基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计

基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计 毕业（论文、设计） 专业： 电气自动化技术 班级： 姓名： PLC 2010 一、论文（设计）方向： 根据企业生产实际，对机床设备进行改造。 二、主要参考资料： 《电力拖动控制线路与技能训练》《可编程控制技术》《流行PLC实用程序》《实用机床电气 控制线路故障维修》《PLC应用开发技术与工程实践》 三、课题的内容和任务 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ： 1、学习摇臂钻床的控制系统，熟悉其工作原理；2、选择PLC作为控制器的核心部件，完 成改造系统的硬件设计和PLC控制器的软件设计；3、写出设计说明书。 四、毕业论文（设计）进度安排： 起 讫 日 期 工 作 内 容 备 注 2010/3/5～2010/3/25 下达任务书，收集资料，熟悉控制要求 2010/3/26～2010/04/09 系统的硬件设计 2010/4/10～2010/04/24 系统的软件设计及调试 2010/04/25～2109/05/31 完成毕业设计论文 2010/6/1～2010/06/13 对设计及论文进行整改和定稿 2010/6/14～2010/06/20 准备毕业答辩 学生（签名）： 年 月 日 指导教师（签名）： 年 月 日 毕业设计（论文）工作指导小组意见： 组长（签名） 年 月 日 注：1.指导教师填写，任务下达人为指导教师，指导教师和接受任务的学生均应签字。 2.此任务书最迟必须在学生毕业设计（论文）开始前下达给学生。 浙江台州职业技术学院 2010电气自动化技术 本论文是研究机械加工中常用的Z3050摇臂钻床传统电气控制系统实行PLC改造问题，具体描述了改造后系统组成，控制原理及程序设计等内容。 可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，是一种具有实用性强、稳 定性高、编程方便等优点的现代化控制器。本文论述的Z3050摇臂钻床控制系统PLC改造实训系统采用三菱FX1N继电器型PLC，该系统解决了传统继电器——接触器电气控制系统 接线复杂、凌乱的现状，增加了工作的可靠性和安全性；能轻松、准确的完成各种工件的 加工工作，是较为理想的控制系统。 摇臂钻床控制系统PLC改造实训系统由学生自行完成 系统各部件的组装，接线，软件编程，系统调整等。 PLC Z3050摇臂钻床 控制系统 ................................................................................................................................... 1 ......................................................................................... 1 ....................................................... 2 .................................................................................................... 4 .................................................................................. 4 ..................................................................................... 4 ..................................................................................................... 5 ........................................................................................................................ 6 .................................................................................................................... 7 2.5.1 主电路分析 ........................................................................................................... 7 2.5.2 控制电路分析 ....................................................................................................... 7 2.5.3 立柱和主轴箱的夹紧与放松控制 ......................................................................... 8 ...................................................................................................... 10 ............................................................................................... 10 ........................................................................................... 10 ....................................................................................................................... 13 ............................................................................................ 13 ....................................................................................... 14 ........................................................................................... 14 .............................................................................................................. 15 .................................................................................................... 16 .................................................................................................... 17 .............................................................................................................. 18 .............................................................................................................. 18 .............................................................................................................. 19 ...................................................................................................................... 22 ................................................................................................................................... 25 ....................................................................................................................................... 26 ............................................................................................................................... 27 台州职业技术学院毕业设计（论文） 1 Z3050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 [1]动。 目前，我国的Z3050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，为方便工厂管理又可以与上位 机通信，通过远程模块可以控制远程设备。因此，PLC几乎是全能的工业控制计算机。 1 台州职业技术学院毕业设计（论文） 编程方便，易于使用。PLC的编程可采用与继电器极为相似的梯形图语言，直观易懂，深 受现场电气人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言（Sequential Function Chart），使编程更加简单方便。 运行速度快。传统的机电接触电气控制系统通过大量触点的机械动作进行控制，速度 很慢，而且系统愈大速度愈慢。PLC的控制速度则由CPU工作速度和扫描速度决定。因此更适合处理高速复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别越来越小。 同时，PLC还具备了网络功能，能进行多台PLC或PLC与PC机之间的联网通讯，使用PLC可以很方便的构成“集中管理、分散控制”的分布式电气控制系统，通过现场总线的PLC通讯网络，可使工厂的各种资源共享，就更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化提供 了技术保证。 正是由于PLC电气控制系统的种种优点,因此本次对Z3050摇臂钻床的电气控制系统的改造,可以大大提高Z3050摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性,为工业生产的现代化带来生机．同时，提高了PLC编程水平和实践能力,为今后在实际工作中熟练使用PLC进行工业系统的设计打好基础。 早在上世纪六十年代国外就已经出现了可编程序控制器（PLC）的应用，之后世界各国争相在该领域投入大量资金进行新产品的开发，在1995年西门子又成功地开发出了S7200、S7300系列，它具有 TD 200和 COROS OPS操作模板为用户提供了方便人机界面， 用户程序三级口令保护，极强的计算性能，完善的指令集，MPI接口和通过工业现场总线PROFD3US以及以太网联网的网络能力，强劲的内部集成功能，全面的故障诊断功能；模 块式结构可用于各处性能的扩展，脉冲输出晶闸管步进电机和直流电机；快速的指令处理 大大缩短了循环周期，并采用了高速计数器，高速中断处理可以分别响应过程事件，大幅 度降低了成本。由于电气控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司己将自诊断技 术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热 备用或并行工作、多数 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 决的工作方式。由于PLC的众多优点，使其迅速在工业控制中得 到推广。虽然国内PLC技术的应用前景很大，并且取得了一定的经济效益，而相比之下， 由于受经济和技术水平的限制，大多数企业在生产上使用的Z3050摇臂钻床的电气控制系统，还是采用采用继电器—接触器控制方式，而这种控制方式存在着明显的缺陷和隐患。 极易发生故障。而且，由于线路复杂，要想找到问题所在也相当的困难。和国外大量采用 2 台州职业技术学院毕业设计（论文） PLC技术替代继电器—接触器系统相比，我们还存在很大差距。 随着PLC技术在我国的迅猛发展，我们和国外先进技术的差距会不断缩小。因此，抓 住这个有利时机进一步促进PLC技术的推广与应用，是提高我国工业自动化水平的迫切任 务，此次对于Z3050摇臂钻床电气控制系统改造设计，就是希望借鉴国外先进的工业控制 技术，应用到工业现场，以提高摇臂钻床的工作性能。 3 台州职业技术学院毕业设计（论文） 2 摇臂钻床及原理图说明 改造前的摇臂钻床的一次电路如图2-1所示。该电路用空气开关作为总电源开关，熔 断器作为短路保护，热继电器作为电动机过载保护，交流接触器作为电动机启、停控制设 备。 缺点：易造成单相熔丝烧断引起缺相，甚至烧电动机的现象发生； 优点：线路简单，投资少。 L3L2L1 Q FU1FU2 KM3KM5KM4KM2KM1SA FR1FR2 M4M1M2M33～3～3～3～ PE 图2-1 Z3050摇臂钻床改造前主电路图 改造后的摇臂钻床一次电路如图2-2所示。该电路用空气开关作为总电源开关，电动 机型断路器作为各电动机作为短路和过载保护，热继电器作为电动机过载保护（二级保 护），交流接触器作为电动机启、停控制设备。 缺点：投资成本高； 优点：电动机运行安全（保护）可靠，故障率低。 4 台州职业技术学院毕业设计（论文） L3L2L1 Q Q4Q1Q2Q3 KM3KM5KM4KM2KM6KM1 FR2FR1 M1M2M3M43～3～3～3～ PE 图2-2 Z3050摇臂钻床改造后主电路图 改造前的二次电路如图2-3所示。该电路控制电压和照明用电为36伏，指示灯回路为12伏，由控制变压器供给。 5 台州职业技术学院毕业设计（论文） FU2T SB1SB4SB3KT336VQ5SQ3FU1SB5SB6SQ112VSQ1SQ4SQ4KT2KM1SQ2L2L3SQ22SASB2KM1SB5SB6KT1KT3HL3SB4SB31SAKT2SA1HL2KT1KM3KT2KM2KM4KM5KT1ELHL1KM1KM2KM3KM5KT1KM4 KT2KT3YA1YA2KM6 FR1FR2 PE升降立轴松主轴箱紧松冷却主轴箱主轴箱主轴电主轴电摇臂升开夹紧主轴箱松开夹泵回和立轴和立轴机工作机回路降电机回路和立轴紧回路路夹紧指松开指指 示回路松开夹示示紧回路 图2-3 Z3050摇臂钻床改造前控制电路图 系统电源如图2-4所示。 变压器 TQ5到PLC的FU210136VCOM0、COM1L1COM2、COM3 12VFU1 COMN 1SA 102，12VEL到PLC的COM4 0001 COM到PLC电源 图2-4 Z3050摇臂钻床PLC电源图 6 台州职业技术学院毕业设计（论文） 2.5.1 Z3050摇臂钻床共有四台电动机，冷却泵电动机为开关直接启动，其余三台电动机采 用接触器控制。M1是主轴电动机由接触器KM1控制，只要求能单方向旋转。电动机型空 开Q1能起到过载、短路、启动电流过大保护，而热继电器FR1也是起过载保护的作用，这样就形成了一个双重保护的作用。 M2是摇臂升降电动机，装设于主轴顶部，用KM2和KM3来控制正反转。使用电动机型空开Q2进行保护。 M3是液压泵电动机，要求能够实现正反转，用KM4和KM5来控制正反转。电路中用电动机型空开Q3和热继电器FR2进行双重保护。 M4是冷却泵电动机，功率小，直接用开关控制启动与停止。 2.5.2 （1）主轴电动机M1的控制 按下启动按钮SB2，则接触器KM1吸合并自锁，使主轴电动机M1启动并连续运行，同时HL3亮。按停止按钮SB1，则接触器KM1释放，使主轴电动机M1停止旋转，同时HL3 熄灭。 （2）摇臂升降控制 摇臂上升 按上升按钮SB3，，时间继电器KT1同电吸合，它的瞬时闭合的动合触头闭合，接触器KM4得电，液压泵电动机M3启动并正向旋转，供给压力油。最后通过液压 系统使摇臂松开。同时，活动杆通过通过弹簧片位置开关SQ2，使其动断触点断开，动合触点闭合。前者切断了接触器KM4的线圈电路，KM4的主触头断开，液压泵电动机停止工作。后者使交流接触器KM2的线圈通电，主触头接通M2的电源，摇臂升降电动机启动正向旋转，带动摇臂上升。如果此时摇臂尚未松开，则位置开关SQ2动合触点不闭合，接触器KM2就不能吸合，摇臂就不能上升。 当摇臂上升到所需位置时，松开按钮SB3，则接触器KM2和时间继电器KT1同时断电 释放，M2停止工作，随之摇臂停止上升。 由于时间继电器KT1是断电释放，经3秒时间后，其延时闭合的动断触点闭合，使接 触器KM5吸合，液压泵电动机反向旋转，随之泵内压力油经分配阀进入摇臂的“夹紧油腔”， 摇臂夹紧。在摇臂夹紧的同时，活塞杆通过弹簧片使位置开关SQ3的动断触点断开，KM5 7 台州职业技术学院毕业设计（论文） 断电释放，最终停止M3的工作，完成了摇臂松开?上升?夹紧的整套动作。 摇臂下降 按下按钮SB4，时间继电器KT1通电吸合，它的瞬时闭合的动合触头闭 合，接触器KM4线圈得电，液压泵电动机M3启动并正向旋转供给压力油。最后通过液压 系统使摇臂松开。同时，活动杆通过通过弹簧片位置开关SQ2，使其动断触点断开，动合触点闭合。前者切断了接触器KM4的线圈电路，KM4的主触头断开，液压泵电动机停止工 作。后者使交流接触器KM3的线圈通电，主触头接通M2的电源，摇臂升降电动机启动反 向旋转，带动摇臂下降。如果此时摇臂尚未松开，则位置开关SQ2动合触点不闭合，接触器KM3就不能吸合，摇臂就不能下降。 当摇臂下降到所需位置时，松开按钮SB4，则接触器KM3和时间继电器KT1同时断电释放，M2停止工作，随之摇臂停止下降。 由于时间继电器KT1是断电释放，经3秒时间后，其延时闭合的动断触点闭合，使接 触器KM5吸合，液压泵电动机反向旋转，随之摇臂夹紧，。在摇臂夹紧的同时使位置开关 SQ3的动断触点断开，KM5断电释放，最终停止M3工作，完成了摇臂的松开?下降?夹紧 的整套动作。 限位开关SQ1a和SQ1b用做摇臂升降超程保护。上升到极限位置时，压断SQ1a，接触器KM2断电释放，M2停止工作，摇臂上升停止；同理可分析出下降到极限位置是，压 断SQ1b，接触器KM3断电释放，M3停止工作，摇臂下降停止。 摇臂的自动夹紧由位置开关SQ3控制。如果液压夹紧系统出现故障，不能自动将摇臂 夹紧，或由于SQ3位置调整不当，在摇臂夹紧后不能后不能SQ3的动断触点断开，都会使液压泵电机因长时间过载运行而损坏。因此，电路中设有热继电器FR2和电动机型空开Q3，其整定值应根据液压电动机M3的额定电流进行调整。 2.5.3 立柱和主轴箱的放松（或夹紧）既可以同时进行，也可以单独进行，由转换开关SA1和复合按钮SB5（或SB6）进行控制。SA有三个位置。扳到中间位置时，立柱和主轴箱的 松开（或夹紧）同时进行；扳到左边位置时，立柱夹紧（或放松）；扳到右边位置时，主 轴箱夹紧（或放松）。复合开关SB5是松开控制按钮，SB6是夹紧控制按钮。 （1）立柱和主轴箱同时夹紧（或放松） 将转换开关SA1扳到中间位置，然后按松开按钮SB5，时间继电器KT2、KT3同时得电。KT2的延时断开的动合触点闭合，电磁铁YA1、YA2得电吸合。而KT3的延时闭合的 8 台州职业技术学院毕业设计（论文） 动合触点经3秒后才闭合。随后KM4闭合，液压泵电动机M3正转，供出的压力油进入立 柱和主轴箱的松开油腔，使立柱和主轴箱同时松开。 按夹紧按钮SB6，时间继电器KT2、KT3同时得电。KT2的延时断开的动合触点闭合， 电磁铁YA1、YA2得电吸合。而KT3的延时闭合的动合触点经3秒后才闭合。随后KM5闭合，液压泵电动机M3反转，供出的压力油进入立柱和主轴箱的夹紧油腔，使立柱和主轴 箱同时夹紧。 （2）立柱和主轴箱的单独夹紧（或松开） 如果希望可以单独控制主轴箱，可将转换开关SA1扳到右侧位置，按下松开（或夹紧） 按钮，此时时间继电器KT2、KT3线圈同时得电，电磁铁YA2单独通电吸合，既可实现主 轴箱的单独松开（或夹紧）。松开复合开关SB5（或夹紧按钮SB6），时间继电器KT2、KT3的线圈断电释放，KT3的通电延时闭合的动合触点瞬时断开，接触器KM4（或KM5）的线圈断电释放，液压泵电动机停转。经过3秒的延时后，电磁铁YA2的线圈断电释放，主轴箱松开（或夹紧）的操作结束。 如果希望可以单独控制立柱，可将转换开关SA1扳到左侧位置，按下松开（或夹紧） 按钮，此时时间继电器KT2、KT3线圈同时得电，电磁铁YA1单独通电吸合，既可实现主 轴箱的单独松开（或夹紧）。松开复合开关SB5（或夹紧按钮SB6），时间继电器KT2、KT3的线圈断电释放，KT3的通电延时闭合的动合触点瞬时断开，接触器KM4（或KM5）的线圈断电释放，液压泵电动机停转。经过3秒的延时后，电磁铁YA1的线圈断电释放，立柱松开（或夹紧）的操作结束。 由于立柱和主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作，所以均采用点动方式。 9 台州职业技术学院毕业设计（论文） 3 元器件的选型及说明 改造前元器件的选型见表3-1。 序号 代号 名称 规格/型号 单位 数量 备注 1 M1 电动机 Y112M-4/4KW 台 1 主轴电机B5型 2 M2 电动机 Y90L-4/1.5KW 台 1 摇臂升降电机B5型 3 M3 电动机 Y801-4/0.55KW 台 1 液压泵电机B5型 4 M4 电动机 Y2-7124/0.37KW 台 1 冷却泵电机B5型 5 KM1 交流接触器 CJ10-10/10A 只 1 控制电压127V 6 KM2 交流接触器 CJ10-10/10A 只 1 控制电压127V 7 KM3 交流接触器 CJ10-10/10A 只 1 控制电压127V 8 KM4 交流接触器 CJ10-10/10A 只 1 控制电压127V 9 KM5 交流接触器 CJ10-10/10A 只 1 控制电压127V 10 Q 空 开 DZ47-3P/20A 只 1 11 FU1 熔断器 RL1-60/20A 只 3 12 FU2 熔断器 RL1-15/6A 只 3 13 FR1 热继电器 JR36-20/11A 只 1 整定值8A 14 FR2 热继电器 JR36-20/1.6A 只 1 整定值1.1A 15 SA 组合开关 HZ10D-10A/3 只 1 改造后主电路元器件品牌选择较好，目的是确保钻床运行的可靠性；容量的选型原则 是：总空开选设备容量最大1台电动机额定电流的1.5～2.5倍，现选2倍；电动机空开选电动机额定电流的1.0～1.5倍，现选1.3倍左右（需根据空开设计等级选型）；接触器 选电动机额定电流的1.5～2倍，现选1.5倍左右（需根据接触器设计等级选型）；热继电 器选电动机额定电流的1.0～1.5倍，现选1.0倍左右（需根据热继电器设计等级选型）。 改造后元器件清单见表3-2。 10 台州职业技术学院毕业设计（论文） 序号 代号 名称 规格/型号 单位 数量 备注 1 M1 电动机 Y112M-4/4KW 台 1 B5安装形式 2 M2 电动机 Y90L-4/1.5KW 台 1 B5安装形式 3 M3 电动机 Y801-4/0.55KW 台 1 B5安装形式 4 M4 电动机 Y2-7124/0.37KW 台 1 B5安装形式 5 KM1 交流接触器 LC1-D1210CC5N 只 1 控制电压36V 6 KM2 交流接触器 LC1-D0910CC5N 只 1 控制电压36V 7 KM3 交流接触器 LC1-D0910CC5N 只 1 控制电压36V 8 KM4 交流接触器 LC1-D0910CC5N 只 1 控制电压36V 9 KM5 交流接触器 LC1-D0910CC5N 只 1 控制电压36V 10 KM6 交流接触器 LC1-D0910CC5N 只 1 控制电压36V 11 Q 空 开 NS100N/16A 只 1 配电开关型 12 Q1 空 开 GV2M10C/10A 只 1 电动机保护型 13 Q2 空 开 GV2M04C/4A 只 1 电动机保护型 14 Q3 空 开 GV2M02C/2A 只 1 电动机保护型 15 Q4 空 开 GV2M01C/1A 只 1 电动机保护型 16 FR1 热继电器 LR2-D1312C/8A 只 1 整定值8A 17 FR2 热继电器 LR2-D1305C/1.6A 只 1 整定值1.0A 控制电路元器件的选型原则是：为确保钻床运行可靠，需选质量可靠的产品。Z3050 摇臂钻床改造后控制回路材料见表3-3。 11 台州职业技术学院毕业设计（论文） 序号 代号 名称 规格/型号 单位 数量 备注 1 T 控制变压器 BK300-36V/12V 只 1 300VA 2 HL1～HL3 指示灯 XB6EAV3～4JC 只 3 HL1红色，另外绿色 3 EL 钻床照明灯 36V 60W 只 1 4 1SA～2SA 旋钮开关 XB2BD21C 只 2 2位 5 SA1 选择开关 XB2BD33C 只 1 3位，左右位NO 6 SQ1 限位开关 X2-N 只 1 摇臂上升极限保护开关 7 SQ2 限位开关 X2-N 只 1 摇臂下降极限保护开关 8 SQ3 限位开关 LX-028 只 1 摇臂松开、夹紧限位开关 9 SQ4 限位开关 LX-028 只 1 主轴箱与立轴松、紧指示 10 SB1～SB6 按钮开关 LAY8-11 只 6 红、绿各3只 11 KM1 交流接触器 LC1-D1210CC5N 只 1 控制电压36V 12 KM2～KM6 交流接触器 LC1-D0910CC5N 只 5 控制电压36V 13 FR1 热继电器 LR2-D1312C 只 1 5.5～8A 整定8A 14 FR2 热继电器 LR2-D1305C 只 1 0.8～1.6A 整定1.0A 15 YA1～YA2 电磁阀 只 1 36V 16 FU1～FU2 熔断器 RT18-6/2 只 1 2A 17 Q5 空 开 DZ47-63/1 C10 只 1 注：表中电器第2、4、511、12、13、14、15项是施耐德生产，其余均为德力西集团 生产。 12 台州职业技术学院毕业设计（论文） 4 PLC的选型 PLC的工作原理与计算机的工作原理是基本一致的。它通过执行用户程序来实现控制 任务。但是，在时间上，PLC执行的任务是串行的，与继电器逻辑控制系统中控制任务的 执行有所不同。 从PLC的工作过程可以看到，整个工作过程是以循环扫描的方式进行的。循环扫描方 式是指在程序执行过程的周期中，程序对各个过程输入信号进行采样，对采样的信号进行 运算和处理，并把运算结果输出到生产过程的执行机构中。在这个执行周期中，一些输入 变量可能有变化，而有些输入变量可能没有发生变化，相应地有些输出变量有变化，有些 输出变量没有变化。在PLC中，采用循环扫描的方式，不断地对输入和输出变量进行采样 和输出，使得变量满足程序条件时，及时有相应的输出使执行机构动作。这里，与计算机 程序执行过程的区别是，在计算机的工作过程中，如果变量的条件没有满足，程序将等待， 直到该条件满足。而在PLC中，程序执行时，如果这一个扫描周期变量的条件未满足，程 序将继续执行下去，直到下面的某一个扫描周期中，变量的条件满足时，满足条件的运行 结果就被执行。采用循环扫描的方式，由于扫描周期的时间很短，只要变量满足条件的时 间大于扫描周期，该变量满足条件就能被PLC的程序执行。 PLC中断处理的原理与计算机中断处理的原理也是基本一致的，上面已经进行了讨 论。可以看到，中断的处理过程是在每个任务结束后进行的，在每个任务执行的过程中， PLC对中断是不响应的，这是与计算机的中断响应有所区别的第一点；在用户程序的任务 执行过程中，PLC也需要程序块执行完成后才能执行中断子程序，这是与计算机中立即执 行中断子程序的方式有所区别的第二点；中断的优先级处理和输出的区别是与计算机中断 处理不同的第三点。产生区别的主要原因是由于PLC采用循环扫描工作方式，在系统软件 的编制过程中，对中断处理采用了与计算机不同的处理方法。因此，在应用时要注意它与 计算机的不同点，并在编程时加以注意。 PLC的输入/输出处理也因PLC采用循环扫描的工作方式而与计算机的处理方式有所区别。即只有在程序扫描到该变量时，才进行采样，而该变量可能在扫描前的某一时刻已 经发生了变化。为了及时得到变量的变化信息，可以缩短扫描周期，也可以采用智能输入 /输出模块，它有独立的微处理器和存储器，与中央处理单元分别进行处理。 13 台州职业技术学院毕业设计（论文） 由于该摇臂钻床改造系统所需的I/O点数29个。所以本系统选择的PLC机型为三菱 FX1N－40MR，继电器型。 选择三菱品牌的PLC有以下几种原因： （1） 三菱PLC的性能价格比高。 （2） 在学校学习的PLC就是三菱的产品。 （3） 选择继电器型输出方式的PLC是因为本人所设计的电路图所需要控制的电器 是交流接触器，所以就必须选择继电器型PLC。 （1）优点：PLC控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小使用 寿命长等优点。而且使用PLC控制后可以省去大量的外部接线问题，如果更换控制方式而 元器件不变，则只需要改变PLC的程序设计既可不需要将控制电路重新设计并接线。 （2）缺点：相比较与原始的电拖控制来说成本要高上很多，而且出现故障不容易维 修。 14 台州职业技术学院毕业设计（论文） 5 系统的硬件设计 Z3050摇臂钻床电气控制系统的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 由两部分组成，一部分为电气控制系统的硬 件设计，也就是PLC的机型的确定；另一部分是电气控制系统的软件设计，就是PLC控制 程序的编写。为了使改造后的摇臂钻床仍能够保持原有功能不变，此次改造的一个重要原 则之一就是，不对原有机床的控制结构做过大的调整，只是将原继电器控制中的硬件接线 改为用软件编程来替代。 由于Z3050摇臂钻床控制对象对PLC输出点的动作表达速度要求不高，继电器型输出 模块的动作速度完全能够满足要求，且每一点的输出容量较大，在同一时间内对导通的输 出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所以本课题选用继电器输出模块， 结合Z3050摇臂钻床电气控制系统的实际情况，需要输入点数大于18个，输出点数大于12个，在条件许可的情况下尽可能留有10%-20%的裕量。 15 台州职业技术学院毕业设计（论文） 根据系统的改造原则，系统I/0分配见表5-1。 5-1 I/0 输入点号 输出点号 1 X0 SB1主轴电机启动 1 Y0 KM1（主轴电机） 2 X1 SB2主轴电机停止 2 Y1 KM2（摇臂上升） 3 X2 SB3摇臂上升 3 Y2 KM3（摇臂下降） 4 X3 SB4摇臂下降 4 Y3 KM4（松开） 5 X4 SB5立柱主或轴箱松开 5 Y4 KM5（夹紧） 6 X5 SB6立柱主或轴箱夹紧 6 Y5 KM6（冷却泵电机） 7 X6 SQ1摇臂上升超程保护 7 Y6 YA1（立柱电磁阀） 8 X7 SQ2摇臂下降超程保护 8 Y7 YA2（主轴箱电磁阀） 9 X10 SQ3-1摇臂夹紧限位开关（常开） 9 Y10 HL3（主轴电机运行指示） 10 X11 SQ3-2摇臂松开限位开关（常闭） 10 Y11 HL2（主轴箱夹紧指示） 11 X12 SQ4-1主轴箱夹紧限位（常开） 11 Y12 HL1（主轴箱松开指示） 12 X13 SQ4-2主轴箱放松限位（常闭） 13 X14 SA1-1左（立柱夹紧放松、常开） 14 X15 SA1-2右（主轴箱夹紧放松、常开） 15 X16 SB7急 停 16 X17 2SA冷却泵启/停 17 X20 FR1主轴电机过载热保护 18 X21 FR2液压泵电机过载热保护 16 台州职业技术学院毕业设计（论文） SA1-2 SA1-1 系统PLC外部接线图见图5-1。 SQ4-2 SQ4-10100SQ3-2AC 220VSB1SB2SB3SB5SB42SASB7SB6SQ1FR2SQ2FR1SQ3-1 X27X25X15X13X17X21COMX5X11X7X3X1X23 X26X24X2LX4X0NX6X12X10X22X14X16X20 IN 24VDC 5~12mASOURCE 85~264VAC 50/60HZ MITSUBISHI FX1N-40MR OUT 24VDC（RES）/250VAC（CEN）COMY4Y6Y12Y1Y2Y14Y16Y10Y024+COM1COM0COM2Y7COM5COM4Y11Y17COM3Y15Y3Y13Y5 KM1YA1KM6HL2HL1KM4KM5KM2YA2HL3KM3 102101 PE冷却夹紧上升松开下降信 号 灯电磁阀泵电主轴电机液压泵电机摇臂电机机 图5-1 PLC外部接线图 17 台州职业技术学院毕业设计（论文） 6 系统的软件设计 18 台州职业技术学院毕业设计（论文） 这段指令是单独启停冷却泵的。 这段是一段指示灯程序，当主轴电机Y0工作是Y10主轴工作指示灯就会亮起。而Y11是夹紧指示灯设备夹紧后Y11得电。Y12则是设备松开指示，当设备松开的时候Y12得电。 19 台州职业技术学院毕业设计（论文） 这是主轴电机的控制指令。X0是主轴电机的启动按钮，主轴电机的启动有两个条件： ?X10的摇臂夹紧限位必须闭合。?X12的主轴箱夹紧限位必须闭合。这两个闭合了就说 明工件已经固定好了，可以启动主轴电机进行加工了。X1是主轴电机的停止按钮X20是 主轴电机的过载保护，X16则是一个急停按钮。主轴电机带有启动自锁功能，可以连续的 工作。 这段是控制摇臂的上升和下降的指令，而摇臂上升或者下降都必须在在摇臂松开限位 X11闭合的情况下才可以完成。X2和X3分别是上升和下降的按钮，为了提高安全性，此 指令采用了按钮互锁和接触器互锁两种互锁方式。当在控制主轴箱或立柱的时候摇臂的控 制将不起作用。 这个是摇臂上升或者下降到指定位置时松开上升或者下降按钮，过3秒钟后摇臂进行夹紧控制，夹紧后摇臂的整个控制过程结束。 这两段是液压泵控制松开或夹紧的指令，Y3是松开Y4是夹紧。 摇臂松开夹紧的控制：按下上升或下降X2或X3时Y3得电执行松开指令，当摇臂松开后 20 台州职业技术学院毕业设计（论文） X11断开Y3失电，当松开X2或X3的时候就由T0或T1来实现摇臂的夹紧控制。 这个是立柱和主轴箱的第三种控制方式的选择。当选择立柱和主轴箱一起控制的时候 X14和X15接通M2得电。 这是立柱和主轴箱松开和夹紧控制指令。 X14是单独控制立柱的选择，X15是单独控制主轴箱的选择，而M2则是立柱和主轴箱一起控制的选择。 当选择了控制方式后按下松开或夹紧按钮X4或X5是对应立柱（Y6）或主轴箱（Y7）将会得电吸合，计时器T2、T3、T4、T5、T6、T7将会相应的接通松开控制（Y3）或夹紧控制（Y4），就会进行对主轴箱或立柱的松开或夹紧控制。 当松开或夹紧到一定程度后松开X4或X5将会接通计时器T8或T9过3秒之后复位Y6或Y7。 当在进行摇臂的控制是主轴箱或立柱的控制将不起作用。 21 台州职业技术学院毕业设计（论文） 这条指令是对主轴箱或者立柱控制的紧急停止。 0 LD X017 27 LDI X011 1 OUT Y005 28 MPS 2 LD X000 29 AND X002 3 OR Y000 30 ANI X003 4 ANI X001 31 ANI Y001 5 AND X010 32 ANI X006 6 AND X012 33 OUT Y001 7 ANI X020 34 MPP 8 ANI X016 35 AND X003 9 OUT Y000 36 ANI X002 10 LD Y000 37 ANI Y002 11 OUT Y010 38 ANI X007 12 LD X012 39 OUT Y002 13 OUT Y011 40 LDF X002 14 LD X013 41 OR M0 15 OUT Y012 42 MPS 16 LD X002 43 ANI X010 17 OR X003 44 ANI X016 18 AND X011 45 ANI Y006 19 ANI Y006 46 ANI Y007 20 ANI Y007 47 OUT M0 21 OR T2 48 MPP 22 OR T4 49 OUT T0 K30 23 OR T6 50 LDF X003 24 ANI X021 51 OR M1 25 ANI Y004 52 MPS 26 OUT Y003 53 ANI X010 22 台州职业技术学院毕业设计（论文） 54 ANI X016 83 SET Y006 55 ANI Y006 84 MRD 56 ANI Y007 85 ANI X005 57 OUT M1 86 ANI M2 58 MPP 87 ANI Y003 59 OUT T1 K30 88 ANI M0 60 LD T0 89 ANI M1 61 OR T1 90 OUT T2 K30 62 ANI X010 91 MPP 63 OR T3 92 ANI X004 64 OR T5 93 ANI M2 65 OR T7 94 ANI Y003 66 ANI X021 95 ANI M0 67 ANI Y003 96 ANI M1 68 ANI X004 97 OUT T3 K30 69 ANI X005 98 LD X014 70 OUT Y004 99 OR M2 71 LDI X014 100 LDF X004 72 ANI X015 101 ORF X005 73 OUT M2 102 OR M3 74 LD X014 103 ANB 75 OR M2 104 MPS 76 LD X004 105 ANI T8 77 OR X005 106 ANI Y003 78 ANB 107 ANI M0 79 MPS 108 ANI M1 80 ANI Y003 109 OUT M3 81 ANI M0 110 MPP 82 ANI M1 111 OUT T8 K30 23 台州职业技术学院毕业设计（论文） 112 AND T8 140 LDF X004 113 RST Y006 141 ORF X005 114 LD X015 142 OR M4 115 OR M2 143 ANB 116 LD X004 144 MPS 117 OR X005 145 ANI T9 118 ANB 146 ANI Y003 119 MPS 147 ANI M0 120 ANI Y003 148 ANI M1 121 ANI M0 149 OUT M4 122 ANI M1 150 MPP 123 SET Y007 151 OUT T9 K30 124 MRD 152 AND T9 125 ANI X005 153 RST Y7 126 ANI M2 154 LD M2 127 ANI Y003 155 LD X004 128 ANI M0 156 OR X005 129 ANI M1 157 ANB 130 OUT T4 K30 158 MPS 131 MPP 159 ANI X005 132 ANI X004 160 OUT T6 K30 133 ANI M2 161 MPP 134 ANI Y003 162 ANI X004 135 ANI M0 163 OUT T7 K30 136 ANI M1 164 LD X016 137 OUT T5 K30 165 ZRST Y006 Y007 138 LD X015 166 END 139 OR M2 24 台州职业技术学院毕业设计（论文） 结束语 本课题所研究的基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的设计实现了Z3050摇臂钻床的控制自动化，方便了工人在生产中对机床的实际操作。 通过本系统的设计，使我所学到的专业知识得到了充分的综合应用的同时，我的学习 能力、独立思考能力、组织能力等综合能力及创新精神和团队合作精神得到了全面的锻炼 和提高。不足之处是主电动机、升降电动机、液压泵电动机的调速只能通过机械调速或多 速电机来进行，属于有级调速，其加工范围将受到某些限制，系统仅限于逻辑开关量的控 制，对于PLC的许多高级指令没有应用到。以上问题有待今后进一步研究解决。 25 台州职业技术学院毕业设计（论文） 致谢 该论文是在我的导师黄清锋老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态 度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。黄清锋老师不仅在 学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向黄清锋 老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学 们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完 成。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，回忆我在金华高级技工学校学习的5年里。 无论是在理论学习阶段，还是在论文的选题、资料查询、开题、研究同时无不受到各位老 师的关心与支持, 正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身 上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感谢我的母校金华高级技工学校，是她提 供了良好的学习环境和生活环境，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在 这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们! 最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心的感谢！ 26 台州职业技术学院毕业设计（论文） 参考文献 [1]齐占庆主编．机床电气控制技术．第三版．北京：机械工业出版社，2005 [2]张桂岭.浅谈现代PLC的优势特点.自动化博览，2003（4），66-67 [3]李国厚主编．PLC原理与应用．北京：清华大学出版社，2005 [4]齐占庆主编．机床电气自动控制．北京：机械工业出版社，1987 [5]黄永红.PLC输入输出点数的扩展方法.电工技术杂志，2002（3），47-49 [6]扬湘洪.T68镗床的PLC控制，机械制造与自动化，2004（2），52-55 [7]肖增文等著.PLC在包装带热合机上的应用. 电气自动化,2002（6），57-58 [8]王永明.PLC在高压发生器电气控制系统的应用. 电气自动化，2004（2），55-56 [9]周百聪.基于PLC的X62W型万能铣床电控系统的改造.机电产品开发与创新， 2005(6),150-151 [10]邱公伟.可编程序控制器网络通信及应用.北京:清华大学出版社，2003， 1-5 [11]李启光.用PLC改造继电器电气线路中的技术研究.北京机械工业学院，2004（2），66－67 [12]李亚东.用PLC实现位置控制的方法.上海交通大学学报，2002（4），491-493 [13]王培良.发电机自动检测的PLC电气控制系统.电气自动化，2004（1），60-61 [14]李桂芹.提高PLC电气控制系统可靠性的措施. 电气自动化，2006（1），57-58 [15]梁首发.PLC与工控机应用分析.工业仪表与自动化装置，2001（1）40-45 [16]江梅.PLC在镗铣床控制系统中的应用.冶金动力，2001（3）62-64 27