《PLC课程设计》指导书
3.3 轴承座翻转机构PLC控制系统设计
3.3.1 目的和要求
1) 用PLC实现对轴承座翻转机构的控制
2) 掌握用PLC设计控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法 3) 学会使用传感器的检测信号构成主控程序和故障信号报警程序的设计方法 4) 训练用PLC设计控制系统的编程思路和综合分析问题的能力 3.3.2 设备概况：
在冶金行业，轧制不同的型材或板材需要不同的轧棍，轧棍套于其两端的轴承座内，见图3.3。当使用一段时间后，或更换不同的轧棍时，都需要对轴承座进行检修。在检修轴承座前，必须将轴承座从轧棍上拆卸下来。检修轴承座过程中，需要对轴承座进行翻转，以便拆卸、检查、更换零件和重新装配。有的轴承座重达十几吨，直径达1200mm，人工难以实行翻转，而且容易发生事故。为了便于检修、降低劳动强度，增强安全性，越来越多的冶金企业开始采用轴承座拆卸机构和轴承座翻转机构，
设计轴承座翻转机构的PLC控制系统，PLC的控制对象是液压系统，并通过液压系统油缸推动翻转机构正翻或逆翻。。
技术要求：
①可以在0～90°内任意翻转，耐冲级负荷； ②翻转过程要平稳，不能有突变和蠕动；
③翻转过程中可以随时启停，停在任意位置处，无滑动现象； ④翻转过程中，可以随时改变翻转方向；
⑤具有限位保护，即使限位开关故障，系统仍然可以安全运行； ⑥具有液压系统油位低停车和油温高等报警功能；
⑦电机电源和总电源统一，可以在紧急状态下切断或关机；
图3.3 轴承座
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图3.4 轴承座翻转机
图3.5 液压站
3.3.3 控制要求：
整个控制系统由油泵启/停控制、翻转控制、油温控制、报警指示等部分组成。 (1)油泵启停控制
本系统采用一个“油泵启/停”按钮控制油泵电机的交替启停，油泵电机的运行还要受油位下限、电机过载信号的约束，如果油泵电机已经启动，当出现电机过载或油位下限时，应该停油泵电机。
(2)翻转控制
包括左旋（正翻）和右旋（逆翻）两个动作，用“左旋/停”和“右旋/停”按钮分别实现左旋和右旋动作的交替启停控制。左旋和右旋的控制输出还要受限位信号的约束，如果已经启动左旋或右旋动作，当限位信号有效时，则停止左旋或右旋。为了确保限位传感器故障时，左旋或右旋到位也能正确停车，采用定时器实现限时到位停车，即无论限位信号是否接通，定时器接通则立即停车。
(3)卸荷阀控制
本系统的卸荷阀采用得电升压、失电卸荷的控制方式，如果系统有左旋或右旋控制输出，则卸荷阀接通。对于任何液压系统，油泵启动时，应确保卸荷阀处于卸荷状态；没有任何动作时，一般也应该让卸荷阀处于卸荷状态。
(4)油温控制
操作人员可以随时启停加热器和水阀对液压系统的油温进行控制，系统用“加热器启/停” 和“水阀启/停”按钮分别控制加热器和水阀的交替启停，同时加热器和水阀的启停还受温度触点信号的控制，即油温高触点接通，则自动接通冷水阀；油温低触点接通，则自动接通加热器。
(5)报警指示
系统的油温指示、液位指示，电机过载指示、滤油器堵指示等。当这些状态信号由断变通时，相应的指示灯点亮，按“报警解除“按钮则予以确认，相应的报警指示灯熄灭。即使报警信号没有消除，只要进行了确认，则相应的报警指示灯不再点亮，除非再一次产生报警
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信号。如果出现是油位下限和电机过载，则蜂鸣器发出警示。电机过载报警以2秒为周期间鸣，油位下限报警以1秒为周期间鸣。
3.3.4 课程设计学生完成内容
(1) 系统配置
1) PLC选型：学生根据系统要求及实验条件自行选择 2) 根据控制要求编制输入/输出编址表，见表3.3
表3.3 轴承座翻转机构控制系统输入/输出编址表
输入编址（学生自行确定编址） 油泵启/停SB1 翻转机构左旋/停SB2 翻转机构右旋/停SB3 报警解除SB4 翻转机构左旋限位SQ1 翻转机构右旋限位SQ2 液位上限SL1 液位下限SL2 滤油器堵SP1 油温55度ST1 油温35度ST2 油温15度ST3 热继电器FR1 输出编址（学生自行确定编址） 油泵电机M1 加热器加热EH1 溢流阀YV1 翻转机构左旋YV2 翻转机构右旋YV3 冷却水阀YV4 左旋限位指示HL5 右旋限位指示HL6 电机过载指示HL7 油温高指示HL8 油温低指示HL9 加热器加热指示HL10 液位上限指示HL11 液位下限指示HL12 滤油器堵指示HL13 蜂鸣器FH1
(2) 绘制电气原理图
要求：采用A4图纸，有电机主电路、电源电路、PLC输入电路（8点一张图）、PLC输出电路（8点一张图） （3）程序流程图设计 （4）程序设计 （5）程序调试
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3.4 Z3050摇臂钻床控制系统设计
3.4.1 目的和要求
1) 用PLC实现对Z3050摇臂钻床的控制
2) 掌握用PLC改造传统继电控制系统对输入和输出信号的确定原则和方法 3) 学会选择关键信号构成主控程序和故障信号报警程序的设计方法
4) 训练用PLC改造传统继电器接触器控制系统的编程的思路和综合分析问题的能力 3.4.2 机床概况
Z3050型摇臂钻床由底座、内外立柱、摇臂、钻轴箱（主轴箱）、主轴、工作台等组成，见图3.6。 主轴电机
钻轴箱 摇臂升
降电机
摇臂
内立柱 摇臂 套筒
外立柱 主轴
图3.6 Z3050摇臂钻床外形图
该设备用于单件或批量生产中带有多孔零件的加工。机床的主要结构运动形式为：外立柱
套在固定在底座上的内立柱上，可绕内立柱回转360度，摇臂一端的套筒部分借助于丝杆，使摇臂可沿外立柱上下移动，摇臂与外立柱一起相对于内立柱回转。钻轴箱是一个复合部件，它带有主轴部件和主轴旋转及进给运动的全部传动、变速和操作机构，包括主轴电动机在内。钻轴箱可沿摇臂上的水平导轨作径向移动（手动）。若要加工时，可利用夹紧机构将钻轴箱紧固在摇臂导轨上，外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行切削加工。 Z3050摇臂钻床有四台电动机，分别为：1M主轴电动机：控制主轴的旋转运动及进给运动，单向旋转，采用机械变换实现加工螺纹所需的正、反向旋转。2M摇臂升降电动机：控制摇臂的升降运动，双向旋转。3M液压泵电动机：控制摇臂的夹紧、放松，主轴箱及摇臂外立
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柱相对于摇臂内立柱的夹紧和放松，双向旋转。4M冷却泵电动机：手动控制，单向旋转。
3.4.3 控制要求：
Z3050摇臂钻床继电器控制系统图如图3.7。 (1) 控制主轴的旋转运动：
主轴电机由KM1控制，SB2、SB1为启动、停止按钮。工作流程如下： 接通自动开关QF→按下起动按钮SB2→主电机1M启动，HL3指示灯指示其动作。按下停止按钮SB1→主电机1M停止
(2) 摇臂升降及夹紧、放松控制
摇臂钻床工作时，摇臂应夹紧在外立柱上，在摇臂上升与下降之前，须先松开夹紧装置，当摇臂上升或下降到预定位置时，夹紧装置将摇臂夹紧。
工作流程如下：
1) 放松流程：按下SB3（或SB4）→液压泵电动机3M正转及电磁阀YA通电（高压油经二位六通电磁阀YA进入摇臂松开油缸，推动活塞和菱形块使摇臂松开）→松开到位→行程开关SQ2压合→液压泵3M停止工作。
2) 上升（或下降）流程：SQ2压合→摇臂升降电动机2M启动，带动摇臂上升（或下降）→摇臂上升或下降到预定位置时→松开按钮SB3或SB4→摇臂升降电动机2M断电
3) 夹紧流程：摇臂升降电动机2M断电→KT延时一段时间→液压泵电动机3M反转及电磁阀YA通电（高压油经另一油路流入二位六通电磁阀YA，再进入摇臂夹紧油缸，反向推动活塞和菱形块使摇臂夹紧）→夹紧到位→行程开关SQ3压合→液压泵3M停止工作及电磁阀YA断电。
考虑到摇臂升降有一定的惯性，采用延时保证在摇臂升降完全停止后才夹紧。延时时间视摩擦情况而定，一般调整在1～3S的范围内。
摇臂夹紧的行程开关SQ3应调整为在摇臂夹紧后动作，如调整不当，则会因SQ3在摇臂夹紧后仍不能动作，使液压泵电动机3M因长期工作而过载。为防止此故障的产生，在电动机3M为短时运行的情况下，仍对3M采用热继电器作过载保护。
(3) 立柱与主轴箱采用液压装置来控制夹紧和放松，二者同时进行工作，工作时要求二位六通电磁阀YA不通电 工作流程如下：
1) 按下松开按钮SB5→液压泵电动机3M正转，此时电磁阀YA不通电(其提供的压力油经二位六通电磁阀YA的另一油路，推动活塞和菱形块使立柱和主轴箱松开) →松开到位→行程开关SQ4动作→松开指示灯HL2亮。松开SB5→液压泵电动机3M停止。
2) 按下夹紧按钮SB6→液压泵电动机3M反转(反向推动活塞和菱形块使立柱和主轴箱夹紧) →夹紧到位→行程开关SQ4复位→夹紧指示灯HL1亮。松开SB6→液压泵电动机3M停止。
(4) 对上升、下降用行程开关SQ0、SQ1分别设置极限限位；主电路及控制电路采用热继电器实现过载保护。
(5) 在系统动作转换期间应加必要的切换延时，延时时间视具体情况而定，一般在1~3秒的范围
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