基于Z3050型搖臂鉆床PLC控制系統設計（含全套CAD圖紙）

1、摘 要z3050型搖臂鉆床適用于單件或批量生產帶有多孔的大型零件的孔加工，是機械加工車間常用的機床，在機械行業(yè)中得到了廣泛應用。由于傳統繼電器接觸器控制的搖臂鉆床存在電路接線復雜，觸點多、噪音大、可靠性差、故障診斷與排除困難等缺點，因此對z3050搖臂鉆床控制系統的技術改造是非常必要的。本文在分析z3050型搖臂鉆床繼電接觸控制系統工作原理的基礎上，提出了用可編程控制器（plc）對搖臂鉆床控制系統進行改造設計。文中介紹了plc的原理和特點；給出了搖臂鉆床plc控制系統的硬件組成和軟件設計；其中包括plc的選型、輸入/輸出（i/o）地址分配、plc外部接線圖、plc梯形圖程序設計；分析了用plc

2、控制搖臂鉆床的工作過程；對主要電器元件進行了選擇。改造后的z3050型搖臂鉆床簡化了控制線路，使機床功能完善，使用方便，維護簡單，降低了設備運行的故障率，提高了設備運行的使用率，可實現生產過程的高效、節(jié)能和低成本。在工業(yè)上有廣泛的應用前景。關鍵詞：可編程控制器（plc）;搖臂鉆床;梯形圖;控制系統abstractthe z3050 drilling lathe which was commonly seen in workhouse, and it is widely used in mechanism industry. there were too many faults in the t

3、raditional relay controlled drilling lathe, such as the complex connections in circuit; too much noises and so on, besides these hidden problems ,the diagnosing and expelling for the mistakes w as also difficult. it is necessary to improve its controlling system in technical.this article propose usi

4、ng the programmable logic controller (plc) to replace the traditional control system which was compounded of relays, and this control theory was based on the function of relays. it shows the principle and unique of the plc ;also shows both hardware structure and software of the new z3050 drilling la

5、the which was controlled by the plc, including allocation for input/output address, external connection diagram, designs for programs.through analyses the procedure that the z3050 works, i chased main components.through the improvement, we simplify the control system, it both perfect the function an

6、d cut down costs which was used for maintenances. the reform of z3050 can easily help us to realize low-cost and energy-costless during the production, it has gorgeous prospects in industry.key words: plc drilling lathe block diagram control system contactor目 錄摘 要iabstractii第1章 引 言11.1本課題選題背景和意義11.2

7、 現狀及發(fā)展狀態(tài)21.2.1 plc的應用領域21.2.2 plc的國內外狀況31.3 本文的主要工作3第2章 plc的概述52.1 plc的基本知識52.1.1 plc的產生及發(fā)展52.1.2 plc的組成52.1.3 plc的工作原理82.1.4 plc的基本性能指標92.1.5 plc的特點102.2 plc的編程語言122.2.1 梯形圖編程語言122.2.2 功能圖編程語言142.2.3 語句表編程語言14第3章 z3050控制線路原理分析153.1 z3050搖臂鉆床簡介153.1.1 z3050搖臂鉆床的結構及運行153.1.2 z3050搖臂鉆床的電力拖動的特點和控制要求153

8、.1.3 z3050控制線路概述163.2 z3050控制線路原理分析173.2.1 主電路分析183.2.2 控制電路分析18第4章 基于plc的z3050控制系統設計224.1 plc的型號選擇224.1.1 plc的型號選擇224.1.2 z3050搖臂鉆床plc控制系統電路圖設計234.2 基于plc的z3050型搖臂鉆床控制系統軟件設計244.2.1 plc梯形圖程序設計244.2.2 plc梯形圖系統調試274.2.3 plc控制指令表274.2.4 plc 控制系統分析304.2.5 元器件布置接線圖設計30第5章 主要電氣元件及選擇315.1斷路器315.1.1 斷路器結構、原

9、理315.1.2 斷路器的選擇315.2接觸器325.2.1 接觸器結構、原理325.2.2 接觸器的選擇325.3熱繼電器345.3.1 熱繼電器結構、原理345.3.2 熱繼電器的選擇355.4熔斷器365.4.1 熔斷器結構、原理365.4.2 熔斷器的選擇36第6章 結論38參 考 文 獻39致 謝40附 錄41附錄1 z3050型搖臂鉆床plc控制系統電氣原理圖41附錄2 s7-200cpu的技術指標42附錄3 z3050型搖臂鉆床plc控制i/o(輸入、輸出）地址分配表43附錄4 z3050型搖臂鉆床控制系統電路圖46附錄5 z3050型搖臂鉆床配電箱元件位置及接線圖47附錄6 z

10、3050型搖臂鉆床plc控制系統梯形圖48附錄7 z3050元器件明細表50第1章 引 言1.1本課題選題背景和意義鉆床是一種孔加工設備，可以用來鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲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、臺式鉆床、深孔鉆床、多軸鉆床、搖臂鉆床及其他專用鉆床等。z3050搖臂鉆床是一種立式鉆床，在各類鉆床中，他具有性能完善、適用范圍廣、操作方便、靈活等優(yōu)點，它適用于單件或批量生產帶有多孔的大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常用的機床，在機械行業(yè)中得到了廣泛應用。目前機械行業(yè)中使用的搖臂鉆床其控制系統大多數是采用繼電器接觸器控制方式，電路接線復雜，觸點多、噪音大

11、、維修工作量大。長期使用后，故障率高，故障排查困難，常常影響企業(yè)正常生產。因此，對z3050搖臂鉆床控制系統的技術改造是非常必要的。可編程控制器（programmable logic controller）簡稱plc或pc，是從早期的繼電器邏輯控制系統發(fā)展而來，它不斷吸收微計算機技術使之功能不斷增強，逐漸適合復雜的控制任務。 plc之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。比之單片機，它的輸入輸出端更接近現場設備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時間和成本。plc的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘

12、管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。人們在應用它時，可以不必進行計算機方面的專門培訓，就能對可編程控制器進行操作及編程。用來完成各種各樣的復雜程度不同的工業(yè)控制任務。 plc電氣控制系統與繼電器接觸器電氣控制系統相比，具有結構簡單，編程方便，調試周期短，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，被日益廣泛應用于機械加工設備的電氣控制系統中。利用plc對搖臂鉆床繼電器控制電路進行改造，有助于提高設備的可靠性、使用率，降低設備故障率，提高生產效率,其經濟效率顯著。因此，本課題對z3050搖臂鉆床電氣控制系統的改造，將把plc控制技術應用到改造設計方案中去，取代傳統

13、繼電接觸控制的方法, 使得鉆床的可靠性和效率大為提高, 在工業(yè)上有廣泛的應用前景。1.2 現狀及發(fā)展狀態(tài)1.2.1 plc的應用領域 目前，plc在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1開關量的邏輯控制 這是plc最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。2模擬量控制 在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度

14、等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（analog）和數字量（digital）之間的a/d轉換及d/a轉換。plc廠家都生產配套的a/d和d/a轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3運動控制 plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，pl

15、c能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統中用得較多的調節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用. 5數據處理 現代plc具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控

16、制系統，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統。 6通信及聯網 plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的plc都具有通信接口，通信非常方便。 1.2.2 plc的國內外狀況世界上公認的第一臺plc是1969年美國數字設備公司（dec）研制的。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的plc主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。20世紀70年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運算、數

17、據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統的工程技術人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的plc為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物。 20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、pid功能及極高的性價比奠定了它在現代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點

18、是大規(guī)模、高速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。1.3 本文的主要工作本設計的主要任務是應用可編程控制器（plc）對z3050搖臂鉆床控制系統加以改造，最終要達到使控制系統滿足z3050搖臂鉆床對電力拖動和控制要求，簡化控制線路，提高系統可靠性，使用率。具體設計任務要求如下：1z3050型搖臂鉆床控制線路原理分析2基于plc的z3050型搖臂鉆床控制系統設計（1）plc的硬件選型（2）z3050型搖臂鉆床plc控制i/o端口分配表（3）z3050型搖臂鉆床plc控制系統電路（4）z3050型搖臂

19、鉆床plc控制軟件設計（5）plc 控制分析3主要電氣元件及選擇（1）斷路器（2）接觸器（3）熱繼電器（4）熔斷器4元器件布置圖和接線圖設計第2章 plc的概述2.1 plc的基本知識2.1.1 plc的產生及發(fā)展在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車制造公司（gm），為適應汽車型號的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設計和更換繼電器控制系統的硬件及接線、減少時間，降低成本。因而設想把計算機的

20、完備功能、靈活及通用等優(yōu)點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用“面向控制過程，面向對象”的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能方便地使用，第二年，美國數字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱programmable controller(pc)。上世紀80年代至90年代中期是plc發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，plc在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅

21、度提高，plc逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的dcs系統。plc具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。plc在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。2.1.2 plc的組成plc由中央處理單元，存儲器，輸入單元，輸出單元，電源五部分組成。其結構框圖如圖（21）。1中央處理單元（簡稱cpu）中央處理單元是plc的控制中樞，核心部件，其性能決定了plc的性能。組成：由控制器，運算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線，數據總線，控制總線，與存儲器的輸入，輸出接口電路相連。常用芯片

22、：通用微處理器，單片機，位片式微處理器。作用：處理和運行用戶程序，進行邏輯和數學運算，控制整個系統，使之協調的工作。具體有：編程器 輸出單元輸入單元中央處理單元（cpu） 電源用戶程序存儲器系統程序存儲器圖21 plc結構簡化框圖（1）接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據，用掃描方式接收現場輸入設備的狀態(tài)或數據，并將輸入狀態(tài)或數據存入輸入印象區(qū)或數據寄存器。（2）診斷電源、plc內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。（3）plc進入運行狀態(tài)后，從存儲器中逐條讀取用戶程序，經指令解釋后按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去啟閉有關的控制電路，分時、分渠道地去執(zhí)行數據的存取，傳送，組合，比較

23、和變換等操作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術運算等任務。（4）根據運算結果，更換有關影像區(qū)的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內容，根據輸出狀態(tài)寄存器或數據寄存器的內容實現對輸出的控制。2存儲器存儲器是具有記憶功能的半導體電路。作用：存放系統程序，用戶程序，邏輯變量和其它一些信息。系統程序：控制plc完成各種功能的程序，由plc生產廠家編寫，并固化到只讀式存儲器rom中，用戶不能訪問。用戶程序：用戶根據工程現場的生產過程和工藝要求編寫的程序。通過編程器輸入到plc的隨機存儲器ram中，允許修改，由用戶啟動運行。（1）結構：由存儲體、地址譯碼電路、讀寫控制電路、數據寄存器組成。存儲體由存儲單元構成，作用：存

24、放二進制數據。地址譯碼電路的作用：根據地址總線上的地址編碼選取相應的存儲單元。讀寫控制電路的作用：將選中的存儲單元的內容讀到數據寄存器中或將數據寄存器的內容寫到選中的存儲單元中。數據寄存器的作用：存放從存儲單元讀出的數據，或者存放從數據總線送來并準備寫到存儲單元去的數據。（2）存儲器的工作過程： 數據的寫入過程 數據的讀出過程（3）plc中使用的存儲器：只讀存儲器rom 隨機存儲器ramrom為只讀存儲器，存放plc制造廠家寫入的系統程序，并永遠駐留在rom中，plc去電后再上電，rom內容不變。ram為可讀寫的存儲器，讀出時其內容不被破壞，寫入時，新寫入的內容覆蓋原有的內容。為防止掉電后信息

25、丟失，配有后備鋰電池。除此而外，plc還有eprom、eeprom存儲器。plc產品樣本或使用說明書中給出的存儲器形式或容量等均指用戶存儲器。存儲器容量是plc的一個重要性能指標。3輸入單元：輸入單元是plc與工業(yè)生產現場被控設備相連的輸入接口，是現場信號進入plc的橋梁。作用：接收主令元件，檢測元件傳來的信號。輸入類型：直流輸入，交流輸入，交直流輸入。輸入接口采用光電耦合電路，目的是把plc與現場電路隔離，提高plc的抗干擾能力。接口電路內部有濾波，電平轉移，信號鎖存電路。各plc生產廠家都提供了多種形式的i/o部件或模塊供用戶選用。4輸出單元輸出單元也是plc與現場設備之間的連接部件，把輸

26、出信號送給控制對象的輸出接口。作用：將中央處理器送出的弱電信號轉換成現場需要的電平信號，驅動被控設備的執(zhí)行元件。輸出類型： 繼電器輸出 晶體管輸出 晶閘管輸出輸出接口電路也采用光電耦合，每一點輸出都有一個內部電路，由指示電路，隔離電路，繼電器組成。輸出接口電路也有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉移和輸出接線端子排，輸出部件或模塊也有多種類型供選用。5電源作用：將交流電轉換成plc內部所需的直流電源。類型：目前大部分plc采用開關式穩(wěn)壓電源供電。plc除上述五部分外，隨機型的不同還有多種外部設備，其作用是幫助編程，實現監(jiān)控以及網絡通訊，常用的外部設備有編程器，打印機，盒式磁帶錄音機，計算機等2.1.3

27、 plc的工作原理由于plc以微處理器為核心，故具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或i/o掃描方，若有鍵按下或有i/o變化，則轉入相應的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。plc則是采用循環(huán)掃描的工作方式。對每個程序，cpu從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素：一是cpu執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時間；三是程序中指令條數的多少。

28、一個掃描周期主要可分為3個階段。 1輸入刷新階段 在輸入刷新階段，cpu掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關閉輸入端口，轉入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。 2程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉入輸入刷新階段。 3輸出刷新階段當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器）

29、，并通過一定輸出方式輸出，驅動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成plc的實際輸出。 由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段構成plc一個工作周期，由此循環(huán)往復，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進行的，所以亦將這兩個階段統稱為i/o刷新階段。實際上，除了執(zhí)行程序和i/o刷新外，plc還要進行各種錯誤檢測（自診斷功能）并與編程工具通訊，這些操作統稱為監(jiān)視服務，一般在程序執(zhí)行之后進行。掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每個掃描周期只進行一次i/o刷新，即每一個掃描周期plc只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統存在輸入輸出滯

30、后現象，這在一定程度上降低了系統的響應速度。但是由于其對i/o的變化每個周期只輸出刷新一次，并且只對有變化的進行刷新，這對一般的開關量控制系統來說是完全允許的，不但不會造成影響，還會提高抗干擾能力。這是因為輸入采樣階段僅在輸入刷新階段進行，plc在一個工作周期的大部分時間是與外設隔離的，而工業(yè)現場的干擾常常是脈沖、短時間的，誤動作將大大減小。但是在快速響應系統中就會造成響應滯后現象，這個一般plc都會采取高速模塊。2.1.4 plc的基本性能指標1存儲容量存儲容量是指用戶程序存儲器的容量。用戶程序存儲器的容量大，可以編制出復雜的程序。一般來說，小型plc的用戶存儲器容量為幾千字，而大型機的用戶

31、存儲器容量為幾萬字2i/o點數輸入/輸出（i/o）點數是plc可以接受的輸入信號和輸出信號的總和，是衡量plc性能的重要指標。i/o點數越多，外部可接的輸入設備和輸出設備就越多，控制規(guī)模就越大。3掃描速度掃描速度是指plc執(zhí)行用戶程序的速度，是衡量plc性能的重要指標。一般以掃描1k字用戶程序所需的時間來衡量掃描速度，通常以ms/k字為單位。plc用戶手冊一般給出執(zhí)行各條指令所用的時間，可以通過比較各種plc執(zhí)行相同的操作所用的時間，來衡量掃描速度的快慢。4指令的功能與數量指令功能的強弱、數量的多少也是衡量plc性能的重要指標。編程指令的功能越強、數量越多，plc的處理能力和控制能力也越強，用

32、戶編程也越簡單和方便，越容易完成復雜的控制任務。 5內部元件的種類與數量在編制plc程序時，需要用到大量的內部元件來存放變量、中間結果、保持數據、定時計數、模塊設置和各種標志位等信息。這些元件的種類與數量越多，表示plc的存儲和處理各種信息的能力越強。6特殊功能單元特殊功能單元種類的多少與功能的強弱是衡量plc產品的一個重要指標。近年來各plc廠商非常重視特殊功能單元的開發(fā)，特殊功能單元種類日益增多，功能越來越強，使plc的控制功能日益擴大7可擴展能力plc的可擴展能力包括i/o點數的擴展、存儲容量的擴展、聯網功能的擴展、各種功能模塊的擴展等。在選擇plc時，經常需要考慮plc的可擴展能力。2

33、.1.5 plc的特點為適應工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，plc機有以下特點：1可靠性高，抗干擾能力強。plc采用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，使之具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上。因此，plc以被公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)現場。在硬件抗干擾方面采用了如下一些措施：主機的輸入、輸出電源相互獨立，避免了電源間的相互干擾；輸入、輸出電路采用了光電隔離，提高了抗干擾能力；用軟件代替了大量繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量接線，極大程度地降低了觸點接觸不良造成的故障；采用密封防塵抗震的外殼封裝及內部結構，可適應惡劣環(huán)境等。在軟件方面，程序執(zhí)

34、行采用掃描加中斷方式，這既可以保證它有序的工作，避免觸點競爭，又能及時處理應急請求；內部采用“監(jiān)視器”（watching dog）電路，保證了cpu工作的可靠性plc的每次上電后系統程序自動配置完成對系統的初始化和運行自檢指令；plc還自帶很多防止和檢測故障的指令，在編制用戶程序時通過使用這些指令，可對plc的控制系統的工作進行監(jiān)視等。2通用性強，控制程序可變，使用方便。plc品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統，用戶不必自己再設計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產工藝流程改變或生產設備更新的情況下，不必改變plc的硬設備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，plc除

35、應用于單機控制外，在工廠自動化中也被大量采用。3功能強，適應面廣現代plc不僅有邏輯運算、計時、計數、順序控制等功能，還具有數字和模擬量的輸入輸出、功率驅動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產機械、一條生產線，又可控制一個生產過程。4編程簡單，容易掌握目前，大多數plc仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數工廠企業(yè)電氣技術人員的讀圖習慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近。通過閱讀plc的用戶手冊或短期培訓，電氣技術人員和技術工很快就能學會用梯形圖編制控制程序。

36、同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。plc在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序將它翻譯成匯編語言然后執(zhí)行（plc內部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數機電控制設備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。5減少了控制系統的設計及施工的工作量由于plc采用了軟件來取代繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，控制柜的設計安裝接線工作量大為減少。同時，plc的用戶程序可以在實驗室模擬調試，更減少了現場的調試工作量。并且，由于plc的低故障率及很強的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。6體積小、重量輕、功耗低、維護方便

37、plc是將微電子技術應用于工業(yè)設備的產品，其結構緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于plc的強抗干擾能力，易于裝入設備內部，是實現機電一體化的理想控制設備。以三菱公司的f1-40m型plc為例：其外型尺寸僅為305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25va；而且具有很好的抗振、適應環(huán)境溫、濕度變化的能力?，F在三菱公司又有fx系列plc，與其超小型品種f1系列相比：面積為47%,體積為36%，在系統的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達24128點。2.2 plc的編程語言2.2.1 梯形圖編程語言plc是專為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術人員，為了適應他們的傳

38、統習慣和掌握能力，通常plc不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會（iec）1994年5月公布的iec1131-3（可編程控制器語言標準）詳細地說明了句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖（sequential function chart）、梯形圖（ladder diagram）、功能塊圖（function black diagram）、指令表（instruction list）、結構文本（structured text）。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結構文本為文字語言，功能表圖是一種結構塊控制流程圖。梯形圖是使用得最多的圖形編程語言

39、，被稱為plc的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計稱為編程。梯形圖編程中，用到以下四個基本概念：1軟繼電器plc梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與plc存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“on”狀態(tài)。如果該存

40、儲單元為“0”狀態(tài)，對應軟繼電器的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“off”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。2能流如圖2-2 5-1所示觸點1、2接通時，有一個假想的“概念電流”或“能流”(power flow)從左向右流動，這一方向與執(zhí)行用戶程序時的邏輯運算的順序是一致的。能流只能從左向右流動。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖。圖2-2 5-1a中可能有兩個方向的能流流過觸點5（經過觸點1、5、4或經過觸點3、5、2），這不符合能流只能從左向右流動的原則，因此應改為如圖5-1b所示的梯形圖。a） 錯誤的梯形圖 b）正確的梯形圖圖22梯形

41、圖3母線梯形圖兩側的垂直公共線稱為母線(bus bar)，。在分析梯形圖的邏輯關系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側母線（左母線和右母線）之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。4梯形圖的邏輯解算根據梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行 的。解算的結果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據輸入映像寄存器中的值，而不是根據解算瞬時外部輸入觸點的狀態(tài)來進行的。2.2.2 功能圖編程語言這是位于其它編程語言之上的圖形語言，用來

42、編程順序控制的程序（如：機械手控制程序）。編寫時，工藝過程被劃分為若干個順序出現的步，每步中包括控制輸出的動作，從一步到另一步的轉換由轉換條件來控制，特別適合于生產制造過程。2.2.3 語句表編程語言語句表（stlstatementlist）是一種類似于微機匯編語言的一種文本編程語言，由多條語句組成一個程序段。語言表適合于經驗豐富的程序員使用，可以實現某些梯形圖不能實現的功能。第3章 z3050控制線路原理分析3.1 z3050搖臂鉆床簡介鉆床可以進行多種形式的加工，如；鉆孔、鏜孔、鉸孔及攻螺紋。因此要求鉆床的主軸運動和進給運動有較寬的調速范圍。z3050型搖臂鉆床的主軸的調速范圍為50:1，

43、正轉最低轉速為40 r/min，最高為2000 r/min，進給范圍為0.051.60 r/min。它的調速是通過三相交流異步電動機和變速箱來實現的。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。搖臂鉆床適合于在大、中型零件上進行鉆孔、擴孔、鉸孔及攻螺紋等工作，在具有工藝裝備的條件下還可以進行鏜孔。搖臂鉆床的主軸旋轉運動和進給運動由一臺交流異步電動機拖動，主軸的正反向旋轉運動是通過機械轉換實現的。故主電動機只有一個旋轉方向。搖臂鉆床除了主軸的旋轉和進給運動外，還有搖臂的上升、下降及立柱的夾緊和放松。搖臂的上升、下降由一臺交流異步電動機拖動，主軸箱、立柱的夾緊和放松由另一臺交流電動機拖動

44、。通過電動機拖動一臺齒輪泵，供給夾緊裝置所需要的壓力油。而搖臂的回轉和主軸箱的左右移動通常采用手動。此外還有一臺冷卻泵電動機對加工的刀具進行冷卻。3.1.1 z3050搖臂鉆床的結構及運行z3050搖臂鉆床主要由底座、內立柱、外立柱、搖臂、主軸箱、工作臺等部分組成，內立柱固定在底座上，在它的外面套著空心的外立柱，外立柱可繞著內立柱回轉。主軸箱是一個復合部件，它包括主軸及主軸旋轉和進給運動的全部傳動變速和操作機構。主軸箱安裝于搖臂的水平導軌上，可以通過手輪操作使其在水平導軌上沿搖臂移動。鉆削加工時，主軸箱可由夾緊裝置將其固定在搖臂的水平導軌上，外立柱緊固在內立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進行鉆

45、削加工。3.1.2 z3050搖臂鉆床的電力拖動的特點和控制要求搖臂鉆床運動部件較多，為簡化傳動裝置，采用多臺電動機控制，通常沒有主軸電動機、搖臂升降電動機、立柱夾緊和放松電動機及冷卻泵電動機。搖臂鉆床為適應各種形式加工，要求主軸及進給有較大的調速范圍。主軸一般速度下的鉆床加工為恒功率負載，而低速是用于擴孔、絞孔及螺紋加工，屬于恒轉矩負載。搖臂鉆床的主運動與進給運動皆為主軸運動，這兩個運動由一臺主軸電動機拖動，分別經主軸和進給傳動機構實現主軸旋轉和進給。主軸變速機構與進給變速機構均裝在主軸箱內。為加工螺紋，主軸要求有正、反轉，一般由機械方法獲得，為此主軸電動機只需單方向旋轉。搖臂的升降由升降電

46、動機拖動，要求電動機能正、反轉。搖臂的夾緊和放松是由電氣和液壓聯合控制，并且有夾緊和放松指示。內外立柱的夾緊與放松，、主軸箱與搖臂的夾緊與放松可采用手柄機械操作、電氣-液壓-機械裝置等方法來實現。鉆削加工時，需要對刀具和工件進行冷卻，為此需冷卻泵電動機輸送冷卻液。要有必要的限位、連鎖和過載保護，且具有局部安全照明。3.1.3 z3050控制線路概述z3050搖臂鉆床主要有兩種主要運動和其他輔助運動，主運動是指主軸帶動鉆頭的旋轉運動；進給運動是指鉆頭的垂直運動；輔助運動是指主軸箱沿搖臂水平運動，搖臂沿外立柱上下移動以及搖臂和外立柱一起相對于內立柱的回轉運動。z3050搖臂鉆床具有兩套液壓控制系統

47、：一套是由主軸電動機拖動齒輪泵送出壓力油，通過操縱機構實現主軸正反轉、停車控制、空擋、預選與變速；另一套是由液壓電動機拖動液壓泵送出壓力油來實現搖臂的夾緊和松開、主軸箱的夾緊與松開、立柱的夾緊與松開。前者安裝在主軸箱內，后者安裝在搖臂電器盒下部。1操縱機構液壓系統該系統壓力油由主軸電動機拖動齒輪泵送出，由主軸操作手柄來改變兩個操縱閥的相互位置，獲得不同的動作。操作手柄有五個空間位置：上、下、里、外和中間位置，其中上為“空擋”，下為“變速”，外為“正轉”，里為“反轉”，中間位置為“停車”。而主軸轉速及主軸進給量各有一個旋鈕預選，然后在操作主軸手柄。主軸旋轉時，首先按下主軸電動機起動按鈕，主軸電動

48、機起動旋轉，拖動齒輪泵，送出壓力油。然后操縱主軸手柄，板至所需轉向位置（里或外），于是兩個操縱閥相互位置轉變，使一股壓力油將制動摩擦離合器松開，為主軸旋轉創(chuàng)造條件；另一股壓力油壓緊正轉（反轉）摩擦離合器，接通主軸電動機的主軸的傳送鏈，驅動主軸正轉或反轉。在主軸正轉或反轉過程中，可轉動變速按鈕，改變主軸轉速或主軸進給量。主軸停車時，將操作手柄扳回中間位置，這時主軸電動機仍拖動齒輪泵旋轉。但此時整個液壓系統為低壓油，無法松開制動摩擦離合器，而在制動彈簧作用下將制動摩擦離合器壓緊，使制動軸上的齒輪不能轉動，實現主軸停車。所以主軸停車時主軸發(fā)動機仍在旋轉，只是不能將動力傳到主軸。主軸變速與進給變速：將

49、主軸手柄扳至“變速”位置，于是改變兩個操縱閥的相互位置，使齒輪泵送出的壓力油進入主軸轉速預選閥和主軸進給量預選閥，然后進入各變速油缸。與此同時，另一油路系統推動拔叉緩慢運動，逐漸壓緊主軸正轉摩擦離合器，接通主軸電動機到主軸的傳動鏈，帶動主軸緩慢旋轉，稱為緩速，以利于齒輪的順利嚙合。當變速完成，松開操作手柄，此時手柄在彈簧作用下由“變速”位置自動復位到主軸“停車”位置，然后在操縱主軸正轉或反轉，主軸將在新的轉速或進給量下工作。2夾緊機構液壓系統主軸箱、內外立柱和搖臂的夾緊和松開是由液壓泵電動機拖動液壓泵電動機送出壓力油，推動活塞、菱形塊來實現的。其中由一個油路控制主軸箱和立柱的夾緊，另一油路控制

50、搖臂的夾緊和松開，這兩個油路均由電磁閥控制。z3050搖臂鉆床共有四大電動機：主電動機m1，搖臂升降電動機m2，液壓泵電動機m3和冷卻泵電動機m4。3.2 z3050控制線路原理分析z3050型搖臂鉆床控制線路原理圖見附錄1，z3050型搖臂鉆床的動作是通過機、電、液進行聯合控制實現的。該機床控制電路采用380v/100v隔離變壓器供電，但其二次繞組增設24v安全電壓供局部照明使用。斷路器qf1既作為機床線路的電源總開關，又作為機床線路和主軸電機m1的短路及過載保護元件，斷路器qf2臥搖臂升降電動機m2、液壓泵電機m3、冷卻泵電機m4的隔離開關和過載及短路保護元件。qf3、qf4、qf5分別為

51、機床控制電路、機床工作信號指示電路和機床工作照明電路和過載及短路保護開關。開車前的準備。首先將隔離開關接通，將電源引入開關qf1扳到“接通”位置，接通三相交流電源，此時總電源指示燈hl1亮，表示機床電氣電路已進入帶電狀態(tài)。按下總啟動按鈕sb1，中間繼電器ka線圈通電吸合并自鎖，為主電動機及其他電動機啟動多準備，同時觸點ka閉合，為其他三個指示燈通電做準備。3.2.1 主電路分析1m1為單方向旋轉，由接觸器km1控制，主軸的正反轉則由機床液壓系統操縱機構配合正反轉摩擦離合器實現，并由熱繼電器fr1作電動機長期過載保護。 2 m2由正、反轉接觸器km2、km3控制實現正反轉?？刂齐娐繁ＷC，在操縱搖

52、臂升降時，首先使液壓泵電動機起動旋轉，供出壓力油，經液壓系統將搖臂松開，然后才使電動機m2 起動，拖動搖臂上升或下降。當移動到位后，保證m2先停下，再自動通過液壓系統將搖臂夾緊，最后液壓泵電機才停下。m2為短時工作，不設長期過載保護。 3m3由接觸器km4、km5實現正反轉控制，并有熱繼電器fr2作長期過載保護。 4m4電機容量小，僅0.125kw，由開關qs控制。3.2.2 控制電路分析由變壓器tc將380v交流電壓降為110v，作為控制電源。指示燈電源為 6v。1主電動機控制按下起動按鈕sb2，接觸器km1吸合并自鎖，主軸電動機m1起動并運轉。按下停止按鈕sb8，接觸器km1釋放，主軸電動

53、機m1停轉。2搖臂升降控制搖臂上升、下降分別由sb3、sb4點動控制。按上升按鈕sb3，時間繼電器kt1得電吸合，瞬時動合觸點（33-35）閉合，接觸器km4得電吸合，液壓泵電動機m3接通電源正向旋轉，供給壓力油。壓力油經分配閥體進入搖臂松開的油腔，推動活塞，使搖臂松開。當搖臂完全松開后，活塞桿通過彈簧片壓下限位開關st2，使其動斷觸點st2（1733）斷開，使接觸器km4線圈斷電釋放，液壓泵電動機m3停轉，與此同時，另一動合觸點st2（17-21）閉合，接觸器km2線圈通電吸合，其主觸點接通升降電動機m2的電源，m2啟動正向旋轉，帶動搖臂上升。如果搖臂沒有松開，st2的動合觸點也不能閉合，k

54、m2就不能吸合，m2不能旋轉，搖臂也就不可能上升，保證了只有在搖臂可靠松開后才能使搖臂上升。當搖臂上升到所需位置時，松開按鈕sb3，接觸器km2和時間繼電器kt1同時斷電釋放，搖臂升降電動機m2停轉，搖臂停止上升。由于kt1釋放，其延時閉合的動斷觸點（47-49）經1-3秒延時后閉合，接觸器km5的線圈經（1-3-5-7-47-49-51-6-2）線路通電吸合，液壓電動機m3反向起動旋轉，供給壓力油。壓力油經分配閥進入搖臂夾緊油腔，向相反方向推動活塞，使搖臂夾緊。同時，活塞桿通過彈簧片壓下限位開關st2動斷觸點（7-47）斷開，接觸器km5斷電釋放，液壓泵電動機m3停止旋轉，完成了搖臂的松開上

55、升夾緊動作。搖臂上升的動作過程如下： 搖臂的下降過程與上升基本相同，它們的夾緊和放松電路完全一樣。所不同的是按下降按鈕sb4時為km3線圈得電，搖臂升降電動機m2反轉，帶動搖臂下降。時間繼電器kt1的作用是控制km5的吸合時間，使m2停止運轉后，再夾緊搖臂。kt1的延時時間應視搖臂在m2斷電至停轉前的慣性大小調整，應保證搖臂上升（或下降）后才進行夾緊，一般調整在13秒。搖臂升降的限位保護，由組合開關st1來實現。st1有兩對觸點，st1-1是搖臂上升時的極限位置保護，st1-2（27-17）是搖臂下降時的極限位置保護。當搖臂上升到極限位置時，st1-1(15-17)動作，將電路斷開，則km2斷

56、電釋放，搖臂升降電動機m2停止旋轉。但st1的另一觸點st1-2（27-17）仍處于閉合狀態(tài)，保證搖臂能夠下降。同理，當搖臂下降到極限位置時，st1-2（27-17）動作，電路斷開，km3釋放，搖臂升降電動機m2停轉。而st1的另一動斷觸點st1-1(15-17)仍閉合，以保證搖臂能夠上升。搖臂的自動夾緊是由行程st3來控制的。如果液壓夾緊系統出現故障而不能自動夾緊搖臂，或者由于st3調整不當，在搖臂夾緊后不能使st3（7-47）的動斷觸點斷開，都會使液壓泵電動機處于長期過載運行狀態(tài)，這是不允許的。為了防止損壞液壓泵電動機，電路中使用了熱繼電器fr2。搖臂夾緊動作過程如下：搖臂升到預定位置，松

57、開sb3kt1（47-49）斷電延時閉合km5吸合、m3反轉搖臂夾緊st3（7-47）受壓斷開km5、m3、均斷電釋放。3立柱和主軸箱松開、夾緊控制立柱和主軸箱的松開及夾緊控制可單獨進行，也可同時進行，由轉換開關sa2和復位按鈕sb7（或sb8）進行控制。sa2有3個位置：中間位（零位）時，立柱和主軸箱的松開或夾緊同時進行；左邊位為立柱的夾緊或放松；右邊位為主軸箱的夾緊或放松。復合按鈕sb7、sb8分別為松開、夾緊控制按鈕。以主軸箱的松開和夾緊為例：先將sa2扳到右側，觸點（57-59）接通，（57-63）斷開。當要主軸箱松開時，按松開按鈕sb7，時間繼電器kt2、kt3的線圈同時得電，kt2是斷電延時型時間繼電器，它的