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1、 . Z3040摇臂钻床控制系统的PLC改造摘 要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。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
2、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；对主要电器元件进行了选择。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。关键词：可编程控制器（PLC）;摇臂钻床;梯形图;控制系统33 / 34AbstractThe Z3040 drilling lathe which was commonly seen in workhouse, and it is widely used in mechanism industry. There
3、were too many faults in the traditional relay controlled drilling lathe, such as the complex connections in circuit; too much noises and so on, besides these hidden problems ,the diagnosing and expelling for the mistakes w as also difficult. it is necessary to improve its controlling system in techn
4、ical.This articles propose is to using the Programmable Logic Controller (PLC) to replace the traditional control system which was compounded of relays, and this control theory was based on the function of relays. it shows the principle and unique of the PLC ;also shows both hardware structure and s
5、oftware of the new Z3040 drilling lathe which was controlled by The PLC, including allocation for input/output address, external connection diagram, designs for programs.Through analyses the procedure that the Z3040 works, I chased main components.Through the improvement, we simplify the control sys
6、tem, it both perfect the function and cut down costs which was used for maintenances. The reform of Z3040 can easily help us to realize low-cost and energy-costless during the production, it has gorgeous prospects in industry.Key words: PLCdrillinglatheblock diagram control system目 录摘要I第1章引言11.1本课题选
7、题背景和意义11.2 本文的主要工作1第2章 PLC的概述22.1 PLC的基本知识22.2 PLC的编程语言4第3章 Z3040控制线路原理分析53.1 Z3040摇臂钻床简介53.1.1 Z3040摇臂钻床的结构与运行53.1.2 Z3040摇臂钻床的电力拖动的特点和控制要求53.1.3 Z3040控制线路概述63.2 Z3040控制线路原理分析73.2.1 主电路分析93.2.2 控制电路分析104.1 PLC的型号选择134.1.1 PLC的型号选择134.1.2 Z3040摇臂钻床PLC控制系统电路图设计174.2 基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统软件设计194.2.1 PL
8、C梯形图程序设计194.2.2 PLC梯形图系统调试244.2.3 PLC控制指令表254.2.4 PLC 控制系统分析284.2.5 元器件布置接线图设计29第5章主要电气元件与选择315.1断路器315.1.1 断路器结构、原理315.1.2 断路器的选择315.2接触器325.2.1 接触器结构、原理325.2.2 接触器的选择325.3热继电器345.3.1 热继电器结构、原理345.3.2 热继电器的选择355.4熔断器355.4.1 熔断器结构、原理355.4.2 熔断器的选择36第6章结论39参考文献40附录42第1章 引 言1.1本课题选题背景和意义钻床是一种孔加工设备，可以用
9、来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝与修刮端面等多种形式的加工。Z3040摇臂钻床是一种立式钻床，他具有性能完善、适用围广、操作方便、灵活等优点，它适用于单件或批量生产带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床，在机械行业中得到了广泛应用。目前机械行业中使用的摇臂钻床其控制系统大多数是采用继电器接触器控制方式，电路接线复杂，触点多、噪音大、维修工作量大。因此，对Z3040摇臂钻床控制系统的技术改造是非常必要的。1.2本文的主要工作本设计的主要任务是应用可编程控制器（PLC）对Z3040摇臂钻床控制系统加以改造，最终要达到使控制系统满足Z3040摇臂钻床对电力拖动和控制要求，简化控制线路，提高
10、系统可靠性，使用率。具体设计任务要求如下：1Z3040型摇臂钻床控制线路原理分析2基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统设计（1）PLC的硬件选型（2）Z3040型摇臂钻床PLC控制I/O端口分配表（3）Z3040型摇臂钻床PLC控制系统电路（4）Z3040型摇臂钻床PLC控制软件设计（5）PLC 控制分析3主要电气元件与选择（1）断路器（2）接触器（3）热继电器（4）熔断器4元器件布置图和接线图设计第2章 PLC的概述2.1 PLC的基本知识1、PLC的产生与发展可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC或PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来
11、，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它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，与大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。2、PLC的组成PLC由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。其结构框图如图（21）。 中央处理单元（简称CPU）作用：处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统，使之协调的工作。编程器输出单元输入单元中央处理单元（CPU）电源用户程序存储器系统程序存储器图21 PLC结构简化框图 存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路
12、。作用：存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其它一些信息。 输入单元：输入单元是PLC与工业生产现场被控设备相连的输入接口，是现场信号进入PLC的桥梁。作用：接收主令元件，检测元件传来的信号。 输出单元输出单元也是PLC与现场设备之间的连接部件，把输出信号送给控制对象的输出接口。作用：将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件。 电源作用：将交流电转换成PLC部所需的直流电源。类型：目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。3、PLC的工作原理PLC以微处理器为核心， PLC采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循
13、环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期主要可分为：输入刷新，程序执行，输出刷新三个阶段 。 4、 PLC的特点为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：1可靠性高，抗干扰能力强。2通用性强，控制程序可变，使用方便。3功能强，适应面广4编程简单，容易掌握5减少了控制系统的设计与施工的工作量6体积小、重量轻、功耗低、维护方便第3章 Z3040控制
14、线路原理分析3.1 Z3040摇臂钻床简介钻床可以进行多种形式的加工，如；钻孔、镗孔、铰孔与攻螺纹。因此要求钻床的主轴运动和进给运动有较宽的调速围。Z3040型摇臂钻床的主轴的调速围为50:1，正转最低转速为40 r/min，最高为2000 r/min，进给围为0.051.60 r/min。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。摇臂钻床适合于在大、中型零件上进行钻孔、扩孔、铰孔与攻螺纹等工作，在具有工艺装备的条件下还可以进行镗孔。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。
15、故主电动机只有一个旋转方向。摇臂钻床除了主轴的旋转和进给运动外，还有摇臂的上升、下降与立柱的夹紧和放松。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。3.1.1 Z3040摇臂钻床的结构与运行Z3040摇臂钻床主要由底座、立柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等部分组成，立柱固定在底座上，在它的外面套着空心的外立柱，外立柱可饶着立柱回转。主轴箱是一个复合部件，它包括主轴与主轴旋转和进给运动的全部传动变速和操作机构
16、。主轴箱安装于摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。钻削加工时，主轴箱可由夹紧装置将其固定在摇臂的水平导轨上，外立柱紧固在立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。3.1.2 Z3040摇臂钻床的电力拖动的特点和控制要求摇臂钻床运动部件较多，为简化传动装置，采用多台电动机控制，通常没有主轴电动机、遥臂升降电动机、立柱夹紧和放松电动机与冷却泵电动机。摇臂钻床为适应各种形式加工，要求主轴与进给有较大的调速围。主轴一般速度下的钻床加工为恒功率负载，而低速是用于扩孔、绞孔与螺纹加工，属于恒转矩负载。摇臂钻床的主运动与进给运动皆为主轴运动，这两个运动由一台主轴电动机拖动，分别
17、经主轴和进给传动机构实现主轴旋转和进给。主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱。为加工螺纹，主轴要求有正、反转，一般由机械方法获得，为此主轴电动机只需单方向旋转。摇臂的升降由升降电动机拖动，要求电动机能正、反转。摇臂的夹紧和放松是由电气和液压联合控制，并且有夹紧和放松指示。外立柱的夹紧与放松，、主轴箱与摇臂的夹紧与放松可采用手柄机械操作、电气-液压-机械装置等方法来实现。钻削加工时，需要对刀具和工件进行冷却，为此需冷却泵电动机输送冷却液。要有必要的限位、连锁和过载保护，且具有局部安全照明。3.1.3 Z3040控制线路概述Z3040摇臂钻床主要有两种主要运动和其他辅助运动，主运动是指主轴带动钻
18、头的旋转运动；进给运动是指钻头的垂直运动；辅助运动是指主轴箱沿摇臂水平运动，摇臂沿外立柱上下移动以与摇臂和外立柱一起相对于立柱的回转运动。Z3040摇臂钻床具有两套液压控制系统：一套是由主轴电动机拖动齿轮泵送出压力油，通过操纵机构实现主轴正反转、停车控制、空挡、预选与变速；另一套是由液压电动机拖动液压泵送出压力油来实现摇臂的夹紧和松开、主轴箱的夹紧与松开、立柱的夹紧与松开。前者安装在主轴箱，后者安装在摇臂电器盒下部。1操纵机构液压系统该系统压力油由主轴电动机拖动齿轮泵送出，由主轴操作手柄来改变两个操纵阀的相互位置，获得不同的动作。操作手柄有五个空间位置：上、下、里、外和中间位置，其中上为“空挡
19、”，下为“变速”，外为“正转”，里为“反转”，中间位置为“停车”。而主轴转速与主轴进给量各有一个旋钮预选，然后在操作主轴手柄。主轴旋转时，首先按下主轴电动机起动按钮，主轴电动机起动旋转，拖动齿轮泵，送出压力油。然后操纵主轴手柄，板至所需转向位置（里或外），于是两个操纵阀相互位置转变，使一股压力油将制动摩擦离合器松开，为主轴旋转创造条件；另一股压力油压紧正转（反转）摩擦离合器，接通主轴电动机的主轴的传送链，驱动主轴正转或反转。在主轴正转或反转过程中，可转动变速按钮，改变主轴转速或主轴进给量。主轴停车时，将操作手柄扳回中间位置，这时主轴电动机仍拖动齿轮泵旋转。但此时整个液压系统为低压油，无法松开制
20、动摩擦离合器，而在制动弹簧作用下将制动摩擦离合器压紧，使制动轴上的齿轮不能转动，实现主轴停车。所以主轴停车时主轴发动机仍在旋转，只是不能将动力传到主轴。主轴变速与进给变速：将主轴手柄扳至“变速”位置，于是改变两个操纵阀的相互位置，使齿轮泵送出的压力油进入主轴转速预选阀和主轴进给量预选阀，然后进入各变速油缸。与此同时，另一油路系统推动拔叉缓慢运动，逐渐压紧主轴正转摩擦离合器，接通主轴电动机到主轴的传动链，带动主轴缓慢旋转，称为缓速，以利于齿轮的顺利啮合。当变速完成，松开操作手柄，此时手柄在弹簧作用下由“变速”位置自动复位到主轴“停车”位置，然后在操纵主轴正转或反转，主轴将在新的转速或进给量下工作
21、。2夹紧机构液压系统主轴箱、外立柱和摇臂的夹紧和松开是由液压泵电动机拖动液压泵电动机送出压力油，推动活塞、菱形块来实现的。其中由一个油路控制主轴箱和立柱的夹紧，另一油路控制摇臂的夹紧和松开，这两个油路均由电磁阀控制。Z3040摇臂钻床共有四台电动机：主电动机M1，摇臂升降电动机M2，液压泵电动机M3和冷却泵电动机M4。3.2 Z3040控制线路原理分析Z3040型摇臂钻床控制线路原理图如下图所示，Z3040型摇臂钻床的动作是通过机、电、液进行联合控制实现的。该机床控制电路采用380V/100V隔离变压器供电，但其二次绕组增设24V安全电压供局部照明使用。断路器QF1既作为机床线路的电源总开关，
22、又作为机床线路和主轴电机M1的短路与过载保护元件，断路器QF2为摇臂升降电动机M2、液压泵电机M3、冷却泵电机M4的隔离开关和过载与短路保护元件。QF3、QF4、QF5分别为机床控制电路、机床工作信号指示电路和机床工作照明电路和过载与短路保护开关。开车前的准备。首先将隔离开关接通，将电源引入开关QF1扳到“接通”位置，接通三相交流电源，此时总电源指示灯HL1亮，表示机床电气电路进入带电状态。按下总启动按钮SB1，中间继电器KA线圈通电吸合并自锁，为主电动机与其他电动机启动多准备，同时触点KA闭合，为其他三个指示灯通电做准备。图3-1 Z3040型摇臂钻床控制线路原理图3.2.1 主电路分析1M
23、1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。 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。 3M3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。 4M4电机容量小，仅0.125kW，由开关QS控制。3.2.2 控制
24、电路分析由变压器TC将380V交流电压降为110V，作为控制电源。指示灯电源为 6V。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SB8，接触器KM1释放，主轴电动机M1停转。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KT1得电吸合，瞬时动合触点（33-35）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ST2，使其动断触点ST2（1733）断开，使接触器KM4线圈断电
25、释放，液压泵电动机M3停转，与此同时，另一动合触点ST2（17-21）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，ST2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KT1同时断电释放，摇臂升降电动机M2停转，摇臂停止上升。由于KT1释放，其延时闭合的动断触点（47-49）经1-3秒延时后闭合，接触器KM5的线圈经（1-3-5-7-47-49-51-6-2）线路通电吸合，液压电动机M3反向起
26、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ST2动断触点（7-47）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。摇臂上升的动作过程如下： 摇臂的下降过程与上升基本一样，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KT1的作用是控制KM5的吸合时间，使M2停止运转后，再夹紧摇臂。KT1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13秒。摇臂升降的限
27、位保护，由组合开关ST1来实现。ST1有两对触点，ST1-1是摇臂上升时的极限位置保护，ST1-2（27-17）是摇臂下降时的极限位置保护。当摇臂上升到极限位置时，ST1-1(15-17)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ST1的另一触点ST1-2（27-17）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，ST1-2（27-17）动作，电路断开，KM3释放，摇臂升降电动机M2停转。而ST1的另一动断触点ST1-1(15-17)仍闭合，以保证摇臂能够上升。摇臂的自动夹紧是由行程ST3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S
28、T3调整不当，在摇臂夹紧后不能使ST3（7-47）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。摇臂夹紧动作过程如下：摇臂升到预定位置，松开SB3KT1（47-49）断电延时闭合KM5吸合、M3反转摇臂夹紧ST3（7-47）受压断开KM5、M3、均断电释放。3立柱和主轴箱松开、夹紧控制立柱和主轴箱的松开与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
29、按钮SB7、SB8分别为松开、夹紧控制按钮。以主轴箱的松开和夹紧为例：先将SA2扳到右侧，触点（57-59）接通，（57-63）断开。当要主轴箱松开时，按松开按钮SB7，时间继电器KT2、KT3的线圈同时得电，KT2是断电延时型时间继电器，它的断电延时断开的常开触点 （7-57）在通电瞬间闭合，电磁铁YA1通电吸合。经1-3秒延时后，KT3的延时闭合常开触点（7-41）闭合，接触器KM4线圈经（1-3-5-7-41-43-37-39-6-2）线圈断电，液压泵电动机M3正转，压力油经分配阀进入主轴箱右缸，推动活塞使主轴箱放松。活塞杆使行程开关 ST4复位，触点ST4常闭开关,ST4常开闭合。指示
30、灯HL2亮，表示主轴箱已松开。主轴箱夹紧的控制线路与工作原理与松开时相似，只要按松开按钮SB7换成夹紧按钮SB8，接触器KM4换成KM5，M3由正向转动变成反向转动，指示灯HL2换成HL3即可。当把转换开关SA3拌到左侧时，触点（57-63）接通，（57-59）断开。按松开按钮SB7或夹紧按钮SB8时，电磁铁YA2通电，此时，立柱松开或夹紧；SA2在中间位时，触点（57-59）、（57-63）均接通。按SB7或SB8，电磁铁YA1、YA2均通电，主轴箱和立柱同时进行松开或夹紧。其他动作过程与主轴箱松开或夹紧时完全一样，不在论述。由于立柱和主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作，故采用点动控制方式
31、。4冷却泵控制冷却泵电动机M4容量小，所以用组合开关QS直接控制其运行和停止。5照明、信号电路（1）机床照明电路QF5机床工作照明电路开关，同时过载与短路保护作用，EL为工作照明灯。（2）工作信号指示HL1电源指示灯，当和上QF2时HL1指示灯亮，HL2为立柱和主轴箱松开指示灯，HL3为立柱和主轴箱夹紧指示灯，分别由限位开关ST4长闭触头和ST4常开触头控制。HL4为主轴电动机旋转指示灯，由KM1常开触头控制。第4章 基于PLC的Z3040控制系统设计4.1 PLC的型号选择4.1.1 PLC的型号选择随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、
32、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求与保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。：确定I/O点数在改造设计中尽可能利用原有电器，以利于节省投资。根据原控制电路来确定I/O端口点数，其中：按钮8个，行程开关5个，转换开关1个（触点位置3个），热继电器常闭2个，电压继电器触点1个，控制线路电源总开关1个，共20个输入端口点数；接触器7个，电压继电器一个，信号灯4个，共计12个输出端口点数。（2）选配PLC的型号在选用PLC上，考虑到只是对Z3040型钻床做
33、电器部分的改造，输出端口需要12个，输入端口需要20个。而且并不通过网络或其他方式做远程控制。因此，考虑到经济，实用，稳定等方面因素。我决定选用因此在满足以上条件的情况下，我选择FX2N-48MR型，作为本次设计所用PLC。其I/O地址分配如下表所示：Z3040型摇臂钻床PLC控制I/O(输入、输出）地址分配表I（输入）序号名称代号地址1控制线路电源总开关QF3X02总停止按钮SB7X13总启动按钮SB1X24电压继电器AVX35主轴电动机M1热继电器FR1X46主轴电动机M1启动按钮SB2X57主轴电动机M1停止按钮SB8X68摇臂上升按钮SB3X79摇臂下降按钮SB4X1010摇臂上升上限
34、位行程开关ST1-1X1111摇臂下降下限位行程开关ST1-2X1212主轴箱、立柱、摇臂松开行程开关ST2X1313主轴箱、立柱、摇臂夹紧行程开关ST3X1414液压泵电动机M3热继电器FR2X1515主轴箱、立柱松开按钮SB5X1616主轴箱、立柱夹紧按钮SB6X1717立柱夹紧放松指示行程开关ST4X2018主轴箱松开、夹紧SA-1X2119立柱松开、夹紧SA-2X2220主轴箱、立柱松开、夹紧SA-3X23O（输出）序号名称代号地址1电压继电器KVY02主轴电动机M1接触器KM1Y13摇臂上升接触器KM2Y24摇臂下降接触器KM3Y35主轴箱、立柱、摇臂松开接触器KM4Y46主轴箱、立
35、柱、摇臂夹紧接触器KM5Y57主轴箱松开、夹紧电磁铁YA1Y68立柱松开、夹紧电磁铁YA2Y79电源指示HL1Y1010立柱松开指示HL2Y1111立柱夹紧指示HL3Y1212主电动机旋转指示HL4Y134.1.2 Z3040摇臂钻床PLC控制系统电路图设计根据I/O地址分配表设计PLC控制系统电路图。1设计中的几个问题：（1）控制电源接触器、电磁铁与指示灯仍采用原来的110V、6.3V电压不变。（2）Z3040型摇臂钻床照明灯、通电指示灯和信号控制电路的处理手动控制Z3040型摇臂钻床照明灯的电路和电源指示灯电路可用原控制电路控制，也可以用PLC 控制，本设计照明灯的电路采用原控制电路控制，
36、信号控制电路采用PLC 控制。（3）在控制电路中，摇臂升降电动机和液压泵电动机都需要正反转控制，必须设置互锁环节。其方案有三方案一是在梯形图中设置互锁；方案二是利用正反转接触器常闭触点在输出电路中实现互锁；方案三是在编制梯形图时对这两台电动机都设置互锁并结合正反转接触器常闭触点在输出电路中的互锁。从这三个方案来看方案三实现了双重保护，可避免电源短路，有效保证安全。因此本设计采用第三个方案。（4）主轴电动机和液压泵电动机过载保护元件热继电器常闭触点放置问题热继电器常闭触点可直接接在输出端，本设计为控制方便将热继电器常闭触点接在PLC的输入端。2Z3040摇臂钻床控制系统电路图根据上述设计理念设计
37、出Z3040摇臂钻床控制系统电路图。如图所示：图4-1 Z3040型摇臂钻床控制系统电路图4.2 基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统软件设计4.2.1 PLC梯形图程序设计1系统预开程序 本段梯形图程序是为主电动机与其他电动机启动做准备。当合上FQ3（X0）按下SB1(X2)低电压继电器KV（Y0）得电并自锁,其常开触点KV(X3)闭合接通了控制电路电源为机床工作做准备。梯形图程序如图42所示。图422主轴电动机控制程序主轴电动机只做单方向旋转，需要过载保护，过载保护由热继电器FR1(X4)完成。梯形图程序如图43所示。图43 3摇臂升降控制程序摇臂的升（或降）严格按照摇臂松开升（或降）
38、夹紧的顺序进行。为此，要求夹紧与放松作用的液压泵电动机与摇臂升降电动机按一定顺序启动工作，由摇臂松开行程开关与摇臂夹紧行程开关发出控制信号进行控制。当要求摇臂上升（或下降）时，按下SB3(或SB4)首先启动主轴箱、立柱、摇臂松开电路当松开到位时ST2(X13)常开触点闭合,使液压泵电动机旋转（正转或反转）,摇臂上升（或下降）。液压泵电动机正、反转需必要的互锁。摇臂上升、下降流程图如图a、b所示；梯形图如图46所示。4主轴箱、立柱、摇臂松开、夹紧控制程序Z3040摇臂钻床，摇臂的松开、夹紧与摇臂的升降要求能自动控制，本设计采用定时器与行程开关配合完成，有必要的联锁保护。梯形图程序如图47所示。开
39、始按上升按钮松开立柱松到位摇臂上升放开上升按钮夹紧夹紧到位结束图4-4 a、摇臂上升流程图开始按下降按钮松开立柱松到位摇臂下降放开下降按钮夹紧夹紧到位结束短暂上升图4-5 b、摇臂下降流程图图46图475主轴箱、立柱松开、夹紧控制程序主轴箱、立柱松开与夹紧控制要求可单独操作，也可以同时操作，由转换开关SA和SB5、SB6配合定时器进行控制。梯形图程序如图48所示。图486冷却泵控制冷却泵电动机采用组合开关QS直接控制其启停。4.2.2 PLC梯形图系统调试将各部分梯形图程序上机调试并合并成如下图所示的Z3040型摇臂钻床PLC控制系统梯形图，经过调试和模拟实验，所设计的梯形图程序完全满足Z30
40、40型摇臂钻床对控制系统的要求。图4-9 Z3040型摇臂钻床PLC控制系统梯形图4.2.3 PLC控制指令表0 LD X01 AN Y02 LD X03 ANI X14 LD X25 OR Y06 ANB 7 OUT Y08 LD X39 MPS 10 LD X511 OR Y112 ANB 13 ANI X614 AND X415 OUT Y116 MRD X717 LD X718 ANI X1119 LD X1020 ANI X1221 ORB 22 ANB 23 OUT M024 MRD25 LD M026 ANI X13 27 ANI M1 28 LD M129 ANI X1730
41、AND T331 ORD 32 ANB 33 AND X1534 ANI Y5 35 OUT Y436 MRD37 AND M038 AND X1339 MPS40 ANI X1041 ANI Y342 OUT Y243 MPP 44 ANI X745 ANI X246 OUT Y347 MRD 48 LDI X1649 AND M250 ORI X1451 ANB 52 AND X15 53 ANI T1 54 ANI Y4 55 OUT Y5 56 MRD 57 AND M0 58 OUT T161 MRD 62 LD X16 63 OR X17 64 ANB 65 ANI M0 66 O
42、UT M1 67 OUT T2 70 MRO 71 LD X21 72 OR X22 73 ANB 74 AND T2 75 OUT Y6 76 MRD 77 LD X23 78 OR X2279 ANB 80 AND T2 81 OUT Y7 82 MPP 83 AND M1 84 OUT M2 85 OUT T3 88 LD X3 89 MPS 90 AND X20 91 OUT Y11 92 MRD 93 AND X20 94 OUT Y12 95 MPP 96 AND Y1 97 OUT Y13 4.2.4 PLC 控制系统分析1开车准备先将自动开关QF2QF5接通，在将电源总开关QF
43、1扳倒“接通”位置，引入三相电源。PLC上电，电源指示灯点亮表示机床已处于带电状态。按下SB1， X2接通，低电压继电器KV（Y0）得电并自锁,其常开触点KV(X3)闭合接通了控制电路电源为机床工作做准备。2主轴电动机控制启动时，按下启动按钮SB2，X5接通，Y1动作并自锁使KM1得电并自锁，KM1主触点闭合主轴电动机M1转动，指示灯HL4亮。停车时，按下停止按钮SB7，Y6断开Y1复位，KM1断电释放，主轴电动机M1停转，指示灯HL4灭。3摇臂升降控制当需要摇臂上升时按下SB3，X7闭合，M0接通，同时，接通断电延时定时器T37，其长闭触点T37瞬时断开，断开了液压泵电动机M3反转控制的电路。由于主轴箱、立柱、摇臂松开逻辑行X15是闭合的，因而Y4接通闭合，液压泵电动机M3正转，松开摇臂。摇臂松开到位后，X13长闭触点断开，液压泵电动机M3停转，摇臂上升逻辑行X13常开触点闭合，Y2接通闭合，摇臂上升电动机M2正转，带动摇臂上升。当摇臂上升到一定高度时松开SB3，X7复位断开，M0断开，断电延时定时器T37断电，其长闭触点T37延时3秒钟闭合Y5接通闭合，液压泵电动机M3反转，夹紧摇臂。摇臂夹紧后ST2（X13）、ST3（X14）恢复初始状态且X14断开，Y5失电，液压泵电动机M3停转，完成了摇臂松开上升夹紧的动作过程。摇臂下降的控制过程与摇臂上升的控制过程相似。