1、 基于Z35型搖臂鉆床的PLC程序設計學院：電氣與光電工程學院專業：電氣工程及其自動化班級：學號：電器與PLC課程設計任務書電氣與光電工程學院專業：電氣工程及其自動化班級：學生指導老師職稱講師課題名稱基于Z35型搖臂鉆床的PLC程序設計指標及要求達到設計課題的控制要求，上機調試PLC控制程序，打印PLC 程序，計算機繪圖。課題工作容工作容：1、了解機床的加工工藝及工作原理。2、設計方案論證，系統建立，電氣原理控制設計。3、元器件選擇，梯形圖設計（控制分析）。4、完成設計圖紙，完成設計任務書。5、設計測評。進程安排第一天：下達任務，收集資料，消化課題。第二天：電氣原理控制設計，元器件選擇。第三天

2、：I/O表，PLC接線圖。第四天：梯形圖設計，上機調試。第五天：完成報告。主要參考文獻可編程控制原理與應用理工大學次猛可編程控制應用技術實訓指導化學工業俊秀電氣控制與PLC應用機械工業余雷生方宗達電氣控制與可編程控制器技術化學工業史國生地點起止日期14 / 17目錄1、引言12、系統硬件設計32.1 系統硬件配置及組成原理32.1.1 Z35搖臂鉆床電氣控制原理圖32.1.2 Z35型搖臂鉆床使用開關元件介紹32.1.3主電路工作原理52.2 PLC的選型62.2.1 Z35型搖臂鉆床輸入輸出點數統計62.2.1.1輸入點數62.2.1.2輸出點數62.2.2 PLC選擇62.2.2.1 PL

3、C系統變量定義及I/O分配表72.2.2.2系統I/O接線圖設計73、系統程序設計83.1 控制程序流程圖設計83.2 控制程序時序圖設計103.3 控制程序設計思路113.3.1梯形圖113.3.2語句表124、系統調試及結果分析144.1 系統調試及解決的問題144.2 結果分析145、課程設計的心得156、參考文獻167、實物圖171、引言可編程邏輯控制器，它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點。1、使用方便，編程簡單。采用簡明的

4、梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統開發周期短，現場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。2、功能強，性能價格比高。一臺小型PLC有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現非常復雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強。PLC產品已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的

5、帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和小型交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。4.可靠性高，抗干擾能力強。傳統的繼電器控制系統使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點接觸不良，容易出現故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。5.系統的設

6、計、安裝、調試工作量少。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法來設計。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，設計梯形圖的時間比設計相同功能的繼電器系統電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過PLC上的發光二極管可觀察輸出信號的狀態。完成了系統的安裝和接線后，在現場的統調過程中發現的問題一般通過修改程序就可以解決，系統的調試時間比繼電器系統少得多。6.維修工作量小，維修方便。PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和

7、顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執行機構發生故障時，可以根據PLC上的發光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。圖1.1 Z35型搖臂鉆床實物圖在可編程控制器出現前，在工業電氣控制領域中，繼電器控制占主導地位，應用廣泛。但是氣控制系統存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復雜、不易更，對生產工藝變化的適應性差。2、系統硬件設計2.1 系統硬件配置及組成原理2.1.1 Z35搖臂鉆床電氣控制原理圖本設計中研究Z35搖臂鉆床，其中Z35搖臂鉆床電氣控制原理圖如圖2.1所示。圖2.1 Z35搖臂鉆床電氣控制原理圖2.1.2 Z35型

8、搖臂鉆床使用開關元件介紹1、十字開關十字開關由十字手柄和四個微動開關組成，根據工作需要可將操作于柄分別扳在孔槽五個不同的位置上，即左、右、上、下和中間五個位置。除中間位置外，其余四個位置后面都裝有微動開關，當操作手柄分別扳到這四個位置時都可壓下對應的微動開關，接通相應的控制電路。操作手柄每次只可扳在一個位置上，當手柄處在中間位置時，四個微動開關全部處于斷開狀態。圖2.2十字開關實物圖及結構示意圖2、匯流環又稱集流環，或稱旋轉電氣接口、滑環、電刷，主要用在要求連續旋轉的同時，又需要從固定位置到旋轉位置傳輸電源和信號的機電系統中。3、行程開關LX511小柱塞式行程開關主要用于交流50Hz，電壓38

9、0V，直流220V的控制電路中，作為限制各種機構和行程之用。圖2.3 LX5-11 小柱塞式行程開關2.1.3主電路工作原理1、主軸電動機的控制主軸電動機M2由接觸器KM1和十字開關SA控制。先將電源總開關QS1合上，并將十字開關下柄扳向左方。這時，SA0的觸頭壓合，零壓繼電器KA吸合并自鎖，為其它控制電路接通作好準備。再將十字開關扳向右方，SA1的觸頭接通，接觸器KM1得電吸合，主軸電動機M2起動運轉，經軸傳動機構帶動主軸旋轉。主軸的旋轉方向由主軸箱上的摩擦離合器手柄操縱。2、搖臂升降控制在零電壓繼電器得電并自鎖的前提下進行，用來調整工件與鉆頭的相對高度。以搖臂上升為例，將十字開關于柄從屮間

10、位扳到向上位，SA2的觸頭接通，接觸器KM2得電，電動機M3正轉起動。由于機械結構關系，在M3開始運轉時，搖臂暫不會上升，而是通過傳動裝置使搖臂夾緊機構放松。同時，將位置開關SQ2的常開觸頭SQ2-2閉合，為夾緊搖臂作好準備。當夾緊機構放松后，電動機M3通過升降絲桿，帶動搖臂上升。當上升到預定位置時，將十字開關手柄扳回中間位，接觸器KM2斷電，電動機M3停止，搖臂停止上升。由于KM2的互鎖觸頭恢復閉合，而SQ22在搖臂上升前已合上，故接觸器KM3通電吸合，電動機M3反轉，通過機械夾緊機構使搖臂自動夾緊。夾緊后，位置開關SQ2-2斷開，KM3斷電釋放，電動機M3停轉，上升過程結束。在搖臂上升和下

11、降的控制電路中，分別串入位置開關SQ11、SQ12的常閉觸頭。當搖臂上升或卜降到極限位置時，擋塊將相應的位置開關壓下，使電動機停轉，從而避免事故的發生。3、立柱夾緊與松開的控制通過接觸器KM4和KM5控制電動機M4的正、反轉來實現。需要搖臂和外立柱繞立柱轉動時，應先按下按鈕SB1，使接觸器KM4得電吸合，電動機M4正轉，通過齒式離合器驅動齒輪式油泵，送出高壓油，經一定油路系統和傳動機構將外立柱松開。放開SB1，電動機M4停轉。這時，搖臂在人力推動下轉動，當轉到所需位置時，再按下按鈕SB2，使接觸器KM5得電，電動機M4反轉，在液壓推動下，立柱被夾緊。SB2松公開后，電動機M4停轉，整個松開一移

12、動一夾緊過程結束。由于主軸箱在搖臂上的夾緊與放松和立柱的夾緊與放松是用同一臺電動機和液壓機構配合進行的，因此，在對立柱夾緊與放松的同時，也對主軸箱在搖臂上進行了夾緊與放松。4、冷卻泵電動機的控制由轉換開關QS2直接控制。5、零壓繼電器KA的作用 KA起零壓保護作用。機床動作時，若線路斷電，在電壓恢復時KA不能自行通電，必須將十字開關手柄扳至左邊位置，KA才能再次通電吸合。2.2 PLC的選型選擇FX2N32MR型。2.2.1 Z35型搖臂鉆床輸入輸出點數統計因為在改造中不改變原控制系統，所以PLC輸入輸出點數可根據原繼電器控制電路來計算。2.2.1.1輸入點數1、 主軸電動機啟動運轉的十字開關

13、1個（SA右開關）2、 控制搖臂上升的十字開關1個（SA上開關)3、 控制搖臂下降的十字開關1個（SA下開關）4、 挫制搖臂夾緊開關SQ2-1和SQ2-25、 防止搖臂上升或下降不致超過允許的極限的位置開關SQ1和SQ36、 立柱松開按鈕SB17、 立柱夾緊按鈕SB2故輸入點數其12點。2.2.1.2輸出點數1、 主軸電動機M2運行交流接粗器2、 升降電機正、反轉交流接觸器3、 立柱夾緊與松開控制電機的正、反轉交流接器故輸出點數共7點。2.2.2 PLC選擇Z35型搖臂鉆床改造后共需點數為19點，為了保證所設計的控制系統能正常運行，在設計硬件系統時，應根據I/O實際點數留有20%余量，考慮到發

14、展及工藝控制問題，故選擇三菱FX2N32MR型繼電器輸出，I/O總點數為32，輸入點數為16點，輸出點數為16點，2.2.2.1 PLC系統變量定義及I/O分配表表2-1系統變量定義及I/O分配表外接電器輸入PLC元件作用外接電器輸出PLC元件作用SA0X0十字開關左KAY0零壓繼電器線圈SA1X1十字開關右KM1Y1啟動主軸電機M2SA2X2十字開關上KM2Y2電機M3正轉搖臂上升SA3X3十字開關下KM3Y3電機M3反轉搖臂下降SB1X4立柱松開KM4Y4電機M4正轉立柱松開SB2X5立柱夾緊KM5Y5電機M3反轉立柱夾緊QS3X6啟動照明ELY6照明FR3X7熱繼電器過載保護SQ1X11

15、防止搖臂上升不超過極限位置的位置開關SQ2-1X13控制搖臂夾緊開關SQ2-2X12控制搖臂松開開關SQ3X14防止搖臂下降不超過吸限位置的位置開關2.2.2.2系統I/O接線圖設計圖2.4系統I/O接線圖設計3、系統程序設計3.1 控制程序流程圖設計3.2 控制程序時序圖設計3.3 控制程序設計思路根據Z35型搖臂鉆床繼電器控制電路的工作原理及工藝流程，進行控制系統程序設計。3.3.1梯形圖3.3.2語句表0 LDI X007< X007 = > X007 = 熱繼電器FR3過載保護1 LD X000< X000 = > X000 =SA0置于KA啟動2 OR Y00

16、0< Y000 = > Y000 =KA線圈3 ANB4 OUT Y000< Y000 = > Y000 =KA線圈5 MPS6 AND X001< X001 = > X001 =SA1控制主軸電動機常開觸點7 OUT Y001< Y001 = > Y001 =KM1主軸電動機線圈8 MRD9 LD X002< X002 = > X002 =SA2控制電機M3上升常開觸點10 ANI X011< X011 = > X011 =SQ1限位開關11 OR X012< X012 = > X012 =SQ2-2限位開關

17、12 ANB13 ANI Y003< Y003 = > Y003 =KM3控制搖臂下降線圈14 OUT Y002< Y002 = > Y002 =KM2控制搖臂上升線圈15 MRD16 LD X003< X003 = > X003 =SA3控制電機M3下降常開觸點17 ANI X013< X013 = > X013 =SQ2-1限位開關18 OR X014< X014 = > X014 =SQ3限位開關19 ANB20 ANI Y002< Y002 = > Y002 =KM2控制搖臂上升線圈21 OUT Y003<

18、Y003 = > Y003 =KM3控制搖臂下降線圈22 MRD23 ANI X004< X004 = > X004 =SB1控制電機M4松開觸點24 AND X005< X005 = > X005 =SB2控制電機M4夾緊觸點25 ANI Y004< Y004 = > Y004 =KM4控制立柱松開線圈26 OUT Y005< Y005 = > Y005 =KM5控制立柱夾緊線圈27 MPP28 AND X004< X004 = > X004 =SB1控制電機M4松開觸點29 ANI X005< X005 = >

19、X005 =SB2控制電機M4夾緊觸點30 ANI Y005< Y005 = > Y005 =KM5控制立柱夾緊線圈31 OUT Y004< Y004 = > Y004 =KM4控制立柱松開線圈32 LD X006< X006 = > X006 = QS3控制照明33 OUT Y006< Y006 = > Y006 =EL照明34 LDI X007< X007 = > X007 = 熱繼電器FR3過載保護35 ORI Y007< Y007 = > Y007 = 保護線圈36 ANI X000< X000 = >

20、 X000 =SA0置于KA啟動37 AND Y000< Y000 = > Y000 =KA線圈38 OUT Y007< Y007 = > Y007 = 保護線圈39 END4、系統調試及結果分析4.1 系統調試及解決的問題1、 根據PLC接線圖將模塊與PLC主機正確連接2、 檢查無誤后打開模塊電源開關3、 PLC主機開關拔至編程位置（STOP)4、 用電腦PLC編程軟件進行梯形圖編程5、 從電腦PLC頁面寫出程序到主機6、 主機開關拔至運行位置(RUN）7、 從電腦PLC頁面實施監控8、 對模塊進行實操試運行4.2 結果分析Z35型搖臂鉆床原電器控制電路經PLC控物改造后，降低了設備運行的故障率，提高了設備運行的穩定性和使用率。減輕了操作人員的修勞動強度。改造后的試用結果表明，效果良好，收到了較好的經濟效益和社會效益。5、課程設計的心得這次課程設計歷時一個星期，通過這一個星期的學習我發現了自己還存在很多不足的地方，例如，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經驗還是比較缺乏的，理論聯系實際的能力還有待提高。在此次課程設計中，我知道了Z35型搖臂鉆床的工作原理，還有使我在電氣制圖的能力和PLC控制系統的編程和調試能力方面得到鍛煉等等。這次的課程設計也讓我看到了團隊的力量，