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1、摘 要 摘摘 要要 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 Z3040 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
2、控制系统 硬件和软件的设计，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。 关键词关键词：可编程控制器，摇臂钻床，梯形图，电气控制系统 Abstract I A Abstractbstract This paper is to studies the machine process in common use Z3040 in inside radial drilling machi
3、ne electric control system improves problem. The aim is solving device complexity, inferior reliability and stability, malfunction analysis and trouble obviation of the traditional relay electric control system. Because of electric control system PLC there are lots of advantages which include design
4、, install, connect the line and adjust to try workload small, the period of research and manufacture is short, reliability is high, the ability of Anti- interference is very strong, the rate of break down is low, the demand of work environment is low, maintenance convenience a series of advantage et
5、c. Therefore, a work for to the Z3040 radial drilling machine electric control system reforming, will reforming PLC control technique application in the project, then increasing radial drilling machines work function. The paper introduces to the control principle of the radial drilling machine. Esta
6、blished the programmable controller improve the design project of electric control system of Z3040 radial drilling machine. Completed the design of the software and hardware of the electric control system, Among them include the model of PLC choice、the I/O allotment of the address、the I/O hardware c
7、onnects the line diagram、PLC trapezium diagrams design. It explains that PLC control the work process of radial drilling machine. Discussing the adoption PLC replaces the traditional electric control systems method and increases the work function of radial drilling machine, give a homologous control
8、 principle diagram. Keywords: PLC，Radial drilling machine，Trapezium diagram，Electric Control System 目 录 II 目目 录录 摘摘 要要I ABSTRACTII 目目 录录 III 第一章第一章 绪绪 论论.1 1.1 本课题的选题背景和意义1 1.2 国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态2 第二章第二章 Z3040 型摇臂钻床结构与运动形式型摇臂钻床结构与运动形式 .3 2.1 主电路3 2.2 主运动和进给运动4 2.3 控制电路、信号及照明电路4 2.3.1 摇臂沿外立柱升降移动5 2
9、.3.2 摇臂连同外立柱绕内立柱的回转运动5 2.3.3 主轴箱和立柱夹紧或放松5 第三章第三章 PLC 应用系统设计的内容和步骤应用系统设计的内容和步骤6 第四章第四章 基于基于 PLCZ3040 摇臂钻床电气控制系统硬件部分设计摇臂钻床电气控制系统硬件部分设计 8 4.1 PLC 型号的选择.8 4.1.1 根据 PLC 的物理结构.8 4.1.2 根据 PLC 的指令功能.8 4.1.3 根据 PLC 的输入输出点数.8 4.1.4 根据 PLC 的输入模块的类型.8 4.1.5 根据 PLC 的输出模块的类型.9 第五章第五章 PLC 控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则10
10、5.1 I/O 点数的确定 .10 5.2 PLC 的 I/O 分配10 5.3 输入信号地址分配10 5.4 输出信号地址分配11 第六章第六章 总结与展望总结与展望.12 6.1 研究成果.12 6.2 不足之处.12 致致 谢谢.13 参考文献参考文献.14 附录附录 A Z3040 摇臂钻床电气控制系统梯形图摇臂钻床电气控制系统梯形图.15 附录附录 B 梯形图转换成指令表梯形图转换成指令表 16 南京机电职业技术学院毕业设计论文 0 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 本本课题课题的的选题选题背景和意背景和意义义 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
11、， 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
12、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、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
13、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
14、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。 A【一级标题】 1 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，它与微型计算机之间的差别 越来越小 2。 同
15、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
16、外关于本国内外关于本课题课题的技的技术术研究研究现现状和状和发发展展动态动态 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。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
