z3040_搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)設計

1、Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)設計內(nèi)容摘要本課程設計是研究機械加工中常用的Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改造問題,旨在解決傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)存在的線路復雜、可靠性穩(wěn)定性差、故障診斷和排除困難等難題。由于PLC電氣控制系統(tǒng)與繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，具有結構簡單，編程方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強，故障率低，對工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點。因此，本論文對Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造，將把PLC控制技術應用到改造方案中去，從而大大提高搖臂鉆床的工作性能。論文分析了搖臂鉆床的控制原理，制定了可編程控制器改造Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計方案，完成了電氣控制

2、系統(tǒng)硬件和軟件的設計，其中包括PLC機型的選擇、I/O端口的分配、I/O硬件接線圖的繪制、PLC梯形圖程序的設計。對PLC控制搖臂鉆床的工作過程作了詳細闡述，論述了采用PLC取代傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)從而提高機床工作性能的方法，給出了相應的控制原理圖。關鍵詞：可編程控制器;搖臂鉆床;梯形圖;電氣控制系統(tǒng)目 錄第 1 章 引言.1第 2章 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的原理82.1主電路82.2 控制電路、信號及照明電路8 2.2.1 主電動機的旋轉(zhuǎn)控制82.2.2 搖臂松開-升降-搖臂夾緊控制82.2.3立柱和主軸箱的松開及夾緊控制及信號燈9第 3章 基于PLC的電氣控制系統(tǒng)硬件部分的

3、設計1031電氣元件的選擇1032 PLC型號的選擇113.2.1 根據(jù)PLC的物理結構123.2.2 根據(jù)PLC的指令功能123.2.3 根據(jù)PLC的輸入輸出點數(shù)123.2.4 根據(jù)PLC的存儲容量123.2.5 根據(jù)輸入模塊的類型123.2.6 根據(jù)輸出模塊的類型133.3 PLC的I/O端口分配表133.3 PLC的I/O電氣接線圖的設計15第 4 章Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設計164.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設計及程序調(diào)試：164.1.1 主電動機的起動控制程序164.1.2搖臂升降控制程序164.1.3 主軸箱放松或夾緊控制程序174.1.4 搖臂回轉(zhuǎn)控制梯形圖程序

4、184.1.5冷卻泵開關控制梯形圖程序194.2指令表20第 5 章結論255.1 研究成果255.2 不足之處25參考文獻26附錄 Z3040搖臂鉆床電氣控制原理圖27附錄 Z3040搖臂鉆床的電器元件明細表28附錄 I/O電氣接線圖29附錄 程序梯形圖301 引 言 鉆床是一種孔加工機床，可用來鉆孔、擴孔、絞孔、攻螺紋及修刮端面等多種形式的加工。鉆床的結構形式很多，有立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床等。搖臂鉆床是一種立式鉆床，它適用于單件或批量生產(chǎn)中帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常用的機床。Z3040搖臂鉆床結構示意圖1底座 2內(nèi)立柱 3、4外立柱5搖臂 6主軸箱 7主軸 8工作

5、臺搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)外立座、搖臂、主軸箱和工作臺等組成。搖臂的一端為套筒，套裝在外立柱上，并借助絲杠的正、反轉(zhuǎn)可沿外立柱作上下移動。主軸箱安裝在搖臂的水平導軌上可通過手輪操作使其在水平導軌上沿搖臂移動。加工時，根據(jù)工件高度的不同，搖臂借助于絲杠可帶著主軸箱沿外立柱上下升降。在升降之前，應自動將搖臂松開，再進行升降，當達到所需的位置時，搖臂自動夾緊在立柱上。搖臂鉆床鉆削加工分為工作運動和輔助運動。工作運動包括：主運動（主軸的旋轉(zhuǎn)運動）和進給運動（主軸軸向運動）；輔助運動包括：主軸箱沿搖臂的橫向移動，搖臂的回轉(zhuǎn)和升降運動。鉆削加工時，鉆頭一面旋轉(zhuǎn)一面作縱向進給。鉆床的主運動是主軸帶著鉆頭作旋轉(zhuǎn)

6、運動。進給運動是鉆頭的上下移動。輔助運動是主軸箱沿搖臂水平移動，搖臂沿外立柱上下移動和搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。搖臂回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動采用手動.當進行加工時，由特殊的加緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導軌上，而外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進行鉆削加工。鉆削加工時，鉆頭一邊進行旋轉(zhuǎn)切削，一邊進行縱向進給，其運動形式為：（1）搖臂鉆床的主運動為主軸的旋轉(zhuǎn)運動; （2）進給運動為主; （3）輔助運動有：搖臂沿外立柱垂直移動，主軸箱沿搖臂長度方向的移動，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。 0現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，中小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來越高，零件的復雜性和精度要求迅速

7、提高，傳統(tǒng)的普通鉆床已經(jīng)越來越難以適應現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動力成本、產(chǎn)品成本，提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的競爭，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的競爭，將面臨知識技術產(chǎn)品的更新周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，而對質(zhì)量、性能的要求更高，同時社會對環(huán)境保護、綠色制造的意識不斷加強，因此敏捷先進的制造技術將成為企業(yè)贏得競爭和生存、發(fā)展的主要手段。計算機信息技術和制造自動化技術的結合越來越緊密，作為自動化柔性生產(chǎn)重要基礎的“軟”控制系統(tǒng)機床，在生產(chǎn)中所占比例將越來越高。20世紀70年代以前，電氣自動控制的任務基本上是由繼電器控制系統(tǒng)來完成。繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單、價格

8、低廉、抗干擾能力強，所以當時應用的十分廣泛，至今仍在許多簡單的機械設備中應用。但是，該類控制系統(tǒng)的缺點也十分明顯，它采用固定的硬件接線方式來完成各種邏輯控制，靈活性差；另外機械性觸點的工作頻率低，易損壞，因此可靠性較差。隨著信息化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)控機床的功能日趨完善，數(shù)控機床已經(jīng)完全取代了普通機床，而數(shù)控技術是機械加工自動化的基礎，是數(shù)控機床的核心技術，其水平高、低關系到國家戰(zhàn)略地位、國民經(jīng)濟水平和體現(xiàn)國家綜合實力的水平。今后數(shù)控技術又將向著高精化，高速化，高效化，系統(tǒng)化，自動化，智能化，集體化方向發(fā)展，并注重工藝適用性和經(jīng)濟性。PLC的應用面廣、功能強大、使用方便，是當代工業(yè)自動化的主要設

9、備之一。PLC以軟件手段實現(xiàn)了各種控制功能，與繼電器控制系統(tǒng)相比，靈活性大大提高；與普通的計算機相比，又具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、組合靈活、擴展方便、體積小等突出優(yōu)點，因而在機床電氣控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。PLC 是先進的工業(yè)化國家通用的標準工業(yè)控制設備，在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是最值得重視的先進控制技術，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大技術支柱(PLC,CAD/CAM,ROBOT) 之一，可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入

10、和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC 是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點。用PLC 控制改造其繼電器控制電路, 可靠性高、邏輯功能強、體積小，降低了設備故障率, 提高了設備使用效率, 運行效果良好。隨著我國電力體制改革的深化，電力市場競爭將更加激烈，降低資源損耗和提高管理效益成為各發(fā)電企業(yè)的迫切需求。為此，對火電廠輔助車間自動控制水平提出了更高的要求。經(jīng)過科技人員的不斷引進、開發(fā)、研究, 我國大型火電站的輔助系統(tǒng)（輸煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循環(huán)水泵房等

11、）已由繼電器控制過渡到完全由PLC 監(jiān)控。PLC 是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動化控制設計的，一般而言，無須任何保護措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設備的失控和誤動作，從而不能保證PLC 的正常運行。要提高PLC 控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高PLC 的抗干擾能力；另一方面，要在設計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對PLC 的影響。在新的時代，PLC 會有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機界面、完備的通信設備、成熟的現(xiàn)場總

12、線通信能力會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求，PLC 作為自動化控制網(wǎng)絡和國際通用網(wǎng)絡的重要組成部分，將在我國發(fā)電廠的電氣自動化建設中發(fā)揮越來越大的作用。本論文是研究機械加工中常用的Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改造問題,旨在解決傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)存在的線路復雜、可靠性穩(wěn)定性差、故障診斷和排除困難等難題。由于PLC電氣控制系統(tǒng)與繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，具有結構簡單，編程方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強，故障率低，對工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點。因此，本論文對Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造，將把PLC控制技術應用到改造方案中去，從而大大提高搖臂鉆床的工作性能。論

13、文分析了搖臂鉆床的控制原理，制定了可編程控制器改造Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計方案，完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計，其中包括PLC機型的選擇、I/O端口的分配、I/O硬件接線圖的繪制、PLC梯形圖程序的設計。對PLC控制搖臂鉆床的工作過程作了詳細闡述，論述了采用PLC取代傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)從而提高機床工作性能的方法。由于Z-3040型搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)存在線路復雜、故障率高、維護工作量大、可靠性低、靈活性差等缺點,本文提出了用PLC對Z-3040型搖臂鉆床的繼電器接觸式模擬控制系統(tǒng)進行技術改造,從而保證了電控系統(tǒng)的快速性、準確性、合理性,更好地滿足了實際生產(chǎn)的需要,提

14、高了經(jīng)濟效益。2 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的原理2.1主電路我國原來生產(chǎn)的Z3040搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運動和搖臂升降運動的操作是通過不能復位的十字開關來操作的,它本身不具有欠壓和失壓保護。因此在主回路中要用一個接觸器將三相電源引入?，F(xiàn)在的Z3040搖臂鉆床取消了十字開關，它的電氣原理圖見附錄。它的主電路、控制電路、信號電路的電源均采用自動開關引入，自動開關的電磁脫扣作為短路保護取代了熔斷器。交流接觸器KM1只主電動機M1接通或斷開的接觸器，KR1為主電動機過載保護用熱繼電器。搖臂的升降，立柱的夾緊放松都要求拖動的電動機正反轉(zhuǎn)，所以M2和M3電動機分別有兩個接觸器，它們?yōu)镵M2、KM3和K

15、M4、KM5。搖臂升降電動機M2、冷卻泵電動機M4均為短時工作，不設過載保護。采用4臺電機拖動，主軸電動機Ml、搖臂升降電動機M2、液壓泵電動機M3及冷卻泵電動機M4，4臺電動機均采用直接起動控制。M2為短時工作制. 主軸電動機Ml和液壓泵電動機M3分別設有熱繼電器FRl、FR2作長期過載保護。2.2 控制電路、信號及照明電路2.2.1 主電動機的旋轉(zhuǎn)控制在主電動機啟動前，首先將自動開關Q2、Q3、Q4扳到接通狀態(tài)，同時將配電盤的門關好并鎖上。然后再將自動開關Q1扳到接通位置，電源指示燈亮。這時按下SB1，中間繼電器K1通電并自鎖,為主軸電動機與其他電動機的啟動做好了準備。當按下按鈕SB2時，

16、交流接觸器KM1線圈通電并自鎖使主電動機旋轉(zhuǎn)，同時主電動機旋轉(zhuǎn)的指示燈HL4亮。主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)用手柄通過機械變換的方法來實現(xiàn)。2.2.2 搖臂松開-升降-搖臂夾緊控制 控制電路設有主軸啟動按鈕SB2和主軸停止按鈕SB1。搖臂鉆床的工作過程是由電氣、機械、液壓系統(tǒng)緊密結合實現(xiàn)的。搖臂升降動作按照“搖臂松開升降搖臂夾緊”順序進行。由搖臂松開行程開關SQ2與夾緊行程開關SQ3來控制。在搖臂夾緊前，由時問繼電器KT延時l3s后再夾緊。主軸電機由按鈕SB1、SB2和接觸器KM1構成單向起動停止控制電路。搖臂升降由M2作動力，SB3和SB4分別為搖臂上升和下降的點動按鈕。因為搖臂平時是夾緊在外立柱上，所

17、以在搖臂升降之前，先要把搖臂松開，再由M2驅(qū)動升降：搖臂升降到位后，再重新將它夾緊。搖臂升降動作按照“搖臂松開-升降-搖臂夾緊”順序進行，由搖臂松開行程開關SQ2與夾緊行程開頭SQ3來控制。而搖臂的松、緊是由液壓系統(tǒng)完成的。當按下上升按鈕SB3時，電磁閥YV線圈通電吸合，正向供出壓力油進入搖臂的松開油腔，推動松開機構使搖臂松開，搖臂松開后，行程開頭SQ2動作，SQ2觸點閉合、SQ3復位SQ3搖臂上升，若M3反轉(zhuǎn)，則反向供出壓力油進入搖臂的夾緊油腔、推動夾緊構使搖臂夾緊，搖臂夾緊后，行程開頭SQ3動作，SQ2復位 搖臂停止在所需位置上。搖臂升降的極限保護由組合開頭SQ1實現(xiàn)，SQ1有兩對常閉觸點

18、，當搖臂上升或下降到極限位置時，相應觸頭動作，切斷對應上升或下降接觸器KM2與KM3線圈回路，使搖臂升降電機M2停轉(zhuǎn)，搖臂停止移動。QS電源開關，主電機M1由KM1控制，搖臂升降電機M2由KM2、KM3控制正反轉(zhuǎn)，液壓泵電機M3由KM4、KM5控制正反轉(zhuǎn)，冷卻泵電機M4由SA1控制，電路有短路保護、過載保護等。執(zhí)行元件：主電機M1、搖臂升降電機M2、冷卻泵電機M4、液壓泵電機M3、電磁換向閥YV（2位6通）。2.2.3立柱和主軸箱的松開及夾緊控制及信號燈主軸箱和立柱的松、緊是同時進行的，SB5和SB6分別為松開和夾緊點動按鈕，當按下松開按鈕SB5，KM4線圈得電，液壓泵電機M3正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵

19、送出壓力油，這時電磁閥YV線圈處于斷電狀態(tài)，液壓油進入主軸箱與立柱的松開油腔，使主軸箱與立柱松開或夾緊。由于YV線圈斷電，液壓油不會進入搖臂的松開油腔，搖臂仍處于夾緊狀態(tài)。當主軸箱與立柱松開時，行程開關SQ4不受壓，觸頭SQ4閉合，指示燈HL1亮，表示主軸箱與立柱確已松開。可以手動操作主軸箱在搖臂的水平導軌上移動，也可推動搖臂使繞內(nèi)立柱旋轉(zhuǎn)移動，當移動到位后，再按下夾緊按鈕SB6，接觸器KM5線圈得電，液壓泵電機M3反轉(zhuǎn)，液壓油進入夾緊油腔，使主軸箱與立柱夾緊。當確已夾緊、壓下SQ4，HL2燈亮，HL1滅，指示主軸箱與立柱已夾緊，可以進行鉆削加工。機床設有4個信號燈：電源指示燈HL、立柱和主軸

20、箱松開指示燈HL1、立柱和主軸箱夾緊指示燈HL2、主軸電動機旋轉(zhuǎn)指示燈HL3。照明燈EL用SA2直接控制。信號（檢測）元件：SQ1-搖臂上限位開關、SQ6-搖臂下限位開關；SQ2-搖臂松開檢測、SQ3-搖臂夾緊檢測；SQ4主軸箱立柱夾緊/松開檢測；SQ5按下整個電路斷電。3 基于PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設計Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計方案由兩部分組成，一部分為電氣控制系統(tǒng)的硬件設計，也就是PLC的機型的確定；另一部分是電氣控制系統(tǒng)的軟件設計，就是PLC控制程序的編寫。為了使改造后的搖臂鉆床仍能夠保持原有功能不變，此次改造的一個重要原則之一就是，不對原有機床的控制

21、結構做過大的調(diào)整，只是將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來替代。31電氣元件的選擇 在電氣原理圖設計完畢之后就可以根據(jù)電氣原理圖進行電氣元件的選擇工作，本設計中需選擇的電氣元件主要有：1. 電源開關QS的選擇QS的作用主要是用于電源的引入及控制M1M4起、停和正反轉(zhuǎn)等。因此QS的選擇主要考慮電動機M1M4額定電流和啟動電流，由前面已知M1M4的額定電流數(shù)值，通過計算可得額定電流之和為10.68A，同時考慮到，M2、M3、M4量為滿載啟動，在功率較小，M1雖功率較大，但為輕載啟動。所以，QS最終選擇組合開關HZ5-20型，額定電流為20A。2.熱繼電器FR的選擇 根據(jù)電動機的額定電流進行熱

22、繼電器的選擇，由前面M1、M2和M3的額定電流，現(xiàn)選擇如下：FR1選用JR16-20/3D型熱繼電器。熱元件額定電流11A額定電流調(diào)節(jié)范圍為6.811A工作時調(diào)整在6.82A.FR2選用JR16-20/3型熱繼電器。熱元件額定電流2.4A額定電流調(diào)節(jié)范圍為1.52.4A工作時調(diào)整在1.42A。3.接觸器的選擇根據(jù)負載回路的電壓、電流，接觸器所控制回路的電壓及所需點的數(shù)量等來進行接觸器的選擇。本設計中KM1主要對M1進行控制，而M1額定電流為6.82A，控制回路電源為127V，需要主觸點兩對，所以，KM1選G0-10型接觸器，主觸點額定電流為10A，線圈電壓為127V。KM2與KM3對M2進行控

23、制，而M2額定電流為2.01A，控制回路電源為127V，各需要主觸點兩對，KM2的輔助動斷觸點一對，KM3的輔助動斷觸點一對，所以，KM2、KM3選CD10-5型接觸器，主觸點額定電流為5A，線圈電壓為127V。KM4與KM5對M3進行控制，而M3的額定電流為1.42A，控制回路電源為127V，各需要主觸點三對，KM4的輔助動斷觸點一對，KM5的輔助動斷觸點一對，所以，KM4、KM5選CJ10-5型接觸器。4.時間繼電器的選擇本設計中由于搖臂的升降需要延時控制。需要常開觸點一個，延時閉合動斷觸點一個，延時斷開動合觸點一個，我們選ISSI型時間繼電器。額定電壓AC127V、DC24V,額定功耗小

24、于5W,動作頻率1200次/h。5.熔斷器的選擇根據(jù)熔斷器的額定電壓、額定電流和熔體的額定電流等進行熔斷器的選擇。本設計中涉及到熔斷器有三個：FU1、FU2、FU3。FU1主要對M1、M4進行短路保護，M1、M4額定電流分別為6.82A、0.43A。因此，熔體的額定電流為 Iful(1.5-2.5)INmax+IN計算可得Iful17.48A，因此FU1選擇RL1-60型熔斷器，熔體為20A.同理：FU2選擇RL1-15型熔斷器，熔體為10A；FU3選擇RL1-15型熔斷器，熔體為2A。6.按鈕的選擇根據(jù)需要的觸點數(shù)目、動作要求、使用場合、顏色等進行按鈕的選擇。本設計中SB1、SB4選擇LA-

25、18型按鈕，顏色為紅色，選擇SB2、SB5選擇LA-18型按鈕，顏色為綠色，SB3、SB6選擇LA-18型按鈕，顏色為黑色。7.照明及指示燈的選擇本設計中，電源指示燈EL選擇JC2，交流36V、40W，與燈開關SA2成套配置；指示燈HL1、HL2、HL3選擇ZSD-0型，指標為6.3V，0.25A，顏色為黃色，綠色，紅色各一個。8.控制變壓器的選擇本設計中，變壓器選擇BK-100VA,380V、220V/127V、36V、6.3V。 綜合以上的計算， Z3040搖臂鉆床的電器元件明細表見附錄。32 PLC型號的選擇選擇基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC機型，應從以下幾個方面來考慮：3.2

26、.1 根據(jù)PLC的物理結構根據(jù)物理結構的不同，PLC分為整體式、模塊式和疊裝式。整體式的每一I/O點的平均價格比模塊式便宜，小型電氣控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程控制器。此次所設計的電氣控制系統(tǒng)屬于小型開關量電氣控制系統(tǒng)沒有特殊的控制任務，整體式PLC完全可以滿足控制要求，且在性能相同的情況下，整體式PLC較模塊式和疊裝式PLC價格便宜，因此，Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC選用整體式結構的PLC5。3.2.2 根據(jù)PLC的指令功能 考慮到任何一種PLC都可以滿足開關量電氣控制系統(tǒng)的要求，據(jù)此本課題將盡量采用價格便宜的PLC。 3.2.3 根據(jù)PLC的輸入輸出點數(shù) 一般系統(tǒng)中，開關量輸入與

27、輸出的比例為6：4，根據(jù)I/O總點數(shù)可給出如下的經(jīng)驗公式：所需內(nèi)存總字數(shù)=開關量（輸入+輸出）總點數(shù)*10余量：一般按計算存儲器字數(shù)的25%考慮余量。所需內(nèi)存總字數(shù)=(28+20)*10=480輸入點數(shù)為28點，輸出點數(shù)為20點，故總點數(shù)應大于483.2.4 根據(jù)PLC的存儲容量PLC存儲器容量的估算方法：對于僅有開關量輸入/輸出信號的電氣控制系統(tǒng)，將所需的輸入/輸出點數(shù)乘以10，就是所需PLC存儲器的存儲容量（單位為bit）即（28+20）×20=480bit3.2.5 根據(jù)輸入模塊的類型輸入模塊的輸入電壓一般為DC24V和AC110V或AC220V。直流輸入電路的延遲時間較短，可

28、以直接與接近開關、光電開關等電子輸入裝置連接。交流輸入方式的觸點接觸可靠，適合于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。由于本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的工作環(huán)境并不惡劣，且對電氣控制系統(tǒng)操作人員來說DC24V電壓較AC110V電壓安全些。因此，本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC輸入模塊應選直流輸入模塊，輸入電壓應DC24V電壓6。3.2.6 根據(jù)輸出模塊的類型PLC輸出模塊有繼電器型、晶體管型和晶閘管三種。繼電器型輸出模塊的觸點工作電壓范圍廣，導通壓降小，承受瞬間過電壓和過電流的能力較強，每一點的輸出容量較大（可達2A）,在同一時間內(nèi)對導通的輸出點的個數(shù)沒有限制，但動作速度慢，壽命有一

29、定的限制。晶體管型與晶閘管輸出模塊分別用于直流負載和交流負載，它們的可靠性高，反應帶寬快，壽命長，但是過載能力差，每1點的輸出量只有0.5A，4點同時輸出的總?cè)萘坎坏贸^2A。由于Z3040搖臂鉆床控制對象對PLC輸出點的動作表達速度要求不高，繼電器型輸出模塊的動作速度完全能夠滿足要求，且每一點的輸出容量較大，在同一時間內(nèi)對導通的輸出點的個數(shù)沒有限制，這將給設計工作帶來很大的方便。所以本課題選用繼電器輸出模塊，結合Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的實際情況，需要輸入點數(shù)為17，輸出點為13個。3.3 PLC的I/O端口分配表 根據(jù)所選PLC的型號進行I/O點的端口分配，如下表3-1所示：輸入信號

30、輸出信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號機床工作燈開關SA1I0.0主軸旋轉(zhuǎn)接觸器KM1Q0.0零位SA2.0I0.1搖臂上升接觸器KM2Q0.1右位SA2.1I0.2搖臂下降接觸器KM3Q0.2左位SA2.2I0.3主軸箱、立柱、搖臂放松接觸器KM4Q0.3總啟動開關按鈕SB1I0.4主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器KM5Q0.4主電動機啟動開關SB2I0.5主軸箱放松、夾緊用電磁鐵YA1Q0.5搖臂上升啟動開關SB3I0.6立柱放松、夾緊用電磁鐵YA2Q0.6搖臂下降啟動開關SB4I0.7冷卻電動機KM6Q0.7主軸箱、立柱、搖臂松開按鈕SB5I1.0機床工作燈ELQ1.0主軸箱、立柱、搖

31、臂夾緊按鈕SB6I1.1主軸箱加緊指示燈HL1Q1.1總停止按鈕SB7I1.2主軸箱放松指示燈HL2Q1.2主電動機停止按鈕SB8I1.3立柱夾緊指示燈HL3Q1.3搖臂升降極限保護限位按鈕SQ1I1.4立柱放松指示燈HL4Q1.4搖臂放松用限位開關SQ2I1.5搖臂夾緊用限位開關SQ3I1.6立柱夾緊、放松指示用限位開關SQ4I1.7主軸箱夾緊、放松指示用限位開關SQ5I2.0表3-1 I/O分配表3.3 PLC的I/O電氣接線圖的設計PLC的I/O電氣接線圖見附錄。4 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設計4.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設計及程序調(diào)試：為了使Z3040搖臂鉆床在進行電

32、氣控制系統(tǒng)改造后仍能夠完成原有的工作需要，本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC程序應由電氣控制系統(tǒng)預開程序、主電動機的起動和停止控制程序、搖臂升降控制程序即升降電動機的正反轉(zhuǎn)控制程序、立柱和主軸箱的松開與夾緊控制程序即液壓泵電動機的正反轉(zhuǎn)程序、信號的顯示程序、照明控制程序等部分組成。因選用FX-64MR-001型號的PLC，所以編程時采用Windows環(huán)境下運行的SWOPC-FXGP/WIN-C的編程軟件來編程設計, 采用其可編程控制器訓練裝置來進行模擬調(diào)試。4.1.1 主電動機的起動控制程序X4為主電動機起動輸入繼電器，接通X4，此時輸出繼電器Y1接通并自鎖，從而使電機起動。圖4.1

33、主電動機的起動梯形圖程序4.1.2搖臂升降控制程序當X5接通時，同時Y4得電，使得液壓泵電動機起動，搖臂放松，當搖臂徹底放松后，X30的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，Y4斷電，Y2得電，搖臂開始上升，當上升到極限位置時，X10的常閉觸點斷開，Y2失電。搖臂完成松開，然后上升的過程。如果想要完成搖臂下降的過程，需接通X6，在搖臂放松后，使Y4得電，使搖臂下降，當下降到極限位置時，X10的常閉觸點斷開，Y3失電。搖臂完成松開，然后下降的過程。圖4.2 搖臂升降梯形圖程序4.1.3 主軸箱放松或夾緊控制程序 當X012接通后，使Y4得電，主軸箱左移，當X015接通時，Y2得電，主軸箱松開到位。加緊過程

34、與其相似。圖4.3 主軸箱放松或夾緊梯形圖程序4.1.4 搖臂回轉(zhuǎn)控制梯形圖程序 當X033接通后，使Y4得電，同時Y14得電，搖臂開始回轉(zhuǎn)，當X020接通后，搖臂開始逆回轉(zhuǎn)，當X022接通后，使Y7得電，電機反轉(zhuǎn)，搖臂開始加緊。 圖4.4搖臂回轉(zhuǎn)控制梯形圖程序4.1.5冷卻泵開關控制梯形圖程序 當X024接通后，使Y015得電，冷卻泵開始工作，當X025接通后，冷卻泵停止工作。圖4.5冷卻泵開關控制梯形圖程序4.2指令表 205 結論本課題所研究的基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計實現(xiàn)了Z3040搖臂鉆床的控制自動化，方便了工人在生產(chǎn)中對機床的實際操作。通過研究，可得出以下結論：5.1 研究成果可編程控制器是一種廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場的新型控制器，具有結構簡單，抗干擾性強，編程方便等特點，本課題采用PLC自動控制技術取代了傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對Z3040搖臂鉆床的自動控制，從而提高了機床的工作效率、工作穩(wěn)定性和可靠性，而且，還大大降低了工人的勞動強度，改善了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低了設備故障率，提高了生產(chǎn)率。另外，通過這次畢業(yè)設計使我對PLC和電控方面的知識又有了更加深刻的理解和掌握，為今后走向工作崗位從事相關工作奠定了很好的基礎。5.2 不足之處由于時間精力有限，還有許多功能有待擴展、完善。主要是沒有對所控制電動機的調(diào)速問題進行研究，包括主電動機、升降電動