基于plc的搖臂鉆床電氣控制設(shè)計

1、西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：本課程設(shè)計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(fù)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(jié)構(gòu)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。因此，本論文對Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造，將把PLC控制技術(shù)應(yīng)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(shè)

2、計方案，完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)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(shè)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)從而提高機床工作性能的方法，給出了相應(yīng)的控制原理圖。關(guān)鍵詞：可編程控制器;搖臂鉆床;梯形圖;電氣控制系統(tǒng)Abstract: this course is designed to research that is commonly used in mechanical processing Z3040 radial drilling machine traditional

3、 electric control system transformation problem, aims to solve the traditional relay - contactor electric control system of circuit complexity, reliability difficult problems such as poor stability, failure diagnosis and elimination. Due to the PLC electrical control system compared with the relay -

4、 contactor electric control system, has the advantages of simple structure, convenient programming, commissioning period is short, high reliability, strong anti-interference ability, low failure rate, low requirement for working environment a series of advantages. Therefore, this paper Z3040 radial

5、drilling machine electric control system transformation, the PLC control technology into the reform scheme, thus greatly improving the performance of radial drilling machine. Paper analyzes the control principle of radial drilling machine, formulated by programmable controller reforming Z3040 radial

6、 drilling machine electric control system design, completed the electrical control system hardware and software design, including PLC type choice, the distribution of the I/O ports, I/O hardware wiring diagram drawing, PLC ladder diagram design of the program. For PLC control of radial drilling mach

7、ine, and gives a detailed description of the working process, this paper discusses the PLC to replace the traditional relay - contactor electric control system to improve the working performance of the machine tool method, presents the corresponding control principle diagram. Key words: programmable

8、 controller; Radial drilling machine; Ladder diagram; electrical control system 目 錄1 前言11.1 Z3040搖臂鉆床簡介11.2 PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用11.3 本論文研究的對象及意義32.Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的原理42.1主電路部分42.2 控制電路、信號及照明電路42.2.1 主電動機的旋轉(zhuǎn)控制42.2.2 搖臂松開-升降-搖臂夾緊控制42.2.3立柱和主軸箱的松開及夾緊控制及信號燈53 基于PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計731電氣元件的選擇732 PLC型號的選擇8

9、3.2.1 根據(jù)PLC的物理結(jié)構(gòu)93.2.2 根據(jù)PLC的指令功能93.2.3 根據(jù)PLC的輸入輸出點數(shù)93.2.4 根據(jù)PLC的存儲容量103.2.5 根據(jù)輸入模塊的類型103.2.6 根據(jù)輸出模塊的類型103.3 PLC的I/O端口分配表113.3 PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計114 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計12 4.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計12 4.2 梯形程序圖調(diào)試135 結(jié)論155.1 研究成果155.2 不足之處156.參考文獻16附錄元件清單17附錄主電路圖181 前言1.1 Z3040搖臂鉆床簡介 鉆床是一種孔加工機床，可用來鉆孔、擴孔、絞孔、攻螺紋

10、及修刮端面等多種形式的加工。鉆床的結(jié)構(gòu)形式很多，有立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床等。搖臂鉆床是一種立式鉆床，它適用于單件或批量生產(chǎn)中帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常用的機床。Z3040搖臂鉆床結(jié)構(gòu)示意圖1底座 2內(nèi)立柱 3、4外立柱5搖臂 6主軸箱 7主軸 8工作臺搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)外立座、搖臂、主軸箱和工作臺等組成。搖臂的一端為套筒，套裝在外立柱上，并借助絲杠的正、反轉(zhuǎn)可沿外立柱作上下移動。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上可通過手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿搖臂移動。加工時，根據(jù)工件高度的不同，搖臂借助于絲杠可帶著主軸箱沿外立柱上下升降。在升降之前，應(yīng)自動將搖臂松開，再進行升降，當(dāng)達

11、到所需的位置時，搖臂自動夾緊在立柱上。搖臂鉆床鉆削加工分為工作運動和輔助運動。工作運動包括：主運動（主軸的旋轉(zhuǎn)運動）和進給運動（主軸軸向運動）；輔助運動包括：主軸箱沿搖臂的橫向移動，搖臂的回轉(zhuǎn)和升降運動。鉆削加工時，鉆頭一面旋轉(zhuǎn)一面作縱向進給。鉆床的主運動是主軸帶著鉆頭作旋轉(zhuǎn)運動。進給運動是鉆頭的上下移動。輔助運動是主軸箱沿搖臂水平移動，搖臂沿外立柱上下移動和搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。搖臂回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動采用手動.當(dāng)進行加工時，由特殊的加緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導(dǎo)軌上，而外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進行鉆削加工。鉆削加工時，鉆頭一邊進行旋轉(zhuǎn)切削，一邊進行縱向進

12、給，其運動形式為：（1）搖臂鉆床的主運動為主軸的旋轉(zhuǎn)運動; （2）進給運動為主; （3）輔助運動有：搖臂沿外立柱垂直移動，主軸箱沿搖臂長度方向的移動，搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。1.2 PLC在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，中小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來越高，零件的復(fù)雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通鉆床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動力成本、產(chǎn)品成本，提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的競爭，發(fā)展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的競爭，將面臨知識技術(shù)產(chǎn)品的更新周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，而對質(zhì)量、性能的要求更高，同時社會對環(huán)境保護、綠色制造的意

13、識不斷加強，因此敏捷先進的制造技術(shù)將成為企業(yè)贏得競爭和生存、發(fā)展的主要手段。計算機信息技術(shù)和制造自動化技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，作為自動化柔性生產(chǎn)重要基礎(chǔ)的“軟”控制系統(tǒng)機床，在生產(chǎn)中所占比例將越來越高。20世紀(jì)70年代以前，電氣自動控制的任務(wù)基本上是由繼電器控制系統(tǒng)來完成。繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、抗干擾能力強，所以當(dāng)時應(yīng)用的十分廣泛，至今仍在許多簡單的機械設(shè)備中應(yīng)用。但是，該類控制系統(tǒng)的缺點也十分明顯，它采用固定的硬件接線方式來完成各種邏輯控制，靈活性差；另外機械性觸點的工作頻率低，易損壞，因此可靠性較差。PLC的應(yīng)用面廣、功能強大、使用方便，是當(dāng)代工業(yè)自動化的主要設(shè)備之一。P

14、LC以軟件手段實現(xiàn)了各種控制功能，與繼電器控制系統(tǒng)相比，靈活性大大提高；與普通的計算機相比，又具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、組合靈活、擴展方便、體積小等突出優(yōu)點，因而在機床電氣控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。PLC 是先進的工業(yè)化國家通用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是最值得重視的先進控制技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大技術(shù)支柱(PLC,CAD/CAM,ROBOT) 之一，可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控

15、制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC 是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動化控制設(shè)計的，一般而言，無須任何保護措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作，從而不能保證PLC 的正常運行。要提高PLC 控制系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高PLC 的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè)計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對PLC 的影響。在新的時代，PLC 會有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，通過完美的人機界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場總線通信能力會更

16、好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求，PLC 作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國發(fā)電廠的電氣自動化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。1.3 本論文研究的對象及意義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(fù)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(jié)構(gòu)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。因此，本論文對Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造，將把PLC控制技術(shù)應(yīng)用到改造方案中去，從而大大提高搖臂鉆

17、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(shè)計方案，完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)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(shè)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)從而提高機床工作性能的方法。由于Z-3040型搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)存在線路復(fù)雜、故障率高、維護工作量大、可靠性低、靈活性差等缺點,本文提出了用PLC對Z-3040型搖臂鉆床的繼電器接觸式模擬控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造,從而保證了電控系統(tǒng)的快速性、準(zhǔn)確性、合理性,更好地滿足了實

18、際生產(chǎn)的需要,提高了經(jīng)濟效益。2.Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的原理2.1主電路部分我國原來生產(chǎn)的Z3040搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運動和搖臂升降運動的操作是通過不能復(fù)位的十字開關(guān)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?，F(xiàn)在的Z3040搖臂鉆床取消了十字開關(guān)。它的主電路、控制電路、信號電路的電源均采用自動開關(guān)引入，自動開關(guān)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(zhuǎn)，所以M2和M3電動機分別有兩個接觸器，它們?yōu)镵M2、KM3和KM

19、4、KM5。搖臂升降電動機M2、冷卻泵電動機M4均為短時工作，不設(shè)過載保護。采用4臺電機拖動，主軸電動機Ml、搖臂升降電動機M2、液壓泵電動機M3及冷卻泵電動機M4，4臺電動機均采用直接起動控制。M2為短時工作制. 主軸電動機Ml和液壓泵電動機M3分別設(shè)有熱繼電器FRl、FR2作長期過載保護。2.2 控制電路、信號及照明電路2.2.1 主電動機的旋轉(zhuǎn)控制在主電動機啟動前，首先將自動開關(guān)Q2、Q3、Q4扳到接通狀態(tài)，同時將配電盤的門關(guān)好并鎖上。然后再將自動開關(guān)Q1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(zhǔn)備。當(dāng)按下按鈕SB2時，交

20、流接觸器KM1線圈通電并自鎖使主電動機旋轉(zhuǎn)，同時主電動機旋轉(zhuǎn)的指示燈HL4亮。主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)用手柄通過機械變換的方法來實現(xiàn)。2.2.2 搖臂松開-升降-搖臂夾緊控制 控制電路設(shè)有主軸啟動按鈕SB2和主軸停止按鈕SB1。搖臂鉆床的工作過程是由電氣、機械、液壓系統(tǒng)緊密結(jié)合實現(xiàn)的。搖臂升降動作按照“搖臂松開升降搖臂夾緊”順序進行。由搖臂松開行程開關(guān)SQ2與夾緊行程開關(guān)SQ3來控制。在搖臂夾緊前，由時問繼電器KT延時l3s后再夾緊。主軸電機由按鈕SB1、SB2和接觸器KM1構(gòu)成單向起動停止控制電路。搖臂升降由M2作動力，SB3和SB4分別為搖臂上升和下降的點動按鈕。因為搖臂平時是夾緊在外立柱上，所以

21、在搖臂升降之前，先要把搖臂松開，再由M2驅(qū)動升降：搖臂升降到位后，再重新將它夾緊。搖臂升降動作按照“搖臂松開-升降-搖臂夾緊”順序進行，由搖臂松開行程開關(guān)SQ2與夾緊行程開頭SQ3來控制。而搖臂的松、緊是由液壓系統(tǒng)完成的。當(dāng)按下上升按鈕SB3時，電磁閥YV線圈通電吸合，正向供出壓力油進入搖臂的松開油腔，推動松開機構(gòu)使搖臂松開，搖臂松開后，行程開頭SQ2動作，SQ2觸點閉合、SQ3復(fù)位SQ3搖臂上升，若M3反轉(zhuǎn)，則反向供出壓力油進入搖臂的夾緊油腔、推動夾緊構(gòu)使搖臂夾緊，搖臂夾緊后，行程開頭SQ3動作，SQ2復(fù)位 搖臂停止在所需位置上。搖臂升降的極限保護由組合開頭SQ1實現(xiàn)，SQ1有兩對常閉觸點，

22、當(dāng)搖臂上升或下降到極限位置時，相應(yīng)觸頭動作，切斷對應(yīng)上升或下降接觸器KM2與KM3線圈回路，使搖臂升降電機M2停轉(zhuǎn)，搖臂停止移動。QS電源開關(guān)，主電機M1由KM1控制，搖臂升降電機M2由KM2、KM3控制正反轉(zhuǎn)，液壓泵電機M3由KM4、KM5控制正反轉(zhuǎn)，冷卻泵電機M4由SA1控制，電路有短路保護、過載保護等。執(zhí)行元件：主電機M1、搖臂升降電機M2、冷卻泵電機M4、液壓泵電機M3、電磁換向閥YV（2位6通）。2.2.3立柱和主軸箱的松開及夾緊控制及信號燈主軸箱和立柱的松、緊是同時進行的，SB5和SB6分別為松開和夾緊點動按鈕，當(dāng)按下松開按鈕SB5，KM4線圈得電，液壓泵電機M3正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送

23、出壓力油，這時電磁閥YV線圈處于斷電狀態(tài)，液壓油進入主軸箱與立柱的松開油腔，使主軸箱與立柱松開或夾緊。由于YV線圈斷電，液壓油不會進入搖臂的松開油腔，搖臂仍處于夾緊狀態(tài)。當(dāng)主軸箱與立柱松開時，行程開關(guān)SQ4不受壓，觸頭SQ4閉合，指示燈HL1亮，表示主軸箱與立柱確已松開?？梢允謩硬僮髦鬏S箱在搖臂的水平導(dǎo)軌上移動，也可推動搖臂使繞內(nèi)立柱旋轉(zhuǎn)移動，當(dāng)移動到位后，再按下夾緊按鈕SB6，接觸器KM5線圈得電，液壓泵電機M3反轉(zhuǎn)，液壓油進入夾緊油腔，使主軸箱與立柱夾緊。當(dāng)確已夾緊、壓下SQ4，HL2燈亮，HL1滅，指示主軸箱與立柱已夾緊，可以進行鉆削加工。機床設(shè)有4個信號燈：電源指示燈HL、立柱和主軸箱

24、松開指示燈HL1、立柱和主軸箱夾緊指示燈HL2、主軸電動機旋轉(zhuǎn)指示燈HL3。照明燈EL用SA2直接控制。信號（檢測）元件：SQ1-搖臂上限位開關(guān)、SQ6-搖臂下限位開關(guān)；SQ2-搖臂松開檢測、SQ3-搖臂夾緊檢測；SQ4主軸箱立柱夾緊/松開檢測；SQ5按下整個電路斷電。3 基于PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計方案由兩部分組成，一部分為電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，也就是PLC的機型的確定；另一部分是電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，就是PLC控制程序的編寫。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(jié)

25、構(gòu)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。3.1電氣元件的選擇 在電氣原理圖設(shè)計完畢之后就可以根據(jù)電氣原理圖進行電氣元件的選擇工作，本設(shè)計中需選擇的電氣元件主要有：3.1.1電源開關(guān)QF的選擇QF的作用主要是用于電源的引入及控制M1M4起、停和正反轉(zhuǎn)等。因此QF的選擇主要考慮電動機M1M4額定電流和啟動電流，由前面已知M1M4的額定電流數(shù)值，通過計算可得額定電流之和為10.68A，同時考慮到，M2、M3、M4量為滿載啟動，在功率較小，M1雖功率較大，但為輕載啟動。所以，QS最終選擇組合開關(guān)HZ5-20型，額定電流為20A。3.1.2熱繼電器FR的選擇 根據(jù)電動機的額定

26、電流進行熱繼電器的選擇，由前面M1、M2和M3的額定電流，現(xiàn)選擇如下：FR1選用JR16-20/3D型熱繼電器。熱元件額定電流11A額定電流調(diào)節(jié)范圍為6.811A工作時調(diào)整在6.82A.FR2選用JR16-20/3型熱繼電器。熱元件額定電流2.4A額定電流調(diào)節(jié)范圍為1.52.4A工作時調(diào)整在1.42A。3.1.3接觸器的選擇根據(jù)負載回路的電壓、電流，接觸器所控制回路的電壓及所需點的數(shù)量等來進行接觸器的選擇。本設(shè)計中KM1主要對M1進行控制，而M1額定電流為6.82A，控制回路電源為127V，需要主觸點兩對，所以，KM1選G0-10型接觸器，主觸點額定電流為10A，線圈電壓為127V。KM2與K

27、M3對M2進行控制，而M2額定電流為2.01A，控制回路電源為127V，各需要主觸點兩對，KM2的輔助動斷觸點一對，KM3的輔助動斷觸點一對，所以，KM2、KM3選CD10-5型接觸器，主觸點額定電流為5A，線圈電壓為127V。KM4與KM5對M3進行控制，而M3的額定電流為1.42A，控制回路電源為127V，各需要主觸點三對，KM4的輔助動斷觸點一對，KM5的輔助動斷觸點一對，所以，KM4、KM5選CJ10-5型接觸器。KM6對M4進行控制，而M4的額定電流為1.42A，控制回路電源為127V，各需要主觸點三對，KM6的輔助動斷觸點一對，KM5的輔助動斷觸點一對，所以，KM6選CJ10-5型

28、接觸器。3.1.4 熔斷器的選擇根據(jù)熔斷器的額定電壓、額定電流和熔體的額定電流等進行熔斷器的選擇。本設(shè)計中涉及到熔斷器有三個：FU1、FU2、FU3。FU1主要對M1、M4進行短路保護，M1、M4額定電流分別為6.82A、0.43A。因此，熔體的額定電流為 Iful(1.5-2.5)INmax+IN計算可得Iful17.48A，因此FU1選擇RL1-60型熔斷器，熔體為20A.同理：FU2選擇RL1-15型熔斷器，熔體為10A；FU3選擇RL1-15型熔斷器，熔體為2A。3.1.5按鈕的選擇根據(jù)需要的觸點數(shù)目、動作要求、使用場合、顏色等進行按鈕的選擇。本設(shè)計中SB1、SB3、SB7、SB9選擇

29、LA-18型按鈕，顏色為綠色，選擇SB2、SB4、SB8、SB10選擇LA-18型按鈕，顏色為紅色，SB5、SB6、SB11、SB12選擇LA-18型按鈕，顏色為黑色。3.1.6照明及指示燈的選擇本設(shè)計中，電源指示燈EL選擇JC2，交流36V、40W，與燈開關(guān)SA2成套配置；指示燈HL1、HL2、HL3、HL4選擇ZSD-0型，指標(biāo)為6.3V，0.25A，顏色為黃色兩個，綠色，紅色各一個。3.1.7控制變壓器的選擇本設(shè)計中，變壓器選擇BK-100VA,380V、220V/127V、36V、6.3V。 綜合以上的計算， Z3040搖臂鉆床的電器元件明細表見附錄一。32 PLC型號的選擇選擇基于P

30、LC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC機型，應(yīng)從以下幾個方面來考慮：3.2.1 根據(jù)PLC的物理結(jié)構(gòu)根據(jù)物理結(jié)構(gòu)的不同，PLC分為整體式、模塊式和疊裝式。整體式的每一I/O點的平均價格比模塊式便宜，小型電氣控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程控制器。此次所設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)屬于小型開關(guān)量電氣控制系統(tǒng)沒有特殊的控制任務(wù)，整體式PLC完全可以滿足控制要求，且在性能相同的情況下，整體式PLC較模塊式和疊裝式PLC價格便宜，因此，Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC5。3.2.2 根據(jù)PLC的指令功能 考慮到任何一種PLC都可以滿足開關(guān)量電氣控制系統(tǒng)的要求，據(jù)此本課題將盡量采用價格便宜的P

31、LC。 3.2.3 根據(jù)PLC的輸入輸出點數(shù) 一般系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入與輸出的比例為6：4，根據(jù)I/O總點數(shù)可給出如下的經(jīng)驗公式：所需內(nèi)存總字數(shù)=開關(guān)量（輸入+輸出）總點數(shù)*10余量：一般按計算存儲器字數(shù)的25%考慮余量。所需內(nèi)存總字數(shù)=(28+20)*10=480輸入點數(shù)為28點，輸出點數(shù)為20點，故總點數(shù)應(yīng)大于483.2.4 根據(jù)PLC的存儲容量PLC存儲器容量的估算方法：對于僅有開關(guān)量輸入/輸出信號的電氣控制系統(tǒng)，將所需的輸入/輸出點數(shù)乘以10，就是所需PLC存儲器的存儲容量（單位為bit）即（28+20）×20=480bit3.2.5 根據(jù)輸入模塊的類型輸入模塊的輸入電壓一般為

32、DC24V和AC110V或AC220V。直流輸入電路的延遲時間較短，可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入裝置連接。交流輸入方式的觸點接觸可靠，適合于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。由于本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的工作環(huán)境并不惡劣，且對電氣控制系統(tǒng)操作人員來說DC24V電壓較AC110V電壓安全些。因此，本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC輸入模塊應(yīng)選直流輸入模塊，輸入電壓應(yīng)DC24V電壓6。3.2.6 根據(jù)輸出模塊的類型PLC輸出模塊有繼電器型、晶體管型和晶閘管三種。繼電器型輸出模塊的觸點工作電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬間過電壓和過電流的能力較強，每一點的輸出容量較大（可達2

33、A）,在同一時間內(nèi)對導(dǎo)通的輸出點的個數(shù)沒有限制，但動作速度慢，壽命有一定的限制。晶體管型與晶閘管輸出模塊分別用于直流負載和交流負載，它們的可靠性高，反應(yīng)帶寬快，壽命長，但是過載能力差，每1點的輸出量只有0.5A，4點同時輸出的總?cè)萘坎坏贸^2A。由于Z3040搖臂鉆床控制對象對PLC輸出點的動作表達速度要求不高，繼電器型輸出模塊的動作速度完全能夠滿足要求，且每一點的輸出容量較大，在同一時間內(nèi)對導(dǎo)通的輸出點的個數(shù)沒有限制，這將給設(shè)計工作帶來很大的方便。所以本課題選用繼電器輸出模塊，結(jié)合Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的實際情況，需要輸入點數(shù)大于28個，輸出點數(shù)大于20個。綜上所述，為了使Z3040

34、搖臂鉆床在改造后能夠良好工作，確認日本三菱公司生產(chǎn)的FX-64MR-001型和擴展單元FX-40ER-D型PLC能夠滿足上述要求，該類型號PLC體積小，功能強，增加了一些大型機的功能和指令，如PID和PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）指令，對于控制器體積要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)是一種很好的選擇。其編程口為RS-232C，可以直接和編程器或計算機連接，使用非常方便，且性價比較高，使用方便。其主要技術(shù)性指標(biāo)如下：該型PLC具有Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)所需的所有指令功能，其總輸入點數(shù)為28點，總輸出點數(shù)為20點，用戶存儲器容量5K步，輸入模塊電壓為DC24V，輸出模塊為

35、繼電器型。由此可知，F(xiàn)X-64MR-001和擴展單元FX-40ER-D型PLC的技術(shù)性能指標(biāo)完全能滿足上述要求。3.3 PLC的I/O端口分配表 根據(jù)所選PLC的型號進行I/O點的端口分配，如下表4-1所示：輸入信號輸出信號總啟動SB1X0M1轉(zhuǎn)KM1Y0總停止SB2X1M2正轉(zhuǎn)KM2Y1主電動機啟動SB3X2M2反轉(zhuǎn)KM3Y2主電動機停止SB4X3M3正轉(zhuǎn)KM4Y3搖臂升SB5X4M3反轉(zhuǎn)KM5Y4搖臂降SB6X5M4轉(zhuǎn)KM6Y5冷卻泵開SB7X6搖臂放松YVYV1Y6冷卻泵關(guān)SB8X7搖臂夾緊YVYV2Y7SA左X10立柱放松YVYV3Y10SA中X11立柱夾緊YVYV4Y11SA右X12

36、主軸放松YVYV5Y12主軸立柱放松SB11X13主軸夾緊YVYV6Y13主軸立柱夾緊SB12X14電源指示燈HL1Y14搖臂升降限位SQ1X15主軸立柱夾緊指示燈HL2Y15搖臂放松限位SQ2X16主軸立柱放松指示燈HL3Y16搖臂夾緊限位SQ3X17主電動機工作指示燈HL4Y17立柱夾緊限位SQ4X20照明燈ELY20立柱放松限位SQ5X21主軸夾緊限位SQ6X22主軸放松限位SQ7X23照明開SB9X24照明關(guān)SB10X25 表4-1此外，還有中間繼電器M0,M1,M2。3.3 PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計PLC的I/O電氣接線圖中所有輸入端共用一個COM端，輸入信號的其中一端應(yīng)并接在

37、直流24V電源上，另一端應(yīng)分別接入相應(yīng)的PLC輸入端子上。接線時注意PLC輸入/輸出COM端子的極性。接觸器線圈連接的所有輸出端口可以共用一個COM2端。PLC的I/O電氣接線圖如圖4.1所示。 圖4.1 PLC I/O口接線圖3.4電控箱電器板元件布置圖、電器面板元件布置圖 圖4.2 電控箱電器板元件布置圖 圖4.3電器面板元件布置圖 4 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計4.1 PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計為了使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，本基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC程序應(yīng)由電氣控制系統(tǒng)預(yù)開程序、主電動機的起動和停止控制程序、搖

38、臂升降控制程序即升降電動機的正反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)程序、信號的顯示程序、照明控制程序等部分組成。因選用FX-64MR-001型號的PLC，所以編程時采用Windows環(huán)境下運行的SWOPC-FXGP/WIN-C的編程軟件來編程設(shè)計, 采用其可編程控制器訓(xùn)練裝置來進行模擬調(diào)試。程序梯形圖如圖所示 圖 4.1 程序梯形圖4.2 梯形程序圖調(diào)試 根據(jù)設(shè)計功能，我們進行了程序的調(diào)試。 給出X0接通，Y14得電，程序正常。 圖5.1 給出X0的調(diào)試圖 給出X14接通，選定主軸立柱同時夾緊檔位，延時后3秒后，主軸立柱同時夾緊，程序正常。 圖5.2 給出X14的調(diào)試圖5 結(jié)論本課題所研究的基于PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)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(jié)論：5.1 研究成果可編程控制器是