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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。
Z3040摇臂钻床是一种立式钻床,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。
因此，对Z3040摇臂钻床控制系统的技术改造是非常必要的。
本设计的主要任务是应用可编程控制器（PLC）对Z3040摇臂钻床控制系统加以改造，最终要达到使控制系统满足Z3040摇臂钻床对电力拖动和控制要求，简化控制线路,提高系统可靠性，使用率。
具体设计任务要求如下1．Z3040型摇臂钻床控制线路原理分析2．基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统设计(1)PLC的硬件选型(2)Z3040型摇臂钻床PLC控制I/O端口分配表(3)Z3040型摇臂钻床PLC控制系统电路(4)Z3040型摇臂钻床PLC控制软件设计（5）PLC 控制分析3．主要电气元件及选择（1）断路器（2）接触器（3）热继电器（4）熔断器4．元器件布置图和接线图设计1PLC的概述PLC的基本知识1、PLC的产生及发展可编程控制器(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。
在工业生产过程中:大量的开关量顺序控制:它按照逻辑条件进行顺序动作:并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制:及大量离散量的数据采集。
传统上:这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
2、PLC 的组成PLC 由中央处理单元:存储器:输入单元:输出单元:电源五部分组成。
其结构框图如图(2-1) ① 中央处理单元(简称CPU)作用:处理和运行用户程序:进行逻辑和数学运算:控制整个系统:使之协调的工作。
毕业设计摘要摘要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。
但继电器—接触器控制方式电路接线复杂，触电多，成本很高，今后的逻辑修改和增加功能比较困难等诸多缺点。
PLC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，对工作环境要求低等一系列优点。
因此对Z3040摇臂钻床控制系统PLC改造是非常必要的。
本设计对Z3040摇臂钻床电气控制系统PLC的改造。
首先，从Z3040摇臂钻床的控制原理和PLC的特点分析入手；其次，根据控制系统的原理和PLC的特点完成了PLC机型的选择、I/O端口的分配和接线图绘制；PLC梯形图程序的设计、指令语句表编写和系统程序的仿真；最后根据控制要求，完成了摇臂钻床控制电路中主要电气元件的计算选择。
通过PLC改造摇臂钻床控制系统，克服了继电器—接触器许多缺点，大大提高摇臂钻床的工作能力和工作寿命，同时运用了系统仿真，能形象、直观的模拟出摇臂钻床运动情况。
关键词：可编程控制器，摇臂钻床，梯形图，电气控制系统I本科毕业设计AbstractAbstractZ3040 type radial drilling machine is mechanical processing workshop commonly used machine that is suitable for single piece or batch production with large parts of the porous hole processing. it is widely used in the machinery industry.but the relay contact device control circuit wiring way more complex electric shock, cost is high，The logic of revision and function increasing will very difficult in the future. The control system of PLC compared with the relay contactor electric control system.It have the excellent feature that is a simple structure, a convenient programming, a short commissioning period, a high reliability and an anti-interference ability, a low failure rate and a low advantages for work environment. So the Z3040 radial drilling machine control system modification is very necessary.This design that is Z3040 radial drilling machine of the electrical control system is reformed the PLC. First of all, analysis Z3040 radial drilling machine control principle and the characteristics of the PLC. Secondly, according to the principle of PLC control system and the characteristics of the type finish PLC choose the I/O port distribution and the wiring diagram PLC ladder diagram of drawing program design instructions written statement table and system of the simulation program. Finally, it completes radial drilling machine main electrical component selectionThrough the PLC control system transformation radial drilling machine that overcome relay contactor many faults. It Greatly improve the radial drilling machine work ability and service lifeand it using a system simulation, which can image the intuitive that radial drilling machine motion.Key words programmable controller, radial drilling machine, ladder diagram, electrical control system目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 .................................................................................................................. - 1 -1.1 本课题选题背景和意义............................................................................................. - 1 -1.2 本课题国内外研究现状、水平和发展趋势............................................................. - 1 -1.3 本课题的主要工作..................................................................................................... - 3 -2 Z3040摇臂钻床电气控制系统原理分析......................................................... - 4 -2.1 Z3040摇臂钻床简介................................................................................................. - 4 -2.2 Z3040摇臂钻床控制要求....................................................................................... - 5 -2.2 Z3040摇臂钻床主电路的分析................................................................................. - 7 -2.3 Z3040摇臂钻床控制电路的分析............................................................................. - 7 -2.3.1 主运动控制...................................................................................................... - 7 -2.3.2 摇臂上升或下降控制...................................................................................... - 7 -2.3.3 主轴箱和立柱的松开及夹紧控制.................................................................... - 8 -2.3.4 控制电路保护.................................................................................................... - 8 -2.4 Z3040摇臂钻床信号和照明电路的分析................................................................. - 9 -3 Z3040摇臂钻床控制系统PLC硬件设计................................................... - 10 -3.1 PLC的简介.............................................................................................................. - 10 -3.2 PLC的选型.............................................................................................................. - 11 -3.3 PLC输入与输出端口地址的分配.......................................................................... - 13 -3.4 PLC电气接线图设计.............................................................................................. - 13 -4 Z3040摇臂钻床控制系统PLC软件设计..................................................... - 15 -4.1 PLC软件设计方法的分类...................................................................................... - 15 -4.2 控制系统梯形图设计............................................................................................... - 16 -4.2.1 主轴电动机控制梯形图................................................................................ - 16 -4.2.2 摇臂升降控制梯形图.................................................................................... - 16 -4.2.3 主轴箱和立柱松开、夹紧梯形图................................................................ - 18 -4.2.4 信号指示梯形图............................................................................................ - 19 -4.2.5 摇臂钻床控制系统梯形图............................................................................ - 19 -4.3 控制系统语句表....................................................................................................... - 21 -4.4 控制系统仿真........................................................................................................... - 22 -4.4.1 主电动机的仿真............................................................................................ - 22 -4.4.2 摇臂上升和下降的仿真................................................................................ - 22 -4.4.3 主轴和立柱夹紧与放松仿真........................................................................ - 24 -5 主要电气元件及选择 ........................................................................................ - 26 -5.1 低压断路器............................................................................................................... - 26 -5.1.1 低压断路器的选择原则................................................................................ - 26 -5.1.2 低压断路器的选择........................................................................................ - 26 -5.2 接触器....................................................................................................................... - 27 -5.2.2 接触器的选择原则........................................................................................ - 27 -5.2.2 接触器的选择................................................................................................ - 27 -5.3 热继电器................................................................................................................... - 28 -5.3.1 热继电器选用原则........................................................................................ - 28 -5.3.2 热继电器的选择............................................................................................ - 28 -5.4 时间继电器............................................................................................................... - 29 -5.4.1 时间继电器的选择原则................................................................................ - 29 -5.4.2 时间继电器的选择........................................................................................ - 29 -5.5 熔断器....................................................................................................................... - 29 -5.5.1 熔断器的选择原则........................................................................................ - 29 -5.5.2 熔断器的选择................................................................................................ - 30 -5.6 主令电器................................................................................................................... - 30 -5.6.1 按钮开关的选择............................................................................................ - 30 -5.6.2 行程开关的选择............................................................................................ - 31 -6 总结 .................................................................................................................. - 33 -参考文献 .......................................................................................................... - 34 -致谢 ........................................................................................................................ - 35 -1 绪论1.1 本课题选题背景和意义钻床作为一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等多种形式的加工。
PLC改造Z3040摇臂钻床的设计传统机床控制系统基本上采用继电—接触器电气控制方式。
由于这种控制线路触点多、线路复杂,使用多年后,常会因为故障多、维修量大、维护不便及可靠性差而影响正常生产。
还有部分机床虽然还能正常工作,但其精度、效率以及自动化程度已不能满足当前生产工艺要求,对这些机床进行改造势在必行。
下面,笔者以三菱公司的fx2n-32mr型plc为例,对z3040型摇臂钻床的电气控制线路进行改造,探讨传统机床电气控制线路改造的设计方法。
一、z3040摇臂钻床的电气控制线路及控制原理图1为z3040摇臂钻床的电气控制线路图,其控制过程简述如下:1.主电路分析控制的电动机共有四台。
z3040摇臂钻床主运动和进给运动共用一台主电动机m1。
加工螺纹时要求主轴能正反向旋转,主轴正反转是采用机械方法来实现的,所以m1只需单向旋转,主电动机功率为3kw,用sbl、sb2实现启动和停止控制,用热继电器frl作过载保护。
摇臂的升降由升降电动机m2拖动,要求电动机能正反向旋转,m2功率为1.1kw。
sb3、sb4分别为摇臂上升和下降按钮,由km2、km3控制电动机m2正反转以实现摇臂的升降移动。
立柱、主轴箱与摇臂的夹紧与松开是采用电动机m3带动液压泵,通过夹紧机构实现的。
其夹紧与松开是通过控制电动机的正反转送出不同流向的压力油推动活塞带动菱形块动作来实现的。
所以,液压泵电动机m3要求能正反向旋转,由km4、km5实现正反转控制,m3功率为0.6kw,用热继电器fr2作过载保护。
冷却泵电动机m4只需单向旋转,其功率为0.125kw,由旋转开关sa1直接控制单向旋转。
2.控制电路分析(1)主轴电动机m1的控制。
按启动按钮sb2→接触器km1吸合并自锁→主轴电动机m1启动运行,同时指示灯hl3显亮。
按停止按钮sb1→km1释放→m1停止,同时指示灯hl3熄灭。
(2)摇臂升降控制。
按下上升点动按钮sb3→时间继电器kt线圈得电→km4、yv同时线圈得电,液压泵电动机m3启动,摇臂松开→sq2动作,km2得电、km4断电→摇臂上升→摇臂上升到位后,松开按钮sb3→km2和kt同时断电释放→m2停止,摇臂停止上升→由于kt线圈失电,经1~3秒延时,其延时闭合的常闭触点复位→km5吸合→液压泵电动机反转→压力油经分配阀体进入摇臂的“夹紧油腔”摇臂夹紧。
目录第一章绪论 (1)第一节本课题的选题背景和意义 (1)第二节国内外关于本课题的技术研究现状和发展动态 (2)第二章 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理 (3)第一节主电路 (3)第二节控制电路、信号及照明电路 (4)第三章 PLC简介 (6)第一节 PLC的基本概念 (6)第二节 PLC的基本结构 (6)第三节 PLC的工作原理 (7)第四章基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计8第一节 PLC型号的选择 (9)第二节 PLC的I/O端口分配表 (11)第三节 PLC的I/O电气接线图的设计 (12)第五章 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计 (13)第一节 PLC梯形图程序的优化设计及程序调试 (13)第六章结论 (16)第一节研究成果 (16)第二节不足之处 (17)参考文献 (18)第一章绪论第一节本课题的选题背景和意义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。
PLC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。
摘要:钻床是一种常用的机床，在生产中应用很广泛，种类繁多。
然而，在运作中，传统的钻床暴露了越来越多的问题，比如：触点过多、故障出现频繁、维修不方便，影响了钻床的正常工作，引起产品质量降低。
由于各种各样的问题，钻床的改造势在必行。
在众多的改造方案中，PLC改造以其他同类产品所不具备的优点脱颖而出。
本文以PLC为控制核心进行的对Z3040摇臂钻床的自动化改造，在本文中阐述了传统钻床继电器控制电路以及行程开关的缺点，提出了详细的改进方案。
绘制出了改造过后的电气原理图及PLC接线图等。
并编写了PLC的控制程序，取得了良好的效果。
关键词：摇臂钻床 PLC 传感器改造目录第一章摇臂钻床的介绍一、Z3040摇臂钻床系统的机械系统 (3)二、Z3040摇臂钻床系统的电气系统 (4)三、Z3040摇臂钻床的润滑和冷却系统 (7)第二章继电器控制的摇臂钻床的工作原理一、控制电路电路原理图 (8)二、钻床的操作步骤及工作原理 (9)三、电气元件清单 (11)第三章 Z3040摇臂钻床的电气控制的改造一、Z3040摇臂钻床行程开关的改进 (14)二、Z3040摇臂钻床继电器控制线路的改进 (18)三、I/O分配表 (21)四、Z3040摇臂钻床改造的接线图 (22)五、程序 (23)结束语 (26)答谢辞 (27)参考文献 (28)第一章Z3040摇臂钻床介绍钻床是一种常用的机床，分台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。
种类繁多，在工业生产中应用得非常广泛，本文以Z3040摇臂钻床为对象进行PLC改造。
图1-1 XXXXXX一 Z3040摇臂钻床系统的机械系统Z3040摇臂钻床整个系统可实现主轴旋转、主轴进给摇臂升降及主轴箱在摇臂上移动等功能（参看表1-3）（1）主轴旋转主轴的旋转有正、反转及停止由手柄16（主轴正反转及停止手柄）操纵。
当手柄向左扳动，主轴正转，并在面板上指示灯显示旋向；当手柄在中间位置时主轴停止，指示灯熄灭；当手柄向右扳动，主轴反转，另一指示灯显示旋向。
Z3040型摇臂钻床的PLC控制系统设计PLC控制系统是用于自动化设备的控制和监控的一种技术。
本文将介绍Z3040型摇臂钻床的PLC控制系统设计。
一、系统概述Z3040型摇臂钻床是一种常用的金属加工设备，用于钻孔、攻丝等加工操作。
为了提高设备的工作效率和精度，我们设计了一个基于PLC的控制系统。
该系统主要包括硬件设备和软件程序两部分。
硬件设备部分由传感器、执行元件和PLC控制器组成；软件程序部分由PLC编程语言编写而成，可以实现设备的自动化控制和监控。
二、硬件设备设计1.传感器选择选取合适的传感器对设备的运行状态进行监测和控制是PLC控制系统设计的基础。
在Z3040型摇臂钻床中，我们可以选择接近开关、光电传感器、压力传感器等不同类型的传感器用于监测设备的位置、速度、负荷等信息。
2.执行元件选择执行元件负责根据PLC控制器的指令实现设备的运动。
在Z3040型摇臂钻床中，我们可以选择电动马达、液压马达等不同类型的执行元件用于控制主轴的旋转、工作台的上下移动等动作。
3.PLC控制器选择选择合适的PLC控制器对设备进行控制和监控是PLC控制系统设计的核心。
在Z3040型摇臂钻床的设计中，我们需要选择能够满足设备运行要求的高性能PLC控制器。
通常情况下，我们需要根据设备的运行模式、控制要求和I/O点数量等参数选择合适的PLC控制器。
三、软件程序设计1.PLC编程语言选择PLC控制器的软件程序通常由Ladder Diagram（梯形图）、Function Block Diagram（功能块图）等编程语言编写而成。
在Z3040型摇臂钻床的设计中，我们可以选择Ladder Diagram作为主要的编程语言，用于描述设备的控制逻辑。
2.PLC控制程序编写根据设备的工作流程和控制逻辑，我们需要编写相应的PLC控制程序。
PLC控制程序包括输入端口的检测、控制逻辑的处理和输出端口的控制等部分。
在Z3040型摇臂钻床的设计中，我们可以编写相应的程序实现设备的自动化控制和监控。
