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皖西学院课程设计报告书系别：机电学院专业：13电气学生姓名：学号：课程设计题目：PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制起迄日期: 2016.5.16 - 2016.5.28 课程设计地点:PLC电气控制实验室指导教师:目录一引言 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计要求 (1)二Z3050摇臂钻床简介 (2)2.1摇臂钻床的外观（如图一所示） (2)2.2摇臂钻床的主要结构 (2)2.3 Z3050摇臂钻床主电路图及分析 (3)三PLC简介及所选PLC构成与原理介绍 (4)3.1 PLC的简介 (4)3.1.1PLC定义 (4)3.1.2PLC的特点 (4)3.2 PLC的选择 (4)3.3 三菱可编程控制器的基本组成 (5)3.4 三菱可编程序控制器的功能特点 (5)3.5 三菱可编程控制器的基本工作原理 (6)四Z3050型摇臂钻床的PLC改造过程 (6)4.1任务提出简述 (6)4.2工作台控制系统I/O地址分配表 (7)4.3 控制功能接线图及控制电路分析 (8)4.4 软件设计 (11)4.4.1功能介绍 (11)5.3.2梯形图 (12)总结 (13)参考文献 (14)附录仿真结果 (15)1主轴电动机M1的控制 (15)2摇臂升降的控制 (15)3立柱和主轴箱的夹紧与放松的控制 (18)致谢 (20)一引言摇臂钻床使用于单件或批量生产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械，由于其控制系统是采用继电器控制系统，电路接线复杂，出点多，长期使用后，故障多，故障排除困难。
常常影响企业生产。
PLC具有可靠性强，使用方便，维护简单的优点。
因此，利用PLC对摇臂钻床继电器控制线路进行改造，有利于提高设备的可靠性，使用率。
正是由于PLC控制系统的种种优点，因此本次PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制，可以大大提高Z3050摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性，为工业生产的现代化带来生机。
第3章组合钻床控制系统本章以组合钻床控制系统为例，先通过三台电机的启动、停止学习多台电机的控制方法，为组合钻床系统中电机的控制做基础，然后延续上一章的顺序控制设计法，学习使用SCR指令编写梯形图程序，掌握较全面的编程方法，最终使学生有应对一些复杂项目的能力。
教学导航教知识重点（1）多台电机的启动、停止控制。
（2）使用SCR指令设计顺序功能图。
（3）使用SCR指令编写梯形图程序。
知识难点使用SCR指令编写梯形图程序。
推荐教学方法本章的知识链接部分用讲授法和引导文法；初步训练部分使用案例教学法；强化训练、拓展训练部分使用项目教学法。
学推荐学习方法动手完成多台电机的启动、停止控制，进一步掌握编程中常用的经验设计法；通过组合钻床控制系统的完成，掌握使用SCR指令设计顺序功能图，并编写梯形图程序的方法，并在实施过程中深入理解S7-200的编程指令真正含义。
必须掌握的理论知识（1）使用SCR指令设计顺序功能图。
（2）使用SCR指令编写梯形图程序。
必须掌握的技能（1）S7-200外围电路的接线连接。
（2）S7-200编程控制多台电机的启停。
3.1 组合钻床系统介绍钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。
通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。
钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。
加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动（主运动）。
钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。
根据钻床的用途和结构主要分为以下几类：1、立式工作台和主轴箱可以在立柱上垂直移动，用于加工中小型工件。
2、台式简称台钻。
一种小型立式钻床，最大钻孔直径为12～15毫米，安装在钳工台上使用，多为手动进钻，常用来加工小型工件的小孔等。
3、摇臂式主轴箱能在摇臂上移动，摇臂能回转和升降，工件固定不动，适用于加工大而重和多孔的工件，广泛应用于机械制造中。
4、深孔钻床用深孔钻钻削深度比直径大得多的孔（如枪管、炮筒和机床主轴等零件的深孔）的专门化机床，为便于除切屑及避免机床过于高大，一般为卧式布局，常备有冷却液输送装置（由刀具内部输入冷却液至切削部位）及周期退刀排屑装置等。
桂林理工大学GUILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科毕业设计(论文) 题目： Z3050摇臂钻床电气控制系统的PLC改造设计学院：机械与控制工程学院专业(方向)：机械设计制造及其自动化(机械装备)班级：机械11-2学生：指导教师：20 年月日1摘要本论文主要研究Z3050摇臂钻床的电气控制系统，并对其控制系统基于PLC进行改造设计。
阐述PLC的基本组成结构、工作原理和分类，讲述常用主令器的基本组成结构、原理和符号，分析Z3050摇臂钻床的基本组成结构、运动轨迹和电气控制电路，明确它的控制对象和控制目的，选择适合的PLC型号，完成PLC外部接线图和梯形图的设计。
使用CX-Programmer软件编写所设计的梯形图，并对其进行编译，确认梯形图编译无误后，将CX-Programmer软件和CX-Simulator软件配合使用，对梯形图按步骤进行模拟仿真验证，看得出的结构是否与预期的一样。
经验证与预期的结果一样，说明设计的梯形图使Z3050摇臂钻床在保留原有的操作方法和功能的基础上，能够取代原有传统的继电器控制系统。
完成了Z3050摇臂钻床电气控制系统的PLC改造设计，简化了Z3050摇臂钻床的控制电路，使其更易于维护和维修，具有更高的工作效率，提高了Z3050摇臂钻床的性能。
关键词：继电器；PLC；控制系统；Z3050摇臂钻床IDesign Z3050 radial drilling machine electrical control systembased on PLCStudent: YANG Hong-yuan Teacher: ZOU Zi-mingAbstract:In this thesis, to study the Z3050 radial drilling machine electrical control system,and engineered design their control system based on PLC.It describes basic structures PLC, working principle and classification, about common master's basic structures, principles and symbols, analyze basic structures Z3050 radial drilling trajectory and electrical control circuitry, specifically its control object and control purpose, select the appropriate PLC type, complete PLC external wiring diagram and ladder design. CX-Programmer is designed for software development ladder, and compile, compile correctly confirm the ladder, the CX-Programmer CX-Simulator software and software with the use of the ladder step by step simulation, see out of the structure is the same as expected.Proven and expected the same results, indicating the design of the ladder so Z3050 radial drilling machine on the basis of retaining the original features of the method of operation and can replace existing traditional relay control system.PLC completed the renovation design Z3050 radial drilling machine electrical control system, simplifying the Z3050 radial drilling machine control circuit, making it easier to maintain and repair, with higher efficiency, improve the Z3050 radial drilling performance.Key works:relay; PLC; control systems; Z3050 radial drilling machineII目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III).1 绪论 (1)本课题的背景和研究意义 (1)2 PLC的概述 (2)2.1 PLC的基本知识 (2)2.1.1 PLC的发展历史 (2)2.1.2 PLC的基本组成 (2)2.1.3 PLC的工作原理 (3)2.1.4 PLC的分类 (4)2.2 常用电器的基本结构 (5)2.2.1 接触器 (5)2.2.2 电磁式继电器 (6)2.2.3 按钮 (8)3 Z3050摇臂钻床的概述 (9)3.1 Z3050摇臂钻床的基本知识 (9)3.1.1 Z3050摇臂钻床用途和型号的含义 (9)3.1.2 Z3050摇臂钻床的基本结构组成 (9)3.1.3 Z3050的运动轨迹 (10)3.2 Z3050摇臂钻床电气控制系统的分析 (10)3.2.1主电路分析 (10)3.2.2 控制电路分析 (12)4 基于PLC对Z3050摇臂钻床电气控制系统的改造设计 (15)4.1 外部接线图的设计 (15)4.2 PLC型号的选择 (16)4.3 梯形图的设计 (17)III4.4梯形图的分析 (18)5 程序的编制和仿真验证（测试） (21)5.1 CX-Programmer软件的基本知识 (21)5.2 程序的编制和编译 (21)5.3 程序的模拟仿真测试 (24)5.4 小结 (29)6 结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录1 (33)附录2 (34)IV1 绪论本课题的背景和研究意义人们为了能够更容易得控制各种机械和设备的运行，发明了电气控制的方法，从此人们开始走进了自动化控制的时代。
Z3040摇臂钻床的PLC 控制摇臂钻床利用旋转的钻头对工件进行加工，由底座、立柱、摇臂、主轴箱和工作台等组成。
主轴箱固定在摇臂上，可以沿摇臂径向运动。
摇臂借助于丝杠做升降运动也可以与外立柱固定在一起，沿内立柱旋转。
钻削加工时，通过夹紧机构将主轴箱紧固在摇臂上，摇臂紧固在立柱上。
Z3040钻床共有4台电动机，分别是：主轴电动机M1：提供主轴旋转的动力，由交流接触器KM1控制单向运转，热继电器FR1作过载保护，断路器QF1兼作短路保护。
摇臂升降电动机M2：提供摇臂升降的动力，由交流接触器KM2和KM3控制M2正反转，用于间歇工作未设过载保护，断路器QF3作短路保护。
液压泵电动机M3：提供液压油，用于摇臂、立柱、主轴箱的夹紧和松开，由交流接触器KM4和KM5控制M3正反转，热继电器FR2作过载保护，断路器QF3作短路保护。
冷却泵电动机M4：输送冷却液，由断路器QF2控制并兼作过载保护。
Z3040钻床辅助控制有：主轴运转指示灯、照明灯、电源指示。
一、根据控制要求，首先确定I/O 的个数，进行I/O 的分配。
本实例需要12个输入点，6个输出点，如表3-3所示。
表3-3 PLC 的I/O 配置1. 设计电路原理图时，应具备完善的保护功能，PLC 外部硬件也具备互锁电路。
2. PLC 继电器输出所驱动的负载额定电压为110V 、24V 、6V 。
3. 为了更加保证控制功能的合理性和可靠性，在输入硬接线时，将热继电器FR1和FR2的常开触头作为控制信号接入PLC ；在输出硬接线时，将热继电器FR1和FR2的常闭触头串接在各线圈的回路中。
图3-3（a） PLC系统接线原理图1 Array图3-3（b ） Plc系统接线原理图2三、安装与接线1．材料准备：根据接线原理图，列出需要的所有材料清单，如表3-4所示。
（1）选择电器元件时，要根据设备的操作任务和操作方式，确定所需元件，并考虑元件的数量、型号、额定参数和安装要求。
PLC编程实例之钻孔动⼒头控制某⼀钻床如图35-1 (a)所⽰，⽤于在⼯作台上钻孔，钻床的⼯作过程如下:钻头在原位时，限位开关SQ1受压。
按下启动按钮SB1,动⼒电动机Ml得电，带动钻头转动。
同时⼯进电动机M2得电，钻头快进。
当碰到限位开关SQ2时，⼯进电磁阀YV得电，转为⼯作进给。
当碰到限位开关SQ3时，YV2失电，停⽌⼯进。
5s后，钻头快退，碰到SQ1时，动⼒电动机和电磁阀均失电，停⽌⼯作。
按下停⽌按钮，动机电动机和电磁阀均失电。
控制⽅案设计1.输⼊/输出元件及控制功能如表35-1所⽰，介绍了实例35中⽤到的输⼊/输出元件及控制功能。
2.电路设计钻孔动⼒头控制梯形图如图35-2所⽰。
3.控制原理⽅法1:图35-2 (a)中，钻头在原位时限位开关X1受压，接点闭合。
按下启动按钮XO, MC 主控指令的线圈Y0得电并⾃锁，主轴电动机启动。
此处⽤MC、MCR指令的⽬的是保证只有在主轴电动机Y0得电时钻头才能⼯作，另⼀个⽬的是简化电路（如果⽤OUT Y0指令梯形图较复杂）。
同时Y1得电⾃锁，进给电动机得电快进。
当快进碰到限位开关X2时，Y3 得电⾃锁，⼯进电磁阀得电钻头⼯进。
当⼯进碰到限位开关X3时，M0得电⾃锁，Y1、Y3 失电，钻头停⽌；TO得电延时5s, Y2得电。
进给电动机得电快退。
当快退（中途碰到限位开关X2吋，由于Y2常闭接点断开，不会误使Y3得电）到原位碰到限位开关X1时，X1上升沿接点取反，使主控线圈Y0失电，完成⼀次钻孔过程。
⽅法2:图35-2 (b)中，初始状态，钻头在原位时限位开关X1受压。
按下启动按钮X0,状态器SO置位，由于限位开关X1受压接点闭合，状态器SO⼜复位，S500置位，Y0置位，主轴电动机启动。
Y1线圈得电，进给电动机得电快进。
当快进时碰到限位开关X2时，Y0仍置位，Y1失电，Y3得电，⼯进电磁阀得电钻头前进。
当⼯进碰到限位开关X3时，Y3失电钻头停⽌，TO得电延时5s，Y2得电。
利用PLC对摇臂钻床控制系统进行改造摇臂砖床适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床。
由于其原有控制系统采用继电器——接触器控制方式，电路接线复杂，触点多。
经过长期使用后，各个地方的接线老化，造成故障率高，故障排查困难，常常影响企业的正常生产。
由于PLC具有可靠性高，环境适应性强，使用方便，维护简单等优点。
因此，利用PLC对摇臂钻床的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。
1 Z3040X16型摇臂钻床的电气控制（1）采用3台电机进行拖动，主电机M1（4.0kW），摇臂松夹电机（2.2 kW），摇臂上下电机（2.2 kW），3台电机均是小功率电机，均采用直接启动控制。
（2）控制电路中设有主电机启动/停止，此控制未进入PLC，直接采用的启动和停止按钮进行控制的，由于此电路中未有任何连锁控制，无需进入PLC中进行控制，既节约了I/O点，又减少了故障排查点。
（3）摇臂升/降动作按照“摇臂松开—升/降—摇臂夹紧”顺序进行，由摇臂松开行程开关SQ2与夹紧行程开关SQ3来控制。
在摇臂夹紧前，由时间继电器KT1延时1～3s后再夹紧。
（4）立柱和主轴箱的放松、夹紧可以单独操作，也可以同时进行，由转换开关SA、松开按钮SB5和夹紧按钮SB6来控制。
利用时间继电器KT2的断电延时断开触点、KT3的通电延时闭合触点，实现电磁铁YA1、YA2相对于液压泵电机接触器提前吸合、延时断开的控制。
（5）主电机M1和液压泵电机M3分别设有热继电器FR1、FR2作长期过载保护。
2 PLC选择2.1 确定I/O点数在改造中尽可能保留系统原有的控制功能，以便能达到摇臂钻最好的工作效果，发挥其最大的工作效率，根据原有的控制电路来计算I/O点数。
其中：按钮6个（考虑节约点数，有两个未进入PLC），行程开关4个，即实际输入点数为8个；接触器5个（考虑节约点数，有一个未进入PLC），中间继电器1个，即实际输出点数为5个。
目录前言 (1)摘要、关键词 (2)英文摘要、英文关键词 (3)目录 (1)结束语 (20)致谢 (21)[参考文献] (22)附录 (23)主电路 (23)PLC外部接线图 (24)梯形图 (25)前言传统机床控制系统基本上采用交流继电器接触器控制方式，可靠性较差。
存在触点寿命低、故障率高、线路维护困难等缺点。
可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础，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工业自动控制装置，应用灵活、可靠性高、维护方便。
应用PLC对传统机床控制系统进行改造可取得良好效果。
把PLC 控制技术应用到改造Z3050 摇臂钻床电气控制系统中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。
论文对摇臂钻床主电路进行了分析，对控制线路进行了详细的阐述，完成了电气制系统硬件和软件的设计，其中包括PLC机型的选择、输入输出信号及地址的分配、I/O 端口的分配、PLC 梯形图程序的设计。
Z3050摇臂钻床的PLC改造设计摘要传统机床控制系统基本上采用交流继电器接触器控制方式，可靠性较差。
存在触点寿命低、故障率高、线路维护困难等缺点。
可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础，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工业自动控制装置，应用灵活、可靠性高、维护方便。
应用PLC对传统机床控制系统进行改造可取得良好效果。
把 PLC 控制技术应用到改造 Z3050B摇臂钻床电气控制系统中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。
【关键字】：摇臂钻床PLC 梯形图AbstractTraditional machine tool control system basically adopts relay contactor control method, the reliability is poorer. Low contact life, the failure rate is high, shortcomings and so on line maintenance difficulties. Programmable controller (PLC) is based on microprocessor, integrated computer technology,automatic control technology and communication technology developed a kind of industrial automatic control device, application flexibility, high reliability, easy maintenance. Using PLC to transform the traditional machine tool control system can achieve good effect to the PLC control technology is applied to transform Z3050 radial drilling machine electric control system, thus greatly improve the performance of radial drilling machine.【Key word】: radial drilling machine PLC ladder diagram第一章 Z3050摇臂钻床的主要结构及运动形式主要结构Z3050摇臂钻床是一种用途广泛的万能机床，适用于加工中小零件，可以进行钻孔、扩孔、铰孔、刮平面及改螺纹等多种形式的加工，增加适当的工艺装备还可以进行镗孔。
Henan Polytechnic Institute 课程设计说明书
题 目 ：自动钻床的PLC控制 班 级： 姓 学 号： 指导教师： 说明： 一、课程设计说明书要求： 1．文字通顺，语言流畅，书写工整，无错别字。 2．绘图要求整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须用工程字书写，提倡用计算机绘图。 3．曲线图表要求用曲线、图表、线路图、流程图、程序框图、示意图等不准徒手画，必须按国家规定标准或工程要求绘制。
二、课程设计成绩评定： 课程设计成绩采用四级分制:优秀、良好、及格、不及格。 《PLC应用技术课程设计》课程学习指南 一、课程简介 《PLC应用技术课程设计》是与专业课《PLC应用技术》相配套的一门重要的实践课程，是理论与实践相结合的一个重要教学环节，其目的是培养PLC应用能力，同时通过课程设计与实践加深对理论的理解和认识。
二、学习目标 本课程设计可以加深对理论知识的理解，提高梯形图设计能力，锻炼独立（不靠老师）完成任务、整理论文等。通过《PLC应用技术课程设计》，应达到以下目标：
1．能力目标 1）熟练掌握STEP7-Micro/WIN编程软件的使用。 2）具有独立解决实际问题的思路和团队协作精神。 3）具有通过各种媒体资源查找所需专业信息的能力。 4）根据完成的工作进行资料收集、整理和存档等技术资料整理能力。 2．知识目标 1）熟练掌握并灵活运用西门子S7-200 型PLC的编程指令。 2）掌握控制系统设计的内容和步骤。 3）掌握梯形图的设计、调试和监控等方法。 3．素质目标 1）具有辩证思维和逻辑分析的意识和能力，科学务实的工作作风。 2）具有严谨、认真的工作态度。 3）具有吃苦耐劳、团结协作、勇于创新的精神。 三、课程设计安排 序号 工作任务 场地 时间 1 分组，下发任务书 教室 提前2周 2 收集资料 图书馆、网络 提前2周 3 理论设计 图书馆、教室 周一周二 4 上机调试 实验室 周三 5 撰写课程设计说明书 机房、宿舍 周四 6 答辩 教室 周五 四、教学安排
本课程安排在第4学期，共26学时。 理论设计指导可以在教室、图书馆、实验室，上机调试安排在PLC实验室。 五、考核方式 课程设计成绩分五级考核，即优秀、良好、中等、及格和不及格五个档次。其中平时表现占总成绩的30%，说明书及图纸占总成绩的40%，答辩占总成绩的30%。
六、学习指导 本课程设计分为理论设计和上机调试两部分。 （一）理论设计 课程设计以“课程设计任务书”的形式下达给学生，课题由任课教师自行决定，每2个同学选一个课题。
《PLC应用技术》课程设计说明书格式如下： 课程设计任务书 前言（课题意义） 目录（要求自动生成） 1 总体设计思路 2 PLC基础知识 3 硬件设计 3.1 PLC选型 3.2 I/O分配及接线图 4 软件设计 4.1 顺序功能图 4.2 梯形图 5 工作原理 6 心得体会 7 参考资料 （二）上机调试 根据课程设计内容完成PLC电气控制系统的接线、调试等；主要内容如下： 1．PLC电源配线、输入输出配线； 2．PLC程序输入、修改、调试与运行； 3．PLC控制系统简单故障维修等。 做课程设计时应先设计顺序功能图和梯形图，调试成功后再写说明书，最后答辩。 前言 本次实训重点是掌握了PLC编程软件的使用和操作、联系课本，结合实际将理论知识转变为实际的编程设计，从而加深了知识的理解。
可编程控制器是在继电器控制和计算机控制器基础上发展而来的新型工业控制装置。早期的可编程控制器在工程上只能实现逻辑控制，而被称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。随着微电子技术和微型计算机的发展，微处理器用于PLC，使其不仅可以实现逻辑控制，还可以进行数字运算和处理、模拟量调节和联网通信等，因此美国制造协会于1980年将他正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简称PC。但近年来PC又成为个人计算机（Personal computer）的简称，为避免发生混淆，我们仍把可编程控制器简称为PLC。
可编程序控制器的应用面广、功能强大、使用方面，已成为当代工业化的主要支柱之一。PLC广泛的应用于各领域，尤其在机械设备和生产过程的自动控制系统中。 目录 １ 总体设计思路......................................................................................................................... 8 2 PLC基础知识 ........................................................................................................................ 9
2.1 S7-200系列PLC概述 .................................................................................................. 9
2.2 扩展模块 ....................................................................................................................... 9 2.3 S7-200编程软件 ......................................................................................................... 11 2.4 编程注意事项.............................................................................................................. 12 2.5 梯形图设计方法 .......................................................................................................... 12 2.51 经验设计法 .............................................................................................................. 12 2.52 顺序控制设计法 ...................................................................................................... 12 ３ 硬件设计 ................................................................................................................................ 16
3.1 PLC选型 ..................................................................................................................... 16
3.2 I/O分配及接线图 ....................................................................................................... 16 4 软件设计 .................................................................................................................................... 17 4.1 顺序功能图.................................................................................................................... 18
4.2 梯形图 ........................................................................................................................... 19 5 工作原理 ...................................................................................................................................... 21 6 心得体会 ...................................................................................................................................... 23 7 参考资料 ...................................................................................................................................... 25
