基于Z3040型摇臂钻床PLC控制系统.doc

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AbstractThe Z3040 drilling lathe which was commonly seen in workhouse, and it is widely used in mechanism industry. There 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 technical.This article propose 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 software 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 system, 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: PLC drilling lathe block diagram control system contactor目 录摘 要 IAbstract II第1章 引 言 1 11.2 现状及发展状态 21.2.1 PLC的应用领域 21.2.2 PLC的国内外状况 31.3 本文的主要工作 3第2章 PLC的概述 52.1 PLC的基本知识 52.1.1 PLC的产生及发展 52.1.2 PLC的组成 52.1.3 PLC的工作原理 82.1.4 PLC的基本性能指标 92.1.5 PLC的特点 102.2 PLC的编程语言 122.2.1 梯形图编程语言 122.2.2 功能图编程语言 142.2.3 语句表编程语言 14第3章 Z3040控制线路原理分析 153.1 Z3040摇臂钻床简介 153.1.1 Z3040摇臂钻床的结构及运行 153.1.2 Z3040摇臂钻床的电力拖动的特点和控制要求 153.1.3 Z3040控制线路概述 163.2 Z3040控制线路原理分析 173.2.1 主电路分析 183.2.2 控制电路分析 18第4章 基于PLC的Z3040控制系统设计 224.1 PLC的型号选择 224.1.1 PLC的型号选择 224.1.2 Z3040摇臂钻床PLC控制系统电路图设计 234.2 基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统软件设计 244.2.1 PLC梯形图程序设计 244.2.2 PLC梯形图系统调试 274.2.3 PLC控制指令表 274.2.4 PLC 控制系统分析 304.2.5 元器件布置接线图设计 30第5章 主要电气元件及选择 31 315.1.1 断路器结构、原理 315.1.2 断路器的选择 31 325.2.1 接触器结构、原理 325.2.2 接触器的选择 32 345.3.1 热继电器结构、原理 345.3.2 热继电器的选择 35 365.4.1 熔断器结构、原理 365.4.2 熔断器的选择 36第6章 结论 38参 考 文 献 39致 谢 40附 录 41附录1 Z3040型摇臂钻床PLC控制系统电气原理图 41附录2 S7-200 CPU的技术指标 42附录3 Z3040型摇臂钻床PLC控制I/O(输入、输出）地址分配表 43附录4 Z3040型摇臂钻床控制系统电路图 46附录5 Z3040型摇臂钻床配电箱元件位置及接线图 47附录6 Z3040型摇臂钻床PLC控制系统梯形图 48附录7 Z3040元器件明细表 50第1章 引 言钻床是一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。

钻床的结构形式很多，有立式钻床、卧式钻床、台式钻床、深孔钻床、多轴钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等Z3040摇臂钻床是一种立式钻床，在各类钻床中，他具有性能完善、适用范围广、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、维修工作量大长期使用后，故障率高，故障排查困难，常常影响企业正常生产因此，对Z3040摇臂钻床控制系统的技术改造是非常必要的可编程控制器（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，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 PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命比之单片机，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或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。

人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务 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，被日益广泛应用于机械加工设备的电气控制系统中利用PLC对摇臂钻床继电器控制电路进行改造，有助于提高设备的可靠性、使用率，降低设备故障率，提高生产效率,其经济效率显著因此，本课题对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设计方案中去，取代传统继电接触控制的方法, 使得钻床的可靠性和效率大为提高, 在工业上有广泛的应用前景1.2 现状及发展状态1.2.1 PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类 1．开关量的逻辑控制   这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等2．模拟量控制   在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制 3．运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合 4．过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块PID处理一般是运行专用的PID子程序过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用. 5．数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统 6．通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便 1.2.2 PLC的国内外状况世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期。