Z3040plc系統(tǒng)改造論文

1、衢州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 作者： 二級(jí)學(xué)院： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 職稱： 二0一五年一月二十六日衢州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)課題名稱二級(jí)學(xué)院專業(yè)/班級(jí)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師單位/職稱機(jī)械工程學(xué)院/講師課題來(lái)源企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)成果形式論文所屬崗位機(jī)床操作員一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題的主要內(nèi)容、任務(wù)和目標(biāo)、基本要求等：1、課題研究的主要內(nèi)容1、 Z3040搖臂鉆床有四臺(tái)電機(jī),其中主軸電機(jī)及冷卻泵電機(jī)都為單向運(yùn)轉(zhuǎn),搖臂升降電機(jī)和液壓泵電機(jī)為雙向運(yùn)轉(zhuǎn),而且搖臂升降電機(jī)和液壓泵電機(jī)有先后順序要求,即搖臂升降時(shí)先啟動(dòng)液壓泵電機(jī)后升降電機(jī)啟動(dòng),上升或下降到位后升降電機(jī)停止后才停止液壓泵

2、電機(jī).本課題結(jié)合學(xué)生的將來(lái)的職業(yè)崗位，主要要求學(xué)生根據(jù)該鉆床的工作原理及控制特點(diǎn)，先設(shè)計(jì)該類型鉆床的電氣控制圖,并根據(jù)該控制圖設(shè)計(jì)PLC控制過(guò)程，包括PLC的選型，即采用的類型。確定輸入輸出端口的個(gè)數(shù)。完成主軸電機(jī),搖臂升降電機(jī),液壓泵電機(jī)及冷卻泵電機(jī)控制梯形圖。2、任務(wù)和目標(biāo)通過(guò)本課題的工作，實(shí)現(xiàn)如下的工作任務(wù)：1）對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行功能分析；2) 完成該控制系統(tǒng)的電氣控制圖;3）完成控制系統(tǒng)的PLC控制的選型；4）根據(jù)功能分析確定輸入輸出端口的個(gè)數(shù)；5）完成系統(tǒng)控制的梯形圖。目標(biāo)：學(xué)生通過(guò)本畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建立基本的思路；能提出自己的應(yīng)用心得；可鞏固、深化前續(xù)所學(xué)的大部分基礎(chǔ)

3、理論，進(jìn)一步培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，進(jìn)一步提高學(xué)生的設(shè)計(jì)、繪圖、查閱手冊(cè)、應(yīng)用軟件以及實(shí)際操作的能力，從而最終得到相關(guān)崗位和崗位群中關(guān)鍵能力和基本能力的訓(xùn)練。3、基本要求1）完成畢業(yè)頂崗實(shí)習(xí)周記13篇（每周1篇），畢業(yè)頂崗實(shí)習(xí)報(bào)告鑒定表一份、開(kāi)題報(bào)告一份（2000字左右），相關(guān)技術(shù)應(yīng)用論文一篇（5000字以上）。 2）設(shè)計(jì)（論文）的寫(xiě)作規(guī)范：（1）封面。（2）摘要：主要說(shuō)明該課題主要研究?jī)?nèi)容及關(guān)鍵詞。（3）目錄。（4）正文：所選課題的需求分析，方案論證，方案設(shè)計(jì)，以及所實(shí)現(xiàn)的功能，在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問(wèn)題所采用的策略等。（5）部分重要程序的源代碼。（6）參考文獻(xiàn)。（7）論文要求用A

4、4開(kāi)紙打印，并裝訂成冊(cè)，形成書(shū)目結(jié)構(gòu)。（8）論文書(shū)寫(xiě)要求語(yǔ)言精練，簡(jiǎn)潔，表達(dá)力求準(zhǔn)確。二、實(shí)踐要求：該課題要求學(xué)生在企業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的管理崗位上頂崗實(shí)習(xí)13周，了解企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品使用管理的工作職責(zé)，熟悉企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程及特點(diǎn)，掌握機(jī)床電氣控制的基本結(jié)構(gòu),初步具有PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，完成頂崗實(shí)習(xí)周記，在周記中能詳細(xì)介紹每周的工作任務(wù)及工作中遇到的問(wèn)題和解決方法等。三、進(jìn)度安排1周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成開(kāi)題報(bào)告； 2周： 1）對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行功能分析；2) 完成該控制系統(tǒng)的電氣控制圖;3）完成控制系統(tǒng)的PLC控制的選型；4）根據(jù)功能分析確定輸入輸出端口的個(gè)數(shù)；5）完成系統(tǒng)控制的梯形

5、圖。2周： 完善各部分的電氣控制圖及梯形圖和畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 ；1周： 比較與總結(jié)，提出自己的應(yīng)用心得（包括實(shí)際應(yīng)用中解決問(wèn)題的方法）或可能的創(chuàng)新點(diǎn)；1 周：整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，繪制并打印必要的圖紙（A4）準(zhǔn)備答辯；1周：答辯。四、推薦的主要參考資料(學(xué)生根據(jù)自己依據(jù)的參考資料寫(xiě)5-6本)1阮友德，電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn)教程，人民郵電出版社，2006.2盧秉恒，于俊一，張福潤(rùn).機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.3張洪運(yùn).數(shù)字技術(shù)與機(jī)械加工工藝裝備.J.新技術(shù)新工藝，2009.指導(dǎo)教師簽名 年 月日專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名 江海兵 年月日 （注：課題來(lái)源填企業(yè)生產(chǎn)（管理）任務(wù)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)

6、、科研課題等。）車床的控制系統(tǒng)改造摘 要 Z3040搖臂鉆床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、操作維修方便等特點(diǎn)，而且將其他鉆床的優(yōu)點(diǎn)聚為一體，使之加大了鉆床的加工范圍,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。但是由于其控制系統(tǒng)采用繼電器控制方式，電路接線復(fù)雜，觸點(diǎn)多。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)。而PLC可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等各種功能。大型高檔的PLC還能像微型計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行數(shù)字計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)以及聯(lián)網(wǎng)通訊等等。它具有通用性強(qiáng)、可靠性高、指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)便易學(xué)、易于掌握、維修工作少、現(xiàn)場(chǎng)

7、連接方便、體積小、能耗抵、性價(jià)比高等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，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。關(guān)鍵詞：可編程控制器，搖臂鉆床，梯形圖，電氣控制系統(tǒng)目 錄第一章 緒論1.1電氣控制與PLC11.2 Z3040搖臂鉆床介紹21.3 本論文的選題背景和意義2第二章Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的原理42.1主電路42.2 控制電路、信號(hào)及照明電路52.2.1主電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制52.2.2 搖臂的升降控制52.2.3主軸箱與立柱的夾緊、放松控制6第三章Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)73.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)及程序調(diào)試73.1.1 系統(tǒng)程序

8、預(yù)開(kāi)73.1.2 主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制程序73.1.3搖臂升降控制程序83.1.4 主軸箱和立柱同時(shí)放松或夾緊控制程序83.1.5 主軸箱和立柱分別單獨(dú)夾緊或放松程序93.1.6 信號(hào)顯示程序93.1.7 電源工作狀態(tài)指示信號(hào)程序9第四章 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)104.1 PLC型號(hào)的選擇104.1.1 根據(jù)PLC的物理結(jié)構(gòu)104.1.2 根據(jù)PLC的指令功能104.1.3 根據(jù)PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)104.1.4根據(jù)PLC的存儲(chǔ)容量104.1.5定CPU的運(yùn)行速度114.1.6據(jù)輸入輸出模塊的類型114.1.7定PLC的外圍設(shè)備124.1.8電源電壓的選擇124.2 PLC的I/O端口分

9、配表124.3 PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計(jì)14第五章 結(jié)論與展望165.1研究成果165.2不足之處16參考文獻(xiàn)17致 謝18附 錄19附錄1 Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)電氣原理圖19附錄2 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)梯形圖20附錄3 梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表21I機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論1.1電氣控制與PLCPLC (Program m able Logic Controller)，即可編程邏輯控制器。PLC主要運(yùn)用于工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)中所需要使用的數(shù)字運(yùn)算操作的一種電子系統(tǒng)，其屬于運(yùn)用一類面向現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題和過(guò)程的可實(shí)現(xiàn)編程的存儲(chǔ)器，使用非常簡(jiǎn)單和靈活。 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅

10、速發(fā)展，PLC控制技術(shù)得到了泛的應(yīng)用，尤其是在電氣控制系統(tǒng)中。PLC具有可編程、易于擴(kuò)展、操作方便等特點(diǎn)，在電氣控制系統(tǒng)中過(guò)去繼電器為核心的控制系統(tǒng)可以完全被PLC所取代，目前在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)體系中PLC已是一重要的組成部分，以PLC實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能已越來(lái)越全面化和多樣化，使PLC技術(shù)有了較大的發(fā)展。繼電器可以說(shuō)是傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的核心，它是以被控器械發(fā)出的信號(hào)或根據(jù)用戶指令通過(guò)某種自動(dòng)方式使系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。通常電氣控制系統(tǒng)是由控制、輸入、輸出這三部分組成，而控制部分由觸點(diǎn)和繼電器組成，通常是由傳感器、開(kāi)關(guān)、按鈕等組成了輸入設(shè)備是，由接觸器、電磁閥以及指示燈等組成了輸出設(shè)備。這三個(gè)基木組成

11、部分按照一定的線路相連組成電氣系統(tǒng)，但由于觸點(diǎn)與繼電器等控制部分方面的性能都相對(duì)低下，在這種情況下，不得不促使開(kāi)發(fā)新的性能，從而實(shí)現(xiàn)更加高的系統(tǒng)。與此同時(shí)，PLC控制系統(tǒng)也是由控制、輸入、輸出這三部分組成，但其控制部分是以PLC可編程控制器為核心，不僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的功能，還能增加編程邏輯控制及更新系統(tǒng)功能，將這三部分的接線連接則繼電器繁復(fù)明明顯減輕。總之，在電氣控制系統(tǒng)中，PLC控制設(shè)備是電氣控制技術(shù)的進(jìn)步的表現(xiàn)之一，它的應(yīng)用能有效提高電氣控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)用性與可靠性。為使PLC技術(shù)能夠應(yīng)用到更為廣闊的技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)進(jìn)一步完善和優(yōu)化PLC技術(shù)，尤其是提高PLC的

12、耐輻射、耐高溫性能，從而使PLC技術(shù)的功能不斷加強(qiáng)、性能不斷提高、適用面更廣。1.2 Z3040搖臂鉆床介紹 沿導(dǎo)軌方向左右移鉆床是一種常用的機(jī)床，分臺(tái)式鉆床、立式鉆床和 搖臂鉆床。種類繁多，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛。搖臂鉆床適用于單件或批量生產(chǎn)帶有多空大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工常用的機(jī)床。Z3040搖臂鉆床是工廠中常用的金屬切削機(jī)床，它可以進(jìn)行多種形式的加工，如：鉆孔、鏜孔、鉸孔及螺紋等。從控制上講，它需要機(jī)、電、液壓等系統(tǒng)相互配合使用，而且，要進(jìn)行時(shí)間控制。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)。搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和

13、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。此外，搖臂的上升、下降和立柱的夾緊、放松各由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。1.3 本論文的選題背景和意義鉆床指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度相對(duì)較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，在鉆床上配有工藝裝備時(shí)，還可以進(jìn)行鏜孔,在鉆床上配萬(wàn)能工作臺(tái)還能進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔。加工過(guò)程中，工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，將刀具中心對(duì)正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)）。鉆床的特點(diǎn)是工件固定不動(dòng)，刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)主要分為立式鉆床，臺(tái)式鉆床，搖

14、臂式鉆床，深孔鉆床，中心孔鉆床，銑鉆床，臥式鉆床等。其中搖臂鉆床,也可以稱為橫臂鉆。其主軸箱可在搖臂上左右移動(dòng)，并隨搖臂繞立柱回轉(zhuǎn)±180度的鉆床。搖臂還可沿外柱上下升降，以適應(yīng)加工不同高度的工件。較小的工件可安裝在工作臺(tái)上，較大的工件可直接放在機(jī)床底座或地面上。搖臂鉆床廣泛應(yīng)用于單件和中小批生產(chǎn)中，加工體積和重量較大的工件的孔。搖臂鉆床加工范圍廣，可用來(lái)鉆削大型工件的各種螺釘孔、螺紋底孔和油孔等。搖臂鉆床的主要變型有滑座式和萬(wàn)向式兩種?；綋u臂鉆床是將基型搖臂鉆床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身導(dǎo)軌移動(dòng)，以擴(kuò)大加工范圍，適用于鍋爐、橋梁、機(jī)車車輛和造船，機(jī)械加工，等行業(yè)。萬(wàn)向搖臂

15、鉆床的搖臂除可作垂直和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，并可作水平移動(dòng)，主軸箱可在搖臂上作傾斜調(diào)整，以適應(yīng)工件各部位的加工。按機(jī)床夾緊結(jié)構(gòu)分類，搖臂鉆可以分為液壓搖臂鉆床和機(jī)械搖臂鉆床在各類鉆床中，搖臂鉆床操作方便、靈活，適用范圍廣，具有典型性，特別適用于單件或批量生產(chǎn)帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常見(jiàn)的機(jī)床。其中Z3040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，是一般機(jī)械加工車間常用的機(jī)床。由于其控制系統(tǒng)采用繼電氣控制方式，電路中連鎖較多，電路接線復(fù)雜，觸點(diǎn)多，因而故障較多，維修比較麻煩。長(zhǎng)期使用后，故障率高，故障排除困難，常常影響企業(yè)正常生產(chǎn)。還有部分機(jī)床雖然還能正常工作,但其精度

16、、效率以及自動(dòng)化程度已不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)工藝要求,對(duì)這些機(jī)床進(jìn)行改造勢(shì)在必行。可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱PLC ，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。PLC(可編程序控制器)是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制器,由于它編程靈活,功能齊全,應(yīng)用廣泛,比繼電器系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單、使用方便、抗干擾力強(qiáng)、性價(jià)比高、工作壽命高,而其本身具有體積小、重量輕、耗電省等特點(diǎn)。PLC的安裝和現(xiàn)場(chǎng)接線簡(jiǎn)便,可以應(yīng)用其內(nèi)部的軟繼電器簡(jiǎn)

17、化繼電器系統(tǒng)的繁雜中間環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)軟接線邏輯構(gòu)成系統(tǒng),方便集中控制,除此之外,PLC還具有自診斷、故障報(bào)警、故障報(bào)警種類顯示及網(wǎng)絡(luò)通訊功能,便于操作和維修人員檢查。西門(mén)子S7-200系列PLC(CPU224,14輸入,10輸出)體積小、重量輕、安裝方便、功能齊全、配置靈活、運(yùn)行可靠、編程簡(jiǎn)單,具有可觀的經(jīng)濟(jì)性和更強(qiáng)的適應(yīng)性,完全可以代替由交流接觸器組成的搖臂鉆床控制系統(tǒng),改造后的搖臂鉆床經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的電氣控制無(wú)故障穩(wěn)定運(yùn)行,證明其控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性得到了極大提高,達(dá)到了應(yīng)用的要求。其具有1.使用方便，編程簡(jiǎn)單。2.功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)4.可靠性高，抗干擾

18、能力強(qiáng)。5.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。6.維修工作量小，維修方便。因此，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)備的可靠性和使用率。第二章Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的原理2.1主電路我國(guó)原來(lái)生產(chǎn)的Z3040搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和搖臂升降運(yùn)動(dòng)的操作是通過(guò)不能復(fù)位的十字開(kāi)關(guān)來(lái)操作的,它本身不具有欠壓和失壓保護(hù)。因此在主回路中要用一個(gè)接觸器將三相電源引入。現(xiàn)在的Z3040搖臂鉆床取消了十字開(kāi)關(guān)，它的電氣原理圖如下所示：圖2-1 Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)電氣原理圖它的主電路、控制電路、信號(hào)電路的電源均采用自動(dòng)開(kāi)關(guān)引入，自動(dòng)開(kāi)關(guān)的電磁脫扣作為短路保護(hù)取代了熔斷器

19、。交流接觸器KM1只主電動(dòng)機(jī)M1接通或斷開(kāi)的接觸器，KR1為主電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器。搖臂的升降，立柱的夾緊放松都要求拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，所以M2和M3電動(dòng)機(jī)分別有兩個(gè)接觸器，它們?yōu)镵M2、KM3和KM4、KM5。搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4均為短時(shí)工作，不設(shè)過(guò)載保護(hù)。2.2 控制電路、信號(hào)及照明電路 控制電路的電源由控制變壓器TC二次側(cè)輸出110V供電，中間抽頭603對(duì)地為信號(hào)燈電源6.3V,241號(hào)線對(duì)地為照明變壓器TD二次側(cè)輸出36V。2.2.1主電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制在主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，首先將自動(dòng)開(kāi)關(guān)Q2、Q3、Q4扳到接通狀態(tài)，同時(shí)將配電盤(pán)的門(mén)關(guān)好并鎖上。然后再將自動(dòng)開(kāi)關(guān)Q1扳到接

20、通位臵，電源指示燈亮。這時(shí)按下SB1，中間繼電器K1通電并自鎖,為主軸電動(dòng)機(jī)與其他電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)做好了準(zhǔn)備。當(dāng)按下按鈕SB2時(shí)，交流接觸器KM1線圈通電并自鎖使主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的指示燈HL4亮。主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)用手柄通過(guò)機(jī)械變換的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)2.2.2 搖臂的升降控制 按下按鈕SB3，時(shí)間繼電器KT1通電吸合，它的瞬動(dòng)觸點(diǎn)（33-35）閉合使KM4 線圈通電，液壓電動(dòng)機(jī)M3起動(dòng)供給壓力油，經(jīng)分配閥體進(jìn)入搖臂的松開(kāi)油腔，推動(dòng)活塞使搖臂松開(kāi)。同時(shí)活塞桿通過(guò)彈簧片使行程開(kāi)關(guān)ST2的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)沒(méi)，KM4線圈斷電,而ST2的動(dòng)合觸電（17-21）閉合2M線圈通電，它主觸點(diǎn)閉合，2M電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)

21、 使搖臂上升。如果搖臂沒(méi)有松開(kāi)，ST2的動(dòng)合觸點(diǎn)不能閉合，搖臂升降電動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就保證了只有搖臂的可靠松開(kāi)后方可使搖臂上升或下降。 當(dāng)搖臂上升到所需要的位臵時(shí)，松開(kāi)按鈕SB3，KM2和KT1斷電，升降電動(dòng)機(jī)M2斷電停止，搖臂停止上升。當(dāng)持續(xù)1-3秒后，KT1的斷電延時(shí)閉合的動(dòng)斷觸點(diǎn)（47-49）閉合，KM5線圈經(jīng)7-47-49-51號(hào)線，KM5 線圈通電液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反轉(zhuǎn)，使壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入搖臂的夾緊液壓腔，搖臂夾緊。同時(shí)活塞桿通過(guò)彈簧片使ST3的動(dòng)斷觸點(diǎn)（7-47）斷開(kāi)，KM5線圈斷電，M3電動(dòng)機(jī)停止，完成了搖臂的松開(kāi)上升夾緊動(dòng)作。搖臂升降電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)不能同時(shí)進(jìn)行，否則將造成

22、電源兩相間的短路。為避免由于操作錯(cuò)誤造成事故，在搖臂上升和下降的線路中加入了觸點(diǎn)互鎖和按鈕互鎖。因?yàn)閾u臂的上升或下降是短時(shí)的調(diào)整工作所以采用點(diǎn)動(dòng)方式。行程開(kāi)關(guān)ST1是為搖臂的上升或下降的極限位臵保護(hù)而設(shè)立的。ST1有兩對(duì)常閉觸點(diǎn)，ST1的動(dòng)斷觸點(diǎn)（15-17）是搖臂上升時(shí)的極限位臵保護(hù)，ST1的動(dòng)斷觸點(diǎn)（27-17）是搖臂于液壓夾緊機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障或ST3調(diào)整不當(dāng)，將造成液壓泵電動(dòng)機(jī)M3過(guò)載它的過(guò)載保護(hù)熱繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)將斷開(kāi)，KM5釋放同，M3電動(dòng)機(jī)斷電停止。2.2.3主軸箱與立柱的夾緊、放松控制主軸箱與立柱的松開(kāi)及夾緊控制可以單獨(dú)進(jìn)行，也可以同時(shí)進(jìn)行，它由組合開(kāi)關(guān)SA2和按鈕SB5（或SB6）

23、進(jìn)行控制。SA2有三個(gè)位臵，在中間位臵（零位）時(shí)為同時(shí)進(jìn)行，搬到左邊位臵時(shí)為立柱的夾緊或放松，搬到右邊位臵為主軸箱的夾緊或放松。SB5是主軸箱和立柱的夾緊按鈕。下面以主軸箱的松開(kāi)和夾緊 為例 說(shuō)明它的動(dòng)作過(guò)程：首先將組合開(kāi)關(guān)SA2 搬向右側(cè)，觸點(diǎn)（57-59）接通，觸點(diǎn)(57-63)斷開(kāi)。當(dāng)要主軸箱松開(kāi)時(shí)，按下按鈕SB5，這時(shí)時(shí)間繼電器KT2和KT3線圈同時(shí)通電，但KT2為斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器，所以KT2的通電使瞬時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，斷電延時(shí)斷開(kāi)的動(dòng)斷觸點(diǎn)（7-57）也閉合使YA1通電，經(jīng)1-3s后KT3的延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)（7-41）閉合，通過(guò)3-5-7-41-43-37-39使KM4通電，液壓泵電動(dòng)

24、機(jī)正轉(zhuǎn)使壓力液壓油經(jīng)分配閥進(jìn)入主軸箱液壓缸，推動(dòng)活塞使主軸箱放松。活塞桿使ST4復(fù)位主軸箱和主柱分開(kāi)，指示燈HL2亮。當(dāng)要主軸夾緊時(shí)，按下按鈕SB6仍首先為YA1通電，經(jīng)1-3s后中，KM5線圈通電，液壓泵電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入主軸箱液壓缸，推動(dòng)活塞使主軸箱夾緊。同時(shí)活塞桿使ST4受壓，它的動(dòng)合觸點(diǎn)（607-613）閉合，指示燈HL3亮，觸點(diǎn)（607-613）斷開(kāi)，指示燈HL2滅，指示主軸箱與立柱夾緊。 當(dāng)將SA2搬到左側(cè)時(shí)，觸點(diǎn)（57-63）接通，（57-59）觸點(diǎn)斷開(kāi)。按下按鈕SB5或SB6時(shí)使YA2通電，此時(shí)主柱松開(kāi)或夾緊。SA2在中間位臵時(shí)，觸點(diǎn)（57-59、57-63）均接通

25、，按下SB5或SB6時(shí)，YA1、YA2均通電，主軸箱和立柱同時(shí)進(jìn)行夾緊或放松。其它動(dòng)作過(guò)程和主軸箱松開(kāi)和夾緊完全相同。第3章 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)3.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)及程序調(diào)試 為了使Z3040搖臂鉆床在進(jìn)行電氣控制系統(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(yīng)由電氣控制系統(tǒng)預(yù)開(kāi)程序、主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止控制程序、搖臂升降控制程序即升降電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制程序、立柱和主軸箱的松開(kāi)與夾緊控制程序即液壓泵電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)程序、信號(hào)的顯示程序、照明控制程序等部分組成。因選用FP0型號(hào)的PLC，所以編程時(shí)采用Windows環(huán)境下運(yùn)

26、行的FPWINGR的編程軟件來(lái)編程設(shè)計(jì), 采用TVT90A2可編程控制器訓(xùn)練裝臵來(lái)進(jìn)行模擬調(diào)試。3.1.1 系統(tǒng)程序預(yù)開(kāi)X6為總停輸入繼電器，X0為系統(tǒng)預(yù)開(kāi)輸入繼電器。當(dāng)X0閉合后PLC的內(nèi)部繼電器R0接通并自鎖，為電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行工作做好準(zhǔn)備。 圖3-1 系統(tǒng)預(yù)開(kāi)梯形圖程序3.1.2 主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制程序 X1為主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)輸入繼電器，R0閉合后，接通X1，此時(shí)輸出繼電器Y0接通自鎖，從而使電機(jī)起動(dòng)。 圖3-2 主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)梯形圖程序3.1.3搖臂升降控制程序R0閉合后，當(dāng)輸入繼電器X2接通時(shí)，內(nèi)部繼電器R1也接通，同時(shí)Y3得電，使得液壓泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，搖臂放松，當(dāng)搖臂

27、徹底放松后，X11的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y3斷電，Y1得電，搖臂開(kāi)始上升，當(dāng)上升到極限位臵時(shí)，X10的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y1失電。搖臂完成松開(kāi)，然后上升的過(guò)程。如果想要完成搖臂下降的過(guò)程，需接通X3，在搖臂放松后，使Y4得電，使搖臂下降，當(dāng)下降到極限位臵時(shí)，X10的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y2失電。搖臂完成松開(kāi)，然后下降的過(guò)程。圖3-3 搖臂升降梯形圖程序3.1.4 主軸箱和立柱同時(shí)放松或夾緊控制程序R0閉合后，當(dāng)輸入X4或X5接通時(shí)，內(nèi)部繼電器R2、R3和定時(shí)器T3同時(shí)接通,3秒后，Y3自動(dòng)接通，主軸箱和立柱同時(shí)放松，當(dāng)再次使輸入X4或X5接通時(shí)，Y6接通，主軸箱和立柱同時(shí)夾緊。圖3-4 主軸箱和

28、立柱同時(shí)放松或夾緊梯形圖程序3.1.5 主軸箱和立柱分別單獨(dú)夾緊或放松程序除了可以使立柱和主軸箱同時(shí)夾緊、放松外，還可以使它們分別夾緊或放松，通過(guò)手動(dòng)接通X15和X16即可完成上述操作，當(dāng)需要使主軸箱單獨(dú)夾緊或放松時(shí)，用手扳動(dòng)開(kāi)關(guān)X16使其斷開(kāi)即可，同樣，用手扳動(dòng)輸入開(kāi)關(guān)X15，即可達(dá)到單獨(dú)夾緊或放松立柱的目的。圖3-5 主軸箱和立柱分別單獨(dú)夾緊或放松梯形圖程序3.1.6 信號(hào)顯示程序 R0接通，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，Y0接通，Y10得電，主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)信號(hào)燈亮。立柱夾緊后X14接通，Y9得電，立柱夾緊信號(hào)燈亮。當(dāng)Y3得電后，立柱開(kāi)始松開(kāi)，當(dāng)立柱松開(kāi)后，X14的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y8得電，

29、立柱松開(kāi)信號(hào)燈亮。 圖3-6 信號(hào)顯示梯形圖程序3.1.7 電源工作狀態(tài)指示信號(hào)程序 R0接通，輸出繼電器Y7得電，此時(shí)電源工作狀態(tài)指示信號(hào)燈亮，表明機(jī)床開(kāi)始處于工作狀態(tài)。 圖3-7 電源工作狀態(tài)指示信號(hào)梯形圖程序9第四章 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案由兩部分組成，一部分為電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，也就是PLC的機(jī)型的確定；另一部分是電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，就是PLC控制程序的編寫(xiě)。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(gè)重要原則之一就是，不對(duì)原有機(jī)床的控制結(jié)構(gòu)做過(guò)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(lái)替代。具體方案如下：4.

30、1 PLC型號(hào)的選擇選擇基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC機(jī)型，應(yīng)從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。4.1.1 根據(jù)PLC的物理結(jié)構(gòu) 根據(jù)物理結(jié)構(gòu)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(diǎn)的平均價(jià)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(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)屬于小型開(kāi)關(guān)量電氣控制系統(tǒng)沒(méi)有特殊的控制任務(wù)，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(jià)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(jié)構(gòu)的PLC。4.1.2 根據(jù)PLC的指令功能考慮到任何一種PLC都可以滿足開(kāi)關(guān)量電氣控制系統(tǒng)的要求，據(jù)此

31、本課題將盡量采用價(jià)格便宜的PLC。4.1.3 根據(jù)PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)需要17個(gè)輸入口11個(gè)輸出口，PLC的實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸入點(diǎn)數(shù)17，PLC的實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸出點(diǎn)數(shù)11，在條件許可的情況下盡可能留有10%-20%的裕量。4.1.4根據(jù)PLC的存儲(chǔ)容量PLC存儲(chǔ)器容量的估算方法：對(duì)于僅有開(kāi)關(guān)量輸入/輸出信號(hào)的電氣控制系統(tǒng)，將所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)乘以8，就是所需PLC存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量（單位為bit）即 （17+11）×8=224bit4.1.5定CPU的運(yùn)行速度CPU的運(yùn)動(dòng)速度是指執(zhí)行每一步用戶程序的時(shí)間。由于PLC為周期循環(huán)掃描工作方

32、式，對(duì)于以開(kāi)關(guān)量為主的控制系統(tǒng)，不用考慮掃描速度，一般的PLC機(jī)型都可使用。對(duì)于以模擬量為主的控制系統(tǒng)，則需要考慮掃描速度，必須選擇合適CPU種類的PLC機(jī)型。4.1.6據(jù)輸入輸出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(shí)間較短，可以直接與接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等電子輸入裝臵連接。交流輸入方式的觸點(diǎn)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(duì)電氣控制系統(tǒng)操作人員來(lái)說(shuō)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(yīng)選直流輸入模塊，輸入

33、電壓應(yīng)DC24V電壓。PLC輸出模塊有繼電器型、晶體管型和雙向可控硅型三種。 繼電器型輸出模塊的觸點(diǎn)工作電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬間過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，每一點(diǎn)的輸出容量較大（可達(dá)2A）,在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)導(dǎo)通的輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，但動(dòng)作速度慢，壽命有一定的限制。 晶體管型與雙向可控硅型輸出模塊分別用于直流負(fù)載和交流負(fù)載，它們的可靠性高，反應(yīng)帶寬快，壽命長(zhǎng)，但是過(guò)載能力差，每1點(diǎn)的輸出量只有0.5A，4點(diǎn)同時(shí)輸出的總?cè)萘坎坏贸^(guò)2A。 由于Z3040搖臂鉆床控制對(duì)象對(duì)PLC輸出點(diǎn)的動(dòng)作表達(dá)速度要求不高，繼電器型輸出模塊的動(dòng)作速度完全能夠滿足要求，且每一點(diǎn)的輸出容量較大，在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)導(dǎo)通

34、的輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，這將給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)很大的方便。所以本課題選用繼電器輸出模塊，結(jié)合Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，需要輸入點(diǎn)數(shù)大于17個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)大于11個(gè)。 綜上所述，為了使Z3040搖臂鉆床在改造后能夠良好工作，確認(rèn)日本松下公司生產(chǎn)的FP0-C14RS型和擴(kuò)展單元FP0-E16RS型和FP0-E8RS型PLC能夠滿足上述要求，該類型號(hào)PLC體積小，功能強(qiáng)，增加了一些大型機(jī)的功能和指令，如PID和PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）指令，對(duì)于控制器體積要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)是一種很好的選擇。其編程口為RS-232C，可以直接和編程器或計(jì)算機(jī)連接，使用非

35、常方便，且性價(jià)比較高，使用方便。其主要技術(shù)性指標(biāo)如下：型PLC具有Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)所需的所有指令功能，其總輸入點(diǎn)數(shù)為20點(diǎn)，總輸出點(diǎn)數(shù)為18點(diǎn)，用戶存儲(chǔ)器容量5K步，輸入模塊電壓為DC24V，輸出模塊為繼電器型。由此可知，F(xiàn)P0-C14RS和擴(kuò)展單元FP0-E16RS型和FP0-E8RS型PLC的技術(shù)性能指標(biāo)完全能滿足上述要求。4.1.7定PLC的外圍設(shè)備PLC的外圍設(shè)備主要是人機(jī)對(duì)話裝置，用于PLC的編程和監(jiān)控。通過(guò)人機(jī)對(duì)話裝置可以進(jìn)行編程、調(diào)試及顯示圖形報(bào)表、文件復(fù)制、報(bào)警等。PLC的外圍設(shè)備有編程器、打印機(jī)、EPROM寫(xiě)入器、顯示器等。4.1.8電源電壓的選擇為PLC控制系

36、統(tǒng)供電的電源，在我國(guó)優(yōu)先選擇220V的交流電源電壓，特殊情況可選擇24V直流電源供電。輸入信號(hào)電源，一般利用PLC內(nèi)部提供的直流24V電源。對(duì)于帶有有源器件的接近開(kāi)關(guān)可外接220V交流電源，提高穩(wěn)定性，避免干擾。選用直流I/O模塊時(shí)，需要外設(shè)直流電源。PLC生產(chǎn)廠家眾多，種類繁多，在實(shí)際選用時(shí)必須根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求合理選擇。4.2 PLC的I/O端口分配表根據(jù)所選PLC的型號(hào)進(jìn)行I/O點(diǎn)的端口分配，如下（表4-1、表4-2）所示：表4-1 輸入信號(hào)端口分配表地址號(hào)符號(hào)名稱用途X0SB1總啟動(dòng)按鈕X1SB2主電動(dòng)機(jī)按鈕X2SB3搖臂上升X3SB4搖臂下降X4SB5立柱和主軸箱松開(kāi)X5SB6立

37、柱和主軸箱夾緊X6SB7總停止按鈕X7SB8主電動(dòng)機(jī)停止按鈕X8KR1M1電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器X9KR2M3動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器X10ST1-1搖臂上升用行程開(kāi)關(guān)X11ST1-2搖臂下降行程開(kāi)關(guān)X12ST2搖臂下降限位X13ST3搖臂夾緊用行程開(kāi)關(guān)X14ST4立柱夾緊、放松指示用行程開(kāi)關(guān)X15SA2-1主軸箱夾緊、放松用組合開(kāi)關(guān)X16SA2-2立柱夾緊、放松用組合開(kāi)關(guān)表4-2輸出信號(hào)端口分配表地址號(hào)符號(hào)姓名用途Y0KM1主軸旋轉(zhuǎn)接觸器Y1KM2搖臂上升接觸器Y2KM3搖臂下降 接觸器Y3KM4主軸箱、立柱、搖臂放松接觸器Y4KM5主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器Y5YA1主軸箱夾緊、放松用電

38、磁鐵Y6YA2立柱夾緊、放松用電磁鐵Y7HL1電源工作狀態(tài)指示信號(hào)燈Y8HL2立柱松開(kāi)指示信號(hào)燈Y9HL3立柱夾緊指示信號(hào)燈Y10HL4主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)指示信號(hào)燈4.3 PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計(jì)下圖為PLC的I/O電氣接線圖，圖中X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X10、X11、X12、X13、X14共用一個(gè)COM端，輸入開(kāi)關(guān)的其中一端應(yīng)并接在直流24V電源上，另一端應(yīng)分別接入相應(yīng)的PLC輸入端子上。接線時(shí)注意PLC輸入/輸出COM端子的極性。接觸器的線圈工作電壓若為交流110V，則接觸器線圈連接的Y3、Y4、Y5、Y6 、Y7、Y10 可以共用一個(gè)COM2端。信號(hào)燈電源電壓為6.3V，因此Y0、Y1、Y2可以共用一個(gè)COM1端。如果輸出控制設(shè)備存在直流回路，則交流回路直流回路不可共用一個(gè)COM端，而應(yīng)分開(kāi)使用，本電路的輸出端全為交流回路，因此在電源電壓相同的接口可共用一個(gè)COM端。圖4-1 PLC的I/O電氣接線圖第5章 結(jié)論與展望5.1研究成果采用PLC后在硬件與軟件設(shè)計(jì)時(shí)詳細(xì)分析了該鉆床的工作情況，充分考慮了機(jī)床和工藝對(duì)電氣控制的要求，妥善處理了機(jī)械與電氣的關(guān)系，把電氣系統(tǒng)的安全性和可靠性放在首位，同時(shí)充分利用PLC控制技術(shù)，軟件設(shè)計(jì)更合理，從而在滿足控制要求的