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1、摘 要本论文主要研究Z3050摇臂钻床的电气控制系统，并对其控制系统基于PLC进行改造设计。阐述PLC的基本组成结构、工作原理和分类，讲述常用主令器的基本组成结构、原理和符号，分析Z3050摇臂钻床的基本组成结构、运动轨迹和电气控制电路，明确它的控制对象和控制目的，选择适合的PLC型号，完成PLC外部接线图和梯形图的设计。使用CX-Programmer软件编写所设计的梯形图，并对其进行编译，确认梯形图编译无误后，将CX-Programmer软件和CX-Simulator软件配合使用，对梯形图按步骤进行模拟仿真验证，看得出的结构是否与预期的一样。经验证与预期的结果一样，说明设计的梯形图使Z305
2、0摇臂钻床在保留原有的操作方法和功能的基础上，能够取代原有传统的继电器控制系统。完成了Z3050摇臂钻床电气控制系统的PLC改造设计，简化了Z3050摇臂钻床的控制电路，使其更易于维护和维修，具有更高的工作效率， 提高了Z3050摇臂钻床的性能。关键词： 继电器；PLC；控制系统；Z3050摇臂钻床Design Z3050 radial drilling machine electrical control system based on PLC Student: YANG Hong-yuan Teacher: ZOU Zi-mingAbstract: In this thesis, to s
3、tudy the Z3050 radial drilling machine electrical control system, and engineered design their control system based on PLC. It describes basic structures PLC, working principle and classification, about common masters basic structures, principles and symbols, analyze basic structures Z3050 radial dri
4、lling trajectory and electrical control circuitry, specifically its control object and control purpose, select the appropriate PLC type, complete PLC external wiring diagram and ladder design. CX-Programmer is designed for software development ladder, and compile, compile correctly confirm the ladde
5、r, the CX-Programmer CX-Simulator software and software with the use of the ladder step by step simulation, see out of the structure is the same as expected. Proven and expected the same results, indicating the design of the ladder so Z3050 radial drilling machine on the basis of retaining the origi
6、nal features of the method of operation and can replace existing traditional relay control system. PLC completed the renovation design Z3050 radial drilling machine electrical control system, simplifying the Z3050 radial drilling machine control circuit, making it easier to maintain and repair, with
7、 higher efficiency, improve the Z3050 radial drilling performance.Key works: relay; PLC; control systems; Z3050 radial drilling machine目录摘 要IAbstractII目录III.1 绪论1本课题的背景和研究意义12 PLC的概述22.1 PLC的基本知识22.1.1 PLC的发展历史22.1.2 PLC的基本组成22.1.3 PLC的工作原理32.1.4 PLC的分类42.2 常用电器的基本结构52.2.1 接触器52.2.2 电磁式继电器62.2.3 按钮8
8、3 Z3050摇臂钻床的概述93.1 Z3050摇臂钻床的基本知识93.1.1 Z3050摇臂钻床用途和型号的含义93.1.2 Z3050摇臂钻床的基本结构组成93.1.3 Z3050的运动轨迹103.2 Z3050摇臂钻床电气控制系统的分析103.2.1主电路分析103.2.2 控制电路分析124 基于PLC对Z3050摇臂钻床电气控制系统的改造设计154.1 外部接线图的设计154.2 PLC型号的选择164.3 梯形图的设计174.4梯形图的分析185 程序的编制和仿真验证（测试）215.1 CX-Programmer软件的基本知识215.2 程序的编制和编译215.3 程序的模拟仿真测
9、试245.4 小结296 结论30致谢31参考文献32附录133附录2341 绪论本课题的背景和研究意义人们为了能够更容易得控制各种机械和设备的运行，发明了电气控制的方法，从此人们开始走进了自动化控制的时代。电气控制系统，提高了人们的生活水平和质量，同时也大幅提高了各种产品的生产质量和生产效率，因此被人们广泛的应用到各个领域当中。随着电子信息科技的发展，我们开始走进数字化的时代，因此在自动化控制领域当中应运出了可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）。可编程控制器是一种集控制技术、通信技术和计算机技术于一体的新型自动控制技术。运用计算机进行逻辑编程
10、，可实现定时、顺序控制、计数和运算功能，相对于传统的继电器控制系统中复杂的线路连接，具有更简单，更方便、更高效的优点。同时PLC对工作环境的要求更低，能够适合大多数的工作环境，电路更加的简单，故障的维修和检查更加方便，从而可以看出，PLC具有更加高的可靠性、更好的工作性能和更高的工作效率，是在未来自动化控制领域方面值得大力发展的技术。Z3050摇臂钻床是比较常见的一种立式钻床,适用于单件和成批生产加工多孔的大型零件。虽然现今的机床加工生产进入了全数控化的时代，但作为专一的加工机床，在中、小型的加工企业当用还是有一定的位置。可惜的是Z3050摇臂钻床的控制系统用的是传统的继电器控制系统，具有传统
11、继电器控制系统存在的通病：各电器件需用线路连接，使其体积庞大，线路复杂，造成触点的可靠性低，有一定的延时性，使工作效率变低，维护和维修更困难。所以对Z3050摇臂钻床的控制系统进行PLC改造设计，简化它的控制系统，提高它的工作效率和可靠性，具有一定的价值和意义。传统继电器控制系统在各个领域发展了较长的一段时间,到目前为止,还有很多机械设备都在使用该系统,相对于PLC也许会存在一些不足,但这些机械设备对人们的生产和生活还具有一定作用,人们现在还是需要它们的帮助。而PLC控制系统与传统的继电器控制系统具有一定的相似性，完全能够基于PLC对传统的继电器控制系进行改造设计，进而提高机械设备的工作效率和
12、可靠性。对传统继电器控制系统的PLC改造设计，即可以保留了原有的工作能力和需求，还提高了机械设备的工作效率，让一些机械设备跟上时代发展的步伐而不至于被淘汰。电气控制系统的发展趋势也向数字化和信息化方向发展，开始着手研究数字电器件，基于PLC对传统继电器控制系统进行改造设计，也是让其走向数字化的一种方法和一条道路，是一个值得研究的课题，对控制系统的发展有着重要的意义。2 PLC的概述2.1 PLC的基本知识2.1.1 PLC的发展历史在可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）出现以前，传统的继电器控制系统在工业控制领域当中占据着主导地位。可是由于传统的继
13、电器控制系统具有明显的缺点：设备的体积大、路线复杂而导致控制系统的可靠性低和维护维修不方便。PLC的产生源于汽车制造业。在20世纪60年代的后期，由于汽车的型号更新速度快，原先汽车所使用的继电器控制系统，虽然具有价格便宜、原理简单、操作直观、使用方便等优点，但是它的逻辑控制元器件都需要布线，缺乏变更控制过程中需要的灵活性，无法满足和跟上汽车行业迅速发展的步伐。于此同时，在20世纪40年代产生的电子计算机，于60年代已经得到迅猛的发展，并开始应用到工业生产的自动控制系统当中。1968年，美国通用汽车公司曾设想过把传统的继电器控制系统和电子计算机技术两者的长处相结合起来，并首次提出了新型电气控制装
14、置的十点招标要求。到了1969年，美国数字设备公司就结合了计算机和继电器两者的优点，按照招标要求完成了研究工作，并在通用公司的生产线上试用成功，从而诞生了世界上的第一台可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。经过几十年的发展，PLC在国内外已经得到广泛的应用，特别在电力、机械制造、汽车、轻工业等方面得到飞速的成长和应用。2.1.2 PLC的基本组成PLC的基本组成大致可分为硬件系统和软件系统两部分，整个PLC的基本组成部分如下图2-1所示硬件系统：硬件系统是指组成PLC的设备，其中主要为中央处理器CPU、通信接口、输入/输出口、存储器、编程器和电源等
15、部分。为了维护和维修的方便，许多PLC使用模块式结构，即由中央处理器、存储器组成为控制模块、输入单元组成为输入模块、输出单元组成为输出模块、三者通过总线连接构成主机，并由电源提供电成为供电模块。软件系统：软件系统是指控制、管理、使用PLC，确保其能够正常的完成工作的整套程序。有的来于自厂家，也有的来自于用户，前者一般称为系统程序，后者一般称为用户程序。系统程序一般用于管理PLC的各种资源，确保整个系统的协调，便于发挥好整个编程控制器使用的效率。用户的程序侧重于使用，及其输入、输出的控制关系，即达到某种控制的目的和要求。图2-1 PLC的基本组成示意图2.1.3 PLC的工作原理PLC在执行用户的程序时，采用的是循环扫描工作方式，在整个工作扫描过程中，除了执行用户程序外还需要要进行自身的内部处理、通信服务和内部检查。一旦发现存在错误，就会发出提示信号，有时候还能进行一些相应的出错处理，使PLC停止扫描或强制停止工作。PLC处理用户程序的过程主要分为三个阶段，如图2-2所示。1. 输入采样阶段（读）程序执行前，PLC以扫描方式扫描输入端子，把可编程控制器所有的输入端子的通/断状态读入输入映像寄存器中。2. 程序处理阶段（算）按照用户输入的程序，逐步扫描每条
