钻床控制系统设计.pdf

南京工程学院继续教育学院毕毕业业设设计计任任务务书书自动化系数控技术专业设 计 题 目基于 PLC 的钻床控制系统改造设计学 生 姓 名甄超班级T 数控 091起 止 日 期201.32011.4指 导 教 师刘 启 新教研室主任林健发任务书日期2011 年 3 月 1 日1.1.毕业设计的原始数据：毕业设计的原始数据：以 PLC 为控制装置，改造 Z304 型钻床的控制系统1.主轴电动机：2.4kW、1440r/min 2.上升、下降电动机：750W、1440r/min3.夹紧、放松电动机：370W、1440r/min4.油泵电动机：125W、2880r/min2.2.毕业设计毕业设计(论文论文)的内容和要求的内容和要求(包括技术要求、包括技术要求、图表要求以及工作要求等图表要求以及工作要求等)：根据毕业设计给出的原始数据，设计Z3040 型钻床控制系统的硬、软件，主要内容如下：（1）根据 Z3040 型钻床的控制要求，选择合适的PLC；（2）根据钻床电动机的功率选择接触器的型号和规格；（3）设计 PLC 的接口电路；（4）分配 PLC 的地址表；（5）设计 PLC 的程序流程图；（6）编制控制程序。3.3.毕业设计应完成的技术文件：毕业设计应完成的技术文件：（1）论文摘要(中、英文)；（2）开题报告（设计思路，分析）；（3）PLC 接口电路、地址分配表；（4）硬件电路；（5）程序流程图、程序清单。4.4.主要参考文献：主要参考文献：1机床电气及可编程序控制器实验、课程设计指导书 高等教育出版社 2001 郁汉琪2电气控制与可编程控制器化学工业出版社 2006 冯薇3电气控制与可编程控制器应用中国建材工业出版社 2004 吴晓君,杨向明4电气控制与可编程控制器技术化学工业出版社 2004 史国生编著5机床电气及可编程序控制器应用技术 东南大学出版社 2002 郁汉琪6全国大学生电子设计竞赛训练教程黄智伟主编电子工业出版社 20055.5.毕业设计毕业设计(论文论文)进度计划进度计划(以周为单位以周为单位)：起 止 日 期工 作 内 容备 注第一周熟悉课题的基本要求第二周查找资料，熟悉有关内容第三周分析控制要求，画出主电路第四周设计接口电路、画出接口电路图第五周确定输入/输出地址分配表第六周编写、调试电动机控制程序第七周撰写毕业设计论文第八周撰写毕业设计论文，准备毕业答辩教研室审查意见：室主任 2011年 1 月 12 日院部审查意见：院领导 2011 年 1 月 14 日摘要摘要阐述了采用可编程控制器(PLC)进行Z3040 钻床控制电路教学设备技术改造的方法,简要说明了S7-200 系列在本系统中的应用以及PLC 控制过程的工作原理,其中包括I/O 口的分配、确定I/O 点数、设计PLC 系统控制程序等几个环节的处理方法。开题报告开题报告目前的机床普遍采用传统的继电器接触器控制方式。由于它采用传统的继电器和接触器的联锁触点构成顺序控制，该触点的寿命与接触不良常常使得机器的故障率提高，发生故障时又很难找到故障。另一方面，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不方便实现，甚至无法实现。而采用 PLC 进行控制可以提高机器的运转效率，与继电器相比 PLC 它有以下几个优势：（1）功能强，性价比高。一台小型 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与具有和 PLC 相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。（2）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。PLC 产品已经实现标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC 的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。（3）可靠性高，抗干扰能力强。在传统的继电器控制系统中需要使用大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的 1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC 由于采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，故具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间可以达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，因此 PLC 已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。（4）系统的设计、安装、调试工作量少。PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，比较容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间可以比设计继电器系统电路图的时间少得多。PLC 的程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过 PLC 上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，因此系统的调试时间比继电器系统少得多。（5）编程方法简单。梯形图是使用得最多的 PLC 编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，PLC 在执行梯形图的程序时，用解释程序将梯形图转换成汇编语言后再去执行。（6）维修工作量少，维修方便。PLC 的故障发生率很低，且有完善的自我诊断和显示功能。当 PLC 或其外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据 PLC 上的发光二极管或编程器提供的信息迅速的查明出现故障的原因，用更换模块的方法就可以迅速地排除故障。（7）体积小，能耗低。对于复杂的控制系统，使用了 PLC 以后，就可以减少大量的中间继电器和时间继电器的使用。小型 PLC 的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2-1/10。PLC 的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线的时间，还可以减少大量的费用。除此之外，PLC 丰富的编程资源，可以在使用 PLC 控制的同时，扩充机床的功能，使它更方便的适合于机械工厂的需要。随着微电子技术的发展，PLC 在完成传统控制的同时，更多的具备了网络功能，即多台 PLC 或者 PLC 与 PC 之间可以方便的进行联网。这样借助于现场总线的 PLC 通讯网络，可以使得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，车间自动化提供了技术保证。本课题是以 Z3040 型摇臂钻床为例来研究经由 PLC 电气改造的机床控制系统。钻床是一种用途较广的万能机床，可以用来钻孔、扩孔及修刮端面等多种形式的加工。钻床按用途和结构可分为立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、多轴钻床、深孔钻床、卧式钻床及其它专用钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，最具有典型性。设计思路与分析设计思路与分析根据PLC 控制系统设计的一般步骤,Z3040 钻床PLC 控制系统属于典型的单机控制系统,输入/输出信号均为开关控制量,一般的继电器输出型PLC 就可以满足控制上的要求,又由于Z3040 钻床属于中小型机床,输入信号传输距离不大,控制电路比较集中,不必采用单独的控制柜来安装电器元件。为了提高整个系统的可靠性、安全性,考虑到系统的成本,系统的主轴电动机正、反转,冷却泵电动机部分控制及照明电路将不采用PLC控制。另外,24V的输入电压可以满足对系统抗干扰能力的要求。图 1Z3040 钻床电气主电路图图1 是Z3040 钻床控制系统的主电路图,其中M1 是主轴电动机,M2 为摇臂升降电动机,M3为液压泵电动机,M4 为冷却泵电动机,具体控制要求如下:1)4 台电动机容量较小,均采用全压直接起动。主轴旋转与进给要求有较大的调速范围,钻削加工要求主轴正、反转,这些皆由液压和机械系统完成,主轴电动机是作单向旋转。2)摇臂升降由升降电动机拖动,因此升降电动机要求正、反转。3)液压泵电动机用来拖动液压泵送出不同流向的压力油,推动活塞,带动菱形块动作,以此来实现主轴箱、内外立柱和摇臂的夹紧与松开。因此液压泵电动机要求正、反转。4)摇臂的移动需严格按照摇臂松开一摇臂移动一摇臂移动到位自动夹紧的程序进行。5)钻削加工时由冷却泵电动机拖动冷却泵,冷却泵电动机为单向旋转。（一）选择（一）选择 PLCPLC首先，三种品牌的PLC 中，西门子的质量最可靠，性能最稳定，所以确定在此系统中使用西门子的 PLC。在摇臂钻床的控制系统中，PLC 注意起开关作用及定时、计数的少数简易功能，所以只需要小型的 PLC 就能满足功能。在摇臂钻床控制系统的设计中需要输入点（I）12 个，输出点（Q）9 个。综上所述，选择 PLC 为 224 CXP。资源分配表资源分配表名称SB1SB2SB3SB4SB5SB6SQ1SQ2SQ3SQ4FR1FR2KM1KM2KM3KM4KM5YAHL1HL2HL3地址I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3Q0.0QO.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.7Q1.0Q1.1输出信号关闭主轴电动机M1按钮启动主轴电动机M1按钮摇臂上升按钮摇臂下降按钮主轴箱和立柱松开按钮主轴箱和立柱夹紧按钮摇臂上升与下降的限位保护摇臂松开行程开关摇臂夹紧行程开关松开与夹紧指示主轴过载保护液压泵过载保护主轴接触器摇臂上升接触器摇臂下降接触器主轴箱和立柱松开接触器主轴箱和立柱夹紧接触器电磁阀指示灯立柱松开指示灯立柱夹紧指示灯主轴工作指示灯