畢業(yè)設(shè)計(jì)----搖臂鉆床的plc改造

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本論文是研究機(jī)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(wèn)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(xiàn)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(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)。

2、因此，本論文對(duì)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(jì)方案，完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，其中包括PLC機(jī)型的選擇、I/O端口的分配、I/O硬件接線(xiàn)圖的繪制、PLC梯形圖程序的設(shè)計(jì)。對(duì)PLC控制搖臂鉆床的工作過(guò)程作了詳細(xì)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)

3、從而提高機(jī)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>　　Abstract: This paper is to studies the machine process in common use Z3040 in inside radial drilling machine electric con

4、trol system improves problem. The aim is solving device complexity, inferior reliability and stability, malfunction analysis and trouble obviation of the traditional relay electric control system. Because of electric con

5、trol system PLC there are lots of advantages which include design, install, connect the line and adjust to try workload small, the period of research and manu</p><p>　　Key words: PLC，Radial drilling machine

6、，Trapezium diagram，Electric Control System</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1緒 論............................................................ 1</p><p>　　1.1 本課題的選題背景和意義1&l

7、t;/p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)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><p>　　2.2 控制電路、信號(hào)及照明電路3</p><p>　　2.2.1 主電動(dòng)機(jī)的旋

8、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(kāi)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(jì)5</p><p>　　3．1 PLC型號(hào)的選擇5</p><p>　　3.1.1 根據(jù)PLC的物理結(jié)構(gòu)

9、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(diǎn)數(shù)6</p><p>　　3.1.4 根據(jù)PLC的存儲(chǔ)容量6</p><p>　　3.1.5 根據(jù)PLC的輸入模塊的類(lèi)型6</p><p>　　3.1.6 根據(jù)PLC的輸出模塊的類(lèi)型6</p

10、><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(xiàn)圖的設(shè)計(jì)8</p><p>　　4 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)及程序調(diào)試9</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)預(yù)開(kāi)程序9</p&g

11、t;<p>　　4.1.2 主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(shí)放松或夾緊控制程序.......................... 10</p><p>　　4.1.5 主軸箱和立柱分別單獨(dú)夾緊或放松程序10</p><p>　

12、　4.1.6 信號(hào)顯示程序11</p><p>　　4.1.7 電源工作狀態(tài)指示信號(hào)程序11</p><p><b>　　5 結(jié) 論12</b></p><p>　　5.1 研究成果.......................................................12</p><p>　

13、　5.2 不足之處.......................................................12</p><p><b>　　致謝13</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p>　　附錄A................................

14、............................. 15</p><p>　　附錄B............................................................. 16</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題的選題背景和意義</p>

15、<p>　　Z3040搖臂鉆床是工廠(chǎng)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

16、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]。</p><p>　　目前，我國(guó)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(jī)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)雜的控制如：時(shí)間、計(jì)數(shù)控制用繼電器—接觸器控制方式較難實(shí)現(xiàn)，所以，有必要對(duì)傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。PLC電氣控制系統(tǒng)可以有效的彌補(bǔ)上述系

17、統(tǒng)的這一缺陷。</p><p>　　可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，是從早期的繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，它不斷吸收微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)。PLC之所以有較強(qiáng)的生命力，在于它更加適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)要求?？煽啃愿撸垢蓴_能力強(qiáng)、編程方便、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)。與單片機(jī)相比，它的輸入/輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的

18、中間部件，這樣可以大大節(jié)省用戶(hù)的開(kāi)發(fā)時(shí)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(lèi)繁多，規(guī)模大小和功能強(qiáng)弱千差萬(wàn)別，但他們具有以下一些共同的特點(diǎn)。</p><p>　　可靠性高?？煽啃允怯脩?hù)的首選要求，目前各廠(chǎng)家生產(chǎn)的PLC，平均無(wú)故障時(shí)間都大大超過(guò)IEC規(guī)定的10萬(wàn)小時(shí)，例如：西門(mén)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。

19、 </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(lái)完成不同的任務(wù)組合。輸入輸出端口選擇靈活，有多種機(jī)型，組合方便。</p><p>　　功能強(qiáng)大，除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算功能外，配合特殊功能模塊還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PTO運(yùn)算、過(guò)程運(yùn)算、數(shù)字控制等功能，為方便工廠(chǎng)管理又可以與上位機(jī)通信，通過(guò)遠(yuǎn)程模塊可以控制遠(yuǎn)程設(shè)備。因此，PLC幾乎是全能的工業(yè)控制計(jì)

20、算機(jī)。</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(yǔ)言，直觀(guān)易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣人員的歡迎。近年來(lái)又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樋亓鞒虉D語(yǔ)言（Sequential Function Chart），使編程更加簡(jiǎn)單方便。</p><p>　　運(yùn)行速度快。傳統(tǒng)的機(jī)電接觸電氣控制系統(tǒng)通過(guò)大量觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作進(jìn)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CP

21、U工作速度和掃描速度決定。因此更適合處理高速?gòu)?fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計(jì)算機(jī)之間的差別越來(lái)越小 [2]。</p><p>　　同時(shí)，PLC還具備了網(wǎng)絡(luò)功能，能進(jìn)行多臺(tái)PLC或PLC與PC機(jī)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的PLC通訊網(wǎng)絡(luò)，可使工廠(chǎng)的各種資源共享，就更適合于工廠(chǎng)自動(dòng)化的需要，為工廠(chǎng)自動(dòng)化提供了技術(shù)保證 [3]。</p>&

22、lt;p>　　正是由于PLC電氣控制系統(tǒng)的種種優(yōu)點(diǎn),因此本次對(duì)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(lái)生機(jī)．同時(shí)，提高了PLC編程水平和實(shí)踐能力,為今后在實(shí)際工作中熟練使用PLC進(jìn)行工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)</p><p>　　早在上

23、世紀(jì)六十年代國(guó)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(guó)爭(zhēng)相在該領(lǐng)域投入大量資金進(jìn)行新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，在1995年西門(mén)子又成功地開(kāi)發(fā)出了S7200、S7300系列，它具有 TD 200和 COROS OPS操作模板為用戶(hù)提供了方便人機(jī)界面，用戶(hù)程序三級(jí)口令保護(hù)，極強(qiáng)的計(jì)算性能，完善的指令集，MPI接口和通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)PROFD3US以及以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能力，強(qiáng)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

24、擴(kuò)展，脈沖輸出晶閘管步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)；快速的指令處理大大縮短了循環(huán)周期，并采用了高速計(jì)數(shù)器，高速中斷處理可以分別響應(yīng)過(guò)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(cuò)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、多數(shù)表決的工作方式。由于PLC的眾多優(yōu)點(diǎn)，使其迅速在工業(yè)控制中得到推廣。雖然國(guó)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(jì)效益，而相

25、比之下，由于受經(jīng)濟(jì)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(guó)的迅猛發(fā)展，我們和國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距會(huì)不斷縮小。因此，抓住這個(gè)有利時(shí)機(jī)進(jìn)一步促進(jìn)PLC技術(shù)的推廣與應(yīng)用，是提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平的迫切任務(wù)，此次對(duì)于Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)，就是希望借鑒國(guó)外先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，以提高搖臂鉆床的工作

26、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(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

27、十字開(kāi)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(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。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)

28、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)。</p><p>　　2.2 控制電路、信號(hào)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，中間抽頭603對(duì)地為信號(hào)燈電源6.3V,241號(hào)線(xiàn)對(duì)地為照明變壓器TD二次側(cè)輸出36V。</p><p>　　2.2.

29、1 主電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制</p><p>　　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扳到接通位置，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(xiàn)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)。&

30、lt;/p><p>　　2.2.2 搖臂的升降控制</p><p>　　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(xiàn)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(xiàn)圈斷電,而ST2的動(dòng)合觸電（17-21）閉合2M線(xiàn)圈通電，它主觸點(diǎn)閉合，2M電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn) 使搖

31、臂上升。</p><p>　　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。</p><p>　　當(dāng)搖臂上升到所需要的位置時(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(xiàn)圈經(jīng)7-47-49-51號(hào)線(xiàn)，KM5 線(xiàn)

32、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(xiàn)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。</p><p>　　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(xiàn)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

33、式。</p><p>　　行程開(kāi)關(guān)ST1是為搖臂的上升或下降的極限位置保護(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)的極限位置保護(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。</p><p>　　2.2.3立柱和主軸箱的松開(kāi)及夾

34、緊控制</p><p>　　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）進(jìn)行控制。SA2有三個(gè)位置，在中間位置（零位）時(shí)為同時(shí)進(jìn)行，搬到左邊位置時(shí)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是主軸箱和立柱的夾緊按鈕。</p><p>　　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)

35、（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(xiàn)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)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

36、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(xiàn)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。</p><p>　　當(dāng)將SA2搬到左側(cè)時(shí)，觸點(diǎn)（57-63）接通，（57-59）觸點(diǎn)斷

37、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在中間位置時(shí)，觸點(diǎn)（57-59、57-63）均接通，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[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(jì)</p><p>　　Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案由兩部

38、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(xiàn)改為用軟件編程來(lái)替代。具體方案如下：</p><p>　　3．1 PLC型號(hào)的選擇</p><p>　　選擇基于PLC的搖

39、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：</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(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(mǎn)足控制要求，且在性能相同的

40、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[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(mǎn)足開(kāi)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(jià)格便宜的PLC。 </p><p>　　3.1.3 根據(jù)PLC的輸

41、入輸出點(diǎn)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(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。</p><p>　　3.1.4 根據(jù)PLC的存儲(chǔ)容量</p><p>　　PLC存儲(chǔ)器容量的估算方法：對(duì)于

42、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</p><p>　?。?7+11）×8=224bit</p><p>　　3.1.5 根據(jù)輸入模塊的類(lèi)型</p><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(shí)間較短，可以直接與接近開(kāi)關(guān)、

43、光電開(kāi)關(guān)等電子輸入裝置連接。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，輸入電壓應(yīng)DC24V電壓[6]。</p><p>　　3.1.6 根據(jù)輸出模塊的類(lèi)型</p><p&g

44、t;　　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(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。</p><p>　　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)，

45、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。</p><p>　　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(mǎn)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)

46、大于11個(gè)。</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(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(mǎn)足上述要求，該類(lèi)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-23

47、2C，可以直接和編程器或計(jì)算機(jī)連接，使用非常方便，且性?xún)r(jià)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(diǎn)數(shù)為20點(diǎn)，總輸出點(diǎn)數(shù)為18點(diǎn)，用戶(hù)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(mǎn)足上述要求。<

48、;/p><p>　　3.2 PLC的I/O端口分配表 </p><p>　　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3.1、表3.2）所示：</p><p>　　表3.1 輸入信號(hào)端口分配表</p><p>　　表3.2 輸出信號(hào)端口分配表</p><p>　　3.3 PLC的I/O電氣接線(xiàn)圖的設(shè)計(jì)<

49、/p><p>　　下圖為PLC的I/O電氣接線(xiàn)圖，圖中X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16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(xiàn)時(shí)注意PLC輸入/輸出COM端子的極性。接觸器的線(xiàn)圈工作電壓若為交流110V，則接觸器線(xiàn)圈連接的Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6可以共用一

50、個(gè)COM2端。信號(hào)燈電源電壓為6.3V，因此Y7、Y8、Y9、Y10、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。</p><p>　　圖3.1 PLC的I/O電氣接線(xiàn)圖</p><p>　　4 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)</p&

51、gt;<p>　　4.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)及程序調(diào)試：</p><p>　　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

52、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)行的FPWIN—GR的編程軟件來(lái)編程設(shè)計(jì), 采用TVT—90A2可編程控制器訓(xùn)練裝置來(lái)進(jìn)行模擬調(diào)試。如下列圖形所示：</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)預(yù)開(kāi)程序</p><p>　　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。</p&

53、gt;<p>　　圖4.1 系統(tǒng)預(yù)開(kāi)梯形圖程序</p><p>　　4.1.2 主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制程序</p><p>　　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接通并自鎖，從而使電機(jī)起動(dòng)。</p><p>　　圖4.2 主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)梯形圖程序</p><p>　　4.1.3 搖臂升降控制程

54、序</p><p>　　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)上升到極限位置時(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。</p><p>　　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

55、下降，當(dāng)下降到極限位置時(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。</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(shí)放松或夾緊控制程序</p><p>　　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

56、或X5接通時(shí)，Y6接通，主軸箱和立柱同時(shí)夾緊。</p><p>　　圖4.4 主軸箱和立柱同時(shí)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(dú)夾緊或放松程序</p><p>　　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

57、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。</p><p>　　圖4.5 主軸箱和立柱分別單獨(dú)夾緊或放松梯形圖程序</p><p>　　4.1.6 信號(hào)顯示程序</p><p>　　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)

58、，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，立柱松開(kāi)信號(hào)燈亮。</p><p>　　圖4.6 信號(hào)顯示梯形圖程序</p><p>　　4.1.7 電源工作狀態(tài)指示信號(hào)程序</p><p>　　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)。</p><p>　　圖4.7 電源工作狀態(tài)

59、指示信號(hào)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(jì)實(shí)現(xiàn)了Z3040搖臂鉆床的控制自動(dòng)化，方便了工人在生產(chǎn)中對(duì)機(jī)床的實(shí)際操作。通過(guò)研究，可得出以下結(jié)論：</p><p><b>　　5.1 研究成果</b></p><

60、p>　　可編程控制器是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的新型控制器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，編程方便等特點(diǎn)，本課題采用PLC自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)Z3040搖臂鉆床的自動(dòng)控制，從而提高了機(jī)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(dòng)強(qiáng)度，改善了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低了設(shè)備故障率，提高了生產(chǎn)率。另外，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)PLC和電控方面的知識(shí)又有了更加深刻的理解和掌握，為今后走向工作崗位

61、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(shí)間精力有限，還有許多功能有待擴(kuò)展、完善。主要是沒(méi)有對(duì)所控制電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問(wèn)題進(jìn)行研究，包括主電動(dòng)機(jī)、升降電動(dòng)機(jī)、液壓泵電動(dòng)機(jī)的調(diào)速只能通過(guò)機(jī)械調(diào)速或多速電機(jī)來(lái)進(jìn)行，屬于有級(jí)調(diào)速，其加工范圍將受到某些限制，系統(tǒng)僅限于邏輯開(kāi)關(guān)量的控制，對(duì)于PLC的許多高級(jí)指令沒(méi)有

62、應(yīng)用到。以上問(wèn)題有待今后進(jìn)一步研究解決。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本論文是在***老師的悉心指導(dǎo)下完成的，xx老師淵博的知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和誨人不倦的作風(fēng)至今令我終生難忘。從***老師身上，除了學(xué)到許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)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***老師，感謝他在指導(dǎo)

63、我做學(xué)士學(xué)位論文期間對(duì)我無(wú)私的關(guān)懷和耐心細(xì)致的指導(dǎo)，并向xx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><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]齊占慶主編．機(jī)床電氣控制技術(shù)

64、．第三版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[2]張桂嶺.淺談現(xiàn)代PLC的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn).自動(dòng)化博覽，2003（4），66-67</p><p>　　[3]李國(guó)厚主編．PLC原理與應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[4]齊占慶主編．機(jī)床電氣自動(dòng)控制．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987</p><p>　　[5]

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