河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 1 - 臂鉆床 氣 改造 摘 要 : 本文以 紹 了 搖臂鉆床 控制特點(diǎn) ，并且利用 采用接觸器控制系統(tǒng)后，在充分滿足系統(tǒng)控制要求 的前提下， 減少了電氣故障發(fā)生率 ，節(jié)省了大量的維修費(fèi)用 ，提高了搖臂鉆床的工作可靠性 和勞動(dòng)生產(chǎn)率，具有普遍的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)意義。 關(guān)鍵詞 : 搖臂鉆床； 態(tài)軟件 3040 on LC of s LC an is to of on of of s of a of in in 南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 2 - 目 錄 摘要 . 1 引 言 . 2 1、搖臂鉆床基本電氣控制 . 2 軸電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制 . 2 臂升降控制 . 2 軸箱和立柱的松開 與夾緊控制 . 2 作冷卻 . 2 2、系統(tǒng)控制 方案確定 . 4 3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 4 入 /輸出元件的確定 . 4 選型 . 4 入 /輸出點(diǎn)的分配 . 5 、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 7 形圖設(shè)計(jì) . 7 令助記符 . 9 臂鉆床 制原理 . 9 5、軟件組態(tài)及系統(tǒng)監(jiān)控 . 10 態(tài)軟件簡介 . 10 搖臂鉆床中的組態(tài)過程 . 11 6、改造 后優(yōu)點(diǎn) . 12 結(jié)束語 . 12 參考文獻(xiàn) . 13 謝辭 . 14 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 3 - 引 言 搖臂鉆床是一般機(jī)械加工車間常見的機(jī)床 設(shè)備 ，該機(jī)床 操作方便、靈活、 加工范圍廣，特別適用于單 件或批量生產(chǎn)中大型零件的孔加工。早先制造的該類設(shè)備 通常采用繼電器邏輯控制方式，設(shè)備的電控系統(tǒng) 其 聯(lián)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，維修困難，檢修周期長 ， 故障率高，常影響正常生產(chǎn)。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，這類控制系統(tǒng)已顯示出越來越多的弊瑞。近年來 在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢(shì)，是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。 我們利用 制技術(shù)取代繼電器控制，對(duì)一臺(tái) 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)。由于 靠性好，抗干擾能力強(qiáng)，柔性好，編程簡單，使用方便，擴(kuò)充靈活，功能完善，因此取代原有的繼電器系統(tǒng)后，具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 1、 搖臂鉆床基本 電氣 控制 圖 1 所示為 臂鉆床電氣原理圖 。 軸電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制 主軸電動(dòng)機(jī) 要求單方向旋轉(zhuǎn)，可直接啟 動(dòng) ，由 按鈕 接觸器制其啟停， 指示燈 為主軸工作指示， 熱繼電器 過載保護(hù)。 臂升降控制 搖臂升降電動(dòng)機(jī) 求能正、反向旋轉(zhuǎn)，可直接啟動(dòng)，由 按鈕 觸器 制 正反轉(zhuǎn) ，因 短時(shí)運(yùn)行，不設(shè)過載保護(hù)。 其 控制電路要保證在搖臂升降時(shí)，首先使液壓泵電動(dòng)機(jī) 動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，供出壓力油，經(jīng)液壓系統(tǒng)將搖臂松開；然后才使搖臂升降電動(dòng)機(jī) 動(dòng)，拖動(dòng)搖臂上升或下降。當(dāng)移動(dòng)到位后，控制電路又要保證 停下， 再 通過液壓系統(tǒng)將搖臂夾緊，最后液壓泵電動(dòng)機(jī) 。 軸箱和立柱的松開與夾 緊控制 立柱和主軸箱的放松與夾緊均采用液壓操縱，兩者同時(shí)進(jìn)行工作，工作時(shí)要求二位六通電磁閥 通電。其控制由液壓泵電動(dòng)機(jī) 松開按鈕 緊按鈕 現(xiàn)， 指示燈 為松開、夾緊指示。 液壓泵電動(dòng)機(jī) 過拖動(dòng)液壓泵來控制夾緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)夾緊與放松，也要求能正、反向旋轉(zhuǎn)，采用點(diǎn)動(dòng)控制，直接啟動(dòng)，由 接觸器 制 正反轉(zhuǎn) ，熱繼電器 過載保護(hù)。 作冷卻 冷卻泵電動(dòng)機(jī) 動(dòng)冷卻泵對(duì)加工刀具提供冷卻液，采用直接啟動(dòng)，單方向旋轉(zhuǎn)， 不需要調(diào)速和制動(dòng)， 由于容量小，用轉(zhuǎn)換開關(guān)控制。 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 4 - 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 5 - 2、系統(tǒng) 控制 方案 確定 搖臂鉆床 傳統(tǒng)的控制方法是采用繼電器 式 ，其控制 聯(lián)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，可靠性低，維護(hù)繁瑣。 而根據(jù)其控制要求和改造目的， 我們 采用 下位機(jī)制 、 上位機(jī)運(yùn)用 態(tài)軟件監(jiān)控， 這樣 不僅 可以很容易的 實(shí)現(xiàn) 其 開關(guān)量的 邏輯、順序 控制，還能 通過 與設(shè)備之間的通信 對(duì) 鉆床 實(shí)時(shí) 監(jiān)控， 從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。 其控制 方案 如圖 2 所示： 圖 2 系統(tǒng)控制 方案 圖 3、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 首先分析 臂鉆床繼電控制系統(tǒng)原理，確定輸入元件和輸出元件，其次根據(jù)輸入、輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)和邏輯關(guān)系的復(fù)雜程度選擇 型號(hào) ，設(shè)計(jì) I/ 入 /輸出元件的確定 根據(jù)原繼電控制原理， 搖臂鉆床采用多電機(jī)拖動(dòng)，設(shè)有主軸電動(dòng)機(jī)臂升降電動(dòng)機(jī) 壓泵電動(dòng)機(jī) 冷卻泵電動(dòng)機(jī) 分析其電氣控制原理圖 1 可知， 臂鉆床的輸入元件共有 11 個(gè)，其中按鈕 6 個(gè)，限位開關(guān) 5 個(gè)；輸出元件 9 個(gè)，其中接觸器線圈 5 個(gè)，電磁閥 1 個(gè)，信號(hào)燈 3 個(gè)。 原繼電控制電路中的熱繼電器，不必作為輸入元件，而將 其觸點(diǎn)串接到相應(yīng)接觸器的線圈回路里比較方便，也可節(jié)省輸出點(diǎn)。 選型 根據(jù)輸入 /輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)及電路的邏輯關(guān)系，考慮到實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件，本控制系統(tǒng)選擇日本松下公司的 有 16 點(diǎn)， 8 個(gè)上位機(jī) 位機(jī) 軸啟停搖臂升降 立柱松 緊 接觸器 電磁閥 指示燈 輸出控制 輸入信號(hào) 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 6 - 輸入、 8 個(gè)輸出，而該控制系統(tǒng)卻有 20 個(gè)輸入輸出點(diǎn)，因此必須考慮采用 擴(kuò)展后，該 有 16 個(gè)輸入、 16 個(gè)輸出點(diǎn)，完全能滿足控制系統(tǒng)的 需要， 又留有余量方便以后系統(tǒng)的 擴(kuò)充。 松下 列 有如下特點(diǎn)： I/O 點(diǎn)數(shù) 從 10 點(diǎn)至最大 128 點(diǎn)， 單臺(tái)使用，也可多模塊組合，最多可增加 3 個(gè)擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展單元不需任何電纜即可直接連到主控單元上； 掃描速度 運(yùn)行速度在同類產(chǎn)品中是最快的，每條基本指令執(zhí)行速度為 500 步的程序只需 掃描時(shí)間。還可讀取短至 50S 的窄脈沖，即有脈沖捕捉功能； 程序容量 有 5000 步的大容量內(nèi)存及大容量的數(shù)據(jù)寄存器，可用于復(fù)雜控制及大數(shù)據(jù)量處理； 特殊功能 具備兩路脈沖輸出功能，可單獨(dú)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)位置控制，互不干擾，有雙相、雙通道、雙頻高速計(jì)數(shù)功能，有 寬調(diào)制）輸出功能，可很容易地實(shí)現(xiàn)溫度控制 ，還可用來直接驅(qū)動(dòng)松下電工微型變頻器 成小功率變頻調(diào)速系統(tǒng)； 通信功能 用 直接連接調(diào)制解調(diào)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，還可多個(gè)構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)， 增加了程序運(yùn)行過程中的重寫功能和自我診斷功能，程序內(nèi)存使用 需備用電池，維護(hù)簡單。 入 /輸出點(diǎn)的分配 表 1 輸入點(diǎn)分配表 輸入元件 輸入端子號(hào) 主軸電動(dòng)機(jī) 止按鈕 1 主軸電動(dòng)機(jī) 動(dòng)按鈕 2 搖臂上升按鈕 3 搖臂下降按鈕 4 主軸箱松開按鈕 5 主軸箱夾緊按鈕 6 搖臂上 升 限位開關(guān) 21 搖臂放松限位開關(guān) 22 搖臂夾緊限位開關(guān) 23 主軸箱立柱松緊限位開關(guān) 24 搖臂 下降 限位開關(guān) 25 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 7 - 表 2 輸出點(diǎn) 分配表 輸出元件 輸出端子號(hào) 接觸器 1 接觸器 2 接觸器 3 接觸器 4 接觸器 5 電磁閥 6 指示燈 21 指示燈 22 指示燈 23 ，設(shè)計(jì) I/O 端子接線圖，見圖 3。在 I/O 端子接線圖中，其輸入側(cè)電源采用直流 24V，輸出側(cè)電源采用交流 220V，以便直接驅(qū)動(dòng) 交流 接觸器和電磁閥。 而 主令電器的常閉觸 頭 均采用常開觸點(diǎn)作為輸入，使編程簡單， 熱繼電器 的 常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在接觸器線圈回路 中作為過載保護(hù)元件， 為了 增加 控制系統(tǒng)的可靠性，將接觸器常閉觸點(diǎn)串接在線圈回路中進(jìn)行 互 鎖保護(hù)， 由于 輸入輸出均采取光電隔離，因此增強(qiáng)了抗干擾能力 。 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 8 - 420 臂鉆床 、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 形圖 設(shè)計(jì) 制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)時(shí)，首先將整個(gè)控制部分分成若干個(gè)控制環(huán)節(jié)，分別設(shè)計(jì)出梯形圖，如主軸電動(dòng)機(jī) 控制、搖臂升降控制、立柱夾緊與松開控制。然后，根據(jù)控制要求將它們綜合在一起，經(jīng)整理、修改，最后設(shè)計(jì)出符合控制要求的梯形圖，見圖 4： 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 9 - 主軸啟停 搖臂、立柱 主軸箱松開 電磁閥通電 延時(shí) 3 秒 搖臂上升 搖臂 下降 搖臂、立柱 主軸箱夾緊 松開指示 夾緊指示 主軸工作指示 圖 4 臂鉆床 形圖 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 10 - 令助記符 臂鉆床 制原理 軸電機(jī)啟停 按下啟動(dòng)按鈕 應(yīng)的輸 入點(diǎn) 合，線圈 電并自鎖，接觸器 軸電動(dòng)機(jī) 動(dòng)， 示燈亮。按下停止按鈕 入點(diǎn) 圈 電，接觸器 圈釋放，主軸電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)，指示燈 臂升降控制 松開搖臂 按下上升按鈕 下降按鈕 對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn) 合，內(nèi)部繼電器 電，其輔助常開觸點(diǎn) 合，接通線圈 圈 內(nèi)部繼電器 時(shí)接觸器 圈吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)，供出正向壓力油，同時(shí)電磁閥 圈通電，搖臂松開。 搖臂上升（或下降 ） 松開動(dòng)作完成后碰壓行程開關(guān) 對(duì)應(yīng)輸入常閉觸點(diǎn) 開，切斷 觸器 圈釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī) 止轉(zhuǎn)動(dòng)，搖臂維持放松狀態(tài)；同時(shí)常開觸點(diǎn) 合，接通線圈 降為 接觸器河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 11 - 圈吸合，搖臂升降電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)（下降為反轉(zhuǎn)），拖動(dòng)搖臂上升（或下降）。 夾緊搖臂 當(dāng)搖臂上升（或下降）到所需位置時(shí)，松開按鈕 對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)斷開，內(nèi)部繼電器 電，切斷 接觸器 線圈釋放，搖臂升降電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)，搖臂停止升降；同時(shí)接通定時(shí)器 時(shí) 3常開觸點(diǎn)閉合，接通 觸器 圈吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)，供出反向壓力油，使搖臂夾緊。夾緊動(dòng)作完成后壓下行程開關(guān) 對(duì)應(yīng)常閉觸點(diǎn) 開 ,切斷線圈 電磁閥 線圈釋放而使轉(zhuǎn)，完成了搖臂整個(gè)升降過程。 軸箱和立柱的松開與夾緊控制 按下松開按鈕 點(diǎn) 合，接通線圈 觸器 合，液壓泵電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)，電磁閥 通電，主軸箱和立柱松開。行程開關(guān) 受壓，其常閉觸點(diǎn)閉合，指示燈 ，表示主軸箱和立柱已經(jīng) 松開。 按下夾緊按鈕 點(diǎn) 合，線圈 電，接觸器 合，液壓泵電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)，電磁閥 不通電，主軸箱和立柱夾緊。同時(shí)行程開關(guān) 閉點(diǎn)斷開，指示燈 ，常開點(diǎn)閉合，指示燈 ，表示主軸箱和立柱已夾緊。 5、 軟 件組態(tài)及系統(tǒng)監(jiān)控 控制 系統(tǒng)的 實(shí)時(shí) 監(jiān)控采用 目前較為先進(jìn)的 控組態(tài)軟件 ，通過軟件為系統(tǒng) 設(shè)計(jì)了友好的控制界面， 使用戶 可以 在微型計(jì)算機(jī) 上 通過界面 對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行 實(shí)時(shí) 監(jiān)控，隨時(shí)在線監(jiān) 測(cè) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況， 及時(shí) 采取相應(yīng) 對(duì)策 ，以保證系統(tǒng)的 穩(wěn)定運(yùn)行 ，提高 了 系統(tǒng) 工作 的可靠 性 ，同時(shí)也 給管理者一個(gè) 舒適的 工作環(huán)境 。 態(tài)軟件簡介 是一套基于 98 和 臺(tái)、用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，它為解決工程監(jiān)控問題提供了豐富多樣的手段，從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出、曲線顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫可供選用，用戶只需根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，進(jìn)行 方案設(shè)計(jì)和組態(tài)配置，即可生成用戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)。 控組態(tài)軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩大部分，用戶所有的組態(tài)配置過程都是在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行的，用戶組態(tài)后可生成一個(gè) “ 組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫 ” 的文件。 運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它能按照 “ 組態(tài)結(jié)果數(shù)河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 12 - 據(jù)庫 ” 中的組態(tài)方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。 搖臂鉆床 中的組態(tài)過程 根據(jù) 臂鉆床 控 制 系統(tǒng)的要求， 可用 態(tài)軟件對(duì) 控制 系統(tǒng)進(jìn)行軟件的組態(tài)， 其界面如圖 5 所示， 也就是在 控組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上進(jìn) 行開發(fā) 。 圖 5 軟件組態(tài) 用戶 界面 其具體的組態(tài)過程簡述如下： 統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)組態(tài) 在 “ 主控窗口 ” 中，按控 制 系統(tǒng)的要求，對(duì)其系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行定義和設(shè)置。 戶界面的組態(tài) 按 控制系統(tǒng) 的要求和用戶的 使用 習(xí)慣，在 “ 用戶窗口 ” 中用 工具進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行 畫 面和主控界面的設(shè)計(jì)組態(tài)。 時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)象的組態(tài) 按控 制 系統(tǒng)的要求，在 “ 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫窗口 ” 中分別對(duì)有關(guān)的數(shù)據(jù)和變量等進(jìn)行定義和設(shè)置。 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 13 - 行策略的組態(tài) 按控 制 系統(tǒng)的運(yùn)行要求，在 運(yùn)行策略 ” 窗口中，可對(duì) 用戶 策略等進(jìn)行設(shè)置和組態(tài)。 在 組態(tài)環(huán)境中完成上述的各項(xiàng)組態(tài)工作之后，系統(tǒng)可生成一個(gè)適用于該 控制系統(tǒng) 的“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫”，此后即可在 運(yùn)行環(huán)境中對(duì)上述生成的軟件系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試 。 6、改造 后優(yōu)點(diǎn) 機(jī)床經(jīng) 進(jìn)行 ,明顯具有以下優(yōu) 勢(shì) : 1） 有體積小 、 功耗低 、速度快、 可靠性高 ， 又具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性 。 采用 ， 省去了時(shí)間繼電器 和大量 觸點(diǎn) ， 無形中降低了機(jī)床的故障率 ， 節(jié)省了大量的維修費(fèi)用 ， 提高了整機(jī)的可靠性 。 2） 輸出顯示功能和自診斷功能 。 根據(jù)輸入、輸出顯示和各個(gè)警示燈的閃爍 ， 很容易找出故障點(diǎn) ， 將系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間縮至最短 ，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率 。 3） 用的是光電耦合，因此系統(tǒng)抗干擾性能大大增強(qiáng)，并能經(jīng)受住強(qiáng)烈的振動(dòng)沖擊。 4） 具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等特點(diǎn) ，使用 戶無須具備編程專業(yè)知識(shí)，即可在短時(shí)間內(nèi)完成監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā) 。 5） 由于 下位機(jī) 采用 制，上位機(jī)運(yùn)用 態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)在工作過程中不斷地 從 用 程序 并 進(jìn)行順序掃描， 又通過軟件組態(tài)的人機(jī)界面 隨 時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)， 從而避免了原繼電控制系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生的觸點(diǎn)紊亂故障，使 系統(tǒng)的安全性大大提高 ，同時(shí)提高了系統(tǒng)的壽命 。 結(jié)束語 根據(jù)本系統(tǒng)的 控制 理論 ，下位機(jī) 采用 制，上位機(jī)使用 控組態(tài)軟件 實(shí)時(shí) 監(jiān)控， 很好地完成了 臂鉆床的電氣改造， 提高了工業(yè)自動(dòng)化水平， 取得了良好的效果 。 實(shí)踐證明，用 接觸器 控制系統(tǒng)是很好的方法。它可以充分發(fā)揮 抗干擾的特點(diǎn)，壽命長、維修量少、查找外部線路簡單 ， 減少了電氣故障發(fā)生率，大大提高了搖臂鉆床的工作可靠性， 同時(shí)也 提高了 生產(chǎn)效率 和產(chǎn) 品質(zhì)量 ，為企業(yè)創(chuàng)造 了 較好的經(jīng)濟(jì)效益。 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院 - 14 - 參考文獻(xiàn) 1 劉光源主編 . 機(jī)床電氣設(shè)備的維修 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2 陳遠(yuǎn)齡主編 . 機(jī)床電氣自動(dòng)控制 . 修訂本 . 重慶： 重慶大學(xué)出版社， 1995 3 廖兆榮主編 . 機(jī)床電氣自動(dòng)控制 . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 4 劉金琪編 著 . 機(jī)床電氣自動(dòng)控制 . 修訂版 . 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 5 方承遠(yuǎn)主編 . 工廠電氣控制技術(shù) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1999 6 余雷聲等編 . 電氣控制與 用 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1998 7 齊占慶主編 . 機(jī)床電氣自動(dòng)控制 . 第 3