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1、宜宾职业技术学院 毕业设计题目：基于PLC的Z3040型摇臂钻床电气系统改造 系 部 现 代 制 造 系 专 业 名 称 数 控 技 术 班 级 数 控 1087 班 姓 名 刘 为 学 号 200813384 指 导 教 师 傅 贵 兴（副教授）2010 年 10 月 20 日宜宾职业技术学院毕业设计选题报告姓名刘为性别男学号200813384系部制造系班级数控1087设计题目基于PLC的Z3040型摇臂钻床电气系统改造课题来源教学课题类别设计选做本课题的原因及条件分析：原因：随着工业生产力的不断提高，摇臂钻床在生产加工中的缺陷作用也不断的体现。通过所学的知识来对它进行改造，使其更好的为我们
2、工作。 条件：通过对系统的专业学习与社会实践操作，具有了一定的分析和应用能力。相关资料可以通过和老师同学交流，也可以在图书馆和网上查找，最后还有老师的专业指导。内容和要求内容：主要是围绕摇臂钻床的作用、发展前景以及它的主要工作原理，通过PLC控制系统的设计来改造和完善它的性能。让它更好的为人们服务，提高生产效率。要求：1)保证设计内容正确、规范、符合要求；2)绘制的图形要符合设计要求；3)在规定的时间内完成设计。指导教师意见（签章） 年 月 日系部毕业论文（设计）领导小组意见：（签章） 年 月 日宜宾职业技术学院毕业设计指导教师成绩评定表学生姓名刘为学生学号200813384班级数控1087题
3、目基于PLC的Z3040型摇臂钻床电气系统改造评价内容具 体 要 求分 值评 分调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。10分析及实践能力理论分析与计算正确，有较强的实际动手能力、分析能力和计算机应用能力。20基础理论与专业知识能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。20设计写作质量立论正确，论述充分，结论严谨合理；分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文有应用价值、设计结果达到要求。30学习态度与工作质量按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努
4、力，遵守纪律；工作作风严谨务实。10创 新有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10总分指导教师评语是否可以提交答辩是否指导教师签字 年 月 日宜宾职业技术学院毕业设计评阅教师成绩评定表学生姓名刘为学生学号200813384班级数控1087题目基于PLC的Z3040型摇臂钻床电气系统改造评价内容具 体 要 求分值评分文献综述综述简练完整，有见解；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。10设计写作质量立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值、设计结果达到要求。70工作
5、量及难度工作量饱满，难度较大。10创 新有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10总分评阅教师评语是否可以提交答辩是否评阅教师签字 年 月 日宜宾职业技术学院毕业设计答辩记录表学生姓名刘为学生学号200813384班级数控1087题 目基于PLC的Z3040型摇臂钻床电气系统改造答辩小组成员姓 名职称工作单位备注答辩中提出的主要问题及学生回答问题的简要情况：答辩小组代表签字： 年 月 日宜宾职业技术学院毕业设计答辩成绩评定表学生姓名刘为学生学号200813384班级数控1087题 目基于PLC的Z3040型摇臂钻床电气系统改造答辩小组成员姓名职称评价内容具 体 要 求分值评分报告内
6、容思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论严谨；论文（设计）结果有应用价值。40答 辩回答问题有理论根据，基本概念清楚。主要问题回答准确、有深度。30创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10综合素质能合理运用挂图、幻灯、投影或计算机多媒体等辅助手段，用普通话答辩。10报告时间报告时间控制在要求的时间范围之内。10答辩成绩 答辩小组代表签字： 年 月 日宜宾职业技术学院毕业设计综合成绩评定表学生姓名刘为学生学号200813384班级数控1087题 目基于PLC的Z3040型摇臂钻床电气系统改造成绩权重得 分指导教师评定成绩30%评阅教师评定成绩30%答
7、辩成绩40%毕业论文（设计）综合成绩（百分制）毕业设计答辩委员会审定意见主任签字年 月 日学院意见 年 月 日注：综合成绩=指导教师评定成绩（30%）评阅人评定成绩（30%）答辩成绩40%摘 要随着现代科学技术的飞速发展，高速、高效和被人们普遍关注技术的适用性和经济性会成为机械加工发展的必然趋势。Z3040型摇臂钻床在机械加工中运用广泛，但该钻床的电气控制系统中的继电器、接触器的使用，存在着线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断、排除困难等难题。由于PLC电气控制系统与继电器、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，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点
8、。因此，本论文对Z3040摇臂钻床电气控制系统的改造，将把PLC控制技术应用到改造方案中去，从而大大提高摇臂钻床的工作性能。论文将分析摇臂钻床的控制原理，制定了可编程控制器改Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案，其中包括PLC机型的选择、I/O端口的分配、I/O硬件接线图的绘制、PLC梯形图程序的设计。对PLC控制摇臂钻床的工作过程作了详细阐述，论述了采用PLC取代传统继电器、接触器电气控制系统从而提高机床工作性能的方法，并给出了相应的控制原理图。关键词：PLC； Z3040摇臂钻床；电气控制系统ABSTRACTAlong with the rapid development of mod
9、ern science and technology, speed, efficient and is widely concerned the applicability and efficiency technology will become an inevitable trend in the development of machining. Z3040 type radial drilling machine widely used in the mechanical process, but the drilling of electrical control system of
10、 the relay, contactor, exist lines, the stability and reliability of complex fault diagnosis, eliminate difficult problems. Because of PLC control system and relays, electrical control system, the structure is simple, convenient, debugging shorter programming, high reliability and anti-interference
11、capability is strong, low failure rate, low requirements for a work environment. Therefore, this paper Z3040 radial drilling machine, the electrical control system of the PLC control will be applied to retrofit scheme, thus greatly improve the performance of radial drill. The thesis will analyze rad
12、ial drilling machine control principle, the programmable controller to Z3040 radial drilling machine of electrical control system design, including the choice of PLC, type of I/O port, I/O hookup drawing, PLC hardware design of the lad program. PLC control radial drilling machine of the working proc
13、ess, and discusses in detail the PLC to replace traditional relays, electrical control system so as to improve the performance of the machine, and presents the corresponding control principle diagram.Key words: PLC； Z3040 radial drilling machine； The electrical control system目 录1 绪 论12 摇臂钻床的概述2 2.1
14、Z3040摇臂钻床主要结构2 2.2 Z3040摇臂钻床的运动形式和控制要求22.2.1 主运动和进给运动22.2.2 辅助运动33 Z3040型摇臂钻床电气控制电路分析4 3.1 主电路分析4 3.2 控制电路分析43.2.1 M1控制43.2.2 摇臂升降及夹紧、放松控制43.2.3 主轴箱与立柱的夹紧、放松控制53.2.4 M4控制53.2.5 联锁与保护5 3.3 照明与信号指示64 PLC改造摇臂钻床分析8 4.1 PLC的改造摇臂钻床运动分析8 4.2 PLC的特点125 Z3040摇臂钻床PLC的设计14 5.1 PLC的选型14 5.2 I/O地址分配表14 5.3 PLC外部
15、接线图16 5.4 PLC控制流程图17 5.5 PLC程序196 程序调试217 改造后注意事项22 7.1 工作环境22 7.2 安装与布线22结 论23致 谢24参考文献251 绪 论钻床是一种孔加工机床，可用来钻孔、扩孔、绞孔、螺纹及修刮端面等多种形式的加工。钻床的结构形式很多，有立式钻床、卧式钻床、深孔钻床等。摇臂钻床是一种立式钻床，它适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的加工，是一般机械加工车间常用的机床。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。因其所有要控制的电机较多所以电路较复杂，在日常的生产作业中，经常发生电气故障，从而影响生产
16、。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。可编程序控制器（PLC）是以微处理器为核心，将计算机技术、通信技术与自然控制技术融为一体的新型工业自动控制装置。它克服了继电器-接触器控制电路存在触点多、组合复杂、通用性差等缺点。它不仅具有各种逻辑控制功能，而且还具有各种运算、数据处理、联网通信等功能控制，同时还具有抗干扰性强、环境适应性好和可靠性高等特点。因而广泛的应用于生产各领域中。由于电气控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司已经将自诊断技术、容错技术广泛应用到现代产
17、品中，推出了高可靠性沉余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。由于PLC的众多优点，使其迅速在工业控制中得到推广。虽然国内PLC技术的应用前景很大，并且取得了一定的经济效益，而相比之下，由于受经济和技术水平的限制，大多数企业在生产上使用的Z3040摇臂钻床的电气控制系统，还是采用继电器控制方式，而这种控制方式存着明显的缺陷和隐患。随着PLC技术在我国的讯猛发展，我们和国外先进技术的差距会不断缩小。因此，抓住这个有利时机进一步促进PLC技术的推广与应用，是提高我国工业自动化水平的迫切任务，此次对于Z3040摇臂钻床电气控制系统改造设计，就是希望借鉴国外先进的工业控制技术，应用到工业现
18、场，以提高摇臂钻床的工作性能。2 摇臂钻床的概述2.1 Z3040摇臂钻床主要结构摇床钻床的主要结构：它主要有底座、内立柱、外力柱、摇臂、主轴箱和工作台等部分组成如图2-1所示。图2-1 摇臂钻床的结构图1外立柱 2主轴箱 3摇臂 4主轴箱 5工作台 6底座2.2 Z3040摇臂钻床的运动形式和控制要求Z3040摇臂钻床加工前，通过摇臂额回转和升降、主轴箱的移动定位，调整各个部分移动；加工时，主轴箱由夹紧装置紧固在摇臂导轨上，摇臂紧固在外立柱上，外立柱紧固在内立柱上，主轴带动钻头或丝攻旋转并向下垂直进给，实现钻孔或攻丝等加工。2.2.1 主运动和进给运动Z3040摇臂钻床的主运动是主轴的旋转运
19、动，进给运动是主轴的上、下移动。主轴的旋转及主轴上、下进给都是由主轴电机拖动，在加工螺纹时要求主轴可正反转，主轴的正反转和主轴的上、下进给都由机械方法获得。主轴变速和进给变速的机构都在主轴箱内，用变速机构分别调节主轴转速和上、下进给量。所以主轴电机只要求单方向旋转，可直接启动，不需要调速和制动。2.2.2 辅助运动Z3040摇臂钻床的辅助运动有摇臂连同外立柱绕内立柱的回转运动、摇臂沿外立柱上、下移动、主轴箱沿摇臂导轨水平移动。摇臂连同外立柱绕内立柱的回转运动：摇臂钻床内立柱固定在底座上，外立柱套在内立柱的外面，并可绕内立柱回转360。摇臂与外立柱之间不能作相对传动，可以连同外立柱一起绕内立柱回
20、转360。摇臂同外立柱绕内立柱的回转运动是依靠人推动的，但是推动前必须先将外立柱松开。外立柱的松开与夹紧和主轴箱的松开与夹紧是依靠液压推动松紧机构同时进行的。摇臂沿外立柱上、下移动：摇臂借助丝杠的正反转可沿外立柱作上下移动。摇臂沿外立柱升降时的松开与夹紧是依靠液压推动松紧机构进行的。主轴箱沿摇臂导轨水平移动:通过手轮操纵，主轴箱可以在摇臂水平导轨上移动。但在移动前也必须将主轴箱松开。因此，摇臂的升降电动机要求能正、反向旋转，可直接启动，不需要调速和制动。液压泵电动机通过拖动液压泵来控制夹紧机构实现夹紧与放松，所以也要求能正、反向旋转，采用点控制，直接启动，不需要调速和制动。工件冷却：冷却泵电动
21、机带动冷却泵提供冷却液，采取直接启动，只要求单方向旋转，不需要调速和制动。3 Z3040型摇臂钻床电气控制电路分析主轴箱上四个按钮：SB2、SB1分别为主电机启停按钮；SB3、SB4分别为摇臂上升、下降按钮。主轴箱转盘上二个按钮：SB5、SB6分别为主轴箱及立柱松开按钮和夹紧按钮，电气控制原理图如图3-1所示。3.1 主电路分析QS：电源引入，自动开关；M1：主轴电机，单向旋转，KM1控制，正反转机械液压实现，FR1为过载保护；M2：摇臂升降电机，KM2、KM3控制正反转，短时工作，无过载保护；M3：液压泵电机，KM4、KM5实现正反转，FR2过载保护；M4：冷却电机（0.125KW），SA1
22、控制启停。3.2 控制电路分析3.2.1 M1控制SB2、SB1与KM1构成主轴电机M1起停控制；HL3指示M1旋转。3.2.2 摇臂升降及夹紧、放松控制工作时夹紧，移动时，先松开，再移动，夹紧。SB3：摇臂上升（点动）；SB4：摇臂下降（点动）；KM2、KM3：摇臂电机正反转控制；KM4、KM5：液压泵电机正反转控制。按下SB3（或SB4）KT通电瞬动KT（13-14）闭合，KM4线圈通电；KT（1-17）闭合，电磁阀YV线圈通电M3正转，液压泵送压力油，经二位六通阀进入摇臂松开油腔，推动活塞和菱形块，使摇臂松开活塞杆通过弹簧片压动行程开关SQ2常闭触头（6-13）断开，KM4断电释放，M3
23、停转，维持松开状态；SQ2（6-7）闭合，KM2（或KM3）得电M2启动，摇臂上升（或下降）。摇臂升到预定位置，松开SB3（或SB4）KM2、KT断电M2停止，摇臂停止上升（或下降）。此时，摇臂未夹紧，SQ3闭合（延时）KT（17-18）闭合，KM5线圈得电，M3反转；KT（1-17）断开，同时因SQ3闭合YV通电压力轴经另一条油路流入二位六通阀进入摇臂夹紧油腔反响推动活塞与菱形块，摇臂夹紧。注意：KT断电延时的13s内，KM5线圈处于断电状态，YV通电。确保M2在断电完全停转才开始摇臂夹紧。根据M2惯性大小调整延时。摇臂夹紧后，活塞杆通过弹簧片压动SQ3SQ3（1-17）断开KM5和YV断电
24、M3停止，摇臂夹紧完成。SQ3：摇臂夹紧检测，夹紧动作，防止M3过载；SQ2：摇臂松开检测开关，松开时压动；SQ1：摇臂升降极限保护，两队常闭触头，分别在摇臂上升或下降到极限位置时断开，切断KM2或KM3电路，M2停止；YV：摇臂升降时起作用，放松时YV得电，夹紧时，YV断电。3.2.3 主轴箱与立柱的夹紧、放松控制采用液压操纵夹紧与放松，同时进行。SB5：松开按钮；SB6：夹紧按钮。按下松开按钮SB5KM4得电吸合M3正转,送出压力油因YV不通电，高压油经二位六通电磁阀到另一油路，进入立柱与主轴箱松开油腔，推开活塞和菱形块是立柱和主轴箱同时松开SQ4复位触头(101-102)闭合，HL1亮，
25、表示立柱与主轴箱已松开，可在摇臂上移动。移动到位，按下SB6KM5通电吸合M3发转，送压力油至夹紧油腔，立柱与主轴箱同时夹紧到位压下SQ4触头(101-102)断开HL1灭，触头(101-103)闭合，HL2亮，表明立柱与主轴箱已夹紧。YV：在立柱和主轴箱操作时不起作用，摇臂松弛通电，夹紧断电。3.2.4 M4控制SA1 手动控制，单向旋转。3.2.5 联锁与保护SQ1：摇臂升降限位保护；SQ2：摇臂松开到位，开始升降的联锁；SQ3：摇臂完全夹紧，M3停止运转的联锁；KT：升降电机M2断开电源，停止后再加紧的联锁；M2：正反转双重互锁；M3：正反转电气互锁；SB5、SB6：常闭触头串接在电磁阀
26、YV电路中。立柱与主轴箱松开、夹紧操作时，YV不工作，压力油只进入立柱与主轴箱松开、夹紧油腔，不进入摇臂松开、夹紧油腔的联锁；FU1-FU3：短路保护；FR1、FR2：M1、M3过载保护。3.3 照明与信号指示HL1：主轴箱与立柱松开指示；HL2：主轴箱与立柱夹紧指示；HL3：主轴旋转指示；EL：照明灯，TC供给24V电源，SA2控制。图3-1 Z3040摇臂钻床的电气原理图4 PLC的摇臂钻床分析4.1 PLC的改造摇臂钻床运动分析PLC是微机技术和控制技术相结合的产物，是一种以微处理为核心的用于控制的特殊计算机，因此PLC得基本组成与一般计算机系统类似。 图4-1 PLC组成原理图如图4-
27、1，PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出单元、通信接口和扩展电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。对于整体式PLC，所在部件都有装在同一机壳内，对于模块式PLC，各部件独立装封成模块，各部分通过总线连接，安装在机架或导轨上，无论是哪一种结构类型的PLC，都可根据需要进行配置与组合。（1）中央处理单元同一般的微机一样，中央处理单元（CPU）是PLC的核心。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用的有3类：通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微
28、处理器（如8031、8096等）和位片时微处理器（如AMD29W等）。小型PLC大多数采用高速位片式微处理器。目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大型PLC则大多为双CPU系统，一般一个为字处理器，一般采用8位或16位处理器；另一个为处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用，提高了PLC的速度，使PLC更好的满足实时控制要求。（2）存储器存储器主要有两种：一种是可读、写操作的随机
29、存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。系统程序是由PLC的制造厂家编写的，和PLC的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定的功能，提供PLC运行的平台。系统程序关系到PLC的性能，而且在PLC使用过程中不会变动，所以是由制造厂家直接固化在只读存储器ROMP、ROME或PROM中，用户不能访问和修改。用户程序时随PLC的控制对象而定的，用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序。为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态ROM中，用锂电
30、池作为后备电源，以保证掉电时不会失去信息。为了防止干扰对中程序的破坏，当用户程序运行正常，且不需要改变时，可将其固化在只读存储器EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器的逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据要求，部分数据在掉电时用后备电池维持现有状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为数据区。由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在PLC产品样本
31、或使用手册所列存储器的形式及容量是用户程序存储器。当PLC提供的用户存储器容量不够用时，许多PLC还提供有存储器扩展功能。（3）输入输出单元输入输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的链接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控对象进行控制的依据。同时PLC又通过输出接口将处理接口送给被控对象，以实现控制目的。由于外部处输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU处理的信息只能是标准的电平所以I/O接口要实现这转换。I/O接口一般具有光电隔离和滤波功能，以提高PLC抗干扰能力。另外，I/O接口通常还有状态指示
32、，工作状况直观便于维护。PLC提供多种操作电平和驱动能力的I/O接口，有各种各样的功能的I/O接口供用户选用。I/O接口的主要类型有：数字量输入、数字量输出模拟量输入与输出等。常用的开关量出入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交流输入接口和交直流输入接口。常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出，继电器输出接口可驱动交流或直流负载，频率高，但目前只能用于驱动直流负载，后者只能用于驱动交流负载。PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数称为PLC输入输出I/O点数，I/O点数是需昂着PLC的重要依据之一。当系统的I/O点数
33、不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统扩展。电气系统的改造后的具体I/O地址分配表如表5-1所示。（4）通信接口PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信存储器。PLC通过这些接口可与监视器、打印机、其他PLC以及计算机等设备实现通信。PLC与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；与监视器连接，可将控制过程图像显示出来；与其他PLC连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制；与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。（5）智能接口模块智能接口模块是一个独立的见计算机系统，它有自己CPU、系统程序、存储器以
34、及与PLC系统总线相连的接口。它作为PLC系统的一个模块，通过总线一PLC 相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立的进行工作。PLC的智能模块接口种类很多，如高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块和中断控制模块等。（6）编程装置编程装置的作用是编辑、调试和输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它的开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。编程装置可以是专用编程装置，也可以配有专用编程软件包的通用计算机系统。专用编程器由PLC厂家生产，专供该厂家生产的某些霹雳车产品使用，它主要有键盘、显示器和外部存储器接插口等部件组成。专用编程器有简易编程器和智能编程器两类
35、。简易编程器只能联机编程，而且不能直接输入和编辑梯形图程序，需将梯形图程序转化为语句表程序才能输入。简易编程器体积小、价格便宜，它可以直接插在PLC的编程插座上，或者用专用电缆与PLC相连，以方便编程和调试。有些简易编程器带有存储盒，可用来存储用户程序，如三菱的FX-20P-E简易编程器。智能编程器又称图形编程器，本质上它是一台专用便携式计算机，如三菱GP-80FX-E智能编程器。它既可联机编程，又可脱机编程。可直接输入和编辑梯形图程序，使用更加直观、方便，但价格较高，操作比较复杂。大多数智能编程器带有磁盘驱动器，提供录音机接口和打印机接口。专用编程器只能对指定厂家的几种PLC进行编程，使用范
36、围有限，价格较高。同时，由于PLC产品不断更新换代，所以专用编程器的生命周期也十分有限。因此，现在的趋势是使用以个人计算机为基础的编程装置，用户只要购买PLC厂家提供的编程软件和相应的硬件接口装置即可。这样，用户只用较少的投资即可得到高性能的PLC程序开发系统。基于个人计算机的程序开发系统功能强大。它既可以编制、修改PLC的梯形图程序，又可以监视系统运行、打印文件、系统仿真等。配上相应的软件还可实现数据采集和分析等许多功能。（7）电源PLC配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在额定值+-15%的范围
37、内波动。许多PLC还向外提供直流24V稳压电电源，用于对外部传感器供电。（8）其他外部设备除了以上所述的部件和设备外，PLC还有许多外部设备，如EPROM写入器外存储器和人机接口装置等。EPROM写入器是用来将用户程序固化到EPROM存储器中的一种PLC外部设备。为了使调试好的用户程序不易丢失，经常用EPROM写入器将PLC内RAM保存到EPROM中。PLC内部的半导体存储器称为内存储器。有时可用外部磁带、磁盘和用半导体存储器做成的存储盒等来存储PLC的用户程序，这些存储器件称为外存储器。外存储器一般是通过编程器或其他智能模块提供的接口，实现与内存储器之间相互传送用户程序的。4.2 PLC的特
38、点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障
39、自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号
40、与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(5) 体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机
41、电一体化的理想控制设备。5 Z3040摇臂钻床PLC的设计5.1 PLC的选型在PLC的选型时，要考虑经济、性能、I/O点数和电源等。选择大型号的，很多功能用不到，浪费经济又把多的功能剩余，选择的型号小了，性能有跟不上，I/O点数又不够用；在进行PLC输入输出点选择时，应先弄清控制系统的I/O总点数，再按实际所需总点数的1520%留出备用量后确定所需PLC点数；电源PLC电源有直流的、交流，要根据实际选择电源。通过Z3040摇臂钻床分析，输入点14个、输出点10个，选择西门子品牌，S7200 CPU224型，整体式的，整体式的体积小，重量轻，便于管理，价格也比较便宜。CPU224型主机上带14
42、个输入点、10个输出点，电源根据Z3040摇臂钻床分析选择220V电源。选择为S7200 CPU224 XP CN。5.2 I/O地址分配表表5-1 I/O地址分配表序号名称编号地址输 入1主轴启动按钮SB2I0.02主轴停止按钮SB1I0.13主轴热继电器FR1I0.24摇臂上升启动按钮SB3I0.35摇臂上限位SQ1I0.46摇臂松开检测开关SQ2I0.57主轴箱松开按钮SB5I0.68主轴箱夹紧按钮SB6I0.79液压泵电动机热继电器FR2I1.010主轴箱松开检测开关SQ4I1.111照明灯开关SA2I1.212摇臂下降启动按钮SB4I1.313摇臂下限位SQ1I1.414摇臂夹紧检测
43、开关SQ3I1.5输 出1主轴转动KM1Q0.02摇臂上升KM2Q0.13摇臂下降KM3Q0.24摇臂松开KM4Q0.35摇臂夹紧KM5Q0.46电磁阀工作YVQ0.57主轴箱松开指示HL1Q0.68主轴箱夹紧指示HL2Q0.79主轴工作指示HL3Q1.010照明灯ELQ1.15.3 PLC外部接线图图5-1 PLC外部接线图5.4 PLC控制流程图Z3040摇臂钻床有多个独立运动，可分为主轴的转动、摇臂的上升与下降、主轴箱的移动。开始启动按钮I0.0Q0.0=1主轴运动主轴指示Q0.0Q1.0=1主轴指示启动按钮I0.1停止图5-2 主轴控制流程图原位Q0.3=1,Q0.5=1启动按钮I0.3放松限
