毕业设计（论文）-基于PLC的摇臂钻床自动控制系统的改造.doc

目目 录录 1 绪论.1 1.1 本课题的选题背景和意义.1 1.2 国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态.2 2 Z3040 摇臂钻床电气控制系统和原理分析 .3 2.1 主电路.4 2.2 控制电路、信号及照明电路.5 2.2.1 主电动机的旋转控制.5 2.2.2 摇臂的升降控制.5 2.2.3 立柱和主轴箱的松开及夹紧控制.7 3 Z3040 摇臂钻床 PLC 电气控制系统硬件部分的改造设计.9 3.1 PLC 型号的选择.9 3.1.1 PLC 的物理结构.9 3.1.2 PLC 的指令功能.9 3.1.3 PLC 的输入输出点数.9 3.1.4 PLC 的存储容量.9 3.1.5 输入模块的类型.10 3.1.6 输出模块的类型.10 3.2 PLC 的 I/O 端口分配表.10 3.3 PLC 的 I/O 电气接线图的设计.12 4 Z3040 摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计 .14 4.1 PLC 梯形图程序的优化设计及程序调试：.14 4.1.1 系统预开程序.14 4.1.2 主电动机的起动控制程序.14 4.1.3 摇臂升降控制程序.15 4.1.4 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序.15 4.1.5 主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序.16 5 组态王简介.16 5.1 组态王画面开发系统.17 5.2 组态王画面运行系统.18 5.3 组态王工程管理系统.18 5.4 组态王新建工程.18 5.5 创建组态画面.18 6 结论.20 致谢.21 参考文献.21 附录 梯形图转换成指令表.22 1 绪论绪论 摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹等工作， 在具有工艺设备的条件下可以进行镗孔。Z3040 摇臂钻床在摇臂钻床生产中应用 较广，电路具有典型性，因此，本次改造选用 Z3040 摇臂钻床为例分析它的电气 控制线路，然后进行 PLC 的改造1。 1.1 本本课题课题的的选题选题背景和意背景和意义义 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2。 目前，我国的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。因其控制的电机较多且电路较复杂，在日常的生产作业当中，电气 故障出现频率较高，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很难精确控制，因此，对传统电气控制系统进行改造有 其进步性。 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称 PLC），是一种数字 运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程序的存储 器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作 的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。 现在应用于各种工业控制领域的 PLC 种类繁多，欧美以大中型 PLC 闻名， 而日本以小型 PLC 著称。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。 灵活性高。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。 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。 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，能进行一台 PLC 或多台 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 3。 正是由于 PLC 电气控制系统的种种优点,因此本次对摇臂钻床的电气控制系 统的改造,可以大大提高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。 1.2 国内外关于本国内外关于本课题课题的技的技术术研究研究现现状和状和发发展展动态动态 20 世纪 60 年代末期，是美国通用汽车公司在 1968 年提出，由美国的数据设 备公司在 1969 年开发出来的。我国于 1974 年开始研制开发。PLC 发展至今已经 历了三个阶段，其 PLC 的 I/O 点数、容量、功能等方面，可以完全适应复杂的电 气控制。 PLC 的生产厂家很多，如国外的三菱公司的 FX 系列、松下公司的 FP 系列、 欧姆龙公司 CPM1A 系列、西门子公司的 S7 系列、立石公司的 C 系列等。我国北 京联想计算机集团公司的 GK-40、上海机床电器厂的 CKY-40、苏州电子计算机 厂的 YZ-PC-001A、杭州机床电器厂的 DKK02、天津中环自动化仪表公司的 DJK-S-84/86/480 等4。 世界各国争相在该领域投入大量资金进行新产品的开发，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 PLC 技术替代继电器接触器系统相比，我们还存在很 大差距5。 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。 2 Z3040 摇摇臂臂钻钻床床电电气控制系气控制系统统和原理分析和原理分析 Z3040 型摇臂钻床的主轴的调速范围为 50:1，正转最低转速为 40r/min，最高 为 2000r/min，进给范围为 0.051.60r/min。它的调速是通过三相交流异步电动机 和变速箱来实现的，或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。除了主轴的 旋转和进给运动外，还有摇臂钻床的上升、下降及立柱的夹紧和放松。摇臂的上 升、下降由一台交流异步电动机拖动，立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖 动。而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。此外还有一台冷却泵电动 机对加工的刀具进行冷却。 Z3040 摇臂钻床外形图如图 1 所示。 图 1 Z3040 摇臂钻床示意图 2.1 主主电电路路 我国原来生产的 Z3040 摇臂钻床的主轴旋转运动和摇臂升降运动的操作是 通过不能复位的十字开关来操作的,它本身不具有欠压和失压保护。因此在主回 路中要用一个接触器将三相电源引入。现在的 Z3040 摇臂钻床取消了十字开关， 它的电气原理图如图 2 所示： 它的主电路、控制电路、信号电路的电源均采用自动开关引入，自动开关的 电磁脱扣作为短路保护取代了熔断器。交流接触器 KM1只主电动机 M1接通或 断开的接触器，KR1为主电动机过载保护用热继电器。摇臂的升降，立柱的夹紧 放松都要求拖动的电动机正反转，所以 M2和 M3电动机分别有两个接触器，它们 为 KM2、KM3和 KM4、KM5。摇臂升降电动机 M2、冷却泵电动机 M4均为短时工 作，不设过载保护。 2.2 控制控制电电路、信号及照明路、信号及照明电电路路 控制电路的电源由控制变压器 TC 二次侧输出 110V 供电，中间抽头 603 对 地为信号灯电源 6.3V，241 号线对地为照明变压器 TD 二次侧输出 36V。 2.2.1 主主电动电动机的旋机的旋转转控制控制 在主电动机启动前，首先将自动开关 Q2、Q3、Q4扳到接通状态，同时将配电 盘的门关好并锁上。然后再将自动开关 Q1扳到接通位置，电源指示灯 HL1亮。这 时按下 SB1，中间继电器 K1通电并自锁,为主轴电动机与其他电动机的启动做好 了准备。当按下按钮 SB2时，交流接触器 KM1线圈通电并自锁使主电动机旋转， 同时主电动机旋转的指示灯 HL4亮。主轴的正转与反转用手柄通过机械变换的 方法来实现。 2.2.2 摇摇臂的升降控制臂的升降控制 按下按钮 SB3，时间继电器 KT1通电吸合，它的瞬动触点（33-35）闭合使 KM4线圈通电，液压电动机 M3启动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油 腔，推动活塞使摇臂松开。同时活塞杆通过弹簧片使行程开关 ST2的动断触点断 开没，KM4线圈断电,而 ST2的动合触电（17-21）闭合 KM2圈通电，它主触点闭合， M2电动机旋转使摇臂上升。 如果摇臂没有松开，ST2的动合触点不能闭合，摇臂升降电动机不能转动， 这样就保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降。Z3040 摇臂钻床的 液压控制原理图如图 3 所示： 当摇臂上升到所需要的位置时，松开按钮 SB3，KM2和 KT1断电，升降电动 机 M2断电停止，摇臂停止上升。当持续 1-3 秒后，KT1的断电延时闭合的动断触 点（47-49）闭合，KM5线圈经 7-47-49-51 号线，KM5 线圈通电液压泵电动机 M3 反转，使压力油经分配阀进入摇臂的夹紧液压腔，摇臂夹紧。同时活塞杆通过弹 簧片使 ST3的动断触点（7-47）断开，KM5线圈断电，M3电动机停止，完成了摇臂 的松开上升夹紧动作。 图 3 Z3040 摇臂钻床夹紧机构液压控制液压原理图 摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短 路。为避免由于操作错误造成事故，在摇臂上升和下降的线路中加入了触点互锁 和按钮互锁。因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作所以采用点动方式。 行程开关 ST1是为摇臂的上升或下降的极限位置保护而设立的。ST1有两对 常闭触点，ST1的动断触点（15-17）是摇臂上升时的极限位置保护，ST1的动断触 点（27-17）是摇臂于液压夹紧机构出现故障或 ST3调整不当，将造成液压泵电动 机 M3过载，它的过载保护热继电器的动断触点将断开，KM5释放，M3电动机断 电停止。 2.2.3 立柱和主立柱和主轴轴箱的松开及箱的松开及夹紧夹紧控制控制 主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行，它由组合 开关 SA2和按钮 SB5（或 SB6）进行控制。SA2有三个位置，在中间位置（零位）时 为同时进行，搬到左边位置时为立柱的夹紧或放松，搬到右边位置为主轴箱的夹 紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的夹紧按钮。 下面以主轴箱的松开和夹紧 为例说明它的动作过程：首先将组合开关 SA2 搬向右侧，触点（57-59）接通，触点(57-63)断开。当要主轴箱松开时，按下按钮 SB5，这时时间继电器 KT2和 KT3线圈同时通电，但 KT2为断电延时型时间继电 器，所以 KT2的通电使瞬时常开触点闭合，断电延时断开的动断触点（7-57）也闭 合，使 YA1通电，经 1-3s 后 KT3的延时动合触点（7-41）闭合，通过 3-5-7-41-43- 37-39 使 KM4通电，液压泵电动机正转使压力液压油经分配阀进入主轴箱液压缸， 推动活塞使主轴箱放松。活塞杆使 ST4复位，主轴箱和主柱分开，指示灯 HL2亮。 当要主轴夹紧时，按下按钮 SB6，仍首先为 YA1通电，经 1-3s 后中，KM5线圈通 电，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱 夹紧。同时活塞杆使 ST4受压，它的动合触点（607-613）闭合，指示灯 HL3亮，触 点（607-613）断开，指示灯 HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。 当将 SA2搬到左侧时，触点（57-63）接通， （57-59）触点断开。按下按钮 SB5或 SB6时使 YA2通电，此时主柱松开或夹紧。SA2在中间位置时，触点（57-59、57- 63）均接通，按下 SB5或 SB6时，YA1、YA2均通电，主轴箱和立柱同时进行夹紧 或放松。其它动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同，它的电气元件目录表如表 1 所示： 表 1 电气元件目录表 符号名称及用途 M1主电动机 M2摇臂升降电动机 M3液压泵电动机 M4冷却泵电动机 KM1主轴旋转接触器 KM2摇臂上升接触器 KM3摇臂下降接触器 KM4主轴箱、立柱、摇臂放松接触器 续表 1 符号名称及用途 KM5主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器 KT1摇臂上升、下降用时间继电器 KT2主轴箱、立柱和摇臂放松、夹紧用时间继电器 KT3主轴箱、立柱和摇臂放松、夹紧用时间继电器 ST1摇臂升、降用行程开关 ST2摇臂夹紧、放松用行程开关 ST3摇臂夹紧用行程开关 ST4立柱夹紧、放松指示用行程开关 Q1Q4电源引入兼作短路保护用自动开关 Q5工作灯用自动开关 YA1主轴箱放松、夹紧用电磁铁 YA2立柱放松、夹紧用电磁铁 K1工作准备用中间继电器 Q冷却泵电动机电源转换开关 SA2主轴箱、立柱放松、夹紧用转换开关 KR1M1电动机过载保护用热继电器 KR2M3电动机过载保护用热继电器 TC控制变压器 SB1总启动按钮 SB2主电动机启动按钮 SB3摇臂上升启动按钮 SB4摇臂下降启动按钮 SB5主轴箱、立柱、摇臂松开按钮 SB6主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮 SB7总停止按钮 SB8主电动机停止按钮 HL1HL4工作状态指示信号灯 EL机床工作灯 SA1机床工作开关 3 Z3040 摇摇臂臂钻钻床床 PLC 电电气控制系气控制系统统硬件部分的改造硬件部分的改造 Z3040 摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分组成，一部分为电气控制 系统的硬件设计，也就是 PLC 的机型的确定；另一部分是电气控制系统的软件设 计，就是 PLC 控制程序的编写。为了使改造后的摇臂钻床仍能够保持原有功能 不变，此次改造的一个重要原则之一就是，不对原有机床的控制结构做过大的调 整，只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。 3.1 PLC 型号的型号的选择选择 选择摇臂钻床 PLC 自动控制电气控制系统的 PLC 机型，应考虑以下几个方 面。 3.1.1 PLC 的物理的物理结结构构 根据物理结构的不同，PLC 分为整体式和模块式。整体式的每一 I/O 点的平 均价格比模块式便宜，小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器。此次所 设计的电气控制系统属于小型开关量电气控制系统，整体式 PLC 完全可以满足 控制要求，且在性能相同的情况下，整体式 PLC 较模块式价格便宜。因此，Z3040 摇臂钻床电气控制系统的 PLC 选用整体式结构的 PLC。 3.1.2 PLC 的指令功能的指令功能 考虑到任何一种 PLC 都可以满足开关量电气控制系统的要求，据此本课题 将尽量采用价格便宜的 PLC。限于知识，本课题采用日本松下生产的 FP0 系列 的 PLC 进行改造，它是可编程控制器市场上的后起之秀。 3.1.3 PLC 的的输输入入输输出点数出点数 摇臂钻床的电气控制系统需要 17 个输入口和 11 个输出口，PLC 的实际输 入点数应等于或大于所需输入点数 17，PLC 的实际输出点数应等于或大于所需 输出点数 11，在条件许可的情况下尽可能留有 10%-20%的余量。 3.1.4 PLC 的存的存储储容量容量 PLC 存储器容量的估算方法：对于仅有开关量输入/输出信号的电气控制系 统，将所需的输入/输出点数乘以 8，就是所需 PLC 存储器的存储容量（单位为 bit）即 （17+11）8=224bit 3.1.5 输输入模入模块块的的类类型型 输入模块的输入电压一般为 DC24V 和 AC110V。直流输入电路的延迟时间 较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触 点接触可靠，适合于油雾、粉尘的恶劣环境下使用。由于是基于 PLC 的摇臂钻床 电气控制系统的工作环境并不恶劣，且对电气控制系统操作人员来说 DC24V 电 压较 AC110V 电压安全些。因此，基于 PLC 的摇臂钻床电气控制系统的 PLC 输 入模块应选直流输入模块，输入电压应 DC24V 电压。 3.1.6 输输出模出模块块的的类类型型 PLC 输出模块有继电器型、晶体管型和双向可控硅型三种。 继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬间过电压和 过电流的能力较强，每一点的输出容量较大（可达 2A）,在同一时间内对导通的输 出点的个数没有限制，但动作速度慢，寿命有一定的限制。 晶体管型与双向可控硅型输出模块分别用于直流负载和交流负载，它们的 可靠性高，反应带宽快，寿命长，但是过载能力差，每 1 点的输出量只有 0.5A，4 点同时输出的总容量不得超过 2A。 由于 Z3040 摇臂钻床控制对象对 PLC 输出点的动作表达速度要求不高，继 电器型输出模块的动作速度完全能够满足要求，且每一点的输出容量较大，在同 一时间内对导通的输出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所 以本课题选用继电器输出模块，结合 Z3040 摇臂钻床电气控制系统的实际情况， 需要输入点数大于 17 个，输出点数大于 11 个。 综上所述，为了使 Z3040 摇臂钻床在改造后能够良好工作，确认日本松下公 司生产的 FP0-C14RS 型与扩展单元 FP0-E16RS 型和 FP0-E8RS 型 PLC 能够满 足上述要求，该类型号 PLC 体积小，功能强，增加了一些大型机的功能和指令， 如 PID 和 PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）指令，对于控制器体积要求 较高的应用系统是一种很好的选择。其编程口为 RS-232C，可以直接和编程器或 计算机连接，使用非常方便，且性价比较高，使用方便。 该型 PLC 具有 Z3040 摇臂钻床电气控制系统所需的所有指令功能，其总输 入点数为 20 点，总输出点数为 18 点，用户存储器容量 2.7K 步，输入模块电压 为 DC24V，输出模块为继电器型。由此可知，FP0-C14RS 型与扩展单元 FP0- E16RS 型和 FP0-E8RS 型 PLC 的技术性能指标完全能满足上述要求。 3.2 PLC 的的 I/O 端口分配表端口分配表 根据所选 PLC 的型号进行 I/O 点的端口分配，如表 2、表 3 所示： 表 2 输入信号端口分配表 地址号符号名称名称及用途 X0SB1总启动按钮 X1SB2主电动机启动按钮 X2SB3摇臂上升启动按钮 X3SB4摇臂下降启动按钮 X4SB5主轴箱、立柱、摇臂松开按钮 X5SB6主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮 X6SB7总停止按钮 X7SB8主电动机停止按钮 X8KR1M1电动机过载保护用热继电器 X9KR2M3电动机过载保护用热继电器 X10ST11摇臂上升用行程开关 X11ST12摇臂下降用行程开关 X12ST2摇臂夹紧、放松用行程开关 X13ST3摇臂夹紧用行程开关 X14ST4立柱夹紧、放松指示用行程开关 X15SA2 - 1主轴箱夹紧、放松用组合开关 X16SA2 - 2立柱夹紧、放松用组合开关 表 3 输出信号端口分配表 地址号符号名称用途 Y0KM1主轴旋转接触器 Y1KM2摇臂上升接触器 Y2KM3摇臂下降接触器 Y3KM4主轴箱、立柱、摇臂放松接触器 Y4KM5主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器 Y5YA1主轴箱夹紧、放松用电磁铁 Y6YA2立柱夹紧、放松用电磁铁 Y7HL1电源工作状态指示信号灯 Y8HL2立柱松开指示信号灯 Y9HL3立柱夹紧指示信号灯 Y10HL4主电动机旋转指示信号灯 3.3 PLC 的的 I/O 电电气接气接线图线图的的设计设计 X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16共 用一个 COM 端，输入开关的其中一端应并接在直流 24V 电源上，另一端应分别 接入相应的 PLC 输入端子上（接线时注意 PLC 输入/输出 COM 端子的极性）。在 改造前变压器转变的电压就是 110V，所以接触器的线圈工作电压也选用交流 110V。Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6共用一个 COM1端。如果输出控制设备存在直 流回路，则交流回路和直流回路不可共用一个 COM 端，而应分开使用。本电路 的输出端全为交流回路，但是交流电压不相同,所以接口也不可共用一个 COM 端。而信号灯电源电压为交流 6.3V，因此 Y7、Y8、Y9、Y10不可以共用一个 COM1 端。即 Y7、Y8、Y9、Y10共用一个 COM2端。Z3040 摇臂钻床 PLC 的 I/O 电气接线 图的设计如图 4 所示。 图 4 PLC 的 I/O 各端口电气接线图 图 5 Z3040 摇臂钻床电气控制系统梯形图 4 Z3040 摇摇臂臂钻钻床床电电气控制系气控制系统软统软件部分的件部分的设计设计 4.1 PLC 梯形梯形图图程序的程序的优优化化设计设计及程序及程序调试调试： ： 为了使 Z3040 摇臂钻床在进行电气控制系统改造后，仍能够完成原有的工 作需要，基于 PLC 的摇臂钻床电气控制系统的 PLC 程序应由电气控制系统预开 程序、主电动机的启动和停止控制程序、摇臂升降控制程序即升降电动机的正反 转控制程序、立柱和主轴箱的松开与夹紧控制程序即液压泵电动机的正反转程 序、信号的显示程序、照明控制程序等部分组成。选用日本电工公司 FP0 系列的 PLC，编程时采用 Windows 环境下运行的 FPWINGR 的软件来进行编程设计。 编译程序如图 5 所示。 4.1.1 系系统预统预开程序开程序 X0是输入继电器，当 X0闭合后 PLC 的内部继电器 R0接通并自锁，为电气 控制系统进行工作做好准备。内部继电器 R0接通，输出继电器 Y7得电，此时电 源工作状态指示信号灯 HL1亮。表明机床开始处于工作状态。输入继电器 X6为 是总停止输入开关，按下后会停止系统工作。如下图 6 所示： 图 6 系统预开梯形图程序 4.1.2 主主电动电动机的起机的起动动控制程序控制程序 X1为主电动机启动输入继电器，内部继电器 R0闭合后，闭合 X1输入继电器， 此时输出继电器 Y0接通并自锁，从而使电机启动。内部继电器 R0处于接通状态， 输入继电器 Y0得电，输出继电器 Y10得电，此时主电动机旋转指示信号灯 HL4 亮。如下图 7 所示： 图 7 主电动机的起动梯形图程序 4.1.3 摇摇臂升降控制程序臂升降控制程序 内部继电器 R0处于接通状态，当输入继电器 X2接通时，内部继电器 R1也 接通，同时 Y3得电，使得液压泵电动机启动，摇臂放松，当摇臂彻底放松后，X11 的常开触点闭合，常闭触点断开，Y3断电，Y1得电，摇臂开始上升，当上升到极 限位置时，X10的常闭触点断开，Y1失电。摇臂夹紧，完成上升的过程。 如果想要完成摇臂下降的过程，需接通 X3，内部继电器 R1还要接通，同时 Y3得电，使得液压泵电动机启动。在摇臂放松后，使 Y4得电，使摇臂下降，当下 降到极限位置时，X10的常闭触点断开，Y2失电。摇臂夹紧，完成下降的过程。 如下图 8 所示： 图 8 摇臂升降梯形图程序 4.1.4 主主轴轴箱和立柱分箱和立柱分别单别单独独夹紧夹紧或放松程序或放松程序 在未触动输入继电器 X15或 X16，可以使立柱和主轴箱同时夹紧或放松。当 通过手动接通输入继电器 X15和 X16，可以使它们分别夹紧或放松。如果需要使 主轴箱单独夹紧或放松时，用手扳动输入继电器 X15，可以使主轴箱单独夹紧或 放松；同样，用手扳动输入继电器 X16，就可使立柱单独夹紧或放松立柱的目的。 这一个过程是可以单独实现的。如下图 9 所示： 图 9 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松梯形图程序 4.1.5 主主轴轴箱和立柱同箱和立柱同时时放松或放松或夹紧夹紧控制程序控制程序 如需要主轴箱和立柱同时放松或夹紧，则必须在内部继电器 R0处于接通状 态，输入继电器 X4或 X5接通时，内部继电器 R2、R3和定时器继电器 T3同时接 通,3 秒后，输出继电器 Y3自动接通，主轴箱和立柱同时放松或夹紧，当再次使输 入继电器 X4或 X5接通时，输出继电器 Y6接通，主轴箱和立柱同时夹紧或松开。 内部继电器 R0处于接通状态，输入继电器 Y9得电，此时立柱夹紧指示灯 HL3亮。 输入继电器 X14失电，输出继电器 Y9得电，此时立柱夹紧指示灯 HL2亮。如下图 10 所示： 图 10 主轴箱和立柱同时放松或夹紧梯形图程序 5 组态组态王王简简介介 组态王是北京亚控科技有限公司开发的一种组态软件。它可以运行在 Windows 98、Windows NT、和 Windows 2000 操作系统下。组态王软件包由工程 浏览器（TouchExplorer）、工程管理器(ProjManager)和画面运行系统(TouchVew) 三部分组成。在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库 的构造、定义外部设备等工作；工程管理器内嵌画面管理系统，用于新工程的创 建和已有工程的管理。画面的开发和运行是由工程浏览器调用画面制作系统 (TouchMak)和工程运行系统(TouchVew)来完成的。在开发系统中设计开发的画 面应用程序时，必须在画面运行系统中才能运行。 5.1 组态组态王画面开王画面开发发系系统统 工程浏览器是组态王软件的核心部分，是应用程序的集成开发环境。是把现 场中的各部分的部件和运动情况以画面的形式生动地反映在计算机上，也就是 说要设计者在计算机上制作出各个动态监控画面。软件开发者在这个环境中完 成界面的设计，变量及动画连接的定义等工作。 在工程浏览器画面开发系统中，画好图形后，画面都是静止的，这时需要通 过实时数据库，建立“动画连接”（就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系）， 因为只有数据库中的变量才是与现场的状况同步变化的。在制作应用系统时，定 义的变量以及坐标预定义的变量存放在数据库中，数据库是组态王最核心的部 分，在运行时，现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机 前发布的指令也要迅速达到生产现场，所以说数据库是联系上位机的桥梁。如下 图 11 所示： 图 11 数据词典对话框 如果设计者想让自己画出的图形对象动作的话，可双击对象弹出“动画连接” 对话框。在此对话框中，选择图形对象如何随变量值的变化而动作。图形界面上 的任何对象都可以随着过程参数的改变而变换状态，用以产生动画效果。各部分 的动画完成后，选择文件菜单中的新画面对话框，在对话框中单击右键定义画面 的名称、大小、位置、风格及画面在磁盘上对应的文件名，将画面存储起来。 5.2 组态组态王画面运行系王画面运行系统统 画面运行系统是组态王软件的实时运行环境，用于显示画面开发系统中建 立的动画图形画面，并负责数据库与 I/O 服务程序的数据交换。它通过实时数据 库管理从一组工业控制对象采集各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象 地表示出来。画面图形只有在它的环境下才能运行。 5.3 组态组态王工程管理系王工程管理系统统 工程管理系统是应用程序的管理系统。它具有很强的管理功能，可用于新工 程的创建及删除，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数据词典的 导入和导出。 5.4 组态组态王新建工程王新建工程 进入新建的组态王工程，选择工程浏览器左侧大纲项“文件画面”，在工程浏 览右侧用鼠标左键双击“新建”图标，建立一个新的工程，如下图 12 所示： 图 12 工程浏览器窗口 5.5 创创建建组态组态画面画面 进入组态王开发系统后，就可以为每个工程建立数目不限的画面，在每个画 面上生互相关联的静态或动态图形对象。创建一个新画面，进入新建的组态王工 程，选择工程浏览器左侧项“文件画面”，在工程浏览右侧用鼠标左键双击“新建” 图标，建立一个开发系统画面，作图如下图 13 所示。 图 13 摇臂钻床硬件连接示意图 图 13 是 Z3040 摇臂钻床电气控制系统的硬件 I/O 接口的示意图，用电脑监 控，控制面板进行现场人工操作，控制电路由 PLC 取代，对主要的四台电机进行 控制。 当推上电源闸，电源指示灯就会亮起。按下电机按钮，主电动机转动，并且 电机指示灯也同时亮起。按下夹紧按钮，液压泵电动机转动，并且夹紧指示灯亮 起。按下松开按钮，液压泵电动机转动，并且松开指示灯亮起。按下夹紧按钮，液 压泵电动机转动，并且夹紧指示灯亮起。按下上升按钮，升降电动机转动。按下 下降按钮，升降电动机转动。组合开关是控制主轴箱松开夹紧或立柱松开夹紧或 同时它们松开夹紧。 这些动作的监控可以通过组态王在显示器上实现。要想实现这些动作还要 在组态王画面开发系统中