毕业设计（论文）
课题名称
学生姓名
学号
系别自动化工程系
专业班级
指导教师
技术职务
重庆机电职业技术学院教务处制
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，本论文对Z3 040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，梯形图，电气控制系统
目录
1绪论 (1)
1.1 本课题的选题背景和意义 (1)
1.2 国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态 (2)
2 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理 (3)
2.1主电路 (3)
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 (4)
2.2.2 摇臂的升降控制 (4)
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硬件部分的设计 (5)
3．1 PLC型号的选择 (5)
3.1.1 根据PLC的物理结构 (5)
3.1.2 根据PLC的指令功能 (5)
3.1.3 根据PLC的输入输出点数 (6)
3.1.4 根据PLC的存储容量 (6)
3.1.5 根据PLC的输入模块的类型 (6)
3.1.6 根据PLC的输出模块的类型 (6)
3.2 PLC的I/O端口分配表 (6)
3.3 PLC的I/O电气接线图的设计 (8)
4 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计 (9)
4.1 PLC梯形图程序的优化设计及程序调试 (9)
4.1.1 系统预开程序 (9)
4.1.2 主电动机的起动控制程序 (9)
4.1.3 摇臂升降控制程序 (10)
4.1.4 主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序 (10)
4.1.5 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序 (10)
4.1.6 信号显示程序 (11)
4.1.7 电源工作状态指示信号程序 (11)
5 结论 (12)
5.1 研究成果 (12)
5.2 不足之处 (12)
致谢 (13)
参考文献 (14)
附录A (15)
附录B (16)
1 绪论
1.1 本课题的选题背景和意义
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，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动[1]。
目前，我国的Z3040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（Programmable Logic Controller）简称PLC，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。
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 [2]。
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 [3]。
正是由于PLC电气控制系统的种种优点,因此本次对Z3040摇臂钻床的电气控制系统的改造,可以大大提高Z3040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。
1.2 国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态
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Z3040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Z3040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。
2 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理
2.1主电路
我国原来生产的Z3040摇臂钻床的主轴旋转运动和摇臂升降运动的操作是通过不能复位的十字开关来操作的,它本身不具有欠压和失压保护。因此在主回路中要用一个接触器将三相电源引入。现在的Z3040摇臂钻床取消了十字开关，它的电气原理图如下所示：
图2.1 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统电气原理图
它的主电路、控制电路、信号电路的电源均采用自动开关引入，自动开关的电磁脱扣作为短路保护取代了熔断器。交流接触器KM 1只主电动机M 1接通或断开的接触器，KR 1为主电动机过载保护用热继电器。摇臂的升降，立柱的夹紧放松都要求拖动的电动机正反转，所以M 2和M 3电动机分别有两个接触器，它们为KM 2、KM 3和KM 4、KM 5。摇臂升降电动机M 2、冷却泵电动机M 4均为短时工作，不设过载保护。
2.2 控制电路、信号及照明电路
控制电路的电源由控制变压器TC 二次侧输出110V 供电，中间抽头603对地为信号灯电源6.3V,241号线对地为照明变压器TD 二次侧输出36V 。
2.2.1 主电动机的旋转控制
在主电动机启动前，首先将自动开关Q
2、Q
3
、Q
4
扳到接通状态，同时将配电
盘的门关好并锁上。然后再将自动开关Q
1
扳到接通位臵，电源指示灯亮。这时按
下SB
1，中间继电器K
1
通电并自锁,为主轴电动机与其他电动机的启动做好了准
备。当按下按钮SB
2时，交流接触器KM
1
线圈通电并自锁使主电动机旋转，同时
主电动机旋转的指示灯HL
4
亮。主轴的正转与反转用手柄通过机械变换的方法来实现。
2.2.2 摇臂的升降控制
按下按钮SB
3，时间继电器KT
1
通电吸合，它的瞬动触点（33-35）闭合使KM
4
线圈通电，液压电动机M
3
起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推
动活塞使摇臂松开。同时活塞杆通过弹簧片使行程开关ST
2
的动断触点断开没，
KM
4线圈断电,而ST
2
的动合触电（17-21）闭合2M线圈通电，它主触点闭合，2M
电动机旋转使摇臂上升。
如果摇臂没有松开，ST
2
的动合触点不能闭合，摇臂升降电动机不能转动，这样就保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降。
当摇臂上升到所需要的位臵时，松开按钮SB
3，KM
2
和KT
1
断电，升降电动机
M 2断电停止，摇臂停止上升。当持续1-3秒后，KT
1
的断电延时闭合的动断触点
（47-49）闭合，KM
5线圈经7-47-49-51号线，KM
5
线圈通电液压泵电动机M3反
转，使压力油经分配阀进入摇臂的夹紧液压腔，摇臂夹紧。同时活塞杆通过弹簧
片使ST
3的动断触点（7-47）断开，KM
5
线圈断电，M
3
电动机停止，完成了摇臂的
松开—上升—夹紧动作。
摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。为避免由于操作错误造成事故，在摇臂上升和下降的线路中加入了触点互锁和按钮互锁。因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作所以采用点动方式。
行程开关ST
1是为摇臂的上升或下降的极限位臵保护而设立的。ST
1
有两对常
闭触点，ST
1的动断触点（15-17）是摇臂上升时的极限位臵保护，ST
1
的动断触
点（27-17）是摇臂于液压夹紧机构出现故障或ST
3
调整不当，将造成液压泵电动
机M
3过载它的过载保护热继电器的动断触点将断开，KM
5
释放同，M
3
电动机断电
停止。
2.2.3立柱和主轴箱的松开及夹紧控制
主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行，它由组合
开关SA
2和按钮SB
5
（或SB
6
）进行控制。SA
2
有三个位臵，在中间位臵（零位）时
为同时进行，搬到左边位臵时为立柱的夹紧或放松，搬到右边位臵为主轴箱的夹
紧或放松。SB
5
是主轴箱和立柱的夹紧按钮。
下面以主轴箱的松开和夹紧为例说明它的动作过程：首先将组合开关SA
2搬向右侧，触点（57-59）接通，触点(57-63)断开。当要主轴箱松开时，按下按
钮SB
5，这时时间继电器KT
2
和KT
3
线圈同时通电，但KT
2
为断电延时型时间继电
器，所以KT
2
的通电使瞬时常开触点闭合，断电延时断开的动断触点（7-57）也
闭合使YA
1通电，经1-3s后KT
3
的延时动合触点（7-41）闭合，通过
3-5-7-41-43-37-39使KM
4
通电，液压泵电动机正转使压力液压油经分配阀进入
主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。活塞杆使ST
4
复位主轴箱和主柱分开，
指示灯HL
2亮。当要主轴夹紧时，按下按钮SB
6
仍首先为YA
1
通电，经1-3s后中，
KM
5
线圈通电，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活
塞使主轴箱夹紧。同时活塞杆使ST
4
受压，它的动合触点（607-613）闭合，指示
灯HL
3亮，触点（607-613）断开，指示灯HL
2
灭，指示主轴箱与立柱夹紧。
当将SA
2
搬到左侧时，触点（57-63）接通，（57-59）触点断开。按下按钮
SB
5或SB
6
时使YA
2
通电，此时主柱松开或夹紧。SA
2
在中间位臵时，触点（57-59、
57-63）均接通，按下SB
5或SB
6
时，YA
1
、YA
2
均通电，主轴箱和立柱同时进行夹
紧或放松。其它动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同[4]。
3 基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计
Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分组成，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。具体方案如下：3．1 PLC型号的选择
选择基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC机型，应从以下几个方面来考虑：
3.1.1 根据PLC的物理结构
根据物理结构的不同，PLC分为整体式、模块式和叠装式。整体式的每一I/O 点的平均价格比模块式便宜，小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器。此次所设计的电气控制系统属于小型开关量电气控制系统没有特殊的控制任务，整体式PLC完全可以满足控制要求，且在性能相同的情况下，整体式PLC较模块式和叠装式PLC价格便宜，因此，Z3040摇臂钻床电气控制系统的PLC选用整体式结构的PLC[5]。
3.1.2 根据PLC的指令功能
考虑到任何一种PLC都可以满足开关量电气控制系统的要求，据此本课题将尽量采用价格便宜的PLC。
3.1.3 根据PLC的输入输出点数
如表3.1和表3.2所示，摇臂钻床的电气控制系统需要17个输入口11个输出口，PLC的实际输入点数应等于或大于所需输入点数17，PLC的实际输出点数应等于或大于所需输出点数11，在条件许可的情况下尽可能留有10%-20%的裕量。
3.1.4 根据PLC的存储容量
PLC存储器容量的估算方法：对于仅有开关量输入/输出信号的电气控制系统，将所需的输入/输出点数乘以8，就是所需PLC存储器的存储容量（单位为bit）即
（17+11）×8=224bit
3.1.5 根据输入模块的类型
输入模块的输入电压一般为DC24V和AC110V或AC220V。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装臵连接。交流输入方式的触点接触可靠，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。由于本基于PLC 的摇臂钻床电气控制系统的工作环境并不恶劣，且对电气控制系统操作人员来说DC24V电压较AC110V电压安全些。因此，本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC输入模块应选直流输入模块，输入电压应DC24V电压[6]。
3.1.6 根据输出模块的类型
PLC输出模块有继电器型、晶体管型和双向可控硅型三种。
继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬间过电压和过电流的能力较强，每一点的输出容量较大（可达2A）,在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，但动作速度慢，寿命有一定的限制。
晶体管型与双向可控硅型输出模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应带宽快，寿命长，但是过载能力差，每1点的输出量只有0.5A，4点同时输出的总容量不得超过2A。
由于Z3040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Z3040摇臂钻床电气控制系统的实际情况，需要输入点数大于17个，输出点数大于11个。
综上所述，为了使Z3040摇臂钻床在改造后能够良好工作，确认日本松下公
司生产的FP0-C14RS型和扩展单元FP0-E16RS型和FP0-E8RS型PLC能够满足上述要求，该类型号PLC体积小，功能强，增加了一些大型机的功能和指令，如PID和PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）指令，对于控制器体积要求较高的应用系统是一种很好的选择。其编程口为RS-232C，可以直接和编程器或计算机连接，使用非常方便，且性价比较高，使用方便。其主要技术性指标如下：该型PLC具有Z3040摇臂钻床电气控制系统所需的所有指令功能，其总输入点数为20点，总输出点数为18点，用户存储器容量5K步，输入模块电压为DC24V，输出模块为继电器型。由此可知，FP0-C14RS和扩展单元FP0-E16RS型和FP0-E8RS型PLC的技术性能指标完全能满足上述要求。
3.2 PLC的I/O端口分配表
根据所选PLC的型号进行I/O点的端口分配，如下（表3.1、表3.2）所示：
表3.1 输入信号端口分配表
地址号符号名称用途
X0SB1总起动按钮
X1SB2主电动机起动按钮
X2SB3摇臂上升起动按钮
X3SB4摇臂下降起动按钮
X4SB5主轴箱、立柱、摇臂松开按钮
X5SB6主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮
X6SB7总停止按钮
X7SB8主电动机停止按钮
X8KR1M1电动机过载保护用热继电器
X9KR2M3电动机过载保护用热继电器
X10ST1－1摇臂上升用行程开关
X11ST1－2摇臂下降用行程开关
X12ST2摇臂夹紧、放松用行程开关
X13ST3摇臂夹紧用行程开关
X14ST4立柱夹紧、放松指示用行程开关
X15SA2 - 1主轴箱夹紧、放松用组合开关
X16SA2 - 2立柱夹紧、放松用组合开关
表3.2 输出信号端口分配表
地址号 符号名称 用途
Y 0 KM 1 主轴旋转接触器 Y 1 KM 2 摇臂上升接触器 Y 2 KM 3 摇臂下降 接触器
Y 3 KM 4 主轴箱、立柱、摇臂放松接触器 Y 4 KM 5 主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器 Y 5 Y A 1 主轴箱夹紧、放松用电磁铁 Y 6 Y A 2 立柱夹紧、放松用电磁铁 Y 7 HL 1 电源工作状态指示信号灯 Y 8 HL 2 立柱松开指示信号灯 Y 9 HL 3 立柱夹紧指示信号灯 Y 10
HL 4
主电动机旋转指示信号灯
3.3 PLC 的I/O 电气接线图的设计
下图为PLC 的I/O 电气接线图，图中X 0、X 1、X 2、X 3、X 4、X 5、X 6、X 7、X 8、X 9、X 10、X 11、X 12、X 13、X 14、X 15、X 16共用一个COM 端，输入开关的其中一端应并接在直流24V 电源上，另一端应分别接入相应的PLC 输入端子上。接线时注意PLC 输入/输出COM 端子的极性。接触器的线圈工作电压若为交流110V ，则接触器线圈连接的Y 0、Y 1、Y 2、Y 3、Y 4、Y 5、Y 6可以共用一个COM 2端。信号灯电源电压为6.3V ，因此Y 7、Y 8、Y 9、Y 10、可以共用一个COM 1端。如果输出控制设备存在直流回路，则交流回路直流回路不可共用一个COM 端，而应分开使用，本电路的输出端全为交流回路，因此在电源电压相同的接口可共用一个COM 端。
图3.1 PLC的I/O电气接线图
4 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计
4.1 PLC梯形图程序的优化设计及程序调试：
为了使Z3040摇臂钻床在进行电气控制系统改造后仍能够完成原有的工作需要，本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC程序应由电气控制系统预开程序、主电动机的起动和停止控制程序、摇臂升降控制程序即升降电动机的正反转控制程序、立柱和主轴箱的松开与夹紧控制程序即液压泵电动机的正反转程序、信号的显示程序、照明控制程序等部分组成。因选用FP0型号的PLC，所以编程时采用Windows环境下运行的FPWIN—GR的编程软件来编程设计, 采用TVT—90A2可编程控制器训练装臵来进行模拟调试。如下列图形所示：
4.1.1 系统预开程序
X 6为总停输入继电器，X
为系统预开输入继电器。当X
闭合后PLC的内部继
电器R
接通并自锁，为电气控制系统进行工作做好准备。
图4.1 系统预开梯形图程序4.1.2 主电动机的起动控制程序
X 1为主电动机起动输入继电器，R
闭合后，接通X
1
，此时输出继电器Y
接通
并自锁，从而使电机起动。
图4.2 主电动机的起动梯形图程序4.1.3 摇臂升降控制程序
R 0闭合后，当输入继电器X
2
接通时，内部继电器R
1
也接通，同时Y
3
得电，
使得液压泵电动机起动，摇臂放松，当摇臂彻底放松后，X
11
的常开触点闭合，常
闭触点断开，Y
3断电，Y
1
得电，摇臂开始上升，当上升到极限位臵时，X
10
的常闭
触点断开，Y
1
失电。摇臂完成松开，然后上升的过程。
如果想要完成摇臂下降的过程，需接通X
3，在摇臂放松后，使Y
4
得电，使摇
臂下降，当下降到极限位臵时，X
10的常闭触点断开，Y
2
失电。摇臂完成松开，然
后下降的过程。
图4.3 摇臂升降梯形图程序4.1.4 主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序
R 0闭合后，当输入X
4
或X
5
接通时，内部继电器R
2
、R
3
和定时器T
3
同时接通,3
秒后，Y
3自动接通，主轴箱和立柱同时放松，当再次使输入X
4
或X
5
接通时，Y
6
接通，主轴箱和立柱同时夹紧。
图4.4 主轴箱和立柱同时放松或夹紧梯形图程序
4.1.5 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序
除了可以使立柱和主轴箱同时夹紧、放松外，还可以使它们分别夹紧或放松，
通过手动接通X
15和X
16
即可完成上述操作，当需要使主轴箱单独夹紧或放松时，
用手扳动开关X
16使其断开即可，同样，用手扳动输入开关X
15
，即可达到单独夹
紧或放松立柱的目的。
图4.5 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松梯形图程序4.1.6 信号显示程序
R 0接通，当主电动机起动后，Y
接通，Y
10
得电，主电动机起动信号灯亮。立
柱夹紧后X
14接通，Y
9
得电，立柱夹紧信号灯亮。当Y
3
得电后，立柱开始松开，
当立柱松开后，X
14的常开触点闭合，常闭触点断开，Y
8
得电，立柱松开信号灯亮。
图4.6 信号显示梯形图程序4.1.7 电源工作状态指示信号程序
R 0接通，输出继电器Y
7
得电，此时电源工作状态指示信号灯亮，表明机床开
始处于工作状态。
图4.7 电源工作状态指示信号梯形图程序
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Z3040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。通过研究，可得出以下结论：
5.1 研究成果
可编程控制器是一种广泛应用于工业现场的新型控制器，具有结构简单，抗干扰性强，编程方便等特点，本课题采用PLC自动控制技术取代了传统继电器—接触器电气控制系统，实现了对Z3040摇臂钻床的自动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳定性和可靠性，而且，还大大降低了工人的劳动强度，改善了产品的加工质量，降低了设备故障率，提高了生产率。另外，通过这次毕业设计使我对PLC和电控方面的知识又有了更加深刻的理解和掌握，为今后走向工作岗位从事相关工作奠定了很好的基础。
5.2 不足之处
由于时间精力有限，还有许多功能有待扩展、完善。主要是没有对所控制电动机的调速问题进行研究，包括主电动机、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。
本论文是在杨清杰老师的悉心指导下完成的，杨清杰老师渊博的知识、丰富的实践经验和诲人不倦的作风至今令我终生难忘。从杨清杰老师身上，除了学到许多专业知识外，我还学到了如何做人、做事等许多其它宝贵的东西。所有这些都将使我受益终生。在此，我要衷心的感谢杨清杰老师，感谢他在指导我做学士学位论文期间对我无私的关怀和耐心细致的指导，并向杨清杰老师致以崇高的敬意！
在攻读学士学位期间，我还得到了其他众多老师和单位领导、同学们的关怀、帮助，有了他们，我才能克服各种困难，完成学士学位论文。在这里一并表示感谢！
参考文献
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[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
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[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
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[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
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[16]江梅.PLC在镗铣床控制系统中的应用.冶金动力，2001（3）62-64
附录A Z3040摇臂钻床电气控制系统梯形图
附录B 梯形图转换成指令表
新乡职业技术学院 毕业设计（论文）题目摇臂钻床控制系统的设计 系别机电工程系 学生姓名张庆伟 学号1010103115 专业名称机电一体化 指导教师李静 2013年4月23日
摇臂钻床控制系统的设计 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。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，梯形图，电气控制系统
前言 (1) 第一章. Z3040摇臂钻床的简介 (5) §1.1 Z3040摇臂钻床的简介 (5) 第二章．摇臂钻床电气控制................. 6彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 §2.1、电气控制线路图的设计 (6) §2.2主要线路的工作情况 (10) 第三章电气控制系统硬件部分的设计....... 13茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 §3.1基于PLC的Z3040摇臂钻床控制部分的设计13 §3.2 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计17 第四章 Z3040摇臂钻床液压系统的设计...... 21預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 §4.1液压系统的初步设计 (21) 结论................................ 24铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。参考文献................................ 25擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。致谢 (26)
封面 PLC改造Z3050摇臂钻床 学校：荣昌世纪培训学校 姓名：邓祥富
内容提要 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,指在解决传统继电器—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。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摇臂钻床电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统 硬件和软件的设计，Z3050摇臂钻床的电气原理图绘制、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。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。 目录 1绪论............................................................ .3 1.1 PLC的介绍 (3) 1.2 PLC的基本组成及工作原理 (3) 2 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理 (4) 2.1主电路 (4) 2.2 控制电路、信号及照明电路 (5) 2.3 主电动机控制 (5) 2.4 摇臂的升降控制 (5) 2.5 立柱和主轴箱的夹紧和松开控制 (6) 3．1 PLC型号的选择 (7) 3.2 PLC的I/O分配表 (8) 3.3 PLC的硬件接线 (9) 4 PLC控制程序 (10) 5 结论 (11) 6 参考文献 (11)
洛阳理工学院 课程设计说明书 课程名称：机械制造装备设计 设计课题：钻模夹具设计 专业：机械设计制造及其自动化班级： 姓名：
课程设计任务书 机械工程系机械设计制造及其自动化专业 学生姓名：班级：学号： 课程名称：机械制造装备设计 设计题目：钻模钻削夹具设计 课程设计内容与要求： 内容： 见A4图为所示加工弯板，设计一套钻模夹具，便于摇臂钻床的加工。 设计要求： 1.在摇臂钻床上加工2-Φ12的通孔。 2.要求绘制A1夹具装配图一张，A3夹具中零件图一张，A4加工零件图一张，说明书一份。 3.夹具设计要求合理，有利提高加工精度，保证加工质量，降低加工成本，提高劳动生产率和减轻工人的劳动强度，便于批量生产。 设计（论文）开始日期2012年月日指导老师： 设计（论文）完成日期2012年月日 年月日
课程设计评语 机械工程系机械设计制造及其自动化专业 学生姓名：班级：学号： 课程名称：机械制造装备设计 设计题目：钻模钻削夹具设计 指导老师： 课程设计篇幅： 图纸三张 说明书18 页 指导教师评语： 年月日指导老师 洛阳理工学院
目录 绪论 (1) 第一章夹具的发展概况 (2) 第二章专用夹具设计 (4) 2.1设计前的工作准备 (4) 2.1.1 明确工件的年生产纲领 (4) 2.1.2 熟悉工件零件图和工序图 (4) 2.1.3加工方法 (5) 2.2总体方案的确定 (5) 2.2.1 定位方案 (5) 2.2.2 夹紧机构 (6) 2.2.3 选择导向装置 (8) 2.2.4 夹具体 (9) 2.3绘制夹具装配图 (11) 2.3.1 定位、夹紧、导向、夹具体 (11) 2.4夹具精度的验算 (13) 2.4.1误差分析 (13) 2.4.2误差计算 (14) 第三章方案设计论证 (15) 3.1设计思路 (15) 3.2设计方法与结果 (15) 致谢 (16) 感想 (17) 参考文献 (18)
宜宾职业技术学院题目：Z3040摇臂钻床的PLC改造
（）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的（），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用（）的规定，即：按照学校要求提交（）的印刷本和电子版本；学校有权保存（）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位原创性声明 本人郑重声明：所呈交的是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位版权使用授权书 本学位作者完全了解学校有关保留、使用学位的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交的复印件和电子版，允许被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位。 涉密按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
徐州工业职业技术学院 毕业设计（论文）任务书 钻床夹具的设计 Drill Fixture Design 课题名称钻床夹具的设计 课题性质设计类 班级机械082 学生姓名饶永可 学号 810403017 指导教师娄天祥 导师职称讲师
一．选题意义及背景 在各种机床上加工零件都需要相应的夹具，本课题是针对一个特定的零件要在摇臂钻床上钻孔这道工序设计一套夹具。 二．毕业设计（论文）主要内容： 根据所给零件图的尺寸和结构，设计适用于这个零件的夹具。要求适用在摇臂钻床，钻出零件图中的 6.5的孔。要求保证孔通过轴心，并保证轴向尺寸精度。 三．计划进度： 第8周下发任务书，并查阅相关资料； 第9周，完成夹具的方案设计，并画出原理图； 第10-11周完成装配图和零件图的设计，并写出论文草稿； 第12周完善零件图和装配图，并完成论文； 第13周答辩 四．毕业设计（论文）结束应提交的材料： 1、装配图和零件图 2、论文 指导教师教研室主任年月日年月日
论文真实性承诺及指导教师声明 学生论文真实性承诺 本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。 毕业生签名：日期： 指导教师关于学生论文真实性审核的声明 本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。 指导教师签名：日期：
程设计任务书 系别：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化 学生姓名：李敏杰班级：B110235 学号：B11023503 课程名称：机械制造装备设计 设计题目：钻模钻削夹具设计 课程设计内容与要求： 内容： 见A4图为所示加工前拨叉，设计一套钻模夹具，便于摇臂钻床的加工。 设计要求： 1.在摇臂钻床上加工Φ25的通孔。 2.要求绘制A1夹具装配图一张，A3夹具中零件图一张，A4加工零件图一张，说明书一份。 3.夹具设计要求合理，有利提高加工精度，保证加工质量，降低加工成本，提高劳动生产率和减轻工人的劳动强度，便于批量生产。 设计（论文）开始日期年月日指导老师：设计（论文）完成日期年月日张洪涛 年月日
课程设计评语 系别：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化 学生姓名：李敏杰班级：B110235 学号：B11023503 课程名称：机械制造装备设计 设计题目：钻模钻削夹具设计 指导老师：张洪涛 课程设计篇幅： 图纸 3 张 说明书２2 页 指导教师评语： 年月日 ________________________________________________________
目录 绪论--------------------------------------------------5第一章夹具的发展概况-------------------------------------------6第二章专用夹具设计----------------------------------------------8 2.1设计前的工作准备---------------------------------------------------8 2.1.1 明确工件的年生产纲领 2.1.2 熟悉工件零件图和工序图 2.1.3加工方法 2.2总体方案的确定-------------------------------------------------------9 2.2.1 定位方案 2.2.2 夹紧机构 2.2.3 选择导向装置 2.2.4 夹具体 2.3绘制夹具装配图-------------------------------------------------------15 2.3.1 定位、夹紧、导向、夹具体 2.4夹具精度的验算-------------------------------------------------------17 2.4.1误差分析 2.4.2误差计算 第三章方案设计论证-----------------------------------------------19 3.1设计思路----------------------------------------------------------------19 3.2设计方法与结果-------------------------------------------------------19致谢---------------------------------------------------20感想---------------------------------------------------21参考文献-----------------------------------------------22
职业技术学院 毕业设计 题目：Z3040摇臂钻床的PLC改造
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
机床夹具毕业论文 【摘要】 制造业中广泛应用的夹具，是产品制造各工艺阶段中十分重要的工艺装备之一，生产中所使用夹具的质量、工作效率，及夹具使用的可靠性，都对产品的加工质量及生产效率有着决定性的影响。 首先对夹具的概念进行了解，再进行机床夹具的设计，从定位到误差分析再到确保加工精度，然后计算出加紧力确定加紧点位数等细节计算。 【关键词】定位；加工精度；定位点；夹紧力。
1 机床夹具概述 1.1工件装夹与夹具 一、工件装夹的概念． 在机床上对工件进行加工时，为了保证加工寿面相对其它表面的尺寸和位置精度，首先需要使工件在机床上占有准确的位置，井在加工过程中能承受各种力的作用而始终保持这一准确位置不变。前者称为工件酌定位，后者称为工件的夹紧，这一整个过程统称为工件的装夹。在机床上装夹工件所使用的工艺装备称为机床夹具(以下简称夹具)。 工件的装夹，可根据工件加工的不同技术要求，采取先定位后夹紧或在夹紧过程中同时实现定位两种方式，其目的都是为了保证工件在加工时相对刀具及切削成形运动（通常由机床所提供)具有准确的位置。例如在牛头刨床上加工一槽宽尺寸为B的通槽，若此通槽只对A面有尺寸和平行度要求时(图1-1a)，可采用先定位后夹紧装夹的方式；若此通槽对左右侧两面有对称度要求时(图1—lb)，则要求采用在夹紧过程中实现定位的对中装夹方式。 二、工件装夹的方法 在机床上对工件进行加工时，根据工件的加工精度要求和加工批量的不同，可采用如下两种装夹方法：、 (一)找正装夹法——即通过对工件上有关表面或划线的找正，最后确定工件加工时应具有准确位置的装夹方法。 (二)夹具装夹法——即通过安装在机床上的夹具对工件的定位和夹紧，最后确定工件加工时应具有准确位置的装夹方法。由于夹具装夹法的装夹效率高、操作简便和易于保证加工精度，故多在成批或大量生产中采用。 三、用夹具装夹时保证工件加工精度的条件 采用夹具装夹法对工件进行加工时，为了保证工件加工表面相对其它有关表面的尺寸和位置精度，必须满足下述三个条件： (一)工件在夹具中占据一定的位置； (二)夹具在机床上保持一定的位置； …三)夹具相对刀具保持一定的位置。 四、夹具的组成 虽然加工工件的形状、技术要求不同，所使用的机床不同，在
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。 选用不同的转速时，可转动手轮11（主轴旋转变换手轮）即可得到主轴的12种转速，手轮上设有“0”位，用以校调和对刀。变速时必须使用手柄16（主轴正反转及停止手柄）处于中间位置以停止电机旋转，否则会造成有关齿轮在旋转状态下进行切换，而发生意外。 主轴电机主要带动刀具做旋转运动为零件进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、平面和攻螺纹的动力电机。
南京机电职业技术学院 毕业设计(论文)开题报告 题目：PLC在改造Z37摇臂钻床中的应用 系部自动化工程系专业机电一体化姓名学号 指导教师： 2012年11月26日
一、文献综述 1.课题来源：校方命名 2.选题依据、背景情况： Z37摇臂钻床．结构精巧．机动性强．是因地制宜．用途广泛的万能型钻床。该机床为适应不同工作物的多变性，可在任何角度位置对工件进行钻孔、扩孔、绞孔、锪控和攻螺纹等。特别适应大型机器及船舶的制造和装配，以及修配车间对特殊钻孔的加工。该机床主轴箱除可沿摇臂导轨做水平移动外，还可以在它的拖板上做360度的回转，摇臂又可以绕立柱轴线做360度回转。因此工件在一次装夹下，可在不同位置上加工各种角度位置的孔。主轴进给即可手动亦可机动，且可随意变换。摇臂升降为是电器按钮操作，轻便安全。电器装置完善，设有灵敏的总停按钮，可在加工中保障安全。 目前，我国的Z37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（Programmable Logic Controller）简称PLC，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、灵活组态、功能强大、编程方便、运行速度快。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Z37摇臂钻床的电气控制系统的改造,可以大大提高Z37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.
理工类大学本科毕业设计论文 畢業設計設計題目：基於PLC的搖臂鑽床控制系統改造 系別：機電工程 班級：自動化技術 姓名： 指導教師： 2011年6月7日
基於PLC的搖臂鑽床控制系統改造 摘要 本設計是研究機械加工中常用的Z3050搖臂鑽床傳統電氣控制系統的改造問題,旨在解決傳統繼電器—接觸器電氣控制系統存在的線路複雜、可靠性穩定性差、故障診斷和排除費時費力等難題。由於PLC電氣控制系統與繼電器—接觸器電氣控制系統相比，具有結構簡單，編程方便，調試週期短，可靠性高，抗干擾能力強，故障率低，對工作環境要求低等一系列優點，因此，本設計對Z3050搖臂鑽床電氣控制系統的改造，將把PLC控制技術應用到改造方案中去，以提高搖臂鑽床的工作性能。設計中分析了搖臂鑽床的控制原理，制定了可編程控制器改造Z3050搖臂鑽床電氣控制系統的控制方案，完成了電氣控制系統硬體和軟體的設計，其中包括PLC 機型的選擇、I/O端口的分配、I/O硬體接線圖的繪製、PLC梯形圖程式的設計。對PLC控制搖臂鑽床的工作過程作了詳細闡述，論述了採用PLC取代傳統繼電器—接觸器電氣控制系統從而提高機床工作性能的方法，給出了相應的控制原理及接線圖。 關鍵字：可編程控制器，搖臂鑽床，梯形圖，電氣控制系統
Reformation of Radial Drilling Machine Z3050 by PLC Abstract This paper is to studies the machine process in common use Z3050 in inside radial drilling machine electric control system improves problem. The aim is solving device complexity, inferior reliability and stability, malfunction analysis and trouble obviation of the traditional relay electric control system. Because of electric control system PLC there are lots of advantages which include design, install, connect the line and adjust to try workload small, the period of research and manufacture is short, reliability is high, the ability of Anti- interference is very strong, the rate of break down is low, the demand of work environment is low, maintenance convenience a series of advantage etc. Therefore, a work for to the Z3050 radial drilling machine electric control system reforming, will reforming PLC control technique application in the project, then increasing radial drilling machine’s work function. The paper introduces to the control principle of the radial drilling machine. Established the programmable controller improve the design project of electric control system of Z3050 radial drilling machine. Completed the design of the software and hardware of the electric control system, Among them include the model of PLC choice、the I/O allotment of the address、the I/O hardware connects the line diagram、PLC trapezium diagram’s design. It explains that PLC control the work process of radial drilling machine. Discussing the adoption PLC replaces the traditional electric control system’s method and increases the work func tion of radial drilling machine, give a homologous control principle diagram. Key words: PLC，Radial drilling machine，Trapezium diagram，Electric Control System
摇臂钻床毕业论文
毕业设计（论文） 设计题目：Z3050型摇臂钻床电气控制 的 PLC改造 系别: 机电工程与技术系 专业:机电一体化 班级: 机电3093班 姓名: 学号: 指导老师: 完成时间: 2012年5月
目录 引言 (2) 一Z3050摇臂钻床的简介 (3) 1.1 摇臂钻床的主要结构 (3) 1.2摇臂钻床的运动形式 (3) 1.3 摇臂钻床电气拖动特点 (4) 1.4 摇臂钻床及原理图说明 (5) 1.5 电源图 (7) 二系统元器件选型 (8) 2.1 Z3050摇臂钻床主回路元件表 (8) 2.2、PLC的选型 (9) 2.3、硬件的设计 (9) 2.4 PLC的I/O分配 (10) 2.5 PLC的外部接线图 (11) 三软件设计 (12) 3.0功能介绍 (12) 3.1程序如下|： (12) 四整个PLC控制系统的抗干扰设计 (14) 4.1安装场所的选择 (14) 4.2电源干扰的抑制 (14) 4.3完善接地系统 (15) 总结 (16) 致谢 (17) 结束语 (18) 参考文献 (19)
引言 摇臂钻床使用于单件或批量生产有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机械，由于其控制系统是采用继电器控制系统，电路接线复杂，出点多，长期使用后，故障多，故障排除困难。常常影响企业生产。PLC具有可靠性强，使用方便，维护简单的优点。因此，利用PLC对摇臂钻床继电器控制线路进行改造，有利于提高设备的可靠性，使用率。正是由于PLC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。
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。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，梯形图，电气控制系统
目录 No table of contents entries found.附录A (15) 附录B (16)
1 绪论 本课题的选题背景和意义 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，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动[1]。 目前，我国的Z3040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（Programmable Logic Controller）简称PLC，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。 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。
毕业设计（论文） 课题名称 * 学生姓名 学号 系别自动化工程系 专业班级 指导教师 技术职务 ） 重庆机电职业技术学院教务处制
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，本论文对Z3 040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，梯形图，电气控制系统
目录 1绪论 (1) 本课题的选题背景和意义............................. 错误!未定义书签。国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态........... 错误!未定义书签。 2 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理.............. 错误!未定义书签。主电路.............................................. 错误!未定义书签。控制电路、信号及照明电路........................... 错误!未定义书签。主电动机的旋转控制................................. 错误!未定义书签。摇臂的升降控制..................................... 错误!未定义书签。立柱和主轴箱的松开及夹紧控制....................... 错误!未定义书签。 3 基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计错误!未定义书签。3．1 PLC型号的选择................................. 错误!未定义书签。根据PLC的物理结构................................. 错误!未定义书签。根据PLC的指令功能................................. 错误!未定义书签。根据PLC的输入输出点数............................. 错误!未定义书签。根据PLC的存储容量................................. 错误!未定义书签。根据PLC的输入模块的类型........................... 错误!未定义书签。根据PLC的输出模块的类型........................... 错误!未定义书签。 PLC的I/O端口分配表............................... 错误!未定义书签。 PLC的I/O电气接线图的设计......................... 错误!未定义书签。 4 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计.......... 错误!未定义书签。 PLC梯形图程序的优化设计及程序调试................. 错误!未定义书签。系统预开程序....................................... 错误!未定义书签。主电动机的起动控制程序............................. 错误!未定义书签。摇臂升降控制程序................................... 错误!未定义书签。主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序.. (10) 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序................. 错误!未定义书签。信号显示程序....................................... 错误!未定义书签。电源工作状态指示信号程序........................... 错误!未定义书签。 5 结论 (12) 研究成果 (12) 不足之处 (12) 致谢 (13) 参考文献............................................ 错误!未定义书签。附录A. (15) 附录B (16)
专业综合设计与实践任务书学院：专业：电气工程及其自动化班级：
目录 1.改造的目及原因 (3) 2.摇臂钻床工作原理 (3) 3.电气控制线路分析 (4) 3.1主电路分析 (4) 3.2控制电路分析 (5) 3.2.1主轴电机M1的控制 (6) 3.2.3摇臂升降控制 (6) 3.2.3立柱和主轴箱的夹紧与放松控制 (7) 3.2.4冷却泵电机M4的控制 (7) 3.2.5照明、指示电路分析 (7) 4.Z3050控制系统PLC改造设计 (8) 4.1系统主要组成部分 (8) 4.2PLC的选型 (9) 5.输入输出设计 (10) 6.梯形图设计 (11) 7.调试 (12) 8.总结 (12) [参考文献] (13) 附录 (14) 主电路 (14) PLC外部接线图 (15) 原理图 (16) 梯形图 (17)
1.改造的目及原因 传统机床控制系统基本上采用交流继电器接触器控制方式，可靠性较差。存在触点寿命低、故障率高、线路维护困难等缺点。可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种工业自动控制装置，应用灵活、可靠性高、维护方便。应用PLC对传统机床控制系统进行改造可取得良好效果将把 PLC 控制技术应用到改造 Z3050 摇臂钻床电气控制系统中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。论文对摇臂钻床主电路进行了分析，对控制线路进行了详细的阐述，完成了电气制系统硬件和软件的设计，其中包括 PLC机型的选择、输入输出信号及地址的分配、I/O 端口的分配、PLC 梯形图程序的设计。 2.摇臂钻床工作原理 （1）Z3050型摇臂钻床采用4台电动机拖动，他们分别是主轴电动机（M1），摇臂升降电动（M2），液压泵电动机（M3）和冷却泵电动机（M4），这些电动机都采用直接启动方式。 （2）为了适应多种形式的加工要求，摇臂钻床主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围，一般情况下多由机械变速机构实现。 （3）摇臂钻床的主运动和进给运动均为主轴的运动，为此这两项运动有一台主轴电动机拖动，分别经主轴传动机构，进给传动机构实现主轴的旋转和进给。
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
摇臂钻床的研究与设计--毕业设计
目录 摘要 ................................................................................ I Abstract......................................................................... I II 1绪论 0 1.1 研究目的和意义 0 1.2研究的主要内容 (1) 2 基本内容和技术方案 (1) 3 摇臂的回转设计 (2) 3.1 导套的设计 (2) 3.2导套加紧块的设计 (3) 3.3摆动块的设计 (4) 3.4 推力轴承的选择 (5) 3.5 旋转模型图 (6) 4.左摇臂部件设计 (7) 4.1左横臂设计 (7) 4.2 导轨的设计 (8) 4.3 丝杠螺母传动设计 (8) 4.3.1丝杠的设计 (9) 4.3.2螺母的设计 (10) 4.4丝杠安装轴承的选用和校核 (11) 4.5 蜗杆蜗轮传动设计 (12)
4.6 蜗杆安装轴承的选用和校核 (13) 4.7电机的选用 (14) 5 右摇臂部件设计 (15) 5.1 右横臂的结构设计 (15) 5.2 传动轴的设计 (16) 5.3 传动轴轴承的选用和校核 (16) 6．总结 (17) 参考文献 (18) 致谢 (19) 摘要 普通钻床只能加工形体较小,结构简单的工件,而对于在特殊的加工条件下，如工件体积和重量都较大、固定不能移动等，普通钻床便很难加工,只能采用专用钻床。专用钻床是在普通机床的基础上，根据待加工工件或加工所处的特殊条件而设计制造出来的，因而能够满足特定的加工要求。水力发电机为了满足大发电量的要求一般都做的体积都比较大，重量可达几吨甚至几十吨。其安装孔不便于在车间里进行，只能在工地现场加工，所