Z3040plc摇臂钻床系统改造论文

1、衢州学院毕业设计（论文）题 目： 作者： 二级学院： 专业班级： 指导教师： 职称： 二0一五年一月二十六日衢州学院机械工程学院 毕业设计（论文）任务书课题名称二级学院专业/班级学生姓名学 号指导教师单位/职称机械工程学院/讲师课题来源企业生产任务成果形式论文所属岗位机床操作员一、毕业设计（论文）课题的主要内容、任务和目标、基本要求等：1、课题研究的主要内容1、 Z3040摇臂钻床有四台电机,其中主轴电机及冷却泵电机都为单向运转,摇臂升降电机和液压泵电机为双向运转,而且摇臂升降电机和液压泵电机有先后顺序要求,即摇臂升降时先启动液压泵电机后升降电机启动,上升或下降到位后升降电机停止后才停止液压泵

2、电机.本课题结合学生的将来的职业岗位，主要要求学生根据该钻床的工作原理及控制特点，先设计该类型钻床的电气控制图,并根据该控制图设计PLC控制过程，包括PLC的选型，即采用的类型。确定输入输出端口的个数。完成主轴电机,摇臂升降电机,液压泵电机及冷却泵电机控制梯形图。2、任务和目标通过本课题的工作，实现如下的工作任务：1）对该控制系统进行功能分析；2) 完成该控制系统的电气控制图;3）完成控制系统的PLC控制的选型；4）根据功能分析确定输入输出端口的个数；5）完成系统控制的梯形图。目标：学生通过本毕业设计，对PLC控制系统的设计建立基本的思路；能提出自己的应用心得；可巩固、深化前续所学的大部分基础

3、理论，进一步培养和训练学生分析问题和解决问题的能力，进一步提高学生的设计、绘图、查阅手册、应用软件以及实际操作的能力，从而最终得到相关岗位和岗位群中关键能力和基本能力的训练。3、基本要求1）完成毕业顶岗实习周记13篇（每周1篇），毕业顶岗实习报告鉴定表一份、开题报告一份（2000字左右），相关技术应用论文一篇（5000字以上）。 2）设计（论文）的写作规范：（1）封面。（2）摘要：主要说明该课题主要研究内容及关键词。（3）目录。（4）正文：所选课题的需求分析，方案论证，方案设计，以及所实现的功能，在设计过程中遇到问题所采用的策略等。（5）部分重要程序的源代码。（6）参考文献。（7）论文要求用A

4、4开纸打印，并装订成册，形成书目结构。（8）论文书写要求语言精练，简洁，表达力求准确。二、实践要求：该课题要求学生在企业生产设计产品的管理岗位上顶岗实习13周，了解企业生产产品使用管理的工作职责，熟悉企业生产的产品生产设计过程及特点，掌握机床电气控制的基本结构,初步具有PLC控制系统的设计能力，完成顶岗实习周记，在周记中能详细介绍每周的工作任务及工作中遇到的问题和解决方法等。三、进度安排1周：查阅相关文献资料，完成开题报告； 2周： 1）对该控制系统进行功能分析；2) 完成该控制系统的电气控制图;3）完成控制系统的PLC控制的选型；4）根据功能分析确定输入输出端口的个数；5）完成系统控制的梯形

5、图。2周： 完善各部分的电气控制图及梯形图和毕业设计论文 ；1周： 比较与总结，提出自己的应用心得（包括实际应用中解决问题的方法）或可能的创新点；1 周：整理设计说明书，绘制并打印必要的图纸（A4）准备答辩；1周：答辩。四、推荐的主要参考资料(学生根据自己依据的参考资料写5-6本)1阮友德，电气控制与PLC实训教程，人民邮电出版社，2006.2卢秉恒，于俊一，张福润.机械制造技术基础.M.北京：机械工业出版社，1999.3张洪运.数字技术与机械加工工艺装备.J.新技术新工艺，2009.指导教师签名 年 月日专业负责人签名 江海兵 年月日 （注：课题来源填企业生产（管理）任务、产品开发、创新设计

6、、科研课题等。）车床的控制系统改造摘 要 Z3040摇臂钻床具有结构简单实用、操作维修方便等特点，而且将其他钻床的优点聚为一体，使之加大了钻床的加工范围,适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床。但是由于其控制系统采用继电器控制方式，电路接线复杂，触点多。长期使用后，故障率高，故障排查困难，常常影响企业正常生产。而PLC可以取代传统的继电器控制系统实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数等各种功能。大型高档的PLC还能像微型计算机那样进行数字计算、数据处理、模拟量调节以及联网通讯等等。它具有通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、维修工作少、现场

7、连接方便、体积小、能耗抵、性价比高等一系列优点。因此，利用PLC对摇臂钻床继电器控制电路进行改造，有助于提高设备的可靠性、使用率。关键词：可编程控制器，摇臂钻床，梯形图，电气控制系统目 录第一章 绪论1.1电气控制与PLC11.2 Z3040摇臂钻床介绍21.3 本论文的选题背景和意义2第二章Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理42.1主电路42.2 控制电路、信号及照明电路52.2.1主电动机的旋转控制52.2.2 摇臂的升降控制52.2.3主轴箱与立柱的夹紧、放松控制6第三章Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计73.1 PLC梯形图程序的优化设计及程序调试73.1.1 系统程序

8、预开73.1.2主电动机的起动控制程序73.1.3摇臂升降控制程序83.1.4 主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序83.1.5 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序93.1.6 信号显示程序93.1.7 电源工作状态指示信号程序9第四章 电气控制系统硬件设计104.1 PLC型号的选择104.1.1 根据PLC的物理结构104.1.2 根据PLC的指令功能104.1.3 根据PLC的输入输出点数104.1.4根据PLC的存储容量104.1.5定CPU的运行速度114.1.6据输入输出模块的类型114.1.7定PLC的外围设备124.1.8电源电压的选择124.2 PLC的I/O端口分配表124.

9、3 PLC的I/O电气接线图的设计14第五章 结论与展望165.1研究成果165.2不足之处16参考文献17致 谢18附 录19附录1 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统电气原理图19附录2 Z3040摇臂钻床电气控制系统梯形图20附录3 梯形图转换成指令表21第1章 绪论1.1电气控制与PLCPLC (Program m able Logic Controller)，即可编程逻辑控制器。PLC主要运用于工业环境设计中所需要使用的数字运算操作的一种电子系统，其属于运用一类面向现场问题和过程的可实现编程的存储器，使用非常简单和灵活。 随着现代工业生产的迅速发展，PLC控制技术得到了泛的应用，尤其

10、是在电气控制系统中。PLC具有可编程、易于扩展、操作方便等特点，在电气控制系统中过去继电器为核心的控制系统可以完全被PLC所取代，目前在现代工业生产体系中PLC已是一重要的组成部分，以PLC实现产品功能已越来越全面化和多样化，使PLC技术有了较大的发展。继电器可以说是传统的电气控制系统的核心，它是以被控器械发出的信号或根据用户指令通过某种自动方式使系统自动执行相应的动作。通常电气控制系统是由控制、输入、输出这三部分组成，而控制部分由触点和继电器组成，通常是由传感器、开关、按钮等组成了输入设备是，由接触器、电磁阀以及指示灯等组成了输出设备。这三个基木组成部分按照一定的线路相连组成电气系统，但由于

11、触点与继电器等控制部分方面的性能都相对低下，在这种情况下，不得不促使开发新的性能，从而实现更加高的系统。与此同时，PLC控制系统也是由控制、输入、输出这三部分组成，但其控制部分是以PLC可编程控制器为核心，不仅能实现传统的电气控制系统的功能，还能增加编程逻辑控制及更新系统功能，将这三部分的接线连接则继电器繁复明明显减轻。总之，在电气控制系统中，PLC控制设备是电气控制技术的进步的表现之一，它的应用能有效提高电气控制系统在工业生产中的实用性与可靠性。为使PLC技术能够应用到更为广阔的技术领域，相关技术人员还应进一步完善和优化PLC技术，尤其是提高PLC的耐辐射、耐高温性能，从而使PLC技术的功能

12、不断加强、性能不断提高、适用面更广。1.2 Z3040摇臂钻床介绍 沿导轨方向左右移钻床是一种常用的机床，分台式钻床、立式钻床和 摇臂钻床。种类繁多，在工业生产中应用非常广泛。摇臂钻床适用于单件或批量生产带有多空大型零件的孔加工，是一般机械加工常用的机床。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

13、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。1.3 本论文的选题背景和意义钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，在钻床上配有工艺装备时，还可以进行镗孔,在钻床上配万能工作台还能进行钻孔、扩孔、铰孔。加工过程中，工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动（主运动）。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。根据用途和结构主要分为立式钻床，台式钻床，摇臂式钻床，深孔钻床，中心孔钻床，铣钻床，卧

14、式钻床等。其中摇臂钻床,也可以称为横臂钻。其主轴箱可在摇臂上左右移动，并随摇臂绕立柱回转180度的钻床。摇臂还可沿外柱上下升降，以适应加工不同高度的工件。较小的工件可安装在工作台上，较大的工件可直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床加工范围广，可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船，机械加工，等行业。万向摇臂钻床的摇臂除可作垂直和回转运动外，并可作水平移动，主轴

15、箱可在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。按机床夹紧结构分类，摇臂钻可以分为液压摇臂钻床和机械摇臂钻床在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。其中Z3040摇臂钻床适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床。由于其控制系统采用继电气控制方式，电路中连锁较多，电路接线复杂，触点多，因而故障较多，维修比较麻烦。长期使用后，故障率高，故障排除困难，常常影响企业正常生产。还有部分机床虽然还能正常工作,但其精度、效率以及自动化程度已不能满足当前生产工艺要求,对这些

16、机床进行改造势在必行。可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC ，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC(可编程序控制器)是近几十年来发展起来的一种新型工业控制器,由于它编程灵活,功能齐全,应用广泛,比继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰力强、性价比高、工作寿命高,而其本身具有体积小、重量轻、耗电省等特点。PLC的安装和现场接线简便,可以应用其内部的软继电器简化继电器系统的繁杂中间环节,实现软接线逻辑构成系统,方

17、便集中控制,除此之外,PLC还具有自诊断、故障报警、故障报警种类显示及网络通讯功能,便于操作和维修人员检查。西门子S7-200系列PLC(CPU224,14输入,10输出)体积小、重量轻、安装方便、功能齐全、配置灵活、运行可靠、编程简单,具有可观的经济性和更强的适应性,完全可以代替由交流接触器组成的摇臂钻床控制系统,改造后的摇臂钻床经过长时间的电气控制无故障稳定运行,证明其控制系统稳定性和可靠性得到了极大提高,达到了应用的要求。其具有1.使用方便，编程简单。2.功能强，性能价格比高3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4.可靠性高，抗干扰能力强。5.系统的设计、安装、调试工作量少。6.维修工

18、作量小，维修方便。因此，利用PLC对摇臂钻床继电器控制电路进行改造，有助于提高设备的可靠性和使用率。第二章Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理2.1主电路我国原来生产的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，它的电气原理图如下所示：图2-1 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统电气原理图它的主电路、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，K

19、R1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 控制电路、信号及照明电路 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主电动机的旋转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扳到接通位臵，电源指示灯亮。这时按下SB1，中间继电器K1通

20、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起动供给压力油，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2M线圈通电，它主触点闭合，2M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

21、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。 当摇臂上升到所需要的位臵时，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。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

22、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臵保护而设立的。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臵保护，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释放同，M3电动机断电停止。2.2.3主轴箱与立柱的夹紧、放松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有三个位臵，在中间位臵（零位）时为同时

23、进行，搬到左边位臵时为立柱的夹紧或放松，搬到右边位臵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

24、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在中间位臵时，触点（57-59、57-63）均接通，按下SB5或SB6时，YA1、YA2均通电，主轴箱和

25、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。第3章 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计3.1 PLC梯形图程序的优化设计及程序调试 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，本基于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、主电动机的起动和停止控制程序、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。因选用FP0型号的PLC，所以编程时采用Windows环境下运行的FPWINGR的编程软件来编程设计, 采用TVT9

26、0A2可编程控制器训练装臵来进行模拟调试。3.1.1 系统程序预开X6为总停输入继电器，X0为系统预开输入继电器。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。 图3-1 系统预开梯形图程序3.1.2主电动机的起动控制程序 X1为主电动机起动输入继电器，R0闭合后，接通X1，此时输出继电器Y0接通自锁，从而使电机起动。图3-2 主电动机的起动梯形图程序3.1.3摇臂升降控制程序R0闭合后，当输入继电器X2接通时，内部继电器R1也接通，同时Y3得电，使得液压泵电动机起动，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

27、升，当上升到极限位臵时，X10的常闭触点断开，Y1失电。摇臂完成松开，然后上升的过程。如果想要完成摇臂下降的过程，需接通X3，在摇臂放松后，使Y4得电，使摇臂下降，当下降到极限位臵时，X10的常闭触点断开，Y2失电。摇臂完成松开，然后下降的过程。图3-3 摇臂升降梯形图程序3.1.4 主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序R0闭合后，当输入X4或X5接通时，内部继电器R2、R3和定时器T3同时接通,3秒后，Y3自动接通，主轴箱和立柱同时放松，当再次使输入X4或X5接通时，Y6接通，主轴箱和立柱同时夹紧。图3-4 主轴箱和立柱同时放松或夹紧梯形图程序3.1.5 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序除了

28、可以使立柱和主轴箱同时夹紧、放松外，还可以使它们分别夹紧或放松，通过手动接通X15和X16即可完成上述操作，当需要使主轴箱单独夹紧或放松时，用手扳动开关X16使其断开即可，同样，用手扳动输入开关X15，即可达到单独夹紧或放松立柱的目的。图3-5 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松梯形图程序3.1.6 信号显示程序 R0接通，当主电动机起动后，Y0接通，Y10得电，主电动机起动信号灯亮。立柱夹紧后X14接通，Y9得电，立柱夹紧信号灯亮。当Y3得电后，立柱开始松开，当立柱松开后，X14的常开触点闭合，常闭触点断开，Y8得电，立柱松开信号灯亮。 图3-6 信号显示梯形图程序3.1.7 电源工作状态指示信

29、号程序 R0接通，输出继电器Y7得电，此时电源工作状态指示信号灯亮，表明机床开始处于工作状态。 图3-7 电源工作状态指示信号梯形图程序第四章 电气控制系统硬件设计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。具体方案如下：4.1 PLC型号的选择选择基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC机型，应从以下几

30、个方面来考虑。4.1.1 根据PLC的物理结构 根据物理结构的不同，PLC分为整体式、模块式和叠装式。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没有特殊的控制任务，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较模块式和叠装式PLC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。4.1.2 根据PLC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。4.1.3 根据PLC的输入输出点数摇臂钻床的

31、电气控制系统需要17个输入口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%的裕量。4.1.4根据PLC的存储容量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=224bit4.1.5定CPU的运行速度CPU的运动速度是指执行每一步用户程序的时间。由于PLC为周期循环扫描工作方式，对于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一般的PLC机型都可使用。对于以模拟量为主

32、的控制系统，则需要考虑扫描速度，必须选择合适CPU种类的PLC机型。4.1.6据输入输出模块的类型输入模块的输入电压一般为DC24V和AC110V或AC220V。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臵连接。交流输入方式的触点接触可靠，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。由于本基于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，本基于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。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

33、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Z3

34、040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型和扩展单元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。其主要技术性指标如下：型PLC具有Z3040摇臂钻床电气控制

35、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5K步，输入模块电压为DC24V，输出模块为继电器型。由此可知，FP0-C14RS和扩展单元FP0-E16RS型和FP0-E8RS型PLC的技术性能指标完全能满足上述要求。4.1.7定PLC的外围设备PLC的外围设备主要是人机对话装置，用于PLC的编程和监控。通过人机对话装置可以进行编程、调试及显示图形报表、文件复制、报警等。PLC的外围设备有编程器、打印机、EPROM写入器、显示器等。4.1.8电源电压的选择为PLC控制系统供电的电源，在我国优先选择220V的交流电源电压，特殊情况可选择24V直流电源供电。输入信

36、号电源，一般利用PLC内部提供的直流24V电源。对于带有有源器件的接近开关可外接220V交流电源，提高稳定性，避免干扰。选用直流I/O模块时，需要外设直流电源。PLC生产厂家众多，种类繁多，在实际选用时必须根据控制系统的具体要求合理选择。4.2 PLC的I/O端口分配表根据所选PLC的型号进行I/O点的端口分配，如下（表4-1、表4-2）所示：表4-1 输入信号端口分配表地址号符号名称用途X0SB1总启动按钮X1SB2主电动机按钮X2SB3摇臂上升X3SB4摇臂下降X4SB5立柱和主轴箱松开X5SB6立柱和主轴箱夹紧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

37、继电器X9KR2M3动机过载保护用热继电器X10ST1-1摇臂上升用行程开关X11ST1-2摇臂下降行程开关X12ST2摇臂下降限位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4-2输出信号端口分配表地址号符号姓名用途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

38、号灯Y9HL3立柱夹紧指示信号灯Y10HL4主电动机旋转指示信号灯4.3 PLC的I/O电气接线图的设计下图为PLC的I/O电气接线图，图中X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X10、X11、X12、X13、X14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。接触器的线圈工作电压若为交流110V，则接触器线圈连接的Y3、Y4、Y5、Y6 、Y7、Y10 可以共用一个COM2端。信号灯电源电压为6.3V，因此Y0、Y1、Y2可以共用一个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，因此在电源电压相同的接口可共用一个COM端。图4-1 PLC的I/O电气接线图第5章 结论与展望5.1研究成果采用PLC后在硬件与软件设计时详细分析了该钻床的工作情况，充分考虑了机床和工艺对电气控制的要求，妥善处理了机械与电气的关系，把电气系统的安全性和可靠性放在首位，同时充分利用PLC控制技术，软件设计