基于Z型搖臂鉆床的PLC程序設(shè)計(jì)

1、基于Z35型搖臂鉆床的PLC程序設(shè)計(jì) 學(xué)院： 電氣與光電工程學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 電器與PLC課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)電氣與光電工程學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)：學(xué)生姓名指導(dǎo)老師職稱講師課題名稱基于Z35型搖臂鉆床的PLC程序設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求達(dá)到設(shè)計(jì)課題的控制要求，上機(jī)調(diào)試PLC控制程序，打印PLC 程序，計(jì)算機(jī)繪圖。課題工作內(nèi)容工作內(nèi)容：1、了解機(jī)床的加工工藝及工作原理。2、設(shè)計(jì)方案論證，系統(tǒng)建立，電氣原理控制設(shè)計(jì)。3、元器件選擇，梯形圖設(shè)計(jì)（控制分析）。4、完成設(shè)計(jì)圖紙，完成設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。5、設(shè)計(jì)測(cè)評(píng)。進(jìn)程安排第一天：下達(dá)任務(wù)，收集資料，消化課題。第二天：電氣

2、原理控制設(shè)計(jì)，元器件選擇。第三天：I/O表，PLC接線圖。第四天：梯形圖設(shè)計(jì)，上機(jī)調(diào)試。第五天：完成報(bào)告。主要參考文獻(xiàn)可編程控制原理與應(yīng)用北京理工大學(xué)出版社 范次猛可編程控制應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)化學(xué)工業(yè)出版社 李俊秀電氣控制與PLC應(yīng)用北京機(jī)械工業(yè)出版社 余雷生 方宗達(dá)電氣控制與可編程控制器技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社 史國(guó)生地點(diǎn)起止日期目錄1、引言12、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理32.1.1 Z35搖臂鉆床電氣控制原理圖32.1.2 Z35型搖臂鉆床使用開(kāi)關(guān)元件介紹32.1.3主電路工作原理52.2 PLC的選型62.2.1 Z35型搖臂鉆床輸入輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)6輸入點(diǎn)數(shù)62.2.1.2輸出

3、點(diǎn)數(shù)62.2.2 PLC選擇62.2.2.1 PLC系統(tǒng)變量定義及I/O分配表72. 系統(tǒng)I/O接線圖設(shè)計(jì)73、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)83.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)83.2 控制程序時(shí)序圖設(shè)計(jì)103.3 控制程序設(shè)計(jì)思路11梯形圖11語(yǔ)句表124、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析144.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問(wèn)題144.2 結(jié)果分析145、課程設(shè)計(jì)的心得156、參考文獻(xiàn)167、實(shí)物圖171、引言 可編程邏輯控制器，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊踢壿嬁刂破骶哂幸韵迈r明的特點(diǎn)。 1、使

4、用方便，編程簡(jiǎn)單。采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。 2、功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高。一臺(tái)小型PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。PLC可以通過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)。PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接

5、線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和小型交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過(guò)修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 4.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器，由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，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，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最

6、可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 5.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖的時(shí)間比設(shè)計(jì)相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。PLC的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，通過(guò)PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。 6.維修工作量小，維修

7、方便。PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。圖1.1 Z35型搖臂鉆床實(shí)物圖在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。但是氣控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。 2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 2.1.1 Z35搖臂鉆床電氣控制原理圖 本設(shè)計(jì)中研究Z35搖臂鉆床，其中Z35搖臂鉆床電氣控制原理圖如圖2.1所示。圖2.1

8、 Z35搖臂鉆床電氣控制原理圖2.1.2 Z35型搖臂鉆床使用開(kāi)關(guān)元件介紹1、十字開(kāi)關(guān) 十字開(kāi)關(guān)由十字手柄和四個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)組成，根據(jù)工作需要可將操作于柄分別扳在孔槽內(nèi)五個(gè)不同的位置上，即左、右、上、下和中間五個(gè)位置。除中間位置外，其余四個(gè)位置后面都裝有微動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)操作手柄分別扳到這四個(gè)位置時(shí)都可壓下對(duì)應(yīng)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)，接通相應(yīng)的控制電路。操作手柄每次只可扳在一個(gè)位置上，當(dāng)手柄處在中間位置時(shí)，四個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)全部處于斷開(kāi)狀態(tài)。圖2.2十字開(kāi)關(guān)實(shí)物圖及結(jié)構(gòu)示意圖2、匯流環(huán) 又稱集流環(huán)，或稱旋轉(zhuǎn)電氣接口、滑環(huán)、電刷，主要用在要求連續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，又需要從固定位置到旋轉(zhuǎn)位置傳輸電源和信號(hào)的機(jī)電系統(tǒng)中。3、行程開(kāi)關(guān)

9、 LX511小柱塞式行程開(kāi)關(guān)主要用于交流50Hz，電壓380V，直流220V的控制電路中，作為限制各種機(jī)構(gòu)和行程之用。圖2.3 LX5-11 小柱塞式行程開(kāi)關(guān)2.1.3主電路工作原理1、主軸電動(dòng)機(jī)的控制 主軸電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM1和十字開(kāi)關(guān)SA控制。先將電源總開(kāi)關(guān)QS1合上，并將十字開(kāi)關(guān)下柄扳向左方。這時(shí)，SA0的觸頭壓合，零壓繼電器KA吸合并自鎖，為其它控制電路接通作好準(zhǔn)備。再將十字開(kāi)關(guān)扳向右方，SA1的觸頭接通，接觸器KM1得電吸合，主軸電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。主軸的旋轉(zhuǎn)方向由主軸箱上的摩擦離合器手柄操縱。2、搖臂升降控制 在零電壓繼電器得電并自鎖的前提下進(jìn)行，用來(lái)

10、調(diào)整工件與鉆頭的相對(duì)高度。以搖臂上升為例，將十字開(kāi)關(guān)于柄從屮間位扳到向上位，SA2的觸頭接通，接觸器KM2得電，電動(dòng)機(jī)M3正轉(zhuǎn)起動(dòng)。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)系，在M3開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，搖臂暫不會(huì)上升，而是通過(guò)傳動(dòng)裝置使搖臂夾緊機(jī)構(gòu)放松。同時(shí)，將位置開(kāi)關(guān)SQ2的常開(kāi)觸頭SQ2-2閉合，為夾緊搖臂作好準(zhǔn)備。當(dāng)夾緊機(jī)構(gòu)放松后，電動(dòng)機(jī)M3通過(guò)升降絲桿，帶動(dòng)搖臂上升。當(dāng)上升到預(yù)定位置時(shí)，將十字開(kāi)關(guān)手柄扳回中間位，接觸器KM2斷電，電動(dòng)機(jī)M3停止，搖臂停止上升。由于KM2的互鎖觸頭恢復(fù)閉合，而SQ22在搖臂上升前已合上，故接觸器KM3通電吸合，電動(dòng)機(jī)M3反轉(zhuǎn)，通過(guò)機(jī)械夾緊機(jī)構(gòu)使搖臂自動(dòng)夾緊。夾緊后，位置開(kāi)關(guān)SQ2-2斷開(kāi)

11、，KM3斷電釋放，電動(dòng)機(jī)M3停轉(zhuǎn)，上升過(guò)程結(jié)束。在搖臂上升和下降的控制電路中，分別串入位置開(kāi)關(guān)SQ11、SQ12的常閉觸頭。當(dāng)搖臂上升或卜降到極限位置時(shí)，擋塊將相應(yīng)的位置開(kāi)關(guān)壓下，使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，從而避免事故的發(fā)生。3、立柱夾緊與松開(kāi)的控制 通過(guò)接觸器KM4和KM5控制電動(dòng)機(jī)M4的正、反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。需要搖臂和外立柱繞內(nèi)立柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)先按下按鈕SB1，使接觸器KM4得電吸合，電動(dòng)機(jī)M4正轉(zhuǎn)，通過(guò)齒式離合器驅(qū)動(dòng)齒輪式油泵，送出高壓油，經(jīng)一定油路系統(tǒng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將內(nèi)外立柱松開(kāi)。放開(kāi)SB1，電動(dòng)機(jī)M4停轉(zhuǎn)。這時(shí)，搖臂在人力推動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到所需位置時(shí)，再按下按鈕SB2，使接觸器KM5得電，電動(dòng)機(jī)M4反轉(zhuǎn)，在

12、液壓推動(dòng)下，立柱被夾緊。SB2松公開(kāi)后，電動(dòng)機(jī)M4停轉(zhuǎn)，整個(gè)松開(kāi)一移動(dòng)一夾緊過(guò)程結(jié)束。由于主軸箱在搖臂上的夾緊與放松和立柱的夾緊與放松是用同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)和液壓機(jī)構(gòu)配合進(jìn)行的，因此，在對(duì)立柱夾緊與放松的同時(shí)，也對(duì)主軸箱在搖臂上進(jìn)行了夾緊與放松。4、冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制 由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QS2直接控制。5、零壓繼電器KA的作用 KA起零壓保護(hù)作用。機(jī)床動(dòng)作時(shí)，若線路斷電，在電壓恢復(fù)時(shí)KA不能自行通電，必須將十字開(kāi)關(guān)手柄扳至左邊位置，KA才能再次通電吸合。2.2 PLC的選型 選擇FX2N32MR型。2.2.1 Z35型搖臂鉆床輸入輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)因?yàn)樵诟脑熘胁桓淖冊(cè)刂葡到y(tǒng)，所以PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)可根據(jù)原繼電器

13、控制電路來(lái)計(jì)算。輸入點(diǎn)數(shù)1、 主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的十字開(kāi)關(guān)1個(gè)（SA右開(kāi)關(guān)）2、 控制搖臂上升的十字開(kāi)關(guān)1個(gè)（SA上開(kāi)關(guān))3、 控制搖臂下降的十字開(kāi)關(guān)1個(gè)（SA下開(kāi)關(guān)）4、 挫制搖臂夾緊開(kāi)關(guān)SQ2-1和SQ2-25、 防止搖臂上升或下降不致超過(guò)允許的極限的位置開(kāi)關(guān)SQ1和SQ36、 立柱松開(kāi)按鈕SB17、 立柱夾緊按鈕SB2 故輸入點(diǎn)數(shù)其12點(diǎn)。2.2.1.2輸出點(diǎn)數(shù)1、 主軸電動(dòng)機(jī)M2運(yùn)行交流接粗器2、 升降電機(jī)正、反轉(zhuǎn)交流接觸器3、 立柱夾緊與松開(kāi)控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)交流接器 故輸出點(diǎn)數(shù)共7點(diǎn)。2.2.2 PLC選擇Z35型搖臂鉆床改造后共需點(diǎn)數(shù)為19點(diǎn)，為了保證所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能正常運(yùn)行，

14、在設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)I/O實(shí)際點(diǎn)數(shù)留有20%余量，考慮到發(fā)展及工藝控制問(wèn)題，故選擇三菱FX2N32MR型繼電器輸出，I/O總點(diǎn)數(shù)為32，輸入點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，2.2.2.1 PLC系統(tǒng)變量定義及I/O分配表表2-1系統(tǒng)變量定義及I/O分配表外接電器輸入PLC元件作用外接電器輸出PLC元件作用SA0X0十字開(kāi)關(guān)左KAY0零壓繼電器線圈SA1X1十字開(kāi)關(guān)右KM1Y1啟動(dòng)主軸電機(jī)M2SA2X2十字開(kāi)關(guān)上KM2Y2電機(jī)M3正轉(zhuǎn)搖臂上升SA3X3十字開(kāi)關(guān)下KM3Y3電機(jī)M3反轉(zhuǎn)搖臂下降SB1X4立柱松開(kāi)KM4Y4電機(jī)M4正轉(zhuǎn)立柱松開(kāi)SB2X5立柱夾緊KM5Y5電機(jī)M3反轉(zhuǎn)立柱夾緊QS3

15、X6啟動(dòng)照明ELY6照明FR3X7熱繼電器過(guò)載保護(hù)SQ1X11防止搖臂上升不超過(guò)極限位置的位置開(kāi)關(guān)SQ2-1X13控制搖臂夾緊開(kāi)關(guān)SQ2-2X12控制搖臂松開(kāi)開(kāi)關(guān)SQ3X14防止搖臂下降不超過(guò)吸限位置的位置開(kāi)關(guān)2. 系統(tǒng)I/O接線圖設(shè)計(jì)圖2.4系統(tǒng)I/O接線圖設(shè)計(jì)3、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 3.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì) 3.2 控制程序時(shí)序圖設(shè)計(jì) 3.3 控制程序設(shè)計(jì)思路 根據(jù)Z35型搖臂鉆床繼電器控制電路的工作原理及工藝流程，進(jìn)行控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)。梯形圖語(yǔ)句表0 LDI X007 < X007 = > X007 = 熱繼電器FR3過(guò)載保護(hù)1 LD X000 < X000 = >

16、X000 = SA0置于KA啟動(dòng)2 OR Y000 < Y000 = > Y000 = KA線圈3 ANB4 OUT Y000 < Y000 = > Y000 = KA線圈5 MPS6 AND X001 < X001 = > X001 = SA1控制主軸電動(dòng)機(jī)常開(kāi)觸點(diǎn)7 OUT Y001 < Y001 = > Y001 = KM1主軸電動(dòng)機(jī)線圈8 MRD9 LD X002 < X002 = > X002 = SA2控制電機(jī)M3上升常開(kāi)觸點(diǎn)10 ANI X011 < X011 = > X011 = SQ1限位開(kāi)關(guān)11 OR

17、X012 < X012 = > X012 = SQ2-2限位開(kāi)關(guān)12 ANB13 ANI Y003 < Y003 = > Y003 = KM3控制搖臂下降線圈14 OUT Y002 < Y002 = > Y002 = KM2控制搖臂上升線圈15 MRD16 LD X003 < X003 = > X003 = SA3控制電機(jī)M3下降常開(kāi)觸點(diǎn)17 ANI X013 < X013 = > X013 = SQ2-1限位開(kāi)關(guān)18 OR X014 < X014 = > X014 = SQ3限位開(kāi)關(guān)19 ANB20 ANI Y002 &

18、lt; Y002 = > Y002 = KM2控制搖臂上升線圈21 OUT Y003 < Y003 = > Y003 = KM3控制搖臂下降線圈22 MRD23 ANI X004 < X004 = > X004 = SB1控制電機(jī)M4松開(kāi)觸點(diǎn)24 AND X005 < X005 = > X005 = SB2控制電機(jī)M4夾緊觸點(diǎn)25 ANI Y004 < Y004 = > Y004 = KM4控制立柱松開(kāi)線圈26 OUT Y005 < Y005 = > Y005 = KM5控制立柱夾緊線圈27 MPP28 AND X004 <

19、; X004 = > X004 = SB1控制電機(jī)M4松開(kāi)觸點(diǎn)29 ANI X005 < X005 = > X005 = SB2控制電機(jī)M4夾緊觸點(diǎn)30 ANI Y005 < Y005 = > Y005 = KM5控制立柱夾緊線圈31 OUT Y004 < Y004 = > Y004 = KM4控制立柱松開(kāi)線圈32 LD X006 < X006 = > X006 = QS3控制照明33 OUT Y006 < Y006 = > Y006 = EL照明34 LDI X007 < X007 = > X007 = 熱繼電器F

20、R3過(guò)載保護(hù)35 ORI Y007 < Y007 = > Y007 = 保護(hù)線圈36 ANI X000 < X000 = > X000 = SA0置于KA啟動(dòng)37 AND Y000 < Y000 = > Y000 = KA線圈38 OUT Y007 < Y007 = > Y007 = 保護(hù)線圈39 END4、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問(wèn)題1、 根據(jù)PLC接線圖將模塊與PLC主機(jī)正確連接2、 檢查無(wú)誤后打開(kāi)模塊電源開(kāi)關(guān)3、 PLC主機(jī)開(kāi)關(guān)拔至編程位置（STOP)4、 用電腦PLC編程軟件進(jìn)行梯形圖編程5、 從電腦PLC頁(yè)面寫(xiě)出程序到

21、主機(jī)6、 主機(jī)開(kāi)關(guān)拔至運(yùn)行位置(RUN）7、 從電腦PLC頁(yè)面實(shí)施監(jiān)控8、 對(duì)模塊進(jìn)行實(shí)操試運(yùn)行4.2 結(jié)果分析 Z35型搖臂鉆床原電器控制電路經(jīng)PLC控物改造后，降低了設(shè)備運(yùn)行的故障率，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和使用率。減輕了操作人員的修勞動(dòng)強(qiáng)度。改造后的試用結(jié)果表明，效果良好，收到了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。5、課程設(shè)計(jì)的心得這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)星期，通過(guò)這一個(gè)星期的學(xué)習(xí)我發(fā)現(xiàn)了自己還存在很多不足的地方，例如，自己知識(shí)的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏的，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還有待提高。在此次課程設(shè)計(jì)中，我知道了Z35型搖臂鉆床的工作原理，還有使我在電氣制圖的能力和PLC控制系統(tǒng)的編程和調(diào)試能力方面得到鍛煉等等。這次的課程設(shè)計(jì)也讓我看到了團(tuán)隊(duì)的力量，我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的