PLC毕业设计原理图说明

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。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

绪论1.2 在生产过程、科学研究和其他产业领域中，电器控制技术的应用都十分泛的。

在机械设备的控制中，电器控制亦比其他的控制方法使用的更为普遍。

随着科学技术的发展，特别是大规模集成电路的问世和微处理机技术的应用，出现了可编程序控制器（PLC）它不仅可以取代传统的继电接触器控制系统，还可以进行复杂的过程控制和构成分布式自动化系统，使电器控制系统进入一个崭新的阶段。

目前PLC在我国的应用相当广泛，尤其是小型PLC，采用类似继电器逻辑的过程操作语言，使用十分方便，备受电器工程技术人员的欢迎，因此，了解和学习这些重要的技术对机电类专业的高职高专学生来说是必不可缺少的。

Z3040型摇臂钻床在机械加工中运用广泛，但该钻床的电气控制系统中的继电器、接触器的使用，存在着线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断、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，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。

本设计将分析摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案，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梯形图程序的设计和对应的语句表。

对PLC控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，并给出了相应的控制原理图。

目录1.1前言 (1)1.2绪论 (2)2 钻床的加工原理2.1 Z3040钻床的简介 (4)2.2摇臂钻床上的运动形式 (4)3 Z3040型摇臂钻床主电路分析 (5)4 Z3040电气控制电路4.1主电动机控制 (6)4.2摇臂升降控制 (6)4.3立柱和主轴箱松开、夹紧控制 (7)4.4冷却泵控制 (8)4.5照明、信号电路 (8)5 PLC型号的选择5.1 PLC技术的发展 (9)5.2 PLC类型简介 (9)5.3选配PLC的型号 (9)5.4确定I/O口点数和选型 (10)6 I/O分配 (11)7电气接线图 (13)8各部分梯形图说明 (14)9附录 (18)10参考文献 (22)二、钻床的加工原理系统概述2.1 Z3040型摇臂钻床简介钻床为孔加工机床，主要用来加工外形较复杂，没有对称回转轴线的工件上的孔。

如钻孔、扩孔、镗孔、铰孔及攻螺纹。

因此要求钻床的主轴运动和进给运动有较宽的调速范围。

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。

钻床按其结构型式不同，有立式钻床、台式钻床、多轴钻床、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。

Z3040摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等部分组成，内立柱固定在底座的一端，在它的外面套着空心的外立柱，外立柱可绕着内立柱回转360°。

摇臂的一端为套筒，套装在外立柱上，并借助丝杆的正、反转，可沿着外立柱作上下移动。

由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。

主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成。

主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。

2.2 Z3040型摇臂钻床上运动形式1、主运动：主轴带动钻头的旋转运动；2、进给运动：钻头的上下运动；3、辅助运动：摇臂可沿外立柱的圆柱面上下垂直调整位置；主轴箱可沿摇臂的导轨横向调整位置；摇臂及外立柱绕内立柱转动至不同的位置；工作时可以很方便的调整主轴的位置（工件不动）。

后两者为手动，另外还需考虑主轴箱、摇臂、内外立柱的夹紧和松开。

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。

摇臂的上升、下降由一台交流异步电动机拖动。

主轴箱、立柱的夹紧和放松由另一台交流电动机拖动。

通过电动机拖动一台齿轮泵，供给夹紧装置所需要的压力油。

而摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。

此外还有一台冷却泵电动机对加工的刀具进行冷却。

三、Z3040型摇臂钻床主电路分析钻床主电路如图所示图1—13.1 如图所示M1为单方向旋转，由接触器KM1控制，主轴的正反转则由机床液压系统操纵机构配合正反转摩擦离合器实现，并由热继电器FR1作电动机长期过载保护。

3.2 M2由正、反转接触器KM2、KM3控制实现正反转。

控制电路保证，在操纵摇臂升降时，首先使液压泵电动机起动旋转，供出压力油，经液压系统将摇臂松开，然后才使电动机M2 起动，拖动摇臂上升或下降。

当移动到位后，保证M2先停下，再自动通过液压系统将摇臂夹紧，最后液压泵电机才停下。

M2为短时工作，不设长期过载保护。

3.3 M3由接触器KM4、KM5实现正反转控制，并有热继电器FR2作长期过载保护。

3.4 M4电机容量小，为短时工作，不设过载保护。

四、Z3040电气控制电路如图(1—2)图1—2由变压器TC将380V交流电压降为220V，作为控制电源。

指示灯电源为6.3V,电气控制柜电源灯电压为36V。

4.1主电动机控制按下起动按钮SB2，接触器KM1吸合并自锁，主轴电动机M1起动并运转。

按下停止按钮SB1，接触器KM1释放，主轴电动机M1停转。

4.2摇臂升降控制摇臂上升、下降分别由SB3、SB4点动控制。

按上升按钮SB3，时间继电器KT得电吸合，瞬时动合触点闭合，接触器KM4得电吸合，液压泵电动机M3接通电源正向旋转，供给压力油。

压力油经分配阀体进入摇臂松开的油腔，推动活塞，使摇臂松开。

当摇臂完全松开后，活塞杆通过弹簧片压下限位开关SQ2，使其动断触点SQ2断开，使接触器KM4线圈断电释放，液压泵电动机M3停转，与此同时，另一动合触点SQ2闭合，接触器KM2线圈通电吸合，其主触点接通升降电动机M2的电源，M2启动正向旋转，带动摇臂上升。

如果摇臂没有松开，SQ2的动合触点也不能闭合，KM2就不能吸合，M2不能旋转，摇臂也就不可能上升，保证了只有在摇臂可靠松开后才能使摇臂上升。

当摇臂上升到所需位置时，松开按钮SB3，接触器KM2和时间继电器KT 同时断电释放，摇臂升降电动机M2停转，摇臂停止上升。

由于KT释放，其延时闭合的动断触点经1-3秒延时后闭合，接触器KM5的线圈经线路通电吸合，液压电动机M3反向起动旋转，供给压力油。

压力油经分配阀进入摇臂夹紧油腔，向相反方向推动活塞，使摇臂夹紧。

同时，活塞杆通过弹簧片压下限位开关SQ3动断触点断开，接触器KM5断电释放，液压泵电动机M3停止旋转，完成了摇臂的松开－上升－夹紧动作。

摇臂的下降过程与上升基本相同，它们的夹紧和放松电路完全一样。

所不同的是按下降按钮SB4时为KM3线圈得电，摇臂升降电动机M2反转，带动摇臂下降。

时间继电器KT的作用是控制KM5的吸合时间，使M2停止运转后，再夹紧摇臂。

KT的延时时间应视摇臂在M2断电至停转前的惯性大小调整，应保证摇臂上升（或下降）后才进行夹紧，一般调整在1～3秒。

摇臂升降的限位保护，由组合开关SQ1来实现。

SQ1有两对触点，SQ1-1是摇臂上升时的极限位置保护，SQ1-2是摇臂下降时的极限位置保护。

当摇臂上升到极限位置时，SQ1-1动作，将电路断开，则KM2断电释放，摇臂升降电动机M2停止旋转。

但SQ1的另一触点SQ1-2仍处于闭合状态，保证摇臂能够下降。

同理，当摇臂下降到极限位置时，SQ1-2动作，电路断开，KM3释放，摇臂升降电动机M2停转。

而SQ1的另一动断触点SQ1-1仍闭合，以保证摇臂能够上升。

摇臂的自动夹紧是由行程SQ3来控制的。

如果液压夹紧系统出现故障而不能自动夹紧摇臂，或者由于SQ3调整不当，在摇臂夹紧后不能使SQ3的动断触点断开，都会使液压泵电动机处于长期过载运行状态，这是不允许的。

为了防止损坏液压泵电动机，电路中使用了热继电器FR2。

4.3立柱和主轴箱松开、夹紧控制立柱和主轴箱的松开及夹紧控制可单独进行，也可同时进行，由转换开关SA2和复位按钮SB7（或SB8）进行控制。

SA2有3个位置：中间位（零位）时，立柱和主轴箱的松开或夹紧同时进行；左边位为立柱的夹紧或放松；右边位为主轴箱的夹紧或放松。

复合按钮SB7、SB8分别为松开、夹紧控制按钮。