Z30130×31型钻床控制系统的PLC改造

优秀设计Z3O130X31型钻床控制系统的PLC改造摘要:Z30130X31型摇臂钻床属于大型立式钻床，其传统的控制方式是利用继电器接触器原理控制。由于利用继电器接触器控制系统比较复杂，难于操作；因此本次设计是将其改造成为利用PLC控制，这样既可以提高生产效率，也可以增加其使用寿命。首先通过对钻床工作原理的了解，然后对PLC的硬件和软件进行设计。根据钻床的工作要求选择合理的工作器件如：继电器，接触器等等，然后编写相应的程序语句表并绘制梯形图，再根据输入输出点数选择PLC型号，输入点数：22输出点数：17，所以本次设计选择FX2N-48MR型PLC并绘制硬件接线图；最后对程序进行模拟调试。关键词：PLC；电动机；行程开关；断路器；控制按钮；控制开关；工作指示灯。Z3O130X31drillingmachinecontrolsystem's

PLCtransformationAbstract:Z30130X31-armdrillingisalargeverticaldrilling,thetraditionalcontrolmethodistheuseofrelaycontactsPrinciplecontrol.Theuseoftherelaycontactorcontrolsystemmorecomplicatedanddifficultoperation,thereforethisdesignisitsuseofaPLCcontrol,thiscanenhancetheefficiencyofproductionandcanalsoincreasetheirservicelife.Bydrillingthefirstprincipleofunderstanding,andthenthePLChardwareandsoftwaredesign.Accordingtodrillingrequirementsfortheworkoftheworkofareasonablechoiceofdevicessuchas:relays,contacts,etc.,andthenthepreparationofthecorrespondingproceduresandthemappingofladderdiagramsentencestable,thelightinputandoutputpointschoosePLCmodels,theimportationofpoints:22outputpoints:17,Therefore,thisdesignoptionsFX2N-48MRPLCandthemappingofhardwarewiringdiagram;Finally,thesimulationdebuggingprocedures.Keywords：PLC;motor;tripswitchcircuitbreaker;controlbuttoncontrolswitch;worklight.TOC\o"1-5"\h\z第一章引言1第二章机床的主要参数及钻床的机械及运动形式2第三章继电器接触器控制原理43.1制线路特点与电气线路概述43.2控制原理分析及分立控制线路5第四章PLC控制系统的硬件设计104.1电动机的选型104.2接触器的选择124.3自动空气断路的选型154.4热继电器的选用164.5中间继电器的选型184.6万能转换开关的选型184.7电磁铁的选型194.8按钮的选型194.9位置开关的选型194.10导线的选型204.11变压器的选型204.12机床电气控制系统的工艺设计234.13电气元件布置图的绘制244.14电气接线图的绘制254.15可编程控制器264.16三菱PLC指令系统35第五章PLC控制系统软件设计375.1输入地址分配375.2输出地址分配375.3接线图385.4程序语句表39第六章程序模拟调试42第七章总结44致谢45参考文献46第一章引言可编程控制器(ProgrammableController)是为工业控制应用而设计制造的专用计算机控制装置，是20世纪60年代发展起来的控制设备。最早的可编程控制器可追溯到1969年。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器ProgrammableLogicController,简称PLC,主要作用就是替代继电器实现逻辑控制。工业控制领域的快速发展和不断增长的新需求。使得目前这种装置的功能已经大大超出逻辑控制的范围，因此原来的说法已经不贴切地表示其功能了。今天我们称之为可编程控制器，简称PC。但为了避免与个人计算机PersonalComputer的简称混淆，还是简称PLC。PLC是微电子技术与自动控制技术相结合的产物，它的应用非常广泛，能方便地直接用于机械制造、化工、电力、交通、采矿、建材、轻工、环保、食品等各行各业。即可用于老设备的技术改造，也可用于新产品的开发和机电一体化。近年来，可编程序控制器的发展非常快，不仅应用普及非常快，而新产品的开发速度也是非常快的。随着我国的经济飞速发展，人民生活水平迅速提高，工作居住条件得到了巨大改善。钻床作为工业生产内的重要生产工具，与人们的工作和效力的产生息息相关。对它的性能要求很精确。在此，我们采用了PLC的控制来实现钻床的运行稳定。钻床的电气系统由液压系统、冷却泵和电磁吸盘以及照明电路等部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前钻床设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。改造后使生产线的效率得到提到，使用寿命更长久等优点。改造钻床是一门专业知识相当广泛的专业，它涉及到自动化专业的多门专业基础课：电子技术、计算机控制、计算机接口、自控原理、检测技术、电力电子技术、电机拖动、电气系统控制、可编程逻辑控制器等。通过这些专业课程的学习，在此次毕业设计中，又使这些课程得到了复习、巩固。掌握所学知识并解决实际问题的方法和技能。Z30130X31型摇臂钻床属于大型立式钻床，能够进行多种形式的机械加工，如钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、刮平面以及攻螺纹等。摇臂钻床的运动部件较多，常采用多台电动机拖动，一般采用三相交流鼠笼式异步电动机拖动，用机械变速调节主轴转速和进刀量，变速箱为机械有级调速，钻床的主运动和进给运动都有较大的调速范围。Z30130X31型钻床的传统的继电器一接触器控制系统过于复杂烦琐。若采用PLC控制进行改造后，便线路简化，可靠性提高，响应加快精确更正确，给设备维护、检修带来方便，同时在成本上也合理，能够产生较大的经济效益。第二章机床的主要参数

1.机床的主要参数（1）最大钻孔直径100mm（2）主轴中心线至立柱母线距离：最大3150mm最小570mm（3）主轴箱水平移动距离2580mm（4）主轴端面至底座工作面距离：最大2500mm最小750mm（5）摇臂升降距离1250mm（6）摇臂升降速度0.61m/min（7）摇臂回转角度360度（8）主轴圆锥孔莫氏6号（9）主轴转速范围8〜1000r/min（10）主轴转速级数22级（11）主轴进给量范围0.06〜3.2mm/r（12）主轴进给量级数16级（13）主轴行程500mm（14）刻度盘每转钻孔深度170mm（15）主轴允许最大扭转力矩2450N•m（16）主轴允许最大进给抗力49X103.N（17）主电机功率15kw（18）摇臂升降电机功率3kw（19）主轴箱及摇臂液压夹紧电机功率0.75k（20）立柱液压夹紧电机功率0.75kw（21）主轴箱水平移动电机功率0.25kw（22）主轴箱水平移动速度1.6m/min（23）冷却泵电机功率0.09kw2.钻床的机械及运动形式（―）Z30130x31型摇臂钻床适用于在重大型零件上钻孔、扩孔、铰孔、刮平面及攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下可以进行镗孔。Z30130x31行摇臂钻床，其零部件通用化程度较高，本机床具有如下特点：米用液压预选变速机构，可节省辅助时间；主轴正反转、停车（制动）变速、空挡等动作都用一个手柄控制，操纵轻便；主轴箱、摇臂、内外柱采用液压驱动的菱形块夹紧机构,夹紧可靠；摇臂上导轨、主套筒及内外柱回转滚道等处均进行淬火处理，可延长使用寿命；主轴箱的移动除手动，还可以机动；有完善的安全保护装置及外柱防护和自动润滑装置。(二)液压系统的主要特点该液压系统中工作台的换向采用了时间控制的换向回路。在换向阀阀芯上的四个控制边均带有锥度较小的制动锥，同时可采用单向节流阀来调整阀芯的移动速度，使制动过程平稳，减小了换向冲击，这对工作台运动速度较高、换向要求平稳。液压系统中，采用了进油和回油路的双重节流调速回路，并以回油节流调速为主，因此，工作台的运动平稳，且可减小工作台启动时的前冲现象。具有卸荷回路，机床不工作时，可使系统卸荷，以减少功率损失和减少油液发热。第三章继电器接触器控制原理3.1控制线路特点与电气线路概述（1）电路、控制线路、信号指示灯电路及机床照明均采用自动空气断路器作为电源引入开关。自动空气断路器中的电磁脱扣装置作为短路保护电器而取代熔断器。另外，此断路器也具有零压保护和欠压保护作用。（2）由于各台点动机的容量不同，在起动时须区别对待。主轴电动机容量较大，为降低起动电流，采用了Y—△起动控制线路。其它五台电动机采用接触器直接起动控制线路或开关直接起动控制线路。（3）控制线路装有总起动与总停止按钮，便于操作和在发生事故时紧急停车。（4）摇臂的上升运动和下降运动有严格的动作顺序，由限位开关SQ3给以保证。（5）每一个主要动作均有指示灯作出指示，便于操作和进行电气维修。（6）主柱的夹紧与松开单独用一台电动机拖动，使控制更为灵活。（7）主轴箱的水平移动单独用一台电动机拖动，降低了操作者的劳动强度。（8）摇臂的上升运动和下降运动可以用主轴箱上的十字开关操作，也可以装在立柱下部的控制按钮操作，属于两地控制线路。（9）立柱与主轴箱的松开与夹紧可以同时进行操作，也可以单独进行。（10）控制线路采取了可靠的电气联锁措施，以防止发生电源短路事故。3.1.2.电气线路概述主电路由六台三相交流异步电动机及其有关的电气元件组成。主轴电动机只有一个旋转方向，因为功率较大，所以采用Y—△起动控制线路。冷却泵电动机也只有一个旋转方向，采用开关直接起动控制线路。其它四台交流电动机都有两个旋转方向，采用交流接触器起动控制线路。M1为主电动机，由交流接触器KM1、KM2和KM3进行Y—△起动，KM1和KM3也是M1的停止电器。M1的短路保护电器是总电源引入开关一一自动空气断路器QF1中的电磁脱扣装置。热继电器FR1是M1的过载保护电器。M2是摇臂升降电动机。交流接触器KM4控制M2的正向起动与停止。M2的反向起动与停止由反向交流接触器KM5控制。M2的短路保护电器也是自动空气断路器QF1中的电磁脱扣装置。因为M2是短时间工作，所以不设过载保护电器。M3是摇臂和主轴箱松开与夹紧电动机，它实质上是液压油泵电动机，为摇臂与主轴箱的松开与夹紧提供压力油。交流接触器KM6控制M3的正向起动与停止。M3反向转动的起动与停止由交流接触器KM7控制。自动空气断路器QF4中的电磁脱扣装置是M3的短路保护器。虽然摇臂与主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作，M3并不长期运转，但液压系统出现故障或行程开关调整不当时，M3也会处于长时间过载状态而造成事故，所以在电路中装设了热继电器FR2。M4是立柱的松开与夹紧电动机，也是液压油泵电动机，专供立柱松开与夹紧用的压力油。M4的正反向起动与停止分别由正向交流接触器KM8与反向交流接触器KM9控制。M4的短路保护电器是自动空气断路QF4的电磁脱扣装置。由于M4不是长期运行的电动机，所以不设过载保护电器。M5是主轴箱水平移动电动机，有两个旋转方向，由交流接触器KM10和KM11分别控制其起动与停止。短路保护电器仍为自动空气断路器QF4中的电磁脱扣装置。由于短时间工作，所以不设过载保护电器。M6是冷却泵电动机，功率很小，虽然长时间工作，也不设过载保电器。由自动空气断路器QF2控制其起动和停止，并兼作短路保护电器。控制线路中装设了三台时间继电器，其中KT1为通电延时型、KT2和KT3为断电延时型在主轴箱水平移动控制线路中，主轴箱与电动机之间接入了直流电磁离合器YC1,使控制更为可靠。控制线路电压为110V，信号等电路电压为交流6V，均变压器TC2提供电源。电磁离合器电压为24V，由控制变压器TC1供电。照明线路除了装设两台照明灯外，还装有电源插座，便于接临时照明灯。照明电路电压为24V，由变压器TC2供电3.2控制原理分析及分立控制线路开车前准备工作先将自动空气断路器QF7~QF8扳到闭合位置，然后扳动总电源开关QF1，引入三相380V交流电源。这时，电源接通指示灯HL1亮，表示机床的电气线路已处于通路状态。按下总起动按钮SB1，中间继电器KA1的线圈经(1-3-5-7-0)线路得电吸合并自锁，为控制线路提供了电源通路，并为其它电器得电做好准备。主轴电动机起动与停止控制线路在中间继电器KA1得电并自锁的基础上，按下起动按钮SB2，时间继电器KT1的线圈经(1-3-5-7-11-13-2-0)线路通电吸合。接触器KM1的线圈经(1-3-5-7-11-13-2-0)线路通电吸合并自锁。接触器KM3。接触器KM2的线圈经(1-3-5-7-11-13-15-17-2-0)线路通电吸合。KM2的主触点闭合，短路主电动机三相绕组的末端，将主电动机接成Y形。由于KM1主触点闭合，接通M1的三相电源，主轴电动机在定子绕组接成Y的情况下得电旋转。当主轴电动机的转速逐渐升高到接近额定转速时，时间继电器KT1延时开启的动断触点KT1-2(13-15)断开，接触器KM2的线圈断电释放。KM2的主触点断开，使主触点电动机定子绕组的末端脱离短路状态。与此同时，时间继电器KT1延时闭合的动合触点KT1(13-21)闭合，使接触器KM3的线圈经(1-3-5-7-11-13-21-23-2-0)线路通电吸合。KM3的主触点闭合，将主轴电动机的定子绕组接成△形并通过已闭合的KM1街道电源上，使Ml在额定转速下正常旋转。接触器KM3得电时，它的动合辅助触点KM3(605-607)闭合，主轴电动机旋转指示灯HL2亮。停止主轴电动机时，按下停止按钮SB12，时间继电器KT1、交流接触器KM1和KM3同时断电释放，KM1的主轴触点断开，切除三相电源，主轴电动机停转。接触器KM3断电释放时，其动合触点KM3(605-607)断开，主轴电动机旋转指示灯HL2灭。摇臂上升控制线路及工作原理在中间继电器KA1得点吸合并自锁的情况下，将主轴箱上的十字开关向上扳动，使SA1-1接通，或按下装在立柱下部的摇臂上升起动按钮SB3，中间继电器KA2的线圈经(1-3-5-7-25-27-29-0)线路通电吸合，KA2动断触点KA2-4(55-57)断开，保证KM7无电。同时，动合触点KA2-3(39-41)和KA2-1(7-37)闭合。前者为交流接触器KM4得点做好准备，后后者使时间继电器KT2的线圈经(1-3-5-7-37-0)线路通电吸合。因为KT2是断电延时型的时间继电器，所以它的断电延时开启的动合触点KT2-1(7-55)杂通电时瞬时闭合，使时间继电器KT3的线圈得电吸合。与此同时，时间继电器KT2的瞬时动作动合触点KT2-3(7-87)闭合，使电磁铁YA1的线圈得电动作，打开摇臂松开油腔的进油阀门，为摇臂松开做好准备。由于KT3线圈通电吸合，其断电延时开启触点KT3-2(7-87)瞬时闭合，保证了YA1的线圈在时间继电器KT2断电后仍然通电。与此同时，KT3瞬时动作的动合触点KT3-1(49-51)闭合，使交流接触器KM6的线圈经(1-3-5-7-37-49-51-53-4-0)线路通电吸合。KM6的主触点闭合，接通M3的电源，主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机通电正向旋转，使压力油经二位六通阀进入摇臂松开油腔，推动活塞和菱形块，将摇臂松开。这时活塞杆通过弹簧片压动限位开关SQ3，使其动断触点SQ3-2(37-49)断开，交流接触器KM6的线圈断电释放。KM6的主触点断开，切断M3的电源，主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机停止转动。与此同时，限位开关SQ3的动合触点SQ3-1(37-39)闭合，接触器KM4的线圈经(1-3-5-7-37-39-41-43-0)线路通电吸合，其主触点接通M2的电源，摇臂升降电动机正向转动，带动摇臂上升。当摇臂上升到所需要的位置时，扳动十字开关使SA1-1断开，或松开起动按钮SB3，中间继电器KA2的线圈断电释放。KA2的动断触点KA2-1(7-37)断开，时间继电器KT2和交流接触器KM4的线圈断电释放，摇臂升降电动机停止转动，摇臂停止上升。KA2释放时，动断触点KA2-4(55-57)闭合，为交流接触器KM7得电动作做好了准备KT2断电释放时，它的瞬时动作动触点KT2-3(7-87)断开，但由于KT3仍然通电，所以电磁铁YC1仍处于带电状态。经过1~3S的延时，KT2延时开启动合触点KT2-1(7-55)断开，但因为限位开关SQ4闭合，所以并不影响KT3的通电吸合状态。同时，KT2的延时闭合动断触点KT2-2(59-63)闭合，交流接触器KM7的线圈经(1-3-5-7-55-57-59-63-65-4-0)线路通电吸合。KM7的住触点接通M3的电源，主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机反向转动，压力油经二为六通阀进入摇臂夹紧油腔，推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧。与此同时，活塞杆通过弹簧片压动限位开关SQ4,使它的动断触点SQ4(7-55)断开，交流接触器KM7和时间继电器KT3的线圈断电释放，主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机停止转动。经过1~3S的延时，KT3延时开启的动合触点KT3-2(7-87)断开，YC1断电释放。摇臂下降的控制线路原理分析摇臂下降的控制线路及其工作原理和摇臂上升的控制线路及工作原理极为相似，只要把摇臂上升线路中的SA1-1改为SA1-2(十字开关向下扳动)，摇臂上升起动按钮SB3改为摇臂下降起动按钮SB4，中间继电器KA2改为KA3，接触器KM4改为KM5即可。摇臂的上升与下降是短时间调整工作，所以采用电动方式。行程开关SQ1和SQ2用来限制摇臂上升和下降的行程。当摇臂上升到极限位置时，压动SQ1，使其动断触点SQ1(25-27)断开。中间继电器KA2断电释放，动合触点KA2-1(7-37)KA2-3(38-41)断开，接触器KM4失电，摇臂升降电动机停止转动，摇臂停止上升。当摇臂下降到极限位置时，压动限为开关SQ2,使它的触点SQ2(31-33)断开，中间继电器KA3的动合触点KA3-1(7-37)和KA3-3(39-45)断开，KM5断电，摇臂升降电动机停止转动,摇臂停止下降。正常工作时，限位开关SQ1和SQ2的动断触点总是闭合的。主轴箱松开与夹紧控制原理分析主轴箱和立柱的松开(或夹紧)即可以同时进行，也可以单独进行，由转换开关SA2控制。转换开关SA2有三个位置，将SA2扳到中间位置，主柱和主轴箱同时松开(或夹紧)；将SA2扳到左边位置，立柱单独松开(或夹紧)；将SA2扳到右边位置，主轴箱单独松开(或夹紧)。复合按钮SB5是立柱与主轴箱的松开控制按钮，SB6是夹紧控制按钮。下面，先分析主轴箱单独松开的控制线路原理。将转换开关SA2扳到右边位置，则触点SA2(73-51)和SA2(79-55)接通。按下复合按钮SB5，接触器KM6的线圈经(1-3-5-7-73-51-53-4-0)线路通电吸合，它的主触点闭合，接通M3的电源，主轴箱和摇臂的松开与夹紧电动机起动正向旋转，供应压力油。由于这时电磁铁YA1处于无电释放状态，所以压力油经二位六通阀进行主轴箱松开油缸，推动活塞和菱形块,将主轴箱松开。松开时压动限位开关SQ6，使动断触点SQ6-2(605-613)闭合，立柱和主轴箱松开指示灯HL3亮。这时，应立即松开复合按钮SB5，使接触器KM6断电释放，主轴箱和摇臂的松开与夹紧电动机停转。主轴箱单独夹紧时，仍将转换开关SA2扳到右边位置，使SA2(79-55)接通。按下复合按钮SB6，接触器KM7的线圈经(1-3-5-7-79-55-57-59-63-65-4-0)线路通电吸合。KM7的主触点闭合，接通M3的三相电源，主轴箱和摇臂夹紧与松开电动机起动反向旋转，提供压力油。由于此时电磁铁YA1处于电释放状态，所以压力油经二位六通阀进入主轴箱夹紧油缸，推动活塞和菱形块，使主轴箱夹紧。夹紧时压动限位开关SQ6，使它的动合触点SQ6-1闭合，立柱和主轴箱夹紧指示灯HL4亮，HL3灭。这时，要立即松开复合按钮SB6，使接触器KM7断电释放，主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机因断电而停止转动。.立柱单独松开与夹紧的控制原理分析立柱单独松开时，将转换开关SA2扳到左边位置，SA2(73-75)闭合，按下复合按钮SB5,接触器KM8的线圈经线路通电吸合，其主触点闭合，立柱松开与夹紧电动机M4起动正向旋转，供应压力油。通过液压机械系统使立柱夹紧。夹紧时，立柱松开指示灯HL3亮。这时，要立即松开复合按钮SB5，使KM8断电释放，立柱松开与夹紧电动机停转。主轴单独夹紧时，仍然将转换开关SA2扳向左边位置，使SA2(79-83)接通吸合。在按下复合按钮SB6后接触器KM9的线圈经(1-3-5-7-79-83-85-0)线路通电吸合。KM9的主触点闭合，接通M4的电源，夹紧时，立柱夹紧指示灯HL4亮，HL3灭。这时，要立即松开复合按钮SB6，使KM9断电释放，立柱夹紧与松开电动机停转。.立柱和主轴箱同时夹紧的控制原理分析立柱与主轴箱同时进行松开控制时，将转换开关SA2扳到中间位置，SA2(73-51)和SA2(79-75)同时接通，按下SB5,KM6和KM8同时得电吸合。它们的主触点闭合，主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机M3、立柱松开与夹紧电动机M4得电正向旋转，供应压力油。压力油经二位六通阀进入主轴箱松开油缸，推动活塞和菱形块，将主轴箱松开。同时，通过液压系统是立柱松开，指示灯HL3亮。这时，应立即松开复合按钮SB5，使接触器KM6和KM8断电释放，电动机M3和M4断电停转。主轴箱与立柱同时进行夹紧控制时，仍将转换开关放在中间位置，使SA2(73-55)和SA2(79-83)接通。按下SB6，接触器KM7和KM9同时得电吸合。它们的主触点闭合，使主轴箱和摇臂松开与夹紧电动机M3、立柱松开与夹紧电动机M4反向转动，供应压力油。压力油经二位六通阀进入主轴箱夹紧油缸，推动活塞和菱形块，将主轴夹紧。同时，液压系统将立柱夹紧，夹紧指示灯HL4亮。这时，应立即松开SB6，使接触器KM7和KM9断电释放。它们的主触点断开，使电动机M3和M4停转。主轴箱的水平移动控制主轴箱的水平移动控制是通过十字开关SA1实现的。在主轴箱松开的情况下，主轴箱松开与夹紧油缸的活塞杆压动限位开关SQ5,使其动合触点SQ5(7-93)闭合。向右扳动十字开关，使触点SA1-3接通。接触器KM10的线圈经(1-3-5-7-93-95-97-0)线路通电吸合。动合触点KM10(113-115)闭合，电磁离合器YC1通电，接通M5与主轴箱之间的机械传动机构。同时，KM10的主触点闭合，接通M5的电源，主轴箱水平移动电动机正向旋转，拖动主轴箱向右移

动。如果向左扳动十字开关，SAl-4(93-101)接通，接触器KM11(1-3-5-7-93-101-103-0)线路通电吸合。KM11的动合触点)闭合，YC1通电，接通M5与主轴箱与主轴箱之间的机械传动机构。同时，接触器KM11合，接通M5的电源，主轴箱水平移动电动机反向转动，拖动主轴箱向左移动。冷却泵电动机的起动与停止控制的线圈经电磁离合器的主触点闭既可实现冷扳动自动空气断路器QF2，使之处于闭合或断开状态，接通或断开电源，却泵电动机的线圈经电磁离合器的主触点闭既可实现冷第四章PLC控制系统的硬件设计4.13电气元件布置图的绘制电器元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合。同一组件中电器元件的布置应注意：1、体积大和较重的元件应安装和电器板的下面（一般电器板在电器箱被垂直安装以便通风散热、接线和维修），而发热元件应装在电器板的上面。2、需要经常维护、检修和调整的电器元件的位置不不宜过高过低。3、电器元件布置不宜过密，对易产生飞弧的接触和自动开关尤其要注意。若采用板前走线槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利于布线合和维护。还应考虑整齐、美观。4、原理图中靠近的电器元件，应尽量布置近一些，以缩短接线。布置图是根据电器元件的外行绘制，并标出各各元件间距尺寸，每个电器元件的安装尺寸及公范围，应严格按标准标出，作为底板加工依据，以保证各电器的顺利安装。在电器布置图设计中，还要根据本组件进出线的数量和采用导线规格，选择进出线方式，并采选用适当接线端子板或接插件，按一定顺序标上进出线的接线号。4.14电气接线图的绘制电气接线图是根据电气原理图及电气元件布置图绘制的，它一方面表示出各电气组件（电器板、电源板、控制面板和机床电器）之间的接线情况，另一方面表示出各电器组件板上电器元件之间的接线情况。因此，进行电器元件配线和检修查线的依据。机床电器（电动机和行程开关等）可先接线到装在机床上的分线盒，在从分线盒接线到电器内电器板上的接线端子板上，也可不用分线盒直接线接到电器箱。电器箱上各电器板、电源板和控制面板之间要通过接线端子板接线。接线图的绘制还应注意以下几点。1、电器元件元件按外行绘制，并与布置图一致，偏差不要太大。与电器原理图不同，在接线图中同一电器元件的各个部分（线圈、触点等）必须画在一起。2、所有电器元件及其引线应标注与电气原理图相一致的文字符号及接线回路标号。3、电器元件之间的接线可直接连接，也可采用单线表示法绘制，实含几根线可从电器元件上标注的接线回路标号数看出来。当电器元件数量较多和接线较复杂时，也可不画各元件间的界限，但是在各元件的各接线端子回路标号处应标注另一元件的文字符号，以便识别，方便接线。电气组件之间的接线也采用单线宝石法绘制，含线数可从端子板上的回路标号数看出来。4、接线图中应标出配线用的各种导线的型号、截面积及颜色等。规定交流或直流动力电路用黑色线，交流辅助电路为红色，支流辅助电路为蓝色，地线为黄绿双色，与电线连接的电路导线以及电路中的中性线用白色线。还应标出组件间连线的护套材料。4.15可编程控制器4.15.1绪论微机技术已经并继续在改变世界。以微机技术为基础的可编程控制器也正在改变着工厂自动控制的面貌。随着科学技术的迅猛发展，可编程控制器以其可靠性极高、能经受恶劣环境的考验，使用极方便的巨大优越性，迅速占领工业自控领域，成为工业自动控制的首选产品，与机器人、CAD/CAM并称为工业生产自动化的三大支柱。可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器，可以说只有可编程控制器才是真正的工业控制计算机。初期可编程控制器只是用于逻辑控制的场合，用于代替继电控制盘，但现在可编程控制器已进入包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。在保留了原来逻辑控制器的所有优点的同时,它吸收发展了其它控制设备（如过程仪表、集散系统、分散系统等）的优点，在许多场合只需可编程控制器即可构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集及控制和图形工作站的经济合算、体积小巧、设计调试方便的综合控制系统。国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程序控制器标准草案中对PLC作了如下的定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可以编制程序的存储器，用来在其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都按照易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩展及功能的原则而设计。所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。我公司生产的GZPK100系列高速旋转式压片机就采用PLC的控制方式。PLC的可靠性：进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。PLC的可扩展性：要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而PLC的编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。PLC的可维护性：PLC本身有很强的自诊断功能，一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。操作：PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。PLC的产生已有30余年的历史，其发展大致可分为三个阶段。20世纪70年代的PLC，其主要功能只是执行原先由继电器控制装置完成的顺序控制、定时、计数等。20世纪80年代，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器市场价格大幅下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。为了进一步提高PLC的处理速度，不少PLC制造商还纷纷研制开发出了专用逻辑处理芯片，使得PLC的功能发生了巨大变化。20世纪90年代，PLC的发展趋势有两大特点：其一是向体积小、速度更快功能更强、价格更便宜的微小型PLC方向发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性、编程向IEC61131-3标准化发展。20世纪90年代日本三菱电机公司推出的A系列PLC及西门子公司推出的S7-400系列PLC都属于大型PLC。21世纪的PLC将向更加开放性的方向发展。从技术看，计算机技术的新成果会更多的应用于PLC的设计及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能化更强的产品出现。我国PLC的研制和生产也有近30年的历史。最初在引进设备中大量使用PLC。通过技术引进，消化吸收，国产化PLC的生产厂家在1990年就有近30个，品种也有20余个。目前国产PLC已具有相当规模。原中外合资光洋电子（无锡）有限公司生产的PLC有超小型机PL系列；小型机SN系列、SM系列、SN系列、SZ系列、SR系列；中型机系列DL350、SU系列。其中SU-5M/6M最大I/O可达2048点。大连组合机床研究生产的S系列PLC、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列PLC等产品都具有一定规模并在工业控制中获得了广泛应用。可以预期，随着我国工业化、信息化进程的加快，PLC在我国将有更广阔的应用。4.15.2、按控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。1、用于开关量逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，即可用于单台设备控制，又可用于多机群控及自动化流水线。如组合机床、磨床、注塑机、印刷机、订书机、包装流水线。2、用于模拟量控制在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量,其通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间的转换，也即A/D转换及D/A转换。几乎各主要PLC制造厂商都有配套的A/D和D/A模块，使PLC可很方便地用于模拟量控制。3、数据处理现代PLC几乎都具有数学运算（含逻辑运算、函数运算、距阵运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析、处理及显示。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，也可以将它们打印制表。数据处理一般用于较复杂的大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、化工、食品工业的一些大型控制系统。4、运动控制PLC可以用于直线运动或圆周运动的控制。其具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机数控（CNC）紧密结合，实现数字控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用运动控制模块。如可驱动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。几乎各主要PLC制造厂商都有运动控制功能。广泛用于各种机床、机器人、电梯等场合。5、用于通信联网控制系统高功能的PLC具有较强的通信联网功能，可实现PLC与PLC、PLC与远程I/O、PLC与上位计算机之间的通信，从而可形成多层分布式控制系统或工厂自动化（FA）网络。因此，使用PLC可以很方便地构成集中管理、分散控制的分布式控制系统，是实现工厂自动化的理想设备。4.15.3PLC的特点PLC是面向用户的工业控制计算机，具有许多明显的特点。1•可靠性高，抗干扰能力强工业生产过程对控制设备的可靠性提出了很高的要求，因为工业生产过程往往是昼夜连续生产，一般的生产装置几个月、甚至几年才大修一次。工业现场的各种电磁干扰特别严重，针对这一情况，PLC采取了一系列措施，使PLC能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间（MTBF）高，故障恢复时间短，其中主要包括：屏蔽对电源变压器、中央处理单元、编程器等主要部件和模块，均采用导电良好的材料进行屏蔽，以防止辐射干扰。滤波各输入端均采用R-C滤波器，滤波时间常数一般为10~20ms，对于一些高速输入端则采用数字滤波，其滤波时间常数可以用指令设定。隔离所有的输入/输出（以下均用简称I/O）接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离，减少故障和误动作。电源调整与保护对于微处理器所需的+5V电源，采用性能良好的开关电源，多级滤波和调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。元件筛选PLC所采用的元器件进行严格的老化和筛选。模块化结构PLC模块化结构有助于在故障情况下短时修复，一旦查出某一模块出现故障，就能迅速更换，使系统恢复正常工作。同时也有助于加快查找故障原因。自诊断功能软件定期地检查外界环境，一旦发现异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。信息保护和恢复当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息；一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的工作，所以PLC在检测到故障条件，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。一旦故障条件消失，就可以恢复正常，继续原来的工作，所以PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。双CPU冗余系统大型PLC还可以采用由双CPU构成的冗余系统或由三CPU构成的表决式系统，使可靠性更进一步提高。由于采取了上述一系列措施，PLC的MTBF时间已达几十万小时。丰富的I/O接口模块由于PLC是工业生产过程自动控制系统中的一个控制中枢，要实现对工业生产过程的自动控制，它还必须与各种工业现场的设备相连接，才能完成控制任务。因此，PLC除了具有计算机的基本部分外，还要有丰富的I/O接口模块。PLC针对不同的工业现场信号（如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、强电或弱电等），有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备（如按钮、行程开关、接近开关、光电开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等）直接连接。为了提高操作性能和直观性，它还有多种人一机对话的接口模块；为组成工业局部网络，它还有多种通信联网的接口模块等。编程简单PLC的梯形图编程语言类似于继电器控制线路的梯形图，它继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到工程技术人员的读图习惯，易于接受，因此受到普遍欢迎。在最初的梯形图编程语言中，主要有人们熟悉的常开触点和线圈、定时、计数等符号组成，对于使用者来说,不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员甚至技术工人理解和掌握。现在，PLC的功能大大增强，众多的功能指令也可以用梯形图语言来描述，也很容易使初用户接受。安装简单、维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，系统便可投入运行。PLC的各种模块上均设有运行和故障指示装置，便于用户了解PLC的运行情况和查找故障。为适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各部件都采用模块化设计，由机架或导轨及电缆将各模块连接起来。由于PLC采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。配套齐全、功能完善PLC发展到今天，已形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以适用于各种规模的工业控制场合。PLC除了逻辑功能外，现代PLC几乎都有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来，由于PLC智能化单元模块的大量涌现，使PLC的应用渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中，加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使PLC组成各种控制系统变得非常容易。体积小、重量轻、能耗低目前的超小型PLC，其底部尺寸小于lOOmmXIOOmm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于PLC体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。7•系统设计、调试周期短PLC用存储逻辑代替接线逻辑，与传统的继电器控制方式比，大大地减少了控制设备的外接线；PLC系统硬件设计任务仅仅是依据对象的要求配置适当的模块，使控制系统设计及建造周期大大缩短了。4.15.4、PLC的分类PLC的产品很多，型号规格也不统一，通常可以分以下三种情况分类：1、按PLC的结构形式不同可分为整体式和模块式。2、按PLC的I//O点数分类可分为大、中、小三个等级。3、按PLC的功能不同，有可分为高、中、低档三种。4.15.5、PLC系统的组成PLC是以CPU为核心的电子系统，实质上它是一种工业控制用的专用计算机。PLC系统的组成与微机系统基本相同，它是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。一般小型PLC的基本单元主要由CPU、存储器、输入输出模块、电源模块、I/O扩展接口、外设I/O接口以及编程器等部分组成PLC的软件系统也包括系统程序和用户程序。4.15.6、PLC的工作原理1、PLC的工作方式PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式。用户首先要根据某一具体的要求编制好程序，然后输入到PLC的用户程序存储器中。用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。PLC运行工作时。CPU对用户程序作周期循环扫描，在无跳转指令的情况下，CPU从第一条指令开始顺序逐条的执行用户程序，直到用户程序结束，然后有返回第一条指令，开始新的议一轮扫描。在每次扫描过程中，还有完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作。PLC就是这样周而复始的重复上述的扫描循环。2、PLC的工作过程PLC的工作过程可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。PLC的工作过程上按这样三个阶段周期性循环扫描的。3、PLC对输入/输出的外理原则根据上述PLC的工作过程的特点，可得出PLC对输入输出的外理规则：（1）输入映象寄存器的数据，取决于输入端子板上各输入点在上一个刷新期间的状态。（2）输出元件映象寄存器的内容由程序中输出指令的执行结果决定。（3）输出锁存器中的数据，由上一个工作周期输出刷新阶段的输出映象寄存器的数据确定。（4）输出端子板上各输出端的ON/OFF状态，由输出锁存器的内容来确定。（5）程序执行过程中所需输入、输出状态，由输出映象寄存器和输出映象寄存器读出。4.15.7、PLC程序的表达方式1、梯形图（LD）梯形图是使用得最多的PLC图形编程语言。梯形图由触点、线圈和应用指令等组成。触点代表逻辑输入条件，如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的输出标准位等2、语句表（IL）又叫指令表，类似于计算机汇编语言的形式。PLC的指令表是与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成的程序叫做指令表（Instuctionlist）程序。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。3、功能块图（FBD）用来表达一个顺序控制的过程这是一种位于其他编程语言之上的图形编程语言，用来绘制顺序控制程序。顺序功能有图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。顺序功能图用来描述开关量控制系统的功能，根据它可以很容易地画出顺序控制梯形图程序。4、结构文本（ST）4.15.8可编程控制器的选择1、可编程控制器的类型PLC分为整体式PLC和模块式PLC,OMRON的C20P、C40P、CMP1A、CMP2A,MITSUBISHI的F、F1、F2、FXO、FX1N、FX2N和A、Q系列，日本松下的FP,都属于整体式PLC。其结构示意图如下

第五章PLC控制系统软件设计5.4程序语句表主轴启停76ANIX777ANDM178ANIX5程序号程序79ANIX60LDX180OUTT31ORM181K302ANIX782OUTM53OUTM183LDIM34LDX284ORM45ORY185ANIX76ANIX186ANDM17ANDM187OUTY08ANIX0主轴箱水平移动9OUTT110K5012OUTY1程序号程序13ANIT188LDIX714ANIY389ANDM115OUTY290ANDX1316LDX291ANDX2417ORY192ANIY1318ANIX193OUTY1219ANDM194LDIX720ANIX095ANDM121ANDT196ANDX1322ANIY297ANDX2523OUTY398ANIY12摇臂升降99OUTY13主轴箱松开夹紧

100LDX7程序号程序101ANDM124LDX3102ANDX2025ORX22103ANDX526ANIX7104ANIX727ANDMl105OUTY628ANIX15106LDX729ANIM3107ANDM130OUTM2108ANDX2031LDX4109ANDX632ORX23110ANIM233ANIX7111ANIM334ANDM1112ANDT235ANIX10113ANIY636ANIM2114OUTY737OUTM3115LDX738LDM2116ANDM139ORM3117ANDX1740ANIX7118ANDX541ANDM1119ANIY1142OUTM4120OUTY1043OUTT2121LDX744K30122ANDM1程序号程序123ANDX1745ANIX11124ANDX646ANDM5125ANIY1047ANIY7126OUTY1148OUTY6127LDX749LDM2128ANDM150ORM3程序号程序51ANIX7129ANDX1652ANDM1130ANDX553ANDX11131ANIY7

54ANDM2132OUTY655ANIY5133LDX756OUTY4134ANDM157LDM2135ANDX1658ORM3136ANDX559ANIX7137ANIY1160ANDM1138OUTY1061ANDXll139LDX762ANDM3140ANDM163ANIY4141ANDX664OUTY5142ANIM265LDX12143ANIM366ORT2144ANDT267ANIX7145ANIY668ANDM1146OUTY769ANIM2147LDX770ANIM3148ANDM171ANIT2149ANDX1672ANIY6150ANDX673OUTY7151ANIY1074LDX12152OUTY1175ORT2END程序语句表设计好以后，绘制相应的梯形图及接线（见图纸）。第六章程序模拟运行调试系统程序调试主要就是对主轴电机起停、摇臂升降、主轴箱松开、夹紧、主轴箱水平移动等一系列动作要求能否实现的调试。1、主轴电机起停按下X1,按下X2,看Y2指示灯有无点亮，如果亮则说明主轴电动机开始起动；起动5秒后，观察Y3指示灯可否点亮，Y2可否熄灭，如果Y3指示灯亮且Y2指示灯熄灭，说明完成了星形向三角形转换的减压起动；同时要观察Y1可否常亮。如果Y1不亮，此证明电机控制系统无电，电机无法运行。在此程序中Y2，Y3构成互锁，使起相互独立工作。2、摇臂升（降）在M1正常运转的前提下，压下X3或将主轴箱外扳到1位置，M3电机无法实现正转，松开