Z3040摇臂钻床控制系统的PLC改造毕业论文

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

Z3040摇臂钻床控制系统的PLC改造

完成时间

裴 闯

班 级 专 业 教 学 系 指导老师

年 月 日08 电 气 二 班电 气 自 动 化 机 电 系 顾 子 明 至 年 月

日南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

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。由于传统继电器－接触器控制的摇臂钻床存在电路接线复杂，触点多、噪音大、可靠性差、故障诊断与排除困难等缺点，因此对Z3040摇臂钻床控制系统的技术改造是非常必要的。

本文在分析Z3040型摇臂钻床继电接触控制系统工作原理的基础上，提出了用可编程控制器（PLC）对摇臂钻床控制系统进行改造设计。文中介绍了PLC的原理和特点；给出了摇臂钻床PLC控制系统的硬件组成和软件设计；其中包括PLC的选型、输入/输出（I/O）地址分配、PLC外部接线图、PLC梯形图程序设计；分析了用PLC控制摇臂钻床的工作过程；对主要电器元件进行了选择。

改造后的Z3040型摇臂钻床简化了控制线路，使机床功能完善，使用方便，维护简单，降低了设备运行的故障率，提高了设备运行的使用率，可实现生产过程的高效、节能和低成本。在工业上有广泛的应用前景。 关键词：可编程控制器（PLC）;摇臂钻床;梯形图;控制系统

I

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

Abstract

The Z3040 drilling lathe which was commonly seen in work house, and it is widely used in mechanism industry. There were too many faults in the traditional relay controlled drilling lathe, such as the complex connections in circuit; too much noises and so on, besides these hidden problems ,the diagnosing and expelling for the mistakes w as also difficult. it is necessary to improve its controlling system in technical.

This article’s propose is to using the Programmable Logic Controller (PLC) to replace the traditional control system which was compounded of relays, and this control theory was based on the function of relays. it shows the principle and unique of the PLC ;also shows both hardware structure and software of the new Z3040 drilling lathe which was controlled by The PLC, including allocation for input/output address, external connection diagram, designs for programs.

Through analyses the procedure that the Z3040 works, I chased main components.

Through the improvement, we simplify the control system, it both perfect the function and cut down costs which was used for maintenances. The reform of Z3040 can easily help us to realize low-cost and energy-costless during the production, it has gorgeous prospects in industry.

Key words: PLC drilling lathe block diagram control system

II

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

目 录

摘 要 ........................................................... I 第1章 引 言 ..................................................... 1

1.1本课题选题背景和意义 ....................................... 1 1.2 本文的主要工作 ............................................. 1 第2章 PLC的概述 ................................................. 5

2.1 PLC的基本知识 ............................................. 5 2.2 PLC的编程语言 ............................ 错误！未定义书签。 第3章 Z3040控制线路原理分析 ..................................... 7

3.1 Z3040摇臂钻床简介 ......................................... 7

3.1.1 Z3040摇臂钻床的结构及运行 ........................... 7 3.1.2 Z3040摇臂钻床的电力拖动的特点和控制要求 ............. 7 3.1.3 Z3040控制线路概述 ................................... 8 3.2 Z3040控制线路原理分析 ..................................... 9

3.2.1 主电路分析 .......................................... 11 3.2.2 控制电路分析 ........................................ 12 4.1 PLC的型号选择 ............................................ 15

4.1.1 PLC的型号选择 ...................................... 15 4.1.2 Z3040摇臂钻床PLC控制系统电路图设计 ................ 16 4.2 基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统软件设计 ................ 18

4.2.1 PLC梯形图程序设计 .................................. 19 4.2.2 PLC梯形图系统调试 .................................. 23 4.2.3 PLC控制指令表 ...................................... 24 4.2.4 PLC 控制系统分析 .................................... 27 4.2.5 元器件布置接线图设计 ................................ 28

第5章 主要电气元件及选择 ........................ 错误！未定义书签。

5.1断路器 .................................... 错误！未定义书签。

5.1.1 断路器结构、原理 .................... 错误！未定义书签。 5.1.2 断路器的选择 ........................ 错误！未定义书签。 5.2接触器 .................................... 错误！未定义书签。

5.2.1 接触器结构、原理 .................... 错误！未定义书签。 5.2.2 接触器的选择 ........................ 错误！未定义书签。 5.3热继电器 .................................. 错误！未定义书签。

5.3.1 热继电器结构、原理 .................. 错误！未定义书签。

III

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

5.3.2 热继电器的选择 ...................... 错误！未定义书签。 5.4熔断器 .................................... 错误！未定义书签。

5.4.1 熔断器结构、原理 .................... 错误！未定义书签。 5.4.2 熔断器的选择 ........................ 错误！未定义书签。

第6章 结论 ....................................................... 32 参 考 文 献 ....................................................... 33 附录 .............................................. 错误！未定义书签。

IV

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

将制动摩擦离合器压紧，使制动轴上的齿轮不能转动，实现主轴停车。所以主轴停车时主轴发动机仍在旋转，只是不能将动力传到主轴。

主轴变速与进给变速：将主轴手柄扳至“变速”位置，于是改变两个操纵阀的相互位置，使齿轮泵送出的压力油进入主轴转速预选阀和主轴进给量预选阀，然后进入各变速油缸。与此同时，另一油路系统推动拔叉缓慢运动，逐渐压紧主轴正转摩擦离合器，接通主轴电动机到主轴的传动链，带动主轴缓慢旋转，称为缓速，以利于齿轮的顺利啮合。当变速完成，松开操作手柄，此时手柄在弹簧作用下由“变速”位置自动复位到主轴“停车”位置，然后在操纵主轴正转或反转，主轴将在新的转速或进给量下工作。

2．夹紧机构液压系统

主轴箱、内外立柱和摇臂的夹紧和松开是由液压泵电动机拖动液压泵电动机送出压力油，推动活塞、菱形块来实现的。其中由一个油路控制主轴箱和立柱的夹紧，另一油路控制摇臂的夹紧和松开，这两个油路均由电磁阀控制。

Z3040摇臂钻床共有四台电动机：主电动机M1，摇臂升降电动机M2，液压泵电动机M3和冷却泵电动机M4。

3.2 Z3040控制线路原理分析

Z3040型摇臂钻床控制线路原理图如下图所示，Z3040型摇臂钻床的动作是通过机、电、液进行联合控制实现的。该机床控制电路采用380V/100V隔离变压器供电，但其二次绕组增设24V安全电压供局部照明使用。

断路器QF1既作为机床线路的电源总开关，又作为机床线路和主轴电机M1的短路及过载保护元件，断路器QF2为摇臂升降电动机M2、液压泵电机M3、冷却泵电机M4的隔离开关和过载及短路保护元件。QF3、QF4、QF5分别为机床控制电路、机床工作信号指示电路和机床工作照明电路和过载及短路保护开关。

开车前的准备。首先将隔离开关接通，将电源引入开关QF1扳到“接通”位置，接通三相交流电源，此时总电源指示灯HL1亮，表示机床电气电路进入带电状态。按下总启动按钮SB1，中间继电器KA线圈通电吸合并自锁，为主电动机及其他电动机启动多准备，同时触点KA闭合，为其他三个指示灯通电做准备。

9

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

10

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

图3-1 Z3040型摇臂钻床控制线路原理图

3.2.1 主电路分析

1．M1为单方向旋转，由接触器KM1控制，主轴的正反转则由机床液压系统操纵机构配合正反转摩擦离合器实现，并由热继电器FR1作电动机长期过载保护。

2． M2由正、反转接触器KM2、KM3控制实现正反转。控制电路保证，在操

11

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

纵摇臂升降时，首先使液压泵电动机起动旋转，供出压力油，经液压系统将摇臂松开，然后才使电动机M2 起动，拖动摇臂上升或下降。当移动到位后，保证M2先停下，再自动通过液压系统将摇臂夹紧，最后液压泵电机才停下。M2为短时工作，不设长期过载保护。

3．M3由接触器KM4、KM5实现正反转控制，并有热继电器FR2作长期过载保护。

4．M4电机容量小，仅0.125kW，由开关QS控制。 3.2.2 控制电路分析

由变压器TC将380V交流电压降为110V，作为控制电源。指示灯电源为 6V。 1．主电动机控制

按下起动按钮SB2，接触器KM1吸合并自锁，主轴电动机M1起动并运转。按下停止按钮SB8，接触器KM1释放，主轴电动机M1停转。

2．摇臂升降控制

摇臂上升、下降分别由SB3、SB4点动控制。

按上升按钮SB3，时间继电器KT1得电吸合，瞬时动合触点（33-35）闭合，接触器KM4得电吸合，液压泵电动机M3接通电源正向旋转，供给压力油。压力油经分配阀体进入摇臂松开的油腔，推动活塞，使摇臂松开。当摇臂完全松开后，活塞杆通过弹簧片压下限位开关ST2，使其动断触点ST2（17－33）断开，使接触器KM4线圈断电释放，液压泵电动机M3停转，与此同时，另一动合触点ST2（17-21）闭合，接触器KM2线圈通电吸合，其主触点接通升降电动机M2的电源，M2启动正向旋转，带动摇臂上升。

如果摇臂没有松开，ST2的动合触点也不能闭合，KM2就不能吸合，M2不能旋转，摇臂也就不可能上升，保证了只有在摇臂可靠松开后才能使摇臂上升。

当摇臂上升到所需位置时，松开按钮SB3，接触器KM2和时间继电器KT1同时断电释放，摇臂升降电动机M2停转，摇臂停止上升。由于KT1释放，其延时闭合的动断触点（47-49）经1-3秒延时后闭合，接触器KM5的线圈经（1-3-5-7-47-49-51-6-2）线路通电吸合，液压电动机M3反向起动旋转，供给压力油。压力油经分配阀进入摇臂夹紧油腔，向相反方向推动活塞，使摇臂夹紧。同时，活塞杆通过弹簧片压下限位开关ST2动断触点（7-47）断开，接触器KM5断电释放，液压泵电动机M3停止旋转，完成了摇臂的松开－上升－夹紧动作。

摇臂上升的动作过程如下：

12

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

按SB3??KT1吸合KM4吸合??M3正转?压下ST2??KM2吸合?M2正转KM4断电?M3停转??摇臂上升到预定位置，松开SB3。

摇臂的下降过程与上升基本相同，它们的夹紧和放松电路完全一样。所不同的是按下降按钮SB4时为KM3线圈得电，摇臂升降电动机M2反转，带动摇臂下降。

时间继电器KT1的作用是控制KM5的吸合时间，使M2停止运转后，再夹紧摇臂。KT1的延时时间应视摇臂在M2断电至停转前的惯性大小调整，应保证摇臂上升（或下降）后才进行夹紧，一般调整在1～3秒。

摇臂升降的限位保护，由组合开关ST1来实现。ST1有两对触点，ST1-1是摇臂上升时的极限位置保护，ST1-2（27-17）是摇臂下降时的极限位置保护。当摇臂上升到极限位置时，ST1-1(15-17)动作，将电路断开，则KM2断电释放，摇臂升降电动机M2停止旋转。但ST1的另一触点ST1-2（27-17）仍处于闭合状态，保证摇臂能够下降。同理，当摇臂下降到极限位置时，ST1-2（27-17）动作，电路断开，KM3释放，摇臂升降电动机M2停转。而ST1的另一动断触点ST1-1(15-17)仍闭合，以保证摇臂能够上升。

摇臂的自动夹紧是由行程ST3来控制的。如果液压夹紧系统出现故障而不能自动夹紧摇臂，或者由于ST3调整不当，在摇臂夹紧后不能使ST3（7-47）的动断触点断开，都会使液压泵电动机处于长期过载运行状态，这是不允许的。为了防止损坏液压泵电动机，电路中使用了热继电器FR2。

摇臂夹紧动作过程如下：

摇臂升到预定位置，松开SB3→KT1（47-49）断电延时闭合→KM5吸合、M3反转→摇臂夹紧→ST3（7-47）受压断开→KM5、M3、均断电释放。

3．立柱和主轴箱松开、夹紧控制

立柱和主轴箱的松开及夹紧控制可单独进行，也可同时进行，由转换开关SA2和复位按钮SB7（或SB8）进行控制。SA2有3个位置：中间位（零位）时，立柱和主轴箱的松开或夹紧同时进行；左边位为立柱的夹紧或放松；右边位为主轴箱的夹紧或放松。复合按钮SB7、SB8分别为松开、夹紧控制按钮。

以主轴箱的松开和夹紧为例：先将SA2扳到右侧，触点（57-59）接通，（57-63）断开。当要主轴箱松开时，按松开按钮SB7，时间继电器KT2、KT3的线圈同时得电，，KT2是断电延时型时间继电器，它的断电延时断开的常开触点 （7-57）在通电瞬间闭合，电磁铁YA1通电吸合。经1-3秒延时后，KT3的延时闭合常开触点（7-41）闭合，接触器KM4线圈经（1-3-5-7-41-43-37-39-6-2）线圈断电，液压泵电动机M3正转，压力油经分配阀进入主轴箱右缸，推动活塞使主轴箱放

13

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

松。活塞杆使行程开关 ST4复位，触点ST4常闭开关,ST4常开闭合。指示灯HL2亮，表示主轴箱已松开。主轴箱夹紧的控制线路及工作原理与松开时相似，只要按松开按钮SB7换成夹紧按钮SB8，接触器KM4换成KM5，M3由正向转动变成反向转动，指示灯HL2换成HL3即可。

当把转换开关SA3拌到左侧时，触点（57-63）接通，（57-59）断开。按松开按钮SB7或夹紧按钮SB8时，电磁铁YA2通电，此时，立柱松开或夹紧；SA2在中间位时，触点（57-59）、（57-63）均接通。按SB7或SB8，电磁铁YA1、YA2均通电，主轴箱和立柱同时进行松开或夹紧。其他动作过程与主轴箱松开或夹紧时完全相同，不在论述。

由于立柱和主轴箱的松开与夹紧是短时间的调整工作，故采用点动控制方式。

4．冷却泵控制

冷却泵电动机M4容量小，所以用组合开关QS直接控制其运行和停止。 5．照明、信号电路

（1）机床照明电路QF5机床工作照明电路开关，同时过载及短路保护作用，EL为工作照明灯。

（2）工作信号指示HL1电源指示灯，当和上QF2时HL1指示灯亮，HL2为立柱和主轴箱松开指示灯，HL3为立柱和主轴箱夹紧指示灯，分别由限位开关ST4长闭触头和ST4常开触头控制。HL4为主轴电动机旋转指示灯，由KM1常开触头控制。

14

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

第4章 基于PLC的Z3040控制系统设计

4.1 PLC的型号选择

4.1.1 PLC的型号选择

随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。

：确定I/O点数

在改造设计中尽可能利用原有电器，以利于节省投资。根据原控制电路来确定I/O端口点数，其中：按钮8个，行程开关5个，转换开关1个（触点位置3个），热继电器常闭2个，电压继电器触点1个，控制线路电源总开关1个，共20个输入端口点数；接触器7个，电压继电器一个，信号灯4个，共计12个输出端口点数。

（2）选配PLC的型号

在选用PLC上，考虑到只是对Z3040型钻床做电器部分的改造，输出端口需要12个，输入端口需要20个。而且并不通过网络或其他方式做远程控制。因此，考虑到经济，实用，稳定等方面因素。我决定选用因此在满足以上条件的情况下，我选择FX2N-48MR型，作为本次设计所用PLC。其I/O地址分配如下表所示：

Z3040型摇臂钻床PLC控制I/O(输入、输出）地址分配表

I（输入） 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 名称 控制线路电源总开关 总停止按钮 总启动按钮 电压继电器 主轴电动机M1热继电器 主轴电动机M1启动按钮 主轴电动机M1停止按钮 摇臂上升按钮 15

代号 QF3 SB7 SB1 AV FR1 SB2 SB8 SB3 地址 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 摇臂下降按钮 摇臂上升上限位行程开关 摇臂下降下限位行程开关 主轴箱、立柱、摇臂松开行程开关 主轴箱、立柱、摇臂夹紧行程开关 液压泵电动机M3热继电器 主轴箱、立柱松开按钮 主轴箱、立柱夹紧按钮 立柱夹紧放松指示行程开关 主轴箱松开、夹紧 立柱松开、夹紧 主轴箱、立柱松开、夹紧 O（输出） 名称 电压继电器 主轴电动机M1接触器 摇臂上升接触器 摇臂下降接触器 主轴箱、立柱、摇臂松开接触器 主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器 主轴箱松开、夹紧电磁铁 立柱松开、夹紧电磁铁 电源指示 立柱松开指示 立柱夹紧指示 主电动机旋转指示 SB4 ST1-1 ST1-2 ST2 ST3 FR2 SB5 SB6 ST4 SA-1 SA-2 SA-3 代号 KV KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 YA1 YA2 HL1 HL2 HL3 HL4 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 地址 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 4.1.2 Z3040摇臂钻床PLC控制系统电路图设计

根据I/O地址分配表设计PLC控制系统电路图。 1．设计中的几个问题： （1）控制电源

接触器、电磁铁及指示灯仍采用原来的110V、6.3V电压不变。 （2）Z3040型摇臂钻床照明灯、通电指示灯和信号控制电路的处理 手动控制Z3040型摇臂钻床照明灯的电路和电源指示灯电路可用原控制电

16

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

路控制，也可以用PLC 控制，本设计照明灯的电路采用原控制电路控制，信号控制电路采用PLC 控制。

（3）在控制电路中，摇臂升降电动机和液压泵电动机都需要正反转控制，必须设置互锁环节。

其方案有三

方案一是在梯形图中设置互锁；

方案二是利用正反转接触器常闭触点在输出电路中实现互锁；

方案三是在编制梯形图时对这两台电动机都设置互锁并结合正反转接触器常闭触点在输出电路中的互锁。

从这三个方案来看方案三实现了双重保护，可避免电源短路，有效保证安全。因此本设计采用第三个方案。

（4）主轴电动机和液压泵电动机过载保护元件热继电器常闭触点放置问题 热继电器常闭触点可直接接在输出端，本设计为控制方便将热继电器常闭触点接在PLC的输入端。

2．Z3040摇臂钻床控制系统电路图根据上述设计理念设计出Z3040摇臂钻床控制系统电路图。如图所示：

17

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

18

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

图4-1 Z3040型摇臂钻床控制系统电路图

4.2 基于PLC的Z3040型摇臂钻床控制系统软件设计

4.2.1 PLC梯形图程序设计

1．系统预开程序

本段梯形图程序是为主电动机及其他电动机启动做准备。当合上FQ3（X0）按下SB1(X2)低电压继电器KV（Y0）得电并自锁,其常开触点KV(X3)闭合接通了控制电路电源为机床工作做准备。梯形图程序如图4－2所示。

图4－2

2．主轴电动机控制程序

19

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

主轴电动机只做单方向旋转，需要过载保护，过载保护由热继电器FR1(X4)完成。梯形图程序如图4－3所示。

图4－3

3．摇臂升降控制程序

摇臂的升（或降）严格按照摇臂松开－升（或降）－夹紧的顺序进行。为此，要求夹紧与放松作用的液压泵电动机与摇臂升降电动机按一定顺序启动工作，由摇臂松开行程开关与摇臂夹紧行程开关发出控制信号进行控制。当要求摇臂上升（或下降）时，按下SB3(或SB4)首先启动主轴箱、立柱、摇臂松开电路当松开到位时ST2(X13)常开触点闭合,使液压泵电动机旋转（正转或反转）,摇臂上升（或下降）。液压泵电动机正、反转需必要的互锁。摇臂上升、下降流程图如图a、b所示；梯形图如图4－6所示。

4．主轴箱、立柱、摇臂松开、夹紧控制程序

Z3040摇臂钻床，摇臂的松开、夹紧与摇臂的升降要求能自动控制，本设计采用定时器与行程开关配合完成，有必要的联锁保护。梯形图程序如图4－7所示。

20

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

开始 夹紧 按上升 按钮 夹紧到位 松开立柱 结束 松到位 摇臂上升 放开上升 按钮

图4-4 a、摇臂上升流程图

21

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

开始 夹紧 短暂上升 按下降 按钮 夹紧到位 松开立柱 结束 松到位 摇臂下降 放开下降 按钮

图4-5 b、摇臂下降流程图

22

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

图4－6

图4－7

5．主轴箱、立柱松开、夹紧控制程序

主轴箱、立柱松开与夹紧控制要求可单独操作，也可以同时操作，由转换开关SA和SB5、SB6配合定时器进行控制。梯形图程序如图4－8所示。

图4－8

6．冷却泵控制

冷却泵电动机采用组合开关QS直接控制其启停。 4.2.2 PLC梯形图系统调试

将各部分梯形图程序上机调试并合并成如下图所示的Z3040型摇臂钻床PLC控制系统梯形图，经过调试和模拟实验，所设计的梯形图程序完全满足Z3040型摇臂钻床对控制系统的要求。

23

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

24

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

图4-9 Z3040型摇臂钻床PLC控制系统梯形图 4.2.3 PLC控制指令表

0 LD X0 1 AN Y0 2 LD X0 3 ANI X1 4 LD X2 5 OR Y0 6 ANB 7 OUT Y0 8 LD X3 9 MPS 10 LD X5 11 OR Y1 12 ANB 13 ANI X6 14 AND X4 15 OUT Y1 16 MRD X7

25

17 LD X7 18 ANI X11 19 LD X10 20 ANI X12 21 ORB 22 ANB 23 OUT M0 24 MRD 25 LD M0 26 ANI X13 27 ANI M1 28 LD M1 29 ANI X17 30 AND T3 31 ORD 32 ANB 33 AND X15

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

34 ANI Y5 35 OUT Y4 36 MRD 37 AND M0 38 AND X13 39 MPS 72 OR X22 73 ANB

74 AND T2 75 OUT Y6 76 MRD 77 LD X23 40 ANI X10 41 ANI Y3 42 OUT Y2 43 MPP 44 ANI X7 45 ANI X2 46 OUT Y3 47 MRD 48 LDI X16 49 AND M2 50 ORI X14 51 ANB 52 AND X15 53 ANI T1 54 ANI Y4 55 OUT Y5 56 MRD 57 AND M0 58 OUT T1 61 MRD 62 LD X16 63 OR X17 64 ANB 65 ANI M0 66 OUT M1 67 OUT T2 70 MRO 71 LD X21

78 OR X22 79 ANB 80 AND T2 81 OUT Y7 82 MPP 83 AND M1 84 OUT M2 85 OUT T3 88 LD X3 89 MPS 90 AND X20 91 OUT Y11 92 MRD 93 AND X20 94 OUT Y12 95 MPP 96 AND Y1 97 OUT Y13

26

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

4.2.4 PLC 控制系统分析

1．开车准备

先将自动开关QF2～QF5接通，在将电源总开关QF1扳倒“接通”位置，引入三相电源。PLC上电，电源指示灯点亮表示机床已处于带电状态。按下SB1， X2接通，低电压继电器KV（Y0）得电并自锁,其常开触点KV(X3)闭合接通了控制电路电源为机床工作做准备。

2．主轴电动机控制

启动时，按下启动按钮SB2，X5接通，Y1动作并自锁使KM1得电并自锁，KM1主触点闭合主轴电动机M1转动，指示灯HL4亮。停车时，按下停止按钮SB7，Y6断开Y1复位，KM1断电释放，主轴电动机M1停转，指示灯HL4灭。

3．摇臂升降控制

当需要摇臂上升时按下SB3，X7闭合，M0接通，同时，接通断电延时定时器T37，其长闭触点T37瞬时断开，断开了液压泵电动机M3反转控制的电路。由于主轴箱、立柱、摇臂松开逻辑行X15是闭合的，因而Y4接通闭合，液压泵电动机M3正转，松开摇臂。摇臂松开到位后，X13长闭触点断开，液压泵电动机M3停转，摇臂上升逻辑行X13常开触点闭合，Y2接通闭合，摇臂上升电动机M2正转，带动摇臂上升。当摇臂上升到一定高度时松开SB3，X7复位断开，M0断开，断电延时定时器T37断电，其长闭触点T37延时3秒钟闭合Y5接通闭合，液压泵电动机M3反转，夹紧摇臂。摇臂夹紧后ST2（X13）、ST3（X14）恢复初始状态且X14断开，Y5失电，液压泵电动机M3停转，完成了摇臂松开－上升－夹紧的动作过程。摇臂下降的控制过程与摇臂上升的控制过程相似。

4．立柱与主轴箱松开、夹紧控制

立柱与主轴箱的松开、夹紧控制可单独进行，也可同时进行，由转换开关SA与按钮SB5或SB6控制。转换开关有三个位置，板到中间位置时立柱和主轴箱的松开与夹紧同时进行；板到左边位置时，立柱被夹紧与放松；板到右边位置时主轴箱单独夹紧与放松。

当转换开关置于中间位置时X22闭合，若使立柱与主轴箱同时松开，则按下SB5，X16闭合，M1和断电延时定时器T38同时接通，T38触点瞬时闭合，Y6、Y7同时得电吸合为主轴箱与立柱同时松开做准备。M1常开触点闭合，M2和通电延时定时器T39同时接通，M2常开触点闭合主轴箱与立柱夹紧准备，T39常开触点经3秒钟延时闭合Y4接通闭合，液压泵电动机M3通电正转推动活塞使立柱和主轴箱松开。同时活塞杆使TS4复位X20闭合，指示灯HL2；亮。

当立柱与主轴箱松开后，可手动使立柱回转或主轴箱做径向移动。当调整到

27

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

位后可按下SB6夹紧按钮，主轴箱与立柱夹紧工作情况与松开时相似。这里不再赘述。另外两种情况，只有将转换开关SA板到相应位置，再按SB5与SB6即可实现。

4.2.5 元器件布置接线图设计

根据Z3040型摇臂钻床配电箱的规格尺寸，各电器实际外形尺寸进行合理布置以及根据接线图绘制原则设计绘制出元器件布置接线图，如图所示：

28

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）

图4-11 Z3040型摇臂钻床配电箱元件位置及接线图

29

南通纺织职业技术学院毕业设计

根据选择的电器元器件，列表明细表如下表： 符号 M1 M2 M3 M4 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 ST1 ST2 ST3 ST4 QF1 QF2 名称 电动机 电动机 电动机 电动机 交流接触器 交流接触器 交流接触器 交流接触器 交流接触器 行程开关 行程开关 行程开关 行程开关 低压断路器 低压断路器 DZ5-20/380,4.5A 除主电动机外的其他电源控制 1 型号规格 Y100L2-4 4kW Y90L-4 1.5kW Y802-4 0.75kW AOB-25 90W CJ0-20B线圈电压110V CJ0-10B线圈电压110V CJ0-10B线圈电压110V CJ0-10B线圈电压110V CJ0-10B线圈电压110V LX5-11 LX5-11 LX5-11 LK3-11K DZ5-50/500,15A 摇臂升降限位保护 主轴箱、立柱、摇臂松开行程开关 主轴箱、立柱、摇臂夹紧行程开关 立柱和主轴箱松紧指示 总电源输入 1 1 1 1 1 液压泵电动机反转 1 液压泵电动机正转 1 摇臂升降电动机反转 1 摇臂升降电动机正转 1 用途 驱动主轴及进给 驱动摇臂升降 摇臂、立柱和主轴箱松开、夹紧 驱动冷却泵 主轴电动机启、停 数量 1 1 1 1 1 30

南通纺织职业技术学院毕业设计

QF3 低压断路器 DZ5-10,2A 控制线路的电源开关 1 QF4 QF5 YA1 YA2 QS1 SA2 FR1 FR2 TC1 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 EL1 HL1~HL4 Fu0 Fu1 fu2 低压断路器 低压断路器 电磁铁 电磁铁 组合开关 转换开关 热继电器 热继电器 变压器 按钮（红色） 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 按钮 照明灯 指示灯 熔断器 熔断器 DZ5-10,2A DZ5-10,2A MFJ1-3 MFJ1-3 HZ5-10/1.7 LW6-2/BO>1 JR0-20/3,11.5A JR0-20/3,1.5A BK-150 380/110-24-6 LA19-11J LA19-11 LA19-11 LA19-11D LA19-11 LA19-11 LA19-11D LA19-11D JC-25,40W XD1 RL1-15A RL1-15A 指示等电路电源开关 照明灯电路电源开关 主轴箱松紧 立柱松紧 冷却泵电动机启、停 立柱、主轴箱松紧控制 主轴电动机过载保护 液压泵电动机过载保护 控制、指示电路电源 总停 总启动 主轴电机停止 主轴电机启动 摇臂上升 摇臂下降 立柱、主轴箱松开 立柱、主轴箱夹紧 安全照明 PLC输出电源短路保护 PLC输出公共点短路保护 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 2 31

南通纺织职业技术学院毕业设计

第6章 结论

本次设计阐述了PLC在Z3040型摇臂钻床控制系统设计的应用，应用可编程控制器（PLC）对Z3040摇臂钻床控制系统加以改造，把PLC控制技术应用到改造设计方案中去，取代传统继电接触控制的方法, 达到了使控制系统满足Z3040摇臂钻床对电力拖动和控制要求，简化了控制线,使得钻床的可靠性和效率大为提高。本文的研究与开发工作是在导师的悉心引导下完成的，在此向他表示崇高的敬意和衷心的感谢。

另外我还要衷心感谢老师，在工作中他给予了我及时有效的帮助，还有我的同学，我们经常一起讨论工作和学习中遇到的各种问题。可以说，我这篇论文的完成，是与这些老师和同学的无私帮助和合作分不开的。在此，谨向关心过和帮助过我的各位尊敬的老师和热心的同学表示深深的敬意和诚挚的感谢。

32

南通纺织职业技术学院毕业设计

参 考 文 献

1 冯垛生，电气实用指南. 人民邮电出版社，2006 2 陈伯时，电力拖动控制系统. 机械工业出版社，2003 3 赵明等，工厂电气控制设备. 机械工业出版社，1995 4 万东梅，电路·电子·电气应用实训. 交通大学出版社，2004 5 张运波，工厂电气控制技术. 高等教育出版社，2003 6 王 红，可编程控制器使用教程. 电子工业出版社，2003 7 张桂香，电气控制与PLC应用. 化学工业出版社，2003 8 赵宏家，建筑电气控制. 重庆大学出版社，2002 9 齐从谦，PLC技术及应用. 机械工业出版社，2002 10 王明昌，建筑电工学（第二版），重庆大学出版社，2000 11 余雷声，电气控制与PLC应用. 机械工业出版社，1998 12 常斗南，可编程控制器原理. 机械工业出版社，1998 13 齐占山，机床电气控制技术. 机械工业出版社，1993 14 方承远，工厂电气控制技术. 机械工业出版社，1992

15 罗 文，电气控制与PLC技术（第一版），西安电子科技大学出版社，2008 16 陈志新，电器与PLC控制技术. 北京大学出版社，2006 17 张万忠，电器与PLC控制技术. 化学工业出版社，2008 18 丁向荣，电气控制与PLC应用技术. 上海交通大学出版社，2005 19 宋德玉，可编程序控制器原理及应用系统设计技术. 冶金工业出版

社,1999

33

南通纺织职业技术学院毕业设计

34

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/atz7.html