基于的摇臂钻床控制系统的设计.doc
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1、目录摘要- 1 -一、PLC应用系统设计的内容和步骤- 2 -二、PLC简介- 4 -三、 PLC的选择- 6 -四、三菱PLC主要特点- 12 -五、摇臂钻床简介- 13 -六、Z3040型摇臂钻床结构与运动形式- 14 -七、Z3040型摇臂钻床电力拖动特点与控制要求- 15 -八、电气控制电路分析- 16 -九、Z3040型摇臂钻床电力控制电路图- 19 -十、Z3040型摇臂钻床电力控制梯形图- 20 -参考文献- 23 -致谢- 24 - 1 - 基于PLC 的摇臂钻床控制系统的设计摘要:PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器,用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、
2、电源线车等的名称缩写。钻床是一种用途广泛的万能机床,可进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及修刮断面等多种形式的加工。钻床按结构型式可分为立式钻床、卧式钻床、摇臂钻床、深孔钻床、台式钻床等。在各种钻床中,摇臂钻床操作方便,灵活,使用范围广,特别适用于带有多孔大型工件的孔加工,式机械加工中床用的机床设备,具有典型性。关键词:PLC 钻床 Z3040摇臂钻床一、PLC应用系统设计的内容和步骤一、PLC的控制系统设计的基本原则任何一种电器控制系统都是为了实现生产设备或生产过程的控制要求和工艺需要,从而提高产品质量和生产效率。因此,在设计PLC应用系统时,应遵循以下基本原则:1)充分发挥PLC功能,最大限度地
3、满足被控对象的控制要求。2)在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。3)保证控制系统安全可靠。4)应考虑生产的发展和工艺的改进,在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容量等内容时,应留有适量的余量,以利于系统的调整和扩充。二、PLC控制系统设计的一般步骤 设计PLC应用系统时,首先是进行PLC应用系统的功能设计,即根据被控对象的功能和工艺要求,明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析,即通过分析系统功能,提出PLC控制系统的结构形式,控制信号的种类、数量,系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果,具体的确定PLC的机型和系统的具体配置
4、。 PLC控制系统设计可以按以下步骤进行。 1、熟悉被空对象,制定指控方案 分析被控对象的工艺过程及工作特点,了解被控对象机、电、液之间的配合,确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。 2、确定I/O设备 根系系统的控制要求,确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等),由此确定PLC的I/O点数。 3、选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择。 4、分配PLC的I/O地址 根据生产设备现场需要,确定控制按钮,选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量:根据所选的PLC的型号,列出输入/输
5、出设备与PLC输入输出端子的对照表,以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。 5、设计软件及硬件 进行PLC程序设计,进行控制柜(台)等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行,因此,PLC控制系统的设计周期可大大缩短,而对于继电器系统必须先设计出全部的电器孔氏线路后才能进行施工设计。 其中,PLC程序设计的一般步骤如下:1)对于较复杂系统,需要绘制系统的功能图;对于简单的控制系统也可省去这一步。2)设计梯形图程序。3)根据梯形图编写指令程序表。4)对程序进行模拟调试及修改,知道满足控制要求为止。调试过程中,可采用分段调试的方法,并利用编程器的监控功能。 其中,硬件设计及现场施工的
6、步骤如下:1)设计控制柜机操作面板电器布置图及安装接线图。2)控制系统各部分的电器互连图。3)根据图样进行现场接线,并检查。6、联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进行再线统调。开始时,先带上输出设备(接触器线圈、信号指示灯等),不带负载进行调试。利用编程器的监控功能,采用分段调试的方法进行。各部分都调试正常后,再带上实际负载运行。如不符合要求,则对硬件和程序作调整。通常只需修改部分程序即可。 全部调试完毕后,交付试运行。经过一段时间运行,如不正常工作、程序不需要修改则将程序固化到EPROM中,以为程序丢失。 7、整理技术文件 包括设计说明书、电气安装图、电器元件明细表及使用说明书等。
7、二、PLC简介PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器,用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。1、PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆,所以将
8、可编程控制器简称PLC 2、PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同。 a. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象
9、区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。 b、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 C、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 3、PL
10、C的工作原理一. 扫描技术 当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。 (
11、二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结
12、果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。这时,才是PLC的真正输出。三、 PLC的选择 一、PLC的机型选择 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。(一)合理的结构型式 整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜,且体积相对较小,所以一般用于系统工艺
13、过程较为固定的小型控制系统中;而模块式PLC的功能扩展灵活方便,I/O点数量、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面,选择余地较大。维修时只要更换模块,判断故障的范围也很方便。因此,模块式PLC一般适用于较复杂系统和环境差(维修量大)的场合。(二)安装方式的选择根据PLC的安装方式,系统分为集中式、远程I/O式和多台PLC联网分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件,系统反应快、成本低。大型系统经常采用远程I/O式,因为它们的装置分布范围很广,远程I/O可以分散安装在I/O装置附近,I/O连线比集中式的短,但需要鞥社驱动器和远程I/O电源。多台联网的分布式适用于多台设备分别独立控制
14、,又要相互联系场合,可以选用小型PLC,但必须要附加通信模块。 (三)相当的功能要求 一般小型(抵挡)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能,对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主,带少量模拟量控制的系统,可选用能带A/DHE D/A单元、具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。 对于控制较复杂,要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能,可视控制规模大小及复杂程度没选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵,一般大型机主要用于大规模过程和集散控制系统等场合。 (四)响应速度的要求 PLC的扫描工作方式引起的延迟可达23个扫描周期。对于大多数应用场合来说,PL
15、C的响应速度都可以满足要求,不是主要问题。然而对于某些个别场合,则要求考虑PLC的响应速度。为了简单PLC的I/O响应的延迟时间,可以选用扫描速度高的PLC,或选用具有高速I/O处理功能指令的PLC,或选用具有快速响应模块和终端输入模块的PLC等。 (五)系统可靠性的要求 对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用冗余控制系统或热备用系统。 (六)机型统一 一个企业,应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑以下三个方面的问题: 1)同一机型的PLC,其编程方法相同,有利于技术力量的培训和技术水平的提高。 2)统一机型的PLC,其模块可互为备用,便于备品备件的采购和管
16、理。 3)同一机型的PLC,其外围设备通用,资源可共享,易于联网通信,配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。 二、PLC的容量选择 PLC的容量包括I/O点数和用户存储容量两个方面。 (一)I/O点数 PLC的I/O点数的价格还比较高,因此应该合理选用PLC的I/O点数的数量,在满足控制要求的前提下力争使用I/O点数最少,但必须留有一定的备用量。 通常I/O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要,再加上10%15%的备用量来确定。 (二)用户存储容量 用户存储容量是指PLC用于存储用户程序的存储器容量。需要的哦那个湖存储容量的大小由用户程序的长短决定。 以便可按下式估算,在按实际
17、需要留适当的余量(20%30%)来选择。存储容量=开关量I/O点总数*10+模拟量通道数*100绝大部分PLC均能满足上式要求。应当要注意的是:当控制系统较复杂、数据处理量较大时,可能会出现存储量不够的问题,这是应特殊对待。 三、I/O模块的选择 一般I/O模块的价格战PLC价格的一半一行。不用的I/O模块、其电路及功能也不同。直接影响PLC的应用范围和价格。 下面仅介绍有关开关量I/O模块的选择。 (一)开关量输入模块的选择 PLC的输入模块式用来检测接受现场输入设备的信号,并将输入的信号转换为PLC内部接受的低电压信号。 1、输入信号的类型及电压等级的选择 常用宏的开关量输入模块的信号类型
18、有三种:直流输入、交流输入、和交流/直流输入。选择时一般根据现场输入信号机周围环境来决定。 交流输入模块接触可靠,适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用;直流输入模块的延迟时间较短。还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接。 PLC的开关量输入模块按输入信号的电压大小分类有:直流5V、24V、48V、60V等;交流110V、220V等。选择时应根据现场输入设备与输入模块之间的距离来决定。一般5V、12V、24V用于传输距离较近场合。如:5V的输入模块最远不得超过10m.距离,较远的应选用电压等级较高的模块。 2、输入接线方式的选择 按输入电路接线方式的不同,开关量输入模块可分为汇点式输入和
19、分组式输入两种。如图所示。 汇点式输入模块的所有输入点只公用一个公共端;二分组式输入模块式将输入点分成若干组,每一组(几个输入点)用用一个公共端COM,各组之间是分隔的。分组式输入的每点平均价格较高,如果输入信号之间不需要分开,应选用汇点式。 3、同时接通的输入点数量 对于选用高密度的鼠兔模块(如32点、48点灯),应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60%。 (二)开关量输出模块的选择 输出模块式将PLC内部低电压信号转换为外部输出设备所需的驱动信号。选择时主要应考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载状态变化是否频繁等。 1、输出方式的选择 开关量输出模块有三种输出
20、方式:继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出。 继电器输出的价格便宜,既可以用于驱动交流负载,又可以用于直流负载,而且适用的电压大小范围较宽、导通压降下,同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强。但它属于有触点元件,其动作速度较慢、寿命短,可靠性较差,因此,只能适用于不频繁通断的场合。档用于驱动感性负载时,其触点动作频率不超过1Hz。 对于频繁通断的负载,应该选用双向晶闸管输出或晶体管输出,它们属于无触点元件。但双向晶闸管输出值能用于交流负载,而晶体管输出只能用于直流负载。 2、输出接线方式的选择 按PLC得输出接线方式的不同,一般有分组式输出和分个式输出两种。如图所示。 分组式输出时几个输出点为一组
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