PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计方案.docx

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PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计方案

封面

作者：

PanHongliang

仅供个人学习

摘要

本论文是研究机械加工中常用的Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题,旨在解决传统继电器—接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。

由于PLC电气控制系统与继电器—接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。

因此，本论文对Z3040摇臂钻床电气控制系统的改造，将把PLC控制技术应用到改造方案中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。

论文分析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改造Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件和软件的设计，其中包括PLC机型的选择、I/O端口的分配、I/O硬件接线图的绘制、PLC梯形图程序的设计。

对PLC控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，论述了采用PLC取代传统继电器—接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，给出了相应的控制原理图。

关键词：

可编程控制器，摇臂钻床，梯形图，电气控制系统

Abstract:

ThispaperistostudiesthemachineprocessincommonuseZ3040ininsideradialdrillingmachineelectriccontrolsystemimprovesproblem.Theaimissolvingdevicecomplexity,inferiorreliabilityandstability,malfunctionanalysisandtroubleobviationofthetraditionalrelayelectriccontrolsystem.BecauseofelectriccontrolsystemPLCtherearelotsofadvantageswhichincludedesign,install,connectthelineandadjusttotryworkloadsmall,theperiodofresearchandmanufactureisshort,reliabilityishigh,theabilityofAnti-interferenceisverystrong,therateofbreakdownislow,thedemandofworkenvironmentislow,maintenanceconvenienceaseriesofadvantageetc.Therefore,aworkfortotheZ3040radialdrillingmachineelectriccontrolsystemreforming,willreformingPLCcontroltechniqueapplicationintheproject,thenincreasingradialdrillingmachine’sworkfunction.Thepaperintroducestothecontrolprincipleoftheradialdrillingmachine.EstablishedtheprogrammablecontrollerimprovethedesignprojectofelectriccontrolsystemofZ3040radialdrillingmachine.Completedthedesignofthesoftwareandhardwareoftheelectriccontrolsystem,AmongthemincludethemodelofPLCchoice、theI/Oallotmentoftheaddress、theI/Ohardwareconnectsthelinediagram、PLCtrapeziumdiagram’sdesign.ItexplainsthatPLCcontroltheworkprocessofradialdrillingmachine.DiscussingtheadoptionPLCreplacesthetraditionalelectriccontrolsystem’smethodandincreasestheworkfunctionofradialdrillingmachine,giveahomologouscontrolprinciplediagram.

Keywords:

PLC，Radialdrillingmachine，Trapeziumdiagram，ElectricControlSystem

目录

1绪论............................................................1

1.1本课题的选题背景和意义1

1.2国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态2

2Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理3

2.1主电路3

2.2控制电路、信号及照明电路3

2.2.1主电动机的旋转控制4

2.2.2摇臂的升降控制4

2.2.3立柱和主轴箱的松开及夹紧控制4

3基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计5

3．1PLC型号的选择5

3.1.1根据PLC的物理结构5

3.1.2根据PLC的指令功能5

3.1.3根据PLC的输入输出点数6

3.1.4根据PLC的存储容量6

3.1.5根据PLC的输入模块的类型6

3.1.6根据PLC的输出模块的类型6

3.2PLC的I/O端口分配表6

3.3PLC的I/O电气接线图的设计8

4Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计9

4.1PLC梯形图程序的优化设计及程序调试9

4.1.1系统预开程序9

4.1.2主电动机的起动控制程序9

4.1.3摇臂升降控制程序10

4.1.4主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序..........................10

4.1.5主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序10

4.1.6信号显示程序11

4.1.7电源工作状态指示信号程序11

5结论12

5.1研究成果.......................................................12

5.2不足之处.......................................................12

致谢13

参考文献14

附录A.............................................................15

附录B.............................................................16

1绪论

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[1]。

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[2]。

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[3]。

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