數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)的PLC改造設計

1、畢 業(yè) 設 計題目 對鉆床Z3040控制系統(tǒng)的PLC改造設計 系別 電氣工程系 專業(yè) 電氣自動化技術 班級 電氣XXX 姓名 XXX 學號 指導教師 XXX 日期 XXX年XXX月 任務設計書設計題目對Z3040鉆床控制系統(tǒng)的PLC改造設計設計要求1.分析Z3040鉆床的工作原理；2.設計PLC對Z3040鉆床進行改造的硬件電路；3.設計PLC對Z3040鉆床進行控制的軟件程序；4.進行調(diào)試,找出問題,并改進設計；5.撰寫畢業(yè)設計說明書。設計進度要求：第一周： 確定題目、準備資料、講解課題；第二周： 看論文書寫文獻綜述、收集Z3040鉆床的資料；第三、四周： 方案設計；第五、六周： 調(diào)試修正；

2、第七周： 書寫畢業(yè)設計論文；第八周： 打印報告、準備答辯。摘 要本設計是研究機械加工中常用的Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改造問題,旨在解決傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)存在的線路復雜、可靠性穩(wěn)定性差、故障診斷和排除費時費力等難題。由于PLC電氣控制系統(tǒng)與繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，具有結構簡單，編程方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強，故障率低，對工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點，因此，本設計對Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造，將把PLC控制技術應用到改造方案中去，以提高搖臂鉆床的工作性能。設計中分析了搖臂鉆床的控制原理，制定了可編程控制器改造Z3050搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的控制方案

3、，完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計，其中包括PLC機型的選擇、I/O端口的分配、I/O硬件接線圖的繪制、PLC梯形圖程序的設計。對PLC控制搖臂鉆床的工作過程作了詳細闡述，論述了采用PLC取代傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)從而提高機床工作性能的方法，給出了相應的控制原理及接線圖。關鍵詞：可編程控制器，搖臂鉆床，梯形圖，電氣控制系統(tǒng)目錄摘要11緒論51.1 Z3040鉆床的背景和意義61.2 國內(nèi)外關于本課題的技術研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)72Z3040鉆床控制系統(tǒng)原理72.1 主電路82.2控制電路、信號及照明92.3 電路分解103基于PLC 的Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設計改造13

4、3.1 PLC基礎理論163.2 PLC 型號的選擇163.3 PLC 的I/O 端口分配表163.4 PLC 的I/O 電氣接線圖的設計174 Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設計改造174.1 PLC 梯形圖程序的優(yōu)化設計及程序調(diào)試174.2 PLC程序設計184.3梯形圖的指令表195結論255.1 研究成果25致謝26參考文獻2728 職業(yè)技術學院畢業(yè)設計1 緒論1.1Z3040搖臂鉆床的背景和意義Z3040 搖臂鉆床是工廠中常用的金屬切削機床，它可以進行多種形式的加工，如：鉆孔、鏜孔、鉸孔及螺紋等。從控制上講，它需要機、電、液壓等系統(tǒng)相互配合使用，而且，要進行時間控制。它的

5、調(diào)速是通過三相交流異步電動機和變速箱來實現(xiàn)的。也有的是采用多速異步電動機拖動，這樣可以簡化變速機構。搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運動和進給運動由一臺交流異步電動機拖動，主軸的正反向旋轉(zhuǎn)運動是通過機械轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的。故主電動機只有一個旋轉(zhuǎn)方向。此外，搖臂的上升、下降和立柱的夾緊、放松各由一臺交流異步電動機拖動。目前，我國的Z3040 搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)普遍采用的是傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制方式。因其所要控制的電機較多所以電路較復雜，在日常的生產(chǎn)作業(yè)當中，經(jīng)常發(fā)生電氣故障，從而影響生產(chǎn)。另外，一些復雜的控制如：時間、計數(shù)控制用繼電器接觸器控制方式較難實現(xiàn)，所以，有必要對傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進行改進設計。PLC 電氣

6、控制系統(tǒng)可以有效的彌補上述系統(tǒng)的這一缺陷。 可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱 PLC，是從早期的繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微型計算機控制技術，使之功能不斷增強，逐漸適合復雜的電氣控制系統(tǒng)。PLC 之所以有較強的生命力，在于它更加適應工業(yè)現(xiàn)場和市場要求?？煽啃愿?，抗干擾能力強、編程方便、價格低、壽命長。與單片機相比，它的輸入/輸出端更接近現(xiàn)場設備，不需添加太多的中間部件，這樣可以大大節(jié)省用戶的開發(fā)時間與生產(chǎn)成本。 現(xiàn)在應用于各種工業(yè)控制領域的PLC 種類繁多，規(guī)模大小和功能強弱千差萬別，但他們具有以下一些共同的特點。可靠性高。可靠

7、性是用戶的首選要求，目前各廠家生產(chǎn)的PLC，平均無故障時間都大大超過IEC 規(guī)定的10 萬小時，例如：西門子、ABB、松下、三菱等微小型PLC，而且都有完善的自診斷功能，判斷故障迅速。靈活組態(tài)?？删幊炭刂破魇窍盗谢a(chǎn)品，通常采用模塊化結構來完成不同的任務組合。輸入輸出端口選擇靈活，有多種機型，組合方便。功能強大，除基本的邏輯控制、定時、計數(shù)、算術運算功能外，配合特殊功能模塊還可實現(xiàn)點位控制、PTO 運算、過程運算、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上位機通信，通過遠程模塊可以控制遠程設備。因此，PLC 幾乎是全能的工業(yè)控制計算機。編程方便，易于使用。PLC 的編程可采用與繼電器極為相似的梯

8、形圖語言，直觀易懂，深受現(xiàn)場電氣人員的歡迎。近年來又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樋亓鞒虉D語言（Sequential Function Chart），使編程更加簡單方便。運行速度快。傳統(tǒng)的機電接觸電氣控制系統(tǒng)通過大量觸點的機械動作進行控制，速度很慢，而且系統(tǒng)愈大速度愈慢。PLC 的控制速度則由CPU 工作速度和掃描速度決定。因此更適合處理高速復雜的控制任務，它與微型計算機之間的差別越來越小。同時，PLC 還具備了網(wǎng)絡功能，能進行多臺 PLC 或 PLC 與 PC 機之間的聯(lián)網(wǎng)通訊，使用PLC 可以很方便的構成“集中管理、分散控制”的分布式電氣控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場總線的PLC 通訊網(wǎng)絡，可使工廠的各種資源共享

9、，就更適合于工廠自動化的需要，為工廠自動化提供了技術保證。正是由于PLC 電氣控制系統(tǒng)的種種優(yōu)點,因此本次對Z3040 搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)的改造,可以大大提高 Z3040 搖臂鉆床工作性能和系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性,為工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化帶來生機同時，提高了 PLC 編程水平和實踐能力,為今后在實際工作中熟練使用PLC 進行工業(yè)系統(tǒng)的設計打好基礎。1.2 國內(nèi)外關于本課題的技術研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài) 早在上世紀六十年代國外就已經(jīng)出現(xiàn)了可編程序控制器（PLC）的應用，之后世界各國爭相在該領域投入大量資金進行新產(chǎn)品的開發(fā)，在 1995 年西門子又成功地開發(fā)出了S7200、S7300 系列，它具有 TD 200

10、 和 COROS OPS 操作模板為用戶提供了方便人機界面，用戶程序三級口令保護，極強的計算性能，完善的指令集，MPI 接口和通過工業(yè)現(xiàn)場總線 PROFD3US 以及以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡能力，強勁的內(nèi)部集成功能，全面的故障診斷功能。模塊式結構可用于各處性能的擴展，脈沖輸出晶閘管步進電機和直流電機?？焖俚闹噶钐幚泶蟠罂s短了循環(huán)周期，并采用了高速計數(shù)器，高速中斷處理可以分別響應過程事件，大幅度降低了成本。由于電氣控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司己將自診斷技術、冗余技術、容錯技術廣泛應用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。由于PLC 的眾多優(yōu)點

11、，使其迅速在工業(yè)控制中得到推廣。雖然國內(nèi)PLC 技術的應用前景很大，并且取得了一定的經(jīng)濟效益，而相比之下，由于受經(jīng)濟和技術水平的限制，大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)上使用的Z3040 搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)，還是采用采用繼電器接觸器控制方式，而這種控制方式存在著明顯的缺陷和隱患。極易發(fā)生故障。而且，由于線路復雜，要想找到問題所在也相當?shù)睦щy。和國外大量采用PLC 技術替代繼電器接觸器系統(tǒng)相比，我們還存在很大差距。 隨著PLC 技術在我國的迅猛發(fā)展，我們和國外先進技術的差距會不斷縮小。因此，抓住這個有利時機進一步促進PLC 技術的推廣與應用，是提高我國工業(yè)自動化水平的迫切任務，此次對于Z3040 搖臂鉆床電氣

12、控制系統(tǒng)改造設計，就是希望借鑒國外先進的工業(yè)控制技術，應用到工業(yè)現(xiàn)場，以提高搖臂鉆床的工作性能。2 Z3040 搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的原理2.1 主電路 我國原來生產(chǎn)的 Z3040 搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運動和搖臂升降運動的操作是通過不能復位的十字開關來操作的,它本身不具有欠壓和失壓保護。因此在主回路中要用一個接觸器將三相電源引入?，F(xiàn)在的Z3040 搖臂鉆床取消了十字開關，它的電氣原理圖如下所示：圖2-1主電路它的主電路、控制電路、信號電路的電源均采用自動開關引入，交流接觸器KM1 為主電動機M1 接通或斷開的接觸器，F(xiàn)R1為主電動機過載保護用熱繼電器。搖臂的升降，立柱的夾緊放松都要求拖動的電

13、動機正反轉(zhuǎn)，所以M2 和M3 電動機分別有兩個接觸器，它們?yōu)镵M2、KM3 和KM4、KM5。搖臂升降電動機M2、液壓泵電動機M5 均為短時工作，不設過載保護。2.2 控制電路、信號及照明電路控制電路的電源由控制變壓器TC 二次側輸出220V 供電，中間抽頭對地為信號燈電源6.3V,照明變壓器TD 二次側輸出36V。圖2-2鉆床傳統(tǒng)控制電路2.3 電路分解 根據(jù)電動機主電路控制電器主觸點的文字符號將控制電路進行分解 ： 電動機M1、M2、M3 和電磁鐵YA 控制電路圖根據(jù)主軸電動機M1 主電路控制電器主觸點文字符號KM1，找到電動機M1 的控制電路，這是由按鈕SB1、SB2 和接觸器組成的啟動

14、、停止控制電路。 根據(jù)搖臂升降電動機 M2 主電路控制元件主觸點文字符號 KM2、KM3，找到電動機 M2 的控制電路，有行程開關SQ1、SQ2。 搖臂升降電動機M2 由搖臂升降按鈕SB3、SB4 及正反轉(zhuǎn)接觸器KM2、KM3 組成放的控制電路實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，這是具有復合連鎖的電動機正反轉(zhuǎn)點動控制電路，用來控制搖臂上升或下降。 根據(jù)液壓電動機 M3 主電路控制元件主觸點文字符號 KM4、KM5，找到電動機 M3的控制電路，這是由按鈕SB5、SB6 和接觸器KM4、KM5 組成的具有接觸器連鎖的正反轉(zhuǎn)點動控制電路。 根據(jù)電磁鐵文字符號YA，找到電磁閥控制電路，有行程開關SQ3。 2.3.1 行程開關

15、SQ1-SQ3 的作用 行程開關SQ1 是搖臂上升和下降至極限位的保護開關，有兩副動斷觸電 SQ1，分別串聯(lián)在搖臂上升和下降控制電路中。SQ1 與一般開關不同，其兩副動斷觸電不同時動作。當搖臂升至上升極限位置時，SQ1 的動斷觸電SQ1 斷開，使接觸器KM2 失電，升降電動機M2 停止，上升運動停止。但SQ1另一副動斷觸點SQ1 仍保持閉合，因此可按下降按鈕SB4，使接觸器KM3 得電吸合，控制搖臂升降電動機M2 反向旋轉(zhuǎn)，搖臂下降。反之當搖臂在下降位置時，控制過程類似。 在搖臂升降電路中，行程開關SQ2 為搖臂放松到位的信號開關，行程開關SQ3 為搖臂夾緊的信號開關，行程開關SQ2 為搖臂放

16、松到位開關，行程開關SQ3 為搖臂夾緊到位開關。因此行程開關SQ2及SQ3，是用來檢查搖臂是否松開或夾緊，以實現(xiàn)限位連鎖。 SQ2 的動合觸點串聯(lián)在 KM2、線圈電路中，它在搖臂完全放松到位才動作閉合，以確保搖臂的升降在其放松后進行。如果搖臂沒有放開，SQ2 就不能閉合，因此控制搖臂升降的KM2 或KM3 就不能得電吸合，搖臂就不會上升或下降。 行程開關SQ3 的動斷觸點SQ3 串聯(lián)在接觸器KM5 線圈、電磁鐵YA 線圈電路中，在搖臂完全夾緊時動作。如果搖臂未夾緊，則行程開關 SQ3 的動斷觸點閉合保持原狀，使接觸器 KM5、電磁鐵 YA得電吸合，對搖臂進行夾緊，直到完全夾緊為止，行程開關SQ

17、3 的動斷觸點應調(diào)整到保證夾緊后能夠動作，否則會使液壓泵電動機M3 處與長時間過載運行狀態(tài)。 2.3.2 時間繼電器KT 的作用 通過KT 延時斷開的常開觸點 KT 和延時閉合的常閉觸點 KT，KT 能保證在搖臂升降電動機 M2 完全停止運行后，才能進行搖臂的夾緊動作，KT 的延時長短由搖臂升降電動機M2 從切斷電源到停止的慣性大小來決定，一般為13S。這就是時間連鎖。 2.4電路工作過程 2.4.1主電路原理 按啟動按鈕SB2 ，接觸器KM1 得電吸合并自鎖， KM1 主觸點閉合M1 轉(zhuǎn)動，同時KM1 輔助觸點KM1 閉合，指示HL3 點亮，表明主軸電動機在旋轉(zhuǎn)。按停止按鈕SB1， KM1

18、失電釋放 M1 停轉(zhuǎn)，同時KM1 輔助動合觸點KM1 復合斷開，指示燈HL3 滅，表明電動機M1 停轉(zhuǎn)。主軸的正、反轉(zhuǎn)則由液壓系統(tǒng)的操縱機構配合正、反轉(zhuǎn)摩擦離合器實現(xiàn)。 2.4.2 搖臂升降的控制 當由搖臂上升或下降點動按鈕 SB3、SB4 發(fā)出搖臂升降指令時，先使搖臂松開。然后由正、反轉(zhuǎn)接觸器KM2、KM3 使電動機M2 的正、反轉(zhuǎn)，來拖動搖臂上升或下降，待搖臂上升或下降到位時，又自行重新夾緊。由搖臂的松開與夾緊是由夾緊機構液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的，因此搖臂升降需與夾緊機構液壓系統(tǒng)緊密配合。液壓泵電動機M3 由正反轉(zhuǎn)接觸器KM4、KM5 控制，實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)，拖動雙向液壓泵，送出壓力油，經(jīng)二位六通閥

19、YA 送至搖臂夾緊機構，實現(xiàn)搖臂夾緊與放松。搖臂升降啟動的初始條件：搖臂鉆床在平?；蚣庸すぜr，其搖臂處于夾緊狀態(tài)。搖臂夾緊時，限位開關SQ3 被壓合，其常閉觸點SQ3 處于斷開狀態(tài)，常開觸點處于閉合狀態(tài)；搖臂放松時，限位開關SQ3 未壓合，其常開觸點處于斷開狀態(tài)，而常閉觸點處于閉合狀態(tài)。 2.4.3 以搖臂上升為例分析搖臂升降的控制按下?lián)u臂上升點動按鈕SB3，時間繼電器KT 線圈通電，瞬動常開觸點KT 閉合，接觸器KM4 線圈通電，液壓泵電動機M3 反向啟動旋轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油。同時KT 的斷電延時延時斷開觸點KT 閉合，電磁鐵YA 線圈通電，液壓泵送出壓力油經(jīng)二位六通閥進入搖臂夾緊機

20、構的松開油腔，推動活塞和菱形塊將搖臂松開。搖臂松開時，活塞桿通過彈簧片壓下行程開關，發(fā)出搖臂松開信號，即常閉觸點斷開，常開觸點閉合，前者斷開KM4線圈電路，電動機 M3 停止旋轉(zhuǎn)，液壓泵停止供油，搖臂維持在松開狀態(tài)；后者接通 KM2 線圈電路，控制搖臂升降電動機 M2 正向啟動旋轉(zhuǎn)，拖動搖臂上升。 當搖臂上升代所需位置時，松開按鈕SB3，KM2 與KT 線圈同時斷電，電動機M2 依慣性旋轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。而 KT 線圈斷電，其斷電延時閉合常閉觸點 KT 經(jīng)延時 13S 后才閉合，斷電延時斷開常開觸點同樣延時后才斷開。在 KT 斷電延時13S 時，KM5 線圈仍處于斷電狀態(tài)，電磁鐵 YA 仍處于

21、通電狀態(tài)，這段延時就確保了搖臂升降電動機在斷開電源后直到完全停止運轉(zhuǎn)才開始搖臂的夾緊動作，因此，時間繼電器KT 延時長短是根據(jù)電動機M2 切斷電源到完全停止的慣性大小來調(diào)整。當時間繼電器KT 斷電延時時間到時，常閉觸點KT 閉合，KM5 線圈通電吸合，液壓泵電動機M3 正向啟動，拖動液壓泵，供出壓力油，同時常閉觸點KT 斷開，電磁鐵YA 線圈斷電，這時壓力油經(jīng)二位六通閥進入搖臂夾緊油腔，反向推動活塞和菱形塊，將搖臂夾緊，活塞桿通過彈簧片壓下行程開關SQ3，其常閉觸點SQ3 斷開，KM5 線圈斷電，M3 停止旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)搖臂夾緊，上升過程結束。搖臂自動夾緊程度由行程開關SQ3 控制，若夾緊機構液壓

22、系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能夾緊，將使常閉觸點SQ3 斷不開，或者由于SQ3 安裝位置調(diào)整不當，搖臂夾緊后仍不能壓下SQ3，都將使M3 長期處于過載狀態(tài)，易將電動機燒壞，為此，M3 主電路采用熱繼電器FR2 作過載保護。2.4.4 主軸箱、立柱松開與夾緊的控制 軸箱和立柱的夾緊與松開是同時進行的，當按下按鈕SB5，接觸器KM4 線圈通電，液壓泵電動機M3 反轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油，這時電磁閥YA 線圈處于斷電狀態(tài)，壓力油經(jīng)過二位六通閥進入主軸箱與立柱松開油腔，推動活塞和菱形塊，使主軸和立柱松開，由于 YA 線圈斷電，壓力油不能進入搖臂松開油腔，搖臂處于夾緊狀態(tài)，當主軸箱與立柱松開時，行程開關SQ4 沒有

23、受壓，常閉觸點SQ4 閉合，指示燈HL1 亮，表示主軸箱與立柱已松開，此時可以手動操作主軸箱在搖臂水平導軌上移動，也可推動搖臂使外外立柱作回轉(zhuǎn)移動。當移動到位后，按下夾緊按鈕，接觸器KM5 線圈通電，M3 正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油至夾緊油腔，使主軸箱與立柱夾緊。當確以夾緊時，壓下SQ4，常開觸點SQ4 閉合，HL2 亮，而常閉觸點 SQ4 斷開，HL1 滅，指示主軸箱與立柱已夾緊，以進行鉆削加工。3 PLC 的Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的設計改造Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計方案由兩部分組成，一部分為電氣控制系統(tǒng)的硬件設計，也就是PLC 的機型的確定；另一部分是電氣控制

24、系統(tǒng)的軟件設計，就是PLC控制程序的編寫。軟件的程序設計我們在下一章再做詳細討論。為了使改造后的搖臂鉆床仍能夠保持原有功能不變，此次改造的一個重要原則之一就是，不對原有機床的控制結構做過大的調(diào)整，只是將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來替代。3.1 PLC基礎理論 3.1.1PLC的定義 最初，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC。只能進行計數(shù)、定時及開關量的邏輯控制。1987年2月，國際電工委員會（IEC）對可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用一類可編程序的存儲器，用于其

25、內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術操作等面向擁護的指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充功能的原則設計。3.1.2PLC的特點（1）可靠性高在I/O環(huán)節(jié)，PLC采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采用EPROM存儲，一般PLC的平均無故障工作時間可達幾萬小時以上。（2） 控制功能強PLC采用的CUP一般是具有較強位處理功能的為處理機，為了增強其復雜的控制功能和連網(wǎng)通訊等管理功能，可以采用雙CPU的運行方式，使其功能得到極大的增強。（3） 編程方便

26、易學第一編程語言（梯形圖）是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場人員學習。（4） 使用于惡劣的工作環(huán)境采用封裝的方式，適合于各種震動、腐蝕、有毒氣體等的應用場合。（5） 與外部設備連接方便采用統(tǒng)一接線方式的可坼裝的活動端子排，提供不同的端子功能適合于多種電器規(guī)格。（6） 體積小、重量輕、功耗底。（7） 性價比高。（8） 模塊化結構，擴展能力強根據(jù)現(xiàn)場的需要進行不同功能的擴展和組裝，一種型號的PLC可用于控制從幾個I/O點到幾百個I/O點的控制系統(tǒng)。（9） 維修方便，功能更靈活程序的修改就以意味著功能的修改，因此功能的改變非常靈活。3.1.3P

27、LC的組成（1）輸入寄存器輸入寄存器可按為進行尋址，每一為對應一個開關量，其值反映了開關量的狀態(tài)，其值的改變由相互如開關量驅(qū)動，并保持一個掃描周期。CPU可以讀其值，但是不可以寫或進行修改。（2）輸出寄存器輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個時間段的輸出值，而程序循環(huán)執(zhí)行開始時的輸出寄存器的值，表明的是上一時間段的真實輸出值，在程序執(zhí)行過程中，CPU可以讀其值，并作為條件參加控制，還可以修改其值，而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產(chǎn)生影響。（3）存儲器 存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存

28、儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能修改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復雜的控制功能。（4）CPU單元CPU單元控制著I/O寄存器的讀、寫時序，以及對存儲器單元中的程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。（5）其他單元接口其他單元接口用語提供PLC與其他設備和模塊進行連接通信的物理條件3.1.4PLC工作原理CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行CPU自診斷測試及寫輸出等等內(nèi)容。PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件

29、支持下的一種掃描設備。他意識周而復始的循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分的內(nèi)容。典型的PLC在一個周期中可以完成以下5個掃描過程。（1）自診斷測試掃描過程。為保證設備的可靠行，及時放映所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。（2）與網(wǎng)絡進行通訊的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡的PLC系統(tǒng)才有通訊掃描過程，這一過程用于PLC之間及PLC與上位計算機或終端設備之間的通信。（3）用戶程序掃描過程。機器處于正常運行狀態(tài)下，每一個掃描周期內(nèi)都包含該掃描過程。該

30、過程在機器運行中是否執(zhí)行是可控的，即用戶可以通過軟件進行設定。用戶程序的長短會影響過程所用的時間。（4）讀輸入、寫輸出掃描過程。機器在正常運行狀態(tài)下，每一個掃描周期都包含這個掃描過程。該過程在機器運行中是否被執(zhí)行是可控的。CPU在處理實際輸出點，而是在內(nèi)存中設置了兩個映象寄存器：一個為輸入映象寄存器，另一個為輸出映象寄存器。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值，運算結果也放在輸出映像寄存器。在輸入掃描過程中，CPU把實際輸入點的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器：在輸出掃描過程中CPU把輸出映像寄存器的值的輸出點。3.2PLC 型號的選擇 PLC的種類和規(guī)格很多，不同廠家生產(chǎn)的大中小型PLC的結構功

31、能不盡相同, 但它們的基本結構與工作原理大體相同。S7-200系列PLC是西門子公司20世紀90年代推出的整體式小型可編程控制器，其結構緊湊、系列完整、功能完善、具有很高的性價比，可用于代替繼電器的簡單控制場合，也可用于復雜的自動控制系統(tǒng)。由于有很強的通信功能，在大型網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。S7-200系列PLC可提供4種不同型號的CPU，根據(jù)本系統(tǒng)工藝要求選用了CPU226型的可編程控制器，本機集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點?？蛇B接7個擴展

32、模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸，用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能，可完全適應于各種中小型控制系統(tǒng)。3.3PLC 的I/O 端口分配表 根據(jù)所選PLC 的型號進行I/O 點的端口分配，如下所示：表3.1 輸入信號端口分配表地址號符號名稱用途I0.0SB1主電動機

33、停止按鈕I0.1SB2主電動機起動按鈕I0.2SB3搖臂上升起動按鈕I0.3SB4搖臂下降起動按鈕I0.4SB5主軸箱、立柱、搖臂松開按鈕I0.5SB6主軸箱、立柱、搖臂夾緊按鈕I0.6SQ1-1搖臂上升用行程開關I0.7SQ1-2搖臂下降用行程開關續(xù)表3.1輸入信號端口分配表I1.0SQ2搖臂夾緊、放松用行程開關I1.1SQ3搖臂夾緊用行程開關I1.2SQ4立柱夾緊、放松指示用行程開關I1.3FR1M1 電動機過載保護用熱繼電器I1.4FR2M3 電動機過載保護用熱繼電器I1.5SA系統(tǒng)總啟動表3.2 輸出信號端口分配表地址號符號名稱用途Q0.0KM1主軸旋轉(zhuǎn)接觸器Q0.1KM2搖臂上升接觸

34、器Q0.2KM3搖臂下降 接觸器Q0.3KM4 液壓泵正主軸箱、立柱、搖臂放松接觸器Q0.4KM5液壓泵反主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器Q0.5YA電磁閥Q0.6EL電源工作狀態(tài)指示信號燈Q0.7HL1立柱松開指示信號燈Q1.0HL2立柱夾緊指示信號燈Q1.1HL3主電動機旋轉(zhuǎn)指示信號燈3.4 PLC 的I/O 電氣接線圖的設計 下圖為PLC 的I/O 電氣接線圖，圖中I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、。I0.5、I0.6、I0.7、I1.0、I1.1、I1.2、I1.3、I1.4、I1.5 共用一個COM 端，輸入開關的其中一端應并接在直流24V 電源上，另一端應分別接入相應的

35、PLC 輸入端子上。接線時注意PLC 輸入/輸出COM 端子的極性。接觸器的線圈工作電壓若為交流220V，則接觸器線圈連接的Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、可以共用一個 COM 端。Q0.4、Q0.5、Q0.6 Q0.7、Q1.0可以共用一個COM1 端。Q1.1、Q1.2、Q1.3、Q1.4、Q1.5、Q1.6、Q1.7共用一個COM 端，本電路的輸出端全為交流回路.因此在電源電壓相同的接口可共用一個COM 端。圖3-1PLC接線圖職業(yè)技術學院畢業(yè)設計4 Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設計改造4.1 PLC 梯形圖程序的優(yōu)化設計及程序調(diào)試為了使Z3040 搖臂鉆床在進行電

36、氣控制系統(tǒng)改造后仍能夠完成原有的工作需要，本基于PLC 的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC 程序應由電氣控制系統(tǒng)預開程序、主電動機的起動和停止控制程序、搖臂升降控制程序即升降電動機的正反轉(zhuǎn)控制程序、立柱和主軸箱的松開與夾緊控制程序即液壓泵電動機的正反轉(zhuǎn)程序、信號的顯示程序等部分組成。因選用SIMATIC S7-200型號的PLC，所以編程時采用Windows 環(huán)境下運行的V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6的編程軟件來編程設計, 采用S7_200漢化版 可編程控制器訓練裝臵來進行模擬調(diào)試。4.2 PLC程序設計4.2.1 PLC梯形圖PLC梯形圖的設計本著簡單、可靠的設計原則，將所學知

37、識運用到設計任務當中。設計中不僅有電氣互鎖，而且有熱繼電器的保護，使系統(tǒng)不僅能在正常情況與完好的運行，也能在有錯誤的情況下在最短的時間內(nèi)通知工作人員，能夠及時的處理問題，以免帶來不必要的損失。4.2.2梯形圖的指令表LD I0.1O Q0.0AN I0.0AN I1.3A I1.5= Q0.0= Q0.6LD I0.2AN I0.6LPSA I1.0A I1.5= Q0.1LPP= M0.0LD I0.3AN I0.7LPSA I1.0A I1.5= Q0.2LPP= M0.1LD M0.0O M0.1= M0.4LD M0.4AN I1.0AN I1.4O I0.5LPSAN I0.4AN

38、I0.5= M0.6LPPA I1.5= Q0.3LD Q0.1O Q0.2TOF T37, 30LD Q0.1EDLD Q0.2EDOLDO M0.5AN I1.1= M0.5LD M0.5AN I1.1AN T37O I0.4LPSAN I0.4AN I0.5= M0.7LPPA I1.5= Q0.4LD I1.2A I1.5= Q1.0LDN I1.2A I1.5= Q1.1LD M0.6O M0.7A I1.5= Q0.5LD I1.5= Q0.75結論 本課題所研究的基于PLC 的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計實現(xiàn)了Z3040 搖臂鉆床的控制自動化，方便了工人在生產(chǎn)中對機床的實際操作。通過研究，可得出以下結論： 5.1 研究成果 可編程控制器是一種廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場的新型控制器，具有結構簡單，抗干擾性強，編程方便等特點，本課題采用PLC 自動控制技術取代了傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對Z3040 搖臂鉆床的自動控制，從而提高了機床的工作效率、工作穩(wěn)