z3040搖臂鉆床的plc改造畢業(yè)設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本論文是研究機械加工中常用的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，具有結構簡單，編程方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強，故障率低，對工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點。

2、因此，本論文對Z3 040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造，將把PLC控制技術應用到改造方案中去，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)的設計方案，完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計，其中包括PLC機型的選擇、I/O端口的分配、I/O硬件接線圖的繪制、PLC梯形圖程序的設計。對PLC控制搖臂鉆床的工作過程作了詳細闡述，論述了采用PLC取代傳統(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)

3、從而提高機床工作性能的方法，給出了相應的控制原理圖。</p><p>　　關鍵詞：可編程控制器，搖臂鉆床，梯形圖，電氣控制系統(tǒng)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 本課題的選題背景和意義1</p>

4、<p>　　1.2 國內(nèi)外關于本課題的技術研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)3</p><p>　　2 Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的原理4</p><p><b>　　2.1主電路5</b></p><p>　　2.2 控制電路、信號及照明電路6</p><p>　　2.2.1 主電動機的旋轉控制8<

5、;/p><p>　　2.2.2 搖臂的升降控制8</p><p>　　2.2.3立柱和主軸箱的松開及夾緊控制9</p><p>　　2.3 電動機的選擇9</p><p>　　3 基于PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計10</p><p>　　3．1 PLC基礎理論11</p><

6、p>　　3.1.1 PLC的定義11</p><p>　　3.1.2 PLC的特點11</p><p>　　3.1.3 PLC的組成12</p><p>　　3.1.4 PLC工作原理13</p><p>　　3.2 PLC 型號的選擇13</p><p>　　3.3 PLC 的I/O 端口分配表14

7、</p><p>　　3.4 PLC 的I/O 電氣接線圖的設計15</p><p>　　4 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的改造及仿真16</p><p>　　4.1 PLC 梯形圖程序的優(yōu)化設計及程序調(diào)試16</p><p>　　4.2 PLC程序設計17</p><p>　　4.2.1 PLC梯形圖17

8、</p><p><b>　　4.3 仿真19</b></p><p>　　4.3.1主軸電機控制19</p><p>　　4.3.2正鉆搖臂上升20</p><p>　　4.3.3液壓泵正轉放松20</p><p>　　4.4 改造說明:21</p><p>

9、<b>　　五． 結論24</b></p><p>　　5.1 研究成果24</p><p>　　5.2 不足之處24</p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1

10、本課題的選題背景和意義</p><p>　　Z3040搖臂鉆床是工廠中常用的金屬切削機床，它可以進行多種形式的加工，如：鉆孔、鏜孔、鉸孔及螺紋等。從控制上講，它需要機、電、液壓等系統(tǒng)相互配合使用，而且，要進行時間控制。它的調(diào)速是通過三相交流異步電動機和變速箱來實現(xiàn)的。也有的是采用多速異步電動機拖動，這樣可以簡化變速機構。搖臂鉆床的主軸旋轉運動和進給運動由一臺交流異步電動機拖動，主軸的正反向旋轉運動是通過機械轉換

11、實現(xiàn)的。故主電動機只有一個旋轉方向。此外，搖臂的上升、下降和立柱的夾緊、放松各由一臺交流異步電動機拖動[1]。</p><p>　　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較多所以電路較復雜，在日常的生產(chǎn)作業(yè)當中，經(jīng)常發(fā)生電氣故障，從而影響生產(chǎn)。另外，一些復雜的控制如：時間、計數(shù)控制用繼電器—接觸器控制方式較難實現(xiàn)，所以，有必要對傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進行

12、改進設計。PLC電氣控制系統(tǒng)可以有效的彌補上述系統(tǒng)的這一缺陷。</p><p>　　可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC，是從早期的繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微型計算機控制技術，使之功能不斷增強，逐漸適合復雜的電氣控制系統(tǒng)。PLC之所以有較強的生命力，在于它更加適應工業(yè)現(xiàn)場和市場要求?？煽啃愿?，抗干擾能力強、編程方便、價格低、壽命長。與單片機相比

13、，它的輸入/輸出端更接近現(xiàn)場設備，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)時間與生產(chǎn)成本。</p><p>　　現(xiàn)在應用于各種工業(yè)控制領域的PLC種類繁多，規(guī)模大小和功能強弱千差萬別，但他們具有以下一些共同的特點。</p><p>　　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，平均無故障時間都大大超過IEC規(guī)定的10萬小時，例如：西門子、ABB、松下、三菱等微小型

14、PLC，而且都有完善的自診斷功能，判斷故障迅速。 </p><p>　　靈活組態(tài)。可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采用模塊化結構來完成不同的任務組合。輸入輸出端口選擇靈活，有多種機型，組合方便。</p><p>　　功能強大，除基本的邏輯控制、定時、計數(shù)、算術運算功能外，配合特殊功能模塊還可實現(xiàn)點位控制、PTO運算、過程運算、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上位機通信，通過遠程模塊可以

15、控制遠程設備。因此，PLC幾乎是全能的工業(yè)控制計算機。</p><p>　　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），使編程更加簡單方便。</p><p>　　運行速度快。傳統(tǒng)的機電接觸電氣控制系統(tǒng)通過大量觸點的機械動作進行控制，速度很慢

16、，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雜的控制任務，它與微型計算機之間的差別越來越小 [2]。</p><p>　　同時，PLC還具備了網(wǎng)絡功能，能進行多臺PLC或PLC與PC機之間的聯(lián)網(wǎng)通訊，使用PLC可以很方便的構成“集中管理、分散控制”的分布式電氣控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場總線的PLC通訊網(wǎng)絡，可使工廠的各種資源共享，就更適合于工廠自動化的需要，為工廠自動化提

17、供了技術保證 [3]。</p><p>　　正是由于PLC電氣控制系統(tǒng)的種種優(yōu)點,因此本次對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．同時，提高了PLC編程水平和實踐能力,為今后在實際工作中熟練使用PLC進行工業(yè)系統(tǒng)的設計打好基礎。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外關于本課題的技術研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)&l

18、t;/p><p>　　早在上世紀六十年代國外就已經(jīng)出現(xiàn)了可編程序控制器（PLC）的應用，之后世界各國爭相在該領域投入大量資金進行新產(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界面，用戶程序三級口令保護，極強的計算性能，完善的指令集，MPI接口和通過工業(yè)現(xiàn)場總線PROFD3US以及以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡能力，強勁的內(nèi)部集成功能

19、，全面的故障診斷功能；模塊式結構可用于各處性能的擴展，脈沖輸出晶閘管步進電機和直流電機；快速的指令處理大大縮短了循環(huán)周期，并采用了高速計數(shù)器，高速中斷處理可以分別響應過程事件，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、冗余技術、容錯技術廣泛應用到現(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，使其迅速在工業(yè)控制中得到推廣。雖然國內(nèi)PLC技

20、術的應用前景很大，并且取得了一定的經(jīng)濟效益，而相比之下，由于受經(jīng)濟和技術水平的限制，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—</p><p>　　隨著PLC技術在我國的迅猛發(fā)展，我們和國外先進技術的差距會不斷縮小。因此，抓住這個有利時機進一步促進PLC技術的推廣與應用，是提高我國工業(yè)自動化水平的迫切任務，此次對于Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造設計，就是希望借鑒國外先進的工

21、業(yè)控制技術，應用到工業(yè)現(xiàn)場，以提高搖臂鉆床的工作性能。</p><p>　　2 Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的原理</p><p>　　我國原來生產(chǎn)的Z3040搖臂鉆床的主軸旋轉運動和搖臂升降運動的操作是通過不能復位的十字開關來操作的,它本身不具有欠壓和失壓保護。因此在主回路中要用一個接觸器將三相電源引入。現(xiàn)在的Z3040搖臂鉆床取消了十字開關，它的電氣原理圖如下所示：</p

22、><p>　　圖2 Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)電氣原理圖</p><p>　　它的主電路、控制電路、信號電路的電源均采用自動開關引入，自動開關的電磁脫扣作為短路保護取代了熔斷器。交流接觸器KM1只主電動機M1接通或斷開的接觸器，KR1為主電動機過載保護用熱繼電器。搖臂的升降，立柱的夾緊放松都要求拖動的電動機正反轉，所以M2和M3電動機分別有兩個接觸器，它們?yōu)镵M2、KM3和KM4、K

23、M5。搖臂升降電動機M2、冷卻泵電動機M4均為短時工作，不設過載保護。</p><p><b>　　2.1主電路</b></p><p>　　控制的電動機共有四臺。z3040搖臂鉆床主運動和進給運動共用一臺主電動機m1。加工螺紋時要求主軸能正反向旋轉,主軸正反轉是采用機械方法來實現(xiàn)的,所以m1只需單向旋轉,主電動機功率為3kw,用sbl、sb2實現(xiàn)啟動和停止控制,用熱

24、繼電器frl作過載保護。搖臂的升降由升降電動機m2拖動,要求電動機能正反向旋轉,m2功率為1.1kw。sb3、sb4分別為搖臂上升和下降按鈕,由km2、km3控制電動機m2正反轉以實現(xiàn)搖臂的升降移動。立柱、主軸箱與搖臂的夾緊與松開是采用電動機m3帶動液壓泵,通過夾緊機構實現(xiàn)的。其夾緊與松開是通過控制電動機的正反轉送出不同流向的壓力油推動活塞帶動菱形塊動作來實現(xiàn)的。所以,液壓泵電動機m3要求能正反向旋轉,由km4、km5實現(xiàn)正反轉控制,m

25、3功率為0.6kw,用熱繼電器fr2作過載保護。冷卻泵電動機m4只需單向旋轉,其功率為0.125kw,由旋轉開關sa1直接控制單向旋轉。</p><p>　　圖2.1 Z3040搖臂鉆床主電路</p><p>　　2.2 控制電路、信號及照明電路</p><p>　　控制電路的電源由控制變壓器TC二次側輸出110V供電，主軸電動機m1的控制。按啟動按鈕sb2→接觸

26、器km1吸合并自鎖→主軸電動機m1啟動運行,同時指示燈hl3顯亮。按停止按鈕sb1→km1釋放→m1停止,同時指示燈hl3熄滅。搖臂升降控制。按下上升點動按鈕sb3→時間繼電器kt線圈得電→km4、yv同時線圈得電,液壓泵電動機m3啟動,搖臂松開→sq2動作,km2得電、km4斷電→搖臂上升→搖臂上升到位后,松開按鈕sb3→km2和kt同時斷電釋放→m2停止,搖臂停止上升→由于kt線圈失電,經(jīng)1~3秒延時,其延時閉合的常閉觸點復位→km

27、5圖2.2 Z3040搖臂鉆床控制電路</p><p>　　吸合→液壓泵電動機反轉→壓力油經(jīng)分配閥體進入搖臂的“夾緊油腔”搖臂夾緊。同時,活塞桿通過彈簧片使sq3的動斷觸點斷開→km5斷電釋放→液壓泵電動機停止,最終完成搖臂的“松開—上升—夾緊”的整套動作。搖臂的下降由sb4控制km3,啟動m2反轉來實現(xiàn),與搖臂上升過程類似。其中,搖臂的松開及夾緊到位分別由行程開關sq2及sq3的動作發(fā)出信號。搖臂升降的上下限

28、位保護分別由sq1及sq5實現(xiàn)。kt為斷電延時型時間繼電器,其作用是在搖臂升降到位后,延時1~3秒再啟動m3將搖臂夾緊。中間抽頭603對地為信號燈電源6.3V,241號線對地為照明變壓器TD二次側輸出36V。</p><p>　　2.2.1 主電動機的旋轉控制</p><p>　　在主電動機啟動前，首先將自動開關Q2、Q3、Q4扳到接通狀態(tài)，同時將配電盤的門關好并鎖上。然后再將自動開關Q1

29、扳到接通位置，電源指示燈亮。這時按下SB1，中間繼電器K1通電并自鎖,為主軸電動機與其他電動機的啟動做好了準備。當按下按鈕SB2時，交流接觸器KM1線圈通電并自鎖使主電動機旋轉，同時主電動機旋轉的指示燈HL4亮。主軸的正轉與反轉用手柄通過機械變換的方法來實現(xiàn)。</p><p>　　2.2.2 搖臂的升降控制</p><p>　　按下按鈕SB3，時間繼電器KT1通電吸合，它的瞬動觸點（33-

30、35）閉合使KM4線圈通電，液壓電動機M3起動供給壓力油，經(jīng)分配閥體進入搖臂的松開油腔，推動活塞使搖臂松開。同時活塞桿通過彈簧片使行程開關ST2的動斷觸點斷開沒，KM4線圈斷電,而ST2的動合觸電（17-21）閉合2M線圈通電，它主觸點閉合，2M電動機旋轉 使搖臂上升。</p><p>　　如果搖臂沒有松開，ST2的動合觸點不能閉合，搖臂升降電動機不能轉動，這樣就保證了只有搖臂的可靠松開后方可使搖臂上升或下降。&

31、lt;/p><p>　　當搖臂上升到所需要的位置時，松開按鈕SB3，KM2和KT1斷電，升降電動機M2斷電停止，搖臂停止上升。當持續(xù)1-3秒后，KT1的斷電延時閉合的動斷觸點（47-49）閉合，KM5線圈經(jīng)7-47-49-51號線，KM5 線圈通電液壓泵電動機M3反轉，使壓力油經(jīng)分配閥進入搖臂的夾緊液壓腔，搖臂夾緊。同時活塞桿通過彈簧片使ST3的動斷觸點（7-47）斷開，KM5線圈斷電，M3電動機停止，完成了搖臂的松

32、開—上升—夾緊動作。</p><p>　　搖臂升降電動機的正轉與反轉不能同時進行，否則將造成電源兩相間的短路。為避免由于操作錯誤造成事故，在搖臂上升和下降的線路中加入了觸點互鎖和按鈕互鎖。因為搖臂的上升或下降是短時的調(diào)整工作所以采用點動方式。</p><p>　　行程開關ST1是為搖臂的上升或下降的極限位置保護而設立的。ST1有兩對常閉觸點，ST1的動斷觸點（15-17）是搖臂上升時的極限

33、位置保護，ST1的動斷觸點（27-17）是搖臂于液壓夾緊機構出現(xiàn)故障或ST3調(diào)整不當，將造成液壓泵電動機M3過載它的過載保護熱繼電器的動斷觸點將斷開，KM5釋放同，M3電動機斷電停止。</p><p>　　2.2.3立柱和主軸箱的松開及夾緊控制</p><p>　　主軸箱與立柱的松開及夾緊控制可以單獨進行，也可以同時進行，它由組合開關SA2和按鈕SB5（或SB6）進行控制。SA2有三個位置

34、，在中間位置（零位）時為同時進行，搬到左邊位置時為立柱的夾緊或放松，搬到右邊位置為主軸箱的夾緊或放松。SB5是主軸箱和立柱的夾緊按鈕。</p><p>　　下面以主軸箱的松開和夾緊 為例說明它的動作過程：首先將組合開關SA2搬向右側，觸點（57-59）接通，觸點(57-63)斷開。當要主軸箱松開時，按下按鈕SB5，這時時間繼電器KT2和KT3線圈同時通電，但KT2為斷電延時型時間繼電器，所以KT2的通電使瞬時常開

35、觸點閉合，斷電延時斷開的動斷觸點（7-57）也閉合使YA1通電，經(jīng)1-3s后KT3的延時動合觸點（7-41）閉合，通過3-5-7-41-43-37-39使KM4通電，液壓泵電動機正轉使壓力液壓油經(jīng)分配閥進入主軸箱液壓缸，推動活塞使主軸箱放松。活塞桿使ST4復位主軸箱和主柱分開，指示燈HL2亮。當要主軸夾緊時，按下按鈕SB6仍首先為YA1通電，經(jīng)1-3s后中，KM5線圈通電，液壓泵電動機反轉，壓力油經(jīng)分配閥進入主軸箱液壓缸，推動活塞使主軸

36、箱夾緊。同時活塞桿使ST4受壓，它的動合觸點（607-613）閉合，指示燈HL3亮，觸點（607-613）斷開，指示燈HL2滅，指示主軸箱與立柱夾緊。</p><p>　　當將SA2搬到左側時，觸點（57-63）接通，（57-59）觸點斷開。按下按鈕SB5或SB6時使YA2通電，此時主柱松開或夾緊。SA2在中間位置時，觸點（57-59、57-63）均接通，按下SB5或SB6時，YA1、YA2均通電，主軸箱和立柱同

37、時進行夾緊或放松。其它動作過程和主軸箱松開和夾緊完全相同[4]。</p><p>　　2.3 電動機的選擇 </p><p>　　通常采用調(diào)查統(tǒng)計類比或采用分析與計算相結合的方法來確定電動機的功率。</p><p>　　（1）調(diào)查統(tǒng)計類比法   </p><p>　　目前我國機床設計制造部門，往往采用這種方法來

38、選擇電動機容量。這種方法就是對機床主拖動電動機進行實測、分析，找出了電動機容量與機床主要數(shù)據(jù)的關系，根據(jù)這種關系作為選擇電動機容量的依據(jù)。 </p><p>　　搖臂鉆床主電動機的功率：</p><p>　　式中: P 主拖動電動機容量(kW) </p><p>　　D 最大鉆孔直徑（mm） </p><p><b>

39、;　　分折計算法 </b></p><p>　　可根據(jù)機床總體設計中對機械傳動功率的要求，確定機床拖動用電動機功率。即知道機械傳動的功率，可計算出所需電動機功率：</p><p>　　式中：P 主拖動電動機容量(kW) </p><p>　　P1 機械傳動軸上的功率 </p><p>　　η1

40、生產(chǎn)機械效率 </p><p>　　η2 電動機與生產(chǎn)機械之間的傳動效率</p><p><b>　??； </b></p><p>　　式中：η：為機床總效率，一般主運動為回轉運動的機床取0.7~0.85。</p><p>　　因此電動機的選擇如下： </p><p>　　主軸電

41、動機M1：型號Y100L2-4；性能指標：3KW、6.8A、1420r/min。 作用：刀具的旋轉和進給。 </p><p>　　搖臂升降電動機M2：型號Y90L-4；性能指標：1.5KW、3.7A、1400r/min。作用：搖臂的升降拖動。 </p><p>　　液壓泵電動機M3：型號Y802-4；性能指標：0.75KW、2.1A、1450r/min。作用：驅(qū)動液壓系統(tǒng)。 <

42、/p><p>　　冷卻泵電動機M4：型號DB-25B；性能指標：120W、0.39A、2800 r/min。作用：輸送冷卻液用作刀具和工件的冷卻及潤滑。</p><p>　　3 基于PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計</p><p>　　Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計方案由兩部分組成，一部分為電氣控制系統(tǒng)的硬件設計，也就是PLC 的機型的確定；另一部分

43、是電氣控制系統(tǒng)的軟件設計，就是PLC控制程序的編寫。[7]軟件的程序設計我們在下一章再做詳細討論。為了使改造后的搖臂鉆床仍能夠保持原有功能不變，此次改造的一個重要原則之一就是，不對原有機床的控制結構做過大的調(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。</p><p>　　3．1 PLC基礎理論</p><p>　　3.1.1 PLC的定義</p><p&g

44、t;　　可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC。最初只能進行計數(shù)、定時及開關量的邏輯控制。[8]1987年2月，國際電工委員會（IEC）對可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術操作等面向擁護的指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機

45、械和生產(chǎn)過程。[9]可編程序控制器及其有關外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充功能的原則設計。</p><p>　　3.1.2 PLC的特點</p><p><b>　?。?）可靠性高</b></p><p>　　在I/O環(huán)節(jié)，PLC采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采用EPROM存儲，一般PLC的平

46、均無故障工作時間可達幾萬小時以上。</p><p><b>　?。?） 控制功能強</b></p><p>　　PLC采用的CUP一般是具有較強位處理功能的位處理機，為了增強其復雜的控制功能和連網(wǎng)通訊等管理功能，可以采用雙CPU的運行方式，使其功能得到極大的增強。</p><p>　?。?） 編程方便易學</p><p>

47、;　　第一編程語言（梯形圖）是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場人員學習。</p><p>　?。?） 使用于惡劣的工作環(huán)境</p><p>　　采用封裝的方式，適合于各種震動、腐蝕、有毒氣體等的應用場合。</p><p>　?。?） 與外部設備連接方便</p><p>　　采用統(tǒng)一接線方

48、式的可坼裝的活動端子排，提供不同的端子功能適合于多種電器規(guī)格。</p><p>　?。?） 體積小、重量輕、功耗低。</p><p><b>　　（7） 性價比高。</b></p><p>　?。?） 模塊化結構，擴展能力強。</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場的需要進行不同功能的擴展和組裝，一種型號的PLC可用于控制從幾個I

49、/O點到幾百個I/O點的控制系統(tǒng)。</p><p>　　（9） 維修方便，功能更靈活</p><p>　　程序的修改就以意味著功能的修改，因此功能的改變非常靈活。[10]</p><p>　　3.1.3 PLC的組成</p><p><b>　　（1）輸入寄存器</b></p><p>　　輸入寄

50、存器可按位進行尋址，每一位對應一個開關量，其值反映了開關量的狀態(tài)，其值的改變由相互如開關量驅(qū)動，并保持一個掃描周期。CPU可以讀其值，但是不可以寫或進行修改。</p><p><b>　?。?）輸出寄存器</b></p><p>　　輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個時間段的輸出值，而程序循環(huán)執(zhí)行開始時的輸出寄存器的值，表明的是上一時間段的真實輸出值，在程序執(zhí)行

51、過程中，CPU可以讀其值，并作為條件參加控制，還可以修改其值，而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產(chǎn)生影響。</p><p><b>　?。?）存儲器 </b></p><p>　　存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能修

52、改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復雜的控制功能。</p><p><b>　?。?）CPU單元</b></p><p>　　CPU單元控制著I/O寄存器的讀、寫時序，以及對存儲器單元中的程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。</p><

53、p><b>　?。?）其他單元接口</b></p><p>　　其他單元接口用語提供PLC與其他設備和模塊進行連接通信的物理條件。[11]</p><p>　　3.1.4 PLC工作原理</p><p>　　CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行CPU自診斷測試及寫輸出等等

54、內(nèi)容。</p><p>　　PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設備。他意識周而復始的循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分的內(nèi)容。[12]典型的PLC在一個周期中可以完成以下5個掃描過程。</p><p>　?。?）自診斷測試掃描過程。為保證設備的可靠行，及

55、時放映所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。</p><p>　?。?）與網(wǎng)絡進行通訊的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡的PLC系統(tǒng)才有通訊掃描過程，這一過程用于PLC之間及PLC與上位計算機或終端設備之間的通信。</p><p>　　（3）用戶程序掃描過程。機器處于正常運行狀態(tài)下，每一個掃描周期內(nèi)都包含該掃描過程。該過程在機器運行中是否執(zhí)行是可控的，即用戶可以通過軟件進行

56、設定。用戶程序的長短會影響過程所用的時間。</p><p>　　（4）讀輸入、寫輸出掃描過程。機器在正常運行狀態(tài)下，每一個掃描周期都包含這個掃描過程。該過程在機器運行中是否被執(zhí)行是可控的。CPU在處理實際輸出點，而是在內(nèi)存中設置了兩個映象寄存器：一個為輸入映象寄存器，另一個為輸出映象寄存器。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值，運算結果也放在輸出映像寄存器。在輸入掃描過程中，CPU把實際輸入點的狀態(tài)鎖入到輸入

57、映像寄存器：在輸出掃描過程中CPU把輸出映像寄存器的值的輸出點。</p><p>　　3.2 PLC 型號的選擇</p><p>　　PLC的種類和規(guī)格很多，不同廠家生產(chǎn)的大中小型PLC的結構功能不盡相同, 但它們的基本結構與工作原理大體相同。S7-200系列PLC是西門子公司20世紀90年代推出的整體式小型可編程控制器，其結構緊湊、系列完整、功能完善、具有很高的性價比，可用于代替繼電器的

58、簡單控制場合，也可用于復雜的自動控制系統(tǒng)。[13]由于有很強的通信功能，在大型網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等。</p><p>　　S7-200系列PLC可提供4種不同型號的CPU，根據(jù)本系統(tǒng)工藝要求選用了CPU226型的可編程控制器，本機集成24輸入16輸出共40個數(shù)字量I/O 點?？?/p>

59、連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸，用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能，可完全適應于各種中小型

60、控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.3 PLC 的I/O 端口分配表</p><p>　　根據(jù)所選PLC 的型號進行I/O 點的端口分配，如表3-1和3-2所示：</p><p>　　表 3-1 輸入信號端口分配表</p><p>　　表 3-2 輸出信號端口分配表</p><p>　　3.4 PLC 的I/O

61、電氣接線圖的設計</p><p>　　下圖3-1為PLC 的I/O 電氣接線圖，圖中I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、。I0.5、I0.6、I0.7、I1.0、I1.1、I1.2、I1.3、I1.4、I1.5 共用一個COM 端，輸入開關的其中一端應并接在直流24V 電源上，另一端應分別接入相應的PLC 輸入端子上。接線時注意PLC 輸入/輸出COM 端子的極性。接觸器的線圈工作電壓若為交流220

62、V，則接觸器線圈連接的Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3可以共用一個 COM 端。Q0.4、Q0.5、Q0.6 Q0.7、Q1.0、Q1.1可以共用一個COM端。本電路的輸出端全為交流回路，因此在電源電壓相同的接口可共用一個COM 端。</p><p>　　圖3-1 PLC接線圖</p><p>　　4 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的改造及仿真</p><p>

63、;　　4.1 PLC 梯形圖程序的優(yōu)化設計及程序調(diào)試</p><p>　　為了使Z3040 搖臂鉆床在進行電氣控制系統(tǒng)改造后仍能夠完成原有的工作需要，該設計基于PLC 的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC 程序應由電氣控制系統(tǒng)預開程序、主電動機的起動和停止控制程序、搖臂升降控制程序即升降電動機的正反轉控制程序、立柱和主軸箱的松開與夾緊控制程序即液壓泵電動機的正反轉程序、信號的顯示程序等部分組成。[14]因選用SIMAT

64、IC S7-200型號的PLC，所以編程時采用Windows 環(huán)境下運行的V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6的編程軟件來編程設計, 采用S7-200漢化版 可編程控制器訓練裝臵來進行模擬調(diào)試。[15]</p><p>　　4.2 PLC程序設計</p><p>　　4.2.1 PLC梯形圖</p><p>　　PLC梯形圖的設計本著簡單、可靠的設計原則

65、，將所學知識運用到設計任務當中。設計中不僅有電氣互鎖，而且有熱繼電器的保護，使系統(tǒng)不僅能在正常情況與完好的運行，也能在有錯誤的情況下在最短的時間內(nèi)通知工作人員，能夠及時的處理問題，以免帶來不必要的損失。梯形圖如下：</p><p><b>　　4.3 仿真</b></p><p>　　對PLC程序進行仿真，以下以主軸電機控制、正傳搖臂上升、液壓泵正轉放松為例在仿真軟件

66、上仿真。</p><p>　　4.3.1主軸電機控制</p><p>　　按下系統(tǒng)總啟動按鈕SA，主軸啟動按鈕SB2，主軸線圈得KM1得電，主軸電機旋轉，運行指示燈EL亮。仿真如圖4-1所示：</p><p>　　圖 4-1 主軸電機控制仿真圖</p><p>　　4.3.2正鉆搖臂上升</p><p>　　放松工件到

67、位,即放松到位開關SQ2被按下，按下?lián)u臂上升按鈕SB3，搖臂上升KM2線圈得電，搖臂上升。仿真如圖4-2所示：</p><p>　　圖 4-2 正轉搖臂上升</p><p>　　4.3.3液壓泵正轉放松</p><p>　　立柱放松按鈕SB5被按下，液壓泵放松線圈KM4得電，液壓泵放松，仿真如圖4-3：</p><p>　　圖4-3 液壓泵正

68、轉放松</p><p>　　4.4 改造說明:</p><p>　　Z3040搖臂鉆床的PLC改造:</p><p>　　按下按鈕I0.3，Q0.2與M0.1得電。搖臂下降，搖臂線圈與中間繼電器得電。</p><p>　　中間繼電器M0.0與M0.1線圈得電，常開觸電接通，中間繼電器M0.4得電。</p><p>　

69、　當中間繼電器Q0.5接通，中間繼電器M0.7得電，按下按鈕I0.5，M0.7斷電，Q0.4得電。但按下I0.5與I0.4，Q0.4得電液壓泵反轉夾緊。</p><p>　　同時按下按鈕I1.2和I1.5，Q1.0得電。立柱松開指示燈亮。</p><p><b>　　五． 結論</b></p><p>　　本課題所研究的基于PLC的搖臂鉆床電氣

70、控制系統(tǒng)的設計實現(xiàn)了Z3040搖臂鉆床的控制自動化，方便了工人在生產(chǎn)中對機床的實際操作。通過研究，可得出以下結論：</p><p><b>　　5.1 研究成果</b></p><p>　　可編程控制器是一種廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場的新型控制器，具有結構簡單，抗干擾性強，編程方便等特點，本課題采用PLC自動控制技術取代了傳統(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對Z3040搖臂

71、鉆床的自動控制，從而提高了機床的工作效率、工作穩(wěn)定性和可靠性，而且，還大大降低了工人的勞動強度，改善了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低了設備故障率，提高了生產(chǎn)率。另外，通過這次畢業(yè)設計使我對PLC和電控方面的知識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工作奠定了很好的基礎。</p><p><b>　　5.2 不足之處</b></p><p>　　這次對于Z3040

72、搖臂鉆床的控制線路的改造，是把傳統(tǒng)繼電器控制轉換成用可編程控制器控制。在傳統(tǒng)繼電器控制的搖臂鉆床線路中，接線十分繁瑣，在出現(xiàn)故障的時候檢修比較復雜；用PLC控制的機床設備的控制線路，接線較為方便，精力基本可以放在編程方面，在檢修方面，可以根據(jù)PLC的控制面板上I/O的指示燈和故障的現(xiàn)象，可以很快地查出故障點來。在機床線路的改進方面，傳統(tǒng)繼電器的改進幾乎要把控制線路全都重接，而用PLC控制的機床設備，只需改一些線路，重要的是把編程程序按要

73、求編寫就行了?，F(xiàn)在在數(shù)控機床的控制線路上基本上是用的可編程控制器。PLC應用于搖臂鉆床這一課題是一個技術改造的課題，它既有軟硬件的設計和調(diào)試，也有理論研究。完成該課程設計，鞏固了和加強了專業(yè)知識，特別是PLC知識，提高了我的動手能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]齊占慶主編．機床電氣控制技術．第三版．北京：機械工業(yè)出版社，2

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79、t;<p>　　附錄C Z3040搖臂鉆床電氣原理控制電路圖</p><p>　　附錄D Z3040搖臂鉆床I/O表</p><p><b>　　輸入信號端口分配表</b></p><p><b>　　輸出信號端口分配表</b></p><p>　　附錄E Z3040搖臂鉆床