PLC课设.docx
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PLC课设
目录
一、绘制Z35型摇臂钻床的继电器电气原理图，并分析控制系统的工作原理.............................................2
1.1........................................................2
1.2........................................................2
1.3........................................................2
1.4........................................................2
二、系统改造意义.............................................4
三、PLC的选型.............................................5
3.1.........................................................6
四、PLC设计...................................................9
五、元器件选..................................................10
六、电器元件布置图设计.....................................11
七、电气安装接线图设计.........................................12
八、梯形图设计程序..........................................13
八、心得体会................................................13
九、参考资料................................................14
一．绘制Z35型摇臂钻床的继电器电气原理图，并分析控制系统的工作原理。
1.1Z35摇臂钻床的运动过程
Z35型摇臂钻床是一种用途广泛的通用机床，它用于钻孔、扩孔、铰孔、锪平面及攻螺纹等基本加工过程。
为了满足生产机械的要求，摇臂钻床的摇臂与外立柱一起可绕固定不动的内立柱作360度的回转运动，外立柱的夹紧、松开是通过立柱夹紧与松开电动机M4正反转、以及机械和液压共同作用完成的。
立柱的夹紧与松开是点动控制，存在操作时间不好掌握的问题，立柱夹紧和松开的线路故障有：
立柱松紧电动机M4不能启动；立柱在放松或夹紧后，不能切断电动机M4的电源等故障。
1.2Z35型摇臂钻床的结构
Z35型摇臂钻床主要由底座、内力柱、外立柱、摇臂、主轴箱、工作台等组成。
内立柱固定在底座上，在它外面套着空心的外立柱，外立柱可绕内力柱可绕内力柱回转一周。
摇臂一端的套筒不分与外立柱滑动配合，借助于丝杠，摇臂可沿着外立柱上下移动，但两者不能做相对运动，所以摇臂将于外立柱一起相对内力柱回转。
主轴箱是一个复合的部分，它具有主轴、主轴旋转部件以及主轴进给的全部变速和操纵机构。
主轴箱可沿着摇臂上的水平导轨作径向移动。
当进行加工时可利用特殊的夹紧机构将外立柱紧固在内立柱上摇臂紧固在外立柱上、主轴箱紧固在摇臂导轨上然后进行钻削加工。
1.3Z35摇臂钻床的电力施动及控制要求
1）由动机承担主钻削及进给任务，摇臂升降、夹紧放松和冷却泵各用一台电动机拖动。
2）为了适应多种加工方式的要求，主轴及进给运动应在较大范围内调速。
但这些调速都是机械调速，用手柄操作变速箱调速，对电动机无任何调速要求。
从结构上看，主轴变速机构与进给变速机构应该放在一个变速箱内，而且两种运动由一台电动机拖动是合理的。
3）加工螺纹时要求主轴能正反转。
摇臂钻床的正反转一般用机械方法实现，电动机只需单方向旋转。
1.4Z35型摇臂钻床继电器控制
Z35型摇臂钻床接触器—继电器控制电路原理图如下图所示。
从图中可以看出种Z35型摇臂钻床由四套电动机拖动、即冷却电动机M1、主轴电动机M2、摇臂升降电动机M3、液压泵电动机M4。
SA1为手动的十字开关，分为五档：
“左”“右”“上”“下”
“中间”档，它用于控制电路电源及主轴电动机M2、摇臂升降电动机M3的启动和停止。
当需要主轴电动机M2启动运转时，只需将SA1扳至“左”边档位置，电压继电器KV通电闭合，接通控制电路的电源，然后将SA1扳至“右”边档位置，接触器KM1通电闭合，主轴电动机M2即可启动运转。
当需要摇臂上升时，在电压继电器KV闭合后，将SA1扳至“上”档位置，接触器KM2通电闭合，摇臂升降电动机M3正向启动运转。
首先带动机械装置松开摇臂的夹紧装置，并压下行程开关ST4，然后又通过机械装置带动摇臂上升。
当上升到要求高度后，将SA1扳至“中间”档位置，接触器KM2失电，摇臂升降电动机M3停止正转，并接触器KM3通电闭合，摇臂升降电动机M3反向启动运转，将摇臂夹紧。
摇臂加紧后，行程开关ST4复位断开，完成摇臂上升的控制过程。
摇臂下降的控制过程与上升的过程相同。
立柱的放松夹紧由按钮SB1和SB2控制。
冷却泵电动机M1由转换开关QS2控制。
Z35型摇臂钻床接触器—继电器控制电路原理图：
二、系统改造的现实意义
目前PLC已经广泛应用于所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，PLC的应用范围不断扩大，发展也十分迅速，在工业自动控制系统中占有极其重要的地位。
其主要优点如下所示：
1）可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器。
由于触点接触不良，容易出现故障。
而PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，如在硬件方面采用了屏蔽、滤波、电源调整与保护、隔离及模块结构等措施来增加PLC的可靠性；在软件方面，设置了自诊断、警戒时钟WDT、信息保护和恢复等措施；此外，PLC还采用周期扫描、集中采样、集中输出的工作方式，这些都极有效的提高了自身的抗干扰能力，并可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，使PLC成为广大用户公认为最可靠的工业控
制设备之一，被誉为“不会损坏的仪表”。
2）功能强，性能价格比高
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。
它不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺控等功能，还具有较强的数值处理功能、模拟量输入输出处理功能、通信联网功能等；此外，还能扩展位置控制、运动控制等各种特殊功能的智能模块。
与相同功能的继电器控制相比，具有很高的性能价格比。
3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。
PLC产品已经标准化、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，用户能灵活方便地进行系统配置，组合成不同功能、不同规模的系统。
硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。
4）编程方法简单易学
目前，梯形图是使用最多的PLC的编程语言，其电路符号和表达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。
5）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。
同时PLC的用户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，系统的调试时间比继电器系统少得多。
6）体积小，重量轻，能耗低
由于半导体集成电路的应用，PLC的体积相对很小，一台收音机大小的PLC具有相当于三个1.8m高的继电器柜的功能，节省电能达50%以上。
例如，日本松下电工社的FP0系列机型小巧精致，一个控制单元只有25mm宽，高度为90mm，长为60mm，甚至扩充至I/O口为128点，总宽度也只有105mm。
三、PLC的选型
PLC是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制，被广泛应用于各个领域，因为它具有几个突出的特点：
可靠性高，抗干扰强；编程简单，易于掌握；功能完善，灵活方便；体积小，质量轻，功耗低。
PLC机型的选择和安装知系统所需I∕O点数较少（如在十几点以下），控制要求教简单.该系统的I∕O点数为18点（其中输入12点，输出6点），选择PLC机型得留有一定的余量以便满足今后生产的发展或工艺的改进.对存储容量的选择。
因此，对PLC的选型应具体考虑一下几个方面：
1）结构合理
2）功能相当
3）机型统一
4）容量满足（通常I/O点数可按实际需要的10%～15%考虑裕量）
5）其他特殊要
根据以上要求在日本松下电工（NAIS）公司生产的FP系列产品FP0、FP1、FP2、FP3、FP5、FP10等多个系列中选择较早进入中国市场的FP1系列，FP1系列属于整体式结构的小型化PLC产品，该产品系列有紧凑小巧的C14型与C16型，还有具高级处理功能的C24、C40、C56、C72型等多种规格。
根据Z35型摇臂钻床的功能，应选择FP1-C24，它属于标准型，I/O点数分配为12个输入点，6个输出点。
3.1Z35型摇臂钻床输入输出点数统计
因为在改造中不改变原控制系统，所以PLC输入输出点数可根据原继电器控制电路来计算。
输入点数:
（1）主轴电动机启动运转的十字开关1个（SA右开关）；
（2）控制摇臂上升的十字开关1个（SA上开关）；
控制摇臂下降的十字开关1个（SA下开关）；
控制摇臂夹紧开关SQ2-1和SQ2-2两个；防止摇臂上升或下降不致超过允许的极限的位置开关SQ1-1和SQ1-2两个；
（3）立柱松开按钮SB1两个；立柱夹紧按钮SB2两个。
输入点数共11点。
输出点数:
（1）主轴电动机M2运行交流接触器1个；
（2）摇臂升降电机正、反转交流接触器各1个；
（3）立柱夹紧与松开控制电机的正、反转交流接触器各1个。
输出点数共5点。
PLC的选择：
Z35型摇臂钻床改造后共需点数为16点，为了保证所设计的控制系统能正常运行，在设计硬件系统时，应根据I/O实际点数留有20%余量。
考虑到发展及工艺控制问题，故选择松下FP1-C24PLC继电器输出，I/O总点数为24，输入点数为16点，输出点数为8点。
PLCI/O分配表（表1、表2）：
表1输入口分配表
地址号符号名称用途
X0SA右开关主轴电动机运转开关
X1SA下开关摇臂下降的十字开关
X2SA上开关摇臂上升的十字开关
X3SQ1-1防止摇臂上升不超过极限位置的位置开关
X4SQ1-2防止摇臂下降不超过极限位置的位置开关
X5SQ2-1控制摇臂夹紧开关
X6SQ2-2控制摇臂松开开关
X7SB1常开立柱松开按钮
X8SB1常闭立柱松开和夹紧互锁按钮
X9SB2常开立柱夹紧按钮
X10SB2常闭立柱松开和夹紧互锁按钮
表2输出口分配表：
地址号符号名称用途
Y1KM1主轴电动机M2运行的交流接触器
Y2KM2摇臂升降电机正转交流接触器
Y3KM3摇臂升降电机反正交流接触器
Y4KM4立柱夹紧与松开电机正转交流接触器
Y5KM5立柱夹紧与松开电机反转交流接触器
FP-1C24控制接线图如下图：
四．PLC设计
系统主电路和PLC接线图及其他电气原理图的设计:
五.元器件选:
代号
名称
型号
规格
数量
用途
M1
主轴电动机
Y112M-4
4kW、1440r/min
1
驱动主轴及给进
M2
摇臂升降电动机
Y90L-4
1.5kW,1440r/min
1
驱动摇臂升降
M3
液压泵电动机
Y802-4
0.75Kw,1390r/min
1
驱动液压系统
M4
冷却泵电动机
AOB-25
90W、2800r/min
1
驱动冷热泵
KM1
交流接触器
CJ0-20B
线圈电压110V
1
控制主轴电动机
KM2-KM5
交流接触器
CJ0-10B
线圈电压110V
4
控制M2,M3正反转
FU1-FU3
熔断器
BZ-001A
2A
3
电路的短路保
KT1-KT2
时间继电器
JJSK2-4
线圈电压110V
2
KT3
时间继电器
JJLK2-2
线圈电压110V
1
FR1
热间继电器
JR0-20/3D
6.8-11A
1
M1过载保护
FR2
热间继电器
JR0-20/3D
1.5-2.4A
1
M3过载保护
QF1
低压断路器
DZ5-20/330FSH
0A
1
总电源开关
QF2
低压断路器
DZ5-20/330H
0.3-0.45A
1
M4控制开关
QF3
低压断路器
DZ5-20/330H
6.5A
1
M2,M3电源开关
YA1,YA2
交流电池铁
MFJ1-3
线圈电压110V
2
液压分派
TC
控制变压器
BK-150
380/110-24-6V
1
电路供电
SB1
按钮
LAY3-11
红色
1
总停止开关
SB2
按钮
LAY3-11D
1
主轴电动机停止
SB3
按钮
LAY3-11
绿色
1
主轴电动机启动
SB4
按钮
LAY3-11
1
摇臂上升
SB5
按钮
LAY3-11
1
摇臂下降
SB6
按钮
LAY3-11
1
松开控制
SB7
按钮
LAY3-11
1
夹紧控制
HL1
信号灯
XD1
6V、白色
1
电源指示
HL2
指示灯
XD1
6V
1
主轴指示
EL
铣床工作灯
JC-25
40W、24V
1
铣床照明
六、电器元件布置图设计
如图4所示，为Z35型摇臂钻床PLC控制的电器元件布置图。
七、电气安装接线图设计
如图5所示，为Z35型摇臂钻床PLC控制的电气安装接线图。
八、梯形图设计程序
如下图所示，为Z35摇臂钻床PLC控制梯形图。
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12ORX6
13ANIY1
九、心得体会
通过这一学期的课程学习和这次课程设计我对电气控制和可编程控制器PLC也有了一定的了解和掌握，在这次学习后，我对接触器控制，PLC程序控制两者不同之处有了深刻的体会。
接触器控制具有自动控制方法简单，工作可靠，成本低，大多是用于有触电控制系统，适用于固定动作要求的控制设备，一旦工作中发生程序变化、错误，就需要重新配线，比较麻烦，不适用于较复杂和控制要求经常改变的场合。
PLC程序控制是在计算机技术基础上发展起来的一种工业自动控制，它编程简单，动作可靠且动作顺序变更容易，一旦工作中发生程序变化，只要改变程序结构即可，其操作灵活，方法简单。
十、参考资料
[1]齐占庆等.电气控制技术.机械工业出版社.2002.5
[2]陈远龄等.机床电气自动控制.重庆大学出版社.1998.8
[3]王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术.机械工业出版社.2006.1
[4]赵明.工厂电气控制设备.机械工业出版社.1985
[5].甘雷，可编程控制器与工厂自动化，北京希望电子出版社,2002.10
[6].刘光辉，PLC技术在车床电气控制系统改造中的应用，北京大学出版社,2008.3
[7].钱仁等编写，发电机盘车电气控制回路改进，辽宁大学出版社,2004.1
[8].黄剀涛等编著，PLC学习教程，北京大学出版社,2005.6
[9].于光德等编写，程序教程PLC，北京大学出版社,2001.12
[10]刘胜雷编著，新概念PLC教程， 北京科海集团公司,2007.10
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