摇臂钻床电气控制线路与PLC改造
摇臂钻床电气控制系统的PLC改造
摇臂钻床电气控制系统的ＰＬＣ改造设计班级：083311姓名：张谢杰学号：10号指导老师：李小龙一、试验目的：1、了解Z3040摇臂钻床的操作顺序，并作出功能图。
2、进一步熟悉西门子S7-200编程软件，学会使用S7-200编辑一个完整的控制系统。
3、熟悉并会接较复杂的PLC控制系统电路。
4、领悟电气控制电路PLC改造的要领。
二、预备知识：钻床是一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。
按用途和结构分类，钻床可以分为立式钻床、台式钻床、多孔钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等。
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。
摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。
主轴箱可在摇臂上移动，并随摇臂绕立柱回转的钻床。
摇臂还可沿立柱上下移动，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，主轴箱可在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。
此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。
此次试验就是要将滑座式Z3040摇臂钻床的控制系统改为PLC控制。
摇臂钻床加工时，主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。
钻削加工时，钻头一边进行旋转切削一边进行纵向进给，其运动形式为：（1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；（2）进给运动为主轴的纵向进给；（3）辅助运动有：摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。
Z3040摇臂钻床电气控制系统PLC改造
SIMATIC S7-200发挥统一而经济的解决方案。整个系统的系列特点
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（3）设计机床电气控制系统，分析电气控制电路工作过程。
（4）选择PLC型号，设计PLC控制系统输入输出接线图、梯形图。
（5）完成电气元件计算选择、列出元件清单。
（6）设计机床电气接线施工方案。
摘要
本论文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问题。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，本论文对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。本论文分析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改造Z3040摇臂钻床电气控制的设计方案，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梯形图程序的设计。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的性能的方法，给出了相应的控制原理图。
4）主轴箱和立柱的松开与夹紧控制 立柱与主轴箱的放松与夹紧均采用液压操纵，两者同时进行工作，工作时要求二位六通车电磁阀YV不通电。
精品Z3040型摇臂钻床电气线路的改造
:用于串联电路块的并联连接。
OLD（Or Load）
OLD指令的使用
LD I0.0 A M0.0 LD I0.1 AN M0.1 OLD LDN I0.2 AN M0.2 OLD = Q0.0
LPS、LRD和LPP指令应用
LD I0.0 LPS LD M0.0 O M0.1 ALD = Q0.0 LRD
LD M0.2 A M0.3 LDN M0.4 A M0.5 OLD ALD = Q0.1
1.3.2.2摇臂钻床电气控制电路
图3-1-3
主轴箱与立柱,外立柱与内立柱间的夹紧、松开（两者同时进行）： 松开：按下SB5→KM4线圈通电→液压泵电动机M3正转，电磁铁YA线圈不通电，泵入的压力油进入主轴箱和立柱液压缸右腔→主轴箱和立柱同时松开→ 直至位置开关SQ4复位→HL1作松开状态指示，此时松开按钮SB5，放松过程结束。 夹紧：按下SB6→KM5线圈通电→液压泵电动机M3反转、YA线圈不通电，泵入的压力油进入主轴箱和立柱液压缸左腔→主轴箱和立柱同时夹紧→ 直至压下位置开关SQ4→HL2作夹紧状态指示，此时，松开按钮SB6，夹紧过程结束。
OLD指令使用说明： ① 几个串联支路并联连接时，其支路的起点以LD、LDN开始，支路终点用OLD指令。 ② 如需将多个支路并联，从第二条支路开始，在每一支路后面加OLD指令。用这种方法编程，对并联支路的个数没有限制。 ③ OLD指令无操作数。
1.3.1.4 并联电路块的串联指令
ALD（And Load）
O、ON指令使用说明： ① O、ON指令可作为一个接点的并联连接指令，紧接在LD、LDN指令之后用，即对其前面LD、LDN指令所规定的触点再并联一个触点，可以连续使用。 ② 若要将两个以上触点的串联回路和其他回路并联时，须采用后面说明的OLD指令。 ③ O、ON的操作数：I，Q，M，SM，T，C，V和S。
毕业设计(论文)_PLC改造Z3040型摇臂钻床继电器控制电路
毕业设计（论文）_PLC改造Z3040型摇臂钻床继电器控制电路目录摘要 (1)第一章引言 (2)第二章摇臂钻床的电气控制要求2.1 主要结构及运动形式 ......................................... (3)2.2 电力拖动特点及控制要求 (3)2.3 摇臂钻床继电器原理 (4)2.4 摇臂钻床电气原理图 (5)第三章Z3040摇臂钻床控制系统存在问题和改造分析3.1 存在问题 (6)3.2改造方案分析 (6)第四章PLC程序设计4.1 PLC选型和分配I/O地址 (6)4.1.1 确定I/O点数 (6)4.1.2 选择PLC机型 (7)4.2 I/O地址分配及接线图 (7)4.2.1 I/O分配表 (7)4.2.2 I/O接线图 (8)4.3 梯形图设计 (9)第五章系统调试及性能分析5.1 控制系统的仿真调试 (11)5.2 控制系统的现场调试 (12)第六章改造中必须注意的几个问题 (13)第七章摇臂钻床电气线路的故障与维修 (13)结论 (15)致谢 (16)参考文献 (1)摘要介绍了用PLC改造Z3040型摇臂钻床继电器控制电路，详细阐述了改造设计过程，包括继电器控制电路分析，PLC机型选择，I/O地址分配及接线，PLC程序设计，以及改造中应注意的问题。
Z3040型钻床的传统的继电器—接触器控制系统过于复杂烦琐。
由于采用交流继电接触器控制方式，继电器，接触器控制线路部分故障率较高，这是造成经常待机维修的主要因素。
例如；若时间继电器KT线圈断线，或者其动合触点闭合时接触不良，则可导致摇臂松开的专用电路故障.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。
关键词；PLC；控制电路；摇臂钻床；继电器第一章引言PLC是从20世纪60年代末发展起来的一种新型的电气控制系统，将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体。
摇臂钻床电气控制系统改造
摇臂钻床电气控制系统改造一、前言摇臂钻床是一种常见的金属加工设备，其电气控制系统的稳定性和性能直接影响生产效率和加工质量。
为了提高摇臂钻床的操作便利性和自动化程度，本文将介绍摇臂钻床电气控制系统的改造方案。
二、改造目的针对现有摇臂钻床在操作和控制方面存在的不足，本次改造的主要目的包括：- 提高钻床的自动化程度，减少操作人员的劳动强度； - 改善钻床的控制精度，提升加工质量； - 增强钻床的安全性和稳定性。
三、改造方案1. 控制系统升级在改造过程中，将采用更先进的PLC（可编程逻辑控制器）来替代原有的控制系统，PLC具有逻辑控制、数据处理和灵活性强的特点，在钻床控制中有较为广泛的应用。
2. 控制界面优化通过在控制面板上增设人机界面（HMI），实现参数设置、监控及故障诊断等功能。
操作人员可通过触摸屏或控制按钮进行操作，提高操作的直观性和便捷性。
3. 传感器应用在改造中加入更多的传感器，如位置传感器、压力传感器等，实时监测工件状态和机床参数，保障钻床运行的精准性和安全性。
4. 自动化控制优化控制系统，实现钻孔深度自动控制、进给速度调节、自动换刀等功能，提高加工效率和一致性。
四、实施过程1. 系统设计在改造过程中，首先进行对现有系统的调研和分析，设计出更符合需求的新控制系统框架和功能模块。
2. 硬件替换根据设计方案，更换控制器、面板及传感器等硬件设备，并进行相关接线和调试工作。
3. 软件编程针对新的控制系统，编写PLC程序，配置控制面板的人机界面，确保系统功能正常。
4. 调试验收进行整机的调试，测试钻床的自动化控制功能和稳定性，保障改造后的钻床达到预期效果。
五、改造效果经过电气控制系统的改造，摇臂钻床的操作更加简便和智能化，加工效率得到显著提升，加工精度和稳定性也大幅改善。
操作人员不仅可以更快地完成加工任务，还可以更方便地监控和调节钻床的工作状态，提升了生产效率和质量。
六、结论通过本次电气控制系统改造，成功提升了摇臂钻床的自动化程度和加工性能，实现了更高效的生产制造。
Z3040摇臂钻床电气控制系统PLC改造
毕业设计摘要摘要Z3040型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，是机械加工车间常用的机床，在机械行业中得到了广泛应用。
但继电器—接触器控制方式电路接线复杂，触电多，成本很高，今后的逻辑修改和增加功能比较困难等诸多缺点。
PLC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，对工作环境要求低等一系列优点。
因此对Z3040摇臂钻床控制系统PLC改造是非常必要的。
本设计对Z3040摇臂钻床电气控制系统PLC的改造。
首先，从Z3040摇臂钻床的控制原理和PLC的特点分析入手；其次，根据控制系统的原理和PLC的特点完成了PLC机型的选择、I/O端口的分配和接线图绘制；PLC梯形图程序的设计、指令语句表编写和系统程序的仿真；最后根据控制要求，完成了摇臂钻床控制电路中主要电气元件的计算选择。
通过PLC改造摇臂钻床控制系统，克服了继电器—接触器许多缺点，大大提高摇臂钻床的工作能力和工作寿命，同时运用了系统仿真，能形象、直观的模拟出摇臂钻床运动情况。
关键词：可编程控制器，摇臂钻床，梯形图，电气控制系统I本科毕业设计AbstractAbstractZ3040 type radial drilling machine is mechanical processing workshop commonly used machine that is suitable for single piece or batch production with large parts of the porous hole processing. it is widely used in the machinery industry.but the relay contact device control circuit wiring way more complex electric shock, cost is high，The logic of revision and function increasing will very difficult in the future. The control system of PLC compared with the relay contactor electric control system.It have the excellent feature that is a simple structure, a convenient programming, a short commissioning period, a high reliability and an anti-interference ability, a low failure rate and a low advantages for work environment. So the Z3040 radial drilling machine control system modification is very necessary.This design that is Z3040 radial drilling machine of the electrical control system is reformed the PLC. First of all, analysis Z3040 radial drilling machine control principle and the characteristics of the PLC. Secondly, according to the principle of PLC control system and the characteristics of the type finish PLC choose the I/O port distribution and the wiring diagram PLC ladder diagram of drawing program design instructions written statement table and system of the simulation program. Finally, it completes radial drilling machine main electrical component selectionThrough the PLC control system transformation radial drilling machine that overcome relay contactor many faults. It Greatly improve the radial drilling machine work ability and service lifeand it using a system simulation, which can image the intuitive that radial drilling machine motion.Key words programmable controller, radial drilling machine, ladder diagram, electrical control system目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 .................................................................................................................. - 1 -1.1 本课题选题背景和意义............................................................................................. - 1 -1.2 本课题国内外研究现状、水平和发展趋势............................................................. - 1 -1.3 本课题的主要工作..................................................................................................... - 3 -2 Z3040摇臂钻床电气控制系统原理分析......................................................... - 4 -2.1 Z3040摇臂钻床简介................................................................................................. - 4 -2.2 Z3040摇臂钻床控制要求....................................................................................... - 5 -2.2 Z3040摇臂钻床主电路的分析................................................................................. - 7 -2.3 Z3040摇臂钻床控制电路的分析............................................................................. - 7 -2.3.1 主运动控制...................................................................................................... - 7 -2.3.2 摇臂上升或下降控制...................................................................................... - 7 -2.3.3 主轴箱和立柱的松开及夹紧控制.................................................................... - 8 -2.3.4 控制电路保护.................................................................................................... - 8 -2.4 Z3040摇臂钻床信号和照明电路的分析................................................................. - 9 -3 Z3040摇臂钻床控制系统PLC硬件设计................................................... - 10 -3.1 PLC的简介.............................................................................................................. - 10 -3.2 PLC的选型.............................................................................................................. - 11 -3.3 PLC输入与输出端口地址的分配.......................................................................... - 13 -3.4 PLC电气接线图设计.............................................................................................. - 13 -4 Z3040摇臂钻床控制系统PLC软件设计..................................................... - 15 -4.1 PLC软件设计方法的分类...................................................................................... - 15 -4.2 控制系统梯形图设计............................................................................................... - 16 -4.2.1 主轴电动机控制梯形图................................................................................ - 16 -4.2.2 摇臂升降控制梯形图.................................................................................... - 16 -4.2.3 主轴箱和立柱松开、夹紧梯形图................................................................ - 18 -4.2.4 信号指示梯形图............................................................................................ - 19 -4.2.5 摇臂钻床控制系统梯形图............................................................................ - 19 -4.3 控制系统语句表....................................................................................................... - 21 -4.4 控制系统仿真........................................................................................................... - 22 -4.4.1 主电动机的仿真............................................................................................ - 22 -4.4.2 摇臂上升和下降的仿真................................................................................ - 22 -4.4.3 主轴和立柱夹紧与放松仿真........................................................................ - 24 -5 主要电气元件及选择 ........................................................................................ - 26 -5.1 低压断路器............................................................................................................... - 26 -5.1.1 低压断路器的选择原则................................................................................ - 26 -5.1.2 低压断路器的选择........................................................................................ - 26 -5.2 接触器....................................................................................................................... - 27 -5.2.2 接触器的选择原则........................................................................................ - 27 -5.2.2 接触器的选择................................................................................................ - 27 -5.3 热继电器................................................................................................................... - 28 -5.3.1 热继电器选用原则........................................................................................ - 28 -5.3.2 热继电器的选择............................................................................................ - 28 -5.4 时间继电器............................................................................................................... - 29 -5.4.1 时间继电器的选择原则................................................................................ - 29 -5.4.2 时间继电器的选择........................................................................................ - 29 -5.5 熔断器....................................................................................................................... - 29 -5.5.1 熔断器的选择原则........................................................................................ - 29 -5.5.2 熔断器的选择................................................................................................ - 30 -5.6 主令电器................................................................................................................... - 30 -5.6.1 按钮开关的选择............................................................................................ - 30 -5.6.2 行程开关的选择............................................................................................ - 31 -6 总结 .................................................................................................................. - 33 -参考文献 .......................................................................................................... - 34 -致谢 ........................................................................................................................ - 35 -1 绪论1.1 本课题选题背景和意义钻床作为一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等多种形式的加工。
基于PLC的摇臂钻床电气控制系统改进
基于PLC的摇臂钻床电气控制系统改进摘要摇臂钻床在机械加工领域中扮演着重要角色，主要用于生产加工如钻孔、扩孔等。
这种早期的设备已运行二十多年，它主要依赖于传统的继电器和接触器进行逻辑控制。
这样的电路结构不仅复杂，触点众多，而且由于老化，它的故障率很高，难以维修，甚至有的零件因为原厂已停产而难以更换，这大大影响了公司的正常生产流程。
为此，我们决定对ZH3140摇臂钻床的控制系统进行升级和改造。
在本论文中，我们将探讨这台早期摇臂钻床从采用继电器和接触器控制到更新为PLC程序控制的转变过程。
我们会详细论述PLC控制系统的硬件组成和软件设计方案，包括PLC的选型、I/O点地址分配、外部硬件图以及PLC软件梯形图等。
改造后，这台设备不仅保留了原有的功能，还简化了控制电路，使其运行更加稳定，故障率大大降低，同时加工精度提升，能效也得到了明显的提升。
关键词：控制系统升级 PLC可编程控制器专业知识与实践应用第1章绪论1.1课题选题背景与意义设备孔加工钻床，加工钻孔件、扩孔件、铰孔件等等，在机械加工行业有着举足轻重的地位。
对早期生产，钻床设备电气控制系统都采用传统继电器和交流接触器，现状电气器件严重老化，电气元件早期产品已淘汰或停产；影响企业正常生产，迫于生产企业需要ZH3140摇臂钻床控制改造PLC控制方式。
改造的PLC控制采用无触点软件程序方式对比早期30年兴起继电器、接触器触点逻辑控制方式，对PCL而言接线简化简单，灵活编程、快速调试，适用满足生产设备现场需要进行修改变化、设备运行稳定性好、安装环境要求不高，被日益需求改造的机械加工设备的电气控制系统亲睐。
肯定了在工业上有广泛的应用前景。
本篇课题例举： XXXX公司于XXXX年购买上海XXXX机械厂一台型号：ZH3140摇臂钻床设备。
该设备已使用二十多年了，机器控制电气系统大多采用继电器和接触器控制方式，电路特点接线复杂、触点、噪声大、维修量大等等缺点。
设备老旧长期使用、故障率高无法彻底排除，影响到企业的正常生产。
PLC改造Z3040摇臂钻床的设计
PLC改造Z3040摇臂钻床的设计传统机床控制系统基本上采用继电—接触器电气控制方式。
由于这种控制线路触点多、线路复杂,使用多年后,常会因为故障多、维修量大、维护不便及可靠性差而影响正常生产。
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,对这些机床进行改造势在必行。
下面,笔者以三菱公司的fx2n-32mr型plc为例,对z3040型摇臂钻床的电气控制线路进行改造,探讨传统机床电气控制线路改造的设计方法。
一、z3040摇臂钻床的电气控制线路及控制原理图1为z3040摇臂钻床的电气控制线路图,其控制过程简述如下:1.主电路分析控制的电动机共有四台。
z3040摇臂钻床主运动和进给运动共用一台主电动机m1。
加工螺纹时要求主轴能正反向旋转,主轴正反转是采用机械方法来实现的,所以m1只需单向旋转,主电动机功率为3kw,用sbl、sb2实现启动和停止控制,用热继电器frl作过载保护。
摇臂的升降由升降电动机m2拖动,要求电动机能正反向旋转,m2功率为1.1kw。
sb3、sb4分别为摇臂上升和下降按钮,由km2、km3控制电动机m2正反转以实现摇臂的升降移动。
立柱、主轴箱与摇臂的夹紧与松开是采用电动机m3带动液压泵,通过夹紧机构实现的。
其夹紧与松开是通过控制电动机的正反转送出不同流向的压力油推动活塞带动菱形块动作来实现的。
所以,液压泵电动机m3要求能正反向旋转,由km4、km5实现正反转控制,m3功率为0.6kw,用热继电器fr2作过载保护。
冷却泵电动机m4只需单向旋转,其功率为0.125kw,由旋转开关sa1直接控制单向旋转。
2.控制电路分析(1)主轴电动机m1的控制。
按启动按钮sb2→接触器km1吸合并自锁→主轴电动机m1启动运行,同时指示灯hl3显亮。
按停止按钮sb1→km1释放→m1停止,同时指示灯hl3熄灭。
(2)摇臂升降控制。
按下上升点动按钮sb3→时间继电器kt线圈得电→km4、yv同时线圈得电,液压泵电动机m3启动,摇臂松开→sq2动作,km2得电、km4断电→摇臂上升→摇臂上升到位后,松开按钮sb3→km2和kt同时断电释放→m2停止,摇臂停止上升→由于kt线圈失电,经1~3秒延时,其延时闭合的常闭触点复位→km5吸合→液压泵电动机反转→压力油经分配阀体进入摇臂的“夹紧油腔”摇臂夹紧。
毕业设计(论文)-Z3040摇臂钻床电气系统的PLC改造设计
目录目录 (1)前言 (2)第1章 Z3040 摇臂钻床传统电气控制系统的原理 (4)1.1 主电路 (4)1.2 控制电路、信号及照明电路 (5)1.3 电路分解 (6)1.3.1 行程开关SQ1-SQ3的作用 (6)1.3.2 时间继电器KT的作用 (7)1.4 电路工作过程 (7)1.4.1 主电路原理 (7)1.4.2 摇臂升降的控制 (8)1.4.3 以摇臂上升为例分析摇臂升降的控制 (8)1.4.4 主轴箱、立柱松开与夹紧的控制 (9)第2章基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的改造 (11)2.1 PLC基础理论 (11)2.1.1 PLC的定义 (11)2.1.2 PLC的特点 (11)2.1.3 PLC的组成 (13)2.1.4 PLC工作原理 (14)2.2 PLC 型号的选择 (15)2.3 PLC 的I/O 端口分配表 (15)2.4 PLC 的I/O 电气接线图的设计 (17)第3章摇臂钻床电气控制系统软件部分的改造 (19)3.1 PLC梯形图程序的优化设计及程序调试 (19)3.2 PLC程序设计 (19)3.2.1 PLC梯形图 (19)3.2.2 PLC 顺序功能图 (22)结论 (23)参考文献 (24)前言Z3040摇臂钻床是机械加工中常用的金属切削机床，由于传统继电器—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，我们研究了机械加工中常用的Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题。
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，从而得到了广泛的应用。
本文对Z3040摇臂钻床电气控制系统进行了改造，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。
分析了摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改造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梯形图程序的设计。
PLC改造Z3040摇臂钻床电气控制系统
李 刚
摘 要 ：本 文 简述 用Ｐ Ｌ ｃ改造 ｚ ３ ０ ４ Ｏ 摇臂 钻床 的原 理 、控 制要 求及 系统改 造过程 。
电 气控 制 系统
关键 词 ：Ｐ Ｌ Ｃ Ｚ３ ０ ４ ０ 摇臂 钻 床
一
２ 电气 系 统 分析 （ １ ）主 电路 分析 。
、
Ｚ ３ ０ ４ ０ 型 摇 臂 钻 床 结 构 图 及 电气 原 理 图
Ｍ ｌ ： 主轴 电动 机 ， 由交 流 接触 器 Ｋ Ｍ １ 控 制 ， 只要 求 单 方 向 旋 转 。Ｍ１ 装 在 主 轴 箱 顶 部 ， 带 动 主轴 及进 给 传 动 系统 ， 热 继 电器 Ｆ Ｒ 是 过 载 保 护 元 件 主 轴 的 正 反 转 由机 械 系统 实
笔者 所 在 学 院现 有 Ｚ ３ ０ ４ ０ 摇 臂钻 床 电气控 制 系 统 采用 的 能 实 现 正 反 转 。
是 传 统 的继 电器 一接 触 器 控 制 方 式 。 因其 所 要 控 制 的 电动 机 较 多 ， 电路 较 复 杂 ，在 日常 的实 习 、生 产 作 业 中 ，经 常 发 生 电气 故障 ，从 而影 响正 常 的 教 学活 动 和 实 习生 产 。Ｐ Ｌ Ｃ 有 可 靠 性 高 、抗 干 扰 能 力 强 、编 程 方 便 、价 格 低 、寿 命 长 等 优 点 ， 用Ｐ Ｌ Ｃ 改造 Ｚ ３ ０ ４ ０ 摇 臂钻 床 的 电气 控 制 系 统 ，可 以 （ ５ ） 摇 臂 的夹 紧 与放 松 以及 立 柱 的夹 紧 与 放 松 由一 台 异 步 电动 机 配 合 液 压 装 置 来 完 成 ，要 求 这 台 电动 机 能 正 反
止。
（ ２ ）控 制 电 路分 析 。 ① 主 轴 电动 机 Ｍ ｌ 的控 制 。 按 下 Ｓ Ｂ ２ Ｋ Ｍ１ 线 圈得 电并 自
毕业设计 z3050摇臂钻床的PLC改造 PLC
目录目录 (1)前言 (4)第一章Z3050摇臂钻床简介 (7)1.1Z3050摇臂钻床的控制原理图 (2)1.2Z3050摇臂钻床的结构及运动形式 (3)1.3Z3050摇臂钻床的电气控制系统分析........................ 错误!未定义书签。
1.4Z3050摇臂钻床电气控制特点与故障分析.................... 错误!未定义书签。
第二章 PLC介绍. (9)2.1PLC定义.................................................................2.2PLC的特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2.3PLC的分类及工作原理2.4PLC的发展 (9)第三章硬件设计 (10)3.1PLC的物理结构 (10)3.2PLC型号的选择 (10)3.4PLC的外部接线图 (12)第四章软件设计 (13)4.1功能介绍................................................ 错误!未定义书签。
4.2功能表图 (14)4.3程序梯形图 (15)总结 (39)参考文献....................................... 错误!未定义书签。
前言本次设计的内容主要是利用PLC（Programmable Logic Controller）对z3050摇臂钻床的控制部分进行改造。
我先对本次的设计进行了总体的思考和分析，使自己对z3050摇臂钻床的基本结构、运动情况、加工工艺要求等有一定的了解。
Z3050摇臂钻床主要有底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等组成。
对z3050摇臂钻床电气控制部分进行分析得出它需要完成开门断电功能、主轴电动机的正反转控制功能、刀架的快速移动功能、冷却泵电动机的控制。
任务书Z3050摇臂钻床电气控制系统的PLC改造设计
一、主要内容
在了解摇臂钻床工作原理和电气系统控制要求的基础上，分析其工作原理和控制系统,利用PLC对摇臂钻床进行改造设计，完成进行主电路设计，PLC控制电路设计及程序设计和调试。
二、具体要求
1、了解传统接触器、继电器、主令电器和熔断器等的工作原理和作用；
2、了解Z3050摇臂钻床的结构组成和工作原理；
3、第8周~第10周：完成外部接线图的绘制和PLC控制电路的设计，完成和上交中期检查所需的材料。
4、第11周~第14周：毕业论文的定稿、编写、检测和修改。
5、第15周~第16周：总结和答辩阶段，完成相应的总结，做好答辩的准备工作
应 遵 守 的 法 纪 法 规
1、遵守学校及实习单位的有关规定；
2、遵守学校本科毕业设计指导书等规范要求；
3、遵守有关知识版权的法律；
4、在外实习的要求在5月6日之前必须返校。
毕业设计(论文)完成日期： 20年5月20日
指导教师：(签字)
教研室主任：(签字)
桂林理工大学
本科学生毕业设计（论文）
任 务 书
学 院：机械与控制工程学院
课题名称：Z3050摇臂钻床电气控制系统
的PLC改造设计
专业(方向)：机械设计制造及其自动化
(机械装备)
班 级：机械11-2班
学生姓名：学号：
指导教师：
下发日期：20年1月10日
课题名称
Z30பைடு நூலகம்0摇臂钻床控制系统的PLC改造设计
6、最后对程序进行调试。
工 作 进 程 及 需 完 成 工 作 量
毕业实习（设计）总时间为16周，自2015年2月24日开始，6月14日结束
1、第1周~第3周：根据所学的知识，了解分析所毕业设计论文的题目，并初步查阅相关资料，完成开题报告的编写。
关于摇臂钻床电气控制系统的PLC改造
关于摇臂钻床电⽓控制系统的PLC改造2019-07-29摘要：采⽤可编程序控制器（下⽂简称PLC）对摇臂钻床传统的继电器―接触器电⽓控制系统进⾏技术改造。
通过实践证明，采⽤先进的PLC提⾼了摇臂钻床的电⽓安全性及⼯作可靠性，使⽤效果良好。
关键词：PLC摇臂钻床控制改造效益1 Z3040摇臂钻床对电⽓控制系统的要求Z3040摇臂钻床的主电路如图1所⽰，它采⽤4台三相⿏笼型异步电动机拖动，即主轴电动机M1，摇臂升降电动机M2，液压泵电动机M3和冷却泵电动机M4。
有5个接触器：KM1控制主轴电动机M1，KM2、KM3控制摇臂上升与下降，KM4、KM5控制液压泵进出油。
从钻削加⼯⼯艺出发，对各台电动机的控制要求如下：（1）主轴电动机M1拖动主轴的旋转主运动和主轴的进给运动，主轴旋转与进给要求有较⼤的调速范围，钻削加⼯要求主轴能实现正、反转，这些都由液压和机械系统完成，主轴电动机M1为单向固定的转速旋转。
（2）摇臂升降由升降电动机M2拖动，故升降电动机M2要求正、反转。
（3）液压泵电动机M3⽤来拖动液压泵送出不同流向的压⼒油，推动活塞，带动菱形块动作，实现主轴箱、内外⽴柱和摇臂的夹紧与松开，故液压泵电动机M3要求有正、反转。
（4）钻削加⼯时由冷却泵电动机M4拖动冷却泵，由冷却液对钻头进⾏冷却，冷却泵电动机为单向旋转。
（5）4台电动机容量较⼩，全部采⽤全压直接起动。
要求有必要的联锁和保护环节。
图1 Z3040摇臂钻床主电路图2 PLC型号的选择可编程逻辑控制器（ProgrammingLogicController，PLC）是⼀种以CPU为核⼼的⼯业控制专⽤计算机，PLC系统的组成与微机系统基本相同，都是由硬件系统和软件系统两⼤部分组成。
根据Z3040摇臂钻床的控制要求，该钻床的输⼊信号11个点，输出信号9个点，因此，选⽤I／O点数为40点的FX2N-4OMR型PLC[3]。
3 PLC程序设计3.1信号地址分配根据Z3040摇臂钻床的控制要求，该机床有11个输⼊信号和9个输出信号。
利用PLC对摇臂钻床控制系统进行改造
利用PLC对摇臂钻床控制系统进行改造摇臂砖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。
由于其原有控制系统采用继电器——接触器控制方式，电路接线复杂，触点多。
经过长期使用后，各个地方的接线老化，造成故障率高，故障排查困难，常常影响企业的正常生产。
由于PLC具有可靠性高，环境适应性强，使用方便，维护简单等优点。
因此，利用PLC对摇臂钻床的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。
1 Z3040X16型摇臂钻床的电气控制（1）采用3台电机进行拖动，主电机M1（4.0kW），摇臂松夹电机（2.2 kW），摇臂上下电机（2.2 kW），3台电机均是小功率电机，均采用直接启动控制。
（2）控制电路中设有主电机启动/停止，此控制未进入PLC，直接采用的启动和停止按钮进行控制的，由于此电路中未有任何连锁控制，无需进入PLC中进行控制，既节约了I/O点，又减少了故障排查点。
（3）摇臂升/降动作按照“摇臂松开—升/降—摇臂夹紧”顺序进行，由摇臂松开行程开关SQ2与夹紧行程开关SQ3来控制。
在摇臂夹紧前，由时间继电器KT1延时1～3s后再夹紧。
（4）立柱和主轴箱的放松、夹紧可以单独操作，也可以同时进行，由转换开关SA、松开按钮SB5和夹紧按钮SB6来控制。
利用时间继电器KT2的断电延时断开触点、KT3的通电延时闭合触点，实现电磁铁YA1、YA2相对于液压泵电机接触器提前吸合、延时断开的控制。
（5）主电机M1和液压泵电机M3分别设有热继电器FR1、FR2作长期过载保护。
2 PLC选择2.1 确定I/O点数在改造中尽可能保留系统原有的控制功能，以便能达到摇臂钻最好的工作效果，发挥其最大的工作效率，根据原有的控制电路来计算I/O点数。
其中：按钮6个（考虑节约点数，有两个未进入PLC），行程开关4个，即实际输入点数为8个；接触器5个（考虑节约点数，有一个未进入PLC），中间继电器1个，即实际输出点数为5个。
摇臂钻床控制系统的PLC改造
目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)绪论 (2)1 材料与方法 (3)1.1 本课题的选题背景和意义 (3)1.2 国内外研究现状和发展动态 (4)1.3 钻床简介 (4)1.3.1 主要结构 (4)1.3.2 运动形式 (5)1.3.3 摇臂钻床特点 (5)1.3.4 液压系统的主要特点 (5)2 继电器—接触器控制原理 (5)2.1 控制线路特点 (5)2.2 电气控制原理图 (6)2.3 主电路分析 (6)2.4 控制电路分析 (7)2.4.1 主电动机的旋转控制 (7)2.4.2 摇臂的升降控制 (7)2.4.3 立柱和主轴箱的松开及夹紧控制 (7)2.4.4 冷却泵控制 (8)2.4.5 照明、信号电路 (8)3 基于PLC控制系统的硬件设计 (8)3.1 PLC的型号选择 (8)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 (10)4 基于PLC系统的软件设计 (11)4.2 主电动机的起动控制程序 (11)4.3 摇臂升降控制程序 (12)4.4 主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序 (12)4.5 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序 (13)4.6 信号显示程序 (13)4.7 电源工作状态指示信号程序 (13)5 故障分析 (13)6 主要电气元件及选择 (14)6.1 接触器 (14)6.1.1 接触器结构、原理 (14)6.2 继电器 (15)6.2.1 继电器结构、原理 (15)6.2.2 热继电器的选择 (15)总结 (16)参考文献 (17)附录A 钻床电气控制系统梯形图 (18)附录B 梯形图转换成指令表 (19)致谢 (20)摇臂钻床控制系统的PLC改造摇臂钻床控制系统的PLC改造机械电子工程专业学生韦忠爽指导教师杨桂林摘要：本设计研究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线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除费时费力等难题。
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设计题目二摇臂钻床地电气控制线路与PLC改造
一、控制要求
1. Z3040摇臂钻床地主要结构与运动形式
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,在具有工艺装备地条件下还可以进行镗孔.
Z3040摇臂钻床由底座、外立柱、内立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成,主要结构见附件1.
内立柱固定在底座地一端,外立柱套在内立柱上,工作时用液压夹紧机构与内立柱夹紧,松开后,可绕内立柱回转360°.
摇臂地一端为套筒,它套在外立柱上,经液压夹紧机构可与外立柱夹紧.夹紧机构松开后,借助升降丝杠地正、反向旋转可沿外立柱作上下移动.因为升降丝杠与外立柱构成一体,而升降螺母则固定在摇臂上,所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转.
主轴箱是一个复合部件,它由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构以及机床地操作机构等部分组成.主轴箱安装于摇臂地水平导轨上,可以通过手轮操作使主轴箱沿摇臂水平导轨移动,通过液压夹紧机构紧固在摇臂上.
钻削加工时,主轴旋转为主运动,而主轴地直线移动为进给运动.即钻孔时钻头一面作旋转运动,同时作纵向进给运动.主轴变速和进给变速地机构都在主轴箱内,用变速机构分别调节主轴转速和上、下进给量.摇臂钻床地主轴旋转运动和进给运动由一台交流异步电动机M1拖动.
摇臂钻床地辅助运动有：摇臂沿外立柱地上升、下降,立柱地夹紧和松开以及摇臂与外立柱一起绕内立柱地回转运动.摇臂地上升、下降由一台交流异步电动机M2拖动,立柱地夹紧和松开、摇臂地夹紧与松开以及主轴箱地夹紧与松开由另一台交流电动机M3拖动一台齿轮泵,供给夹紧装置所需要地压力油推动夹紧机构液压系统实现地.而摇臂地回转和主轴箱沿摇臂水平导轨方向地左右移动通常采用手动.此外还有一台冷却泵电动机M4对加工地刀具进行冷却.
2. Z3040摇臂钻床地电力拖动地要求与控制特点
(1> 为简化机床传动装置地结构采用多台电动机拖动.
(2> 主轴地旋转运动、纵向进给运动及其变速机构均在主轴箱内,由一台主电动机拖动.
(3> 为了适应多种加工方式地要求,主轴地旋转与进给运动均有较大地调速范围,由机械变速机构实现.
(4> 加工螺纹时,要求主轴能正、反向旋转,采用机械方法来实现.因此,主电动机只需单向旋转,可直接起动,不需要制动.
(5> 摇臂地升降由升降电动机拖动,要求电动机能正、反向旋转,采用笼型异步电动机.可直接起动,不需要调速和制动.
(6> 内外立柱、主轴箱与摇臂地夹紧与松开,是通过控制电动机地正、反转,带动液压泵送出不同流向地压力油,推动活塞、带动菱形块动作来实现.因此拖动液压泵地电动机要求正、反向旋转,采用点动控制.
(7> 摇臂钻床主轴箱、立柱地夹紧与松开由一条油路控制,且同时动作.而摇臂地夹紧、松开是与摇臂升降工作连成一体,由另一条油路控制.两条油路哪一条处于工作状态,是根据工作要求通过控制电磁阀操纵.夹紧机构液压系统原理图见附件1.因为主轴箱和立柱地夹紧、松开动作是点动操作地,因此液压泵电动机采用点动控制.
(8> 根据加工需要,操作者可以手控操作冷却泵电动机单向旋转.
(9> 必要地联锁和保护环节.
(10> 机床安全照明及信号指示电路.
二、要求完成地任务
1、设计说明书
2、元件明细
3、电气控制原理图
4、元件布置图
5、安装接线图
6、机床结构图
7、PLC硬件接线图
8、梯形图
9、结束语
三、设计地时间
一周
附件1
图1 Z3040摇臂钻床地主要结构
1—底座 2—内立柱 3—外立柱 4—摇臂升降丝杠 5—摇臂 6—主轴箱 7—主轴 8—工作台
图2 Z3040夹紧机构液压系统工作简图
附件2
图3 Z3040摇臂钻床地电气控制线路原理图。