩中提出的主要问题及学生回答问题的简要情况: 答辩小组代表签字: 年 月 日 宜宾职业技术学院 毕业设计答辩成绩评定表毕业设计答辩成绩评定表 学生姓名刘为学生学号 200813384 班级数控 1087 题 目基于 PLC 的 Z3040 型摇臂钻床电气系统改造 姓名 答辩小组 成员 职称 评价内容具 体 要 求分值评分 报告内容 思路清晰;语言表达准确,概念清楚,论点正确;实验方法科 学,分析归纳合理;结论严谨;论文(设计)结果有应用价值。 40 答 辩 回答问题有理论根据,基本概念清
7、楚。主要问题回答准确、有 深度。 30 创 新对前人工作有改进或突破,或有独特见解。 10 综合素质 能合理运用挂图、幻灯、投影或计算机多媒体等辅助手段,用 普通话答辩。 10 报告时间报告时间控制在要求的时间范围之内。 10 答辩成绩 答辩小组代表签字: 年 月 日 宜宾职业技术学院 毕业设计综合成绩评定表毕业设计综合成绩评定表 学生姓名刘为学生学号 200813384 班级数控 1087 题 目基于 PLC 的 Z3040 型摇臂钻床电气系统改造 成绩权重得 分 指导教师评定成绩 30% 评阅教师评定成绩 30% 答辩成绩 40% 毕业论文(设计)综合成绩 (百分制) 毕业设计答辩 委员会
8、审定意 见 主任签字 年 月 日 学院意见 年 月 日 注:综合成绩=指导教师评定成绩(30%)评阅人评定成绩(30%)答辩成绩40% 摘 要 随着现代科学技术的飞速发展,高速、高效和被人们普遍关注技术的适用性和经 济性会成为机械加工发展的必然趋势。Z3040 型摇臂钻床在机械加工中运用广泛,但 该钻床的电气控制系统中的继电器、接触器的使用,存在着线路复杂、可靠性稳定性 差、故障诊断、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
9、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,从而大大提高摇臂钻床的工作性 能。论文将分析摇臂钻床的控制原理,制定了可编程控制器改 Z3040 摇臂钻床电气控 制系统的设计方案,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;电气控制系统 ABSTRACT Along with the rapid developmen
10、t of modern science and technology, speed, efficient and is widely concerned the applicability and efficiency technology will become an inevitable trend in the development of machining. Z3040 type radial drilling machine widely used in the mechanical process, but the drilling of electrical control s
11、ystem of the relay, contactor, exist lines, the stability and reliability of complex fault diagnosis, eliminate difficult problems. Because of PLC control system and relays, electrical control system, the structure is simple, convenient, debugging shorter programming, high reliability and anti-inter
12、ference capability is strong, low failure rate, low requirements for a work environment. Therefore, this paper Z3040 radial drilling machine, the electrical control system of the PLC control will be applied to retrofit scheme, thus greatly improve the performance of radial drill. The thesis will ana
13、lyze radial drilling machine control principle, the programmable controller to Z3040 radial drilling machine of electrical control system design, including the choice of PLC, type of I/O port, I/O hookup drawing, PLC hardware design of the lad program. PLC control radial drilling machine of the work
14、ing process, and discusses in detail the PLC to replace traditional relays, electrical control system so as to improve the performance of the machine, and presents the corresponding control principle diagram. Key words: PLC; Z3040 radial drilling machine; The electrical control system 目目 录录 1 绪 论.1
15、2 摇臂钻床的概述.2 2.1 Z3040 摇臂钻床主要结构.2 2.2 Z3040 摇臂钻床的运动形式和控制要求.2 2.2.1 主运动和进给运动2 2.2.2 辅助运动3 3 Z3040 型摇臂钻床电气控制电路分析.4 3.1 主电路分析4 3.2 控制电路分析4 3.2.1 M1 控制.4 3.2.2 摇臂升降及夹紧、放松控制4 3.2.3 主轴箱与立柱的夹紧、放松控制5 3.2.4 M4 控制.5 3.2.5 联锁与保护5 3.3 照明与信号指示6 4 PLC 改造摇臂钻床分析8 4.1 PLC 的改造摇臂钻床运动分析 .8 4.2 PLC 的特点 .12 5 Z3040 摇臂钻床 P
16、LC 的设计14 5.1 PLC 的选型.14 5.2 I/O 地址分配表.14 5.3 PLC 外部接线图.16 5.4 PLC 控制流程图.17 5.5 PLC 程序.19 6 程序调试.21 7 改造后注意事项.22 7.1 工作环境.22 7.2 安装与布线.22 结 论.23 致 谢.24 参考文献.25 1 1 1 绪绪 论论 钻床是一种孔加工机床,可用来钻孔、扩孔、绞孔、螺纹及修刮端面等多种形式 的加工。钻床的结构形式很多,有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床等。摇臂钻床是一 种立式钻床,它适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的加工,是一般机械加工 车间常用的机床。 目前,我国的 Z
17、3040 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。因其所有要控制的电机较多所以电路较复杂,在日常的生产作业中,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。 可编程序控制器(PLC)是以微处理器为核心,将计算机技术、通信技术与自然 控制技术融为一体的新型工业自动控制装置。它克服了继电器-接触器控制电路存在 触点多、组合复杂、通用性差等缺点。它不仅具有各种逻辑控制功能,而且还具有各 种运算、数据处理、联网通信等功能
18、控制,同时还具有抗干扰性强、环境适应性好和 可靠性高等特点。因而广泛的应用于生产各领域中。 由于电气控制系统的可靠性日益受到人们的重视,一些公司已经将自诊断技术、 容错技术广泛应用到现代产品中,推出了高可靠性沉余系统,并采用热备用或并行工 作、多数表决的工作方式。由于 PLC 的众多优点,使其迅速在工业控制中得到推广。 虽然国内 PLC 技术的应用前景很大,并且取得了一定的经济效益,而相比之下,由于 受经济和技术水平的限制,大多数企业在生产上使用的 Z3040 摇臂钻床的电气控制系 统,还是采用继电器控制方式,而这种控制方式存着明显的缺陷和隐患。 随着 PLC 技术在我国的讯猛发展,我们和国外
19、先进技术的差距会不断缩小。因此, 抓住这个有利时机进一步促进 PLC 技术的推广与应用,是提高我国工业自动化水平的 迫切任务,此次对于 Z3040 摇臂钻床电气控制系统改造设计,就是希望借鉴国外先进 的工业控制技术,应用到工业现场,以提高摇臂钻床的工作性能。 2 2 摇臂钻床的概述摇臂钻床的概述 2.12.1 Z3040Z3040 摇臂钻床主要结构摇臂钻床主要结构 摇床钻床的主要结构:它主要有底座、内立柱、外力柱、摇臂、主轴箱和工作台 等部分组成如图 2-1 所示。 图图 2-1 摇臂钻床的结构图摇臂钻床的结构图 1外立柱 2主轴箱 3摇臂 4主轴箱 5工作台 6底座 2.22.2 Z3040
20、Z3040 摇臂钻床的运动形式和控制要求摇臂钻床的运动形式和控制要求 Z3040 摇臂钻床加工前,通过摇臂额回转和升降、主轴箱的移动定位,调整各个 部分移动;加工时,主轴箱由夹紧装置紧固在摇臂导轨上,摇臂紧固在外立柱上,外 立柱紧固在内立柱上,主轴带动钻头或丝攻旋转并向下垂直进给,实现钻孔或攻丝等 加工。 3 2.2.12.2.1 主运动和进给运动主运动和进给运动 Z3040 摇臂钻床的主运动是主轴的旋转运动,进给运动是主轴的上、下移动。 主轴的旋转及主轴上、下进给都是由主轴电机拖动,在加工螺纹时要求主轴可正 反转,主轴的正反转和主轴的上、下进给都由机械方法获得。主轴变速和进给变速的 机构都在
21、主轴箱内,用变速机构分别调节主轴转速和上、下进给量。 所以主轴电机只要求单方向旋转,可直接启动,不需要调速和制动。 2.2.22.2.2 辅助运动辅助运动 Z3040 摇臂钻床的辅助运动有摇臂连同外立柱绕内立柱的回转运动、摇臂沿外立 柱上、下移动、主轴箱沿摇臂导轨水平移动。 摇臂连同外立柱绕内立柱的回转运动:摇臂钻床内立柱固定在底座上,外立柱套 在内立柱的外面,并可绕内立柱回转 360。摇臂与外立柱之间不能作相对传动,可以 连同外立柱一起绕内立柱回转 360。 摇臂同外立柱绕内立柱的回转运动是依靠人推动的,但是推动前必须先将外立柱 松开。外立柱的松开与夹紧和主轴箱的松开与夹紧是依靠液压推动松紧
22、机构同时进行 的。 摇臂沿外立柱上、下移动:摇臂借助丝杠的正反转可沿外立柱作上下移动。摇臂 沿外立柱升降时的松开与夹紧是依靠液压推动松紧机构进行的。 主轴箱沿摇臂导轨水平移动:通过手轮操纵,主轴箱可以在摇臂水平导轨上移动。 但在移动前也必须将主轴箱松开。 因此,摇臂的升降电动机要求能正、反向旋转,可直接启动,不需要调速和制动。 液压泵电动机通过拖动液压泵来控制夹紧机构实现夹紧与放松,所以也要求能正、反 向旋转,采用点控制,直接启动,不需要调速和制动。 工件冷却:冷却泵电动机带动冷却泵提供冷却液,采取直接启动,只要求单方向 旋转,不需要调速和制动。 4 3 Z3040 型摇臂钻床电气控制电路分析
23、型摇臂钻床电气控制电路分析 主轴箱上四个按钮:SB2、SB1 分别为主电机启停按钮;SB3、SB4 分别为摇臂上 升、下降按钮。主轴箱转盘上二个按钮:SB5、SB6 分别为主轴箱及立柱松开按钮和夹 紧按钮,电气控制原理图如图 3-1 所示。 3.13.1 主电路分析主电路分析 QS:电源引入,自动开关; M1:主轴电机,单向旋转,KM1 控制,正反转机械液压实现,FR1 为过载保护; M2:摇臂升降电机,KM2、KM3 控制正反转,短时工作,无过载保护; M3:液压泵电机,KM4、KM5 实现正反转,FR2 过载保护; M4:冷却电机(0.125KW) ,SA1 控制启停。 3.23.2 控制
24、电路分析控制电路分析 3.2.13.2.1 M1M1 控制控制 SB2、SB1 与 KM1 构成主轴电机 M1 起停控制; HL3 指示 M1 旋转。 3.2.23.2.2 摇臂升降及夹紧、放松控制摇臂升降及夹紧、放松控制 工作时夹紧,移动时,先松开,再移动,夹紧。 SB3:摇臂上升(点动) ;SB4:摇臂下降(点动) ; KM2、KM3:摇臂电机正反转控制; KM4、KM5:液压泵电机正反转控制。 按下 SB3(或 SB4)KT 通电瞬动 KT(13-14)闭合,KM4 线圈通电; KT(1-17)闭合,电磁阀 YV 线圈通电M3 正转,液压泵送压力油,经二位六通阀进 5 入摇臂松开油腔,推
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