plc的z3040摇臂钻床控制系统的改造
此设计是研究怎样用PLC改造Z3040摇臂钻床的控制系统。该设计目的是解决继电器-接触器控制方式的缺陷，如电路复杂、可靠性差、排除故障困难等。而PLC有结构简单、可靠性高、故障率低、抗干扰能力强等优点。因此，利用PLC技术改造摇臂钻床控制系统，进而大大提高它的工作性能。本论文介绍了摇臂钻床的电气控制原理，设计了控制系统改造的方案，实现了对控制系统的硬件和软件设计，包括可编程控制器的选择、I/O端口的分配、绘制硬件接线图、设计梯形图和程序。合理选择了断路器、接触器、热继电器和熔断器等电气元件。关键词 PLC，摇臂钻床，控制系统，梯形图目 录
1 绪论 1
1.1 本设计的选题背景和意义 1
1.2 国内外相关技术的研究现状和发展状态 1
2 PLC的概述 1
2.1 PLC的基本知识 1
2.2 PLC的组成 1
2.3 PLC的工作原理 2
3 Z3040摇臂钻床及传统电气控制原理分析 2
3.1 Z3040摇臂钻床的组成及运动形式 2
3.1.1 结构组成 2
3.1.2 摇臂钻床的运动 2
3.2 Z3040摇臂钻床传统控制线路原理分析 3
3.2.1 主电路分析 3
3.2.2 信号及照明电路分析 4
3.3 控制电路分析 4
3.3.1 主轴电动机的控制电路 4
3.3.2 摇臂的升降控制 5
3.3.3 主轴箱、立柱的松紧控制 8
3.4 联锁环节和保护环节 9
3.4.1 联锁环节 9
3.4.2 保护环节 9
4 系统总体方案的设计 10
5 PLC控制系统硬件的设计 10
5.1 设计的基本原则 10
5.2 电气控制部分 11
5.2.1 电气控制主电路 11
5.2.2 电动机控制 11
5.3 PLC的I/O端口分配表 12
5.4 主要电气元件选择 13
5.4.1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4 系统总体方案的设计 10
5 PLC控制系统硬件的设计 10
5.1 设计的基本原则 10
5.2 电气控制部分 11
5.2.1 电气控制主电路 11
5.2.2 电动机控制 11
5.3 PLC的I/O端口分配表 12
5.4 主要电气元件选择 13
5.4.1 PLC型号的选择 13
5.4.2 电动机型号的选择 14
5.4.3 断路器型号的选择 14
5.4.4 接触器型号的选择 14
5.4.5 热继电器型号的选择 15
5.4.6 熔断器型号的选择 16
6 基于PLC的Z3040控制系统软件的设计 17
6.1 PLC外部接线图 17
6.2 梯形图 18
6.2.1 主轴电机控制 18
6.2.2 摇臂升降控制 18
6.2.3 主轴箱、立柱松紧控制 18
6.3 指令表 19
结论 20
致谢 21
参考文献 22
附录A 传统电气控制原理图 23
附录B 控制系统梯形图 24
1 绪论
1.1 本设计的选题背景和意义
Z3040摇臂钻床性能完善、操作灵活，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是机械加工车间常见的机床。广泛应用在机械行业。当前大多使用继电器-接触器控制系统，这种控制系统有很多的缺陷。因此，为了提高经济效益，提高生产率，改造摇臂钻床的控制系统很有意义。
1.2 国内外相关技术的研究现状和发展状态
可编程控制器在国外已广泛应用在工业生产中。但国内因为经济和技术水平有限，很多工厂还没有使用PLC来代替继电器-接触器来控制。在一定程度上也说明PLC在我国有广泛的市场。近些年来，我国越来越重视工业自动化的水平，也在大力发展PLC技术。本次毕业设计，就是希望借鉴国外的PLC技术，来提高我国钻床的性能。
2 PLC的概述
2.1 PLC的基本知识
PLC全称是Programmable Logic Controller，也叫做可编程控制器。PLC是在继电器逻辑控制系统的基础上发展而来的，PLC为了适应工业控制中越来越复杂的控制任务，不断吸收计算机的技术来提高自身的能力。[1]
2.2 PLC的组成
如图1，PLC的五大组成：CPU、I/O、编程器、存储器、电源。
图1 PLC结构简化框图
2.3 PLC的工作原理
可编程控制器采用循环扫描的工作模式，包括检查过程、用户程序的执行、数据输入/输出、外设服务的四个阶段。用户程序通过编程器输入并存放在PLC的用户程序存储区中，当PLC投入运行后，在系统程序的控制下，PLC对用户程序进行逐条解释并加以执行。PLC的这种工作方式称为循环扫描。PLC按上述4个阶段周期性地循环扫描，每扫描一次，用户程序就执行一次，且I/O数据刷新一次。每个周期的扫描过程称为扫描周期。[2]
3 Z3040摇臂钻床及传统电气控制原理分析
3.1 Z3040摇臂钻床的组成及运动形式
3.1.1 结构组成
结构组成如图2所示。
图2 摇臂钻床结构示意图
内立柱的一端固定在底座上，外立柱套在内立柱上，外立柱可以在内立柱上旋转360度。摇臂一端为套筒，只能在外立柱做上下移动。因为丝杆与外立柱连成一体，而起落螺母安装在摇臂上，因此摇臂只可以和外立柱一块绕内立柱回转。主轴箱里有主传动电机、主轴驱动机构、进给机构、变速机构等。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，手轮可以控制主轴箱沿摇臂移动。[3]
3.1.2 摇臂钻床的运动形式
如图3所示，钻削过程中，钻头一边旋转运动，一边纵向进给，运动方式是：
主运动： 主轴带动钻头旋转（主电机M1驱动）
进给运动：主轴作上和下的进给运动（主电机M1驱动）
辅助运动：①外立柱和摇臂一起绕内立柱作回转运动（手动）
②摇臂升降运动（电机M2驱动）
③主轴箱沿摇臂
1 绪论 1
1.1 本设计的选题背景和意义 1
1.2 国内外相关技术的研究现状和发展状态 1
2 PLC的概述 1
2.1 PLC的基本知识 1
2.2 PLC的组成 1
2.3 PLC的工作原理 2
3 Z3040摇臂钻床及传统电气控制原理分析 2
3.1 Z3040摇臂钻床的组成及运动形式 2
3.1.1 结构组成 2
3.1.2 摇臂钻床的运动 2
3.2 Z3040摇臂钻床传统控制线路原理分析 3
3.2.1 主电路分析 3
3.2.2 信号及照明电路分析 4
3.3 控制电路分析 4
3.3.1 主轴电动机的控制电路 4
3.3.2 摇臂的升降控制 5
3.3.3 主轴箱、立柱的松紧控制 8
3.4 联锁环节和保护环节 9
3.4.1 联锁环节 9
3.4.2 保护环节 9
4 系统总体方案的设计 10
5 PLC控制系统硬件的设计 10
5.1 设计的基本原则 10
5.2 电气控制部分 11
5.2.1 电气控制主电路 11
5.2.2 电动机控制 11
5.3 PLC的I/O端口分配表 12
5.4 主要电气元件选择 13
5.4.1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4 系统总体方案的设计 10
5 PLC控制系统硬件的设计 10
5.1 设计的基本原则 10
5.2 电气控制部分 11
5.2.1 电气控制主电路 11
5.2.2 电动机控制 11
5.3 PLC的I/O端口分配表 12
5.4 主要电气元件选择 13
5.4.1 PLC型号的选择 13
5.4.2 电动机型号的选择 14
5.4.3 断路器型号的选择 14
5.4.4 接触器型号的选择 14
5.4.5 热继电器型号的选择 15
5.4.6 熔断器型号的选择 16
6 基于PLC的Z3040控制系统软件的设计 17
6.1 PLC外部接线图 17
6.2 梯形图 18
6.2.1 主轴电机控制 18
6.2.2 摇臂升降控制 18
6.2.3 主轴箱、立柱松紧控制 18
6.3 指令表 19
结论 20
致谢 21
参考文献 22
附录A 传统电气控制原理图 23
附录B 控制系统梯形图 24
1 绪论
1.1 本设计的选题背景和意义
Z3040摇臂钻床性能完善、操作灵活，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是机械加工车间常见的机床。广泛应用在机械行业。当前大多使用继电器-接触器控制系统，这种控制系统有很多的缺陷。因此，为了提高经济效益，提高生产率，改造摇臂钻床的控制系统很有意义。
1.2 国内外相关技术的研究现状和发展状态
可编程控制器在国外已广泛应用在工业生产中。但国内因为经济和技术水平有限，很多工厂还没有使用PLC来代替继电器-接触器来控制。在一定程度上也说明PLC在我国有广泛的市场。近些年来，我国越来越重视工业自动化的水平，也在大力发展PLC技术。本次毕业设计，就是希望借鉴国外的PLC技术，来提高我国钻床的性能。
2 PLC的概述
2.1 PLC的基本知识
PLC全称是Programmable Logic Controller，也叫做可编程控制器。PLC是在继电器逻辑控制系统的基础上发展而来的，PLC为了适应工业控制中越来越复杂的控制任务，不断吸收计算机的技术来提高自身的能力。[1]
2.2 PLC的组成
如图1，PLC的五大组成：CPU、I/O、编程器、存储器、电源。
图1 PLC结构简化框图
2.3 PLC的工作原理
可编程控制器采用循环扫描的工作模式，包括检查过程、用户程序的执行、数据输入/输出、外设服务的四个阶段。用户程序通过编程器输入并存放在PLC的用户程序存储区中，当PLC投入运行后，在系统程序的控制下，PLC对用户程序进行逐条解释并加以执行。PLC的这种工作方式称为循环扫描。PLC按上述4个阶段周期性地循环扫描，每扫描一次，用户程序就执行一次，且I/O数据刷新一次。每个周期的扫描过程称为扫描周期。[2]
3 Z3040摇臂钻床及传统电气控制原理分析
3.1 Z3040摇臂钻床的组成及运动形式
3.1.1 结构组成
结构组成如图2所示。
图2 摇臂钻床结构示意图
内立柱的一端固定在底座上，外立柱套在内立柱上，外立柱可以在内立柱上旋转360度。摇臂一端为套筒，只能在外立柱做上下移动。因为丝杆与外立柱连成一体，而起落螺母安装在摇臂上，因此摇臂只可以和外立柱一块绕内立柱回转。主轴箱里有主传动电机、主轴驱动机构、进给机构、变速机构等。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，手轮可以控制主轴箱沿摇臂移动。[3]
3.1.2 摇臂钻床的运动形式
如图3所示，钻削过程中，钻头一边旋转运动，一边纵向进给，运动方式是：
主运动： 主轴带动钻头旋转（主电机M1驱动）
进给运动：主轴作上和下的进给运动（主电机M1驱动）
辅助运动：①外立柱和摇臂一起绕内立柱作回转运动（手动）
②摇臂升降运动（电机M2驱动）
③主轴箱沿摇臂
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