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最新摇臂钻床PLC电气控制系统设计.doc
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2021-10-02
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PLC技术
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摘 要
本设计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,本设计对 Z3040 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,制定了可编程序控制器改造 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 的 SFC 图和
梯形图程序的设计,由于没有实物,还进行了仿真电路设计。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;电气控制系统;梯形图
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Abstract
This design is to studies the machine process in common use Z3040 in inside radial
drilling machine electric control system improves problem. The aim is solving device
complexity, inferior reliability and stability, malfunction analysis and trouble obviation of
the traditional relay electric control system. Because of electric control system PLC there are
lots of advantages which include design, install, connect the line and adjust to try workload
small, the period of research and manufacture is short, reliability is high, the ability of Anti-
interference is very strong, the rate of break down is low, the demand of work environment
is low, maintenance convenience a series of advantage etc. Therefore, a work for to the
Z3040 radial drilling machine electric control system reforming, will reforming PLC control
technique application in the project, then increasing radial drilling machine’s work function.
The paper introduces to the control principle of the radial drilling machine. Established the
programmable controller improve the design project of electric control system of Z3040
radial drilling machine. Completed the design of the software and hardware of the electric
control system, Among them include the model of PLC choice 、the I/O allotment of the
address 、 the I/O hardware connects the line diagram 、 PLC's SFC diagram trapezium
diagram’s design, lack of physical, but also simulated circuit design.. It explains that PLC
control the work process of radial drilling machine. Discussing the adoption PLC replaces
the traditional electric control system’s method and increases the work function of radial
drilling machine, give a homologous control principle diagram.
Key words: PLC;Radial drilling machine ;Electric Control System;Trapezium
diagram
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目 录
1 绪论...........................................................................................................................................................0
1.1 本设计的选题背景和意义............................................................................................................0
1.2 国内外关于本课题的技术研究现状和发展状态........................................................................1
2 Z3040 摇臂钻床及传统电气控制原理分析............................................................................................2
2.1 Z3040 摇臂钻床简介.....................................................................................................................2
2.2 Z3040 摇臂钻床的结构及运动形式.............................................................................................2
2.2.1 Z3040 摇臂钻床的结构 2
2.2.2 摇臂钻床的运动形式 3
2.3 Z3040 传统控制线路原理分析.....................................................................................................4
2.3.1 主电路分析 5
2.3.2 信号及照明电路分析 6
2.3.3 控制电路分析 7
2.4 联锁和保护环节..........................................................................................................................12
2.4.1 联锁环节 12
2.4.2 保护环节 12
2.5 液压系统......................................................................................................................................13
2.5.1 操纵机构液压系统 13
2.5.2 夹紧机构液压系统 14
3 系统总体方案设计.................................................................................................................................15
4 基于 PLC 的 Z3040 电气控制系统硬件设计........................................................................................16
4.1 PLC 控制系统设计的基本原则..................................................................................................16
4.2 电气控制部分..............................................................................................................................17
4.2.1 电气控制主电路 17
4.2.2 电机控制 17
4.3 PLC 的 I/O 端口分配表...............................................................................................................18
4.4 基于 PLC 的 Z3040 摇臂钻床电气控制原理图设计.................................................................19
4.5 主要电气元件选型......................................................................................................................21
4.5.1 PLC 的型号选择 21
4.5.2 电动机选型 23
4.5.3 主令电器选型 23
4.5.4 继电器选型 26
4.5.5 熔断器选择 28
4.5.6 其他电器元件及选择 30
5 元器件明细表.........................................................................................................................................31
6 基于 PLC 的 Z3040 电气控制系统软件设计........................................................................................31
6.1 程序 SFC 图.................................................................................................................................31
6.2 梯形图..........................................................................................................................................32
6.3 指令表..........................................................................................................................................32
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/27201889/bg4.jpg)
7 系统调试.................................................................................................................................................32
7.1 仿真电路设计..............................................................................................................................32
7.2 仿真调试......................................................................................................................................33
8 结论.........................................................................................................................................................37
致谢............................................................................................................................................................38
参考文献....................................................................................................................................................39
附录 1 控制系统梯形图............................................................................................................................40
附录 2 控制系统指令表............................................................................................................................42
附录 3 摇臂钻床元器件明细表................................................................................................................44
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/27201889/bg5.jpg)
1 绪论
1.1 本设计的选题背景和意义
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
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