Z3040钻床plc控制说明书Word格式.docx
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参考文献·
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附录·
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附录1：
Z3040型摇臂钻床主电路图·
附录2：
Z3040型摇臂钻床PLC控制I/O（输入、输出）地址分配表·
附录3：
硬件接线图·
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第一章引言
1.1本课题的选题背景和意义
Z3040摇臂钻床是工厂中常用的金属切削机床，它可以进行多种形式的加工，如：
钻孔、镗孔、铰孔及螺纹等。
从控制上讲，它需要机、电、液压等系统相互配合使用，而且，要进行时间控制。
它的调速是通过三相交流异步电动机和变速箱来实现的。
也有的是采用多速异步电动机拖动，这样可以简化变速机构。
摇臂钻床的主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机拖动，主轴的正反向旋转运动是通过机械转换实现的。
故主电动机只有一个旋转方向。
此外，摇臂的上升、下降和立柱的夹紧、放松各由一台交流异步电动机拖动。
目前，我国的Z3040摇臂钻床的电气控制系统普遍采用的是传统的继电器—接触器控制方式。
因其所要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业当中，经常发生电气故障，从而影响生产。
另外，一些复杂的控制如：
时间、计数控制用继电器—接触器控制方式较难实现，所以，有必要对传统电气控制系统进行改进设计。
PLC电气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。
可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC，是从早期的继电器逻辑电气控制系统发展而来，它不断吸收微型计算机控制技术，使之功能不断增强，逐渐适合复杂的电气控制系统。
PLC之所以有较强的生命力，在于它更加适应工业现场和市场要求。
可靠性高，抗干扰能力强、编程方便、价格低、寿命长。
与单片机相比，它的输入/输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件，这样可以大大节省用户的开发时间与生产成本。
现在应用于各种工业控制领域的PLC种类繁多，规模大小和功能强弱千差万别，但他们具有以下一些共同的特点。
可靠性高。
可靠性是用户的首选要求，目前各厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过IEC规定的10万小时，例如：
西门子、ABB、松下、三菱等微小型PLC，而且都有完善的自诊断功能，判断故障迅速。
灵活组态。
可编程控制器是系列化产品，通常采用模块化结构来完成不同的任务组合。
输入输出端口选择灵活，有多种机型，组合方便。
功能强大，除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算功能外，配合特殊功能模块还可实现点位控制、PTO运算、过程运算、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远程设备。
因此，PLC几乎是全能的工业控制计算机。
编程方便，易于使用。
PLC的编程可采用与继电器极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气人员的欢迎。
近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言（SequentialFunctionChart），使编程更加简单方便。
运行速度快。
传统的机电接触电气控制系统通过大量触点的机械动作进行控制，速度很慢，而且系统愈大速度愈慢。
PLC的控制速度则由CPU工作速度和扫描速度决定。
因此更适合处理高速复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别越来越小。
同时，PLC还具备了网络功能，能进行多台PLC或PLC与PC机之间的联网通讯，使用PLC可以很方便的构成“集中管理、分散控制”的分布式电气控制系统，通过现场总线的PLC通讯网络，可使工厂的各种资源共享，就更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化提供了技术保证。
正是由于PLC电气控制系统的种种优点,因此本次对Z3040摇臂钻床的电气控制系统的改造,可以大大提高Z3040摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性,为工业生产的现代化带来生机．同时，提高了PLC编程水平和实践能力,为今后在实际工作中熟练使用PLC进行工业系统的设计打好基础。
1.2国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态
早在上世纪六十年代国外就已经出现了可编程序控制器（PLC）的应用，之后世界各国争相在该领域投入大量资金进行新产品的开发，在1995年西门子又成功地开发出了S7200、S7300系列，它具有TD200和COROSOPS操作模板为用户提供了方便人机界面，用户程序三级口令保护，极强的计算性能，完善的指令集，MPI接口和通过工业现场总线PROFD3US以及以太网联网的网络能力，强劲的内部集成功能，全面的故障诊断功能；
模块式结构可用于各处性能的扩展，脉冲输出晶闸管步进电机和直流电机；
快速的指令处理大大缩短了循环周期，并采用了高速计数器，高速中断处理可以分别响应过程事件，大幅度降低了成本。
由于电气控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司己将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
由于PLC的众多优点，使其迅速在工业控制中得到推广。
虽然国内PLC技术的应用前景很大，并且取得了一定的经济效益，而相比之下，由于受经济和技术水平的限制，大多数企业在生产上使用的Z3040摇臂钻床的电气控制系统，还是采用采用继电器—接触器控制方式，而这种控制方式存在着明显的缺陷和隐患。
极易发生故障。
而且，由于线路复杂，要想找到问题所在也相当的困难。
和国外大量采用PLC技术替代继电器—接触器系统相比，我们还存在很大差距。
随着PLC技术在我国的迅猛发展，我们和国外先进技术的差距会不断缩小。
因此，抓住这个有利时机进一步促进PLC技术的推广与应用，是提高我国工业自动化水平的迫切任务，此次对于Z3040摇臂钻床电气控制系统改造设计，就是希望借鉴国外先进的工业控制技术，应用到工业现场，以提高摇臂钻床的工作性能。
第二章Z3040摇臂钻床结构和电气设计要求
2.1Z3040主要结构和运动形式
Z3040摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂升降丝、杠摇臂、主轴箱、主轴、工作台等部分组成，Z3040型摇臂钻床运动形式：
1、主运动：
主轴带动钻头的旋转运动；
2、进给运动：
钻头的上下运动；
3、辅助运动：
摇臂可沿外立柱的圆柱面上下垂直调整位置；
主轴箱可沿摇臂的导轨横向调整位置；
摇臂及外立柱绕内立柱转动至不同的位置；
工作时可以很方便的调整主轴的位置（工件不动）。
后两者为手动，另外还需考虑主轴箱、摇臂、内外立柱的夹紧和松开。
摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机拖动。
主轴箱、立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动。
通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。
而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。
此外还有一台冷却泵电动机对加工的刀具进行冷却。
2.2Z3040摇臂钻床控制系统设计要求
1、主要控制电器为四台电机：
主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电机。
2、主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵电机均为短时工作，不设过载保护。
3、摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。
4、摇臂的升降控制：
按下摇臂上升起动按钮，液压泵电动机起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。
同时摇臂升降电动机旋转使摇臂上升。
如果摇臂没有松开，摇臂升降电动机不能转动，必须保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降，可使用限位开关控制。
当摇臂上升到所需要的位置时，松开摇臂上升起动按钮，升降电动机断电，摇臂停止上升。
当持续1~3s后，液压泵电动机反转，使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔，摇臂夹紧，同时液压泵电动机停止，完成了摇臂的松开—上升—夹紧动作。
5、摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。
6、因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作，所以应采用点动方式。
7、摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。
8、立柱和主轴箱的松开与夹紧控制：
主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行。
由开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。
SA2有三个位置：
在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制同时进行，扳到左边位置时为立柱的夹紧或放松，扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。
SB5是主轴箱和立柱的松开按钮，SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。
9、主轴箱的松开和夹紧为的动作过程：
首先将组合开关SA2扳向右侧。
当要主轴箱松开时，按下按钮SB5，经1～3s后，液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。
主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮。
当要主轴箱夹紧时，按下按钮SB6，经1～3s后，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。
同时指示灯HL3亮，HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。
10、当将SA2扳到左侧时，立柱松开或夹紧。
SA2在中间位置按下SB5或SB6时，主轴箱和主柱同时进行夹紧或放松。
其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同，不再重复。
11、机床要有照明设施。
第三章PLC控制系统设计准备工作
3.1PLC的选择
根据原控制电路来确定I/O端口点数，其中：
按钮6个，行程开关4个，组合开关2个，热继电器常闭2个，共14个输入端口点数；
接触器5个，电磁阀1个，信号灯4个，共计10个输出端口点数。
在选用PLC上，输出端口需要10个，输入端口需要14个。
而且并不通过网络或其他方式做远程控制。
因此，考虑到经济，实用，稳定等方面因素。
决定选用SIMATIC
S7-200系列的S7－200系列CPU224AC/DC/RELAY型，作为本次设计所用PLC。
3.2I/O分配表（见附录2）
第四章PLC控制系统程序设计及硬件接线图
4.1PLC梯形图程序设计
4.2PLC的指令表程序设计
主轴电机控制
LDI0.1
OQ0.0
ANI0.0
ANI1.3
AI1.5
=Q0.0
=Q0.6
正转摇臂上升
LDI0.2
ANI0.6
LPS
AI1.0
ANQ0.2
=Q0.1
LPP
=M0.0
正转摇臂下降
LDI0.3
ANI0.7
ANQ0.1
=Q0.2
=M0.1
中间继电器
LDM0.0
OM0.1
=M0.2
液压泵正转放松
LDM0.2
ANI1.0
ANI1.4
LDI0.4
ANI0.5
OLD
ANI0.4
=M0.4
ANQ0.4
=Q0.3
断电延时3s
LDQ0.1
OQ0.2
TOFT37,30
ED
LDQ0.2
OM0.3
ANI1.1
=M0.3
液压泵反转夹紧
LDM0.3
ANT37
LDI0.5
=M0.5
ANQ0.3
=Q0.4
立柱夹紧指示
LDI1.2
=Q1.0
主轴电动机旋转指示
LDNI1.2
AQ0.0
=Q1.1
电磁阀开启
LDM0.4
OM0.5
=Q0.5
立柱松开指示
LDI1.5
=Q0.7
4.3硬件接线图（见附录）
第五章Z3040摇臂钻床PLC控制设计软件仿真调试
按下I1.5,Q0.7亮，立柱松开指示开始工作。
按下I0.1，Q0.0、Q0.6、Q0，7、Q1.1主轴旋转主轴旋转指示灯亮，电源灯亮
长按下I0,2，则以下灯可亮，液压泵主轴箱、立柱、摇臂放松接触器开启，电磁阀开启
按下I1.0，摇臂上升接触器开启
按下I0.6，则摇臂上升用限位用行程开关开启
按下I1.1，摇臂夹紧用行程开关开启
按下I0.3，液压泵主轴箱、立柱、摇臂放松接触器开启，电磁阀开启
按下I1.0，摇臂下降接触器开启
按下I0.7，则摇臂下降用限位用行程开关开启
按下I0.4，液压泵主轴箱、立柱、摇臂放松接触器开启
按下I0.5，液压泵主轴箱、立柱、摇臂放松接触器开启
延时电路，完成延时
按下I1.3，主电机得到保护
按下I1.3，夹紧松开电机得到保护
结论
本课题所研究的基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计实现了Z3040摇臂钻床的控制自动化，方便了工人在生产中对机床的实际操作。
Z3040摇臂钻床控制系统设计是利用PLC基本知识，运用机电传动与控制内容进行编写程序，并仿真、调试。
通过整个设计过程，使我对可编程控制器与机电传动有了很大的认识和理解，充分认识到了自己学习中的盲点，通过理论分析和实践的反复推理和论证，许多问题都有了较好的解决方法。
通过这次设计，使我了解到PLC控制摇臂钻床升降，夹紧，松开，照明，冷却等协调运作的工作原理。
在PLC设计时，我们首先要明确目的和要求，从目的出发，找到实现途径，然后进行硬件的确定，并根据控制要求，构建总体设计思想，顺着设计思想画出控制流程图，最后在根据控制流程图写出PLC的梯形图，并进行仿真和调试。
通过不断反复的调试和修改，最终找到最佳的设计方案。
这次设计的优点是I/O点数较少，编程简单，条理清晰，控制连续，不需要复杂的分支，仿真和调试也比较方便。
但是控制方式选择不当，容易使程序变得复杂而出错，出错后调试也比较麻烦。
我在仿真调试的时候经常会遇到一些细节问题，比如说如何实现摇臂的升降控制，夹紧放松延时等等。
经过两个星期的不断探索，虽然中间经历了考研，耽误了课程设计的一些时间，但是最终我完成了设计要求，实现了设计目的，并从中收获很多。
设计总结
基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统设计，取代传统继电接触控制的方法,达到了使控制系统满足Z3040摇臂钻床对电力拖动和控制要求，简化了控制线,使得钻床的可靠性和效率大为提高。
通过这次设计实践我们学会了PLC的基本编程方法，对PLC的使用方法和工作原理都有了深刻的理解。
总结PLC与传统继电器的比较，其中最大优点就是电路不需要大范围的改动就能适合大量的控制电路。
要是控制电路变化了，原来的继电器电路都要更改，可能连原来的电路板都不能用了。
而PLC的更改就很少。
只要重新编程，把输入电路和输出电路更改就能实现了更改，PLC最开始就是设计用来需要频繁更改控制电路的地方。
在对理论的应用中，提高了我们对细节的重视。
在设计过程中，总会遇到各种问题，有时候一个问题会投入大量的时间和工作才能得以解决，累积了经验和信心。
谢辞
非常感谢学校学院给了我们这次非常重要的实习机会，这次机会对于提高我们的能力非常有帮助，对以后的学习和工作也有很大影响，能让我们更好更快的融入工作中去。
还要感谢王老师不辞劳苦的辛勤指导，对每个简单或困难的问题都予以精彩深刻的解答，使我又学到了很多的知识。
为了做好这次设计，我到图书馆查阅了许多资料，使我学到了许多课外知识。
还要感谢我的指导老师王宗才老师，谢谢他的指导，使我能够及时发现并改正错误，对一些不明白的地方，老师能够耐心讲解，如果没有老师的指导，我也不能顺利完成这次课程设计，所以非常感谢王老师的帮助。
还有在平时，同学间互相帮助，共同解决课程设计中遇到的一些问题，培养了我们互帮互助的精神，加强了同学们之间的友谊。
总之，在这次课设中我收获了很多，不仅学会了PLC控制系统的基本原理、控制过程和基本要求，而且懂得了互相帮助的可贵，大家在课程设计的过程中收获了快乐和欢笑，非常感谢帮助过我的人。
谢谢你们。
参考文献
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S7-200可编程序控制器教程.北京理工大学出版社
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机械工业出版社，1998
【14】王宗才.机电传动与控制.北京：
电子出版社，2010
附录
Z3040型摇臂钻床主电路图
Z3040型摇臂钻床PLC控制I/O（输入、输出）地址分配表
I（输入）
序号
名称
代号
地址
主电机停止按钮
SB1
I0.0
主电机启动按钮
SB2
I0.1
3
摇臂上升启动按钮
SB3
I0.2
摇臂下降启动按钮
SB4
I0.3
5
主轴箱、立柱、摇臂松开按钮
SB5
I0.4
主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮
SB6
I0.5
摇臂上升上限位行程开关
SQ1-1
I0.6
8
摇臂上升下限位行程开关
SQ1-2
I0.7
摇臂放松用行程开关
SQ2
I1.0
10
摇臂夹紧用行程开关
SQ3
I1.1
11
立柱夹紧、放松指示用行程开关
SQ4
I1.2
M1电动机过载保护用热继电器
FR1
I1.3
M3电动机过载保护用热继电器
FR2
I1.4
14
系统总启动
SA
I1.5
O（输出）
主轴旋转接触器
KM1
Q0.0
摇臂上升接触器
KM2
Q0.1
摇臂下降接触器
KM3
Q0.2
液压泵主轴箱、立柱、摇臂放松接触器
KM4
Q0.3
液压泵主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器
KM5
Q0.4
电磁阀
YA
Q0.5
电源工作状态指示信号灯
EL
Q0.6
立柱松开指示信号灯
HL1
Q0.7
立柱夹紧指示信号灯
HL2
Q1.0
主电动机旋转指示信号灯
HL3
Q1.1
硬件接线图
升级会员 