畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改造

1、摘摘 要要 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(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)。因此，本論文對(duì) z3040 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)

2、 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 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)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。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：可編程控制器，搖臂鉆床，梯形圖，電氣控制系統(tǒng) a abstractbstract this paper is to studies the machine process in common use z3040 in inside radial drilling machine electric con

3、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 control system plc there are lots of advantages which include design, install, conn

4、ect the line and adjust to try workload small, the period of research and manufacture is short, reliability is high, the ability of anti- interference is very strong, the rate of break down is low, the demand of work environment is low, maintenance convenience a series of advantage etc. therefore, a

5、 work for to the z3040 radial drilling machine electric control system reforming, will reforming plc control technique application in the project, then increasing radial drilling machines work function. the paper introduces to the control principle of the radial drilling machine. established the pro

6、grammable controller improve the design project of electric control system of z3040 radial drilling machine. completed the design of the software and hardware of the electric control system, among them include the model of plc choice、the i/o allotment of the address、the i/o hardware connects the lin

7、e diagram、plc trapezium diagrams design. it explains that plc control the work process of radial drilling machine. discussing the adoption plc replaces the traditional electric control systems method and increases the work function of radial drilling machine, give a homologous control principle diag

8、ram. keywords: plc，radial drilling machine，trapezium diagram，electric control system 目目 錄錄 摘摘 要要.i abstract.ii 目目 錄錄 .iii 第一章第一章 緒緒 論論.1 1.1 本課題的選題背景和意義.1 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(dòng)態(tài).2 第二章第二章 z3040 型搖臂鉆床結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)形式型搖臂鉆床結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)形式 .3 2.1 主電路.3 2.2 主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng).4 2.3 控制電路、信號(hào)及照明電路.4 2.3.1 搖臂沿外立柱升降移動(dòng).5 2.3.2 搖臂連同外立柱繞

9、內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).5 2.3.3 主軸箱和立柱夾緊或放松.5 第三章第三章 plc 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟.6 第四章第四章 基于基于 plcz3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) .8 4.1 plc 型號(hào)的選擇.8 4.1.1 根據(jù) plc 的物理結(jié)構(gòu).8 4.1.2 根據(jù) plc 的指令功能.8 4.1.3 根據(jù) plc 的輸入輸出點(diǎn)數(shù).8 4.1.4 根據(jù) plc 的輸入模塊的類型.8 4.1.5 根據(jù) plc 的輸出模塊的類型.9 第五章第五章 plc 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則.10 5.1 i/o

10、點(diǎn)數(shù)的確定 .10 5.2 plc 的 i/o 分配.10 5.3 輸入信號(hào)地址分配.10 5.4 輸出信號(hào)地址分配.11 第六章第六章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.12 6.1 研究成果.12 6.2 不足之處.12 致致 謝謝.13 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).14 附錄附錄 a z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)梯形圖搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)梯形圖.15 附錄附錄 b 梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表 .16 第一章第一章 緒緒 論論 1.1 本課題的選題背景和意義本課題的選題背景和意義 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，

11、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)速是通過三相交流異步電動(dòng)機(jī)和 變速箱來實(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。 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(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

12、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)上述系統(tǒng)的這一缺陷。 可編程邏輯控制器（programmable logic controller）簡(jiǎn)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(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?，抗干擾能力強(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 太多的中間部件，這樣可以大大節(jié)省用戶的開發(fā)時(shí)間與生產(chǎn)成本。 現(xiàn)在應(yīng)用于各種工業(yè)控

13、制領(lǐng)域的 plc 種類繁多，規(guī)模大小和功能強(qiáng)弱千差 萬別，但他們具有以下一些共同的特點(diǎn)。 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，平均無故障 時(shí)間都大大超過 iec 規(guī)定的 10 萬小時(shí)，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。 靈活組態(tài)。可編程控制器是系列化產(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(jī)型，組合方便。 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、過程運(yùn)算、數(shù)字控制等功能，為方便工 廠管理又可以與上位機(jī)通信，通過遠(yuǎn)

14、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)算機(jī)。 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(chǎng)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(jiǎn)單方便。 運(yùn)行速度快。傳統(tǒng)的機(jī)電接觸電氣控制系統(tǒng)通過大量觸點(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 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(jì)算機(jī)之間的 差別越來越小 2。 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

15、 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)，通過現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)化的需要，為工廠自動(dòng)化提供了技術(shù)保證 3。 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)。 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(dòng)態(tài)國內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)

16、狀和發(fā)展動(dòng)態(tài) 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(zhēng)相在該領(lǐng)域投入大量資金進(jìn)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(jī)界面，用戶程序三級(jí)口令保護(hù)，極強(qiáng)的計(jì)算性能，完善的 指令集，mpi 接口和通過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線 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

17、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(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接 觸器控制方式，而這種控制方式存在著明顯的缺陷和隱患。極易發(fā)生故障。而 且，由于線路復(fù)雜，要想找到問題所在也相當(dāng)?shù)睦щy。和國外大量

18、采用 plc 技 術(shù)替代繼電器接觸器系統(tǒng)相比，我們還存在很大差距。 隨著 plc 技術(shù)在我國的迅猛發(fā)展，我們和國外先進(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 作性能。 第二章第二章 z3040z3040 型搖臂鉆床結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)形式型搖臂鉆床結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)形式 2.1 主電路主電路 我國原來生產(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 通過不能復(fù)位的十字開關(guān)來操作的,它本身不具

19、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?，F(xiàn)在的 z3040 搖臂鉆床取消了十字開關(guān)， 它的主軸電路圖如下所示： ： 主軸電路圖 三相交流電源由開關(guān) q 引入。 m1 為主電動(dòng)機(jī),由接觸器 km1 控制其單方向啟停,熱繼電器 fr1作過載保護(hù)。 m2 搖臂升降電動(dòng)機(jī), 由接觸器 km2 控制和 km3 控制其正反轉(zhuǎn),因 m2 是短時(shí) 運(yùn)行,所以不設(shè)過載保護(hù)。 m3 液壓泵電動(dòng)機(jī),由接觸器 km4 控制和 km5 控制其正反轉(zhuǎn), 熱繼電器 fr2作 過載保護(hù)。 冷卻泵電動(dòng)機(jī) m4,由于容量小,所以用轉(zhuǎn)換開關(guān) sa1直接控制。 熔斷器 fu1作為 m1,m4 的短路保護(hù), 熔

20、斷器 fu2作為 m2,m3 的短路保護(hù). 所有電動(dòng)機(jī)外殼均要接地保護(hù)。 2.2 主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng) z3040 搖臂鉆床的主運(yùn)動(dòng)是主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是主軸的上、下移動(dòng)。 主軸的旋轉(zhuǎn)及主軸上、下進(jìn)給都是由主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),在加工螺紋時(shí)要求主軸可 正反轉(zhuǎn),主軸的正反轉(zhuǎn)和主軸上、下進(jìn)給都是由機(jī)械方法獲得。主軸變速和進(jìn)給 變速的機(jī)構(gòu)都在主軸箱內(nèi),用變速機(jī)構(gòu)分別調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速和上、下進(jìn)給量。 所以主軸電動(dòng)機(jī)只要求單方向旋轉(zhuǎn)，可直接啟動(dòng), 不需要調(diào)速和制動(dòng)。 z3040 搖臂鉆床的電氣控制圖 2.3 控制電路、信號(hào)及照明電路控制電路、信號(hào)及照明電路 hl1 主軸箱和立柱的松開指示燈，燈亮

21、表示已松開，可以手動(dòng)操作主軸箱 沿?fù)u臂移動(dòng)或推動(dòng)搖臂回轉(zhuǎn)。 hl2 主軸箱和立柱的夾緊指示燈，燈亮表示已夾緊，可以進(jìn)行加工。 hl3 為主軸旋轉(zhuǎn)工作指示燈。 el 機(jī)床局部照明燈，是由控制變壓器 tc 供給 24v 安全交流電壓，由手動(dòng) sa2控制。 2.3.1 搖臂沿外立柱升降移動(dòng)搖臂沿外立柱升降移動(dòng) 搖臂松開機(jī)構(gòu)動(dòng)作完成時(shí)碰壓行程開關(guān) sq2，其常閉觸頭（6-13）斷開，接 觸器 km4 線圈斷電，m3 停止轉(zhuǎn)動(dòng)，搖臂維持放松狀態(tài)。同時(shí)，sq2常開觸頭 （6-7）閉合，使接觸器 km2（下降為 km3）線圈通電，搖臂升降電動(dòng)機(jī) m2 正傳（下降為反轉(zhuǎn)） ，拖動(dòng)搖臂上升（或下降） 。 2.3

22、.2 搖臂連同外立柱繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)搖臂連同外立柱繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 主軸電動(dòng)機(jī) m1 單方向旋轉(zhuǎn)，由按鈕 sb1/sq2和接觸器 km1 控制其啟動(dòng)和 停止。按下啟動(dòng)按鈕 sq2（2-3） ，接觸器 km1 得電吸合，觸頭 km1（2-3）自 鎖，主軸電動(dòng)機(jī) m1 啟動(dòng)，hl3 指示燈亮。按下停止按鈕 sb1，接觸器 km1 斷 電釋放，主軸電動(dòng)機(jī) m1 停止，指示燈 hl3 熄滅。過載時(shí)，熱繼電器 fr1的常 閉觸頭斷開，接觸器 km1 釋放，主軸電動(dòng)機(jī) m1 停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 2.3.3 主軸箱和立柱夾緊或放松主軸箱和立柱夾緊或放松 主軸箱和立柱的松開與夾緊均采用液壓操縱，兩者同時(shí)進(jìn)行工作，

23、工作時(shí) 要求二位六通電磁閥 yv 不通電。 按主軸箱松開按鈕 sb5（1-17） ，接觸器 km4 電，液壓泵電動(dòng)機(jī) m3 正轉(zhuǎn)。 這時(shí)，電磁閥 yv 仍不通電，壓力油進(jìn)入主軸箱和搖臂夾緊油缸，推動(dòng)松緊機(jī) 構(gòu)使主軸箱和立柱松開。行程開關(guān) sq4不受壓復(fù)位，其常閉觸頭（101-102）閉 合，指示燈 hl1 亮，表示主軸箱和立柱已經(jīng)松開?？梢圆僮髦鬏S箱和立柱的移 動(dòng)。主軸箱在搖臂的水平導(dǎo)軌上由手動(dòng)按鈕操縱來回移動(dòng)，通過推動(dòng)搖臂可使 其與外立柱一起繞內(nèi)立柱旋轉(zhuǎn)。 按下主軸箱夾緊按鈕 sb6（1-17） ，接觸器 km5 通電，液壓泵電動(dòng)機(jī) m3 反 轉(zhuǎn)。這時(shí)，電磁閥 yv 仍不通電，壓力油進(jìn)入主軸

24、箱和搖臂夾緊油缸，推動(dòng)松 緊機(jī)構(gòu)使主軸箱和搖臂夾緊。同時(shí)行程開關(guān) sb4被壓，其常閉觸頭（101-102） 斷開，指示燈 hl1 熄滅，其常開觸頭（101-103）閉合，指示燈 hl2 亮，表示 主軸箱和立柱已經(jīng)夾緊，可以進(jìn)行加工。 利用主軸箱和立柱的夾緊、放松，還可以檢查電源相序正確與否，以確保 搖臂升降電動(dòng)機(jī) m2 工作正常。 第三章第三章 plcplc 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟 一、plc 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種電器控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求和工藝 需要，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，在設(shè)計(jì) plc 應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循 以下基

25、本原則： 1）充分發(fā)揮 plc 功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。 2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。 3）保證控制系統(tǒng)安全可靠。 4）應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 plc 的型號(hào)、i/o 點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容 量等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)留有適量的余量，以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。 二、plc 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 設(shè)計(jì) plc 應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先是進(jìn)行 plc 應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對(duì) 象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn) 行 plc 應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出 plc 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 形式，控制信號(hào)的種類

26、、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果， 具體的確定 plc 的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。 plc 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行。 1、熟悉被空對(duì)象，制定指控方案 分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)， 了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì) plc 控制系統(tǒng)的控制要 求。 2、確定 i/o 設(shè)備 根系系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入（如按鈕、 行程開關(guān)、選擇開關(guān)等）和輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等）， 由此確定 plc 的 i/o 點(diǎn)數(shù)。 3、選擇 plc 選擇時(shí)主要包括 plc 機(jī)型、容量、i/o 模塊、電源的選擇。 4、分配 plc 的 i/o 地址 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)

27、備現(xiàn)場(chǎng)需要，確定控制按鈕，選擇開 關(guān)、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量： 根據(jù)所選的 plc 的型號(hào)，列出輸入/輸出設(shè)備與 plc 輸入輸出端子的對(duì)照表，以 便繪制 plc 外部 i/o 接線圖和編制程序。 5、設(shè)計(jì)軟件及硬件 進(jìn)行 plc 程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì) 及現(xiàn)場(chǎng)施工。由于程序與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，因此，plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期 可大大縮短，而對(duì)于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電器孔氏線路后才能進(jìn)行 施工設(shè)計(jì)。 其中，plc 程序設(shè)計(jì)的一般步驟如下： 1）對(duì)于較復(fù)雜系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)的功能圖；對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)也可省去 這一步。 2）設(shè)計(jì)梯

28、形圖程序。 3）根據(jù)梯形圖編寫指令程序表。 4）對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試及修改，知道滿足控制要求為止。調(diào)試過程中，可采 用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。 其中，硬件設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工的步驟如下： 1）設(shè)計(jì)控制柜機(jī)操作面板電器布置圖及安裝接線圖。 2）控制系統(tǒng)各部分的電器互連圖。 3）根據(jù)圖樣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線，并檢查。 6、聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進(jìn)行再線統(tǒng)調(diào)。開始時(shí)， 先帶上輸出設(shè)備（接觸器線圈、信號(hào)指示燈等），不帶負(fù)載進(jìn)行調(diào)試。利用編 程器的監(jiān)控功能，采用分段調(diào)試的方法進(jìn)行。各部分都調(diào)試正常后，再帶上實(shí) 際負(fù)載運(yùn)行。如不符合要求，則對(duì)硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部分程序 即可

29、。 全部調(diào)試完畢后，交付試運(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，如不正常工作、程序 不需要修改則將程序固化到 eprom 中，以為程序丟失。 7、整理技術(shù)文件 包括設(shè)計(jì)說明書、電氣安裝圖、電器元件明細(xì)表及使用 說明書等。 第四章第四章 基于基于 plcz3040plcz3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分設(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。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

30、對(duì)原有機(jī)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 如下： 4.1 plc 型號(hào)的選擇型號(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 考慮： 4.1.1 根據(jù)根據(jù) plc 的物理結(jié)構(gòu)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 p

31、lc 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)根據(jù) plc 的指令功能的指令功能 考慮到任何一種 plc 都可以滿足開關(guān)量電氣控制系統(tǒng)的要求，據(jù)此本課題 將盡量采用價(jià)格便宜的 plc。 4.1.3 根據(jù)根據(jù) plc 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)的輸入輸出點(diǎn)數(shù) 在本電路中根據(jù)使用電器和控制電路計(jì)算 i/o 點(diǎn)數(shù)。其中按鈕 6 個(gè)、限位 （行程）開關(guān) 4 個(gè)、手動(dòng)開關(guān) 2 個(gè)、熱繼電器 2 個(gè)等，共計(jì)輸入點(diǎn)數(shù) 14 個(gè)；接 觸器 6 個(gè)、電磁鐵 1 個(gè)、指示燈 4 個(gè)等，共計(jì)輸出 11 個(gè)。共 25 點(diǎn)。 4.1.4 根據(jù)根據(jù) plc 的輸入模塊

32、的類型的輸入模塊的類型 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(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，輸入電壓應(yīng) dc24v 電壓。 4.1.5 根據(jù)根據(jù) plc 的輸出模塊的類型的輸出模塊的類型 plc 輸出模塊有繼電器型、晶體管型

33、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，承受瞬間過電壓 和過電流的能力較強(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)沒有限制，但動(dòng)作速度慢，壽命有一定的限制。 第五章第五章 plcplc 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 5.1 i/o 點(diǎn)點(diǎn)數(shù)的數(shù)的確定確定 通常 i/o 點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控制對(duì)象的輸入和輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上 10%-15%的備用量來確定。 5.2 plc 的的 i/o 分配分配 plc 的機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前 提下，選擇價(jià)格最優(yōu)的型號(hào)。本設(shè)計(jì)選擇使用三菱公司 fx

34、2 系列 plc 系統(tǒng)，根 據(jù)表 5-1 的相關(guān)參數(shù)，選擇 f-48mr 型 plc 機(jī)。 表 5-1 fx2 系列 plc 的型號(hào)規(guī)格(部分) 類型型號(hào) 輸入點(diǎn)數(shù) (24v) 輸出點(diǎn)數(shù) fx2-16mr(t)88 fx2-24mr(t)1212 fx2-32mr(t)1616 fx2-48mr(t)2424 fx2-64mr(t)3232 fx2-80mr(t)4040 基 本 單 元 fx2-128mr(t)6464 5.3 輸入信號(hào)地址分配輸入信號(hào)地址分配 編號(hào)輸入信號(hào) x001 sb1主動(dòng)機(jī)停止按鈕 x002 sq2主動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕 x003 sb3搖臂上升按鈕 x004 sb4搖臂下降

35、按鈕 x005 sb5主軸箱及立柱松開 x006 sb6主軸箱及立柱夾緊 x007 sa1手動(dòng)開關(guān) x010 sa1手動(dòng)開關(guān) x011 sq1搖臂上升行程開關(guān) x012 sq2搖臂下降行程開關(guān) x013 sq1搖臂夾緊行程開關(guān) x014 sq4搖臂松開行程開關(guān) x015 fr1熱繼電器 x016 fr2熱繼電器 5.4 輸出信號(hào)地址分配輸出信號(hào)地址分配 編號(hào)輸出信號(hào) y000km1 主電動(dòng)機(jī)用接觸器 y001km2 搖臂升降電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)用接觸器 y002km3 搖臂升降電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)用接觸器 y003km4 液壓泵電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)用接觸器（上升） y004km5 液壓泵電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)用接觸器（下降） y005

36、yv 控制用電磁閥 y006el 照明燈 y007hl1 主軸箱和立柱松開夾緊指示燈 y010hl2 主軸箱和立柱的夾緊指示燈 y011hl3 主電動(dòng)機(jī)工作指示燈 y012冷卻泵電動(dòng)機(jī) m4 輔助接觸器 km6 第六章第六章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 6.1 研究成果研究成果 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

37、率，提高了生產(chǎn)率。另外，通過這次 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 走向工作崗位從事相關(guān)工作奠定了很好的基礎(chǔ)。 6.2 不足之處不足之處 由于時(shí)間精力有限，還有許多功能有待擴(kuò)展、完善。主要是沒有對(duì)所控制 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問題進(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) 速只能通過機(jī)械調(diào)速或多速電機(jī)來進(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)僅限于邏輯開關(guān)量的控制，對(duì)于 plc 的許多高級(jí)指令沒有應(yīng)用到。 以上問題有待今后進(jìn)一步研究解決。 致致 謝謝 在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的指導(dǎo)老師郭夕琴表示衷心 的感謝并致以崇高的敬意！ 在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧兩年多來的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對(duì)現(xiàn)在的收獲， 我感到無限欣慰。為此，我向熱心幫