钻床控制系统设计

1、南京工程学院继续教育学院毕业设计任务书自动化 系数控技术专业设计题目控制系统改造设计学生姓名 甄超班 级 T数控091起止日期201.32011.4指导教师 刘启新教研室主任发任务书日期2011年3月1日毕业设计的原始数据：以PLC为控制装置，改造Z304型钻床的控制系统主轴电动机：2.4kW、1440r/min 2.上升、下降电动机：750W、1440r/min3.夹紧、放松电动机：370W、1440r/min 4.油泵电动机：125W、2880r/min毕业设计（论文）的内容和要求（包括技术要求、图表要求以及工作要求等）:根据毕业设计给出的原始数据，设计Z3040型钻床控制系统的硬、软件，

2、主要内容如下：（1）根据Z3040型钻床的控制要求，选择合适的PLC；（2）根据钻床电动机的功率选择接触器的型号和规格；（3）设计PLC的接口电路；（4）分配PLC的地址表；（5）设计PLC的程序流程图；（6）编制控制程序。毕业设计应完成的技术文件：（1）论文摘要（中、英文）；（2）开题报告（设计思路，分析）；（3）PLC接口电路、地址分配表；（4）硬件电路；（5）程序流程图、程序清单。主要参考文献：机床电气及可编程序控制器实验、课程设计指导书高等教育出版社2001郁汉琪电气控制与可编程控制器化学工业出版社2006冯薇电气控制与可编程控制器应用中国建材工业出版社2004吴晓君，杨向明电气控制与

3、可编程控制器技术化学工业出版社2004史国生编著机床电气及可编程序控制器应用技术 东南大学出版社2002郁汉琪全国大学生电子设计竞赛训练教程 黄智伟主编电子工业出版社2005毕业设计（论文）进度计划（以周为单位）:室主任2011年1月12日院领导2011年1月14日起止日期工作内容备注第一周熟悉课题的基本要求第二周查找资料，熟悉有关内容第三周分析控制要求，画出主电路第四周设计接口电路、画出接口电路图第五周确定输入/输出地址分配表第六周编写、调试电动机控制程序第七周撰写毕业设计论文第八周撰写毕业设计论文，准备毕业答辩教研室审查意见：院部审查意见:摘要阐述了采用可编程控制器（PLC）进行Z3040

4、钻床控制电路教学设备技术改造的方法，简 要说明了S7-200系列在本系统中的应用以及PLC控制过程的工作原理，其中包括I/O 口的 分配、确定I/O点数、设计PLC系统控制程序等几个环节的处理方法。开题报告目前的机床普遍采用传统的继电器一接触器控制方式。由于它采用传统的继电器 和接触器的联锁触点构成顺序控制，该触点的寿命与接触不良常常使得机器的故障率提 高，发生故障时又很难找到故障。另一方面，一些复杂的控制如：时间，计数控制，用继 电器一接触器控制方式不方便实现，甚至无法实现。而采用PLC进行控制可以提高机器的 运转效率，与继电器相比PLC它有以下几个优势：（1）功能强，性价比高。一台小型PL

5、C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。与具有和PLC相同功能的继电器相比，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。（2）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。PLC产品已经实现标准化，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。用户能灵活方便的进行系统配置，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有很强的带负载能力，可以直接驱动一 般的电磁阀和交流接触器。（3）可靠性高，抗干扰能力强。在传统的继电器控制系统中需要使用大量的中间继电器、时间继电器。由于触

6、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，接线可减少互继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良 造成的故障大为减少。PLC由于采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，故具有很强的抗干 扰能力，平均无故障时间可以达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现 场，因此PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。（4）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 制设计方

7、法。这种编程方法很有规律，比较容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设 计时间可以比设计继电器系统电路图的时间少得多。PLC的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，因此系 统的调试时间比继电器系统少得多。（5）编程方法简单。梯形图是使用得最多的PLC编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相 似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间 就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的

8、一种 高级语言，PLC在执行梯形图的程序时，用解释程序将梯形图转换成汇编语言后再去执行。（6）维修工作量少，维修方便。PLC的故障发生率很低，且有完善的自我诊断和显示功能。当PLC或其外部的输入装 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的查明 出现故障的原因，用更换模块的方法就可以迅速地排除故障。（7）体积小，能耗低。对于复杂的控制系统，使用了 PLC以后，就可以减少大量的中间继电器和时间继电器 的使用。小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的 1/2-1/10。PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和

9、附件， 减少大量的安装接线的时间，还可以减少大量的费用。除此之外，PLC丰富的编程资源，可以在使用PLC控制的同时，扩充机床的功能，使 它更方便的适合于机械工厂的需要。随着微电子技术的发展，PLC在完成传统控制的同时，更多的具备了网络功能，即多 台PLC或者PLC与PC之间可以方便的进行联网。这样借助于现场总线的PLC通讯网络， 可以使得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，车间自动 化提供了技术保证。本课题是以Z3040型摇臂钻床为例来研究经由PLC电气改造的机床控制系统。钻床是 一种用途较广的万能机床，可以用来钻孔、扩孔及修刮端面等多种形式的加工。钻床按用 途和结构

10、可分为立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、多轴钻床、深孔钻床、卧式钻床及其它 专用钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，最具有典型性。设计思路与分析根据PLC控制系统设计的一般步骤,Z3040钻床PLC控制系统属于典型的单机控制系 统，输入/输出信号均为开关控制量,一般的继电器输出型PLC就可以满足控制上的要求, 又由于Z3040钻床属于中小型机床，输入信号传输距离不大，控制电路比较集中,不必采用 单独的控制柜来安装电器元件。为了提高整个系统的可靠性、安全性,考虑到系统的成本, 系统的主轴电动机正、反转，冷却泵电动机部分控制及照明电路将不采用PLC控制。另 外,24V的输入电压可

11、以满足对系统抗干扰能力的要求。图1 Z3040钻床电气主电路图图1是Z3040钻床控制系统的主电路图，其中M1是主轴电动机,M2为摇臂升降电动机,M3 为液压泵电动机,M4为冷却泵电动机,具体控制要求如下：4台电动机容量较小,均采用全压直接起动。主轴旋转与进给要求有较大的调速范围，钻 削加工要求主轴正、反转，这些皆由液压和机械系统完成,主轴电动机是作单向旋转。摇臂升降由升降电动机拖动，因此升降电动机要求正、反转。3）液压泵电动机用来拖动液压泵送出不同流向的压力油，推动活塞，带动菱形块动作，以 此来实现主轴箱、内外立柱和摇臂的夹紧与松开。因此液压泵电动机要求正、反转。4）摇臂的移动需严格按照摇臂

12、松开一摇臂移动一摇臂移动到位自动夹紧的程序进行。5）钻削加工时由冷却泵电动机拖动冷却泵,冷却泵电动机为单向旋转。（一）选择PLC首先，三种品牌的PLC中，西门子的质量最可靠，性能最稳定，所以确定在此系统中 使用西门子的PLC。在摇臂钻床的控制系统中，PLC注意起开关作用及定时、计数的少数 简易功能，所以只需要小型的PLC就能满足功能。在摇臂钻床控制系统的设计中需要输入 点（I）12个，输出点（Q）9个。综上所述，选择PLC为224 CXP。资源分配表名称地址输出信号SB1I0.0关闭主轴电动机M1按钮SB2I0.1启动主轴电动机M1按钮SB3I0.2摇臂上升按钮SB4I0.3摇臂下降按钮SB5I0.4主轴箱和立柱松开按钮SB6I0.5主轴箱和立柱夹紧按钮SQ1I0.6摇臂上升与下降的限位保护SQ2I0.7摇臂