畢業(yè)設(shè)計基于三菱PLC的Z3040搖臂鉆床電控系統(tǒng)設(shè)計

1、摘 要本設(shè)計是研究機(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、可靠性和穩(wěn)定性差、不便于控制電路的故障診斷和排除等難題。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，具有通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易于安裝、性能優(yōu)越、可靠性高、編程簡單、抗干擾能力強(qiáng)、使用維護(hù)方便，對工作環(huán)境要求低等優(yōu)點。因此，本設(shè)計在不改變原機(jī)床操作及工藝要求的前提下，進(jìn)行Z3040搖臂鉆床電控系統(tǒng)的PLC改造，將把PLC控制技術(shù)應(yīng)用到改造方案中去，完成系統(tǒng)設(shè)計，從而大大提高搖臂鉆床的工作性能。關(guān)鍵詞：三菱PLC，Z3040，搖臂鉆床，電控系統(tǒng)，改造

2、目 錄1 緒論12 三菱FX1N系列PLC概述22.1 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展22.2 PLC的用途及特點22.2.1 PLC的用途22.2.2 PLC的特點42.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理52.3.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)52.3.2 PLC 的工作原理102.4 PLC的主要指標(biāo)性能112.5 三菱FX1N系列PLC的基本指令123 Z3040搖臂鉆床機(jī)床的電控系統(tǒng)分析143.1 Z3040搖臂鉆床機(jī)床結(jié)構(gòu)和運動情況143.2 Z3040搖臂鉆床的電力拖動特點及控制要求153.3 Z3040搖臂鉆床的電氣控制原理圖153.4 主電路分析163.5 控制電路分析163.5.1 搖臂上升163.5

3、.2 搖臂下降173.5.3 立柱與主軸箱的夾緊與松開173.5.4 互鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)173.5.5 指示燈電路分析183.6 Z3040搖臂鉆床的電控系統(tǒng)特點184 Z3040搖臂鉆床電控系統(tǒng)的PLC改造194.1 Z3040搖臂鉆床的PLC控制要求194.2 PLC的選擇194.3 I/O地址分配表214.4 I/O接線圖224.5 控制流程圖234.5.1 主電動機(jī)運行的流程圖234.5.2 搖臂上升流程圖244.5.3 搖臂下降流程圖254.5.4 立柱與主軸箱PLC控制流程圖264.6 PLC控制梯形圖274.7 系統(tǒng)仿真調(diào)試284.7.1 搖臂上升程序仿真圖284.7.2 搖臂下降程

4、序仿真圖294.7.3 主軸箱與立柱松開程序仿真圖304.7.4 主軸箱與立柱夾緊程序仿真圖314.8 PLC改造前后的性能測試325 結(jié)論34參考文獻(xiàn)35致謝36附錄A 基于三菱PLC的Z3040搖臂鉆床電控系統(tǒng)原理圖37附錄B Z3040搖臂鉆床PLC電控系統(tǒng)語句表程序381 緒論19世紀(jì)，由于紡織、動力、交通運輸機(jī)械和軍火生產(chǎn)的推動，各種類型的機(jī)床相繼出現(xiàn)。隨著社會科技進(jìn)步，單一的車床已逐漸演化出了銑床、刨床、磨床、鉆床等等，這些主要機(jī)床已經(jīng)基本定型，這樣就為20世紀(jì)前期的精密機(jī)床和生產(chǎn)機(jī)械化和半自動化創(chuàng)造了條件。普通車床是能對軸、盤、環(huán)等多種類型工件進(jìn)行多種工序加工的臥式車床，常用于加

5、工工件的外圓、內(nèi)圓、端面、螺紋和定型表面，采用相應(yīng)的刀具和附件，還可進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲和滾花等。普通車床是車床中應(yīng)用最廣泛的一種，約占車床類總數(shù)的65%，因其主軸以水平方式放置故稱為臥式車床。鉆床是普通車床中的一種，鉆床按用途和結(jié)構(gòu)可分為立式鉆床、臺式鉆床、搖臂鉆床、多軸鉆床、深孔鉆床、臥式鉆床及其它專用鉆床等，搖臂鉆床屬于立式鉆床，能進(jìn)行多種形式的機(jī)械加工，可以鉆孔、擴(kuò)孔、餃孔、鏜孔、攻螺紋及刮平面等多種形式的加工。搖臂鉆床屬于立式鉆床，其操作方便、靈活，適用范圍廣，具有典型性。Z3040是中型搖臂鉆床，其型號意義為：Z鉆床，3搖臂鉆床，0圓柱形主軸，40最大鉆孔直徑40mm。20世紀(jì)20

6、年代出現(xiàn)的接觸器、各種繼電器、定時器、其他電器及其觸頭按一定邏輯關(guān)系連接的繼電接觸器控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜,易于掌握，在一定范圍內(nèi)滿足控制要求。但它設(shè)備體積大、動作速度慢、功能少而固定可靠性差、難于實現(xiàn)復(fù)雜的控制的缺點，所以隨著現(xiàn)在社會科技日新月異的快速發(fā)展，人們對各種產(chǎn)品的要求也越來越高了，特別是在機(jī)械制造方面，要求的工藝和產(chǎn)品的質(zhì)量也越來越高了。一些傳統(tǒng)的車床加工出來的產(chǎn)品已經(jīng)很難達(dá)到人們的要求，所以發(fā)明一種新的加工方法是一種必然趨勢。隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器、單片機(jī)和大規(guī)模集成電路引入PLC中。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,使用戶程序編制清晰直觀、方便易學(xué)，且

7、調(diào)試和查錯容易。而且還具有通用性強(qiáng)、可靠性高、使用維護(hù)方便、體積小、抗干擾能力強(qiáng)、控制功能完善、通用性強(qiáng)、編程簡單、易于安裝等優(yōu)點，所以本次畢業(yè)設(shè)計針對Z3040搖臂鉆床的電控系統(tǒng)改造，改造后不但使控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化,而且還提高了控制系統(tǒng)的可靠性,維修量也減小了許多。2 三菱FX1N系列PLC概述2.1PLC的產(chǎn)生和發(fā)展可編程序控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用的工業(yè)自動化控制裝置。20世紀(jì)60年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，在1968年美國通用汽車公司（G

8、M）首先公開招標(biāo)，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具有的十大條件。這十大條件中比較主要的是：編程方便，可現(xiàn)場修改程序；維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制盤；數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)；成本可與繼電器控制盤競爭；擴(kuò)展時原系統(tǒng)改變最少。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)上述要求，研制出世界上第一臺PLC，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次試用成功，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化。其后日本、德國等相繼引入，可編程序控制器迅速發(fā)展起來，但是主要應(yīng)用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC。其定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用

9、而設(shè)計的。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。PLC在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能上都類似于計算機(jī)，它可以采用傳統(tǒng)電氣圖為基礎(chǔ)的梯形圖語言編程，方法簡單且易于學(xué)習(xí)和掌握。在控制系統(tǒng)應(yīng)用方面優(yōu)于計算機(jī)，它易于與自動控制系統(tǒng)相連接，可以方便靈活地構(gòu)成不同的要求、不同規(guī)模的控制系統(tǒng)，其環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力極強(qiáng)，所以亦稱為工業(yè)控制計算機(jī)。由于這些特點，PLC在自動控制系統(tǒng)中的使用非常廣泛。2.2 PLC

10、的用途及特點2.2.1 PLC的用途（1）邏輯控制PLC具有邏輯運算功能，能夠進(jìn)行與、或、非等邏輯運算，可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制，故它可替代繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。（2）定時控制為滿足生產(chǎn)控制工藝對時間的要求，PLC一般提供時間繼電器。FX1N提供T0T199共200點（100ms），T200T245共46點（10ms），T246T249共4點（1ms累計型）通過電容停電保持，T250T255共6點（10ms累計型）通過電容停電保持。并且計時時間常數(shù)在范圍內(nèi)用戶編寫程序時自己設(shè)定：接通延時、關(guān)斷延時和定 時脈沖等方式。并且在PLC運行中也可以讀出、修改，使用方便。（3）計數(shù)控制為滿足計數(shù)的需

11、要，不同的PLC提供不同數(shù)量、不同類型的計數(shù)器。FX1N提供16位增量計數(shù)C0C15（一般用）、C16C199（保持用），32位增/減計數(shù)器C200C219（雙向）、C220C234（雙向電容保持）、C235C255（高速計數(shù)器）。用脈沖控制可以實現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn)行位置檢測，且在PLC運行中也可以讀出、修改，使用方便（4）步進(jìn)順序控制步進(jìn)順序控制是plc最基本的控制方式。是為有時間或運行順序的生產(chǎn)過程專門設(shè)置的指令，在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺PLC可作為多部步進(jìn)控制器使用。 （5）對控制系統(tǒng)的監(jiān)控PLC具有較強(qiáng)的監(jiān)控能力，操作人員可以根據(jù)PLC的監(jiān)控信息，通過

12、監(jiān)控命令，可以監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而改變對異常值的設(shè)定。（6）數(shù)據(jù)處理PLC具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，隨著PLC的發(fā)展，已經(jīng)能對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理。如數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能。（7）通信和聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代 PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺 PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機(jī)與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較

13、大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作現(xiàn)場機(jī)。（8）輸入/輸出接口調(diào)理功能具有 A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。（9）人機(jī)界面功能 提供操作者以監(jiān)視機(jī)器 、過程工作必需的信息。允許操作者和PLC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作出決策和調(diào)整。實現(xiàn)人機(jī)界面功能的手段：從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機(jī)的CRT顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個人計算機(jī)、工業(yè)計算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。2.2.2 PLC的特點可編程序控制器是屬于存儲程序控制的

14、一種裝置，其控制功能是通過存放在存儲器內(nèi)的程序來實現(xiàn)的，若要對控制功能作修改，在很大程度上只須改變軟件指令即可，使得硬件軟件化。因此它在工業(yè)控制中的地位越來越高，占有極其重要的地位，最重要的原因是它具有如下獨特的特點：（1）可靠性高PLC是專門為工業(yè)控制設(shè)計的，在設(shè)計和制造過程中采取了多層次抗干擾、精選元件的措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作，運行的穩(wěn)定性和可靠性較高。PLC是以集成電路為基本單元的電子設(shè)備，內(nèi)部處理不依賴于接點，元件的壽命長，平均無故障工作時間高。（2）編程簡單易學(xué)PLC的最大特點之一，就是采用易學(xué)易懂的梯形圖語言，它是以計算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成

15、一套獨具風(fēng)格的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言。方便電氣人員在了解PLC工作原理和它的編程技術(shù)后，就可迅速地結(jié)合實際需要進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計，進(jìn)而將PLC用于實際控制系統(tǒng)中。（3）通用性強(qiáng)，使用方便由于PLC自身硬件特點，用戶在進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計時，不需要自己設(shè)計和制作硬件裝置，只需要根據(jù)控制要求進(jìn)行模塊的配置；用戶所作的工作只是設(shè)計滿足控制對象的控制要求的應(yīng)用程序。對于一個控制系統(tǒng)，當(dāng)控制要求改變時，只需修改程序，就能變更控制功能；與外圍設(shè)備的連接方便，通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。（4）系統(tǒng)設(shè)計周期短由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計任務(wù)僅僅是根據(jù)對象的控制要求配置適當(dāng)?shù)哪K，而不要設(shè)計具體的接口電路，同時軟件設(shè)計和外圍電路設(shè)

16、計可以同時進(jìn)行，這樣大大縮短了整個系統(tǒng)設(shè)計的時間，加快了系統(tǒng)的設(shè)計周期。（5）對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)其控制功能是通過軟件編程來實現(xiàn)的，當(dāng)生產(chǎn)工藝改變時，在很大程度上只需改變用戶程序，這對現(xiàn)代化的小批量 、多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)尤其適合；現(xiàn)今plc已經(jīng)朝著嵌入式系統(tǒng)發(fā)展，將進(jìn)入日常生活中。（6）安裝簡單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小PLC控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)少得多，只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O口相連。PLC軟件設(shè)計和調(diào)試大部分可以在實驗室模擬進(jìn)行，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試，方便省時。其本身可靠性高，有完善的自診斷能力和系統(tǒng)監(jiān)控能力，方便迅速故障查明和排除

17、，維護(hù)的工作效率高。（7）適應(yīng)工業(yè)環(huán)境PLC的技術(shù)條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠工作。這是PLC產(chǎn)品的市場生存價值。2.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理PLC由于其自身的特點，在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用。而作為PLC的用戶，要正確地應(yīng)用PLC去完成各種不同的控制任務(wù)，首先應(yīng)了解其組成結(jié)構(gòu)和工作原理。2.3.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器實施控制，其實質(zhì)就是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個變換與以物理實現(xiàn)。輸入輸出變換、物理實現(xiàn)可以說是PLC實施控制的兩個基本點，同時物理實現(xiàn)也是PLC與普通微機(jī)相區(qū)別之處，其需要考慮實際控制的需

18、要，應(yīng)能排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實際控制系統(tǒng)方便使用，所以PLC采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由微處理器（CPU）、存儲器（RAM/ROM）、輸入輸出接口（I/O）電路、通信接口及電源組成。 PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2-1 系統(tǒng)的組成（1）中央處理單元(CPU)  中央處理單元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能：a. 接收并存儲從用戶程序和數(shù)據(jù)；b.檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描的方式采集現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映

19、象寄存區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算并將結(jié)果送入I/O映象寄存區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象寄存區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)直到停止運行。 為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 （2）存儲器 可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件（包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序）的存儲器

20、稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放用戶程序（用戶程序存和數(shù)據(jù)）的存儲器稱為用戶程序存儲器，所以又分為用戶存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分。 PLC常用的存儲器類型：RAM（Random Assess Memory） 這是一種讀/寫存儲器(隨機(jī)存儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電情況下，存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。(在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種電可擦除的只讀

21、存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進(jìn)行修改。 PLC存儲空間的分配：雖然各種 PLC的CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域： 系統(tǒng)程序存儲區(qū)系統(tǒng)程序存儲區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在 EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的性能。 系統(tǒng)RAM存儲區(qū)系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象寄存區(qū)以及各類軟元件存儲區(qū)，如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等存儲器。 a)I/O映象寄存區(qū)由

22、于PLC投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元(RAM)以存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象寄存區(qū)。一個開關(guān)量I/O占用存儲單元中的一個位，一個模擬量I/O占用存儲單元中的一個字。因此整個I/O映象寄存區(qū)可看作兩個部分組成：開關(guān)量I/O映象寄存區(qū)；模擬量I/O映象寄存區(qū)。 b)系統(tǒng)軟元件存儲區(qū)除了I/O映象寄存區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟元件（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和失電不保持的存儲區(qū)域，前者

23、在PLC斷電時，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會丟失；后者當(dāng)PLC斷電時，數(shù)據(jù)被清零。 用戶程序存儲區(qū)用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的 PLC，其存儲容量各不相同。 （3）輸入接口電路輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實習(xí)室涉及到的信號當(dāng)中，開關(guān)量最普遍，也是實驗條件所限，在次我們主要介紹開關(guān)量接口電路?？删幊绦蚩刂破鲀?yōu)點之一是抗干擾能力強(qiáng)。這也是其I/O設(shè)計的優(yōu)點之處，經(jīng)過了電氣隔離后，信號才送入CPU執(zhí)行的,防止現(xiàn)場的強(qiáng)電干擾進(jìn)入。如圖2-2所示就是采用光電耦合器(一般采用反光二極管和光電三極管組成)的開關(guān)量輸入接口電路：圖2-2 光電耦合器開關(guān)量輸入接口電路（4

24、）輸出接口電路可編程序控制器的輸出有：繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘管輸出(S)三種輸出形式。輸出接口電路的隔離方式有繼電器隔離方式、光電耦合器隔離方式和晶閘管輸出隔離方式。輸出接口電路的主要技術(shù)參數(shù)a)響應(yīng)時間響應(yīng)時間是指PLC從ON狀態(tài)轉(zhuǎn)變成OFF狀態(tài)或從OFF狀態(tài)轉(zhuǎn)變成ON狀態(tài)所需要的時間。繼電器輸出型響應(yīng)時間平均約為10ms；晶閘管輸出型響應(yīng)時間為1ms以下；晶體管輸出型在0.2ms以下為最快。b)輸出電流繼電器輸出型具有較大的輸出電流，AC250V以下的電路電壓可驅(qū)動純電阻負(fù)載2A/1點、感性負(fù)載80VA以下（AC100V或AC200V）及燈負(fù)載100W以下（AC100V

25、或200V）的負(fù)載；Y0、Y1以外每輸出1點的輸出電流是，但是由于溫度上升的原因，每輸出4合計為的電流，輸出晶體管的ON電壓約為1.5V，因此驅(qū)動半導(dǎo)體元件時，請注意元件的輸入電壓特性。Y0、Y1每輸出1點的輸出電流是，但是對Y0、Y1使用定位指令時需要高速響應(yīng)，因此使用10100mA的輸出電流；晶閘管輸出電流也比較小.c)開路漏電流開路漏電流是指輸出處于OFF狀態(tài)時，輸出回路中的電流。繼電器輸出型輸出接點OFF是無漏電流；晶體管輸出型漏電流在0.1mA以下；晶閘管較大漏電流，主要由內(nèi)部RC電路引起，需在設(shè)計系統(tǒng)時注意。d)輸出公共端（COM）公共端與輸出各組之間形成回路，從而驅(qū)動負(fù)載。FX1

26、N有1點或4點一個公共端輸出型，因此各公共端單元可以驅(qū)動不同電源電壓系統(tǒng)的負(fù)載。（5）電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。如FX1N額定電壓AC100V240V，而電壓允許范圍在AC85V264V之間。允許瞬時停電在10ms以下，能繼續(xù)工作。一般小型PLC的電源輸出分為兩部分：一部分供PLC內(nèi)部電路工作；一部分向外提供給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。因此PLC對電源的基本要求：a)能有效地控

27、制、消除電網(wǎng)電源帶來的各種干擾；b)電源發(fā)生故障不會導(dǎo)致其它部分產(chǎn)生故障；c)允許較寬的電壓范圍；d)電源本身的功耗低，發(fā)熱量??；e)內(nèi)部電源與外部電源完全隔離；f)有較強(qiáng)的自保護(hù)功能。 2.LC的工作原理由于PLC以微處理器為核心，故具有微機(jī)的許多特點，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)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掃描方式，若有鍵按下或有I/O變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)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(zhuǎn)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(jié)束

28、符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)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(shù)的多少。一個掃描周期主要可分為三個階段。（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(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)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(nèi)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(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入

29、對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。（3）輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)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(gòu)成PLC一個工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，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(jìn)行的，所以亦將這兩個階段統(tǒng)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(jìn)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(tǒng)稱為“監(jiān)視服務(wù)”，一般在程序

30、執(zhí)行之后進(jìn)行。綜上述，PLC的掃描工作過程如圖2-3所示:M100X401 M100輸出刷新輸入刷新掃描周期元件映像寄存器輸出鎖存器輸出端子M100 Y430輸入端子輸入映像寄存器圖2-3 PLC的掃描工作過程顯然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(yīng)速度越慢。由于每個掃描周期只進(jìn)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(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)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(jìn)行刷新，這對一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)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

31、輸入采樣階段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個工作周期的大部分時間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)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(yīng)系統(tǒng)中就會造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個一般PLC都會采取高速模塊?？傊?，PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設(shè)備的最大特點之一，我們在學(xué)習(xí)和使用PLC當(dāng)中都應(yīng)加強(qiáng)注意。2.4 PLC的主要指標(biāo)性能（1）存儲容量指的是用戶程序存儲器的容量，用戶程序存儲器容量決定了PLC可以容納的用戶程序的長短。（2）輸入/輸出點數(shù)I/O點數(shù)即PLC面板上輸入、輸出信號用的端子的個數(shù)。（3）掃描速度指的是PLC執(zhí)行程序的速度，是衡量PLC性能的重要指標(biāo)，一般以執(zhí)行

32、1K字所用的時間來衡量掃描速度。（4）編程指令的種類和數(shù)量編程的指令越多，其功能越強(qiáng)。即處理能力和控制能力也就越強(qiáng)。（5）擴(kuò)展能力I/O擴(kuò)展單元進(jìn)行I/O點數(shù)擴(kuò)展；使用各種功能模塊進(jìn)行功能的擴(kuò)展。（6）智能單元的數(shù)量利用智能單元可以完成模擬量控制、位置和速度控制以及通信聯(lián)網(wǎng)的功能。2.5 三菱FX1N系列PLC的基本指令FX1N系列PLC的基本指令如表2-1所示：表2-1 FX1N系列PLC的基本指令助記符功能梯形圖符號和操作軟元件LD取常開觸點邏輯運算起始(常開觸點與左母線連接)LDI取反常閉觸點邏輯運算起始(常閉觸點與左母線連接）AND與串聯(lián)連接(常開觸點與其他觸點或觸點組串聯(lián)連接)ANI

33、與非串聯(lián)連接(常閉觸點與其他觸點或觸點組串聯(lián)連接)OR或并聯(lián)連接(常開觸點與其他觸點或觸點組并聯(lián)連接)ORI或非并聯(lián)連接(常閉觸點與其他觸點或觸點組并聯(lián)連接)ANB電路塊與并聯(lián)電路塊的串聯(lián)連接(電路塊與其他觸點或觸點組串聯(lián)連接)ORB電路塊或串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接(電路塊與其他觸點或觸點組并聯(lián)連接)OUT輸出線圈驅(qū)動SET置1使線圈接通并保持動作RST復(fù)零使線圈斷開,消除動作保持,寄存器清零PLS上升沿脈沖上升沿微分輸出(當(dāng)檢測到輸入脈沖的上升沿時,指令的操作元件閉合一個掃描周期)PLF下降沿脈沖下降沿微分輸出(當(dāng)檢測到輸入脈沖的下降沿時,指令的操作元件閉合一個掃描周期)MC主控指令公共串聯(lián)接點

34、的連接(將左母線臨時移到一個所需位置,產(chǎn)生一臨時左母線,形成主控電路塊)MCR主控復(fù)位公共串聯(lián)接點的消除(取消臨時左母線,將左母線返回到原來的位置,結(jié)束主控電路塊)MPS進(jìn)棧指令進(jìn)棧(將邏輯運算結(jié)果存入棧存儲器,存儲器中原來的存儲結(jié)果依次向棧存儲器下層推移)MRD讀棧指令讀棧(將存儲器一號單元的內(nèi)容讀出,且詹存儲器中的內(nèi)容不發(fā)生變化)MPP出棧指令出棧9將存儲器中一號單元的結(jié)果取出,存儲器中其他單元的數(shù)據(jù)依次向上推移)NOP空操作無動作END結(jié)束輸入輸出處理以及返回到0步STL步進(jìn)接點步進(jìn)接點開始(將步進(jìn)接點接到左母線)RET步進(jìn)結(jié)束步進(jìn)接點開始(使副母線返回到原來的左母線位置)3 Z3040

35、搖臂鉆床機(jī)床的電控系統(tǒng)分析鉆床是一種用途較廣的萬能機(jī)床,可以用來鉆孔、擴(kuò)孔、餃孔、鏜孔、攻螺紋及刮平面等多種形式的加工。鉆床按用途和結(jié)構(gòu)可分為立式鉆床、臺式鉆床、搖臂鉆床、多軸鉆床、深孔鉆床、臥式鉆床及其它專用鉆床等。搖臂鉆床屬于立式鉆床，其操作方便、靈活，適用范圍廣，具有典型性。Z3040是中型搖臂鉆床，其型號意義為：Z鉆床，3搖臂鉆床，0圓柱形主軸，40最大鉆孔直徑40mm。3.1Z3040搖臂鉆床機(jī)床結(jié)構(gòu)和運動情況搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺等部分組成，如圖3-1所示。內(nèi)立柱固定在底座的一端，在它外面套著外立柱,外立柱可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)360°，搖臂的一

36、端為套筒，它套在外立柱上,借助絲杠的正反轉(zhuǎn)可使搖臂沿外立柱作上下移動，由于該絲杠與外立柱連為一體，而升降螺母固定在搖臂上，所以搖臂只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱是一個復(fù)合部件，它由主傳動電動機(jī)、主軸和主軸傳動機(jī)構(gòu)、進(jìn)給和變速機(jī)構(gòu)以及機(jī)床的操作機(jī)構(gòu)等部分組成。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上，可以通過手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動。圖3-1Z3040搖臂鉆床結(jié)構(gòu)圖1底座；2工作臺；3主軸縱向進(jìn)給；4主軸旋轉(zhuǎn)主運動；5主軸；6搖臂；7主軸箱沿?fù)u臂徑向運動；8主軸箱；9內(nèi)外立柱；10搖臂回轉(zhuǎn)運動；11搖臂垂直移動鉆削加工時，主軸旋轉(zhuǎn)為主運動，主軸的縱向進(jìn)給為進(jìn)給運動。此時,主軸箱由夾緊接置將其

37、緊固在搖臂水平導(dǎo)軌上，外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上,然后進(jìn)行鉆削加工，輔助運動有:搖臂沿外立柱的垂直移動，主軸箱沿?fù)u臂長度方向的水平移動，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。3.2 Z3040搖臂鉆床的電力拖動特點及控制要求（1）搖臂鉆床運動部件較多，為簡化傳動裝置，采用多電動機(jī)拖動。（2）搖臂鉆床為適應(yīng)多種形式的加工，要求主軸及進(jìn)給有較大的調(diào)速范圍。主軸一般速度下的鉆削加工常為恒功率負(fù)載，而低速時主要用于擴(kuò)孔、餃孔、攻螺紋等加工，這時則為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。（3）搖臂鉆床的主運動與進(jìn)給運動皆為主軸的運動，為此這兩種運動由一臺主軸電動機(jī)拖動，分別經(jīng)主軸傳動機(jī)構(gòu)、進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)

38、給。所以主軸變速機(jī)構(gòu)與進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)都裝在主軸箱內(nèi)。（4）為加工螺紋，主軸要求正、反轉(zhuǎn)。但采用機(jī)械方法來實現(xiàn)，主軸電動機(jī)單方向旋轉(zhuǎn)。（5）搖臂的升降由升降電動機(jī)拖動，要求電動機(jī)能正、反轉(zhuǎn)。（6）內(nèi)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(jī)械操作、電氣一機(jī)械裝置、電氣一液壓裝置或電氣一液壓一機(jī)械裝置等控制方法來實現(xiàn)。若采用液壓裝置則備有液壓泵電動機(jī)，拖動液壓泵供出壓力油來實現(xiàn)。（7）搖臂的移動嚴(yán)格按照搖臂松開移動搖臂夾緊的程序進(jìn)行。因此,搖臂的夾緊放松與搖臂升降按自動控制進(jìn)行。（8）根據(jù)鉆削加工需要，應(yīng)由冷卻泵電動機(jī)拖動冷卻泵，供出冷卻液進(jìn)行鉆頭的冷卻。（9）具有機(jī)床安全照明和信號指

39、示。（10）具有必要的聯(lián)鎖和保護(hù)環(huán)節(jié)。Z3040搖臂鉆床的電氣控制原理圖Z3040搖臂鉆床的電氣控制原理圖如圖3-2所示：圖3-2 Z3040搖臂鉆床的電氣控制原理圖3.4 主電路分析（1）主軸電動機(jī)的控制：主軸電動機(jī)啟動M1為單向旋轉(zhuǎn)，由按鈕SB1,SB2和接觸器KM1構(gòu)成主軸電動機(jī)單向啟動停止控制電路。主軸電動機(jī)啟動后拖動齒輪泵送出壓力油，再操縱主軸操縱手柄，驅(qū)動主軸實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。（2）搖臂的升降控制：當(dāng)搖臂的升降指令發(fā)出，先使搖臂松開，而后搖臂上升或下降，待搖臂升降到位時，又自行重新夾緊。由于搖臂的松開與夾緊是由夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的，所以搖臂升降控制需與夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)緊密配合。（3）M2

40、為搖臂升降電動機(jī)，由按鈕SB3、SB4點動控制正、反轉(zhuǎn)接觸器KM2、KM3實現(xiàn)M2電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)拖動搖臂上升或下降。（4）M3為液壓泵電動機(jī)，由正、反轉(zhuǎn)接觸器KM4、KM5控制，實現(xiàn)電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)，拖動雙向液壓泵M3。（5）送出壓力油，經(jīng)二位六通閥送至搖臂夾緊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)夾緊與松開。（6）M4為冷卻泵電動機(jī)，由于冷卻泵電動機(jī)容量?。?.125KW），由SA1開關(guān)控制單向旋轉(zhuǎn)。搖臂上升按下?lián)u臂上升按鈕SB3，使定時器KT得電，驅(qū)使線圈KM4和電磁閥YV得電，液壓泵電動機(jī)M3正轉(zhuǎn)，搖臂松開。搖臂松開到位，壓下行程開關(guān)SQ2，驅(qū)使接觸器線圈KM4失電，液壓泵電動機(jī)停轉(zhuǎn)，而同時接觸器線圈KM2得電，搖臂

41、升降電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，搖臂上升。搖臂上升到位，松開搖臂上升按鈕SB3，使接觸器線圈KM2和KT線圈失電，搖臂升降電動機(jī)M3停轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。定時器KT為斷電延時型，搖臂完全停止后，液壓泵電動機(jī)M3反轉(zhuǎn)，搖臂夾緊。搖臂夾緊到位，壓下行程開關(guān)SQ3時，使接觸器線圈KM5失電，液壓泵電動機(jī)M3停轉(zhuǎn)。搖臂下降按下?lián)u臂下降按鈕SB4，使定時器KT得電，驅(qū)使線圈KM4和電磁閥YV得電，液壓泵電動機(jī)M3正轉(zhuǎn)，搖臂松開。搖臂松開到位，壓下行程開關(guān)SQ2，驅(qū)使接觸器線圈KM4失電，液壓泵電動機(jī)停轉(zhuǎn)。而同時接觸器線圈KM3得電，搖臂升降電動機(jī)M2反轉(zhuǎn)，搖臂下降。搖臂下降到位，松開搖臂下降按鈕SB4，接觸器線圈KM

42、3和電磁閥YV失電，搖臂升降電動機(jī)M3停轉(zhuǎn)，搖臂停止下降。立柱與主軸箱的夾緊與松開按下立柱與主軸箱松開按鈕SB5，使KM4線圈得電，液壓泵電動機(jī)M3正轉(zhuǎn)，立柱與主軸箱松開，SQ4常閉觸頭得電，松開到位，立柱與主軸箱松開指示燈HL1亮。按下立柱與主軸箱夾緊按鈕SB6，使KM5線圈得電，液壓泵電動機(jī)M3反轉(zhuǎn)，立柱與主軸箱夾緊。夾緊到位時壓下SQ4，SQ4常閉觸頭斷開，燈HL1滅，SQ4常開觸頭閉合，立柱與主軸箱夾緊指示燈HL2亮?；ユi與保護(hù)環(huán)節(jié)SQ1行程開關(guān)實現(xiàn)搖臂上升和下降的限位保護(hù)。SQ2行程開關(guān)實現(xiàn)搖臂松開到位，開始升降的聯(lián)鎖。SQ3行程開關(guān)實現(xiàn)搖臂完全夾緊，液壓泵電動機(jī)M3停止運轉(zhuǎn)的聯(lián)鎖。

43、KT時間繼電器實現(xiàn)升降電動機(jī)M2斷開電源、待停止后再進(jìn)行夾緊的聯(lián)鎖。M2電動機(jī)正反轉(zhuǎn)具有雙重聯(lián)鎖，M3電動機(jī)正反轉(zhuǎn)具有電氣聯(lián)鎖。SB4、SB5立柱與主軸箱松開、夾緊按鈕的常閉觸頭串接在電磁閥YV線圈電路中，實現(xiàn)立柱與主軸箱松開、夾緊操作時，壓力油只進(jìn)入立柱與主軸箱夾緊油腔而不進(jìn)入搖臂夾緊油腔的聯(lián)鎖。熔斷器FU1FU2實現(xiàn)電路的短路保護(hù)。熱繼電器FR1、FR2為電動機(jī)M1、M3的過載保護(hù)。指示燈電路分析（1）HL1為主軸箱與立柱松開指示燈，燈亮表示已松開，手動操作主軸箱沿?fù)u臂移動或推動搖臂回轉(zhuǎn)。（2）HL2為主軸箱與立柱夾緊指示燈，燈亮表示已夾緊，可以進(jìn)行鉆銷加工。（3）HL3為主軸正轉(zhuǎn)指示燈。

44、（4）EL為照明燈，由控制變壓器TC供給24V安全電壓，由開關(guān)SA2控制。3.6 Z3040搖臂鉆床的電控系統(tǒng)特點（1）Z3040型搖臂鉆床是由機(jī)、電、液的綜合控制。（2）搖臂的升降控制與搖臂夾緊放松的控制有嚴(yán)格的程序要求，以確保先松開，再移動，移動到位后自動夾緊。所以M2、M3電動機(jī)的控制有嚴(yán)格的程序要求，這些由電氣控制電路控制，液壓、機(jī)械配合來實現(xiàn)。（3）電路具有完善的保護(hù)和聯(lián)鎖，有明顯的信號指示。4 Z3040搖臂鉆床電控系統(tǒng)的PLC改造 Z3040搖臂鉆床的PLC控制要求（1）主軸電動機(jī)M1的單向轉(zhuǎn)動。（2）搖臂升降電動機(jī)M2正反轉(zhuǎn)。（3）搖臂松開、夾緊液壓泵電動機(jī)M3的正反轉(zhuǎn)運動。（

45、4）完成各種操作之間的互鎖控制及延時控制。冷卻根據(jù)加工任務(wù)來選用，冷卻泵電動機(jī)M4控制簡單，故采用手動控制。（5）由于搖臂升降電動機(jī)M2和搖臂松開、夾緊電動機(jī)M3的轉(zhuǎn)速較小，故不考慮電動機(jī)的制動。 PLC的選擇隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類越來越多，而且功能也日趨完善，各有特色，PLC的生產(chǎn)廠家主要有美國的AB公司、通用電氣公司，德國的西門子公司，法國的TE公司，日本的三菱公司、歐姆龍公司、日立公司。本設(shè)計是以日本三菱公司的FX1N系列PLC進(jìn)行改裝。FX1N有12種基本單元如表4-1所示，可組成24128個I/O點的系統(tǒng)，并能使用特殊功能模塊、顯示模塊和擴(kuò)展板。用戶存儲器容量為8kB

46、步，有內(nèi)置的實時時鐘。PID指令可實現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制，每個基本單元可同時輸出2點100kHz的高速脈沖，有7條特殊的定位指令，有2個內(nèi)置的設(shè)置參數(shù)用的小電位器。通過通信擴(kuò)展板或特殊適配器可實現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接，如CC-Link，AS-i網(wǎng)絡(luò)，RS-232C、RS-422和RS-485通信，N：N鏈接、并行鏈接、計算機(jī)鏈接和I/O鏈接。表4-1 FX1N系列的基本單元AC電源，24V直流輸入DC電源，24V直流輸入輸入點數(shù)輸出點數(shù)繼電器輸出晶體管輸出續(xù)電器輸出晶體管輸出FX1N-24MR-001FX1N-24MT-001FX1N-24MR-DFX1N-24MT-D1410FX1N-40MR-0

47、01FX1N-40MT-001FX1N-40MR-DFX1N-40MT-D2416FX1N-60MR-001FX1N-60MT-001FX1N-60MR-DFX1N-60MT-D3624Z3040搖臂鉆床的PLC輸入、輸出信號如表4-2所示、4-3所示：表4-2 Z3040搖臂鉆床輸入信號表形式序號名稱作用輸入1SB1主軸停止按鈕2SB2主軸轉(zhuǎn)動按鈕3SB3搖臂上升按鈕4SB4搖臂下降按鈕5SB5立柱與主軸箱松開按鈕6SB6立柱與主軸箱夾緊按鈕7SQ1搖臂上升限位行程開關(guān)8SQ2搖臂松開行程開關(guān)9SQ3搖臂夾緊行程開關(guān)10SQ4立柱與主軸箱夾緊、松開行程開關(guān)11SA1冷卻泵電動機(jī)的啟、停開關(guān)1

48、2SA2照明燈開關(guān)13FR1主軸電動機(jī)過載保護(hù)14FR2液壓泵電動機(jī)過載保護(hù)15QS總電源開關(guān)表4-3 Z3040搖臂鉆床輸出信號表形式序號名稱作用輸出1KM1主軸電動機(jī)正轉(zhuǎn)交流接觸器2KM2搖臂升降電動機(jī)正轉(zhuǎn)交流接觸器3KM3搖臂升降電動機(jī)反轉(zhuǎn)交流接觸器4KM4液壓泵電動機(jī)正轉(zhuǎn)交流接觸器5KM5液壓泵電動機(jī)反轉(zhuǎn)交流接觸器6YV電磁閥7HL1立柱與主軸箱、搖臂松開指示燈8HL2立柱與主軸箱、搖臂夾緊指示燈9HL3主軸轉(zhuǎn)動指示燈10EL照明燈由上表可知Z3040搖臂鉆床的輸入信號有15個，輸出信號有10個，但由于PLC的I/O點數(shù)的價格比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點的數(shù)量，不僅可以降低

49、系統(tǒng)成本，還可以解決已使用的PLC進(jìn)行擴(kuò)展時I/O點數(shù)不夠的問題。在滿足控制要求的的前提下力爭使用的I/O點最少，但必須留有一定的備用量。通常I/O點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，在加上10%15%的備用量來確定。減少PLC輸入點數(shù)的方法是可以把信號設(shè)置在PLC之外，即把手動操作按鈕、電動機(jī)過載保護(hù)的熱繼電器觸點等放在外部電路中，所以本設(shè)計把手動操作開關(guān)QS、SA1、SA2和熱繼電器FR1、FR2放在外電路中，以便減少輸入點數(shù)節(jié)約成本。本設(shè)計中Z3040搖臂鉆床的照明燈EL是由開關(guān)SA2手動控制的，因此沒有必要將照明燈EL作為本次畢業(yè)設(shè)計的輸出信號。故本次畢業(yè)設(shè)計中PLC的輸入信

50、號數(shù)為10個，輸出信號數(shù)為9個。綜上，本設(shè)計中Z3040搖臂鉆床的PLC輸入點數(shù)應(yīng)選1010×12%=1點；輸出點數(shù)應(yīng)選99×12%=點，通過查看三菱FX1N系列基本單元表，選定三菱FX1N-40MR-001（其中輸入點數(shù)24點，輸出點數(shù)16點，繼電輸出型）。因為繼電輸出的價格便宜，既可用于驅(qū)動交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通降壓小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強(qiáng)。4.3 I/O地址分配表Z3040搖臂鉆床的I/O地址分配情況如表4-4、4-5所示：表4-4 Z3040搖臂鉆床輸入地址分配表形式序號名稱作用地址輸入1SB1主軸停止按鈕X00

51、02SB2主軸轉(zhuǎn)動按鈕X0013SB3搖臂上升按鈕X0034SB4搖臂下降按鈕X0045SB5立柱與主軸箱松開按鈕X0056SB6立柱與主軸箱夾緊按鈕X0067SQ1搖臂上升限位保護(hù)行程開關(guān)X0078SQ2搖臂松開到位行程開關(guān)X0119SQ3搖臂夾緊到位行程開關(guān)X01210SQ4立柱與主軸箱夾緊松開行程開關(guān)X010表4-5Z3040搖臂鉆床輸出地址分配表形式序號名稱作用地址輸出1KM1主軸電動機(jī)正轉(zhuǎn)交流接觸器Y0012KM2搖臂升降電動機(jī)正轉(zhuǎn)交流接觸器Y0023KM3搖臂升降電動機(jī)反轉(zhuǎn)交流接觸器Y0034KM4液壓泵電動機(jī)正轉(zhuǎn)交流接觸器Y0045KM5液壓泵電動機(jī)反轉(zhuǎn)交流接觸器Y0056YV電

52、磁閥Y0067HL1立柱與主軸箱、搖臂松開指示燈Y0108HL2立柱與主軸箱、搖臂夾緊指示燈Y0119HL3主軸轉(zhuǎn)動指示燈Y0124.4 I/O接線圖Z3040搖臂鉆床的電控系統(tǒng)改造的三菱FX1N系列PLC的I/O接線圖如圖4-1所示：圖4-1 PLC的I/O接線圖4.5 控制流程圖主電動機(jī)運行的流程圖圖4-2 主電動機(jī)運行的流程圖搖臂上升流程圖圖4-3 搖臂上升流程圖搖臂下降流程圖圖4-4搖臂下降流程圖立柱與主軸箱PLC控制流程圖圖4-5 立柱與主軸箱PLC控制流程圖4.6 PLC控制梯形圖圖4-6PLC控制梯形圖4.7 系統(tǒng)仿真調(diào)試三菱GX Developer編程軟件是應(yīng)用于三菱系列PLC

53、的中文編程軟件，可在Windows 9x及以上操作系統(tǒng)中運行。其主要功能有：（1）在GX Developer中，可通過線路符號、列表語言及SFC符號來創(chuàng)建PLC程序，建立注視數(shù)據(jù)和設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)。（2）創(chuàng)建PLC程序以及將其存儲為文件，可用打印機(jī)打印。（3）該程序可在串行系統(tǒng)中與PLC進(jìn)行通信、文件傳送、操作監(jiān)控以及各種測試功能。（4）改程序可脫離PLC進(jìn)行仿真調(diào)試。所以本設(shè)計選用的編程軟件是三菱GX Developer編程軟件。Z3040搖臂鉆床的搖臂升降及夾緊、放松控制是自動快速完成的。但在設(shè)計中的仿真圖為分段仿真調(diào)試的畫面圖。搖臂上升程序仿真圖按下?lián)u臂上升按鈕SB3（X3），交流接觸器K

54、M4（Y4）、電磁閥YV（Y6）得電，液壓泵電動機(jī)M3正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油，經(jīng)二位六通閥進(jìn)入搖臂松開油腔，使搖臂松開，如圖4-7所示：圖4-7 搖臂松開仿真圖當(dāng)壓下行程開關(guān)SQ2（X11），交流接觸器KM4（Y4）失電，交流接觸器KM2（Y2）得電，搖臂升降電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，搖臂上升，如圖4-8所示：圖4-8搖臂上升仿真圖搖臂下降程序仿真圖按下?lián)u臂下降按鈕SB4（X4），交流接觸器KM4（Y4）、電磁閥YV（Y6）得電，液壓泵電動機(jī)M3正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油，經(jīng)二位六通閥進(jìn)入搖臂松開油腔，使搖臂松開，如圖4-9所示：圖4-9 搖臂松開仿真圖當(dāng)壓下行程開關(guān)SQ2（X11），交流接觸器KM

55、4（Y4）失電，交流接觸器KM3（Y3）得電，搖臂升降電動機(jī)M2反轉(zhuǎn)，搖臂下降，如圖4-10所示：圖4-10 搖臂下降仿真圖主軸箱與立柱松開程序仿真圖按下松開按鈕SB5（X5），交流接觸器KM4（Y4）得電，液壓泵電動機(jī)M3正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油，此時電磁閥線圈不通電，高壓油經(jīng)二位六通閥到另一油路，進(jìn)入立柱與主軸箱松開油腔，使立柱與主軸箱同時松開。壓下行程開關(guān)SQ4（X10）燈HL1（Y10）點亮，如圖4-11所示：圖4-11主軸箱與立柱松開程序仿真圖 主軸箱與立柱夾緊程序仿真圖按下夾緊按鈕SB6（X6），交流接觸器KM5（Y5）得電，液壓泵電動機(jī)M3反轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油，此時電磁閥線圈不通電，高壓油經(jīng)二位六通閥到另一油路，進(jìn)入立柱與主軸箱夾緊油腔，使立柱與主軸箱同時閉合，如圖4-12所示：圖4-12 主軸箱與立柱夾緊程序仿真圖壓下行程開關(guān)SQ4（X10）燈HL2（Y11）點亮，如圖4-13所示：圖4-13 燈HL2（Y11）點亮4.8 PLC改造前后的性能測試作為傳統(tǒng)的繼電器接線控制系統(tǒng)，它在現(xiàn)代控制系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)有許多的局限性。而PLC控制方式的產(chǎn)生將逐漸取代復(fù)雜的接線控制方式。作為兩種不同的控制方式，它們有著明顯的優(yōu)劣區(qū)別。（1）從控制方法上看，Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)邏輯控制采用硬件接線，利用