机床电器与可编程控制技术课程设计指导书.docx

机床电器与可编程控制技术课程设计说明书设计题目：基于pic的摇臂钻床电器控制系统设计设计者：XXX指导教师：XXX齐齐哈尔大学机电工程学院机械电子工程专业机电XXX班年 月 日机床电器与可编程控制技术课程设计任务书适用专业：机械电子工程设计题目：基于pic的摇臂钻床电器控制系统设计一、 设计前提：掌握本课程所学知识二、 设计内容：1. 零件图 1张2. 课程设计说明书 1份三、 课程设计工作计划第 17 周，周一、二：绘制零件图第 1 7周，周三、四、五：撰写课程设计说明书草稿第 18周，周一、二：修订并完善课程设计说明书第 18 周，周三、四：制定最终版本第 18 周，周五：进行课程设计总结四、 相关教材及参考书目：1．《机床电器与可编程控制技术》李西兵、郭强主编，电子工业 出版社；2．《PLC 原理及应用》李长久主编，机械工业出版社；3．《机床电气控制技术》，齐占庆主编，机械工业出版社；4.《电气控制与PLC原理及应用》常文平编著，西安电子科技大 学出版社目录摘要 2Abstract 3一 绪论 41.1 本设计的选题背景和意义 41.2 国内外关于本课题的技术研究现状和发展状态 5二 Z3040 摇臂钻床电器设备的分布及分工 6三 Z3040 摇臂钻床继电器原理图解 9四 系统总体方案设计 14五、Z3040摇臂钻床的PLC程序编制 155.1 PLC控制系统设计的基本原则 155.2 电气控制部分 155.2.1 电气控制主电路 155.2.2 电机控制 165.3 PLC的I/O端口分配表 175.4 PLC程序梯形图 185.5 仿真结果 20六 结论 21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 I/O 端口的分配、I/O硬件接线图的绘制、梯形图程序的设计关键词：可编程控制器；摇臂钻床；电气控制系统；梯形图AbstractThis design is to studies the machine process in common use Z3040 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 Z3040 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 Z3040 radial drilling machine. Completed the design of the software and hardware of the electric control system, Among them includethe I/O allotment of the address、the I/O hardware connects the line diagramtrapezium diagram's design.Key words: PLC；Radial drilling machine；Electric Control System； Trapezium diagram绪论1.1本设计的选题背景和意义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oPLC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内外关于本课题的技术研究现状和发展状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二 Z3040 摇臂钻床电器设备的分布及分工Z3040 摇臂钻床设有4 台电动机，即主轴电动机、冷却泵电动机、摇臂 升降电动机及液压泵电动机。