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1、沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计(论文)摘 要随着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。今后数控技术又将向着高精化，高速化，高效化，系统化，自动化，智能化，集体化方向发展，并注重工艺适用性和经济性。 关键词: PLC；摇臂钻床；继电器AbstractTherefore, seized the favorable opportunity to furt
2、her facilitate the promotion and application of the PLC technology is to enhance our industrial automation the urgent task, and the pitman arm under the bed for z3040 electrical control system design, it is hoped that this industrial control technology and advanced applied to industrial site to enha
3、nce the pitman arm under the beds work performance. digit control technology in the future will have a high speed of systemic,efficiency,automation and intelligent, collectivization, and importance of good workmanship and economical.Key word：PLC； Pitman arm under the bed ； Relays目 录1 绪 论11.1PLC在电气控制
4、系统中的应用11.2Z3040摇臂钻床简介21.3本论文研究的对象及意义22系统总体设计42.1PLC与继电器-接触器的对比42.2具体方案阐述42.3PLC控制系统的设计基本内容62.4PLC控制系统设计原则与步骤72.4.1PLC 控制系统设计的基本原则72.4.2 PLC 控制系统设计与调试步骤83Z3040型摇臂钻床控制系统工艺分析93.1Z3040摇臂钻床的运动形式和主要结构93.2具体电动机的配置情况及控制形式113.3电路分解133.4行程开关SQ1SQ3的作用143.5时间继电器KT的作用及Z3040摇臂钻床的图形143.6电路工作过程153.6.1主轴电动机M1的控制153.
5、6.2摇臂升降的控制153.6.3以摇臂上升为例分析摇臂升降的控制163.6.4主轴箱、立柱松开与夹紧的控制173.7液压控制系统183.7.1夹紧液压控制系统183.7.2摇臂移动与主轴箱移动液压系统图193.8系统的硬件连线204系统的软件设计214.1PLC的编程语言214.2PLC的系统结构和基本工作原理244.2.1PLC的系统结构244.2.2PLC的基本工作原理254.3 PLC的基本功能和基本指令264.3.1 PLC的基本功能264.3.2 PLC的基本指令275实验及调试过程中遇到的问题295.1 PLC程序的调试295.2 调试过程中遇到的问题及解决方法29结束语30致
6、谢31参考文献32附录 主要电气元件表33附录II 控制电路原理图35附录III PLC控制系统I/O分配表37附录IV PLC控制系统I/O接线图39附录V PLC控制程序清单40251 绪论1.1 PLC在电气控制系统中的应用现代工业生产中，中小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求迅速提高，传统的普通钻床已经越来越难以适应现代化生产的要求，制造业的竞争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量的竞争，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竞争，将面临知识技术产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求更高，同时社会对环境保护、绿色
7、制造的意识不断加强，因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竞争和生存、发展的主要手段。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来越紧密，作为自动化柔性生产重要基础的“软”控制系统机床，在生产中所占比例将越来越高。20世纪70年代以前，电气自动控制的任务基本上是由继电器控制系统来完成。继电器控制系统的优点是结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，所以当时应用的十分广泛，至今仍在许多简单的机械设备中应用。但是，该类控制系统的缺点也十分明显，它采用固定的硬件接线方式来完成各种逻辑控制，灵活性差；另外机械性触点的工作频率低，易损坏，因此可靠性较差。随着信息化产业的高速发展，数控机床的功能日趋完善，数控机床已经完
8、全取代了普通机床，而数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高、低关系到国家战略地位、国民经济水平和体现国家综合实力的水平。今后数控技术又将向着高精化，高速化，高效化，系统化，自动化，智能化，集体化方向发展，并注重工艺适用性和经济性。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。PLC以软件手段实现了各种控制功能，与继电器控制系统相比，灵活性大大提高；与普通的计算机相比，又具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、组合灵活、扩展方便、体积小等突出优点，因而在机床电气控制系统中得到广泛的应用。1.2 Z3040摇臂钻床简介钻床是一种孔加工机床，可用来钻孔、
9、扩孔、绞孔、攻螺纹及修刮端面等多种形式的加工。钻床的结构形式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床等。摇臂钻床是一种立式钻床，它适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床。摇臂钻床主要由底座、内外立座、摇臂、主轴箱和工作台等组成。摇臂的一端为套筒，套装在外立柱上，并借助丝杠的正、反转可沿外立柱作上下移动。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上可通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。加工时，根据工件高度的不同，摇臂借助于丝杠可带着主轴箱沿外立柱上下升降。在升降之前，应自动将摇臂松开，再进行升降，当达到所需的位置时，摇臂自动夹紧在立柱上。摇臂钻床钻削加工分为工作运动和辅助运
10、动。工作运动包括：主运动（主轴的旋转运动）和进给运动（主轴轴向运动）；辅助运动包括：主轴箱沿摇臂的横向移动，摇臂的回转和升降运动。钻削加工时，钻头一面旋转一面作纵向进给。钻床的主运动是主轴带着钻头作旋转运动。进给运动是钻头的上下移动。辅助运动是主轴箱沿摇臂水平移动，摇臂沿外立柱上下移动和摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。摇臂回转和主轴箱的左右移动采用手动.1.3 本论文研究的对象及意义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
11、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。由于Z-3040型摇臂钻
12、床的电气控制系统存在线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性低、灵活性差等缺点,本文提出了用PLC对Z-3040型摇臂钻床的继电器接触式模拟控制系统进行技术改造,从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性,更好地满足了实际生产的需要,提高了经济效益。2 系统总体设计2.1 PLC与继电器-接触器的对比目前，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
13、气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷。 可编程序控制器(PLC)是以微处理器为核心，将计算机技术、通信技术与自然控制技术融为一体的新型工业自动控制装置。它克服了继电器接触器控制电路存在触点多、组合复杂、通用性和灵活性差等缺点。它不仅具有各种逻辑控制功能，而且还具有各种运算、数据处理、联网通信等功能的控制，同时还具有抗干扰性强、环境适应性好和可靠性高等特点。因而广泛地应用于工业生产各领域中。因此有必要对旧式机床进行自动化改造。2.2 具体方案阐述方案一：依照旧式Z3040摇臂钻床，利用“翻译法”进行PLC改造。其中摇臂回转、主轴箱左右移动为手动操作。把旧式Z3040摇臂钻床电气图翻译成PL
14、C的梯形图即可。图2.1 方案1图方案二：在旧式Z3040摇臂钻床基础上，加入摇臂回转自动操作，主轴箱左右移动为自动操作，可提高生产效率。并加入工件加工计数功能、PC通信功能。图2.2 方案2图方案三：在旧式Z3040摇臂钻床基础上，引入PC技术，以芯片为控制中心，实现智能操作。把摇臂上升、下降的限位开关，换成限位传感器，把信号传递给智能芯片，然后智能芯片在操作电磁阀工作，进而操作电动机转动。在机床夹具旁边加一个感应“笔”，可以与机床刀具的刀头产生感应（像用磁铁、特殊传感器等）来给芯片信号，以实现刀具智能定位。其中摇臂上、下运动，回转运动及主轴箱的左右移动都可与感应“笔”产生信号给智能芯片，实
15、现摇臂上、下运动，回转运动及主轴箱的左右移动智能化。图2.3 方案3图本设计选用第二种方案，即可实现自动化操作，技术含量、成本、设计周期也低，适合本阶段自身的设计水平。2.3 PLC控制系统的设计基本内容1确定系统运行方式与控制方式。PLC可构成各种各样的控制系统，如单机控制系统、集中控制系统等。在进行应用系统设计时，要确定系统的构成形式。 2选择用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法属于其他课程的内容。 3PLC的选择。PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济指标起着重要的作用。选择PLC应包括机型选择、容量选择、IO模块选择、电源模块选择等。 4分配I0点，绘制I0连接图，必要时还须设计控制台(柜)。 5设计控制程序。控制程序是整个系统工作的软件，是保证系统正常、安全、可靠的关键。因此控制系统的程序应经过反复调试、
