基于Z35型搖臂鉆床的PLC程序設(shè)計(jì)

1、基于Z35型搖臂鉆床的PLC程序設(shè)計(jì) 學(xué)院： 電氣與光電工程學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動化 班級： 姓名： 學(xué)號： 電器與PLC課程設(shè)計(jì)任務(wù)書電氣與光電工程學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動化 班級：學(xué)生姓名指導(dǎo)老師職稱講師課題名稱基于Z35型搖臂鉆床的PLC程序設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求達(dá)到設(shè)計(jì)課題的控制要求，上機(jī)調(diào)試PLC控制程序，打印PLC 程序，計(jì)算機(jī)繪圖。課題工作內(nèi)容工作內(nèi)容：1、了解機(jī)床的加工工藝及工作原理。2、設(shè)計(jì)方案論證，系統(tǒng)建立，電氣原理控制設(shè)計(jì)。3、元器件選擇，梯形圖設(shè)計(jì)（控制分析）。4、完成設(shè)計(jì)圖紙，完成設(shè)計(jì)任務(wù)書。5、設(shè)計(jì)測評。進(jìn)程安排第一天：下達(dá)任務(wù)，收集資料，消化課題。第二天：電氣

2、原理控制設(shè)計(jì)，元器件選擇。第三天：I/O表，PLC接線圖。第四天：梯形圖設(shè)計(jì)，上機(jī)調(diào)試。第五天：完成報告。主要參考文獻(xiàn)可編程控制原理與應(yīng)用北京理工大學(xué)出版社 范次猛可編程控制應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)化學(xué)工業(yè)出版社 李俊秀電氣控制與PLC應(yīng)用北京機(jī)械工業(yè)出版社 余雷生 方宗達(dá)電氣控制與可編程控制器技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社 史國生地點(diǎn)起止日期目錄1、引言12、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理32.1.1 Z35搖臂鉆床電氣控制原理圖32.1.2 Z35型搖臂鉆床使用開關(guān)元件介紹32.1.3主電路工作原理52.2 PLC的選型62.2.1 Z35型搖臂鉆床輸入輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)62.2.1.1輸入點(diǎn)數(shù)62.

3、2.1.2輸出點(diǎn)數(shù)62.2.2 PLC選擇62.2.2.1 PLC系統(tǒng)變量定義及I/O分配表72.2.2.2 系統(tǒng)I/O接線圖設(shè)計(jì)73、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)83.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)83.2 控制程序時序圖設(shè)計(jì)103.3 控制程序設(shè)計(jì)思路113.3.1梯形圖113.3.2語句表124、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析144.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題144.2 結(jié)果分析145、課程設(shè)計(jì)的心得156、參考文獻(xiàn)167、實(shí)物圖171、引言 可編程邏輯控制器，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

4、可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點(diǎn)。 1、使用方便，編程簡單。采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。 2、功能強(qiáng)，性能價格比高。一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)。PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)

5、模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和小型交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 4.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時間達(dá)到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干

6、擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 5.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì)。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖的時間比設(shè)計(jì)相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間

7、比繼電器系統(tǒng)少得多。 6.維修工作量小，維修方便。PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。圖1.1 Z35型搖臂鉆床實(shí)物圖在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。但是氣控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。 232、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 2.1.1 Z35搖臂鉆床電氣控制原理圖 本設(shè)計(jì)中研究Z35搖臂鉆床，其中Z3

8、5搖臂鉆床電氣控制原理圖如圖2.1所示。圖2.1 Z35搖臂鉆床電氣控制原理圖2.1.2 Z35型搖臂鉆床使用開關(guān)元件介紹1、十字開關(guān) 十字開關(guān)由十字手柄和四個微動開關(guān)組成，根據(jù)工作需要可將操作于柄分別扳在孔槽內(nèi)五個不同的位置上，即左、右、上、下和中間五個位置。除中間位置外，其余四個位置后面都裝有微動開關(guān)，當(dāng)操作手柄分別扳到這四個位置時都可壓下對應(yīng)的微動開關(guān)，接通相應(yīng)的控制電路。操作手柄每次只可扳在一個位置上，當(dāng)手柄處在中間位置時，四個微動開關(guān)全部處于斷開狀態(tài)。圖2.2十字開關(guān)實(shí)物圖及結(jié)構(gòu)示意圖2、匯流環(huán) 又稱集流環(huán)，或稱旋轉(zhuǎn)電氣接口、滑環(huán)、電刷，主要用在要求連續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時，又需要從固定位置到

9、旋轉(zhuǎn)位置傳輸電源和信號的機(jī)電系統(tǒng)中。3、行程開關(guān) LX511小柱塞式行程開關(guān)主要用于交流50Hz，電壓380V，直流220V的控制電路中，作為限制各種機(jī)構(gòu)和行程之用。圖2.3 LX5-11 小柱塞式行程開關(guān)2.1.3主電路工作原理1、主軸電動機(jī)的控制 主軸電動機(jī)M2由接觸器KM1和十字開關(guān)SA控制。先將電源總開關(guān)QS1合上，并將十字開關(guān)下柄扳向左方。這時，SA0的觸頭壓合，零壓繼電器KA吸合并自鎖，為其它控制電路接通作好準(zhǔn)備。再將十字開關(guān)扳向右方，SA1的觸頭接通，接觸器KM1得電吸合，主軸電動機(jī)M2起動運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)軸傳動機(jī)構(gòu)帶動主軸旋轉(zhuǎn)。主軸的旋轉(zhuǎn)方向由主軸箱上的摩擦離合器手柄操縱。2、搖臂升降

10、控制 在零電壓繼電器得電并自鎖的前提下進(jìn)行，用來調(diào)整工件與鉆頭的相對高度。以搖臂上升為例，將十字開關(guān)于柄從屮間位扳到向上位，SA2的觸頭接通，接觸器KM2得電，電動機(jī)M3正轉(zhuǎn)起動。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)系，在M3開始運(yùn)轉(zhuǎn)時，搖臂暫不會上升，而是通過傳動裝置使搖臂夾緊機(jī)構(gòu)放松。同時，將位置開關(guān)SQ2的常開觸頭SQ2-2閉合，為夾緊搖臂作好準(zhǔn)備。當(dāng)夾緊機(jī)構(gòu)放松后，電動機(jī)M3通過升降絲桿，帶動搖臂上升。當(dāng)上升到預(yù)定位置時，將十字開關(guān)手柄扳回中間位，接觸器KM2斷電，電動機(jī)M3停止，搖臂停止上升。由于KM2的互鎖觸頭恢復(fù)閉合，而SQ22在搖臂上升前已合上，故接觸器KM3通電吸合，電動機(jī)M3反轉(zhuǎn)，通過機(jī)械夾緊機(jī)

11、構(gòu)使搖臂自動夾緊。夾緊后，位置開關(guān)SQ2-2斷開，KM3斷電釋放，電動機(jī)M3停轉(zhuǎn)，上升過程結(jié)束。在搖臂上升和下降的控制電路中，分別串入位置開關(guān)SQ11、SQ12的常閉觸頭。當(dāng)搖臂上升或卜降到極限位置時，擋塊將相應(yīng)的位置開關(guān)壓下，使電動機(jī)停轉(zhuǎn)，從而避免事故的發(fā)生。3、立柱夾緊與松開的控制 通過接觸器KM4和KM5控制電動機(jī)M4的正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。需要搖臂和外立柱繞內(nèi)立柱轉(zhuǎn)動時，應(yīng)先按下按鈕SB1，使接觸器KM4得電吸合，電動機(jī)M4正轉(zhuǎn)，通過齒式離合器驅(qū)動齒輪式油泵，送出高壓油，經(jīng)一定油路系統(tǒng)和傳動機(jī)構(gòu)將內(nèi)外立柱松開。放開SB1，電動機(jī)M4停轉(zhuǎn)。這時，搖臂在人力推動下轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)到所需位置時，再按下按

12、鈕SB2，使接觸器KM5得電，電動機(jī)M4反轉(zhuǎn)，在液壓推動下，立柱被夾緊。SB2松公開后，電動機(jī)M4停轉(zhuǎn)，整個松開一移動一夾緊過程結(jié)束。由于主軸箱在搖臂上的夾緊與放松和立柱的夾緊與放松是用同一臺電動機(jī)和液壓機(jī)構(gòu)配合進(jìn)行的，因此，在對立柱夾緊與放松的同時，也對主軸箱在搖臂上進(jìn)行了夾緊與放松。4、冷卻泵電動機(jī)的控制 由轉(zhuǎn)換開關(guān)QS2直接控制。5、零壓繼電器KA的作用 KA起零壓保護(hù)作用。機(jī)床動作時，若線路斷電，在電壓恢復(fù)時KA不能自行通電，必須將十字開關(guān)手柄扳至左邊位置，KA才能再次通電吸合。2.2 PLC的選型 選擇FX2N32MR型。2.2.1 Z35型搖臂鉆床輸入輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)因?yàn)樵诟脑熘胁桓淖?/p>

13、原控制系統(tǒng)，所以PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)可根據(jù)原繼電器控制電路來計(jì)算。2.2.1.1輸入點(diǎn)數(shù)1、 主軸電動機(jī)啟動運(yùn)轉(zhuǎn)的十字開關(guān)1個（SA右開關(guān)）2、 控制搖臂上升的十字開關(guān)1個（SA上開關(guān))3、 控制搖臂下降的十字開關(guān)1個（SA下開關(guān)）4、 挫制搖臂夾緊開關(guān)SQ2-1和SQ2-25、 防止搖臂上升或下降不致超過允許的極限的位置開關(guān)SQ1和SQ36、 立柱松開按鈕SB17、 立柱夾緊按鈕SB2 故輸入點(diǎn)數(shù)其12點(diǎn)。2.2.1.2輸出點(diǎn)數(shù)1、 主軸電動機(jī)M2運(yùn)行交流接粗器2、 升降電機(jī)正、反轉(zhuǎn)交流接觸器3、 立柱夾緊與松開控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)交流接器 故輸出點(diǎn)數(shù)共7點(diǎn)。2.2.2 PLC選擇Z35型搖臂鉆

14、床改造后共需點(diǎn)數(shù)為19點(diǎn)，為了保證所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能正常運(yùn)行，在設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)I/O實(shí)際點(diǎn)數(shù)留有20%余量，考慮到發(fā)展及工藝控制問題，故選擇三菱FX2N32MR型繼電器輸出，I/O總點(diǎn)數(shù)為32，輸入點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，2.2.2.1 PLC系統(tǒng)變量定義及I/O分配表表2-1系統(tǒng)變量定義及I/O分配表外接電器輸入PLC元件作用外接電器輸出PLC元件作用SA0X0十字開關(guān)左KAY0零壓繼電器線圈SA1X1十字開關(guān)右KM1Y1啟動主軸電機(jī)M2SA2X2十字開關(guān)上KM2Y2電機(jī)M3正轉(zhuǎn)搖臂上升SA3X3十字開關(guān)下KM3Y3電機(jī)M3反轉(zhuǎn)搖臂下降SB1X4立柱松開KM4Y4電機(jī)M4正轉(zhuǎn)

15、立柱松開SB2X5立柱夾緊KM5Y5電機(jī)M3反轉(zhuǎn)立柱夾緊QS3X6啟動照明ELY6照明FR3X7熱繼電器過載保護(hù)SQ1X11防止搖臂上升不超過極限位置的位置開關(guān)SQ2-1X13控制搖臂夾緊開關(guān)SQ2-2X12控制搖臂松開開關(guān)SQ3X14防止搖臂下降不超過吸限位置的位置開關(guān)2.2.2.2 系統(tǒng)I/O接線圖設(shè)計(jì)圖2.4系統(tǒng)I/O接線圖設(shè)計(jì)3、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 3.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì) 3.2 控制程序時序圖設(shè)計(jì) 3.3 控制程序設(shè)計(jì)思路 根據(jù)Z35型搖臂鉆床繼電器控制電路的工作原理及工藝流程，進(jìn)行控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)。3.3.1梯形圖3.3.2語句表0 LDI X007 X007 = 熱繼電器FR3過載

16、保護(hù)1 LD X000 X000 = SA0置于KA啟動2 OR Y000 Y000 = KA線圈3 ANB4 OUT Y000 Y000 = KA線圈5 MPS6 AND X001 X001 = SA1控制主軸電動機(jī)常開觸點(diǎn)7 OUT Y001 Y001 = KM1主軸電動機(jī)線圈8 MRD9 LD X002 X002 = SA2控制電機(jī)M3上升常開觸點(diǎn)10 ANI X011 X011 = SQ1限位開關(guān)11 OR X012 X012 = SQ2-2限位開關(guān)12 ANB13 ANI Y003 Y003 = KM3控制搖臂下降線圈14 OUT Y002 Y002 = KM2控制搖臂上升線圈15

17、MRD16 LD X003 X003 = SA3控制電機(jī)M3下降常開觸點(diǎn)17 ANI X013 X013 = SQ2-1限位開關(guān)18 OR X014 X014 = SQ3限位開關(guān)19 ANB20 ANI Y002 Y002 = KM2控制搖臂上升線圈21 OUT Y003 Y003 = KM3控制搖臂下降線圈22 MRD23 ANI X004 X004 = SB1控制電機(jī)M4松開觸點(diǎn)24 AND X005 X005 = SB2控制電機(jī)M4夾緊觸點(diǎn)25 ANI Y004 Y004 = KM4控制立柱松開線圈26 OUT Y005 Y005 = KM5控制立柱夾緊線圈27 MPP28 AND X0

18、04 X004 = SB1控制電機(jī)M4松開觸點(diǎn)29 ANI X005 X005 = SB2控制電機(jī)M4夾緊觸點(diǎn)30 ANI Y005 Y005 = KM5控制立柱夾緊線圈31 OUT Y004 Y004 = KM4控制立柱松開線圈32 LD X006 X006 = QS3控制照明33 OUT Y006 Y006 = EL照明34 LDI X007 X007 = 熱繼電器FR3過載保護(hù)35 ORI Y007 Y007 = 保護(hù)線圈36 ANI X000 X000 = SA0置于KA啟動37 AND Y000 Y000 = KA線圈38 OUT Y007 Y007 = 保護(hù)線圈39 END4、系統(tǒng)

19、調(diào)試及結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題1、 根據(jù)PLC接線圖將模塊與PLC主機(jī)正確連接2、 檢查無誤后打開模塊電源開關(guān)3、 PLC主機(jī)開關(guān)拔至編程位置（STOP)4、 用電腦PLC編程軟件進(jìn)行梯形圖編程5、 從電腦PLC頁面寫出程序到主機(jī)6、 主機(jī)開關(guān)拔至運(yùn)行位置(RUN）7、 從電腦PLC頁面實(shí)施監(jiān)控8、 對模塊進(jìn)行實(shí)操試運(yùn)行4.2 結(jié)果分析 Z35型搖臂鉆床原電器控制電路經(jīng)PLC控物改造后，降低了設(shè)備運(yùn)行的故障率，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和使用率。減輕了操作人員的修勞動強(qiáng)度。改造后的試用結(jié)果表明，效果良好，收到了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。5、課程設(shè)計(jì)的心得這次課程設(shè)計(jì)歷時一個星期，通過這一個星期的學(xué)習(xí)我發(fā)現(xiàn)了自己還存在很多不足的地方，例如，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏的，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還有待提高。在此次課程設(shè)計(jì)中，我知道了Z35型搖臂鉆床的工作原理，還有使我在電氣制圖的能力和PLC控制系統(tǒng)的編程和調(diào)試能力方面得到鍛煉等等。這次的課程設(shè)計(jì)也讓我看到了團(tuán)隊(duì)的力量，我認(rèn)為我們的工作是一個團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個人，個人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。剛開始的時候，大家就分配好了各自的