西南科技大学毕业设计

摘 要

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Z3 040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，电气控制系统

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目录

1 绪论 .............................................................. 2

1.1 本课题的选题背景和意义 ..................................... 2 1.2 国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态 ................... 3 2 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理 ............................. 5

2.1主电路 ....................................................... 5 2.2 控制电路、信号及照明电路 .................................... 7

2.2.1 主电动机的旋转控制 ..................................... 8 2.2.2 摇臂的升降控制 ......................................... 8 2.2.3立柱和主轴箱的松开及夹紧控制 ........................... 9 2.3 电动机的选择 ............................................... 9 3 基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计 ....................... 11

3．1 PLC基础理论 ............................................... 11

3.1.1 PLC的定义 ............................................ 11 3.1.2 PLC的特点 ............................................ 11 3.1.3 PLC的组成 ............................................ 12 3.1.4 PLC工作原理 .......................................... 13 3.2 PLC 型号的选择 ............................................. 14 3.3 PLC 的I/O 端口分配表 ....................................... 14 3.4 PLC 的I/O 电气接线图的设计 ................................ 15 4 摇臂钻床电气控制系统软件部分的改造及仿真 ......................... 17

4.1 PLC 梯形图程序的优化设计及程序调试 ......................... 17 4.2 PLC程序设计 ................................................ 17

4.2.1 PLC梯形图 ............................................ 17 4.3 仿真 ....................................................... 19

4.3.1主轴电机控制 .......................................... 19 4.3.2正钻摇臂上升 .......................................... 20 4.3.3液压泵正转放松 ........................................ 20 4.4 改造说明: ................................................. 21 五． 结论 .......................................................... 24

5.1 研究成果 ................................................... 24 5.2 不足之处 ................................................... 24 参考文献 ........................................................... 25

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1 绪论

1.1 本课题的选题背景和意义

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摇臂钻床的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这一缺陷。

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）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。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，这样可以大大节省用户的开发时间与生产成本。

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，

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