Z30130×31型钻床控制系统的PLC改造【带CAD图纸设计说明书】.zipZ30130×31型钻床控制系统的PLC改造【带CAD图纸设计说明书】.zip

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编号:20200114202829652522    类型:共享资源    大小:510.47KB    格式:ZIP    上传时间:2020-01-14
  
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带CAD图纸设计说明书 Z30130 31 钻床 控制系统 PLC 改造 CAD 图纸 设计 说明书

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1 毕业设计调研报告 随着工业设备自动化控制技术的发展,可编程控制器(PLC)在工业设备控制中的应用越 来越广泛。PLC 控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行,系统的抗干扰能 力是关系到整个系统可靠运行的关键。 Z30130X31 型摇臂钻床属于大型立式钻床,其传统的控制方式是利用继电器接触器原理 控制。由于利用继电器接触器控制系统比较复杂,难于操作;因此本次设计是将其改造成为 利用 PLC 控制,这样既可以提高生产效率,也可以增加其使用寿命。 首先通过对钻床工作原理的了解,然后对 PLC 的硬件和软件进行设计。根据钻床的工作 要求选择合理的工作器件如:继电器,接触器等等,然后编写相应的程序语句表并绘制梯形 图,再根据输入输出点数选择 PLC 型号,输入点数:22 输出点数:17,所以本次设计选择 FX2N-48MR 型 PLC 并绘制硬件接线图;最后对程序进行模拟调试。 自动化系统所使用的各种类型 PLC 中,有的是集中安装在控制室,有的是安装在生产现 场和各电机设备上,它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高 PLC 控制系统可靠性,一方面要求 PLC 生产厂家提高设备的抗干扰能力,另一方面要求应用 部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效 地增强系统的抗干扰性能。影响 PLC 控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一 样,大都产生在电流或电压剧烈变化的部位,这些电荷剧烈移动的部位就是干扰源。 电磁干扰的主要来源 1.来自空间的辐射干扰。空间辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过 程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的,通常称为辐射干扰,其 分布极为复杂。若 PLC 系统置于其射频场内,就会受到辐射干扰,其影响主要通过两条路径: 一是直接对 PLC 内部的辐射,由电路感应产生干扰;二是对 PLC 通信网络的辐射,由通信线 路感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小特别是频率有关,一 般通过设置屏蔽电缆和 PLC 局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 2.来自系统外引线的干扰。主要通过电源和信号线引入,通常称为传导干扰。这种干 扰在我国工业现场较为严重,主要有下面三类: 第一类是来自电源的干扰。实践证明,因电源引入的干扰造成 PLC 控制系统故障的 情 2 况很多,笔者在某工程调试中遇到过,后更换隔离性能更高的 PLC 电源问题才得到解 决。 PLC 系统的正常供电电源均由电网供电,由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电 磁干扰而在线路上感应电压和电流,尤其是电网内部的变化、开关操作浪涌、大型电力设备 起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。 PLC 电源通常采用隔离电源,但因其机构及制造工艺等因素使其隔离性并不理想。实际上, 由于分布参数特别是分布电容的存在,绝对隔离是不可能的。 第二类是来自信号线引入的干扰。与 PLC 控制系统连接的各类信号传输线,除了传输 有效的各类信息之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器 供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;二是信号线受空间电 磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这种往往非常严重。 由信号引入的干扰会引起 I/O 信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器 件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成 逻辑数据变化、误动和死机。PLC 控制系统因信号引入干扰造成 I/O 模件损坏数相当严重, 由此引起系统故障的情况也很多。 第三类是来自接地系统混乱的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手 段之一,正确的接地既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地 反而会引入严重的干扰信号,使 PLC 系统无法正常工作。 PLC 控制系统的地线包括系统地、 屏蔽地、交流地和保护地等,接地系统混乱对 PLC 系统的干扰主要是各个接地点电位分布 不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层 必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端 A、B 都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层。 当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。 此外,屏蔽层、接地线和大地可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内会 出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混 乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响 PLC 内逻辑电路和模拟电路 的正常工作。PLC 工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响 PLC 的 逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度 下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。 3.来自 PLC 系统内部的干扰。主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生, 如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属 于 PLC 制造厂家对系统内部进行电磁兼容设计的内容,比较复杂,作为应用部门无法改变, 3 可不必过多考虑,但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。 抗干扰设计 为了保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰,必须从设计阶段开始便采取 三个方面抑制措施:抑制干扰源、切断或衰减电磁干扰的传播途径、提高装置和系统的抗干 扰能力。这三点就是抑制电磁干扰的基本原则。 PLC 控制系统的抗干扰是一个系统工程,要求制造单位设计生产出具有较强抗干扰能 力的产品,且有赖于使用部门在工程设计、安装施工和运行维护中予以全面考虑,并结合具 体情况进行综合设计,才能保证系统的电磁兼容性和运行可靠性。进行具体工程的抗干扰设 计时,应主要注意以下两个方面。 1.设备选型。 在选择设备时,首先要选择有较高抗干扰能力的产品,其包括了电磁兼容性,尤其是 抗外部干扰能力,如采用浮地技术、隔离性能好的 PLC 系统;其次还应了解生产厂家给出 的抗干扰指标,如共模抑制比、差模抑制比、耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的 磁场强度环境中工作等;另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩。 在选择国外进口产品要注意,我国是采用 220V 高内阻电网制式,而欧美地区是 110V 低内阻电网。由于我国电网内阻大,零点电位漂移大,地电位变化大,工业企业现场的电磁 干扰至少要比欧美地区高 4 倍以上,对系统抗干扰性能要求更高。在国外能正常工作的 PLC 产品在国内工业就不一定能可靠运行,这就要在采用国外产品时,按我国的标准(GB/T13926)合 理选择。 2.综合抗干扰设计。主要考虑来自系统外部的几种抑制措施,内容包括:对 PLC 系 统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰;对外引线进行隔离、滤波,特别是动力电缆应 分层布置,以防通过外引线引入传导电磁干扰;正确设计接地点和接地装置,完善接地系统。 另外还必须利用软件手段,进一步提高系统的安全可靠性。 主要抗干扰措施 1.采用性能优良的电源,抑制电网引入的干扰。 在 PLC 控制系统中,电源占有极重要的地位。电网干扰串入 PLC 控制系统主要通过 PLC 系统的供电电源 (如 CPU 电源、I/O 电源等)、变送器供电电源和与 PLC 系统具有直接电 气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在对于 PLC 系统供电的电源,一般都采用隔离性 能较好的电源,而对于变送器供电电源以及和 PLC 系统有直接电气连接的仪表供电电源, 并没受到足够的重视。虽然采取了一定的隔离措施,但普遍还不够,主要是使用的隔离变压 器分布参数大,抑制干扰能力差,经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以对于变送器 和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的配 4 电器,以减少 PLC 系统的干扰。 此外,为保证电网馈电不中断,可采用在线式不间断供电电源(UPS)供电,提高供电的 安全可靠性。而且 UPS 还具有较强的干扰隔离性能,是一种 PLC 控制系统的理想电源。 2.正确选择电缆的和实施敷设。 为了减少动力电缆尤其是变频装置馈电电缆的辐射电磁干扰,笔者在某工程中采用了 铜带铠装屏蔽电力电缆,降低了动力线产生的电磁干扰,该工程投产后取得了满意的效果。 不同类型的信号分别由不同电缆传输,信号电缆应按传输信号种类分层敷设,严禁用 同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号,避免信号线与动力电缆靠近平行敷设,以减 少电磁干扰。 3.硬件滤波及软件抗干扰措施。 信号在接入计算机前,在信号线与地间并接电容,以减少共模干扰;在信号两极间加 装滤波器可减少差模干扰。 由于电磁干扰的复杂性,要根本消除干扰影响是不可能的,因此在 PLC 控制系统的软 件设计和组态时,还应在软件方面进行抗干扰处理,进一步提高系统的可靠性。常用的一些 提高软件结构可靠性的措施包括:数字滤波和工频整形采样,可有效消除周期性干扰;定时 校正参考点电位,并采用动态零点,可防止电位漂移;采用信息冗余技术,设计相应的软件 标志位;采用间接跳转,设置软件保护等。 4.正确选择接地点,完善接地系统。 接地的目的通常有两个,一为了安全,二是为了抑制干扰。完善的接地系统是 PLC 控 制系统抗电磁干扰的重要措施之一。 系统接地有浮地、直接接地和电容接地三种方式。对 PLC 控制系统而言,它属高速低 电平控制装置,应采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响,装 置之间的信号交换频率一般都低于 1MHz,所以 PLC 控制系统接地线采用一点接地和串联一 点接地方式。集中布置的 PLC 系统适于并联一点接地方式,各装置的柜体中心接地点以单 独的接地线引向接地极。如果装置间距较大,应采用串联一点接地方式,用一根大截面铜母 线(或绝缘电缆) 连接各装置的柜体中心接地点,然后将接地母线直接连接接地极。接地线采 用截面大于 22mm2 的铜导线,总母线使用截面大于 60mm2 的铜排。接地极的接地电阻小于 2Ω,接地极最好埋在距建筑物 10~15m 远处,而且 PLC 系统接地点必须与强电设备接地点 相距 10m 以上。 信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;不接地时,应在 PLC 侧接地;信号线中间有 接头时,屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理,一定要避免多点接地。多个测点信号的屏蔽双 绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时,各屏蔽层应相互连接好,并经绝缘处理,选择适当的接 5 地处单点接地。 本文小结 PLC 控制系统的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面 的因素,合理有效地抑制干扰,对有些干扰情况还需做具体分析,采取对症下药的方法,才 能够使 PLC 控制系统正常工作,保证工业设备安全高效运行。 毕业设计说明书 - - 0 第一章 引 言 可编程控制器(Programmable Controller)是为工业控制应用而设计制造的专用计算机控 制装置,是 20 世纪 60 年代发展起来的控制设备。最早的可编程控制器可追溯到 1969 年。 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 Programmable Logic Controller,简称 PLC,主要 作用就是替代继电器实现逻辑控制。工业控制领域的快速发展和不断增长的新需求。使得目 前这种装置的功能已经大大超出逻辑控制的范围,因此原来的说法已经不贴切地表示其功能 了。今天我们称之为可编程控制器 ,简称 PC。但为了避免与个人计算机 Personal Computer 的简称混淆,还是简称 PLC。 PLC 是微电子技术与自动控制技术相结合的产物,它的应用非常广泛,能方便地直接 用于机械制造、化工、电力、交通、采矿、建材、轻工、环保、食品等各行各业。即可用于 老设备的技术改造,也可用于新产品的开发和机电一体化。近年来,可编程序控制器的发展 非常快,不仅应用普及非常快,而新产品的开发速度也是非常快的。 随着我国的经济飞速发展,人民生活水平迅速提高,工作居住条件得到了巨大改善。钻 床作为工业生产内的重要生产工具,与人们的工作和效力的产生息息相关。对它的性能要求 很精确。在此,我们采用了 PLC 的控制来实现钻床的运行稳定。 钻床的电气系统由液压系统、冷却泵和电磁吸盘以及照明电路等部分组成。传统的电气 控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点,正逐渐 被淘汰。目前钻床设计使用可编程控制器(PLC),要求功能变化灵活,编程简单,故障少, 噪音低。维修保养方便,节能省工,抗干扰能力强,控制箱占地面积少。改造后使生产线的 效率得到提到,使用寿命更长久等优点。 改造钻床是一门专业知识相当广泛的专业,它涉及到自动化专业的多门专业基础课:电 子技术、计算机控制、计算机接口、自控原理、检测技术、电力电子技术、电机拖动、电气 系统控制、可编程逻辑控制器等。通过这些专业课程的学习,在此次毕业设计中,又使这些 课程得到了复习、巩固。掌握所学知识并解决实际问题的方法和技能。 Z30130×31 型摇臂钻床属于大型立式钻床,能够进行多种形式的机械加工,如钻孔、 扩孔、铰孔、镗孔、刮平面以及攻螺纹等。 摇臂钻床的运动部件较多,常采用多台电动机拖动,一般采用三相交流鼠笼式异步 电动机拖动,用机械变速调节主轴转速和进刀量,变速箱为机械有级调速,钻床的主运动和 进给运动都有较大的调速范围。 Z30130X31 型钻床的传统的继电器—接触器控制系统过于复杂烦琐。若采用 PLC 控制进行改造后,便线路简化,可靠性提高,响应加快精确更正确,给设备维护、检修带来 方便,同时在成本上也合理,能够产生较大的经济效益。 毕业设计说明书 - - 1 第二章 机床的主要参数 1. 机床的主要参数 (1)最大钻孔直径 100mm (2)主轴中心线至立柱母线距离:最大 3150mm 最小 570mm (3)主轴箱水平移动距离 2580mm (4)主轴端面至底座工作面距离:最大 2500mm 最小 750mm (5)摇臂升降距离 1250mm (6)摇臂升降速度 0.61m/min (7)摇臂回转角度 360 度 (8)主轴圆锥孔 莫氏 6 号 (9)主轴转速范围 8~1000r/min (10)主轴转速级数 22 级 (11)主轴进给量范围 0.06~3.2mm/r (12)主轴进给量级数 16 级 (13)主轴行程 500mm (14)刻度盘每转钻孔深度 170mm (15)主轴允许最大扭转力矩 2450N·m (16)主轴允许最大进给抗力 49×10 3.N (17)主电机功率 15kw (18)摇臂升降电机功率 3kw (19)主轴箱及摇臂液压夹紧电机功率 0.75k (20)立柱液压夹紧电机功率 0.75kw (21)主轴箱水平移动电机功率 0.25kw (22)主轴箱水平移动速度 1.6m/min (23 )冷却泵电机功率 0.09kw 2. 钻床的机械及运动形式 (一)Z30130x31 型摇臂钻床适用于在重大型零件上钻孔、扩孔、铰孔、刮平面及攻螺 纹等工作,在具有工艺装备的条件下可以进行镗孔。 Z30130x31 行摇臂钻床,其零部件通用化程度较高,本机床具有如下特点: 毕业设计说明书 - - 2 采用液压预选变速机构,可节省辅助时间;主轴正反转、停车(制动) 、变速、空挡等 动作都用一个手柄控制,操纵轻便;主轴箱、摇臂、内外柱采用液压驱动的菱形块夹紧机构, 夹紧可靠;摇臂上导轨、主套筒及内外柱回转滚道等处均进行淬火处理,可延长使用寿命; 主轴箱的移动除手动,还可以机动;有完善的安全保护装置及外柱防护和自动润滑装置。 (二)液压系统的主要特点 (1)该液压系统中工作台的换向采用了时间控制的换向回路。在换向阀阀芯上的四个 控制边均带有锥度较小的制动锥,同时可采用单向节流阀来调整阀芯的移动速度,使制动过 程平稳,减小了换向冲击,这对工作台运动速度较高、换向要求平稳。 (2)液压系统中,采用了进油和回油路的双重节流调速回路,并以回油节流调速为主, 因此,工作台的运动平稳,且可减小工作台启动时的前冲现象。 (3)具有卸荷回路,机床不工作时,可使系统卸荷,以减少功率损失和减少油液发热。 毕业设计说明书 - - 3 第三章 继电器接触器控制原理 3.1 控制线路特点与电气线路概述 3.1.1.控制线路特点 (1)电路、控制线路、信号指示灯电路及机床照明均采用自动空气断路器作为电源引 入开关。自动空气断路器中的电磁脱扣装置作为短路保护电器而取代熔断器。另外,此断路 器也具有零压保护和欠压保护作用。 (2)由于各台点动机的容量不同,在起动时须区别对待。主轴电动机容量较大,为降 低起动电流,采用了 Y—△起动控制线路。其它五台电动机采用接触器直接起动控制线路或 开关直接起动控制线路。 (3)控制线路装有总起动与总停止按钮,便于操作和在发生事故时紧急停车。 (4)摇臂的上升运动和下降运动有严格的动作顺序,由限位开关 SQ3 给以保证。 (5)每一个主要动作均有指示灯作出指示,便于操作和进行电气维修。 (6)主柱的夹紧与松开单独用一台电动机拖动,使控制更为灵活。 (7)主轴箱的水平移动单独用一台电动机拖动,降低了操作者的劳动强度。 (8)摇臂的上升运动和下降运动可以用主轴箱上的十字开关操作,也可以装在立柱下 部的控制按钮操作,属于两地控制线路。 (9)立柱与主轴箱的松开与夹紧可以同时进行操作,也可以单独进行。 (10)控制线路采取了可靠的电气联锁措施,以防止发生电源短路事故。 3.1.2.电气线路概述 主电路由六台三相交流异步电动机及其有关的电气元件组成。主轴电动机只有一个旋 转方向,因为功率较大,所以采用 Y—△起动控制线路。冷却泵电动机也只有一个旋转方向, 采用开关直接起动控制线路。其它四台交流电动机都有两个旋转方向,采用交流接触器起动 控制线路。 M1 为主电动机,由交流接触器 KM1、KM2 和 KM3 进行 Y—△起动,KM1 和 KM3 也是 M1 的停止电器。M1 的短路保护电器是总电源引入开关——自动空气断路器 QF1 中的电磁脱 扣装置。热继电器 FR1 是 M1 的过载保护电器。 M2 是摇臂升降电动机。交流接触器 KM4 控制 M2 的正向起动与停止。M2 的反向起动 与停止由反向交流接触器 KM5 控制。M2 的短路保护电器也是自动空气断路器 QF1 中的电磁 脱扣装置。因为 M2 是短时间工作,所以不设过载保护电器。 M3 是摇臂和主轴箱松开与夹紧电动机,它实质上是液压油泵电动机,为摇臂与主 毕业设计说明书 - - 4 轴箱的松开与夹紧提供压力油。交流接触器 KM6 控制 M3 的正向起动与停止。M3 反向转动的 起动与停止由交流接触器 KM7 控制。自动空气断路器 QF4 中的电磁脱扣装置是 M3 的短路保 护器。虽然摇臂与主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作,M3 并不长期运转,但液压系 统出现故障或行程开关调整不当时,M3 也会处于长时间过载状态而造成事故,所以在电路 中装设了热继电器 FR2。 M4 是立柱的松开与夹紧电动机,也是液压油泵电动机,专供立柱松开与夹紧用的 压力油。M4 的正反向起动与停止分别由正向交流接触器 KM8 与反向交流接触器 KM9 控制。 M4 的短路保护电器是自动空气断路 QF4 的电磁脱扣装置。由于 M4 不是长期运行的电动机, 所以不设过载保护电器。 M5 是主轴箱水平移动电动机,有两个旋转方向,由交流接触器 KM10 和 KM11 分别 控制其起动与停止。短路保护电器仍为自动空气断路器 QF4 中的电磁脱扣装置。由于短时间 工作,所以不设过载保护电器。 M6 是冷却泵电动机,功率很小,虽然长时间工作,也不设过载保电器。由自动空 气断路器 QF2 控制其起动和停止,并兼作短路保护电器。 控制线路中装设了三台时间继电器,其中 KT1 为通电延时型、KT2 和 KT3 为断电延 时型 在主轴箱水平移动控制线路中,主轴箱与电动机之间接入了直流电磁离合器 YC1, 使控制更为可靠。 控制线路电压为 110V,信号等电路电压为交流 6V,均变压器 TC2 提供电源。电磁 离合器电压为 24V,由控制变压器 TC1 供电。照明线路除了装设两台照明灯外,还装有电源 插座,便于接临时照明灯。照明电路电压为 24V,由变压器 TC2 供电 3.2 控制原理分析及分立控制线路 3.2.1.开车前准备工作 先将自动空气断路器 QF7~QF8 扳到闭合位置,然后扳动总电源开关 QF1,引入三相 380V 交流电源。这时,电源接通指示灯 HL1 亮,表示机床的电气线路已处于通路状态。 按下总起动按钮 SB1,中间继电器 KA1 的线圈经(1-3-5-7-0)线路得电吸合并自锁,为 控制线路提供了电源通路,并为其它电器得电做好准备。 3.2.2.主轴电动机起动与停止控制线路 在中间继电器 KA1 得电并自锁的基础上,按下起动按钮 SB2,时间继电器 KT1 的线圈经 (1-3-5-7-11-13-2-0)线路通电吸合。接触器 KM1 的线圈经(1-3-5-7-11-13-2-0)线路通电吸 合并自锁。接触器 KM3。接触器 KM2 的线圈经(1-3-5-7-11-13-15-17-2-0)线路通电吸合。 KM2 的主触点闭合,短路主电动机三相绕组的末端,将主电动机接成 Y 形。由于 KM1 主触点 毕业设计说明书 - - 5 闭合,接通 M1 的三相电源,主轴电动机在定子绕组接成 Y 的情况下得电旋转。 当主轴电动机的转速逐渐升高到接近额定转速时,时间继电器 KT1 延时开启的动断触 点 KT1-2(13-15)断开,接触器 KM2 的线圈断电释放。KM2 的主触点断开,使主触点电动机定 子绕组的末端脱离短路状态。与此同时,时间继电器 KT1 延时闭合的动合触点 KT1(13-21) 闭合,使接触器 KM3 的线圈经(1-3-5-7-11-13-21-23-2-0)线路通电吸合。KM3 的主触点闭 合,将主轴电动机的定子绕组接成△形并通过已闭合的 KM1 街道电源上,使 M1 在额定转速 下正常旋转。 接触器 KM3 得电时,它的动合辅助触点 KM3(605-607)闭合,主轴电动机旋转指示灯 HL2 亮。 停止主轴电动机时,按下停止按钮 SB12,时间继电器 KT1、交流接触器 KM1 和 KM3 同时 断电释放,KM1 的主轴触点断开,切除三相电源,主轴电动机停转。 接触器 KM3 断电释放时,其动合触点 KM3(605-607)断开,主轴电动机旋转指示灯 HL2 灭。 3.2.3.摇臂上升控制线路及工作原理 在中间继电器 KA1 得点吸合并自锁的情况下,将主轴箱上的十字开关向上扳动,使 SA1-1 接通,或按下装在立柱下部的摇臂上升起动按钮 SB3,中间继电器 KA2 的线圈经(1-3- 5-7-25-27-29-0)线路通电吸合,KA2 动断触点 KA2-4(55-57)断开,保证 KM7 无电。同时, 动合触点 KA2-3(39-41)和 KA2-1(7-37)闭合。前者为交流接触器 KM4 得点做好准备,后后者 使时间继电器 KT2 的线圈经(1-3-5-7-37-0)线路通电吸合。因为 KT2 是断电延时型的时间继 电器,所以它的断电延时开启的动合触点 KT2-1(7-55)杂通电时瞬时闭合,使时间继电器 KT3 的线圈得电吸合。与此同时,时间继电器 KT2 的瞬时动作动合触点 KT2-3(7-87)闭合, 使电磁铁 YA1 的线圈得电动作,打开摇臂松开油腔的进油阀门,为摇臂松开做好准备。 由于 KT3 线圈通电吸合,其断电延时开启触点 KT3-2(7-87)瞬时闭合,保证了 YA1 的线 圈在时间继电器 KT2 断电后 仍然通电。与此同时,KT3 瞬时动作的动合触点 KT3-1(49-51) 闭合,使交流接触器 KM6 的线圈经(1-3-5-7-37-49-51-53-4-0)线路通电吸合。KM6 的主触 点闭合,接通 M3 的电源,主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机通电正向旋转,使压力油经二位 六通阀进入摇臂松开油腔,推动活塞和菱形块,将摇臂松开。这时活塞杆通过弹簧片压动限 位开关 SQ3,使其动断触点 SQ3-2(37-49)断开,交流接触器 KM6 的线圈断电释放。KM6 的主 触点断开,切断 M3 的电源,主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机停止转动。 与此同时,限位开关 SQ3 的动合触点 SQ3-1(37-39)闭合,接触器 KM4 的线圈经(1-3-5- 7-37-39-41-43-0)线路通电吸合,其主触点接通 M2 的电源,摇臂升降电动机正向转动 ,带 动摇臂上升。 毕业设计说明书 - - 6 当摇臂上升到所需要的位置时,扳动十字开关使 SA1-1 断开,或松开起动按钮 SB3,中 间继电器 KA2 的线圈断电释放。KA2 的动断触点 KA2-1(7-37)断开,时间继电器 KT2 和交流 接触器 KM4 的线圈断电释放,摇臂升降电动机停止转动,摇臂停止上升。 KA2 释放时,动断触点 KA2-4(55-57)闭合,为交流接触器 KM7 得电动作做好了准备 KT2 断电释放时,它的瞬时动作动触点 KT2-3(7-87)断开,但由于 KT3 仍然通电,所以 电磁铁 YC1 仍处于带电状态。 经过 1~3S 的延时,KT2 延时开启动合触点 KT2-1(7-55)断开,但因为限位开关 SQ4 闭合, 所以并不影响 KT3 的通电吸合状态。同时,KT2 的延时闭合动断触点 KT2-2(59-63)闭合,交 流接触器 KM7 的线圈经(1-3-5-7-55-57-59-63-65-4-0)线路通电吸合。KM7 的住触点接通 M3 的电源,主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机反向转动,压力油经二为六通阀进入摇臂夹紧油腔, 推动活塞和菱形块,将摇臂夹紧。与此同时,活塞杆通过弹簧片压动限位开关 SQ4,使它的 动断触点 SQ4(7-55)断开,交流接触器 KM7 和时间继电器 KT3 的线圈断电释放,主轴箱和摇 臂夹紧与松开电动机停止转动。经过 1~3S 的延时,KT3 延时开启的动合触点 KT3-2(7-87)断 开,YC1 断电释放。 3.2.4.摇臂下降的控制线路原理分析 摇臂下降的控制线路及其工作原理和摇臂上升的控制线路及工作原理极为相似,只要把 摇臂上升线路中的 SA1-1 改为 SA1-2(十字开关向下扳动) ,摇臂上升起动按钮 SB3 改为摇 臂下降起动按钮 SB4,中间继电器 KA2 改为 KA3,接触器 KM4 改为 KM5 即可。 摇臂的上升与下降是短时间调整工作,所以采用电动方式。 行程开关 SQ1 和 SQ2 用来限制摇臂上升和下降的行程。当摇臂上升到极限位置时,压动 SQ1,使其动断触点 SQ1(25-27)断开。中间继电器 KA2 断电释放,动合触点 KA2-1(7-37) KA2-3(38-41)断开,接触器 KM4 失电,摇臂升降电动机停止转动,摇臂停止上升。 当摇臂下降到极限位置时,压动限为开关 SQ2,使它的触点 SQ2(31-33)断开,中间继电 器 KA3 的动合触点 KA3-1(7-37)和 KA3-3(39-45)断开,KM5 断电,摇臂升降电动机停止转动, 摇臂停止下降。 正常工作时,限位开关 SQ1 和 SQ2 的动断触点总是闭合的。 3.2.5.主轴箱松开与夹紧控制原理分析 主轴箱和立柱的松开(或夹紧)即可以同时进行,也可以单独进行,由转换开关 SA2 控 制。转换开关 SA2 有三个位置,将 SA2 扳到中间位置,主柱和主轴箱同时松开(或夹紧) ; 将 SA2 扳到左边位置,立柱单独松开(或夹紧) ;将 SA2 扳到右边位置,主轴箱单独松开 (或夹紧) 。复合按钮 SB5 是立柱与主轴箱的松开控制按钮,SB6 是夹紧控制按钮。下面, 先分析主轴箱单独松开的控制线路原理。 毕业设计说明书 - - 7 将转换开关 SA2 扳到右边位置,则触点 SA2(73-51)和 SA2(79-55)接通。按下复合按钮 SB5,接触器 KM6 的线圈经(1-3-5-7-73-51-53-4-0)线路通电吸合,它的主触点闭合,接通 M3 的电源,主轴箱和摇臂的松开与夹紧电动机起动正向旋转,供应压力油。由于这时电磁 铁 YA1 处于无电释放状态,所以压力油经二位六通阀进行主轴箱松开油缸,推动活塞和菱形 块,将主轴箱松开。松开时压动限位开关 SQ6,使动断触点 SQ6-2(605-613)闭合,立柱和主 轴箱松开指示灯 HL3 亮。这时,应立即松开复合按钮 SB5,使接触器 KM6 断电释放,主轴箱 和摇臂的松开与夹紧电动机停转。 主轴箱单独夹紧时,仍将转换开关 SA2 扳到右边位置,使 SA2(79-55)接通。按下复合 按钮 SB6,接触器 KM7 的线圈经(1-3-5-7-79-55-57-59-63-65-4-0)线路通电吸合。KM7 的主 触点闭合,接通 M3 的三相电源,主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机起动反向旋转,提供压力 油。由于此时电磁铁 YA1 处于电释放状态,所以压力油 经二位六通阀进入主轴箱夹紧油缸, 推动活塞和菱形块,使主轴箱夹紧。夹紧时压动限位开关 SQ6,使它的动合触点 SQ6-1 闭合, 立柱和主轴箱夹紧指示灯 HL4 亮,HL3 灭。这时,要立即松开复合按钮 SB6,使接触器 KM7 断电释放,主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机因断电而停止转动。 3.2.6.立柱单独松开与夹紧的控制原理分析 立柱单独松开时,将转换开关 SA2 扳到左边位置,SA2(73-75)闭合,按下复合按钮 SB5,接触器 KM8 的线圈经线路通电吸合,其主触点闭合,立柱松开与夹紧电动机 M4 起动 正向旋转,供应压力油。通过液压机械系统使立柱夹紧。夹紧时,立柱松开指示灯 HL3 亮。 这时,要立即松开复合按钮 SB5,使 KM8 断电释放,立柱松开与夹紧电动机停转。 主轴单独夹紧时,仍然将转换开关 SA2 扳向左边位置,使 SA2(79-83)接通吸合。在按 下复合按钮 SB6 后接触器 KM9 的线圈经(1-3-5-7-79-83-85-0)线路通电吸合。KM9 的主触点 闭合,接通 M4 的电源,夹紧时,立柱夹紧指示灯 HL4 亮,HL3 灭。这时,要立即松开复合 按钮 SB6,使 KM9 断电释放,立柱夹紧与松开电动机停转。 3.2.7.立柱和主轴箱同时夹紧的控制原理分析 立柱与主轴箱同时进行松开控制时,将转换开关 SA2 扳到中间位置,SA2(73-51)和 SA2(79-75)同时接通,按下 SB5,KM6 和 KM8 同时得电吸合。它们的主触点闭合,主轴箱和 摇臂松开与夹紧电动机 M3、立柱松开与夹紧电动机 M4 得电正向旋转,供应压力油。压力油 经二位六通阀进入主轴箱松开油缸,推动活塞和菱形块,将主轴箱松开。同时,通过液压系 统是立柱松开,指示灯 HL3 亮。这时,应立即松开复合按钮 SB5,使接触器 KM6 和 KM8 断电 释放,电动机 M3 和 M4 断电停转。 主轴箱与立柱同时进行夹紧控制时,仍将转换开关放在中间位置,使 SA2(73-55)和 SA2(79-83)接通。按下 SB6,接触器 KM7 和 KM9 同时得电吸合。它们的主触点闭合,使主轴 毕业设计说明书 - - 8 箱和摇臂松开与夹紧电动机 M3、立柱松开与夹紧电动机 M4 反向转动,供应压力油。压力油 经二位六通阀进入主轴箱夹紧油缸,推动活塞和菱形块,将主轴夹紧。同时,液压系统将立 柱夹紧,夹紧指示灯 HL4 亮。这时,应立即松开 SB6,使接触器 KM7 和 KM9 断电释放。它们 的主触点断开,使电动机 M3 和 M4 停转。 3.2.8.主轴箱的水平移动控制 主轴箱的水平移动控制是通过十字开关 SA1 实现的。在主轴箱松开的情况下,主轴箱松 开与夹紧油缸的活塞杆压动限位开关 SQ5,使其动合触点 SQ5(7-93)闭合。向右扳动十字开 关,使触点 SA1-3 接通。接触器 KM10 的线圈经(1-3-5-7-93-95-97-0)线路通电吸合。动合 触点 KM10(113-115)闭合,电磁离合器 YC1 通电,接通 M5 与主轴箱之间的机械传动机构。 同时,KM10 的主触点闭合,接通 M5 的电源,主轴箱水平移动电动机正向旋转,拖动主轴箱 向右移动。 如果向左扳动十字开关,SA1-4(93-101)接通,接触器 KM11 的线圈经(1-3-5-7-93-101- 103-0)线路通电吸合。KM11 的动合触点 KM11(113-115)闭合,电磁离合器 YC1 通电,接通 M5 与主轴箱与主轴箱之间的机械传动机构。同时,接触器 KM11 的主触点闭合,接通 M5 的 电源,主轴箱水平移动电动机反向转动,拖动主轴箱向左移动。 3.2.9.冷却泵电动机的起动与停止控制 扳动自动空气断路器 QF2,使之处于闭合或断开状态,接通或断开电源,既可实现冷 却泵电动机 M6 的起动停止。 毕业设计说明书 - - 9 第四章 PLC 控制系统的硬件设计 4.1 电动机的选型 选择电动机时,除了正确的选择功率外,还要根据生产机械的要求及工作环境等,正确 的选择电动机的种类、型式、电压和转速. A.电动机种类的选择: 电动机的种类分为直流和交流电动机两大类。直流电动机又分为他励、并励串励电动机 等。交流电动机又分为笼型、绕线转子异步电动机及同步电动机等。电动机种类的选择主要 是从生产机械对调性能的要求来考虑,例如,对于调速范围、调速精度、调速平滑性、低速 运转状态等性能来考虑。 凡是不需要调速的拖动系统,总是考虑采用交流拖动,特别是采用笼型异步电动机。长 期工作、不需要调速、且容量相当大的生产机械,如空气压缩机、球磨机等,往往采用同步 电动机拖动,因为它能改善电网的功率因数。 如果拖动系统的调速范围不广,调速级数少,且不需要在低速下长期工作,可以考虑采 用交流绕线转子异步电动机或变级调速电动机。因为目前应用的交流调速范围拖动,大部分 由于低速运行时能量损耗大,鼓一般均不宜在低速下长期运行。 对于调速范围宽、调速平滑性要求较高的场合,通常采用支流电动机拖动,或者采用 近年来发展起来的交流变频调速电动机拖动。 .电动机型式的选
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