z3040摇臂钻床的plc改造毕业设计

1、西南科技大学毕业设计摘 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Z3 040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

2、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33目录1 绪论11.1 本课题的选题背景和意义11.2 国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态32 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理42.1主电路52.2 控制电路、信号及照明电路62.2.1 主电动机的旋转控制82.2.2 摇臂的升降控制82.2.3立柱和主轴箱的松开及夹紧控制92.3 电动机

3、的选择93 基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计1031 PLC基础理论113.1.1 PLC的定义113.1.2 PLC的特点113.1.3 PLC的组成123.1.4 PLC工作原理133.2 PLC 型号的选择133.3 PLC 的I/O 端口分配表143.4 PLC 的I/O 电气接线图的设计154 摇臂钻床电气控制系统软件部分的改造及仿真164.1 PLC 梯形图程序的优化设计及程序调试164.2 PLC程序设计174.2.1 PLC梯形图174.3 仿真194.3.1主轴电机控制194.3.2正钻摇臂上升204.3.3液压泵正转放松204.4 改造说明:21五 结论24

4、5.1 研究成果245.2 不足之处24参考文献251 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

5、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（Programmable Logic Controller）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

6、、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

7、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（Sequential Function Chart），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

8、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

9、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 TD 200和 COROS OPS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，大幅度降低了成本

10、。由于电气控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司己将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。由于PLC的众多优点，使其迅速在工业控制中得到推广。虽然国内PLC技术的应用前景很大，并且取得了一定的经济效益，而相比之下，由于受经济和技术水平的限制，大多数企业在生产上使用的Z3040摇臂钻床的电气控制系统，还是采用采用继电器接触器控制方式，而这种控制方式存在着明显的缺陷和隐患。极易发生故障。而且，由于线路复杂，要想找到问题所在也相当的困难。和国外大量采用PLC技术替代继电器接触器系统相比，我们还存在很大差距。随着

11、PLC技术在我国的迅猛发展，我们和国外先进技术的差距会不断缩小。因此，抓住这个有利时机进一步促进PLC技术的推广与应用，是提高我国工业自动化水平的迫切任务，此次对于Z3040摇臂钻床电气控制系统改造设计，就是希望借鉴国外先进的工业控制技术，应用到工业现场，以提高摇臂钻床的工作性能。2 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理我国原来生产的Z3040摇臂钻床的主轴旋转运动和摇臂升降运动的操作是通过不能复位的十字开关来操作的,它本身不具有欠压和失压保护。因此在主回路中要用一个接触器将三相电源引入。现在的Z3040摇臂钻床取消了十字开关，它的电气原理图如下所示：图2 Z3040摇臂钻床传统电气控制系

12、统电气原理图它的主电路、控制电路、信号电路的电源均采用自动开关引入，自动开关的电磁脱扣作为短路保护取代了熔断器。交流接触器KM1只主电动机M1接通或断开的接触器，KR1为主电动机过载保护用热继电器。摇臂的升降，立柱的夹紧放松都要求拖动的电动机正反转，所以M2和M3电动机分别有两个接触器，它们为KM2、KM3和KM4、KM5。摇臂升降电动机M2、冷却泵电动机M4均为短时工作，不设过载保护。2.1主电路 控制的电动机共有四台。z3040摇臂钻床主运动和进给运动共用一台主电动机m1。加工螺纹时要求主轴能正反向旋转,主轴正反转是采用机械方法来实现的,所以m1只需单向旋转,主电动机功率为3kw,用sbl

13、、sb2实现启动和停止控制,用热继电器frl作过载保护。摇臂的升降由升降电动机m2拖动,要求电动机能正反向旋转,m2功率为1.1kw。sb3、sb4分别为摇臂上升和下降按钮,由km2、km3控制电动机m2正反转以实现摇臂的升降移动。立柱、主轴箱与摇臂的夹紧与松开是采用电动机m3带动液压泵,通过夹紧机构实现的。其夹紧与松开是通过控制电动机的正反转送出不同流向的压力油推动活塞带动菱形块动作来实现的。所以,液压泵电动机m3要求能正反向旋转,由km4、km5实现正反转控制,m3功率为0.6kw,用热继电器fr2作过载保护。冷却泵电动机m4只需单向旋转,其功率为0.125kw,由旋转开关sa1直接控制单

14、向旋转。图2.1 Z3040摇臂钻床主电路2.2 控制电路、信号及照明电路控制电路的电源由控制变压器TC二次侧输出110V供电，主轴电动机m1的控制。按启动按钮sb2接触器km1吸合并自锁主轴电动机m1启动运行,同时指示灯hl3显亮。按停止按钮sb1km1释放m1停止,同时指示灯hl3熄灭。摇臂升降控制。按下上升点动按钮sb3时间继电器kt线圈得电km4、yv同时线圈得电,液压泵电动机m3启动,摇臂松开sq2动作,km2得电、km4断电摇臂上升摇臂上升到位后,松开按钮sb3km2和kt同时断电释放m2停止,摇臂停止上升由于kt线圈失电,经13秒延时,其延时闭合的常闭触点复位km5图2.2 Z3

15、040摇臂钻床控制电路吸合液压泵电动机反转压力油经分配阀体进入摇臂的“夹紧油腔”摇臂夹紧。同时,活塞杆通过弹簧片使sq3的动断触点断开km5断电释放液压泵电动机停止,最终完成摇臂的“松开上升夹紧”的整套动作。摇臂的下降由sb4控制km3,启动m2反转来实现,与摇臂上升过程类似。其中,摇臂的松开及夹紧到位分别由行程开关sq2及sq3的动作发出信号。摇臂升降的上下限位保护分别由sq1及sq5实现。kt为断电延时型时间继电器,其作用是在摇臂升降到位后,延时13秒再启动m3将摇臂夹紧。中间抽头603对地为信号灯电源6.3V,241号线对地为照明变压器TD二次侧输出36V。2.2.1 主电动机的旋转控制

16、在主电动机启动前，首先将自动开关Q2、Q3、Q4扳到接通状态，同时将配电盘的门关好并锁上。然后再将自动开关Q1扳到接通位置，电源指示灯亮。这时按下SB1，中间继电器K1通电并自锁,为主轴电动机与其他电动机的启动做好了准备。当按下按钮SB2时，交流接触器KM1线圈通电并自锁使主电动机旋转，同时主电动机旋转的指示灯HL4亮。主轴的正转与反转用手柄通过机械变换的方法来实现。2.2.2 摇臂的升降控制按下按钮SB3，时间继电器KT1通电吸合，它的瞬动触点（33-35）闭合使KM4线圈通电，液压电动机M3起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时活塞杆通过弹簧片使行程开关ST

17、2的动断触点断开没，KM4线圈断电,而ST2的动合触电（17-21）闭合2M线圈通电，它主触点闭合，2M电动机旋转 使摇臂上升。如果摇臂没有松开，ST2的动合触点不能闭合，摇臂升降电动机不能转动，这样就保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降。当摇臂上升到所需要的位置时，松开按钮SB3，KM2和KT1断电，升降电动机M2断电停止，摇臂停止上升。当持续1-3秒后，KT1的断电延时闭合的动断触点（47-49）闭合，KM5线圈经7-47-49-51号线，KM5 线圈通电液压泵电动机M3反转，使压力油经分配阀进入摇臂的夹紧液压腔，摇臂夹紧。同时活塞杆通过弹簧片使ST3的动断触点（7-47）断开，

18、KM5线圈断电，M3电动机停止，完成了摇臂的松开上升夹紧动作。摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。为避免由于操作错误造成事故，在摇臂上升和下降的线路中加入了触点互锁和按钮互锁。因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作所以采用点动方式。行程开关ST1是为摇臂的上升或下降的极限位置保护而设立的。ST1有两对常闭触点，ST1的动断触点（15-17）是摇臂上升时的极限位置保护，ST1的动断触点（27-17）是摇臂于液压夹紧机构出现故障或ST3调整不当，将造成液压泵电动机M3过载它的过载保护热继电器的动断触点将断开，KM5释放同，M3电动机断电停止。2.2.3立柱和主轴箱的松

19、开及夹紧控制主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行，它由组合开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。SA2有三个位置，在中间位置（零位）时为同时进行，搬到左边位置时为立柱的夹紧或放松，搬到右边位置为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的夹紧按钮。下面以主轴箱的松开和夹紧 为例说明它的动作过程：首先将组合开关SA2搬向右侧，触点（57-59）接通，触点(57-63)断开。当要主轴箱松开时，按下按钮SB5，这时时间继电器KT2和KT3线圈同时通电，但KT2为断电延时型时间继电器，所以KT2的通电使瞬时常开触点闭合，断电延时断开的动断触点（7-57）也闭合使YA1通电，经1

20、-3s后KT3的延时动合触点（7-41）闭合，通过3-5-7-41-43-37-39使KM4通电，液压泵电动机正转使压力液压油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。活塞杆使ST4复位主轴箱和主柱分开，指示灯HL2亮。当要主轴夹紧时，按下按钮SB6仍首先为YA1通电，经1-3s后中，KM5线圈通电，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时活塞杆使ST4受压，它的动合触点（607-613）闭合，指示灯HL3亮，触点（607-613）断开，指示灯HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。当将SA2搬到左侧时，触点（57-63）接通，（57-59）触点断开。按下按钮

21、SB5或SB6时使YA2通电，此时主柱松开或夹紧。SA2在中间位置时，触点（57-59、57-63）均接通，按下SB5或SB6时，YA1、YA2均通电，主轴箱和立柱同时进行夹紧或放松。其它动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同4。2.3 电动机的选择 通常采用调查统计类比或采用分析与计算相结合的方法来确定电动机的功率。（1）调查统计类比法   目前我国机床设计制造部门，往往采用这种方法来选择电动机容量。这种方法就是对机床主拖动电动机进行实测、分析，找出了电动机容量与机床主要数据的关系，根据这种关系作为选择电动机容量的依据。 摇臂钻床主电动机的功率： 

22、;式中: P 主拖动电动机容量(kW) D 最大钻孔直径（mm） （2） 分折计算法 可根据机床总体设计中对机械传动功率的要求，确定机床拖动用电动机功率。即知道机械传动的功率，可计算出所需电动机功率：式中：P 主拖动电动机容量(kW) P1 机械传动轴上的功率 1 生产机械效率 2 电动机与生产机械之间的传动效率 ； 式中：为机床总效率，一般主运动为回转运动的机床取0.70.85。 因此电动机的选择如下： 主轴电动机M1：型号Y100L2-4；性能指标：3KW、6.8A、1420r/min。 作用：刀具的旋转和进给。 摇臂升降电动机M2：型号Y90L-4；性能指标：1.5KW、3.7A、140

23、0r/min。作用：摇臂的升降拖动。 液压泵电动机M3：型号Y802-4；性能指标：0.75KW、2.1A、1450r/min。作用：驱动液压系统。 冷却泵电动机M4：型号DB-25B；性能指标：120W、0.39A、2800 r/min。作用：输送冷却液用作刀具和工件的冷却及润滑。3 基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计Z3040 摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分组成，一部分为电气控制系统的硬件设计，也就是PLC 的机型的确定；另一部分是电气控制系统的软件设计，就是PLC控制程序的编写。7软件的程序设计我们在下一章再做详细讨论。为了使改造后的摇臂钻床仍能够保持原有功能不变，

24、此次改造的一个重要原则之一就是，不对原有机床的控制结构做过大的调整，只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。31 PLC基础理论3.1.1 PLC的定义可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC。最初只能进行计数、定时及开关量的逻辑控制。81987年2月，国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义是：可编程控制器是一种数学运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向拥护的指令，并通过数字式和模块式输入/输出，控制各种类型的机械和生产

25、过程。9可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。3.1.2 PLC的特点（1）可靠性高在I/O环节，PLC采用了光电隔离、滤波等多种措施。系统程序和大部分的用户程序都采用EPROM存储，一般PLC的平均无故障工作时间可达几万小时以上。（2） 控制功能强PLC采用的CUP一般是具有较强位处理功能的位处理机，为了增强其复杂的控制功能和连网通讯等管理功能，可以采用双CPU的运行方式，使其功能得到极大的增强。（3） 编程方便易学第一编程语言（梯形图）是一种图形编程语言，与多年来工业现场使用的电器控制图非常相似，理解方式也相同，非常适合现场人员学习。（

26、4） 使用于恶劣的工作环境采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。（5） 与外部设备连接方便采用统一接线方式的可坼装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电器规格。（6） 体积小、重量轻、功耗低。（7） 性价比高。（8） 模块化结构，扩展能力强。根据现场的需要进行不同功能的扩展和组装，一种型号的PLC可用于控制从几个I/O点到几百个I/O点的控制系统。（9） 维修方便，功能更灵活程序的修改就以意味着功能的修改，因此功能的改变非常灵活。103.1.3 PLC的组成（1）输入寄存器输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由相互如开关

27、量驱动，并保持一个扫描周期。CPU可以读其值，但是不可以写或进行修改。（2）输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值，而程序循环执行开始时的输出寄存器的值，表明的是上一时间段的真实输出值，在程序执行过程中，CPU可以读其值，并作为条件参加控制，还可以修改其值，而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。（3）存储器 存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能修改，PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运

28、行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。（4）CPU单元CPU单元控制着I/O寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中的程序的解释执行工作，是PLC的大脑。（5）其他单元接口其他单元接口用语提供PLC与其他设备和模块进行连接通信的物理条件。113.1.4 PLC工作原理CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。CPU的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通讯请求、执行CPU自诊断测试及写输出等等内容。PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。他意识周而复始的循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分，

29、用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分的内容。12典型的PLC在一个周期中可以完成以下5个扫描过程。（1）自诊断测试扫描过程。为保证设备的可靠行，及时放映所出现的故障，PLC都具有自监视功能。（2）与网络进行通讯的扫描过程。一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的PLC系统才有通讯扫描过程，这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间的通信。（3）用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态下，每一个扫描周期内都包含该扫描过程。该过程在机器运行中是否执行是可控的，即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短会影响过程所用的时间。（4）读输

30、入、写输出扫描过程。机器在正常运行状态下，每一个扫描周期都包含这个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。CPU在处理实际输出点，而是在内存中设置了两个映象寄存器：一个为输入映象寄存器，另一个为输出映象寄存器。用户程序所用的输入值是输入映象寄存器的值，运算结果也放在输出映像寄存器。在输入扫描过程中，CPU把实际输入点的状态锁入到输入映像寄存器：在输出扫描过程中CPU把输出映像寄存器的值的输出点。3.2 PLC 型号的选择 PLC的种类和规格很多，不同厂家生产的大中小型PLC的结构功能不尽相同, 但它们的基本结构与工作原理大体相同。S7-200系列PLC是西门子公司20世纪90年代推出的

31、整体式小型可编程控制器，其结构紧凑、系列完整、功能完善、具有很高的性价比，可用于代替继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动控制系统。13由于有很强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。S7-200系列PLC可提供4种不同型号的CPU，根据本系统工艺要求选用了CPU226型的可编程控制器，本机集成24输入16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的

32、30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸，用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能，可完全适应于各种中小型控制系统。3.3 PLC 的I/O 端口分配表根据所选PLC 的型号进行I/O 点的端口分配，如表3-1和3-2所示：表 3-1 输入信号端口分配表地址号符号名称用途I0.0SB1主电动机停止按钮I0.1SB2主电动机起动按钮I0.2SB3摇臂上升起动按钮I0.3SB4摇臂下降

33、起动按钮I0.4SB5主轴箱、立柱、摇臂松开按钮I0.5SB6主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮I0.6SQ1-1摇臂上升用行程开关I0.7SQ1-2摇臂下降用行程开关I1.0SQ2摇臂夹紧、放松用行程开关I1.1SQ3摇臂夹紧用行程开关I1.2SQ4立柱夹紧、放松指示用行程开关I1.3FR1M1 电动机过载保护用热继电器I1.4FR2M3 电动机过载保护用热继电器I1.5SA系统总启动表 3-2 输出信号端口分配表地址号符号名称用途Q0.0KM1主轴旋转接触器Q0.1KM2摇臂上升接触器Q0.2KM3摇臂下降接触器Q0.3KM4 液压泵正主轴箱、立柱、摇臂放松接触器Q0.4KM5液压泵反主轴箱、立柱

34、、摇臂夹紧接触器Q0.5YA电磁阀Q0.6EL电源工作状态指示信号灯Q0.7HL1立柱松开指示信号灯Q1.0HL2立柱夹紧指示信号灯Q1.1HL3主电动机旋转指示信号灯3.4 PLC 的I/O 电气接线图的设计下图3-1为PLC 的I/O 电气接线图，图中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 共用一个COM 端，输入开关的其中一端应并接在直流24V 电源上，另一端应分别接入相应的PLC 输入端子上。接线时注意PLC 输入/输出COM 端子的极性。接触器的线圈工作电压若为交流220V，则接触器

35、线圈连接的Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3可以共用一个 COM 端。Q0.4、Q0.5、Q0.6 Q0.7、Q1.0、Q1.1可以共用一个COM端。本电路的输出端全为交流回路，因此在电源电压相同的接口可共用一个COM 端。图3-1 PLC接线图4 摇臂钻床电气控制系统软件部分的改造及仿真4.1 PLC 梯形图程序的优化设计及程序调试为了使Z3040 摇臂钻床在进行电气控制系统改造后仍能够完成原有的工作需要，该设计基于PLC 的摇臂钻床电气控制系统的PLC 程序应由电气控制系统预开程序、主电动机的起动和停止控制程序、摇臂升降控制程序即升降电动机的正反转控制程序、立柱和主轴箱的松开与夹紧控制

36、程序即液压泵电动机的正反转程序、信号的显示程序等部分组成。14因选用SIMATIC S7-200型号的PLC，所以编程时采用Windows 环境下运行的V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6的编程软件来编程设计, 采用S7-200汉化版 可编程控制器训练装臵来进行模拟调试。154.2 PLC程序设计4.2.1 PLC梯形图PLC梯形图的设计本着简单、可靠的设计原则，将所学知识运用到设计任务当中。设计中不仅有电气互锁，而且有热继电器的保护，使系统不仅能在正常情况与完好的运行，也能在有错误的情况下在最短的时间内通知工作人员，能够及时的处理问题，以免带来不必要的损失。梯形图如下： 4.3

37、仿真对PLC程序进行仿真，以下以主轴电机控制、正传摇臂上升、液压泵正转放松为例在仿真软件上仿真。4.3.1主轴电机控制按下系统总启动按钮SA，主轴启动按钮SB2，主轴线圈得KM1得电，主轴电机旋转，运行指示灯EL亮。仿真如图4-1所示：图 4-1 主轴电机控制仿真图4.3.2正钻摇臂上升放松工件到位,即放松到位开关SQ2被按下，按下摇臂上升按钮SB3，摇臂上升KM2线圈得电，摇臂上升。仿真如图4-2所示：图 4-2 正转摇臂上升4.3.3液压泵正转放松立柱放松按钮SB5被按下，液压泵放松线圈KM4得电，液压泵放松，仿真如图4-3：图4-3 液压泵正转放松4.4 改造说明:Z3040摇臂钻床的P

38、LC改造:按下按钮I0.3，Q0.2与M0.1得电。摇臂下降，摇臂线圈与中间继电器得电。中间继电器M0.0与M0.1线圈得电，常开触电接通，中间继电器M0.4得电。当中间继电器Q0.5接通，中间继电器M0.7得电，按下按钮I0.5，M0.7断电，Q0.4得电。但按下I0.5与I0.4，Q0.4得电液压泵反转夹紧。同时按下按钮I1.2和I1.5，Q1.0得电。立柱松开指示灯亮。五 结论本课题所研究的基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计实现了Z3040摇臂钻床的控制自动化，方便了工人在生产中对机床的实际操作。通过研究，可得出以下结论：5.1 研究成果可编程控制器是一种广泛应用于工业现场的新型控制

39、器，具有结构简单，抗干扰性强，编程方便等特点，本课题采用PLC自动控制技术取代了传统继电器接触器电气控制系统，实现了对Z3040摇臂钻床的自动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳定性和可靠性，而且，还大大降低了工人的劳动强度，改善了产品的加工质量，降低了设备故障率，提高了生产率。另外，通过这次毕业设计使我对PLC和电控方面的知识又有了更加深刻的理解和掌握，为今后走向工作岗位从事相关工作奠定了很好的基础。5.2 不足之处这次对于Z3040摇臂钻床的控制线路的改造，是把传统继电器控制转换成用可编程控制器控制。在传统继电器控制的摇臂钻床线路中，接线十分繁琐，在出现故障的时候检修比较复杂；用PLC控制的机床设备的控制线路，接线较为方便，精力基本可以放在编程方面，在检修方面，可以根据PLC的控制面板上I/O的指示灯和故障的现象，可以很快地查出故障点来。在机床线路的改进方面，传统继电器的改进几乎要把控制线路全都重接，而用PLC控制的机床设备，只需改一些线路，重要的是把编程程序按要求编写就行了。现在在数控机