z3040搖臂鉆床的plc改造畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　電氣工程系</b></p><p>　　畢   業(yè)   論   文</p><p>　　課題名稱               &#

2、160;                        </p><p>　　學(xué)    號    8 &#

3、160;       </p><p>　　班    級  103352         </p><p>　　專    業(yè)  機電一體化 &

4、#160;    </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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(fù)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(jié)構(gòu)簡單，編程方便，調(diào)試

5、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Z3 040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(shè)計方案，完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)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(shè)計。對PLC控制搖臂鉆床的

6、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(yīng)的控制原理圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程控制器，搖臂鉆床，梯形圖，電氣控制系統(tǒng)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1緒 論....................................

7、........................ 1</p><p>　　1.1 本課題的選題背景和意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)2</p><p>　　2 Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的原理3</p><p><b>　　2.1主電路3</b></p&

8、gt;<p>　　2.2 控制電路、信號及照明電路3</p><p>　　2.2.1 主電動機的旋轉(zhuǎn)控制4</p><p>　　2.2.2 搖臂的升降控制4</p><p>　　2.2.3 立柱和主軸箱的松開及夾緊控制4</p><p>　　3 基于PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計5</p&g

9、t;<p>　　3．1 PLC型號的選擇5</p><p>　　3.1.1 根據(jù)PLC的物理結(jié)構(gòu)5</p><p>　　3.1.2 根據(jù)PLC的指令功能5</p><p>　　3.1.3 根據(jù)PLC的輸入輸出點數(shù)6</p><p>　　3.1.4 根據(jù)PLC的存儲容量6</p><p>　　3.

10、1.5 根據(jù)PLC的輸入模塊的類型6</p><p>　　3.1.6 根據(jù)PLC的輸出模塊的類型6</p><p>　　3.2 PLC的I/O端口分配表6</p><p>　　3.3 PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計8</p><p>　　4 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計9</p><p>　　

11、4.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計及程序調(diào)試9</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)預(yù)開程序9</p><p>　　4.1.2 主電動機的起動控制程序9</p><p>　　4.1.3 搖臂升降控制程序10</p><p>　　4.1.4 主軸箱和立柱同時放松或夾緊控制程序.......................... 10&l

12、t;/p><p>　　4.1.5 主軸箱和立柱分別單獨夾緊或放松程序10</p><p>　　4.1.6 信號顯示程序11</p><p>　　4.1.7 電源工作狀態(tài)指示信號程序11</p><p><b>　　5 結(jié) 論12</b></p><p>　　5.1 研究成果..........

13、.............................................12</p><p>　　5.2 不足之處.......................................................12</p><p><b>　　致謝13</b></p><p><b>　　參考文獻1

14、4</b></p><p>　　附錄A............................................................. 15</p><p>　　附錄B............................................................. 16</p><p><b>

15、;　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題的選題背景和意義</p><p>　　Z3040搖臂鉆床是工廠中常用的金屬切削機床，它可以進行多種形式的加工，如：鉆孔、鏜孔、鉸孔及螺紋等。從控制上講，它需要機、電、液壓等系統(tǒng)相互配合使用，而且，要進行時間控制。它的調(diào)速是通過三相交流異步電動機和變速箱來實現(xiàn)的。也有的是采用多速異步電動機拖動，這樣可以簡化變速機構(gòu)。搖

16、臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運動和進給運動由一臺交流異步電動機拖動，主軸的正反向旋轉(zhuǎn)運動是通過機械轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的。故主電動機只有一個旋轉(zhuǎn)方向。此外，搖臂的上升、下降和立柱的夾緊、放松各由一臺交流異步電動機拖動[1]。</p><p>　　目前，我國的Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)普遍采用的是傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制方式。因其所要控制的電機較多所以電路較復(fù)雜，在日常的生產(chǎn)作業(yè)當(dāng)中，經(jīng)常發(fā)生電氣故障，從而影響生產(chǎn)。另外，一些復(fù)雜的

17、控制如：時間、計數(shù)控制用繼電器—接觸器控制方式較難實現(xiàn)，所以，有必要對傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進行改進設(shè)計。PLC電氣控制系統(tǒng)可以有效的彌補上述系統(tǒng)的這一缺陷。</p><p>　　可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC，是從早期的繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微型計算機控制技術(shù)，使之功能不斷增強，逐漸適合復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)。PLC之所以有較強的生命力，在于它

18、更加適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場和市場要求。可靠性高，抗干擾能力強、編程方便、價格低、壽命長。與單片機相比，它的輸入/輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備，不需添加太多的中間部件，這樣可以大大節(jié)省用戶的開發(fā)時間與生產(chǎn)成本。</p><p>　　現(xiàn)在應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域的PLC種類繁多，規(guī)模大小和功能強弱千差萬別，但他們具有以下一些共同的特點。</p><p>　　可靠性高?？煽啃允怯脩舻氖走x要求，目前各廠家生產(chǎn)的PLC

19、，平均無故障時間都大大超過IEC規(guī)定的10萬小時，例如：西門子、ABB、松下、三菱等微小型PLC，而且都有完善的自診斷功能，判斷故障迅速。 </p><p>　　靈活組態(tài)?？删幊炭刂破魇窍盗谢a(chǎn)品，通常采用模塊化結(jié)構(gòu)來完成不同的任務(wù)組合。輸入輸出端口選擇靈活，有多種機型，組合方便。</p><p>　　功能強大，除基本的邏輯控制、定時、計數(shù)、算術(shù)運算功能外，配合特殊功能模塊還可實現(xiàn)點位控制

20、、PTO運算、過程運算、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上位機通信，通過遠程模塊可以控制遠程設(shè)備。因此，PLC幾乎是全能的工業(yè)控制計算機。</p><p>　　編程方便，易于使用。PLC的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語言，直觀易懂，深受現(xiàn)場電氣人員的歡迎。近年來又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樋亓鞒虉D語言（Sequential Function Chart），使編程更加簡單方便。</p><p

21、>　　運行速度快。傳統(tǒng)的機電接觸電氣控制系統(tǒng)通過大量觸點的機械動作進行控制，速度很慢，而且系統(tǒng)愈大速度愈慢。PLC的控制速度則由CPU工作速度和掃描速度決定。因此更適合處理高速復(fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計算機之間的差別越來越小 [2]。</p><p>　　同時，PLC還具備了網(wǎng)絡(luò)功能，能進行多臺PLC或PLC與PC機之間的聯(lián)網(wǎng)通訊，使用PLC可以很方便的構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式電氣控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)

22、場總線的PLC通訊網(wǎng)絡(luò)，可使工廠的各種資源共享，就更適合于工廠自動化的需要，為工廠自動化提供了技術(shù)保證 [3]。</p><p>　　正是由于PLC電氣控制系統(tǒng)的種種優(yōu)點,因此本次對Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)的改造,可以大大提高Z3040搖臂鉆床工作性能和系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性,為工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化帶來生機．同時，提高了PLC編程水平和實踐能力,為今后在實際工作中熟練使用PLC進行工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計打好基礎(chǔ)。</

23、p><p>　　1.2 國內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)</p><p>　　早在上世紀(jì)六十年代國外就已經(jīng)出現(xiàn)了可編程序控制器（PLC）的應(yīng)用，之后世界各國爭相在該領(lǐng)域投入大量資金進行新產(chǎn)品的開發(fā)，在1995年西門子又成功地開發(fā)出了S7200、S7300系列，它具有 TD 200和 COROS OPS操作模板為用戶提供了方便人機界面，用戶程序三級口令保護，極強的計算性能，完善的指令集

24、，MPI接口和通過工業(yè)現(xiàn)場總線PROFD3US以及以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能力，強勁的內(nèi)部集成功能，全面的故障診斷功能；模塊式結(jié)構(gòu)可用于各處性能的擴展，脈沖輸出晶閘管步進電機和直流電機；快速的指令處理大大縮短了循環(huán)周期，并采用了高速計數(shù)器，高速中斷處理可以分別響應(yīng)過程事件，大幅度降低了成本。由于電氣控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司己將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作

25、、多數(shù)表決的工作方式。由于PLC的眾多優(yōu)點，使其迅速在工業(yè)控制中得到推廣。雖然國內(nèi)PLC技術(shù)的應(yīng)用前景很大，并且取得了一定的經(jīng)濟效益，而相比之下，由于受經(jīng)濟和技術(shù)水平的限制，大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)上使用的Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)，還是采用采用繼電器—</p><p>　　隨著PLC技術(shù)在我國的迅猛發(fā)展，我們和國外先進技術(shù)的差距會不斷縮小。因此，抓住這個有利時機進一步促進PLC技術(shù)的推廣與應(yīng)用，是提高我國工業(yè)自動

26、化水平的迫切任務(wù)，此次對于Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計，就是希望借鑒國外先進的工業(yè)控制技術(shù)，應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場，以提高搖臂鉆床的工作性能。</p><p>　　2 Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的原理</p><p><b>　　2.1主電路</b></p><p>　　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

27、作是通過不能復(fù)位的十字開關(guān)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。現(xiàn)在的Z3040搖臂鉆床取消了十字開關(guān)，它的電氣原理圖如下所示：</p><p>　　圖2.1 Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)電氣原理圖</p><p>　　它的主電路、控制電路、信號電路的電源均采用自動開關(guān)引入，自動開關(guān)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

28、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KM4、KM5。搖臂升降電動機M2、冷卻泵電動機M4均為短時工作，不設(shè)過載保護。</p><p>　　2.2 控制電路、信號及照明電路</p><p>　　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

29、抽頭603對地為信號燈電源6.3V,241號線對地為照明變壓器TD二次側(cè)輸出36V。</p><p>　　2.2.1 主電動機的旋轉(zhuǎn)控制</p><p>　　在主電動機啟動前，首先將自動開關(guān)Q2、Q3、Q4扳到接通狀態(tài)，同時將配電盤的門關(guān)好并鎖上。然后再將自動開關(guān)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(zhǔn)備。當(dāng)按下按鈕S

30、B2時，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)。</p><p>　　2.2.2 搖臂的升降控制</p><p>　　按下按鈕SB3，時間繼電器KT1通電吸合，它的瞬動觸點（33-35）閉合使KM4線圈通電，液壓電動機M3起動供給壓力油，經(jīng)分配閥體進入搖臂的松開油腔，推動活塞使搖臂松開。同時活塞桿通過彈

31、簧片使行程開關(guān)ST2的動斷觸點斷開沒，KM4線圈斷電,而ST2的動合觸電（17-21）閉合2M線圈通電，它主觸點閉合，2M電動機旋轉(zhuǎn) 使搖臂上升。</p><p>　　如果搖臂沒有松開，ST2的動合觸點不能閉合，搖臂升降電動機不能轉(zhuǎn)動，這樣就保證了只有搖臂的可靠松開后方可使搖臂上升或下降。</p><p>　　當(dāng)搖臂上升到所需要的位置時，松開按鈕SB3，KM2和KT1斷電，升降電動機M2斷

32、電停止，搖臂停止上升。當(dāng)持續(xù)1-3秒后，KT1的斷電延時閉合的動斷觸點（47-49）閉合，KM5線圈經(jīng)7-47-49-51號線，KM5 線圈通電液壓泵電動機M3反轉(zhuǎn)，使壓力油經(jīng)分配閥進入搖臂的夾緊液壓腔，搖臂夾緊。同時活塞桿通過彈簧片使ST3的動斷觸點（7-47）斷開，KM5線圈斷電，M3電動機停止，完成了搖臂的松開—上升—夾緊動作。</p><p>　　搖臂升降電動機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)不能同時進行，否則將造成電源兩相

33、間的短路。為避免由于操作錯誤造成事故，在搖臂上升和下降的線路中加入了觸點互鎖和按鈕互鎖。因為搖臂的上升或下降是短時的調(diào)整工作所以采用點動方式。</p><p>　　行程開關(guān)ST1是為搖臂的上升或下降的極限位置保護而設(shè)立的。ST1有兩對常閉觸點，ST1的動斷觸點（15-17）是搖臂上升時的極限位置保護，ST1的動斷觸點（27-17）是搖臂于液壓夾緊機構(gòu)出現(xiàn)故障或ST3調(diào)整不當(dāng)，將造成液壓泵電動機M3過載它的過載保護

34、熱繼電器的動斷觸點將斷開，KM5釋放同，M3電動機斷電停止。</p><p>　　2.2.3立柱和主軸箱的松開及夾緊控制</p><p>　　主軸箱與立柱的松開及夾緊控制可以單獨進行，也可以同時進行，它由組合開關(guān)SA2和按鈕SB5（或SB6）進行控制。SA2有三個位置，在中間位置（零位）時為同時進行，搬到左邊位置時為立柱的夾緊或放松，搬到右邊位置為主軸箱的夾緊或放松。SB5是主軸箱和立柱的

35、夾緊按鈕。</p><p>　　下面以主軸箱的松開和夾緊 為例說明它的動作過程：首先將組合開關(guān)SA2搬向右側(cè)，觸點（57-59）接通，觸點(57-63)斷開。當(dāng)要主軸箱松開時，按下按鈕SB5，這時時間繼電器KT2和KT3線圈同時通電，但KT2為斷電延時型時間繼電器，所以KT2的通電使瞬時常開觸點閉合，斷電延時斷開的動斷觸點（7-57）也閉合使YA1通電，經(jīng)1-3s后KT3的延時動合觸點（7-41）閉合，通過3-5

36、-7-41-43-37-39使KM4通電，液壓泵電動機正轉(zhuǎn)使壓力液壓油經(jīng)分配閥進入主軸箱液壓缸，推動活塞使主軸箱放松?；钊麠U使ST4復(fù)位主軸箱和主柱分開，指示燈HL2亮。當(dāng)要主軸夾緊時，按下按鈕SB6仍首先為YA1通電，經(jīng)1-3s后中，KM5線圈通電，液壓泵電動機反轉(zhuǎn)，壓力油經(jīng)分配閥進入主軸箱液壓缸，推動活塞使主軸箱夾緊。同時活塞桿使ST4受壓，它的動合觸點（607-613）閉合，指示燈HL3亮，觸點（607-613）斷開，指示燈HL2

37、滅，指示主軸箱與立柱夾緊。</p><p>　　當(dāng)將SA2搬到左側(cè)時，觸點（57-63）接通，（57-59）觸點斷開。按下按鈕SB5或SB6時使YA2通電，此時主柱松開或夾緊。SA2在中間位置時，觸點（57-59、57-63）均接通，按下SB5或SB6時，YA1、YA2均通電，主軸箱和立柱同時進行夾緊或放松。其它動作過程和主軸箱松開和夾緊完全相同[4]。</p><p>　　3 基于PLC

38、的Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計</p><p>　　Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方案由兩部分組成，一部分為電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，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(shè)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結(jié)構(gòu)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。具體方案如

39、下：</p><p>　　3．1 PLC型號的選擇</p><p>　　選擇基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC機型，應(yīng)從以下幾個方面來考慮：</p><p>　　3.1.1 根據(jù)PLC的物理結(jié)構(gòu)</p><p>　　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點的平均價格比模塊式便宜，小型電氣控制系統(tǒng)一般使用

40、整體式可編程控制器。此次所設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)屬于小型開關(guān)量電氣控制系統(tǒng)沒有特殊的控制任務(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[5]。</p><p>　　3.1.2 根據(jù)PLC的指令功能 </p><p>　　考慮到任何一種PLC都可以滿足

41、開關(guān)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。 </p><p>　　3.1.3 根據(jù)PLC的輸入輸出點數(shù)</p><p>　　如表3.1和表3.2所示，搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)需要17個輸入口11個輸出口，PLC的實際輸入點數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸入點數(shù)17，PLC的實際輸出點數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸出點數(shù)11，在條件許可的情況下盡可能留有10%-20%的裕量。</p>

42、;<p>　　3.1.4 根據(jù)PLC的存儲容量</p><p>　　PLC存儲器容量的估算方法：對于僅有開關(guān)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8，就是所需PLC存儲器的存儲容量（單位為bit）即</p><p>　　（17+11）×8=224bit</p><p>　　3.1.5 根據(jù)輸入模塊的類型</p>

43、<p>　　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，可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)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(yīng)選直流輸入模塊，輸入電壓

44、應(yīng)DC24V電壓[6]。</p><p>　　3.1.6 根據(jù)輸出模塊的類型</p><p>　　PLC輸出模塊有繼電器型、晶體管型和雙向可控硅型三種。</p><p>　　繼電器型輸出模塊的觸點工作電壓范圍廣，導(dǎo)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(dǎo)通的輸出點的個數(shù)沒有限制，但動作速度慢，壽命有一定的限制。&

45、lt;/p><p>　　晶體管型與雙向可控硅型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(yīng)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。</p><p>　　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(dǎo)通的輸出點的個數(shù)沒有限制，

46、這將給設(shè)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(jié)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)大于17個，輸出點數(shù)大于11個。</p><p>　　綜上所述，為了使Z3040搖臂鉆床在改造后能夠良好工作，確認日本松下公司生產(chǎn)的FP0-C14RS型和擴展單元FP0-E16RS型和FP0-E8RS型PLC能夠滿足上述要求，該類型號PLC體積小，功能強，增加了一些大型機的功能和指令，如PID和P

47、WM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）指令，對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算機連接，使用非常方便，且性價比較高，使用方便。其主要技術(shù)性指標(biāo)如下：</p><p>　　該型PLC具有Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)所需的所有指令功能，其總輸入點數(shù)為20點，總輸出點數(shù)為18點，用戶存儲器容量5K步，輸入模塊電壓為DC24V，輸出模

48、塊為繼電器型。由此可知，F(xiàn)P0-C14RS和擴展單元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。</p><p>　　3.2 PLC的I/O端口分配表 </p><p>　　根據(jù)所選PLC的型號進行I/O點的端口分配，如下（表3.1、表3.2）所示：</p><p>　　表3.1 輸入信號端口分配表</p><

49、;p>　　表3.2 輸出信號端口分配表</p><p>　　3.3 PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計</p><p>　　下圖為PLC的I/O電氣接線圖，圖中X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16共用一個COM端，輸入開關(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。接線時注意P

50、LC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Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6可以共用一個COM2端。信號燈電源電壓為6.3V，因此Y7、Y8、Y9、Y10、可以共用一個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COM端，而應(yīng)分開使用，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COM端。</p><p>　　圖3.

51、1 PLC的I/O電氣接線圖</p><p>　　4 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計</p><p>　　4.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計及程序調(diào)試：</p><p>　　為了使Z3040搖臂鉆床在進行電氣控制系統(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)開程序、主電動機的起動和停止控制程序、搖

52、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FP0型號的PLC，所以編程時采用Windows環(huán)境下運行的FPWIN—GR的編程軟件來編程設(shè)計, 采用TVT—90A2可編程控制器訓(xùn)練裝置來進行模擬調(diào)試。如下列圖形所示：</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)預(yù)開程序</p><p>　　X

53、6為總停輸入繼電器，X0為系統(tǒng)預(yù)開輸入繼電器。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)進行工作做好準(zhǔn)備。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)預(yù)開梯形圖程序</p><p>　　4.1.2 主電動機的起動控制程序</p><p>　　X1為主電動機起動輸入繼電器，R0閉合后，接通X1，此時輸出繼電器Y0接通并自鎖，從而使電機起動。</p&g

54、t;<p>　　圖4.2 主電動機的起動梯形圖程序</p><p>　　4.1.3 搖臂升降控制程序</p><p>　　R0閉合后，當(dāng)輸入繼電器X2接通時，內(nèi)部繼電器R1也接通，同時Y3得電，使得液壓泵電動機起動，搖臂放松，當(dāng)搖臂徹底放松后，X11的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，Y3斷電，Y1得電，搖臂開始上升，當(dāng)上升到極限位置時，X10的常閉觸點斷開，Y1失電。搖臂完成松

55、開，然后上升的過程。</p><p>　　如果想要完成搖臂下降的過程，需接通X3，在搖臂放松后，使Y4得電，使搖臂下降，當(dāng)下降到極限位置時，X10的常閉觸點斷開，Y2失電。搖臂完成松開，然后下降的過程。</p><p>　　圖4.3 搖臂升降梯形圖程序</p><p>　　4.1.4 主軸箱和立柱同時放松或夾緊控制程序</p><p>　　

56、R0閉合后，當(dāng)輸入X4或X5接通時，內(nèi)部繼電器R2、R3和定時器T3同時接通,3秒后，Y3自動接通，主軸箱和立柱同時放松，當(dāng)再次使輸入X4或X5接通時，Y6接通，主軸箱和立柱同時夾緊。</p><p>　　圖4.4 主軸箱和立柱同時放松或夾緊梯形圖程序</p><p>　　4.1.5 主軸箱和立柱分別單獨夾緊或放松程序</p><p>　　除了可以使立柱和主軸箱同

57、時夾緊、放松外，還可以使它們分別夾緊或放松，通過手動接通X15和X16即可完成上述操作，當(dāng)需要使主軸箱單獨夾緊或放松時，用手扳動開關(guān)X16使其斷開即可，同樣，用手扳動輸入開關(guān)X15，即可達到單獨夾緊或放松立柱的目的。</p><p>　　圖4.5 主軸箱和立柱分別單獨夾緊或放松梯形圖程序</p><p>　　4.1.6 信號顯示程序</p><p>　　R0接通，

58、當(dāng)主電動機起動后，Y0接通，Y10得電，主電動機起動信號燈亮。立柱夾緊后X14接通，Y9得電，立柱夾緊信號燈亮。當(dāng)Y3得電后，立柱開始松開，當(dāng)立柱松開后，X14的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，Y8得電，立柱松開信號燈亮。</p><p>　　圖4.6 信號顯示梯形圖程序</p><p>　　4.1.7 電源工作狀態(tài)指示信號程序</p><p>　　R0接通，輸出繼電

59、器Y7得電，此時電源工作狀態(tài)指示信號燈亮，表明機床開始處于工作狀態(tài)。</p><p>　　圖4.7 電源工作狀態(tài)指示信號梯形圖程序</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　本課題所研究的基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)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

60、結(jié)論：</p><p><b>　　5.1 研究成果</b></p><p>　　可編程控制器是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的新型控制器，具有結(jié)構(gòu)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(shù)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

61、加工質(zhì)量，降低了設(shè)備故障率，提高了生產(chǎn)率。另外，通過這次畢業(yè)設(shè)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(guān)工作奠定了很好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　5.2 不足之處</b></p><p>　　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、升降電動機、液壓泵電動

62、機的調(diào)速只能通過機械調(diào)速或多速電機來進行，屬于有級調(diào)速，其加工范圍將受到某些限制，系統(tǒng)僅限于邏輯開關(guān)量的控制，對于PLC的許多高級指令沒有應(yīng)用到。以上問題有待今后進一步研究解決。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本論文是在楊清杰老師的悉心指導(dǎo)下完成的，楊清杰老師淵博的知識、豐富的實踐經(jīng)驗和誨人不倦的作風(fēng)至今令我終生難忘。從楊清杰老師身上，

63、除了學(xué)到許多專業(yè)知識外，我還學(xué)到了如何做人、做事等許多其它寶貴的東西。所有這些都將使我受益終生。在此，我要衷心的感謝楊清杰老師，感謝他在指導(dǎo)我做學(xué)士學(xué)位論文期間對我無私的關(guān)懷和耐心細致的指導(dǎo)，并向楊清杰老師致以崇高的敬意！</p><p>　　在攻讀學(xué)士學(xué)位期間，我還得到了其他眾多老師和單位領(lǐng)導(dǎo)、同學(xué)們的關(guān)懷、幫助，有了他們，我才能克服各種困難，完成學(xué)士學(xué)位論文。在這里一并表示感謝！</p><

64、;p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]齊占慶主編．機床電氣控制技術(shù)．第三版．北京：機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[2]張桂嶺.淺談現(xiàn)代PLC的優(yōu)勢特點.自動化博覽，2003（4），66-67</p><p>　　[3]李國厚主編．PLC原理與應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社，2005</p>

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