用S7-200编写摇臂钻床PLC程序梯形图
某摇臂钻床的PLC外部硬件接线图和梯形图
第五节 PLC程序设计方法PLC程序设计方法:继电器控制线路移植法经验设计法顺序控制法★继电器控制线路移植法将继电器控制电路直接转换为具有相同功能的PLC的外部硬件接线图和梯形图。
特点：一般不需要更改控制面板，保持系统原有的外部特性，操作人员不用改变长期形成的操作习惯。
例：用继电器控制线路移植法设计某摇臂钻床的PLC外部硬件接线图和梯形图。
摇臂钻床的继电器控制电路主轴电动机——接触器KM1控制；摇臂升降电动机——接触器KM2、KM3控制；松开、夹紧（立拄、主轴箱）电动机——KM4、KM5控制一、基本方法和步骤1、了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理。
2、确定PLC的输入信号和输出负载，画出PLC的外部接线图。
3、确定与继电器电路图中的中间继电器和时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器和定时器的元件号。
4、根据上述对应关系画出梯形图。
二、设计注意事项1、应遵守梯形图语言中的语法规定2、设置中间单元在梯形图中，若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制，为简化电路，在梯形图中可设置用该电路控制的辅助继电器，类似于继电器电路中的中间继电器。
3、分离交织在一起的电路设计梯形图时以线圈为单位，分别考虑继电器电路图中每个线圈受到那些触点和电路的控制，然后画出相应的等效梯形图电路。
4、常闭触点提供的输入信号的处理设计输入电路时，应尽量采用常开触点，如果只能用常闭触点，梯形图中对应触点的常开/常闭类型应与继电器电路相反。
5、时间继电器的瞬动触点的处理对于有瞬动触点的时间继电器，可以在梯形图中对应的定时器的线圈两端并联辅助继电器，后者的触点相当于时间继电器的瞬动触点。
6、断电延时的时间继电器的处理用通电后延时的定时器来实现断电延时功能。
7、外部联锁电路的设计在梯形图中设置对应的输出继电器的线圈串联的常闭触点组成的软件互锁外，还应在PLC外部设置硬件互锁电路。
8、热继电器过载信号的处理1）自动复位型热继电器，其触点提供的过载信号必须通过输入电路提供给PLC，用梯形图实现过载保护；2）手动复位型热继电器，其常闭触点可以在PLC的输出电路中与控制电机的交流接触器的线圈串联。
用S7-200编写摇臂钻床PLC程序梯形图
可编程序控制器课程设计报告学校：哈尔滨理工大学荣成学院院系：电气信息系专业班级：电机10-XX学号：姓名：一．题目名称用PLC改造Z3040X16型摇臂钻床的控制电路图。
具体的接触器-继电器控制系统详见《工厂电气控制设备》129页电路，试将其进行PLC改造。
二．任务要求1.列出输入输出I/O分配表，画出PLC硬件接线图，列出PLC程序清单及注释。
2.用S7-200编写摇臂钻床PLC程序梯形图。
三．确定总体方案1.分析控制对象（1）Z3040X16型摇臂钻床的动作是通过机、电、液进行联合控制来实现的。
（2）控制电路设有总起动按钮和总停止按钮（3）采用4台电动机拖动。
分别是主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机及冷却泵电动机。
（4）摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行，要求夹紧放松作用的液压泵电动机与摇臂升降电动机按一定顺序起动工作，由摇臂松开行程开关与夹紧行程开关发出控制信号进行控制。
（5）机床具有信号指示装置，对机床的每一主要动作作出显示，这样便于操作和维修。
（6）摇臂的夹紧放松与摇臂升降按自动控制进行，而立柱和主轴箱的夹紧放松可以单独操作，也可以同时进行。
2. Z3040×16型摇臂钻床的电气控制线路图如下图所示（1）主轴电动机M1的要求：单方向旋转，过载保护。
（2）摇臂升降电动机M2的要求：摇臂移动的过程必须是先松开摇臂，在移动，到位后摇臂自动夹紧。
电动机能正反转。
（3）液压泵电动机M3的要求：电动机能正反转，有过载保护。
四．PLC元器件分配及I/O口分配表分析Z3040X16型摇臂钻床，找出改用的PLC控制的输入、输出信号，共有14个输入信号，8个输出信号。
I/O分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输入点编号SB1I0.0 中间继电器KA M0.0总启动按钮主轴启动按钮SB2I0.1 主轴接触器KM1 Q0.1KM2 Q0.2摇臂上升按钮SB3I0.2 摇臂上升接触器KM3 Q0.3摇臂下降按钮SB4 I0.3 摇臂下降接触器松开按钮SB5 I0.4 松开接触器KM4 Q0.4夹紧按钮SB6 I0.5 夹紧接触器KM5 Q0.5总停止按钮SB7 I0.6 电磁指示灯YA1 Q0.6主轴停止按钮SB8 I0.7 电磁指示灯YA2 Q0.7主轴停止按钮SQ1 I1.0摇臂上升限位SQ2 I1.1摇臂夹紧行程开关SQ3I1.2摇臂下降下限位SQ4 I1.3YA1开关SA1I1.4YA2开关SA2I1.5五．PLC 控制系统的硬件接线图根据PLC 的I/O 口分配表，绘制PLC （I/O 端子）的实际接线图，如下图所示SB2SB6 SB5 SB4 SB3SB7 SB8SB1 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4SA1 SA2KAKM1KM2 KM3KM5 KM4 KM6KM7 L1L 2L3LI0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.2 Q0.2I0.3 Q0.3I0.4 Q0.4I0.5 Q0.5I0.6 Q0.6I0.7 Q0.7I1.0I1.1I1.2 LI1.3 1L I1.4 2LI1.5 3L M六．程序框图和梯形图1.程序框图等待启动主轴转动主轴停止T37计时主轴和立柱松开KM4断开摇臂上升摇臂下降KM2断开KM3吸合主轴和立柱夹紧KM5吸合YA 段开KM1吸合KM1断开瞬断触点时间继电器计时KM4吸合2、梯形图测试结果记录如下：①QF1合闸时，电源指示灯HL1亮②按下SB2，KM1得电吸合,主轴点电动机旋转③按下SB8，KM断电，主轴电动机停转④按下SB3，KM5断开，KM4吸合，YA亮，再按下SQ2，KM4断开，KM2吸合，摇臂上升⑤按下SB4，KM5吸合，KM4吸合，YA亮，再按下SQ2，KM4断开，KM3吸合，摇臂下降⑥断开SB4/SB5一段时间后,KM5吸合⑦按下SB7,KM4吸合，YA 灭⑧按下SB7，整个电路停止工作七．心得体会八．参考资料[1] 田淑珍.S7-200PLC原理及应用，北京：机械工业出版社，2009.[2] 张晓娟.工厂电气控制设备，北京：电子工业出版社，2009.[3] 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器，北京：机械工业出版社，2004。
机电传动课程设计方案用PLC改造Z摇臂钻床电气控制回路
1. 引言钻床是一种用途广泛的通用机床，包括立式钻床、卧式钻床、深孔钻床、多轴钻床等。
摇臂钻床是一种立式钻床，在钻床中具有一定的典型性，主要用于对大型零件进行钻孔、扩孔、铰孔和攻螺纹等，如果增加辅助设备，还可以进行辖孔。
传统 Z35 型摇臂钻床为继电器控制电路，此控制线路接触触点多，故障也多，机械使用率较低；用 PLC 控制技术改造其继电器控制电路，可以克服其缺点。
2. 系统方案设定2.1 Z35摇臂钻床的结构图1 Z35摇臂钻床结构Z35的外形图如图所示，主要由底座，工作台，主轴，摇臂，主轴箱，内立柱，外立柱等部分组成。
内立柱固定不动安装在底座上，外立柱套在内立柱外，并可以绕内立柱旋转一周，摇臂的一端套在外立柱上，借助丝杠的正转或者反转，摇臂可以沿外立柱上升或下降，但摇臂不能和外立柱做相对回转运动，它跟外立柱在一起绕内立柱回转，主轴箱安装在摇臂的水平导转轨上通过手轮操作可以使其沿导轨做径向移动，当需要钻削加工时，利用夹紧机构将外立柱紧固在内立柱上将摇臂固定在外立柱上，将主轴箱固定在摇臂上。
2.2 Z35摇臂钻床的运动形式Z35摇臂钻床的主运动包过主轴带动刀具的旋转运动和主轴带动道具的轴向进给运动。
Z35摇臂钻床的辅助运动包括外立柱绕内立柱的回转运动，摇臂沿外立柱的上升下降，主轴箱沿摇臂的水平径向移动以及加紧动作等。
2.4 Z35摇臂钻床的电气控制分析2.3.1主轴电动机的控制将十字开关SA3扳到左边，其触头<2-3）闭合，KV得电吸合并自锁，然后将SA扳到右边，触头SA3<3-4）闭合，KM1吸合，主轴电动机转动。
将十字开关SA3扳到中间位置，SA的所有触头均断开，KM1释放，主轴电机也随之停止。
2.3.2摇臂的升降控制摇臂升降控制是在零压继电器FV 通电并自锁的前提下进行的，用来调整工件与钻头的相对高度。
摇臂升降前必须将夹紧装置放松，升降完毕后又必须夹紧，这些动作是通过十字开关SA、接触器KM2、KM3、位置开关SQl、SQ2 控制电动机M3 来实现的。
S7-200西门子PLC基础教程第5章 顺序设计方法中梯形图的编程方法
没有剪完C0设定的块数时，C0的常 闭触点闭合，将返回步M0.1，所以将两个 前级步M0.5和M0.7的常开触点和C0的常闭 触点串联，作为后续步M0.1置位和对前级 步M0.5和M0.7复位的条件。对应的梯形图 如图5-8所示。
图5-8
剪板机控制系统的梯形图
5.3 使用SCR指令的顺序 控制梯形图的编程方法 5.3.1 顺序控制继电器指令
加计数器C0是用来控制剪料的次数， 每次工作循环C0的当前值在步M0.7加1。 没有减完20块料时，C0的当前值小于设定 值20，其C0常闭触点闭合，即转换条件满 足，将返回步M0.1，重新开始下一周期的 工作。
当剪完20块板料后，C0的当前值等于 设定值20，C0常开触点闭合，即转换条件 满足，将返回到初始步M0.0，等待下一次 起动信号。
图5-7
转换的同步实现
5.2.4 应用设计举例
图5-4为剪板机的顺序功能图，用以转 换条件为中心编程方法绘制梯形图程序。
顺序功能图中共有9个转换（包括 SM0.1），转换条件SM0.1只需对初始步 M0.0置位。
除了与并行序列的分支、合并有关的 转换以外，其余的转换都只有一个前级步 和一个后级步，对应的电路块均由代表转 换实现的两个条件的触点组成串联电路， 一条置位指令和一条复位指令组成。
当M0.3步为活动步时，且剪刀下行到 位I0.2条件满足，同时使步M0.4与步M0.6 为活动步，使压钳和剪刀同时上行，这是 一个并行序列的分支开始，用M0.3· I0.2的 常开触点串联作为步M0.4与步M0.6的起动 条件。
当M0.4、M0.6均为活动步时，则步 M0.3变为不活动步，所以用M0.4或M0.6的 常闭触点与M0.3的线圈串联，作为关断 M0.3线圈的条件。
基于PLC的摇臂钻床电气控制系统改造设计
基于PLC的摇臂钻床电气控制系统改造设计王跃军;孙丽雪;赵坚【摘要】This paper introduced the reformation of radial drilling machineZ3040 hy SIEMENS S7 - 200 series PLC and the system reformation project. In the meantime. PLC input and output are specified, a control trapezoid disagram is designed and on-site debugging is made according to the control and characteristics of the machine. The weakness of poor reliability,high failure frequency, low efficiency and load of working were solved.%介绍了利用西门子S7-200PLC对Z3040型摇臂钻床的改造设计,阐述了系统改造方案,同时根据摇臂钻床的控制要求及特点,确定了PIC的输入、输出分配,在继电器线路的基础上,设计出梯形图程序并进行现场调试,解决了其可靠性差、故障率高、效率低和电气维护工作量大等缺点.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2011(000)001【总页数】4页(P86-89)【关键词】可编程控制器;摇臂钻床;改造【作者】王跃军;孙丽雪;赵坚【作者单位】山西北方风雷工业集团有限公司,山西,太原,30009;山西北方风雷工业集团有限公司,山西,太原,30009;中国兵器科学院宁波分院,浙江,宁波,315103【正文语种】中文【中图分类】TP202Z3040摇臂钻床利用旋转的钻头对工件进行加工,它由底座、内外立柱、摇臂、主轴箱和工作台构成。
摇臂钻床PLC
1 PLC简介可编程控制器简称PLC，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置，是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
1.1 PLC的发展历程在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。
目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。
在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集等。
1968年美国GM（通用汽车）公司公开招标，提出研制能够取代继电器的控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，而且在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。
1.2 PLC各组成元素的构成及功能1.2.1 PLC的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程设备组成，大部分PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成特殊任务,如图1.1所示控制系统图。
S7-200 SMART PLC编程说明
数据类型S 7-200 S M A R T 的数据主要分为：l与实际输入/输出信号相关的输入/输出映象区：¡I ：数字量输入（D I ）¡Q ：数字量输出（D O ） ¡A I ：模拟量输入 ¡A Q ：模拟量输出l内部数据存储区¡V ：变量存储区，可以按位、字节、字或双字来存取V 区数据¡M：位存储区，可以按位、字节、字或双字来存取M 区数据 ¡T ：定时器存储区，用于时间累计 ¡C ：计数器存储区，用于累计其输入端脉冲电平由低到高的次数 ¡H C ：高速计数器，独立于 C P U 的扫描周期对高速事件进行计数，高速计数器的当前值是只读值，仅可作为双字（32 位）来寻址 ¡A C ：累加器，可以像存储器一样使用的读/写器件，可以按位、字节、字或双字访问累加器中的数据 ¡SM ：特殊存储器，提供了在 C P U 和用户程序之间传递信息的一种方法。
可以使用这些位来选择和控制 C P U 的某些特殊功能， 可以按位、字节、字或双字访问 S M 位 ¡L ：局部存储区，用于向子例程传递形式参数¡S：顺序控制继电器，用于将机器或步骤组织到等效的程序段中，实现控制程序的逻辑分段。
可以按位、字节、字或双字访问 S 存储器存储器范围及特性 表1.存储器范围数据寻址S7-200 SMART 系统中的数据及其格式说明C P U S R 20 C P U S R 40， C P US T 40 C P U C R 40C P U S R 60，C P US T 60 用户程序大小 12288字节 24576字节 12288字节 30270字节 用户数据大小 8192字节 16384字节 8192字节 20480字节 过程映象输入寄存器 I 0.0到I 31.7 I 0.0到I 31.7 I 0.0到I 31.7 I 0.0到I 31.7 过程映象输出寄存器 Q 0.0到Q 31.7 Q 0.0到Q 31.7 Q 0.0到Q 31.7 Q 0.0到Q 31.7 模拟量输入（只读） A I W 0到A I W 110 A I W 0到A I W 110 --- --- A I W 0到A I W 110 模拟量输出（只写） A Q W 0到A Q W 110 A Q W 0到A Q W 110 --- --- A Q W 0到A Q W 110 变量存储器（V ） V B 0到V B 8191 V B 0到V B 16383 V B 0到V B 8191 V B 0到V B 20479 局部存储器（L ) L B 0到L B 63 L B 0到L B 63 L B 0到L B 63 L B 0到L B 63 位存储器（M ）M 0.0到M 31.7M 0.0到M 31.7M 0.0到M 31.7M 0.0到M 31.7特殊存储器（S M )S M 0.0到S M 1535.7 S M 0.0到S M 29.7 S M 1000.0到S M 1535.7S M 0.0到S M 1535.7 S M 0.0到S M 29.7 S M 1000.0到S M 1535.7S M 0.0到S M 1535.7 S M 0.0到S M 29.7 S M 1000.0到S M 1535.7S M 0.0到S M 1535.7S M 0.0到S M 29.7 S M 1000.0到S M 1535.7S7-200S M A R T C P U收集操作指令、现场状况等信息，把这些信息按照用户程序指定的规律进行运算、处理，然后输出控制、显示等信号。
S7-200的搬运机械手的PLC控制
S7-200 的搬运机械手的PLC 控制机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，它能模仿人手臂的某些动作功能，可按固定顺序在空间抓、放、搬运物体等，动作灵活多样，广泛应用在工业生产和其他领域内。
应用机械手可减少工人的重复操作，并能代替人类在危险与有毒性环境中工作，极大地提高了生产效率与工作精度，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度有着十分重要的意义。
可编程序控制器( PLC) 是从20 世纪60 年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它以微处理器为核心，将计算机技术、自动控制技术和通信技术融为一体，以其结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高等显著优点而在工业控制领域得到了迅猛的发展，被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。
德国西门子公司的PLC 产品在国内应用比较广泛，其中S7-200 系列PLC 以结构紧凑、高性价比、多种多样的CPU 尺寸以及基于Windows 的编程工具等特点在中、小规模控制系统中有独特的优势。
笔者选用西门子S7-200 为控制器，所研究的机械手采用水平/垂直位移加平面转动式结构。
机械手的全部动作由气缸驱动，PLC 控制相应的电磁阀驱动气动执行元件完成各动作。
这种控制系统能十分方便地嵌入到各类工业生产线中，完成零部件产品在固定位置之间的搬运，实现生产自动化。
1 控制功能分析机械手搬运零部件动作示意图如图1 所示，该机械手可用来将工件从左工作台搬到右工作台，其动作过程分为10 工步，即从原位开始顺序经过10个动作后完成一个周期，并返回原位。
该机械手能够抓取的工件质量m 为0. 1 kg，搬运物料过程中垂直方向加速度和水平方向加速度均为0. 3 g( g 为重力加速度) ，平面转动的回转半径r 为0. 5 m，转动角速度ω为3. 5 rad /s，角加速度β为2. 1 rad /s2，转动角度 为180°。
机械科学与技术第30 卷图1 机械手动作示意图其中为了使上升/下降、左移/右移和顺转/逆转动作能够执行，分别由3 个双线圈二位电磁阀控制气缸的动作。
摇臂钻床PLC系统设计
机床电气控制课程设计说明书课程设计题目：摇臂钻床电气控制系统设计作者所在系部：作者所在专业：机械设计及其自动化作者所在班级：作者姓名：作者学号：指导教师姓名：完成时间：2016年3月1日电气控制与PLC技术课程设计任务书学生姓名：专业：机械设计及其自动化班级：学号：指导教师：完成时间：2015.3.1课程设计题目：摇臂钻床电气控制系统设计设计要求及技术要点：完成所选设备的电气控制系统设计，具体控制要求见附件。
工作内容及最终成果：1、分析控制要求，完成元器件选型和电气原理图设计。
2、根据同样的要求，应用PLC 进行控制，设计主电路和外部接线图，编写PLC 控制程序。
3、最后提交：电气原理图（A3或A4）控制系统外部接线图（A3或A4）撰写课程设计说明书一份（不少于6000字）。
4、要求：PLC程序进行仿真调试；电气控制线路和PLC 程序进行部分联机调试。
时间进度安排：第1周：查阅相关资料，完成元器件选型和电气原理图设计。
第2周：设计主电路和外部接线图，编写PLC 控制程序，撰写说明书及答辩。
指导教师签字：年月日摘要摇臂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。
本设计是研究摇臂钻床传统电气控制系统的设计问题,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，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等优点。
因此，本设计对摇臂钻床电气控制系统的改造，将把PLC控制技术应用到方案中去，从而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、PLC的梯形图程序的设计，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。
s7-200plc顺序控制梯形图的设计方法课件
2.某组合机床的动力头控制系统梯形图设计
s7-200plc顺序控制梯形图的设计方法
注意：使用这种编程方法时，不能将输出位的线 圈与置位指令和复位指令并联。因为图5－8中控 制置位、复位的串联电路连通的时间是相当短的， 只有一个扫描周期，转换条件满足后前级步马上 被复位，该串联电路断开，而输出位的线圈至少 应该在某一步对应的全部时间内接通。
5.1.1单序列编程方法
1. 锅炉的鼓风机和引风机梯形图设计 设计起保停电路的关键是它的启动条件和停 止条件。
s7-200plc顺序控制梯形图的设计方法
s7-200plc顺序控制梯形图的设计方法
2. 输出电路的设计方法 1）某一输出量仅在某一步中为ON，可将它的线 圈与对应步的存储器位（M0.2）的线圈并联。 2）某一输出在几步中都为ON，将代表各有关步 的存储器位的常开触点并联后，驱动该输出的线 圈。（M0.1～M0.3的常开触点并联驱动Q0.0的 线圈） 用存储器位来代表步具有概念清楚、编程规 范、梯形图易于阅读和查错等优点。
s7-200plc顺序控制梯形图的设计方法
装载顺序控制继电器(Load Sequence Control Relay)指令“LSCR s-bit” 用来表示一个SCR段（即 顺序功能图中的步）的开始。
顺序控制继电器结束(sequence Control Relay End)指令SCRE用来表示SCR段的结束。
第5章 顺序控制梯形图的设计方法
定义: 根据顺序功能图设计梯形图的方法。 方法: 1.使用起保停电路； 2.以转换为中心； 3.使用顺序控制继电器（SCR）; 4.具有多种工作方式的系统。
s7-200plc顺序控制梯形图的设计方法
5.1 使用起保停电路设计顺序控制梯形 图的方法
摇臂钻床电气控制系统(S7-200)
摇臂钻床电气控制系统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；梯形图目录前言 (2)第1章课程设计内容 (3)1.1设备概况 (3)1.2电气控制要求 (3)第2章确定总体方案 (6)第3章硬件总体设计 (7)3.1I/O统计表 (7)3.2PLC选型 (7)3.3绘制电路图 (8)第4章控制系统设计 (9)4.1系统流程图 (9)4.2摇臂钻床系统程序设计 (10)4.3系统调试及结果分析 (11)总结 (13)参考资料 (14)前言钻床为孔加工机床，按其结构形式不同，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床、多轴钻床及摇臂钻床。
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。
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。
s7-200 plc 顺序控制梯形图的设计方法
使用SCR时有如下的限制： 不能在不同的程序中使用相同的s位； 不能在SCR 段之间使用 JMP 及LBL指令，即不 允许用跳转的方法跳入或跳出SCR段； 不能在SCR段中使用FOR、NEXT和END指令。
• 5.3.2 单序列 编程方法 • 某小车运动的梯形图设计。
5.3.3 选择序列与并行序列编程
5.2.2 .3 使用SCR指令的顺序控制梯形图设计 方法
5.3.1顺序控制继电器指令 顺序控制继电器s专门用于编制顺序控制程序。
装 载 顺 序 控 制 继 电 器 (Load Sequence Control Relay) 指 令 “ LSCR s-bit” 用来 表 示一个 SCR 段（即顺序功能图中的步）的开始。 顺序控制继电器结束 (sequence Control Relay End)指令SCRE用来表示SCR段的结束。 顺序控制继电器转换 (sequence Control Relay Transition) 指令“ SCRT S-bit” 用来 表示 SCR 段之间的转换，即步的活动状态的转 换。
例：某机械手用来将工件从 A 点搬运到 B 点(图5-16)，控制面板（图5-17），外部 接线图（图5-18）。
5.4.1 使用起保停电路的编程方法 • 1公用程序 • 功用：(见图5-20)自动程序和手动程序相 互切换的处理。 • 2手动程序（图5-21） • 3.自动程序 • 顺序功能图（图5-22） • 梯形图（ 图5-23） • 4.自动回原点程序
2.某组合机床的动力头控制系统梯形图设计
注意：使用这种编程方法时，不能将输出 位的线圈与置位指令和复位指令并联。因 为图 5 － 8 中控制置位、复位的串联电路连 通的时间是相当短的，只有一个扫描周期， 转换条件满足后前级步马上被复位，该串 联电路断开，而输出位的线圈至少应该在 某一步对应的全部时间内接通。
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。
第四章：S7-200梯形图及指令表编程
TON T38,50
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计数器时间控制程序
LD
I0.0
O
AN T=800s =
M0.0
I0.1 M0.0
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闪烁控制
NETWORK 1 LD AN I0.0 T38
TON T37, +20
NETWORK 2 LD T37
TON T38, +30
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2. 绘制顺序动作波形图
STEP1---按下按钮I0.0，首先起动引 风机，此时鼓风机不工作； STEP2---12秒后，再启动鼓风机，此 时引风机保持工作状态； STEP0 STEP1 STEP2
STEP3---按下按钮I0.1，首先停止鼓
风机，此时引风机继续工作； STEP0---10秒后，再停止引风机，两 台设备均停止。
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顺序控制继电器指令---SCR
前述方法逻辑关系明确，但编程通常需要“瞻前顾后”，可读性不强。
梯 形 图 SCR SCRT SCRE SCRE 语 句 表 LSCR S_bit SCRT S_bit CSCRE SCRE 描 述 SCR程序段开始 SCR转换 SCR程度段条件结束 SCR程序段结束
继电器线路可以使用、梯形图不能（不宜）使用的情况 梯形图能使用、继电器线路不能实现的情况 梯形图程序的优化 典型控制程序
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“桥接”支路
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“桥接”支路
S7200系列PLC教案7章(顺序控制梯形图程序设计)
一旦转换完成，则执行以下两个操作：
（1）使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步。
（2）使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为非活动步。
4．功能图绘制注意事项
（1）步与步不能直接相连，必须用转移分开。
（2）转移与转移不能直接相连，必须用步分开。
（3）步与转移、转移与步之间的连线采用有向线段，画功能图的顺序一般是从上向下或从左到右，正常顺序时可以省略箭头，否则必须加箭头。
1．起保停电路
起保停电路仅使用与触点和线圈有关的指令，无需编程元件做中间环节，各种型号PLC的指令系统都有相关指令，加上该电路利用自保持，从而具有记忆功能，且与传统继电器控制电路基本相类似，因此得到了广泛的应用。
图7-1典型起保电路
2．延时接通延时断开电路
在图7-2电路中，
图7-2延时接通延时断开电路
图7-13剪板机示意图
分析：
（1）确定步及步对应的动作
表7-1步及动作描述
步号
状态
步的表示
步对应动作
步号
状态
1
初始（等待系统启动）
M0.0
1
初始（等待系统启动）
2
板料右行
M0.1
Q0.0
2
板料右行
3
压钳下行
M0.2
Q0.1
3
压钳下行
（2）确定转换条件
表7-2转移条件
转移
转移条件
进入步1
SM0.1
步1→步2
该例功能图如图7-19所示。梯形图如图7-2019所示。
•PLC的输入/输出地址分配如下：启动按钮I0.0；停止按钮I0.1；电机M1：Q0.0；电机M2：Q0.1；电机M3：Q0.2。
第5章 S7-200 PLC的编程方法(赖指南)
步的活动状态习惯的进展方向是从上到下或从左至右，在 这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是上述的方
向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。
2.转换
转换用有向连线上与有向连线垂直的短画线来表示，转换 将相邻两步分隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来 完成的，并与控制过程的发展相对应。
3.转换条件
这5步。图5-12的右边是描述该系统的顺序功能图，图中用矩形
方框表示步，方框中可以用数字表示各步的编号，也可以用代 表各步的存储器位的地址作为步的编号，例如 M0.0 等，这样在
根据顺序功能图设计梯形图时较为方便。
2.初始步
初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状态。系统 在开始进行自动控制之前，首先应进入规定的初始状态。与系 统的初始状态相对应的步称为初始步，初始步用双线方框来表 示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。
2.闪烁电路 灯闪采用由定时器组成的脉冲发生器实现。现在我们来分析 一下由T60及T61组成脉冲发生器的梯形图。
图5-9
闪烁电路及输入/输出波形图
5.1.4 动断触点输入信号的处理
如果要将图 5-2 中 FR 的动合触点换成动断触点。没有过
载时FR的动断触点闭合，I0.2为1状态，其动合触点闭合，
过变更软件设计，可完成不同的控制的任务。图5-3(b)为电动 机长动控制程序。 梯形图（b）称为启-保-停电路。这个名称主要来源于图中 的自保持触点 Q0.0 。并联在 I0.0 常开触点上的 Q0.0 常开触点
的作用是当钮 SB1 松开，输入继电器 I0.0 断开时，线圈 Q0.0 仍
然能保持接通状态。工程中把这个触点叫做“自保持触点”。 启-保-停电路是梯形图中最典型的单元，它包含了梯形图程序 的全部要素。它们是：
Z3040型摇臂钻床电气线路的改造.
③ ALD指令无操作数。
1.3.2 逻辑堆栈的操作
1.3.2.1 逻辑堆栈操作指令
S7-200系列PLC中有一个9层堆栈，用 于处理所有逻辑操作，称为逻辑堆栈。 特点：“先进后出”。
① ALD（And Load）指令 ：与块指令。 ALD指令把逻辑堆栈第一、第二级的 值作“与”操作，结果置于栈顶。 ALD执行后堆栈减少一级。
操作前
操作后
S0=iv0*iv1
iv0
S0
iv1
iv2
iv2
iv3
iv3
iv4
iv4
iv5
iv5
iv6
iv6
iv7
iv7
iv8
iv8
S0=iv0*iv1
进栈数据
② OLD（Or Load）指令：或块指令
iv0
iv0
OLD指令把逻辑堆栈第一、第二级的 值作“或”操作，结果置于栈顶。OLD执
iv1
iv0
位置开关SQ1 、SQ6用于升降限位保护。
3、工作状态指示 HL1、HL2用于主轴箱和立柱的夹紧、
放松工作状态指示
HL3用于主轴电动机运转工作状态指示。
1.3.2.3摇臂钻床电气控制主电路
主电动机M1：
KM1单向起停控制。
摇臂升降M2：
KM2、KM3，正反转控 制。
液压泵机M3：
KM4、KM5，正、反 转（夹/松）控制。
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
S7—200型PLC编制梯形图应注意的问题
S7—200型PLC编制梯形图应注意的问题作者：陈勇李春清来源：《硅谷》2014年第15期摘要 S7-200型PLC在工业控制中得到了广泛的应用，文章重点介绍编制梯形图时应注意的几个问题。
关键词 PLC；梯形图；继电器中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）15-0062-01S7-200型PLC是西门子公司生产的一种超小型可编程序控制器，由于具有紧凑的设计、良好的扩展以及强大的指令功能，使得该型号PLC可以近乎完美地满足任何小规模的控制要求。
梯形图是用得最多的PLC编程语言，与继电器控制的电路图很相似，具有直观易懂的优点，在编制时应特别注意以下几点。
1）对输入外部控制信号的常闭触点，在编制梯形图时要特别注意，否则可能导致编程错误。
现以一个常用的电动机启动和停止控制电路为例，进行分析说明。
电动机启动停止的继电器控制线路如图1（a）所示。
使用PLC控制对应的梯形图如图1（b）所示，PLC控制的输入输出接线如图1（c）所示。
从图1（c）中可见，常闭的SB2使得输入继电器I0.1线圈在PLC内部DC24V电源作用下已接通，其在图1（b）中常闭触点I0.1已断开，所以按下启动按钮SB1（I0.0）时，输出继电器Q0.0不动作，电动机不能启动。
解决这个问题的方法有两种：一是把图1（b）中的常闭触点I0.1改为常开触点如图1（d）所示；二是把图（c）中的输入停止按钮SB2改为常开触点，采用图1（b）的梯形图。
习惯上，尽量采用第二种方法，无论在电气原理图中的按钮是常开还是常闭，在PLC的输入端都接入常开触点。
（a）继电器控制（b）梯形图（c）PLC控制的输入输出线路（d）梯形图图1（a）不正确（b）正确图22）不能将触点画在线圈的右边，只能在触点的右边接线圈。
见图2。
3）在编制梯形图中，当有多个触点并联和串联时，应将并联触点多的放在左边，触点少的放在右边。
这样安排，可以减少指令的扫描时间，有利于程序的运行。
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可编程序控制器
课程设计报告
学校：哈尔滨理工大学荣成学院院系：电气信息系
专业班级：电机10-XX
学号：
姓名：
一．题目名称
用PLC改造Z3040X16型摇臂钻床的控制电路图。
具体的接触器-继电器控制系统详见《工厂电气控制设备》129页电路，试将其进行PLC改造。
二．任务要求
1.列出输入输出I/O分配表，画出PLC硬件接线图，列出PLC程序清单及注释。
2.用S7-200编写摇臂钻床PLC程序梯形图。
三．确定总体方案
1.分析控制对象
（1）Z3040X16型摇臂钻床的动作是通过机、电、液进行联合控制来实现的。
（2）控制电路设有总起动按钮和总停止按钮
（3）采用4台电动机拖动。
分别是主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机及冷却泵电动机。
（4）摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行，要求夹紧放松作用的液压泵电动机与摇臂升降电动机按一定顺序起动工作，由摇臂松开行程开关与夹紧行程开关发出控制信号进行控制。
（5）机床具有信号指示装置，对机床的每一主要动作作出显示，这样便于操作和维修。
（6）摇臂的夹紧放松与摇臂升降按自动控制进行，而立柱和主轴箱的夹紧放松可以单独操作，也可以同时进行。
2.Z3040×16型摇臂钻床的电气控制线路图如下图所示
（1）主轴电动机M1的要求：单方向旋转，过载保护。
（2）摇臂升降电动机M2的要求：摇臂移动的过程必须是先松开摇臂，在移动，到位后摇臂自动夹紧。
电动机能正反转。
（3）液压泵电动机M3的要求：电动机能正反转，有过载保护。
四．PLC元器件分配及I/O口分配表
分析Z3040X16型摇臂钻床，找出改用的PLC控制的输入、输出信号，共有14个输入信号，8个输出信号。
I/O分配表
输入信号输出信号
名称代号输入点编号名称代号输入点
编号
SB1I0.0中间继电器KA M0.0
总启动按钮
主轴启动按钮SB2I0.1主轴接触器KM1Q0.1
KM2Q0.2
摇臂上升按钮SB3I0.2摇臂上升接触
器
KM3Q0.3
摇臂下降按钮SB4I0.3摇臂下降接触
器
松开按钮SB5I0.4松开接触器KM4Q0.4
夹紧按钮SB6I0.5夹紧接触器KM5Q0.5
总停止按钮SB7I0.6电磁指示灯YA1Q0.6
主轴停止按钮SB8I0.7电磁指示灯YA2Q0.7
主轴停止按钮SQ1I1.0
摇臂上升限位SQ2I1.1
摇臂夹紧行程开关SQ3I1.2
摇臂下降下限位SQ4I1.3
YA1开关SA1I1.4
YA2开关SA2I1.5
五．PLC控制系统的硬件接线图
根据PLC的I/O口分配表，绘制PLC（I/O端子）的实际接线图，如下图所示
六．程序框图和梯形图
1.程序框图
2、梯形图
测试结果记录如下：
①QF1合闸时，电源指示灯HL1亮②按下SB2，KM1得电吸合,主轴点电动机旋转③按下SB8，KM断电，主轴电动机停转④按下SB3，KM5断开，KM4吸合，YA亮，再按下SQ2，KM4断开，KM2吸合，摇臂上升⑤按下SB4，KM5吸合，KM4吸合，YA亮，再按下SQ2，KM4断开，KM3吸合，摇臂下降⑥断开SB4/SB5一段时间后,KM5吸合⑦按下SB7,KM4吸合，YA 灭⑧按下SB7，整个电路停止工作
七．心得体会
八．参考资料
[1]田淑珍.S7-200PLC原理及应用，北京：机械工业出版社，2009.
[2]张晓娟.工厂电气控制设备，北京：电子工业出版社，2009.
[3]常晓玲.电气控制系统与可编程控制器，北京：机械工业出版社，2004。