基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计.doc

毕业（论文、设计）基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计专业：电气自动化技术班级：姓名：成教院毕业设计（论文）任务书（）题目基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计指导教师院系专业电气自动化技术班级学号姓名2010年3月5日至2010年6月20日共15周一、论文（设计）方向：根据企业生产实际，对机床设备进行改造。二、主要参考资料：电力拖动控制线路与技能训练可编程控制技术流行PLC实用程序实用机床电气控制线路故障维修PLC应用开发技术与工程实践三、课题的内容和任务要求：1、学习摇臂钻床的控制系统，熟悉其工作原理；2、选择PLC作为控制器的核心部件，完成改造系统的硬件设计和PLC控制器的软件设计；3、写出设计说明书。四、毕业论文（设计）进度安排：起讫日期工作内容备注2010/3/52010/3/25下达任务书，收集资料，熟悉控制要求2010/3/262010/04/09系统的硬件设计2010/4/102010/04/24系统的软件设计及调试2010/04/252109/05/31完成毕业设计论文2010/6/12010/06/13对设计及论文进行整改和定稿2010/6/142010/06/20准备毕业答辩学生（签名）：年月日指导教师（签名）：年月日毕业设计（论文）工作指导小组意见：组长（签名）年月日注：1.指导教师填写，任务下达人为指导教师，指导教师和接受任务的学生均应签字。2.此任务书最迟必须在学生毕业设计（论文）开始前下达给学生。基于PLC的摇臂钻床电气控制系统设计浙江台州职业技术学院2010电气自动化技术摘要：本论文是研究机械加工中常用的Z3050摇臂钻床传统电气控制系统实行PLC改造问题，具体描述了改造后系统组成，控制原理及程序设计等内容。可编程控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC，是一种具有实用性强、稳定性高、编程方便等优点的现代化控制器。本文论述的Z3050摇臂钻床控制系统PLC改造实训系统采用三菱FX1N继电器型PLC，该系统解决了传统继电器接触器电气控制系统接线复杂、凌乱的现状，增加了工作的可靠性和安全性；能轻松、准确的完成各种工件的加工工作，是较为理想的控制系统。摇臂钻床控制系统PLC改造实训系统由学生自行完成系统各部件的组装，接线，软件编程，系统调整等。关键词：PLCZ3050摇臂钻床控制系统目录1绪论.11.1本课题的选题背景和意义.11.2国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态.22摇臂钻床及原理图说明.42.1改造前的摇臂钻床的一次电路.42.2改造后的摇臂钻床一次电路.42.3改造前的二次电路.52.4电源图.62.5原理说明.72.5.1主电路分析.72.5.2控制电路分析.72.5.3立柱和主轴箱的夹紧与放松控制.83元器件的选型及说明.103.1改造前元器件的选型.103.2改造后元器件选型原则.104PLC的选型.134.1PLC的工作原理与选用.134.2选择何种PLC的原因说明.144.3使用PLC控制的优缺点.145系统的硬件设计.155.1PLC的I/O分配表.165.2PLC的外部接线图.176系统的软件设计.186.1编写梯行图.186.2梯行图分析.196.3指令表.22结束语.25致谢.26参考文献.27台州职业技术学院毕业设计（论文）11绪论1.1本课题的选题背景和意义Z3050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Z3050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。台州职业技术学院毕业设计（论文）2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，直观易懂，深受现场电气人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言（SequentialFunctionChart），使编程更加简单方便。运行速度快。传统的机电接触电气控制系统通过大量触点的机械动作进行控制，速度很慢，而且系统愈大速度愈慢。PLC的控制速度则由CPU工作速度和扫描速度决定。因此更适合处理高速复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别越来越小。同时，PLC还具备了网络功能，能进行多台PLC或PLC与PC机之间的联网通讯，使用PLC可以很方便的构成“集中管理、分散控制”的分布式电气控制系统，通过现场总线的PLC通讯网络，可使工厂的各种资源共享，就更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化提供了技术保证。正是由于PLC电气控制系统的种种优点,因此本次对Z3050摇臂钻床的电气控制系统的改造,可以大大提高Z3050摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性,为工业生产的现代化带来生机同时，提高了PLC编程水平和实践能力,为今后在实际工作中熟练使用PLC进行工业系统的设计打好基础。1.2国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态早在上世纪六十年代国外就已经出现了可编程序控制器（PLC）的应用，之后世界各国争相在该领域投入大量资金进行新产品的开发，在1995年西门子又成功地开发出了S7200、S7300系列，它具有TD200和COROSOPS操作模板为用户提供了方便人机界面，用户程序三级口令保护，极强的计算性能，完善的指令集，MPI接口和通过工业现场总线PROFD3US以及以太网联网的网络能力，强劲的内部集成功能，全面的故障诊断功能；模块式结构可用于各处性能的扩展，脉冲输出晶闸管步进电机和直流电机；快速的指令处理大大缩短了循环周期，并采用了高速计数器，高速中断处理可以分别响应过程事件，大幅度降低了成本。由于电气控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司己将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。由于PLC的众多优点，使其迅速在工业控制中得到推广。虽然国内PLC技术的应用前景很大，并且取得了一定的经济效益，而相比之下，由于受经济和技术水平的限制，大多数企业在生产上使用的Z3050摇臂钻床的电气控制系统，还是采用采用继电器接触器控制方式，而这种控制方式存在着明显的缺陷和隐患。极易发生故障。而且，由于线路复杂，要想找到问题所在也相当的困难。和国外大量采用台州职业技术学院毕业设计（论文）3PLC技术替代继电器接触器系统相比，我们还存在很大差距。随着PLC技术在我国的迅猛发展，我们和国外先进技术的差距会不断缩小。因此，抓住这个有利时机进一步促进PLC技术的推广与应用，是提高我国工业自动化水平的迫切任务，此次对于Z3050摇臂钻床电气控制系统改造设计，就是希望借鉴国外先进的工业控制技术，应用到工业现场，以提高摇臂钻床的工作性能。台州职业技术学院毕业设计（论文）42摇臂钻床及原理图说明2.1改造前的摇臂钻床的一次电路改造前的摇臂钻床的一次电路如图2-1所示。该电路用空气开关作为总电源开关，熔断器作为短路保护，热继电器作为电动机过载保护，交流接触器作为电动机启、停控制设备。缺点：易造成单相熔丝烧断引起缺相，甚至烧电动机的现象发生；优点：线路简单，投资少。FU1FU2M43L1L2L3QKM2PEM23KM3KM4M33KM5FR2M13KM1FR1SA图2-1Z3050摇臂钻床改造前主电路图2.2改造后的摇臂钻床一次电路改造后的摇臂钻床一次电路如图2-2所示。该电路用空气开关作为总电源开关，电动机型断路器作为各电动机作为短路和过载保护，热继电器作为电动机过载保护（二级保护），交流接触器作为电动机启、停控制设备。缺点：投资成本高；优点：电动机运行安全（保护）可靠，故障率低。