PLC在摇臂钻床的应用 毕业论文.doc

闽江学院本科毕业论文(设计)题 目 PLC在摇臂钻床的应用 学生姓名 学 号 120091003228 系 别 物理学与电子信息工程系 年 级 2009 级 专 业 电子信息工程 指导教师 职 称 高级工程师 完成日期 2013年5月10日 闽江学院毕业论文（设计）诚信声明书本人郑重声明：兹提交的毕业论文（设计）用PLC在摇臂钻床的应用，是本人在指导老师 林丹阳老师 的指导下独立研究、撰写的成果；论文（设计）未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，论文（设计）中所引用的文字、研究成果均已在论文（设计）中以明确的方式标明；在毕业论文（设计）工作过程中，本人恪守学术规范，遵守学校有关规定，依法享有和承担由此论文（设计）产生的权利和责任。 声明人（签名）：年 月 日 摘 要 本次毕设利用PLC技术来改造摇臂钻床，摇臂钻床是一种孔工件钻削工具，能进行各种孔加工例如：钻孔、铰孔、扩孔等等。摇臂钻床有着操作快捷、灵活、适用面广的优点，特别适合用于单件孔加工或大批生产孔加工。因此提升摇臂钻床系统工作性能和稳定性对一个企业的工作效率有很大的帮助，也能为现在工业化生产的带来福音。 .同时，经过这次毕业设计让我收获波多,一些知识的理解更加深入。为以后在日常工作中能运用自如的使用PLC进行系统设计做好铺垫。关键字：摇臂钻床 PLC技术 性能 稳定性Abstract The Bi-based PLC technology to transform radial drilling machine, radial drilling a hole workpiece drilling tools can perform a variety of hole machining example: drilling, reaming, reaming, and so on. Radial drilling machine has a fast, flexible, applicable to a wide range of advantages, particularly suitable for hole machining of a single piece or mass production of hole machining. Therefore enhance the efficiency of the radial drilling machine system performance and stability of an enterprise of great help to bring the Gospel, but also for industrial production. After the graduation design let me harvest wave, just more in-depth understanding. In order to be able to use later in the day-to-day work freely use the PLC system designed to pave the way.Key words: radial drilling machine PLC programming performance stability目 录第一章 引言11、 课题研究意义12、 本次论文的设计要求1第二章 摇臂钻床电气控制系统电路分析21、 摇臂钻床的主要结构和运动情况21.1 运动情况21.2 摇臂钻床的电气控制电路32、 电路分析42.1 主电路分析42.2 控制电路分析42.2.1 主轴电动机的控制42.2.2 摇臂升降电动机的控制52.2.3立柱与主轴箱的夹紧与松开72.2.4 指示灯电路分析8第三章 用PLC对摇臂钻床电气控制系统的改造91、I/O地址分配表92、I/O接线图10第四章 自动钻孔131、状态图132、 梯形图及解释18第五章 仿真调试231、摇臂升降程序仿真图232、主轴箱与立柱夹紧松开仿真图243、实物图24第六章 结论26附录27致 谢28参考文献29第一章 引言1、 课题研究意义19世纪期间，由于大时代工业背景推动下，各式各样的机床相继现世。随着社会科技高速前进，原来功能简单的机床就渐渐的演变出了功能多样的机床例如：钻床、铣床等等。在普通车床中，钻床是算比较有代表性的机床，通过归类可分为摇臂式、多轴式、立式、台式等等。摇臂钻床灵活轻便，合适加工工件多孔的钻削，大范围应用于加工制造中。 上个世纪随着社会技术的发展，出现了一种接触器-继电器的控制系统。但是我们发现这种系统还存在着很多缺陷。很容易引发故障。还有这种方式的控制线路复杂，不利维护修理，又有一些复杂的动作不易实现。目前国外大幅度用PLC编程替换这一系统，我们和他们相比还是有很多的距离。所以随着现在社会新科技的不断出现，人们开始各种工件的质量要求也越来越高了，特别是在机械制造方面。一些传统老式的车床加工生产出来的工件已经很难满足社会发展要求，所以新的加工方法出现是一种社会要求，也是一种趋势。随着社会电子集成电路的高度发展，可编程技术的不断更新。将微型处理器、单片机和电子集成电路引入PLC中。PLC应用范围更加广泛，使得我国早自动化的道路上有迈进了一步。所以本次毕设针对Z3040摇臂钻床的电路控制系统进行改造，改造后不但使整个系统的控制结构简单化,而且还提升了整个系统可靠性和稳定性,同时也减小修理量，节约资源。2、 本次论文的设计要求1、 所以本次毕设针对Z3040摇臂钻床的电路控制系统进行改造，改造后不但使整个系统的控制结构简单化,而且还提升了整个系统可靠性和稳定性,同时也减小维修量，节省资源。2、 基于1的基础上对手动的摇臂钻床进行修改，将手动钻孔的改造成自动钻孔的，这样能节省更多的资源。3、 自动钻孔能改造成单循环的和连续的。第二章 摇臂钻床电气控制系统电路分析1、 摇臂钻床的主要结构和运动情况 摇臂钻床的组成有内外立柱、底座、微控回转工作台、主轴箱、摇臂等。底座和内立柱连在一起形成一个支撑，内立柱的外面在套上个外立柱，能回转正负180度。外立柱外面在套装个摇臂，能上下移动。摇臂的水平方向上能供主轴箱来回移动。通过控制纵向进给进行工作。结构如图1所示 图1 摇臂钻床结构图1.1 运动情况当对摇臂钻床操作时，主轴箱夹紧在摇臂水平方向上是通过夹紧装置来实现的。内立柱的外面在套上个外立柱，能转动正负180度。外立柱外面在套装个摇臂，能上下移动。摇臂的水平方向上能供主轴箱来回移动。通过控制进给来给工作台上的工件进行工作 下面说说摇臂钻床的主要运动：1、 主运动 -钻头伴随着主轴电动机运动2、 进给运动-控制主轴电动机的升降运动3、 辅助运动-摇臂中主轴箱的运动、摇臂上下运动和摇臂和外立柱共同绕着内立柱做正负180度的运动1.2 摇臂钻床的电气控制电路 摇臂钻床的电气控制原理图如下图2所示：图2 摇臂钻床的电器控制原理图 由上图2可知摇臂钻床共需要4台三相电动机相互配合工作：1、 主轴电动机（M1）2、 摇臂升降电动机（M2）3、 液压泵电动机（M3）4、 冷却泵电动机（M4）注：由上面的电路图可知它们的启动方式多是直接启动。2、 电路分析2.1 主电路分析 电源由开关QS控制导通与否，FU1（熔断器）为电源的短路保护。 主轴电动机M1是单向的，由接触器KM1来控制起停。摇臂升降电动机M2由两个接触器KM2、KM3控制摇臂的升降。液压泵电动机M3由正反两个接触器KM4，KM5控制摇臂的松紧和主轴箱、立柱的松紧。冷却电动机M4由SA1来控制它的运动。2.2 控制电路分析 控制电路利用变压器先将380V的交流电压分压为110V作为控制电路电压、6V作为指示灯电压、24V作为日常工作照明电压。2.2.1 主轴电动机的控制图3主电动机运行的流程图 按下按钮SB2接触器KM1得电KM1的主触点闭合主电动机启动KM2的常开辅助触点闭合，自锁主电动机连续动作，按下SB1主轴电动机M1停止运动2.2.2 摇臂升降电动机的控制29 图4 摇臂上升流程图 上升：按下按钮SB3时间继电器KT得电，KT的常闭触点断开KM5失电。KT的常开触点闭合线圈KM4得电。KM4得电液压泵电动机M3正转。当KT的延时时间一到KT的常开触点闭合YV得电电磁阀导通产生吸合，使压力油压进油腔（左腔）挤压油腔让摇臂松开。摇臂松开后压下行程开关SQ2线圈KM4失电，液压泵电动机M3停转。同时接触器线圈KM2得电摇臂升降电动机M2正转，摇臂上升。当摇臂上升到所需要的位置，松开按钮SB3接触器线圈KM2和KT线圈失电M3停转，摇臂上升停止。时间继电器KT的常闭触点闭合KM5得电M3反转，反向压力油经电磁换向阀，流进油腔（右腔）反向挤压油腔让摇臂夹紧。摇臂夹紧后SQ3被压下接触器线圈KM5与YV失电M3停转，液压泵电动机停。 图5 摇臂下降流程图下降：按下按钮SB4时间继电器KT得电，KT的常闭触点断开KM5失电。KT的常开触点闭合线圈KM4得电。KM4得电液压泵电动机M3正转。同时KT的延时常开触点闭合YV得电电磁阀导通产生吸合，使压力油压进油腔（左腔）挤压油腔让摇臂松开。摇臂松开后SQ2被压下线圈KM4失电，液压泵电动机M3停止。同一时间接触器线圈KM3得电摇臂升降电动机M3反转，摇臂就会下降。 当摇臂下降到所需要的位置，松开按钮SB4接触器线圈KM2和KT线圈失电M3停转，摇臂下降停止。时间继电器KT的常闭触点闭合KM5得电M3反转，反向压力油经电磁换向阀，流进油腔（右腔）反向挤压油腔让摇臂夹紧SQ3被压下接触器线圈KM5与YV失电M3停转，液压泵电动机停止。2.2.3立柱与主轴箱的夹紧与松开图6 立柱与主轴箱PLC控制流程图 主轴箱与立柱都是用液压装置操控同时工作的，按下SB5KM4得电M3正转立柱与主轴箱松开。SQ4常闭触头得电，松开到点后，立柱与主轴箱松开指示灯HL1亮。 当按下SB6KM5得电M3反转立柱与主轴箱慢慢夹紧。夹紧到位后，压下SQ4SQ4常闭触头断开灯HL1灭，SQ4常开触头闭合，立柱与主轴箱夹紧指示灯HL22.2.4 指示灯电路分析（1）HL1松开指示灯，灯点亮代表松开，就能人为操空机台。（2）HL2夹紧指示灯，灯亮代表已夹紧，可以对工件进行工作。（3）主轴正转指示灯HL3。（4）照明灯EL，由变压器TC供给24V电压，由开关SA2控制点亮。 表1 Z3040摇臂钻床的主要电器设备 输 入 输 出 电器名称和符号 电器名称和符号主轴停止按钮SB1主轴电动机接触器KM1主轴动作按钮SB2摇臂上升接触器KM2摇臂上升按钮SB3摇臂下降接触器KM3摇臂下降按钮SB4松开接触器KM4立柱与主轴箱松开按钮SB5夹紧接触器KM5立柱与主轴箱夹紧按钮SB6电磁阀YV摇臂上升限位行程开关SQ1松开指示灯HL1摇臂松开行程开关SQ2夹紧指示灯HL2摇臂夹紧行程开关SQ3主轴指示灯HL3立柱与主轴箱夹紧、松开行程开关SQ4照明灯EL冷却泵电动机的启、停开关SA1照明灯开关SA2主轴电动机过载保护FR1液压泵电动机过载保护FR2总电源开关QS第三章 用PLC对摇臂钻床电气控制系统的改造I/O口的点数的实际需求量一般会多出10%15%的备用量差值来确定的。由上表1可知摇臂钻床的输入信号有15个，输出信号有10个，但由于PLC的I/O口的点数的价格比较高，合理选用I/O口的数量，不仅可以降低成本，还可以解决外部扩展的问题。在符合设计要求的情况下我们要做到I/O点数最少。通常来说我们想要减少I/O点数，可以把手动操作开关、电动机过载保护的热继电器触点等放在外部电路中，所以把手动操作开关QS、SA1、SA2和热继电器FR1、FR2放在外电路中，以便减少输入点数节约成本。本设计中的照明灯EL是由开关SA2手动控制的，因此没有必要将照明灯EL作为本次毕业设计的输出信号。故本次毕业设计中PLC的输入信号数为10个，输出信号数为9个。综上，本设计中Z3040摇臂钻床的PLC输入点数应选1010×12%=11.2点；输出点数应选99×12%=10.08点，通过查看三菱FX1N系列型号表，选定三菱FX1N-40MR-001（其中输入点数24点，输出点数16点，继电输出型）。 1、I/O地址分配表 据电气原理图可知道，可以自行设置输入和输出的分配表的开关量 表2 输入/输出点分配表 输 入 输 出 电器名称和符号地址 电器名称和符号地址主轴停止按钮SB1X000主轴电动机接触器KM1Y000主轴动作按钮SB2X001摇臂上升接触器KM2Y001摇臂上升按钮SB3X002摇臂下降接触器KM3Y002摇臂下降按钮SB4X003松开接触器KM4Y003立柱与主轴箱松开按钮SB5X004夹紧接触器KM5Y004立柱与主轴箱夹紧按钮SB6X005电磁阀YVY005摇臂上升限位行程开关SQ1X006松开指示灯HL1Y010摇臂松开行程开关SQ2X011夹紧指示灯HL2Y011摇臂夹紧行程开关SQ3X010主轴指示灯HL3Y012立柱与主轴箱夹紧、松开行程开关SQ4X013照明灯EL冷却泵电动机的启、停开关SA1照明灯开关SA2主轴电动机过载保护FR1X014液压泵电动机过载保护FR2X0162、I/O接线图根据输入和输出点的分配表可以画出输入和输出设备与PLC的接线图如图7所示 图7 输入和输出设备与PLC的接线图 根据摇臂钻床的电控系统的工作原理及图7的输入和输出设备与PLC的接线图，用基本指令编写的梯形图原理图如下图8 图8 用PLC对摇臂钻床改造的梯形图注：梯形图所对应的程序在附录程序中下面分段对梯形图进行解说 图9 由图9可知： 由X001（开始按钮）和X000（停止按钮）来控制Y000（主电动机M1）的起停和主电动机的亮灭 图10 由图10可知： 由X002（摇臂上升按钮）和X003（摇臂下降按钮）来控制Y001（M2正转）和Y002（M2反转）摇臂电动机的升降 图11 由图11可知： 由X004（立柱与主轴箱松开按钮）和X0005（立柱与主轴箱夹紧按钮）来控制Y003（M3正转）和Y004（M3反转）液压电动机的运动让立柱与主轴箱松开和夹紧第四章 自动钻孔 基于用PLC改造后的摇臂钻床的基础上对手动的进行修改，将手动钻孔的改造成自动钻孔的，自动钻孔的改造成能单循环的工作状态和连续的工作状态，这样能节约更多的资源。1、状态图 下面是自动钻孔的状态流程图（SQ11是初始状态）图12-1自动钻孔的流程图下面是自动钻孔的步进状态图图12-2自动钻孔的步进状态图 图12-3自动钻孔的步进状态图图12-4自动钻孔的步进状态图图12-5自动钻孔的步进状态图2、 梯形图及解释 根据步进状态图画出梯形图（图13到图25） 下面是对自动钻孔的分解梯形图的解释 图13 由图13可知： 用M8002开始对状态S0进行驱动，当按下开始按钮X001就驱动状态S20 图14 由图14可知： 状态S20开始后主电动机M1（Y000）开始运动，主电动机的指示灯（Y010）点亮，（Y011）得电主电动机向下运动，冷却电动机（Y021）打出冷却液。停止按钮（X000）按下时就停止主电动机M1的运动和熄灭指示灯（Y010）。X005、X020、X021，分别为主电动机（Y000）、向下电动机（Y011）和冷却电动机（Y021）的热继电器，对主电动机（Y000）、向下运动电动机（Y011）和冷却电动机（Y021）进行热保护。当主电动机运动碰到行程开关X014时就跳到下一个状态S21。 图15 由图15可知： 状态S21开始后（Y012）得电主电动机向上运动，X020是热继电器是对（Y012）进行热保护。当上升运动碰到行程开关X012时就跳到下一个状态S22。 图16 由图16可知： 状态S22开始后（Y003）得电液压电动机正转主轴箱与摇臂松开，X006是热继电器是对液压电动机进行热保护的。时间继电器T0计时2S，时间一到就跳到下一个状态S23. 状态S23开始后（Y013）得电主轴箱向右运动，X022是时间继电器是对Y013进行热保护的。碰到行程开关X012时就跳到下一个状态S24 图17 由图17可知： 状态S24开始后（Y004）得电液压电动机正转主轴箱与摇臂夹紧，摇臂夹紧时碰到摇臂夹紧行程开关X003就跳到下一个状态S25 图18 由图18可知： 状态S25开始后主电动机M1（Y000）开始运动，主电动机的指示灯（Y010）点亮，（Y011）得电主电动机向下运动，冷却电动机（Y021）打出冷却液。停止按钮（X000）按下时就停止主电动机M1的运动和熄灭指示灯（Y010）。X005、X020、X021，分别为主电动机（Y000）、向下电动机（Y011）和冷却电动机（Y021）的热继电器，对主电动机（Y000）、向下运动电动机（Y011）和冷却电动机（Y021）进行热保护。当主电动机运动碰到行程开关X015时就跳到下一个状态S26。图19 由图19可知： 由图13可知： 状态S26开始后（Y012）得电主电动机向上运动，X020是热继电器是对（Y012）进行热保护。当上升运动碰到行程开关X012时就跳到下一个状态S27。图20 由图20可知： 状态S27开始后（Y003）得电液压电动机正转主轴箱与摇臂松开，X006是热继电器是对液压电动机进行热保护的。时间继电器T1计时2S，时间一到就跳到下一个状态S28.状态S28开始后（Y013）得电主轴箱向右运动，X022是时间继电器是对Y013进行热保护的。碰到行程开关X013时就跳到下一个状态S29图21 由图21可知： 状态S29开始后（Y004）得电液压电动机正转主轴箱与摇臂夹紧，X006是热继电器是对液压电动机M3进行热保护的。摇臂夹紧时碰到行程开关X003就跳到下一个状态S30图22 由图22可知： 状态S30开始后主电动机M1（Y000）开始运动，主电动机的指示灯（Y010）点亮，（Y011）得电主电动机向下运动，冷却电动机（Y021）打出冷却液。停止按钮（X000）按下时就停止主电动机M1的运动和熄灭指示灯（Y010）。X005、X020、X021，分别为主电动机（Y000）、向下电动机（Y011）和冷却电动机（Y021）的热继电器，对主电动机（Y000）、向下运动电动机（Y011）和冷却电动机（Y021）进行热保护。当主电动机运动碰到行程开关X016时就跳到下一个状态S31。图23 由图23可知： 状态S31开始后（Y012）得电主电动机向上运动，X020是热继电器是对（Y012）进行热保护。当上升运动碰到行程开关X013时就跳到下一个状态S32。图24 由图24可知： 状态S32开始后（Y003）得电液压电动机正转主轴箱与摇臂松开，X006是热继电器是对液压电动机进行热保护的。时间继电器T2计时2S，时间一到就跳到下一个状态S33图25 由图25可知： 状态S33开始后（Y014）得电主轴箱向左运动，X022是热继电器是对Y014进行热保护的。碰到行程开关X011时就跳到下一个状态S34.状态S34开始后（Y004）得电液压电动机正转主轴箱与摇臂夹紧，X006是热继电器是对液压电动机M3进行热保护的。摇臂夹紧时碰到行程开关X003就返回到S0初始状态进入下一个循环 注：而单循环是摇臂夹紧时碰到摇臂夹紧行程开关X003就停止了，不再有任何运动，直到有人重新按下X001按钮。第五章 仿真调试三菱GX Developer编程软件是应用于三菱系列PLC的中文编程软件，可在Windows Xp及以上操作系统中运行。设计中的仿真图为分段仿真调试的画面图。1、摇臂升降程序仿真图 图26 摇臂松开仿真图 图27 摇臂上升仿真图 图28 摇臂下降仿真图2、主轴箱与立柱夹紧松开仿真图图29 主轴箱与立柱松开程序仿真图 图30 主轴箱与立柱夹紧程序仿真图3、实物图第六章 结论 本毕设对摇臂钻床的结构、工作状态及原理进行了分析，制定了PLC改造的设计方案并叙述了设计流程，其中包括PLC类型的选择、I/O地址的分配、接线图和梯形图的绘制等，还对Z3040摇臂钻床电控系统改造后PLC系统的一些程序进行仿真调试。同时也拓展了基于用PLC改造后摇臂钻床的基础上对手动的摇臂钻床进行修改，将手动钻孔的改造成自动钻孔的，自动钻孔的改造成能单循环的工作状态和连续的工作状态这样能节省更多的资源。 通过这次毕设是我更加清晰的深入的了解了PLC逻辑可编程这门课程。也明白了单单的理论没有实践相结合是没办法将知识融会贯通的。所以本次设计不仅仅让我明白了摇臂钻床的电气控制基本原理，也让我再一次复习PLC控制系统设计方法和编程技巧。附录 程 序1 OR Y0002 ANI X0003 ANI X0144 OUT Y0005 OUT Y0126 LD X0027 ANI X0068 LD X0039 ANI X00710 ORB11 OUT M012 OUT T015 LD M016 AND X01317 ANI X01518 MPS19 ANI X00320 ANI Y00221 OUT Y00122 MPP23 ANI X00224 ANI Y00125 OUR Y00226 LD M027 ANI X01328 OR X00429 ANI Y00430 ANI X01631 OUT Y00332 LDI X01033 OR X00534 ANI T035 ANI Y00336 ANI X01637 OUT Y00438 LDI X01039 OR T040 ANI X00441 ANI X00542 OUT Y00543 LDI X01144 OUT Y01045 LD X01146 OUT Y01147 END 控制面板图 图32摇臂钻床控制面板图致 谢 本设计是在林丹阳老师的悉心指导下完成的，林丹阳老师在可编程逻辑这块拥有深厚的知识，社会实践经验极其丰富，教学态度严谨，工作认真负责令我终生难忘。特别要感谢林丹阳老师提供了很多本关于三菱PLC知识方面的书给我，这些书对我的毕设帮助很大，谢谢我的导师。也要谢谢一些同学给我的论指点，同时还要非常感谢来参加我们毕业答辩的评审老师们，谢谢老师对我论文不完美的地方进行指点。参考文献1王永华. 现代电气可编程控制技术. 北京：北京航空航天大学出版社，20022徐世许. 可编程控制器原理应用网络. 合肥：中国科学技术出版社，20013戴一平.可编程控制器技术. 北京：机械工业出版社，20024陈定明. 电机与控制. 北京：高等教育出版社，20045李晓波等. PLC对Z3040型摇臂钻床的改造. 河南：漯河职业技术学院，20096姜治臻. PLC项目实训. 北京：高等教育出版社，20087阮友德. 电气控制与PLC实训教程. 北京：人民邮电出版社，20068史国生. 电子控制与可编程控制器技术. 北京：化学工业出版社，20109郑凤翼，杨洪升. 怎样看电气控制电路图. 北京：人民邮电出版社，200910张培志.子控制与可编程控制器. 北京：化学工业出版社，200711廖常初. PLC编程及应用. 北京：机械工业出版社，2008 12张中洲. PLC技术与技能训练. 北京：高等教育出版社，2009 13郑 萍. 现代电气控制技术. 重庆：重庆大学出版社，2001