基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计

摘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：可编程控制器，摇臂钻床，梯形图，电气控制系统Abstract:ThispaperistostudiesthemachineprocessincommonuseZ3040ininsideradialdrillingmachineelectriccontrolsystemimprovesproblem.Theaimissolvingdevicecomplexity,inferiorreliabilityandstability,malfunctionanalysisandtroubleobviationofthetraditionalrelayelectriccontrolsystem.BecauseofelectriccontrolsystemPLCtherearelotsofadvantageswhichincludedesign,install,connectthelineandadjusttotryworkloadsmall,theperiodofresearchandmanufactureisshort,reliabilityishigh,theabilityofAnti-interferenceisverystrong,therateofbreakdownislow,thedemandofworkenvironmentislow,maintenanceconvenienceaseriesofadvantageetc.Therefore,aworkfortotheZ3040radialdrillingmachineelectriccontrolsystemreforming,willreformingPLCcontroltechniqueapplicationintheproject,thenincreasingradialdrillingmachine’sworkfunction.Thepaperintroducestothecontrolprincipleoftheradialdrillingmachine.EstablishedtheprogrammablecontrollerimprovethedesignprojectofelectriccontrolsystemofZ3040radialdrillingmachine.Completedthedesignofthesoftwareandhardwareoftheelectriccontrolsystem,AmongthemincludethemodelofPLCchoice、theI/Oallotmentoftheaddress、theI/Ohardwareconnectsthelinediagram、PLCtrapeziumdiagram’sdesign.ItexplainsthatPLCcontroltheworkprocessofradialdrillingmachine.DiscussingtheadoptionPLCreplacesthetraditionalelectriccontrolsystem’smethodandincreasestheworkfunctionofradialdrillingmachine,giveahomologouscontrolprinciplediagram.Keywords:PLC，Radialdrillingmachine，Trapeziumdiagram，ElectricControlSystem目录1绪论............................................................11.1本课题的选题背景和意义..........................................11.2国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态........................22Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理..............................32.1主电路..........................................................32.2控制电路、信号及照明电路........................................32.2.1主电动机的旋转控制............................................42.2.2摇臂的升降控制................................................42.2.3立柱和主轴箱的松开及夹紧控制..................................43基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计................53．1PLC型号的选择.................................................53.1.1根据PLC的物理结构............................................53.1.2根据PLC的指令功能............................................53.1.3根据PLC的输入输出点数........................................63.1.4根据PLC的存储容量............................................63.1.5根据PLC的输入模块的类型......................................63.1.6根据PLC的输出模块的类型......................................63.2PLC的I/O端口分配表............................................63.3PLC的I/O电气接线图的设计......................................84Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计..........................94.1PLC梯形图程序的优化设计及程序调试..............................94.1.1系统预开程序..................................................94.1.2主电动机的起动控制程序........................................94.1.3摇臂升降控制程序.............................................104.1.4主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序..........................104.1.5主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序...........................114.1.6信号显示程序.................................................114.1.7电源工作状态指示信号程序.....................................115结论............................................................125.1研究成果.......................................................125.2不足之处.......................................................12致谢...............................................................13参考文献...........................................................14附录A.............................................................15附录B.............................................................161绪论1.1本课题的选题背景和意义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，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（ProgrammableLogicController）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（SequentialFun