plc的摇臂钻床控制系统设计(附件)
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，梯形图目 录
1 绪论1
1.1 本课题的选题意义和背景 1
1.2 国内外关于机床控制系统技术研究现状和发展 3
1.3 Z3040摇臂钻床概述3
2 可编程序控制器（PLC）5
2.1 PLC的历史 5
2.2 PLC的优点6
2.3 PLC的基本工作原理 8
3 控制系统的硬件设计11
3.1 电气控制系统的原理11
3.2 PLC型号的选择12
3.3 PLC的I/O端口分配表13
3.4 PLC的I/O电气接线图的设计15
4 控制系统的软件设计17
4.1 主电动机M1的控制程序17
4.2 摇臂升降电动机控制程序 19
4.3 液压电动机控制程序20
5 程序仿真调试29
5.1 编程软件的介绍 29
5.2 程序仿真31
总结 28
致谢 29
参考文献30
附录A 梯形图31
附录B 电路图33
1
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/> 4.2 摇臂升降电动机控制程序 19
4.3 液压电动机控制程序20
5 程序仿真调试29
5.1 编程软件的介绍 29
5.2 程序仿真31
总结 28
致谢 29
参考文献30
附录A 梯形图31
附录B 电路图33
1 绪论
1.1 本课题的选题背景和意义
当前，我们国家的摇臂钻床电气控制系统运用的基本上是落后的继电器一类的接触器。结构简单、价格便宜都是传统的继电器控制方式优秀的地方。虽然继电器有一些优点，但触点磨损快、可靠性差、运用寿命不长等也是继电器的缺点。继电器这类电器的机械运动是有寿命限制的，坏掉的电器一定要及时换新的，不然的话会影响到系统的可靠性。在实际生产的时候有时要改变加工顺序或者加工工艺时，就一定要修改继电器电路的线路重新安装，这很麻烦。在现代化的摇臂钻床控制要求里是非常不方便的。使用了继电器的系统，诊断排除故障比较困难，因为电路复杂。使用继电器的系统是用布置电线，组成各种逻辑来控制电路，用到了很多机械触点，所以可靠性较低；当需要改变产品流程的时候，需要更改很多电器的接线，更甚者需要重新更改系统，消耗了很多人力物力和时间。这些企业的生产率低下效益差，都是这样的问题。还有一些比较复杂的控制像：时间和计数控制，在继电器—接触器控制方法力不容易实现。使用了比传统继电器更新颖的PLC电气控制系统的话，上面所说的系统缺陷都能完全得到改变。所以，传统的电气控制系统的改变设计是非常有必要的。
1.2 国内外关于机床控制系统技术研究现状和发展动态
目前，摇臂钻床的生产与研究已有了很长一段历史，其应用已经涉及到很多行业。在现代发展中，机械制造业实现技术改造、生产率提高、产品更新、高速发展的主要设备之一就是摇臂钻床。摇臂钻床的应用已经覆盖几乎所有机械行业。摇臂钻床主要加工钻孔、扩孔、铰孔，各种螺纹镗加工等。
随着技术的不断进步，新的摇臂钻床吸引了更多人的青睐。它操作简单，运用广泛，现在更可以采用可编程逻辑控制器控制，灵活地适应产品的加工。在现代的发展，加工中心的结合，数控机床、辅助机床的机床行业中占有重要地位。
近年来，可编程控制器在工业，特别是在摇臂钻床上的使用，它是充分利用机器技术，电子技术，机械和电子计算，在软件代替硬件，电子设备，以取代一些机械传动，从而提高机床性能。因其特有的优点，机械制造业中可编程控制业得到了广泛的运用。PLC的编程简易、功能完善、可靠性较高、运用性强、输出变化迅速，很快取代了传统的继电器控制系统中的主导地位。
机床行业里，摇臂钻床的工步和动作虽然少，容易控制，但是采用传统的继电器控制，仍然需要用到比较多继电器，使得接线复杂，所以，容易出故障、不易维修，耗费工时，同时增加维修的成本，也影响了设备的工效。PLC集继电器、接触器、计算机的灵敏的优点于一身，因此，PLC拥有很多其他控制器没有的特点，模块化结构，高可靠性，通用性和较强的抗干扰能力，系统的灵敏度高，简单易用的编程，操作简单，设计周期不长，生产工艺变化适应性强，易于调试，易于安装，易于维护。
1.3 Z3040摇臂钻床概述
钻床在现代机械工业领域用途非常广泛，没有哪个机械加工车间不用钻床。钻床的主要类型有深孔钻床、卧式钻床、立式钻床和台式钻床等。
摇臂钻床是属于立式钻床里的一类，它操作灵活方便。不管是小型零件、大型零件，还是单件生产、批量生产都可以方便的完成。
1.3.1 Z3040摇臂钻床的结构
Z3040型摇臂钻床的组成部分有工作台、主轴箱、摇臂、内立柱、外立柱及底座。摇臂钻床的内立柱是牢固的放在机床底座上的，内立柱的外面套着外立柱．工作时外立柱与内立柱的夹紧依靠液压加紧机构，液压加紧机构松开后外立柱可以绕内立柱旋转360°。摇臂的一端的套筒是套在外立柱上的，也可由液压夹紧机构控制松开与加紧。液压夹紧机构松开后，立柱上的升降丝杠可以控制摇臂的上下移动。因为升降丝杠是与外立柱连成一体的，升降螺母又是连接在摇臂上的，所以摇臂和外立柱只能同步围绕内立柱旋转。主轴箱组成部分有机床的操作机构、变速机构和进给、主轴传动机构和主轴电动机以及主轴等。主轴箱放置在摇臂的水平导轨上，主轴箱在摇臂上的水平运动是通过手轮来操作的，紧固在摇臂上是通过液压加紧机构实现的。
图1.1 Z3040摇臂钻床
1.3.2 Z3040摇臂钻床电力拖动要求与控制特点
（1）利用多台电动机运作，可以简化机床传动装置的结构。
（2）主轴箱内只有一台主电动机拖动，可以完成主轴的旋转运动、纵向进给运动及主轴变速机构。
（3）主轴的进给运动与旋转的速度调节是由机械变速机构完成的，这样可以更好的适应其他加工方式
（4）在实际过程里虽然有时要主轴能够实现正转反转，但这可以采用机械方法来实现，所有，主电动机只需单向旋转。
（5）升降电动机带动摇臂的升降，所以需要升降电动机能正转反转，采用笼型异步电动机可以直接启动，不需要调速和制动。
（
1 绪论1
1.1 本课题的选题意义和背景 1
1.2 国内外关于机床控制系统技术研究现状和发展 3
1.3 Z3040摇臂钻床概述3
2 可编程序控制器（PLC）5
2.1 PLC的历史 5
2.2 PLC的优点6
2.3 PLC的基本工作原理 8
3 控制系统的硬件设计11
3.1 电气控制系统的原理11
3.2 PLC型号的选择12
3.3 PLC的I/O端口分配表13
3.4 PLC的I/O电气接线图的设计15
4 控制系统的软件设计17
4.1 主电动机M1的控制程序17
4.2 摇臂升降电动机控制程序 19
4.3 液压电动机控制程序20
5 程序仿真调试29
5.1 编程软件的介绍 29
5.2 程序仿真31
总结 28
致谢 29
参考文献30
附录A 梯形图31
附录B 电路图33
1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
/> 4.2 摇臂升降电动机控制程序 19
4.3 液压电动机控制程序20
5 程序仿真调试29
5.1 编程软件的介绍 29
5.2 程序仿真31
总结 28
致谢 29
参考文献30
附录A 梯形图31
附录B 电路图33
1 绪论
1.1 本课题的选题背景和意义
当前，我们国家的摇臂钻床电气控制系统运用的基本上是落后的继电器一类的接触器。结构简单、价格便宜都是传统的继电器控制方式优秀的地方。虽然继电器有一些优点，但触点磨损快、可靠性差、运用寿命不长等也是继电器的缺点。继电器这类电器的机械运动是有寿命限制的，坏掉的电器一定要及时换新的，不然的话会影响到系统的可靠性。在实际生产的时候有时要改变加工顺序或者加工工艺时，就一定要修改继电器电路的线路重新安装，这很麻烦。在现代化的摇臂钻床控制要求里是非常不方便的。使用了继电器的系统，诊断排除故障比较困难，因为电路复杂。使用继电器的系统是用布置电线，组成各种逻辑来控制电路，用到了很多机械触点，所以可靠性较低；当需要改变产品流程的时候，需要更改很多电器的接线，更甚者需要重新更改系统，消耗了很多人力物力和时间。这些企业的生产率低下效益差，都是这样的问题。还有一些比较复杂的控制像：时间和计数控制，在继电器—接触器控制方法力不容易实现。使用了比传统继电器更新颖的PLC电气控制系统的话，上面所说的系统缺陷都能完全得到改变。所以，传统的电气控制系统的改变设计是非常有必要的。
1.2 国内外关于机床控制系统技术研究现状和发展动态
目前，摇臂钻床的生产与研究已有了很长一段历史，其应用已经涉及到很多行业。在现代发展中，机械制造业实现技术改造、生产率提高、产品更新、高速发展的主要设备之一就是摇臂钻床。摇臂钻床的应用已经覆盖几乎所有机械行业。摇臂钻床主要加工钻孔、扩孔、铰孔，各种螺纹镗加工等。
随着技术的不断进步，新的摇臂钻床吸引了更多人的青睐。它操作简单，运用广泛，现在更可以采用可编程逻辑控制器控制，灵活地适应产品的加工。在现代的发展，加工中心的结合，数控机床、辅助机床的机床行业中占有重要地位。
近年来，可编程控制器在工业，特别是在摇臂钻床上的使用，它是充分利用机器技术，电子技术，机械和电子计算，在软件代替硬件，电子设备，以取代一些机械传动，从而提高机床性能。因其特有的优点，机械制造业中可编程控制业得到了广泛的运用。PLC的编程简易、功能完善、可靠性较高、运用性强、输出变化迅速，很快取代了传统的继电器控制系统中的主导地位。
机床行业里，摇臂钻床的工步和动作虽然少，容易控制，但是采用传统的继电器控制，仍然需要用到比较多继电器，使得接线复杂，所以，容易出故障、不易维修，耗费工时，同时增加维修的成本，也影响了设备的工效。PLC集继电器、接触器、计算机的灵敏的优点于一身，因此，PLC拥有很多其他控制器没有的特点，模块化结构，高可靠性，通用性和较强的抗干扰能力，系统的灵敏度高，简单易用的编程，操作简单，设计周期不长，生产工艺变化适应性强，易于调试，易于安装，易于维护。
1.3 Z3040摇臂钻床概述
钻床在现代机械工业领域用途非常广泛，没有哪个机械加工车间不用钻床。钻床的主要类型有深孔钻床、卧式钻床、立式钻床和台式钻床等。
摇臂钻床是属于立式钻床里的一类，它操作灵活方便。不管是小型零件、大型零件，还是单件生产、批量生产都可以方便的完成。
1.3.1 Z3040摇臂钻床的结构
Z3040型摇臂钻床的组成部分有工作台、主轴箱、摇臂、内立柱、外立柱及底座。摇臂钻床的内立柱是牢固的放在机床底座上的，内立柱的外面套着外立柱．工作时外立柱与内立柱的夹紧依靠液压加紧机构，液压加紧机构松开后外立柱可以绕内立柱旋转360°。摇臂的一端的套筒是套在外立柱上的，也可由液压夹紧机构控制松开与加紧。液压夹紧机构松开后，立柱上的升降丝杠可以控制摇臂的上下移动。因为升降丝杠是与外立柱连成一体的，升降螺母又是连接在摇臂上的，所以摇臂和外立柱只能同步围绕内立柱旋转。主轴箱组成部分有机床的操作机构、变速机构和进给、主轴传动机构和主轴电动机以及主轴等。主轴箱放置在摇臂的水平导轨上，主轴箱在摇臂上的水平运动是通过手轮来操作的，紧固在摇臂上是通过液压加紧机构实现的。
图1.1 Z3040摇臂钻床
1.3.2 Z3040摇臂钻床电力拖动要求与控制特点
（1）利用多台电动机运作，可以简化机床传动装置的结构。
（2）主轴箱内只有一台主电动机拖动，可以完成主轴的旋转运动、纵向进给运动及主轴变速机构。
（3）主轴的进给运动与旋转的速度调节是由机械变速机构完成的，这样可以更好的适应其他加工方式
（4）在实际过程里虽然有时要主轴能够实现正转反转，但这可以采用机械方法来实现，所有，主电动机只需单向旋转。
（5）升降电动机带动摇臂的升降，所以需要升降电动机能正转反转，采用笼型异步电动机可以直接启动，不需要调速和制动。
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