基于PLC技术的Z3040摇臂钻床自动控制系统的改造

-Ι-基于PLC技术的Z3040摇臂钻床自动控制系统的改造摘要Z3040摇臂钻床是机械加工中常用的金属切削机床，由于传统继电器—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，我们研究了机械加工中常用的Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题。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，从而得到了广泛的应用。本文对Z3040摇臂钻床电气控制系统进行了改造，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。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。关键词可编程控制器；摇臂钻床；梯形图；电气控制系统改造-Ι-目录摘要......................................................................................................................I第1章绪论........................................................................................................11.1课题背景...................................................................................................11.2国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态...............................21.3本文的主要内容.......................................................................................3第2章Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理....................................42.1主电路.......................................................................................................42.2控制电路、信号及照明电路................................................................52.3电路分解..................................................................................................52.3.1行程开关SQ1-SQ3的作用............................................................62.3.2时间继电器KT的作用.................................................................62.4电路工作过程...........................................................................................62.4.1主电路原理......................................................................................62.4.2摇臂升降的控制..............................................................................72.4.3以摇臂上升为例分析摇臂升降的控制........................................72.4.4主轴箱、立柱松开与夹紧的控制................................................8第3章基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的改造..........93.1PLC基础理论............................................................................................93.1.1PLC的定义.......................................................................................93.1.2PLC的特点.......................................................................................93.1.3PLC的组成.....................................................................................103.1.4PLC工作原理.................................................................................103.2PLC型号的选择...................................................................................113.3PLC的I/O端口分配表.....................................................................123.4PLC的I/O电气接线图的设计.........................................................13第4章摇臂钻床电气控制系统软件部分的改造及仿真..............................154.1PLC梯形图程序的优化设计及程序调试.........................................154.2PLC程序设计..........................................................................................154.2.1PLC梯形图.....................................................................................154.3仿真.........................................................................................................181主轴电机控制.........................................................................................182正钻摇臂上升.........................................................................................193液压泵正转放松.....................................................................................20结论....................................................................................................................211研究成果.................................................................................................212不足之处.................................................................................................21参考文献............................................................................................................22致谢....................................................................................................................23第1章绪论1.1课题背景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。[2]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，这样可以大大的节省用户的开发时间与生产成本。[3]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-2-现场电气控制人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言（SequentialFunctionChart），使