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1、南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）Z3040摇臂钻床控制系统的PLC改造裴 闯班 级 08 电 气 二 班专 业 电 气 自 动 化教 学 系 机 电 系指导老师 顾 子 明完成时间 年 月 日 至 年 月 日II南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）摘 要Z3040型摇臂钻床适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工，是机械加工车间常用的机床，在机械行业中得到了广泛应用。由于传统继电器接触器控制的摇臂钻床存在电路接线复杂，触点多、噪音大、可靠性差、故障诊断与排除困难等缺点，因此对Z3040摇臂钻床控制系统的技术改造是非常必要的。本文在分析Z3040型摇臂钻床继电接触控制系统工作原理的基础
2、上，提出了用可编程控制器（PLC）对摇臂钻床控制系统进行改造设计。文中介绍了PLC的原理和特点；给出了摇臂钻床PLC控制系统的硬件组成和软件设计；其中包括PLC的选型、输入/输出（I/O）地址分配、PLC外部接线图、PLC梯形图程序设计；分析了用PLC控制摇臂钻床的工作过程；对主要电器元件进行了选择。改造后的Z3040型摇臂钻床简化了控制线路，使机床功能完善，使用方便，维护简单，降低了设备运行的故障率，提高了设备运行的使用率，可实现生产过程的高效、节能和低成本。在工业上有广泛的应用前景。关键词：可编程控制器（PLC）;摇臂钻床;梯形图;控制系统AbstractThe Z3040 drillin
3、g lathe which was commonly seen in work house, and it is widely used in mechanism industry. There were too many faults in the traditional relay controlled drilling lathe, such as the complex connections in circuit; too much noises and so on, besides these hidden problems ,the diagnosing and expellin
4、g for the mistakes w as also difficult. it is necessary to improve its controlling system in technical.This articles propose is to using the Programmable Logic Controller (PLC) to replace the traditional control system which was compounded of relays, and this control theory was based on the function
5、 of relays. it shows the principle and unique of the PLC ;also shows both hardware structure and software of the new Z3040 drilling lathe which was controlled by The PLC, including allocation for input/output address, external connection diagram, designs for programs.Through analyses the procedure t
6、hat the Z3040 works, I chased main components.Through the improvement, we simplify the control system, it both perfect the function and cut down costs which was used for maintenances. The reform of Z3040 can easily help us to realize low-cost and energy-costless during the production, it has gorgeou
7、s prospects in industry.Key words: PLC drilling lathe block diagram control system20目 录摘 要I第1章 引 言11.1本课题选题背景和意义11.2 本文的主要工作1第2章 PLC的概述22.1 PLC的基本知识22.2 PLC的编程语言4第3章 Z3040控制线路原理分析53.1 Z3040摇臂钻床简介53.1.1 Z3040摇臂钻床的结构及运行53.1.2 Z3040摇臂钻床的电力拖动的特点和控制要求53.1.3 Z3040控制线路概述63.2 Z3040控制线路原理分析73.2.1 主电路分析93.2.2
8、 控制电路分析104.1 PLC的型号选择134.1.1 PLC的型号选择134.1.2 Z3040摇臂钻床PLC控制系统电路图设计174.2 基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统软件设计194.2.1 PLC梯形图程序设计194.2.2 PLC梯形图系统调试244.2.3 PLC控制指令表254.2.4 PLC 控制系统分析284.2.5 元器件布置接线图设计29第5章 主要电气元件及选择315.1断路器315.1.1 断路器结构、原理315.1.2 断路器的选择315.2接触器325.2.1 接触器结构、原理325.2.2 接触器的选择325.3热继电器345.3.1 热继电器结构、原
9、理345.3.2 热继电器的选择355.4熔断器355.4.1 熔断器结构、原理355.4.2 熔断器的选择36第6章 结论39参 考 文 献40附录42第1章 引 言1.1本课题选题背景和意义钻床是一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。Z3040摇臂钻床是一种立式钻床，他具有性能完善、适用范围广、操作方便、灵活等优点，它适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床，在机械行业中得到了广泛应用。目前机械行业中使用的摇臂钻床其控制系统大多数是采用继电器接触器控制方式，电路接线复杂，触点多、噪音大、维修工作量大。因此，对Z3040
10、摇臂钻床控制系统的技术改造是非常必要的。1.2本文的主要工作本设计的主要任务是应用可编程控制器（PLC）对Z3040摇臂钻床控制系统加以改造，最终要达到使控制系统满足Z3040摇臂钻床对电力拖动和控制要求，简化控制线路，提高系统可靠性，使用率。具体设计任务要求如下：1Z3040型摇臂钻床控制线路原理分析2基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统设计（1）PLC的硬件选型（2）Z3040型摇臂钻床PLC控制I/O端口分配表（3）Z3040型摇臂钻床PLC控制系统电路（4）Z3040型摇臂钻床PLC控制软件设计（5）PLC 控制分析3主要电气元件及选择（1）断路器（2）接触器（3）热继电器（4）熔
11、断器4元器件布置图和接线图设计第2章 PLC的概述2.1 PLC的基本知识1、PLC的产生及发展可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC或PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。2、PLC的组成PLC由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。其结构框图如图（21）。 中央处理单元（简称C
12、PU）作用：处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统，使之协调的工作。编程器 输出单元输入单元中央处理单元（CPU） 电源用户程序存储器系统程序存储器图21 PLC结构简化框图 存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路。作用：存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其它一些信息。 输入单元：输入单元是PLC与工业生产现场被控设备相连的输入接口，是现场信号进入PLC的桥梁。作用：接收主令元件，检测元件传来的信号。 输出单元输出单元也是PLC与现场设备之间的连接部件，把输出信号送给控制对象的输出接口。作用：将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件。 电源作用：
13、将交流电转换成PLC内部所需的直流电源。类型：目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。3、PLC的工作原理PLC以微处理器为核心， PLC采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期主要可分为：输入刷新，程序执行，输出刷新三个阶段 。 4、 PLC的特点为适应工业环境使用，与一
14、般控制装置相比较，PLC机有以下特点：1可靠性高，抗干扰能力强。2通用性强，控制程序可变，使用方便。3功能强，适应面广4编程简单，容易掌握5减少了控制系统的设计及施工的工作量6体积小、重量轻、功耗低、维护方便第3章 Z3040控制线路原理分析3.1 Z3040摇臂钻床简介钻床可以进行多种形式的加工，如；钻孔、镗孔、铰孔及攻螺纹。因此要求钻床的主轴运动和进给运动有较宽的调速范围。Z3040型摇臂钻床的主轴的调速范围为50:1，正转最低转速为40 r/min，最高为2000 r/min，进给范围为0.051.60 r/min。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
15、动机拖动，这样可以简化变速机构。摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下还可以进行镗孔。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。摇臂钻床除了主轴的旋转和进给运动外，还有摇臂的上升、下降及立柱的夹紧和放松。摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机拖动，主轴箱、立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动。通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。此外还有一台冷却泵电动机对加工的刀具进行冷却。3.1.1 Z3040摇臂钻
