搖臂鉆床電氣控制系統改造

1、 可修改 歡送下載 精品 Word 可修改 歡送下載 精品 Word 可修改 歡送下載 精品 Word摘 要Z3040型搖臂鉆床適用于單件或批量生產帶有多孔的大型零件的孔加工，是機械加工車間常用(chn yn)的機床，在機械行業中得到了廣泛應用。但繼電器接觸器控制方式電路接線(ji xin)復雜，觸電多，本錢(bn qin)很高，今后的邏輯修改和增加(zngji)功能比擬(bn)困難等諸多缺點。 PLC控制系統與繼電器接觸器電氣控制系統相比，具有結構簡單，編程方便，調試周期短，可靠性高，對工作環境要求低等一系列優點。因此對Z3040搖臂鉆床控制系統PLC改造是非常必要的。本設計對Z3040搖臂

2、鉆床電氣控制系統PLC的改造。首先，從Z3040搖臂鉆床的控制原理和PLC的特點分析入手；其次，根據控制系統的原理和PLC的特點完成了PLC機型的選擇、I/O端口的分配和接線圖繪制；PLC梯形圖程序的設計、指令語句表編寫和系統程序的仿真；最后根據控制要求，完成了搖臂鉆床控制電路中主要電氣元件的計算選擇。通過PLC改造搖臂鉆床控制系統，克服了繼電器接觸器許多缺點，大大提高搖臂鉆床的工作能力和工作壽命，同時運用了系統仿真，能形象、直觀的模擬出搖臂鉆床運動情況。關鍵詞：可編程控制器，搖臂鉆床，梯形圖，電氣控制系統 AbstractZ3040 type radial drilling machine

3、is mechanical processing workshop commonly used machine that is suitable for single piece or batch production with large parts of the porous hole processing. it is widely used in the machinery industry.but the relay contact device control circuit wiring way more complex electric shock, cost is high，

4、The logic of revision and function increasing will very difficult in the future. The control system of PLC compared with the relay contactor electric control system.It have the excellent feature that is a simple structure, a convenient programming, a short commissioning period, a high reliability an

5、d an anti-interference ability, a low failure rate and a low advantages for work environment. So the Z3040 radial drilling machine control system modification is very necessary. This design that is Z3040 radial drilling machine of the electrical control system is reformed the PLC. First of all, anal

6、ysis Z3040 radial drilling machine control principle and the characteristics of the PLC. Secondly, according to the principle of PLC control system and the characteristics of the type finish PLC choose the I/O port distribution and the wiring diagram PLC ladder diagram of drawing program design inst

7、ructions written statement table and system of the simulation program. Finally, it completes radial drilling machine main electrical component selectionThrough the PLC control system transformation radial drilling machine that overcome relay contactor many faults. It Greatly improve the radial drill

8、ing machine work ability and service lifeand it using a system simulation, which can image the intuitive that radial drilling machine motion.Key words programmable controller, radial drilling machine, ladder diagram, electrical control system目錄(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325575927 摘 要 PAGER

9、EF _Toc325575927 h I HYPERLINK l _Toc325575928 Abstract PAGEREF _Toc325575928 h II HYPERLINK l _Toc325575929 1 緒 論 PAGEREF _Toc325575929 h 1 HYPERLINK l _Toc325575930 1.1 本課題選題背景(bijng)和意義 PAGEREF _Toc325575930 h 1 HYPERLINK l _Toc325575931 1.2 本課題國內外研究(ynji)現狀、水平和開展(kizhn)趨勢(qsh) PAGEREF _Toc325575

10、931 h 2 HYPERLINK l _Toc325575934 1.3 本課題的主要工作 PAGEREF _Toc325575934 h 3 HYPERLINK l _Toc325575935 2 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統原理分析 PAGEREF _Toc325575935 h 4 HYPERLINK l _Toc325575936 2.1 Z3040搖臂鉆床簡介 PAGEREF _Toc325575936 h 4 HYPERLINK l _Toc325575937 2.2 Z3040搖臂鉆床控制要求 PAGEREF _Toc325575937 h 5 HYPERLINK l _To

11、c325575938 2.2 Z3040搖臂鉆床主電路的分析 PAGEREF _Toc325575938 h 7 HYPERLINK l _Toc325575939 2.3 Z3040搖臂鉆床控制電路的分析 PAGEREF _Toc325575939 h 7 HYPERLINK l _Toc325575940 2.3.1 主運動控制 PAGEREF _Toc325575940 h 7 HYPERLINK l _Toc325575941 2.3.2 搖臂上升或下降控制 PAGEREF _Toc325575941 h 7 HYPERLINK l _Toc325575942 2.3.3 主軸箱和立柱

12、的松開及夾緊控制 PAGEREF _Toc325575942 h 8 HYPERLINK l _Toc325575943 2.3.4 控制電路保護 PAGEREF _Toc325575943 h 8 HYPERLINK l _Toc325575944 2.4 Z3040搖臂鉆床信號和照明電路的分析 PAGEREF _Toc325575944 h 9 HYPERLINK l _Toc325575945 3 Z3040搖臂鉆床控制系統PLC硬件設計 PAGEREF _Toc325575945 h 10 HYPERLINK l _Toc325575946 3.1 PLC的簡介 PAGEREF _To

13、c325575946 h 10 HYPERLINK l _Toc325575947 3.2 PLC的選型 PAGEREF _Toc325575947 h 11 HYPERLINK l _Toc325575951 3.3 PLC輸入與輸出端口地址的分配 PAGEREF _Toc325575951 h 13 HYPERLINK l _Toc325575952 3.4 PLC電氣接線圖設計 PAGEREF _Toc325575952 h 13 HYPERLINK l _Toc325575954 4 Z3040搖臂鉆床控制系統PLC軟件設計 PAGEREF _Toc325575954 h 15 HYP

14、ERLINK l _Toc325575955 4.1 PLC軟件設計方法的分類 PAGEREF _Toc325575955 h 15 HYPERLINK l _Toc325575961 4.2 控制系統梯形圖設計 PAGEREF _Toc325575961 h 16 HYPERLINK l _Toc325575962 4.2.1 主軸電動機控制梯形圖 PAGEREF _Toc325575962 h 16 HYPERLINK l _Toc325575963 4.2.2 搖臂升降控制梯形圖 PAGEREF _Toc325575963 h 16 HYPERLINK l _Toc325575964 4

15、.2.3 主軸箱和立柱松開、夾緊梯形圖 PAGEREF _Toc325575964 h 18 HYPERLINK l _Toc325575965 4.2.4 信號指示梯形圖 PAGEREF _Toc325575965 h 19 HYPERLINK l _Toc325575967 4.2.5 搖臂鉆床控制系統梯形圖 PAGEREF _Toc325575967 h 19 HYPERLINK l _Toc325575969 4.3 控制系統語句表 PAGEREF _Toc325575969 h 20 HYPERLINK l _Toc325575970 4.4 控制系統仿真 PAGEREF _Toc3

16、25575970 h 22 HYPERLINK l _Toc325575971 4.4.1 主電動機的仿真 PAGEREF _Toc325575971 h 22 HYPERLINK l _Toc325575972 4.4.2 搖臂上升和下降的仿真 PAGEREF _Toc325575972 h 22 HYPERLINK l _Toc325575975 4.4.3 主軸和立柱夾緊與放松仿真 PAGEREF _Toc325575975 h 25 HYPERLINK l _Toc325575977 5 主要電氣元件及選擇 PAGEREF _Toc325575977 h 26 HYPERLINK l

17、_Toc325575978 5.1 低壓斷路器 PAGEREF _Toc325575978 h 26 HYPERLINK l _Toc325575979 5.1.1 低壓(dy)斷路器的選擇原那么(n me) PAGEREF _Toc325575979 h 26 HYPERLINK l _Toc325575980 5.1.2 低壓(dy)斷路器的選擇 PAGEREF _Toc325575980 h 26 HYPERLINK l _Toc325575981 5.2 接觸器 PAGEREF _Toc325575981 h 27 HYPERLINK l _Toc325575982 5.2.2 接觸器

18、的選擇(xunz)原那么(n me) PAGEREF _Toc325575982 h 27 HYPERLINK l _Toc325575983 5.2.2 接觸器的選擇 PAGEREF _Toc325575983 h 27 HYPERLINK l _Toc325575984 5.3 熱繼電器 PAGEREF _Toc325575984 h 28 HYPERLINK l _Toc325575985 5.3.1 熱繼電器選用原那么 PAGEREF _Toc325575985 h 28 HYPERLINK l _Toc325575986 5.3.2 熱繼電器的選擇 PAGEREF _Toc32557

19、5986 h 28 HYPERLINK l _Toc325575987 5.4 時間繼電器 PAGEREF _Toc325575987 h 29 HYPERLINK l _Toc325575988 5.4.1 時間繼電器的選擇原那么 PAGEREF _Toc325575988 h 29 HYPERLINK l _Toc325575989 5.4.2 時間繼電器的選擇 PAGEREF _Toc325575989 h 29 HYPERLINK l _Toc325575990 5.5 熔斷器 PAGEREF _Toc325575990 h 29 HYPERLINK l _Toc325575991 5

20、.5.1 熔斷器的選擇原那么 PAGEREF _Toc325575991 h 29 HYPERLINK l _Toc325575992 5.5.2 熔斷器的選擇 PAGEREF _Toc325575992 h 30 HYPERLINK l _Toc325575993 5.6 主令電器 PAGEREF _Toc325575993 h 30 HYPERLINK l _Toc325575994 5.6.1 按鈕開關的選擇 PAGEREF _Toc325575994 h 30 HYPERLINK l _Toc325575995 5.6.2 行程開關的選擇 PAGEREF _Toc325575995 h

21、 31 HYPERLINK l _Toc325575996 6 總 結 PAGEREF _Toc325575996 h 33 HYPERLINK l _Toc325575997 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc325575997 h 34 HYPERLINK l _Toc325575998 致謝 PAGEREF _Toc325575998 h 351 緒 論1.1 本課題選題背景(bijng)和意義鉆床(zun chung)作為(zuwi)一種孔加工設備(shbi)，可以用來鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲等多種形式的加工。同時鉆床也具有很多的形式，搖臂鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、臺式鉆床、多軸鉆

22、床、深孔鉆床及其他專用鉆床等。Z3040搖臂鉆床在各類鉆床中，他具有性能完善、適用范圍廣、操作方便、靈活等優點，它適用于單行或批量生產帶有多孔的大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常用(chn yn)的機床，在機械行業中得到廣泛應用。目前機械行業中使用搖臂鉆床的控制系統多數是采用繼電器接觸器控制方式，這種控制方式電路接線復雜、觸點多，本錢很高，系統的靈活性和擴展性都很差，長期使用后，噪聲很大，工作速度緩慢，維修工作量大，故障率高，同時故障排查困難，常常影響企業正常生產。可編程控制器Programmable Logic Controller，簡稱PLC起源于20世紀60年代末，從早期的繼電器邏輯

23、控制系統開展而來，它不斷吸收微計算機技術使之功能不斷增強，開始逐漸適合于復雜系統的控制。PLC之所以有生命力，因為它更加適合工業現場和市場的要求：具有高可靠性、抗各種干擾的能力、編程使用簡便、低價格和長壽命。PLC與單片機相比，PLC的輸入端和輸出端更接于近工業現場設備，同時沒有太多的中間部件，相比之下即節約了時間又節省了本錢。PLC的輸入端為繼電器、晶閘管和晶體管等控制部件，輸入端一般那么是能人性化操作的微型計算機。操作工在使用它時,根本不需要微機方面進行專門的培訓，就能很容易對可PLC進行操作及編程。PLC與繼電器接觸器相比同樣具有許多優勢，PLC具有結構簡單，編程方便，調試周期短，可靠性

24、高，抗干擾能力強，故障率低，對工作環境要求低等一系列優點，因此日益廣泛應用于機械加工設備控制系統之中。利用PLC對搖臂鉆床繼電器控制電路進行改造，有助于提高設備的可靠性、使用率，降低設備故障率，提高生產效率,其經濟效率顯著。因此，本課題對Z3040搖臂鉆床電氣控制系統的改造，將把PLC控制技術應用到改造設計方案中去，取代傳統接觸器控制的方法,使得鉆床的可靠性和效率大為提高,在工業上有廣泛應用前景，因此對Z3040搖臂鉆床控制系統PLC改造是非常必要的。1.2 本課題(kt)國內外研究現狀(xinzhung)、水平和開展(kizhn)趨勢(qsh) 本課題(kt)為Z3040搖臂鉆床控制系統PL

25、C改造，不管從國外還是國內近年來看，都對本課題進行了大量的研究。本課題研究水平和開展趨勢都基于PLC開展，因此PLC開展水平決定了本課題的開展趨勢。1PLC國外研究現狀、水平和開展趨勢PLC產生到現在將近40余年，早期只是繼電器控制裝置的替代物。在器件選擇上使用磁芯儲存器、分立元件和中小規模集成電路，用于提高抗干擾能力，軟件設計采用梯形圖設計方法5，因此性能優于普通繼電器接觸器控制裝置。到20世紀七十年代中期至八十年代后期PLC開始走向成熟。微處理器的出現使PLC裝置結構發生了很大變化。美國，日本，德國和其他國家的制造商開始使用的CPU的微處理器，它的性能大大提高。同時，在軟件方面的功能更加強

26、大。在原有計時、計數和邏輯功能的根底上增加了數據處理、算術運算、通訊、傳送等功能，儲存器的容量也變得更大，甚至PLC還能提供一定的數據存放器、使其應用范圍更加廣闊。到20世紀八十年代中后期至90年代末，得益于超大規模集成電路技術迅速開展以及各廠商為PLC專門開發的專用邏輯處理芯片，PLC在軟硬件方面都發生了巨大的變化,微處理器的芯片檔次普遍提高。邁入21世紀之后，可編程控制器為了在ERP、MES和PCS的體系中立足，PLC軟件、硬件和通信都向標準化開展，更好地滿足工作生產的需求。21世紀，PLC會有更大的開展。從技術上看，隨著微機技術、網絡技術、通信技術等實用化技術的進一步開展，PLC向網絡化

27、、微型化、PC化和開放化展。產品規模的角度來看，進一步向超小型和超大型的方向開展；從產品的配套性上看，多種產品將更加豐富，更完整的標準，完善的人機界面，通訊設施齊全；從網絡開展方向來看，PLC和其它大型工業控制計算機網共同構成新型的控制系統。伴隨著計算機網絡的開展，PLC作為國際通用網絡和自動化控制網絡的重要組成局部，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用17。正因為國外PLC水平開展相當迅速，應用前景也非常廣泛，所以各國也投入大量的人力和物力采用PLC技術替代繼電器接觸器系統。2 PLC國內研究現狀、水平和開展趨勢上世紀70年代PLC開始進入我國，而且增長非常迅速，同時我國也曾組織相

28、關研究所研究其關鍵技術，希望將其國產化，但由于后續研究力量和價格等原因，并沒有成功實現。在過去十年中，越來越多的中小型設備由于PLC的價格下跌和用戶需求不斷擴大，開始采用PLC控制。國產PLC在技術特點根本西門子和三菱類似或與其兼容，如深圳三凌、羅陽易達、合信自動化、上海正航等。目前國產的PLC廠商眾多，但是無論是從規模還是產品系列上都無法與國際大廠商抗衡，而且國內廠商主要集中于中小型PLC，其中生產中型的廠商主要有盟立、南大傲拓，深圳歐辰和億維都是做西門子的配套模塊3。從我國PLC總體技術分析，我國的PLC技術水平與興旺國家相比落后10年左右，而在CPU系統結構技術、通訊網絡及遠程I/O技術

29、、智能化模塊技術、可靠技術、PLC批量生產技術等關鍵技術方面有大的差距。但隨著PLC技術在我國的良好開展，將會和國外先進技術減小差距。因此，抓住這個有利時機進一步促進PLC技術的推廣與應用，是提高我國工業技術水平的迫切任務。國內PLC技術(jsh)開展(kizhn)很快，同時也取得(qd)了不錯的效益，但受到技術水平和經濟開展(kizhn)的限制(xinzh)，國內很多企業使用Z3040搖臂鉆床的控制系統仍然還是繼電器接觸器控制方式，相對落后的控制方式，存在很多的缺點，使用極其不方便，很大程度影響工業生產的效率。1.3 本課題的主要工作此題目主要任務是對Z3040搖臂鉆床控制系統PLC改造，改

30、造后PLC控制系統要符合Z3040搖臂鉆床原有控制要求，同時簡化控制線路，提高系統可靠性和使用率,使邏輯修改和增加功能比擬容易，增強系統的靈活性和擴展性。控制系統改造具體設計任務要求如下：第一，對Z3040搖臂鉆床的運動進行分析，結合鉆床運動對電氣控制系統的原理進行分析，主要是分析主電路、控制電路、信號和照明電路控制原理，主電動機的旋轉控制原理，搖臂的升降控制原理，立柱和主軸箱的松開及夾緊控制原理。第二，Z3040搖臂鉆床電氣控制系統PLC硬件設計，根據PLC的物理結構、指令功能、輸入輸出點數存儲容量、輸入模塊的類型和輸出模塊的類型對PLC進行選型，對其分配I/O地址，并設計I/O電氣接線圖。

31、第三，對Z3040搖臂鉆床電氣控制系統PLC軟件設計，設PLC控制的梯形圖以及指令語句表，并調試。第四，對Z3040電氣控制系統的電氣元件的選擇。2 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(kn zh x tn)原理分析對于Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(kn zh x tn)的分析，需結合(jih)搖臂鉆床的結構(jigu)局部(jb)進行分析。首先，對結構局部進行分析，掌握每個機構運動情況和控制系統之間的關系；其次，分析其控制要求，掌握控制系統需要做的工作；最后，對主電路和控制電路進行詳細的分析，掌握控制電路怎樣控制電動機，從而控制搖臂鉆床各種運動。2.1 Z3040搖臂鉆床簡介Z3040搖臂鉆床

32、適合于在大、中型零件上進行鉆孔、擴孔、鉸孔及攻螺紋等進行加工，在具有工藝裝備的條件下還可以進行鏜孔。Z3040搖臂鉆床根本結構由底座、立柱、搖臂和主軸箱等幾局部構成如圖2.1。 圖2.1 Z3040搖臂鉆床結構圖1底座 2內立柱 3外立柱 4絲杠 5,6電動機 7搖臂 8主軸箱 9主軸 10工作臺上圖為搖臂鉆床的結構圖，工件固定在工作臺之上，工作臺放在底座之上，主運動和進給運動由電動機6驅動。主軸箱可以在搖臂來回移動，升降電動機5的驅動絲杠，再由絲杠傳動，搖臂可以沿著立柱上下移動，外立柱可以圍繞內立柱來盤旋轉。Z3040搖臂鉆床的具體(jt)技術參數如表2.1。表2.1 搖臂鉆床技術(jsh)

33、參數表搖臂鉆床 Z3040參數工程Z304013鉆孔最大直徑mm鋼件30/鑄鐵40主軸端面至工作臺距離mm260-1000主軸中心至立柱母線距離mm360-1300主軸行程mm200主軸錐孔莫氏4主軸轉速范圍r.p.m75-1220主軸轉速級數6主軸進給量范圍r.p.m0.10-0.25主軸進給量級數3搖臂回轉角度 360主電機功率kw3升降電機功率 kw1.5機床重量kg1700外形尺寸mm180081023002.2 Z3040搖臂鉆床控制(kngzh)要求1Z3040型搖臂鉆床具有(jyu)主軸電動機、搖臂升降(shngjing)電動機、液壓泵電動機和冷卻泵電動機四臺電動機。它的主軸旋轉

34、運動和進給運動都由主電動機拖動，兩個運動都具有多級變速以適應不同工件的加工，進給變速結構和主軸變速結構都在主軸箱中，在加工螺紋時，主軸的正反轉通過機械方式實現，所以主電機只需單向旋轉。2搖臂升降電動機需要正反轉，同時搖臂在上下移動時必須保證搖臂松開了之后才能移動，停止移動之后才能夾緊。3液壓泵電動機必須實現正反轉，通過壓力油進入不同的油腔，完成搖臂、立柱和主軸的松緊，搖臂的回轉和主軸箱的左右移動通常采用手動。4此外還有一臺冷卻泵電動機對加工的刀而具進行冷卻，只要求單向旋轉；同時必須具有連鎖與保護環節以及平安照明、信號指示電路5。圖2.2 Z3040搖臂鉆床控制系統(kn zh x tn)原理圖

35、2.2 Z3040搖臂鉆床主電路(dinl)的分析在Z3040搖臂鉆床控制系統主電路中，總共四個電動機控制鉆床各種運動和冷卻(lngqu)，分別為主電動機M1，搖臂升降(shngjing)電動機M2，液壓泵電動機M3和冷卻(lngqu)電動機M4如圖2.2。1低壓(dy)斷路器QF控制三相電源，冷卻電動機M4輸出功率一般很小，直接由開關SA1控制起停。2電動機M1單向旋轉通過接觸器KM1控制，主軸的正反轉是液壓系統和機械系統同時控制，由于主運動輸出功率較大，所以設有熱繼電器FR1作為過載保護。3搖臂能上升和下降，電動機M2實現正反轉，通過接觸器KM2、KM3 來控制，同時設有熱繼電器FR2作為

36、過載保護。4液壓泵電動機M3需要正反轉，通過接觸器KM4、KM5來控制，由于在松開和夾緊的時候都需要大功率的液壓控制，所以設有熱繼電器FR3作為過載保護。2.3 Z3040搖臂鉆床控制電路的分析 在搖臂鉆床控制電路中，控制電路主要是對主運動控制、搖臂升降的控制、主軸箱和立柱的松開及夾緊控制和控制電路的保護(如圖2.2)。2.3.1 主運動控制按下起動按鈕開關SB2，接觸器KM1得電并自鎖，主軸電動機M1起動并運轉。按下停止按鈕開關SB1，接觸器KM1釋放，主軸電動機M1停轉。2.3.2 搖臂上升或下降控制按下上升或下降按鈕開關SB3或SB4，時間繼電器KT得電，KT觸頭14-15閉合使接觸器K

37、M4得電，同時常開觸頭KM41-18閉合，電磁閥YV得電，液壓泵電動機M3接通電源正向旋轉，供應壓力油，壓力油經二位六通閥進入搖臂松開油腔，壓力油作用下，先推動活塞，通過活塞推動菱形塊，進而使搖臂松開。待搖臂完全松開后，活塞缸中的活塞桿壓下行程開關SQ2，使其常閉觸點SQ2714斷開，KM4線圈失電，電磁閥YV失電，電動機M3停止工作，同時，常開觸點SQ28-9閉合，接觸器KM2或KM3線圈通電吸合，搖臂升降電動機M2啟動正向旋轉，使搖臂上升下降。當搖臂上升(shngshng)或下降(xijing)到預定(ydng)工作(gngzu)位置(wi zhi)時，松開上升或下降按鈕開關SB3(或SB

38、4)，那么KT、KM2(或KM3)線圈斷電，升降電動機M2停止轉動。經延時，延時斷電常閉按鈕KT18-19閉合，KM5線圈得電，同時電磁閥YV得電，使液壓泵電機M3反向旋轉，壓力油經另一條油路流入二位六通閥，進入搖臂夾緊油腔，反向推動活塞，在通過活塞推動菱形塊，進而使搖臂夾緊。待搖臂夾緊后，活塞缸中的活塞桿壓動行程開關SQ3，使常閉觸點SQ3斷開，KM5線圈失電，電磁閥YV失電，液壓泵電動機M3停止工作，電磁閥YV復位。由于搖臂升降電洞機M3有一定的慣性，時間繼電器的延時觸頭用來保證升降電機完全停轉之后才夾緊。延時的時間視情況而定，一般在1-3秒，同時需要過載保護，過載保護由熱繼電器FR2完成

39、11。行程開關SQ1、SQ6用作上升和下降極限位置保護。假設上升到極限位置，常閉觸點SQ1斷開,此時，可用SB4按鈕使搖臂下降。假設下降到極限位置，常閉行程開關SQ6斷開，此時可用SB3按鈕使搖臂上升。2.3.3 主軸箱和立柱的松開及夾緊控制 立柱與主軸箱均采用液壓操縱夾緊與放松，兩者同時進行的，工作時要求電磁閥YV不通電。松開與夾緊分別由按鈕開關SB5和按鈕開關SB6控制。指示燈HL1、HL2指示其動作。按下按鈕開關SB5時，KM4線圈通電， M3正向旋轉，此時YV沒有的作用，當液壓泵送出壓力油，壓力油通過二位六通閥進入立柱與主軸箱松開油腔，先推動活塞干，在通過活塞桿推動菱形塊使主軸箱和立柱

40、同時松開。當立柱和主軸箱同時松開后，行程開關SQ4不受壓復位，常閉觸頭SQ4閉合，指示燈HL1亮，說明立柱與主軸箱已經松開。可以在搖臂上移動主軸箱，當移動到預定位置時，按下夾緊按鈕開關SB6時，KM5線圈通電，M3電機反向旋轉，液壓泵供應壓力油進入夾緊油腔，使立柱與主軸箱同時夾緊。當確定已經夾緊，壓下行程開關SQ4，常閉觸頭SQ4斷開，HL1燈滅，常開觸頭 SQ4閉合，HL2燈亮，表示立柱和主軸箱都已經夾緊。同時需要過載保護，過載保護由熱繼電器FR3完成11。2.3.4 控制電路保護 行程開關SQ1和SQ6實現搖臂上升和下降的限位保護。行程開關SQ2被壓下表示搖臂松開到位，可以實現上升和下降。

41、行程開關SQ3被壓下表示搖臂完全夾緊，液壓泵電動機M3停止運轉。斷電延時繼電器KT作用是防止搖臂由于慣性還在上升或下降時就將其夾緊。M2電動機正反轉具有電氣互鎖，M3電動機正反轉具有電氣互鎖。電磁閥YV線圈電路中串接按鈕開關SB5和SB6的常閉觸頭，保證立柱與主軸箱松開、夾緊操作時，壓力油只進入立柱主軸箱夾緊油腔而不進入搖臂夾緊油腔。熔斷器FU0-FU5實現電路(dinl)的短路保護。熱繼電器FR1、FR2、FR3為電動機M1、M2、M3實現(shxin)過載保護。2.4 Z3040搖臂鉆床信號(xnho)和照明電路的分析(fnx) EL是機床(jchung)照明燈，接有24V平安電壓，由SA

42、2手動開關控制。HL1是主軸與立柱松開指示燈，燈亮表示已經松開，可以手動移動搖臂或者主軸箱的移動。HL2是主軸與立柱夾緊指示燈，燈亮表示已經夾緊，可以進行加工。HL3為主軸旋轉指示燈。3 Z3040搖臂鉆床控制系統(kn zh x tn)PLC硬件(yn jin)設計在對搖臂鉆床的控制分析(fnx)過后，對于Z3040搖臂鉆床電氣(dinq)控制系統PLC改造(gizo)，應先對于PLC的結構、功能和特點等進行介紹。PLC改造的方案設計局部有兩局部組成，一局部為電氣控制系統PLC硬件設計PLC機型確實定、I/O端口地址確實定和接線圖的設計；第二局部是電氣控制系統PLC軟件設計PLC控制程序梯形

43、圖的繪制、程序指令編寫和系統程序仿真。PLC硬件設計具體方案如下：3.1 PLC的簡介可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)是以微處理為根底，綜合計算機技術、自動控制技術和通信技術等現代科技而開展起來的一種新型工業自動控制裝置，是將計算機技術應用于工業控制領域的新產品。早期的可編程控制器主要用來代替繼電器實現邏輯控制，因此稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC，隨著技術的開展，現代的PLC的功能已經超越了邏輯控制的范圍，PLC從誕生至今，僅有40余年的歷史，但是得到了異常迅猛的開展，并曰CAD/CAM、機器人技術一起被譽為當代工業自動化的三大支柱之一6

44、。 PLC是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構根本上與微型計算機相同，根本構成為：電源、中央處理單元(CPU)、存儲器和輸入輸出模塊。具體結構如圖3.1 3.1圖 PLC結構圖PLC工作方式是周期(zhuq)掃描的工作方式，一個掃描周期主要可分為3個階段輸入采樣階段、在程序執行階段和輸出(shch)刷新階段。PLC的根本(gnbn)技術指標主要由存儲容量(cn ch rn lin)、掃描速度、I/O點數和編程語言四局部(jb)構成。同時PLC具有功能完善、模塊化結構、硬件和軟件開發周期短、維護操作方便、擴展容易性能穩定和可靠性高等特點。由于具有諸多優勢PLC在國內外已廣泛用于鋼鐵、采礦、水

45、泥、石油、化工、電力，機械制造、汽車裝卸、造紙、紡織、環保及娛樂等各行各業3.2 PLC的選型目前PLC市場不管在國內還是國外都非常熾熱，市場上PLC種類也很多，具有很強競爭力的有三菱公司、西門子公司、歐姆龍公司。這些公司產品質量和產品效勞都屬于一流，同樣產品種類也很齊全三菱公司的產品有FX系列、A系列、ANS系列、Q系列、QNA系列等西門子公司的產品有S7-200、 S7-300、S7-400。本課題PLC選型主要從PLC的物理硬件結構、PLC的輸入輸出點數和PLC的存儲容量3種條件進行選取。1 PLC的物理硬件結構根據物理硬件結構的不同，PLC分為整體式、插件式和疊裝式。整體式的較其他兩種

46、結構相對廉價，小型電氣控制系統一般使用整體式可編程控制器。此次所設計的電氣控制系統屬于小型開關量電氣控制系統沒有特殊的控制任務，整體式PLC完全可以滿足控制要求。因此，Z3040搖臂鉆床電氣控制系統的PLC選用整體式結構的PLC8。2 PLC的輸入和輸出點數在對其改造中在條件允許的情況下盡可能利用原有電器元件，最大程度利用資源。通過對原有電路來確定輸入點數，其中：按鈕6個，行程開關6個，熱繼電器常閉3個，共15個輸入端口點數，所以PLC的輸入點數必須大于15個；接觸器6個，信號燈3個，共計9個輸出端口點數，所以PLC的輸出點數必須大于9個，一般情況下還要保存10%-15%的裕量。3 PLC的存

47、儲容量選擇PLC存儲器容量要有25%左右裕量，PLC存儲器容量的估算方法：對于僅有開關量輸入和輸出點數乘以8，就是所需PLC存儲器的存儲容量單位為bit即15+98=192 bit根據上述3種選取(xunq)的原那么(n me)，綜合(zngh)選取三菱公司的FX2N系列(xli)，FX2N是FX系列中規格最大、性能最高、功能最強的一種系列，可用于大多數單機控制(kngzh)或網絡控制，具有CPU運算速度很快、I/O擴展容易、編程功能與網絡通信都很強等特點。Z3040鉆床控制系統為繼電器輸出，輸入和輸出點數分別為15個和9個，在選擇FX2N系列PLC根本單元規格時，選擇24點輸入/24點繼電器

48、輸出，交流電源型PLC根本單元，根本單元具體型號參數為FX2N-48MR-001。其中48表示24輸入和24個輸入；M為根本單元的符號；R為繼電器輸入；001代表交流供電。FX2N的具體性能規格如下表表3.1。表3.1 FX2N性能規格表 10工程 性能編程語言指令表、梯形圖、步進梯形圖SFC圖用戶存儲器容量內置EEPROM：8K步;存儲器盒：16K步根本邏輯控制指令順控指令：27條；步進梯形圖指令:2條應用指令132種，309條指令處理速度根本邏輯控制指令：每條0.08USI/O點數最大I/O點數：256輔助繼電器一般用MOM383，共500點保持型M384M1535，共2572點特殊用M8

49、000M8255,共256狀態元件初始狀態S0S9，共10點 一般狀態S10S499，共490點保存區域S500S899，共400點定時器100MSTOT199，T250T255，共206點10MST200T245,共46點1MST246249,共4個點計數器16位通用C0C99，共100點16位保持C100C199，共100點32位通用C200C219，共20點32位保持C220C234，共15點32位高速C235C255,可使用8點數據存放器16位通用D0D199,共200點16位保持D200D7999，共7800點文件存放器D1000D7999，共7000點16位特殊D8000D8195

50、，共106點16位變止V0V7，Z0Z7，共16點指針跳轉用P0P127，共128點嵌套主控用NON7，共8點常數16位：-32758+32767:；32位-2147483648+214748364716位：0FFFF; 32位0FFFFFFFF3.3 PLC輸入(shr)與輸出端口地址的分配當確定選取的型號(xngho)之后，根據Z3040搖臂鉆床控制系統(kn zh x tn)原理圖，進行I/O點的端口分配(fnpi)，表3.2是I/O地址(dzh)分配表。 表中輸入端有15個輸入端口，由有6個按鈕開關、5個行程按鈕和3個熱繼電器開關共同組成；輸出端有9個輸出端口，由5個繼電器-接觸器、一

51、個電磁閥線圈和3個指示燈共同組成。具體PLC輸入與輸出見I/O地址分配表表3.2。表3.2 I/O(輸入、輸出地址分配表序號I輸入O輸出1SB1X000KM1Y0002SB2X001KM2Y0013SB3X002 KM3Y0024SB4X003 KM4Y0035SB5X004 KM5Y0046SB6X005 YAY0057SQ1X006 HL1Y0068SQ2X007 HL2Y0079SQ3X010 HL3Y01010SQ4X01111SQ5X01212SQ6X01313FR1X01414FR2X01515FR3X0163.4 PLC電氣(dinq)接線圖設計 當對Z3040搖臂鉆床電氣(di

52、nq)控制系統I/O端口地址分配之后，接下來進行電氣(dinq)接線圖的設計。開關量輸入(shr)輸出模塊的外部接線分為匯點式和別離(bil)式兩種，匯點式各輸入輸出回路有一個公共端，并共用一個電源。別離式各輸入輸出回路有多個接線端，并由單獨電源供電，每個點之間是相互獨立的。由于輸入端有15個輸入點數，并且輸入電壓較低，所采用匯點式直流模塊；輸出端有9個輸出點數，但要求的電壓較高，所采用別離式輸出，采用3個COM輸出。輸入端或輸出端有感性元件，應在它們兩端并聯續流二極管，以仰止電路斷開時產生的電弧對PLC的影響。續流二極管可以選用1A的管子，其額定電壓應大于電壓電壓的3倍。具體的接線圖3.2。

53、圖3.2 硬件接線圖 4 Z3040搖臂鉆床控制系統(kn zh x tn)PLC軟件設計對Z3040搖臂鉆床控制系統(kn zh x tn)PLC硬件(yn jin)設計時，提到本設計的方案由兩局部(jb)組成(z chn)，一局部為硬件設計，那另一局部為軟件設計。本章節主要對于軟件設計的分類、控制系統梯形圖設計和程序的仿真。4.1 PLC軟件設計方法的分類PLC軟件設計分為繼電器梯形圖、邏輯功能圖、功能流程圖、邏輯代數表達式和指令程序指令表五種表達方式。1繼電器梯形圖 繼電器表達方式與傳統的繼電器電路圖非常相似，對于廣闊電氣技術人員及操作維護人員來說非常直觀、形象，并且能更快、更好的接受。

54、 梯形圖按自上而下，從左到右的順利排列。每個繼電器線圈為一個邏輯行，即一層階梯，每個邏輯行起于左母線，然后是觸點的各項各種連接，最后終止于繼電器線圈通常加上一條右母線，整個圖形呈階梯狀。梯形圖是形象化的編程手段，因而梯形圖中沒有真實的物理電流，而只有“概念電流只能從左到右流動，層次的改變只能先上后下。2邏輯功能圖邏輯功能圖根本上沿用了半導體邏輯電路的邏輯圖來表達。這種方式易于描述較為復雜的控制功能。它表達直觀，查錯查漏都比擬容易，因此，它就編程時常使用的一種方式，但它必須采用帶有顯示屏的編程器才能描述。3功能流程圖功能流程圖類似于計算機常用的程序框圖，但它有自己規那么。描述控制過程詳盡具體，包

55、括每框前的輸入信號，框內的工作內容，框后的輸出狀態，框與框之間的轉換條件。這種方式容易構思，是一種常用的程序表達方式。4邏輯代數表達式可以對前兩種方式寫出輸出信號和中間變量的邏輯表達式。這是一種輔助的程序設計方式。5指令語言程序指令語句程序利用類似于匯編語言的指令語句來編程。這對熟悉微機匯編語言的編程者特別容易接受。編程設備簡單，通常都預先用以上幾種方式表達，然后改成相應的語句11。PLC軟件設計運用(ynyng)的表達方式，通常(tngchng)都是以上幾種表達方式的組合，從而到達(dod)最好(zu ho)設計效果。4.2 控制系統(kn zh x tn)梯形圖設計為了使Z3040搖臂鉆床

56、在進行電氣控制系統改造后仍能夠完成原有的工作需要，本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統的PLC程序應由電氣控制系統預開程序、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、照明控制程序等局部組成。繪制梯形圖用是GX developer7.0軟件，該產品同樣是三菱開發的軟件。4.2.1 主軸電動機控制梯形圖主軸電動機只需要單方向旋轉，按鈕開關SB1(即X001)為起動按鈕，啟動后KM1(Y000)線圈得電，主電動機正轉，同時KM1實現自鎖，SB2(即X000)為停止按鈕，過載保護由熱繼電器FR1

57、(即X014)完成。梯形圖程序如圖4.1所示。 圖4.1 主軸電動機M1控制梯形圖4.2.2 搖臂升降控制梯形圖搖臂升降控制程序按下上升按鈕開關SB3即X002或SB4(即X003)，中間繼電器M100或M101得電，同時置位元件SET 使中間繼電器M20或M21置位，由于M100或M101得電，即瞬動常開觸頭KT，線圈KM4(即Y003)得電，同時常開觸點KM41-18得電閉合，電磁閥YV(即Y005)通電，液壓泵電動機M3接通電源正轉。當搖臂完全松開后，SQ3X010恢復常態閉合，活塞缸中的活塞桿壓下行程開關SQ2(即X007)，其常閉觸點SQ2斷開，使接觸器KM4Y003線圈失電，液壓泵

58、電動機M3停止工作，同時常開觸點SQ2閉合，接觸器KM2即Y001或KM3(即Y002)線圈得電，升降電動機M2接通電源正轉或反轉，使搖臂上升或下降。待搖臂上升或下降到相應預定位置，松開按鈕開關SB3或SB4，KM2或KM3線圈斷電，但此時電動機還有慣性作用，還在繼續上升，所以必須在搖臂上升或下降停止以后才能夾緊，緩沖的時間需要3秒左右。在SB3或SB4松開之后，計數器T0或者T1開始計時，計數到30也是3秒時，T0或T1的常開開關閉合，KM5(即Y004)線圈得電，電磁閥YV得電，液壓泵電機M3接通電源反轉。搖臂夾緊后，活塞缸中的活塞桿壓動行程開關SQ3(X010)，使常閉觸點SQ3斷開，K

59、M5和YV失電，液壓泵M3斷電停止工作，電磁閥YV復位，同時復位元件RST使M20或M21復位。同時需要過載保護，過載保護由熱繼電器FR2(即X016)完成。升降運動具體工作流程如功能流程圖4.2和圖4.3，搖臂升降梯形圖程序如圖4.4所示。圖4.2搖臂上升(shngshng)功能流程圖圖4.3搖臂下降(xijing)功能流程圖圖4.4 搖臂升降(shngjing)控制梯形圖4.2.3 主軸箱和立柱(l zh)松開、夾緊梯形圖立柱與主軸箱均采用液壓操縱夾緊(ji jn)與放松，兩者同時進行的。松開與夾緊分別由松開按鈕開關(kigun)SB5即X004和夾緊按鈕開關SB6(X005)控制。按下按

60、鈕 SB5開關時，KM4線圈通電，液壓泵M3電機正轉，立柱與主軸箱松開。當立柱與主軸箱松開后，可以手動操作主軸箱在搖臂的水平導軌上移動。當移動到位，按下夾緊按鈕開關SB6時，KM5線圈通電，液壓泵M3電機反轉，使立柱與主軸箱同時夾緊。當確定已經夾緊，可以進行鉆削加工, 同時需要過載保護，過載保護由熱繼電器FR3(X017)完成。梯形圖程序如圖4.5所示。圖4.5 主軸(zhzhu)箱和立柱松開、夾緊梯形圖4.2.4 信號(xnho)指示梯形圖HL1(即Y006)是主軸與立柱松開指示燈，通過的常閉行程開關控制(kngzh)，燈亮表示已經松開，可以手動移動搖臂或者推動搖臂回轉。HL2(即Y007)