基于Z35型摇臂钻床的PLC程序设计.docx
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基于Z35型摇臂钻床的PLC程序设计
基于Z35型摇臂钻床的PLC程序设计
学院：
电气与光电工程学院
专业：
电气工程及其自动化
班级：
：
学号：
电器与PLC课程设计任务书
电气与光电工程学院专业：
电气工程及其自动化班级：
学生姓名
指导老师
职称
讲师
课题名称
基于Z35型摇臂钻床的PLC程序设计
指标及要求
达到设计课题的控制要求，上机调试PLC控制程序，打印PLC程序，计算机绘图。
课题工作内容
工作内容：
1、了解机床的加工工艺及工作原理。
2、设计方案论证，系统建立，电气原理控制设计。
3、元器件选择，梯形图设计（控制分析）。
4、完成设计图纸，完成设计任务书。
5、设计测评。
进程
安排
第一天：
下达任务，收集资料，消化课题。
第二天：
电气原理控制设计，元器件选择。
第三天：
I/O表，PLC接线图。
第四天：
梯形图设计，上机调试。
第五天：
完成报告。
主要
参考
文献
《可编程控制原理与应用》北京理工大学出版社范次猛
《可编程控制应用技术实训指导》化学工业出版社李俊秀
《电气控制与PLC应用》北京机械工业出版社余雷生方宗达
《电气控制与可编程控制器技术》化学工业出版社史国生
地点
起止日期
1、引言
可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。
1、使用方便，编程简单。
采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。
另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
2、功能强，性能价格比高。
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。
它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。
PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。
3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。
PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。
硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。
4.可靠性高，抗干扰能力强。
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
5.系统的设计、安装、调试工作量少。
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。
完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。
6.维修工作量小，维修方便。
PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。
PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。
在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。
但是气控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更，对生产工艺变化的适应性差。
2、系统硬件设计
2.1系统硬件配置及组成原理
2.1.1Z35摇臂钻床电气控制原理图
本设计中研究Z35摇臂钻床，其中Z35摇臂钻床电气控制原理图如图2.1所示。
2.1.2Z35型摇臂钻床使用开关元件介绍
1、十字开关
十字开关由十字手柄和四个微动开关组成，根据工作需要可将操作于柄分别扳在孔槽内五个不同的位置上，即左、右、上、下和中间五个位置。
除中间位置外，其余四个位置后面都装有微动开关，当操作手柄分别扳到这四个位置时都可压下对应的微动开关，接通相应的控制电路。
操作手柄每次只可扳在一个位置上，当手柄处在中间位置时，四个微动开关全部处于断开状态。
2、汇流环
又称集流环，或称旋转电气接口、滑环、电刷，主要用在要求连续旋转的同时，又需要从固定位置到旋转位置传输电源和信号的机电系统中。
3、行程开关
LX5－11小柱塞式行程开关主要用于交流50Hz，电压380V，直流220V的控制电路中，作为限制各种机构和行程之用。
2.1.3主电路工作原理
1、主轴电动机的控制
主轴电动机M2由接触器KM1和十字开关SA控制。
先将电源总开关QS1合上，并将十字开关下柄扳向左方。
这时，SA0的触头压合，零压继电器KA吸合并自锁，为其它控制电路接通作好准备。
再将十字开关扳向右方，SA1的触头接通，接触器KM1得电吸合，主轴电动机M2起动运转，经轴传动机构带动主轴旋转。
主轴的旋转方向由主轴箱上的摩擦离合器手柄操纵。
2、摇臂升降控制
在零电压继电器得电并自锁的前提下进行，用来调整工件与钻头的相对高度。
以摇臂上升为例，将十字开关于柄从屮间位扳到向上位，SA2的触头接通，接触器KM2得电，电动机M3正转起动。
由于机械结构关系，在M3开始运转时，摇臂暂不会上升，而是通过传动装置使摇臂夹紧机构放松。
同时，将位置开关SQ2的常开触头SQ2-2闭合，为夹紧摇臂作好准备。
当夹紧机构放松后，电动机M3通过升降丝杆，带动摇臂上升。
当上升到预定位置时，将十字开关手柄扳回中间位，接触器KM2断电，电动机M3停止，摇臂停止上升。
由于KM2的互锁触头恢复闭合，而SQ2－2在摇臂上升前已合上，故接触器KM3通电吸合，电动机M3反转，通过机械夹紧机构使摇臂自动夹紧。
夹紧后，位置开关SQ2-2断开，KM3断电释放，电动机M3停转，上升过程结束。
在摇臂上升和下降的控制电路中，分别串入位置开关SQ1－1、SQ1－2的常闭触头。
当摇臂上升或卜降到极限位置时，挡块将相应的位置开关压下，使电动机停转，从而避免事故的发生。
3、立柱夹紧与松开的控制
通过接触器KM4和KM5控制电动机M4的正、反转来实现。
需要摇臂和外立柱绕内立柱转动时，应先按下按钮SB1，使接触器KM4得电吸合，电动机M4正转，通过齿式离合器驱动齿轮式油泵，送出高压油，经一定油路系统和传动机构将内外立柱松开。
放开SB1，电动机M4停转。
这时，摇臂在人力推动下转动，当转到所需位置时，再按下按钮SB2，使接触器KM5得电，电动机M4反转，在液压推动下，立柱被夹紧。
SB2松公开后，电动机M4停转，整个松开一移动一夹紧过程结束。
由于主轴箱在摇臂上的夹紧与放松和立柱的夹紧与放松是用同一台电动机和液压机构配合进行的，因此，在对立柱夹紧与放松的同时，也对主轴箱在摇臂上进行了夹紧与放松。
4、冷却泵电动机的控制
由转换开关QS2直接控制。
5、零压继电器KA的作用
KA起零压保护作用。
机床动作时，若线路断电，在电压恢复时KA不能自行通电，必须将十字开关手柄扳至左边位置，KA才能再次通电吸合。
2.2PLC的选型
选择FX2N－32MR型。
2.2.1Z35型摇臂钻床输入输出点数统计
因为在改造中不改变原控制系统，所以PLC输入输出点数可根据原继电器控制电路来计算。
2.2.1.1输入点数
1、主轴电动机启动运转的十字开关1个（SA右开关）
2、控制摇臂上升的十字开关1个（SA上开关）
3、控制摇臂下降的十字开关1个（SA下开关）
4、挫制摇臂夹紧开关SQ2-1和SQ2-2
5、防止摇臂上升或下降不致超过允许的极限的位置开关SQ1和SQ3
6、立柱松开按钮SB1
7、立柱夹紧按钮SB2
故输入点数其12点。
2.2.1.2输出点数
1、主轴电动机M2运行交流接粗器
2、升降电机正、反转交流接触器
3、立柱夹紧与松开控制电机的正、反转交流接器
故输出点数共7点。
2.2.2PLC选择
Z35型摇臂钻床改造后共需点数为19点，为了保证所设计的控制系统能正常运行，在设计硬件系统时，应根据I/O实际点数留有20%余量，考虑到发展及工艺控制问题，故选择三菱FX2N－32MR型继电器输出，I/O总点数为32，输入点数为16点，输出点数为16点，
2.2.2.1PLC系统变量定义及I/O分配表
表2-1系统变量定义及I/O分配表
外接电器
输入PLC元件
作用
外接电器
输出PLC元件
作用
SA0
X0
十字开关左
KA
Y0
零压继电器线圈
SA1
X1
十字开关右
KM1
Y1
启动主轴电机M2
SA2
X2
十字开关上
KM2
Y2
电机M3正转摇臂上升
SA3
X3
十字开关下
KM3
Y3
电机M3反转摇臂下降
SB1
X4
立柱松开
KM4
Y4
电机M4正转立柱松开
SB2
X5
立柱夹紧
KM5
Y5
电机M3反转立柱夹紧
QS3
X6
启动照明
EL
Y6
照明
FR3
X7
热继电器过载保护
SQ1
X11
防止摇臂上升不超过极限位置的位置开关
SQ2-1
X13
控制摇臂夹紧开关
SQ2-2
X12
控制摇臂松开开关
SQ3
X14
防止摇臂下降不超过吸限位置的位置开关
2.2.2.2系统I/O接线图设计
3、系统程序设计
3.1控制程序流程图设计
3.2控制程序时序图设计
3.3控制程序设计思路
根据Z35型摇臂钻床继电器控制电路的工作原理及工艺流程，进行控制系统程序设计。
3.3.1梯形图
3.3.2语句表
0LDIX007
X007=热继电器FR3过载保护
1LDX000
X000=SA0置于KA启动
2ORY000
Y000=KA线圈
3ANB
4OUTY000
Y000=KA线圈
5MPS
6ANDX001
X001=SA1控制主轴电动机常开触点
7OUTY001
Y001=KM1主轴电动机线圈
8MRD
9LDX002
X002=SA2控制电机M3上升常开触点
10ANIX011
X011=SQ1限位开关
11ORX012
X012=SQ2-2限位开关
12ANB
13ANIY003
Y003=KM3控制摇臂下降线圈
14OUTY002
Y002=KM2控制摇臂上升线圈
15MRD
16LDX003
X003=SA3控制电机M3下降常开触点
17ANIX013
X013=SQ2-1限位开关
18ORX014
X014=SQ3限位开关
19ANB
20ANIY002
Y002=KM2控制摇臂上升线圈
21OUTY003
Y003=KM3控制摇臂下降线圈
22MRD
23ANIX004
X004=SB1控制电机M4松开触点
24ANDX005
X005=SB2控制电机M4夹紧触点
25ANIY004
Y004=KM4控制立柱松开线圈
26OUTY005
Y005=KM5控制立柱夹紧线圈
27MPP
28ANDX004
X004=SB1控制电机M4松开触点
29ANIX005
X005=SB2控制电机M4夹紧触点
30ANIY005
Y005=KM5控制立柱夹紧线圈
31OUTY004
Y004=KM4控制立柱松开线圈
32LDX006
X006=QS3控制照明
33OUTY006
Y006=EL照明
34LDIX007
X007=热继电器FR3过载保护
35ORIY007
Y007=保护线圈
36ANIX000
X000=SA0置于KA启动
37ANDY000
Y000=KA线圈
38OUTY007
Y007=保护线圈
39END
4、系统调试及结果分析
4.1系统调试及解决的问题
1、根据PLC接线图将模块与PLC主机正确连接
2、检查无误后打开模块电源开关
3、PLC主机开关拔至编程位置（STOP）
4、用电脑PLC编程软件进行梯形图编程
5、从电脑PLC页面写出程序到主机
6、主机开关拔至运行位置（RUN）
7、从电脑PLC页面实施监控
8、对模块进行实操试运行
4.2结果分析
Z35型摇臂钻床原电器控制电路经PLC控物改造后，降低了设备运行的故障率，提高了设备运行的稳定性和使用率。
减轻了操作人员的修劳动强度。
改造后的试用结果表明，效果良好，收到了较好的经济效益和社会效益。
5、课程设计的心得
这次课程设计历时一个星期，通过这一个星期的学习我发现了自己还存在很多不足的地方，例如，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏的，理论联系实际的能力还有待提高。
在此次课程设计中，我知道了Z35型摇臂钻床的工作原理，还有使我在电气制图的能力和PLC控制系统的编程和调试能力方面得到锻炼等等。
这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。
刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，有的绘制原理图，有的进行接线和调试，还有的积极查询相关资料并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。
在此次课程设计中，只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。
而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经因为调试的成功而热情高涨。
生活就是这样汗水预示着结果也见证着收获。
劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
虽然这只是一次的极简单的课程设计，可是平心而论，那也耗费了我们不少的心血，这就让我不得不佩服那些专门搞设计的技术前辈们，才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的生活更美好，他们为我们社会所付出多少心血啊！
通过这次课程设计，我想说，为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但是苦中仍有乐，和小组的其他成员一起探讨的日子里，我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐就在这里洒下啊！
对我而言，在知识上的收获重要，在精神上的丰收更加可喜。
让我知道了学无止境的道理。
我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。
6、参考文献
《可编程控制原理与应用》北京理工大学出版社范次猛
《可编程控制应用技术实训指导》化学工业出版社李俊秀
《电气控制与PLC应用》北京机械工业出版社余雷生方宗达
《电气控制与可编程控制器技术》化学工业出版社史国生
7、实物图
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