基于Z3050型搖臂鉆床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（含全套CAD圖紙）

1、摘 要z3050型搖臂鉆床適用于單件或批量生產(chǎn)帶有多孔的大型零件的孔加工，是機(jī)械加工車間常用的機(jī)床，在機(jī)械行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。由于傳統(tǒng)繼電器接觸器控制的搖臂鉆床存在電路接線復(fù)雜，觸點(diǎn)多、噪音大、可靠性差、故障診斷與排除困難等缺點(diǎn)，因此對(duì)z3050搖臂鉆床控制系統(tǒng)的技術(shù)改造是非常必要的。本文在分析z3050型搖臂鉆床繼電接觸控制系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，提出了用可編程控制器（plc）對(duì)搖臂鉆床控制系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。文中介紹了plc的原理和特點(diǎn)；給出了搖臂鉆床plc控制系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)；其中包括plc的選型、輸入/輸出（i/o）地址分配、plc外部接線圖、plc梯形圖程序設(shè)計(jì)；分析了用plc

2、控制搖臂鉆床的工作過(guò)程；對(duì)主要電器元件進(jìn)行了選擇。改造后的z3050型搖臂鉆床簡(jiǎn)化了控制線路，使機(jī)床功能完善，使用方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，降低了設(shè)備運(yùn)行的故障率，提高了設(shè)備運(yùn)行的使用率，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的高效、節(jié)能和低成本。在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：可編程控制器（plc）;搖臂鉆床;梯形圖;控制系統(tǒng)abstractthe z3050 drilling lathe which was commonly seen in workhouse, and it is widely used in mechanism industry. there were too many faults in the t

3、raditional relay controlled drilling lathe, such as the complex connections in circuit; too much noises and so on, besides these hidden problems ,the diagnosing and expelling for the mistakes w as also difficult. it is necessary to improve its controlling system in technical.this article propose usi

4、ng the programmable logic controller (plc) to replace the traditional control system which was compounded of relays, and this control theory was based on the function of relays. it shows the principle and unique of the plc ;also shows both hardware structure and software of the new z3050 drilling la

5、the which was controlled by the plc, including allocation for input/output address, external connection diagram, designs for programs.through analyses the procedure that the z3050 works, i chased main components.through the improvement, we simplify the control system, it both perfect the function an

6、d cut down costs which was used for maintenances. the reform of z3050 can easily help us to realize low-cost and energy-costless during the production, it has gorgeous prospects in industry.key words: plc drilling lathe block diagram control system contactor目 錄摘 要iabstractii第1章 引 言11.1本課題選題背景和意義11.2

7、 現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顟B(tài)21.2.1 plc的應(yīng)用領(lǐng)域21.2.2 plc的國(guó)內(nèi)外狀況31.3 本文的主要工作3第2章 plc的概述52.1 plc的基本知識(shí)52.1.1 plc的產(chǎn)生及發(fā)展52.1.2 plc的組成52.1.3 plc的工作原理82.1.4 plc的基本性能指標(biāo)92.1.5 plc的特點(diǎn)102.2 plc的編程語(yǔ)言122.2.1 梯形圖編程語(yǔ)言122.2.2 功能圖編程語(yǔ)言142.2.3 語(yǔ)句表編程語(yǔ)言14第3章 z3050控制線路原理分析153.1 z3050搖臂鉆床簡(jiǎn)介153.1.1 z3050搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行153.1.2 z3050搖臂鉆床的電力拖動(dòng)的特點(diǎn)和控制要求153

8、.1.3 z3050控制線路概述163.2 z3050控制線路原理分析173.2.1 主電路分析183.2.2 控制電路分析18第4章 基于plc的z3050控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)224.1 plc的型號(hào)選擇224.1.1 plc的型號(hào)選擇224.1.2 z3050搖臂鉆床plc控制系統(tǒng)電路圖設(shè)計(jì)234.2 基于plc的z3050型搖臂鉆床控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)244.2.1 plc梯形圖程序設(shè)計(jì)244.2.2 plc梯形圖系統(tǒng)調(diào)試274.2.3 plc控制指令表274.2.4 plc 控制系統(tǒng)分析304.2.5 元器件布置接線圖設(shè)計(jì)30第5章 主要電氣元件及選擇315.1斷路器315.1.1 斷路器結(jié)構(gòu)、原

9、理315.1.2 斷路器的選擇315.2接觸器325.2.1 接觸器結(jié)構(gòu)、原理325.2.2 接觸器的選擇325.3熱繼電器345.3.1 熱繼電器結(jié)構(gòu)、原理345.3.2 熱繼電器的選擇355.4熔斷器365.4.1 熔斷器結(jié)構(gòu)、原理365.4.2 熔斷器的選擇36第6章 結(jié)論38參 考 文 獻(xiàn)39致 謝40附 錄41附錄1 z3050型搖臂鉆床plc控制系統(tǒng)電氣原理圖41附錄2 s7-200cpu的技術(shù)指標(biāo)42附錄3 z3050型搖臂鉆床plc控制i/o(輸入、輸出）地址分配表43附錄4 z3050型搖臂鉆床控制系統(tǒng)電路圖46附錄5 z3050型搖臂鉆床配電箱元件位置及接線圖47附錄6 z

10、3050型搖臂鉆床plc控制系統(tǒng)梯形圖48附錄7 z3050元器件明細(xì)表50第1章 引 言1.1本課題選題背景和意義鉆床是一種孔加工設(shè)備，可以用來(lái)鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。鉆床的結(jié)構(gòu)形式很多，有立式鉆床、臥式鉆床、臺(tái)式鉆床、深孔鉆床、多軸鉆床、搖臂鉆床及其他專用鉆床等。z3050搖臂鉆床是一種立式鉆床，在各類鉆床中，他具有性能完善、適用范圍廣、操作方便、靈活等優(yōu)點(diǎn)，它適用于單件或批量生產(chǎn)帶有多孔的大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常用的機(jī)床，在機(jī)械行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前機(jī)械行業(yè)中使用的搖臂鉆床其控制系統(tǒng)大多數(shù)是采用繼電器接觸器控制方式，電路接線復(fù)雜，觸點(diǎn)多、噪音大

11、、維修工作量大。長(zhǎng)期使用后，故障率高，故障排查困難，常常影響企業(yè)正常生產(chǎn)。因此，對(duì)z3050搖臂鉆床控制系統(tǒng)的技術(shù)改造是非常必要的?？删幊炭刂破鳎╬rogrammable logic controller）簡(jiǎn)稱plc或pc，是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，它不斷吸收微計(jì)算機(jī)技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù)。 plc之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡(jiǎn)便、低價(jià)格長(zhǎng)壽命。比之單片機(jī)，它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時(shí)間和成本。plc的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘

12、管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。人們?cè)趹?yīng)用它時(shí)，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對(duì)可編程控制器進(jìn)行操作及編程。用來(lái)完成各種各樣的復(fù)雜程度不同的工業(yè)控制任務(wù)。 plc電氣控制系統(tǒng)與繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編程方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，故障率低，對(duì)工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點(diǎn)，被日益廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)中。利用plc對(duì)搖臂鉆床繼電器控制電路進(jìn)行改造，有助于提高設(shè)備的可靠性、使用率，降低設(shè)備故障率，提高生產(chǎn)效率,其經(jīng)濟(jì)效率顯著。因此，本課題對(duì)z3050搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造，將把plc控制技術(shù)應(yīng)用到改造設(shè)計(jì)方案中去，取代傳統(tǒng)

13、繼電接觸控制的方法, 使得鉆床的可靠性和效率大為提高, 在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用前景。1.2 現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顟B(tài)1.2.1 plc的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，plc在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1開關(guān)量的邏輯控制 這是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度

14、等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的a/d轉(zhuǎn)換及d/a轉(zhuǎn)換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3運(yùn)動(dòng)控制 plc可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 4過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，pl

15、c能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運(yùn)行專用的pid子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用. 5數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控

16、制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6通信及聯(lián)網(wǎng) plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。 1.2.2 plc的國(guó)內(nèi)外狀況世界上公認(rèn)的第一臺(tái)plc是1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的plc主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運(yùn)算、數(shù)

17、據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的plc為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、pid功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)

18、是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。1.3 本文的主要工作本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是應(yīng)用可編程控制器（plc）對(duì)z3050搖臂鉆床控制系統(tǒng)加以改造，最終要達(dá)到使控制系統(tǒng)滿足z3050搖臂鉆床對(duì)電力拖動(dòng)和控制要求，簡(jiǎn)化控制線路，提高系統(tǒng)可靠性，使用率。具體設(shè)計(jì)任務(wù)要求如下：1z3050型搖臂鉆床控制線路原理分析2基于plc的z3050型搖臂鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）plc的硬件選型（2）z3050型搖臂鉆床plc控制i/o端口分配表（3）z3050型搖臂鉆床plc控制系統(tǒng)電路（4）z3050型搖臂

19、鉆床plc控制軟件設(shè)計(jì)（5）plc 控制分析3主要電氣元件及選擇（1）斷路器（2）接觸器（3）熱繼電器（4）熔斷器4元器件布置圖和接線圖設(shè)計(jì)第2章 plc的概述2.1 plc的基本知識(shí)2.1.1 plc的產(chǎn)生及發(fā)展在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車制造公司（gm），為適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)的硬件及接線、減少時(shí)間，降低成本。因而設(shè)想把計(jì)算機(jī)的

20、完備功能、靈活及通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，用“面向控制過(guò)程，面向?qū)ο蟆钡摹白匀徽Z(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱programmable controller(pc)。上世紀(jì)80年代至90年代中期是plc發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。在這時(shí)期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅

21、度提高，plc逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。plc具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。plc在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來(lái)，是無(wú)法取代的。2.1.2 plc的組成plc由中央處理單元，存儲(chǔ)器，輸入單元，輸出單元，電源五部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖（21）。1中央處理單元（簡(jiǎn)稱cpu）中央處理單元是plc的控制中樞，核心部件，其性能決定了plc的性能。組成：由控制器，運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過(guò)地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線，與存儲(chǔ)器的輸入，輸出接口電路相連。常用芯片

22、：通用微處理器，單片機(jī)，位片式微處理器。作用：處理和運(yùn)行用戶程序，進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制整個(gè)系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)的工作。具體有：編程器 輸出單元輸入單元中央處理單元（cpu） 電源用戶程序存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器圖21 plc結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖（1）接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并將輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù)存入輸入印象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。（2）診斷電源、plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。（3）plc進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)指令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟閉有關(guān)的控制電路，分時(shí)、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取，傳送，組合，比較

23、和變換等操作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。（4）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更換有關(guān)影像區(qū)的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，根據(jù)輸出狀態(tài)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的控制。2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。作用：存放系統(tǒng)程序，用戶程序，邏輯變量和其它一些信息。系統(tǒng)程序：控制plc完成各種功能的程序，由plc生產(chǎn)廠家編寫，并固化到只讀式存儲(chǔ)器rom中，用戶不能訪問(wèn)。用戶程序：用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫的程序。通過(guò)編程器輸入到plc的隨機(jī)存儲(chǔ)器ram中，允許修改，由用戶啟動(dòng)運(yùn)行。（1）結(jié)構(gòu)：由存儲(chǔ)體、地址譯碼電路、讀寫控制電路、數(shù)據(jù)寄存器組成。存儲(chǔ)體由存儲(chǔ)單元構(gòu)成，作用：存

24、放二進(jìn)制數(shù)據(jù)。地址譯碼電路的作用：根據(jù)地址總線上的地址編碼選取相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。讀寫控制電路的作用：將選中的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)寄存器中或?qū)?shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容寫到選中的存儲(chǔ)單元中。數(shù)據(jù)寄存器的作用：存放從存儲(chǔ)單元讀出的數(shù)據(jù)，或者存放從數(shù)據(jù)總線送來(lái)并準(zhǔn)備寫到存儲(chǔ)單元去的數(shù)據(jù)。（2）存儲(chǔ)器的工作過(guò)程： 數(shù)據(jù)的寫入過(guò)程 數(shù)據(jù)的讀出過(guò)程（3）plc中使用的存儲(chǔ)器：只讀存儲(chǔ)器rom 隨機(jī)存儲(chǔ)器ramrom為只讀存儲(chǔ)器，存放plc制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，并永遠(yuǎn)駐留在rom中，plc去電后再上電，rom內(nèi)容不變。ram為可讀寫的存儲(chǔ)器，讀出時(shí)其內(nèi)容不被破壞，寫入時(shí)，新寫入的內(nèi)容覆蓋原有的內(nèi)容。為防止掉電后信息

25、丟失，配有后備鋰電池。除此而外，plc還有eprom、eeprom存儲(chǔ)器。plc產(chǎn)品樣本或使用說(shuō)明書中給出的存儲(chǔ)器形式或容量等均指用戶存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器容量是plc的一個(gè)重要性能指標(biāo)。3輸入單元：輸入單元是plc與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備相連的輸入接口，是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)入plc的橋梁。作用：接收主令元件，檢測(cè)元件傳來(lái)的信號(hào)。輸入類型：直流輸入，交流輸入，交直流輸入。輸入接口采用光電耦合電路，目的是把plc與現(xiàn)場(chǎng)電路隔離，提高plc的抗干擾能力。接口電路內(nèi)部有濾波，電平轉(zhuǎn)移，信號(hào)鎖存電路。各plc生產(chǎn)廠家都提供了多種形式的i/o部件或模塊供用戶選用。4輸出單元輸出單元也是plc與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接部件，把輸

26、出信號(hào)送給控制對(duì)象的輸出接口。作用：將中央處理器送出的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備的執(zhí)行元件。輸出類型： 繼電器輸出 晶體管輸出 晶閘管輸出輸出接口電路也采用光電耦合，每一點(diǎn)輸出都有一個(gè)內(nèi)部電路，由指示電路，隔離電路，繼電器組成。輸出接口電路也有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉(zhuǎn)移和輸出接線端子排，輸出部件或模塊也有多種類型供選用。5電源作用：將交流電轉(zhuǎn)換成plc內(nèi)部所需的直流電源。類型：目前大部分plc采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。plc除上述五部分外，隨機(jī)型的不同還有多種外部設(shè)備，其作用是幫助編程，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)通訊，常用的外部設(shè)備有編程器，打印機(jī)，盒式磁帶錄音機(jī)，計(jì)算機(jī)等2.1.3

27、 plc的工作原理由于plc以微處理器為核心，故具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或i/o掃描方，若有鍵按下或有i/o變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無(wú)則繼續(xù)掃描等待。plc則是采用循環(huán)掃描的工作方式。對(duì)每個(gè)程序，cpu從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于以下幾個(gè)因素：一是cpu執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時(shí)間；三是程序中指令條數(shù)的多少。

28、一個(gè)掃描周期主要可分為3個(gè)階段。 1輸入刷新階段 在輸入刷新階段，cpu掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。 2程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。 3輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器）

29、，并通過(guò)一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成plc的實(shí)際輸出。 由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段構(gòu)成plc一個(gè)工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以亦將這兩個(gè)階段統(tǒng)稱為i/o刷新階段。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和i/o刷新外，plc還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測(cè)（自診斷功能）并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為監(jiān)視服務(wù)，一般在程序執(zhí)行之后進(jìn)行。掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于程序的長(zhǎng)短。掃描周期越長(zhǎng)，響應(yīng)速度越慢。由于每個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次i/o刷新，即每一個(gè)掃描周期plc只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯

30、后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是由于其對(duì)i/o的變化每個(gè)周期只輸出刷新一次，并且只對(duì)有變化的進(jìn)行刷新，這對(duì)一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是完全允許的，不但不會(huì)造成影響，還會(huì)提高抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸与A段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，plc在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖、短時(shí)間的，誤動(dòng)作將大大減小。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會(huì)造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個(gè)一般plc都會(huì)采取高速模塊。2.1.4 plc的基本性能指標(biāo)1存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量是指用戶程序存儲(chǔ)器的容量。用戶程序存儲(chǔ)器的容量大，可以編制出復(fù)雜的程序。一般來(lái)說(shuō)，小型plc的用戶存儲(chǔ)器容量為幾千字，而大型機(jī)的用戶

31、存儲(chǔ)器容量為幾萬(wàn)字2i/o點(diǎn)數(shù)輸入/輸出（i/o）點(diǎn)數(shù)是plc可以接受的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總和，是衡量plc性能的重要指標(biāo)。i/o點(diǎn)數(shù)越多，外部可接的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備就越多，控制規(guī)模就越大。3掃描速度掃描速度是指plc執(zhí)行用戶程序的速度，是衡量plc性能的重要指標(biāo)。一般以掃描1k字用戶程序所需的時(shí)間來(lái)衡量掃描速度，通常以ms/k字為單位。plc用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行各條指令所用的時(shí)間，可以通過(guò)比較各種plc執(zhí)行相同的操作所用的時(shí)間，來(lái)衡量掃描速度的快慢。4指令的功能與數(shù)量指令功能的強(qiáng)弱、數(shù)量的多少也是衡量plc性能的重要指標(biāo)。編程指令的功能越強(qiáng)、數(shù)量越多，plc的處理能力和控制能力也越強(qiáng)，用

32、戶編程也越簡(jiǎn)單和方便，越容易完成復(fù)雜的控制任務(wù)。 5內(nèi)部元件的種類與數(shù)量在編制plc程序時(shí)，需要用到大量的內(nèi)部元件來(lái)存放變量、中間結(jié)果、保持?jǐn)?shù)據(jù)、定時(shí)計(jì)數(shù)、模塊設(shè)置和各種標(biāo)志位等信息。這些元件的種類與數(shù)量越多，表示plc的存儲(chǔ)和處理各種信息的能力越強(qiáng)。6特殊功能單元特殊功能單元種類的多少與功能的強(qiáng)弱是衡量plc產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)。近年來(lái)各plc廠商非常重視特殊功能單元的開發(fā)，特殊功能單元種類日益增多，功能越來(lái)越強(qiáng)，使plc的控制功能日益擴(kuò)大7可擴(kuò)展能力plc的可擴(kuò)展能力包括i/o點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展、存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)功能的擴(kuò)展、各種功能模塊的擴(kuò)展等。在選擇plc時(shí)，經(jīng)常需要考慮plc的可擴(kuò)展能力。2

33、.1.5 plc的特點(diǎn)為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，plc機(jī)有以下特點(diǎn)：1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。plc采用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，使之具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上。因此，plc以被公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。在硬件抗干擾方面采用了如下一些措施：主機(jī)的輸入、輸出電源相互獨(dú)立，避免了電源間的相互干擾；輸入、輸出電路采用了光電隔離，提高了抗干擾能力；用軟件代替了大量繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量接線，極大程度地降低了觸點(diǎn)接觸不良造成的故障；采用密封防塵抗震的外殼封裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)惡劣環(huán)境等。在軟件方面，程序執(zhí)

34、行采用掃描加中斷方式，這既可以保證它有序的工作，避免觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)，又能及時(shí)處理應(yīng)急請(qǐng)求；內(nèi)部采用“監(jiān)視器”（watching dog）電路，保證了cpu工作的可靠性plc的每次上電后系統(tǒng)程序自動(dòng)配置完成對(duì)系統(tǒng)的初始化和運(yùn)行自檢指令；plc還自帶很多防止和檢測(cè)故障的指令，在編制用戶程序時(shí)通過(guò)使用這些指令，可對(duì)plc的控制系統(tǒng)的工作進(jìn)行監(jiān)視等。2通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便。plc品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變plc的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，plc除

35、應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。3功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣現(xiàn)代plc不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。4編程簡(jiǎn)單，容易掌握目前，大多數(shù)plc仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語(yǔ)言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過(guò)閱讀plc的用戶手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。

36、同時(shí)還提供了功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言。plc在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語(yǔ)言然后執(zhí)行（plc內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語(yǔ)言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時(shí)間要長(zhǎng)一些，但對(duì)于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。5減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量由于plc采用了軟件來(lái)取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。同時(shí)，plc的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。并且，由于plc的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。6體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便

37、plc是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于plc的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。以三菱公司的f1-40m型plc為例：其外型尺寸僅為305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25va；而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力?，F(xiàn)在三菱公司又有fx系列plc，與其超小型品種f1系列相比：面積為47%,體積為36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達(dá)24128點(diǎn)。2.2 plc的編程語(yǔ)言2.2.1 梯形圖編程語(yǔ)言plc是專為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術(shù)人員，為了適應(yīng)他們的傳

38、統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，通常plc不采用微機(jī)的編程語(yǔ)言，而常常采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程。國(guó)際電工委員會(huì)（iec）1994年5月公布的iec1131-3（可編程控制器語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)）詳細(xì)地說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述5種編程語(yǔ)言：功能表圖（sequential function chart）、梯形圖（ladder diagram）、功能塊圖（function black diagram）、指令表（instruction list）、結(jié)構(gòu)文本（structured text）。梯形圖和功能塊圖為圖形語(yǔ)言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語(yǔ)言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。梯形圖是使用得最多的圖形編程語(yǔ)言

39、，被稱為plc的第一編程語(yǔ)言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。梯形圖編程中，用到以下四個(gè)基本概念：1軟繼電器plc梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲(chǔ)單元（軟繼電器），每一軟繼電器與plc存儲(chǔ)器中映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。該存儲(chǔ)單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“on”狀態(tài)。如果該存

40、儲(chǔ)單元為“0”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“off”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。2能流如圖2-2 5-1所示觸點(diǎn)1、2接通時(shí)，有一個(gè)假想的“概念電流”或“能流”(power flow)從左向右流動(dòng)，這一方向與執(zhí)行用戶程序時(shí)的邏輯運(yùn)算的順序是一致的。能流只能從左向右流動(dòng)。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖。圖2-2 5-1a中可能有兩個(gè)方向的能流流過(guò)觸點(diǎn)5（經(jīng)過(guò)觸點(diǎn)1、5、4或經(jīng)過(guò)觸點(diǎn)3、5、2），這不符合能流只能從左向右流動(dòng)的原則，因此應(yīng)改為如圖5-1b所示的梯形圖。a） 錯(cuò)誤的梯形圖 b）正確的梯形圖圖22梯形

41、圖3母線梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線(bus bar)，。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線（左母線和右母線）之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動(dòng)。右母線可以不畫出。4梯形圖的邏輯解算根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行 的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行的。2.2.2 功能圖編程語(yǔ)言這是位于其它編程語(yǔ)言之上的圖形語(yǔ)言，用來(lái)

42、編程順序控制的程序（如：機(jī)械手控制程序）。編寫時(shí)，工藝過(guò)程被劃分為若干個(gè)順序出現(xiàn)的步，每步中包括控制輸出的動(dòng)作，從一步到另一步的轉(zhuǎn)換由轉(zhuǎn)換條件來(lái)控制，特別適合于生產(chǎn)制造過(guò)程。2.2.3 語(yǔ)句表編程語(yǔ)言語(yǔ)句表（stlstatementlist）是一種類似于微機(jī)匯編語(yǔ)言的一種文本編程語(yǔ)言，由多條語(yǔ)句組成一個(gè)程序段。語(yǔ)言表適合于經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員使用，可以實(shí)現(xiàn)某些梯形圖不能實(shí)現(xiàn)的功能。第3章 z3050控制線路原理分析3.1 z3050搖臂鉆床簡(jiǎn)介鉆床可以進(jìn)行多種形式的加工，如；鉆孔、鏜孔、鉸孔及攻螺紋。因此要求鉆床的主軸運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有較寬的調(diào)速范圍。z3050型搖臂鉆床的主軸的調(diào)速范圍為50:1，

43、正轉(zhuǎn)最低轉(zhuǎn)速為40 r/min，最高為2000 r/min，進(jìn)給范圍為0.051.60 r/min。它的調(diào)速是通過(guò)三相交流異步電動(dòng)機(jī)和變速箱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。也有的是采用多速異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，這樣可以簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu)。搖臂鉆床適合于在大、中型零件上進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔及攻螺紋等工作，在具有工藝裝備的條件下還可以進(jìn)行鏜孔。搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，主軸的正反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。故主電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。搖臂鉆床除了主軸的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，還有搖臂的上升、下降及立柱的夾緊和放松。搖臂的上升、下降由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，主軸箱、立柱的夾緊和放松由另一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)

44、。通過(guò)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)齒輪泵，供給夾緊裝置所需要的壓力油。而搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動(dòng)通常采用手動(dòng)。此外還有一臺(tái)冷卻泵電動(dòng)機(jī)對(duì)加工的刀具進(jìn)行冷卻。3.1.1 z3050搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行z3050搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱、工作臺(tái)等部分組成，內(nèi)立柱固定在底座上，在它的外面套著空心的外立柱，外立柱可繞著內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱是一個(gè)復(fù)合部件，它包括主軸及主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的全部傳動(dòng)變速和操作機(jī)構(gòu)。主軸箱安裝于搖臂的水平導(dǎo)軌上，可以通過(guò)手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動(dòng)。鉆削加工時(shí)，主軸箱可由夾緊裝置將其固定在搖臂的水平導(dǎo)軌上，外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進(jìn)行鉆

45、削加工。3.1.2 z3050搖臂鉆床的電力拖動(dòng)的特點(diǎn)和控制要求搖臂鉆床運(yùn)動(dòng)部件較多，為簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置，采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制，通常沒有主軸電動(dòng)機(jī)、搖臂升降電動(dòng)機(jī)、立柱夾緊和放松電動(dòng)機(jī)及冷卻泵電動(dòng)機(jī)。搖臂鉆床為適應(yīng)各種形式加工，要求主軸及進(jìn)給有較大的調(diào)速范圍。主軸一般速度下的鉆床加工為恒功率負(fù)載，而低速是用于擴(kuò)孔、絞孔及螺紋加工，屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。搖臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)皆為主軸運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，分別經(jīng)主軸和進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給。主軸變速機(jī)構(gòu)與進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)均裝在主軸箱內(nèi)。為加工螺紋，主軸要求有正、反轉(zhuǎn)，一般由機(jī)械方法獲得，為此主軸電動(dòng)機(jī)只需單方向旋轉(zhuǎn)。搖臂的升降由升降電

46、動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，要求電動(dòng)機(jī)能正、反轉(zhuǎn)。搖臂的夾緊和放松是由電氣和液壓聯(lián)合控制，并且有夾緊和放松指示。內(nèi)外立柱的夾緊與放松，、主軸箱與搖臂的夾緊與放松可采用手柄機(jī)械操作、電氣-液壓-機(jī)械裝置等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉆削加工時(shí)，需要對(duì)刀具和工件進(jìn)行冷卻，為此需冷卻泵電動(dòng)機(jī)輸送冷卻液。要有必要的限位、連鎖和過(guò)載保護(hù)，且具有局部安全照明。3.1.3 z3050控制線路概述z3050搖臂鉆床主要有兩種主要運(yùn)動(dòng)和其他輔助運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)是指主軸帶動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指鉆頭的垂直運(yùn)動(dòng)；輔助運(yùn)動(dòng)是指主軸箱沿?fù)u臂水平運(yùn)動(dòng)，搖臂沿外立柱上下移動(dòng)以及搖臂和外立柱一起相對(duì)于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。z3050搖臂鉆床具有兩套液壓控制系統(tǒng)

47、：一套是由主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)齒輪泵送出壓力油，通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸正反轉(zhuǎn)、停車控制、空擋、預(yù)選與變速；另一套是由液壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)液壓泵送出壓力油來(lái)實(shí)現(xiàn)搖臂的夾緊和松開、主軸箱的夾緊與松開、立柱的夾緊與松開。前者安裝在主軸箱內(nèi)，后者安裝在搖臂電器盒下部。1操縱機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)該系統(tǒng)壓力油由主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)齒輪泵送出，由主軸操作手柄來(lái)改變兩個(gè)操縱閥的相互位置，獲得不同的動(dòng)作。操作手柄有五個(gè)空間位置：上、下、里、外和中間位置，其中上為“空擋”，下為“變速”，外為“正轉(zhuǎn)”，里為“反轉(zhuǎn)”，中間位置為“停車”。而主軸轉(zhuǎn)速及主軸進(jìn)給量各有一個(gè)旋鈕預(yù)選，然后在操作主軸手柄。主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，首先按下主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)按鈕，主軸電動(dòng)

48、機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)齒輪泵，送出壓力油。然后操縱主軸手柄，板至所需轉(zhuǎn)向位置（里或外），于是兩個(gè)操縱閥相互位置轉(zhuǎn)變，使一股壓力油將制動(dòng)摩擦離合器松開，為主軸旋轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件；另一股壓力油壓緊正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）摩擦離合器，接通主軸電動(dòng)機(jī)的主軸的傳送鏈，驅(qū)動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。在主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)過(guò)程中，可轉(zhuǎn)動(dòng)變速按鈕，改變主軸轉(zhuǎn)速或主軸進(jìn)給量。主軸停車時(shí)，將操作手柄扳回中間位置，這時(shí)主軸電動(dòng)機(jī)仍拖動(dòng)齒輪泵旋轉(zhuǎn)。但此時(shí)整個(gè)液壓系統(tǒng)為低壓油，無(wú)法松開制動(dòng)摩擦離合器，而在制動(dòng)彈簧作用下將制動(dòng)摩擦離合器壓緊，使制動(dòng)軸上的齒輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主軸停車。所以主軸停車時(shí)主軸發(fā)動(dòng)機(jī)仍在旋轉(zhuǎn)，只是不能將動(dòng)力傳到主軸。主軸變速與進(jìn)給變速：將

49、主軸手柄扳至“變速”位置，于是改變兩個(gè)操縱閥的相互位置，使齒輪泵送出的壓力油進(jìn)入主軸轉(zhuǎn)速預(yù)選閥和主軸進(jìn)給量預(yù)選閥，然后進(jìn)入各變速油缸。與此同時(shí)，另一油路系統(tǒng)推動(dòng)拔叉緩慢運(yùn)動(dòng)，逐漸壓緊主軸正轉(zhuǎn)摩擦離合器，接通主軸電動(dòng)機(jī)到主軸的傳動(dòng)鏈，帶動(dòng)主軸緩慢旋轉(zhuǎn)，稱為緩速，以利于齒輪的順利嚙合。當(dāng)變速完成，松開操作手柄，此時(shí)手柄在彈簧作用下由“變速”位置自動(dòng)復(fù)位到主軸“停車”位置，然后在操縱主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，主軸將在新的轉(zhuǎn)速或進(jìn)給量下工作。2夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)主軸箱、內(nèi)外立柱和搖臂的夾緊和松開是由液壓泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)送出壓力油，推動(dòng)活塞、菱形塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其中由一個(gè)油路控制主軸箱和立柱的夾緊，另一油路控制

50、搖臂的夾緊和松開，這兩個(gè)油路均由電磁閥控制。z3050搖臂鉆床共有四大電動(dòng)機(jī)：主電動(dòng)機(jī)m1，搖臂升降電動(dòng)機(jī)m2，液壓泵電動(dòng)機(jī)m3和冷卻泵電動(dòng)機(jī)m4。3.2 z3050控制線路原理分析z3050型搖臂鉆床控制線路原理圖見附錄1，z3050型搖臂鉆床的動(dòng)作是通過(guò)機(jī)、電、液進(jìn)行聯(lián)合控制實(shí)現(xiàn)的。該機(jī)床控制電路采用380v/100v隔離變壓器供電，但其二次繞組增設(shè)24v安全電壓供局部照明使用。斷路器qf1既作為機(jī)床線路的電源總開關(guān)，又作為機(jī)床線路和主軸電機(jī)m1的短路及過(guò)載保護(hù)元件，斷路器qf2臥搖臂升降電動(dòng)機(jī)m2、液壓泵電機(jī)m3、冷卻泵電機(jī)m4的隔離開關(guān)和過(guò)載及短路保護(hù)元件。qf3、qf4、qf5分別為

51、機(jī)床控制電路、機(jī)床工作信號(hào)指示電路和機(jī)床工作照明電路和過(guò)載及短路保護(hù)開關(guān)。開車前的準(zhǔn)備。首先將隔離開關(guān)接通，將電源引入開關(guān)qf1扳到“接通”位置，接通三相交流電源，此時(shí)總電源指示燈hl1亮，表示機(jī)床電氣電路已進(jìn)入帶電狀態(tài)。按下總啟動(dòng)按鈕sb1，中間繼電器ka線圈通電吸合并自鎖，為主電動(dòng)機(jī)及其他電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)多準(zhǔn)備，同時(shí)觸點(diǎn)ka閉合，為其他三個(gè)指示燈通電做準(zhǔn)備。3.2.1 主電路分析1m1為單方向旋轉(zhuǎn)，由接觸器km1控制，主軸的正反轉(zhuǎn)則由機(jī)床液壓系統(tǒng)操縱機(jī)構(gòu)配合正反轉(zhuǎn)摩擦離合器實(shí)現(xiàn)，并由熱繼電器fr1作電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。 2 m2由正、反轉(zhuǎn)接觸器km2、km3控制實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。控制電路保證，在操縱搖

52、臂升降時(shí)，首先使液壓泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，供出壓力油，經(jīng)液壓系統(tǒng)將搖臂松開，然后才使電動(dòng)機(jī)m2 起動(dòng)，拖動(dòng)搖臂上升或下降。當(dāng)移動(dòng)到位后，保證m2先停下，再自動(dòng)通過(guò)液壓系統(tǒng)將搖臂夾緊，最后液壓泵電機(jī)才停下。m2為短時(shí)工作，不設(shè)長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。 3m3由接觸器km4、km5實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，并有熱繼電器fr2作長(zhǎng)期過(guò)載保護(hù)。 4m4電機(jī)容量小，僅0.125kw，由開關(guān)qs控制。3.2.2 控制電路分析由變壓器tc將380v交流電壓降為110v，作為控制電源。指示燈電源為 6v。1主電動(dòng)機(jī)控制按下起動(dòng)按鈕sb2，接觸器km1吸合并自鎖，主軸電動(dòng)機(jī)m1起動(dòng)并運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止按鈕sb8，接觸器km1釋放，主軸電動(dòng)

53、機(jī)m1停轉(zhuǎn)。2搖臂升降控制搖臂上升、下降分別由sb3、sb4點(diǎn)動(dòng)控制。按上升按鈕sb3，時(shí)間繼電器kt1得電吸合，瞬時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)（33-35）閉合，接觸器km4得電吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī)m3接通電源正向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。壓力油經(jīng)分配閥體進(jìn)入搖臂松開的油腔，推動(dòng)活塞，使搖臂松開。當(dāng)搖臂完全松開后，活塞桿通過(guò)彈簧片壓下限位開關(guān)st2，使其動(dòng)斷觸點(diǎn)st2（1733）斷開，使接觸器km4線圈斷電釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī)m3停轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，另一動(dòng)合觸點(diǎn)st2（17-21）閉合，接觸器km2線圈通電吸合，其主觸點(diǎn)接通升降電動(dòng)機(jī)m2的電源，m2啟動(dòng)正向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂上升。如果搖臂沒有松開，st2的動(dòng)合觸點(diǎn)也不能閉合，k

54、m2就不能吸合，m2不能旋轉(zhuǎn)，搖臂也就不可能上升，保證了只有在搖臂可靠松開后才能使搖臂上升。當(dāng)搖臂上升到所需位置時(shí)，松開按鈕sb3，接觸器km2和時(shí)間繼電器kt1同時(shí)斷電釋放，搖臂升降電動(dòng)機(jī)m2停轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。由于kt1釋放，其延時(shí)閉合的動(dòng)斷觸點(diǎn)（47-49）經(jīng)1-3秒延時(shí)后閉合，接觸器km5的線圈經(jīng)（1-3-5-7-47-49-51-6-2）線路通電吸合，液壓電動(dòng)機(jī)m3反向起動(dòng)旋轉(zhuǎn)，供給壓力油。壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入搖臂夾緊油腔，向相反方向推動(dòng)活塞，使搖臂夾緊。同時(shí)，活塞桿通過(guò)彈簧片壓下限位開關(guān)st2動(dòng)斷觸點(diǎn)（7-47）斷開，接觸器km5斷電釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī)m3停止旋轉(zhuǎn)，完成了搖臂的松開上

55、升夾緊動(dòng)作。搖臂上升的動(dòng)作過(guò)程如下： 搖臂的下降過(guò)程與上升基本相同，它們的夾緊和放松電路完全一樣。所不同的是按下降按鈕sb4時(shí)為km3線圈得電，搖臂升降電動(dòng)機(jī)m2反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂下降。時(shí)間繼電器kt1的作用是控制km5的吸合時(shí)間，使m2停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，再夾緊搖臂。kt1的延時(shí)時(shí)間應(yīng)視搖臂在m2斷電至停轉(zhuǎn)前的慣性大小調(diào)整，應(yīng)保證搖臂上升（或下降）后才進(jìn)行夾緊，一般調(diào)整在13秒。搖臂升降的限位保護(hù)，由組合開關(guān)st1來(lái)實(shí)現(xiàn)。st1有兩對(duì)觸點(diǎn)，st1-1是搖臂上升時(shí)的極限位置保護(hù)，st1-2（27-17）是搖臂下降時(shí)的極限位置保護(hù)。當(dāng)搖臂上升到極限位置時(shí)，st1-1(15-17)動(dòng)作，將電路斷開，則km2斷

56、電釋放，搖臂升降電動(dòng)機(jī)m2停止旋轉(zhuǎn)。但st1的另一觸點(diǎn)st1-2（27-17）仍處于閉合狀態(tài)，保證搖臂能夠下降。同理，當(dāng)搖臂下降到極限位置時(shí)，st1-2（27-17）動(dòng)作，電路斷開，km3釋放，搖臂升降電動(dòng)機(jī)m2停轉(zhuǎn)。而st1的另一動(dòng)斷觸點(diǎn)st1-1(15-17)仍閉合，以保證搖臂能夠上升。搖臂的自動(dòng)夾緊是由行程st3來(lái)控制的。如果液壓夾緊系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不能自動(dòng)夾緊搖臂，或者由于st3調(diào)整不當(dāng)，在搖臂夾緊后不能使st3（7-47）的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，都會(huì)使液壓泵電動(dòng)機(jī)處于長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行狀態(tài)，這是不允許的。為了防止損壞液壓泵電動(dòng)機(jī)，電路中使用了熱繼電器fr2。搖臂夾緊動(dòng)作過(guò)程如下：搖臂升到預(yù)定位置，松

57、開sb3kt1（47-49）斷電延時(shí)閉合km5吸合、m3反轉(zhuǎn)搖臂夾緊st3（7-47）受壓斷開km5、m3、均斷電釋放。3立柱和主軸箱松開、夾緊控制立柱和主軸箱的松開及夾緊控制可單獨(dú)進(jìn)行，也可同時(shí)進(jìn)行，由轉(zhuǎn)換開關(guān)sa2和復(fù)位按鈕sb7（或sb8）進(jìn)行控制。sa2有3個(gè)位置：中間位（零位）時(shí)，立柱和主軸箱的松開或夾緊同時(shí)進(jìn)行；左邊位為立柱的夾緊或放松；右邊位為主軸箱的夾緊或放松。復(fù)合按鈕sb7、sb8分別為松開、夾緊控制按鈕。以主軸箱的松開和夾緊為例：先將sa2扳到右側(cè)，觸點(diǎn)（57-59）接通，（57-63）斷開。當(dāng)要主軸箱松開時(shí)，按松開按鈕sb7，時(shí)間繼電器kt2、kt3的線圈同時(shí)得電，kt2是斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器，它的