Z3040摇臂钻床电气控制系统PLC改造
(完整word版)PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统改造
张家界航空工业职业技术学院电气工程系毕业论文课题名称：Z3040摇臂钻床电气控制系统的PLC改造学生姓名周宇翔学号 8班级 103352专业机电一体化指导教师李小龙2013年6月摘要传统继电器—接触器电气控制系统的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难。
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，对工作环境低等一系列优点。
因此，本文对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。
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梯形图设计程序。
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。
关键词PLC 摇臂钻床梯形图电气控制系统目录1 引言 02 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理 (1)2.1 主电器 (1)2.2 控制电路、信号及照明电路 (3)2.2.1 主电动机的旋转控制 (3)2.2.2 摇臂的升降控制 (3)2.2.3 立柱和主轴箱的松开及夹紧控制 (4)3 基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计 (5)3.1 PLC的基础理论 (5)3.2 PLC工作原理 (6)3.3 PLC 型号的选择 (7)3.4 PLC 的I/O 端口分配表 (7)3.5 PLC 的I/O 电气接线图的设计 (9)4 Z3040 摇臂钻床电气控制系统的设计改造 (10)4.1 PLC 梯形图程序的优化设计 (10)4.2 PLC程序设计梯形图 (11)结论 (13)致谢 (15)参考文献 (16)1 引言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，比如：钻孔、镗孔、铰孔及螺纹等。
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
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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。
Z3040摇臂钻床电气控制系统的改造
前言1.1 随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，特别是进入80年代以来，PLC已广泛地使用16位甚至32位微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。
这时的PLC已不仅仅是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能，称之为可编程序控制器（Programmable Controller）更为合适，简称为PC，但为了与个人计算机（Persona1 Computer）的简称PC相区别，一般仍将它简称为PLC（Programmable Logic Controller）。
PLC是微机技术与传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物，其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。
根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。
继电器控制系统已有上百年历史，它是用弱电信号控制强电系统的控制方法，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除困难，花费时间长，严重地影响工业生产。
在工艺要求发生变化的情况下，控制柜内的元件和接线需要作相应的变动，改造工期长、费用高，以至于用户宁愿另外制作一台新的控制柜。
而PLC克服了继电器-接触器控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点，并将控制器和被控对象方便的连接起来。
由于PLC是由微处理器、存储器和外围器件组成，所以应属于工业控制计算机中的一类。
对用户来说，可编程控制器是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此如果在初步设计阶段就选用可编程控制器，可以使得设计和调试变得简单容易。
从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。
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。
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改造谢斌华广东中烟有限责任公司梅州卷烟厂摘要：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。
其编程简单、可靠性高、通用性好及控制功能强，主要是用于完成较复杂的继电器接触器控制系统的功能。
在实际应用中，应根据设计要求、输入输出点数以及所需继电器数目来选择型号。
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。
z3040型摇臂钻床的plc控制系统设计
1绪论1.1选题背景和意义近年来，随着自动化技术的不断发展，PLC逐渐代替复杂的电器及接线而成为控制设备的核心。
为此削弱电气控制中复杂的电路分析，加强PLC程序设计来实现控制的地位日益体现。
改造后的Z3040型摇臂钻床简化了控制线路，使机床功能完善，使用方便，维护简单，降低了设备运行的故障率，提高了设备运行的使用率，可实现生产过程的高效、节能和低成本。
在工业上有广泛的应用前景。
1.2 现状及存在的问题金属切削机床是用刀具或磨具对金属工件进行切削加工的机器，在制造业中，尤其是机械行业，机床有着非常广泛的应用。
然而钻削加工仍然在零件加工中占有相当的比例，据统计在零件加工中钻孔加工占25%以上。
摇臂钻床仍然是钻削加工的主要设备之一。
作为传统的老产品摇臂钻床，有数百年的发展历史，其产品都在不断地更新，功能也越来越齐全、性能也不断地完善。
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。
由于传统继电器－接触器控制的摇臂钻床存在电路接线复杂，触点多、噪音大、可靠性差、故障诊断与排除困难等缺点，因此对Z3040摇臂钻床控制系统的技术改造是非常必要的。
1.3 本文的主要任务本文在分析Z3040型摇臂钻床继电接触控制系统工作原理的基础上，提出了用可编程控制器（PLC）对摇臂钻床控制系统进行改造设计。
文中介绍了PLC 的原理和特点；给出了摇臂钻床PLC控制系统的硬件组成和软件设计；其中包括PLC的选型、输入/输出（I/O）地址分配、PLC外部接线图、PLC梯形图程序设计；分析了用PLC控制摇臂钻床的工作过程。
2 Z3040型摇臂钻床电气控制电路分析2.1 摇臂钻床的主要结构图2-1摇臂钻床结构及运动情况示意图1-底座 2-工作台 3-主轴纵向进给 4-主轴旋转主运动 5-主轴 6-摇臂7-主轴箱沿摇臂径向运动 8-主轴箱 9-内外立轴 10-摇臂回转运动11-摇臂上下垂直运动2.2 摇臂钻床的运动形式及特点（1）机床的运动形式摇臂钻床一般由底座、内外立柱、摇臂、主轴箱和工作台等部件组成，如图所示。
用PLC技术改造Z3040型摇臂钻床
用Ｐ Ｌ Ｃ技术 改造 Ｚ ３ ０ ４ ０型摇臂钻 床
石 玉 明 ，凌 忠 良
（ 湖 南信 息 职 业 技 术 学 院 ， 湖 南 长沙 ４ １ ０ ２ ０ ０ ）
摘 要 ：介 绍 可 编 程控 制器 Ｐ Ｌ Ｃ在 Ｚ ３ ０ ４ ０型 摇 臂 钻 床 技 术 改造 中的应 用 。 简要 分 析 了用 Ｐ Ｌ Ｃ控制 Ｚ ３ ０ ４ ０型 摇
０ 引言
机 械 手 柄操 作 转 换 开关 ＱＳ １控 制 。 主轴 电 动 机 Ｍ１
目前 ， 部分 中小型 企业 仍 广泛 使 用传 统 的继 电器 控 制机床 ， 虽然这些 机 床能 在 一定 范 围 内满 足单 机 和 自动生 产线 的需 要 ， 但 由于它 的电控 系统 是 以继 电器 、 接触器 的硬连接 为基础 的 ， 技术上 比较 落后 ， 特 别是其
触 点 的可靠 性 问题 直 接影 响 了产 品质量 、 生产 效 率 和 生产成本 ， 如用 Ｐ Ｌ Ｃ对 它进 行 技术 改造 ， 便 能 取 得很 好 的效果 。本 文 以一 台 老 式 Ｚ ３ ０ ４ ０型摇 臂 钻 床 电气 技术 改造为例 ， 简要说 明 Ｐ Ｌ Ｃ在这方 面的应用 。 １ Ｚ ３ ０ ４ ０摇臂钻 床 的电气 控 制要求 钻床是 一种用途 广 泛 的孔 加工 机 床 ， 主要 用 于 钻 头钻 削精度要 求不 高 的孔 ， 另 外还 可 用来 扩 孑 Ｌ 、 铰孔 、 镗孔 以及 刮平 面 、 攻 螺纹 等 。Ｚ ３ Ｏ ４ Ｏ型摇 臂 钻床 是 一 种立 式钻床 ， 适 用 于单件 或 批量 生 产 中带 有 多孔 的大 型零 件 的孔 加工 。图 １为 Ｚ ３ Ｏ ４ Ｏ型摇 臂钻 床电气 控制 系统 的主 电路 图。
Ｌｌ Ｌ ２ Ｌ３
Z3040摇臂钻床的PLC改造
摘要:钻床是一种常用的机床，在生产中应用很广泛，种类繁多。
然而，在运作中，传统的钻床暴露了越来越多的问题，比如：触点过多、故障出现频繁、维修不方便，影响了钻床的正常工作，引起产品质量降低。
由于各种各样的问题，钻床的改造势在必行。
在众多的改造方案中，PLC改造以其他同类产品所不具备的优点脱颖而出。
本文以PLC为控制核心进行的对Z3040摇臂钻床的自动化改造，在本文中阐述了传统钻床继电器控制电路以及行程开关的缺点，提出了详细的改进方案。
绘制出了改造过后的电气原理图及PLC接线图等。
并编写了PLC的控制程序，取得了良好的效果。
关键词：摇臂钻床 PLC 传感器改造目录第一章摇臂钻床的介绍一、Z3040摇臂钻床系统的机械系统 (3)二、Z3040摇臂钻床系统的电气系统 (4)三、Z3040摇臂钻床的润滑和冷却系统 (7)第二章继电器控制的摇臂钻床的工作原理一、控制电路电路原理图 (8)二、钻床的操作步骤及工作原理 (9)三、电气元件清单 (11)第三章 Z3040摇臂钻床的电气控制的改造一、Z3040摇臂钻床行程开关的改进 (14)二、Z3040摇臂钻床继电器控制线路的改进 (18)三、I/O分配表 (21)四、Z3040摇臂钻床改造的接线图 (22)五、程序 (23)结束语 (26)答谢辞 (27)参考文献 (28)第一章Z3040摇臂钻床介绍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，在工业生产中应用得非常广泛，本文以Z3040摇臂钻床为对象进行PLC改造。
图1-1 XXXXXX一 Z3040摇臂钻床系统的机械系统Z3040摇臂钻床整个系统可实现主轴旋转、主轴进给摇臂升降及主轴箱在摇臂上移动等功能（参看表1-3）（1）主轴旋转主轴的旋转有正、反转及停止由手柄16（主轴正反转及停止手柄）操纵。
当手柄向左扳动，主轴正转，并在面板上指示灯显示旋向；当手柄在中间位置时主轴停止，指示灯熄灭；当手柄向右扳动，主轴反转，另一指示灯显示旋向。
Z3040型摇臂钻床的PLC控制系统设计
Z3040型摇臂钻床的PLC控制系统设计PLC控制系统是用于自动化设备的控制和监控的一种技术。
本文将介绍Z3040型摇臂钻床的PLC控制系统设计。
一、系统概述Z3040型摇臂钻床是一种常用的金属加工设备，用于钻孔、攻丝等加工操作。
为了提高设备的工作效率和精度，我们设计了一个基于PLC的控制系统。
该系统主要包括硬件设备和软件程序两部分。
硬件设备部分由传感器、执行元件和PLC控制器组成；软件程序部分由PLC编程语言编写而成，可以实现设备的自动化控制和监控。
二、硬件设备设计1.传感器选择选取合适的传感器对设备的运行状态进行监测和控制是PLC控制系统设计的基础。
在Z3040型摇臂钻床中，我们可以选择接近开关、光电传感器、压力传感器等不同类型的传感器用于监测设备的位置、速度、负荷等信息。
2.执行元件选择执行元件负责根据PLC控制器的指令实现设备的运动。
在Z3040型摇臂钻床中，我们可以选择电动马达、液压马达等不同类型的执行元件用于控制主轴的旋转、工作台的上下移动等动作。
3.PLC控制器选择选择合适的PLC控制器对设备进行控制和监控是PLC控制系统设计的核心。
在Z3040型摇臂钻床的设计中，我们需要选择能够满足设备运行要求的高性能PLC控制器。
通常情况下，我们需要根据设备的运行模式、控制要求和I/O点数量等参数选择合适的PLC控制器。
三、软件程序设计1.PLC编程语言选择PLC控制器的软件程序通常由Ladder Diagram（梯形图）、Function Block Diagram（功能块图）等编程语言编写而成。
在Z3040型摇臂钻床的设计中，我们可以选择Ladder Diagram作为主要的编程语言，用于描述设备的控制逻辑。
2.PLC控制程序编写根据设备的工作流程和控制逻辑，我们需要编写相应的PLC控制程序。
PLC控制程序包括输入端口的检测、控制逻辑的处理和输出端口的控制等部分。
在Z3040型摇臂钻床的设计中，我们可以编写相应的程序实现设备的自动化控制和监控。
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
基于Z3040摇臂钻床的PLC程序设计
基于Z3040摇臂钻床的PLC程序设计基于Z3040摇臂钻床的PLC程序设计是一种用逻辑控制器（PLC）来控制Z3040摇臂钻床运行的方法。
PLC程序设计可以通过设置不同的输入和输出信号，实现自动化操作和监控功能。
以下是一个基于Z3040摇臂钻床的PLC程序设计的示例：1.系统初始化：-设置PLC的输入和输出端口，包括需要监控的传感器和控制的执行器。
-初始化变量和计数器。
2.手动模式：-监测启动按钮是否按下。
-监测加工对象的位置传感器信号，确保钻头位于正确的位置。
-监测紧急停止按钮是否按下，如果按下则停止所有运动。
-控制执行器运动，实现手动操作，包括开关电机、控制刀具进给。
3.自动模式：-监测启动按钮是否按下。
-监测加工对象的位置传感器信号，确保钻头位于正确的位置。
-监测紧急停止按钮是否按下，如果按下则停止所有运动。
-控制执行器运动，实现自动化加工操作，包括自动开启电机、自动控制刀具进给。
-监测加工过程中的异常情况，如超时、传感器故障等。
4.故障保护：-监测传感器信号，如温度传感器、振动传感器等，以检测设备是否发生故障。
-如果检测到故障，立即停止运动，并显示相应的警告信息。
-通过PLC的通信接口将故障信息发送给上位机或中央控制室，以便及时处理。
5.运行监控和报告：-通过输入和输出信号，监测设备的运行状态，包括电机运行状态、刀具进给速度等。
-根据设定的参数和阈值，监测加工过程中的实时数据，如切削力、切削温度等。
-根据设定的报告格式和频率，生成加工过程的报告，包括加工时间、加工数量等。
基于Z3040摇臂钻床的PLC程序设计是一个复杂的过程，需要根据具体的应用场景和要求来设计。
以上只是一个简化的示例，实际的程序设计可能涉及更多的步骤和逻辑判断。
在设计过程中，需要充分考虑设备的安全性、可靠性和可维护性，以及操作人员的使用便利性和操作界面的友好性。
同时，还需要遵循相关的安全标准和规范，确保设备和人员的安全。
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3.控制电路分析
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（1）控制电路电源 控制电路由变压器T将380V交流电压降为110V，作为控制电源。
（2）主轴电动机的旋转控制 主轴电动机M1单方向旋转，由按钮SB1、SB2和接触器KM1控制其起动和停止。按下起动按钮SB2(2-3)，和接触器KM1得点吸合，触点KM1(2-3)自锁，主轴电动机M1起动，HL3指示灯亮。按下停止按钮SB1，接触器KM1断电释放，主轴电动机M1停转，指示灯HL3熄灭。过载时，热继电器FR1的常闭触点断开，接触器KM1释放，主轴电动机M1停转。
柳州职业技术学院
毕业设计（论文）
题目：Z3040摇臂钻床电气控制系统PLC改造
姓名
学号
专学院毕业设计（论文）
任务书
系（部）专业班学生学号
一、毕业设计（论文）题目：Z3040摇臂钻床电气控制系统PLC改造
二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：2013年7月5日起至2013年10月30日止
目的：
（1）通过本设计使学生掌握根据普通机床的加工工艺要求进行机床电气控制系统改造（继电器——接触器控制、PLC控制）的基本方法进一步巩固电气控制技术与可编程控制器的理论和应用知识，培养学生分析控制要求、设计和调试控制系统的能力，为将来从事机电设备电气控制设计、维修和管理打下基础。
（2）提高学生对工作认真负责、一丝不苟，认真思考、用于开拓、用于实践的基本素质。
S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数.
(3.3)编程器
PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。
关键词：可编程控制器、摇臂钻床、梯形图、电气控制系统
一、概述
1、Z3040摇臂钻的特点：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。如：镗孔、攻丝、套丝、锪平面、钻、铰、扩孔等功能，广泛用于中小型企业、乡镇和个体工业的机械加工。
2、Z3040摇臂钻的缺点：Z3040摇臂钻存在线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除故障难等问题。
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。
按主轴箱放松按钮SB5（1-14），接触器KM4通电，液压泵电动机M3正转，电磁阀YV不通电，液压油进入主轴箱放松液压缸和立柱放松液压缸，推动松紧机构使主轴箱和立柱松开。行程开关SQ4不受，其常闭触点（101-102）闭合，指示灯HL1亮，可以操作主轴箱和立柱的移动。主轴箱在摇臂的水平导轨上由手轮操纵来回移动，通过推动摇臂可使其与外立柱一起绕内立柱旋转。
如果点动按钮SB3或SB4通电时间太短，可能会造成摇臂处于半松状态，使行程开关SQ3常闭触点(1-17)复位，这时，电磁阀YV线圈通电，时间继电器KT的延时闭合常闭触点（17-18）闭合，接通接触器KM5，使M3反转，直至夹紧后SQ3被压下，断开KM5和YV，这样就保证了摇臂在加工工件前总是处于夹紧状态。
（3）培养学生综合运用所学知识，结合实际独立完成课题的工作能力和解决生产中实际问题的能力。
（4）对学生的知识面、掌握知识的深度、运用理论结合实际去处理问题的能力、实验能力、计算机运用水平、书面及口头表达能力进行综合考核。
任务：
（1）收集Z3040摇臂钻床的相关资料，分析其工作过程。
（2）技术参数的设定。
(3.5)写入器
写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。
(3.6)文本显示器
文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。
(3.4)程序存储卡
为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES
7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。
(2):优点
SIMATIC S7-200发挥统一而经济的解决方案。整个系统的系列特点
强大的性能，
最优模块化和开放式通讯。
结构紧凑小巧-狭小空间处任何应用的理想选择
在所有CPU型号中的基本和高级功能，
大容量程序和数据存储器
杰出的实时响应-在任何时候均可对整个过程进行完全控制，从而提高了质量、效率和安全性
（3）摇臂升降控制 控制电路要保证在摇臂升降时，首先使液压泵电动机起动运转，供出液压油，经液压系统将摇臂松开，然后才使摇臂升降电动机M2起动，拖动摇臂上升或下降。
当位移到位后，控制电路又要保证M2先停下，在通过液压系统将摇臂夹紧，最后液压泵电动机M3停转。
1)松开摇臂。按住上升按钮SB3（或下降按钮SB4），时间继电器KT线圈通电，其常开触点(13-14)闭合，常闭延时闭合触点（17-18）断开，继电器KM4线圈通电，使M3正转，液压泵供出正向液压油。同时，KT常开延时打开触点(1-17)闭合，接通电磁阀YV线圈，使液压油进入摇臂松开油腔，推动松开机构。
3、如何克服Z3040摇臂钻的缺点：通过用PLC改造控制系统，使机床结构更简单、稳定性可靠性、抗干扰能力更强，故障率也降低，对工作环境要求也降低等。
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(1):应用领域
SIMATIC S7-200的应用领域从更换继电器和接触器一直扩展到在单机、网络以及分布式配置中更复杂的自动化任务。S7-200也越来越多地提供了对以前曾由于经济原因而开发的特殊电子设备的地区的进入。
二、Z3040摇臂钻普通机床电气原理图
三、机床电气控制原理分析
1．电气基本要求：
电压：3/PE/380
控制回路电压：AC100V,机床照明电压36V
为了传动各机构机床装有下列电机：
M1---主轴电机
M2---横臂升降电机
M3---液压泵电机
M4---冷却泵
2．主电路分析
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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。
易于使用STEP 7-Micro/WIN工程软件-初学者和专家的理想选择
集成的 R-S 485接口或者作为系统总线使用
极其快速和精确的操作顺序和过程控制
通过时间中断完整控制对时间要求严格的流程
(3)：组成
(3.1)基本单元
S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用.
(3.2)扩展单元
（9）具有连锁与保护环节以及安全照明、信号指示电路。
设计要求：选用西门子7S-200系列的PLC对Z3040摇臂钻床电气控制系统进行改造设计。给定参数：主电动机3kW， 380V；摇臂升降电动机1.5kW， 380V；冷却液电动机0.125kW， 300V；液压泵电动机0.6kW，380V。其余参数由学生自己设定。
三、毕业设计（论文）进行地点：
四、任务书的内容：
钻床是一种对工件进行孔加工的机床。它可用于钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。Z3040摇臂钻床外形图如图1所示。
图1 Z3040摇臂钻床外形图
1、运动形式
主运动摇臂钻床的主运动是指主轴的旋转运动。
进给运动摇臂钻床的进给运动是指主轴的纵向进给。
2)摇臂上升（或下降）。摇臂松开机构动作完成时碰压行程开关SQ2，其常闭触点（6-13）闭合，使接触器KM4线圈断电，M3停止转动，摇臂维持松开状态。同时，SQ2常开触点(6-7)闭合，使接触器KM2（下降为KM3）线圈通电，摇臂升降电动机M2正转（下降为反转），拖动摇臂上升（或下降）。
3)夹紧摇臂。当摇臂上升（或下降）到所需位置时，松开按钮SB3（或SB4）接触器KM2(下降为KM3)和时间继电器KT均断电，摇臂升降电动机M2停转，摇臂停止升降。KT释放后，延时1到3S，其常闭延时闭合触点（17-18）闭合，KM5线圈通电，液压泵电动机M3反转，反向供给液压油。因SQ3的常闭触点（1-17）是闭合的，YV线圈仍通电，结果使液压油进入摇臂夹紧油腔，推动夹紧机构使摇臂夹紧。夹紧后，夹紧机构压下SQ3，其常闭触点（1-17）断开，KM5和电磁阀YV因线圈断电而使液压泵电动机M3停转，完成了摇臂的整个升降过程。