皖 西 学 院
课程设计报告书
系 专 别： 业： 机电学院 13 电气 学 号： PLC控制的 Z3050型摇臂钻床电气控制
学 生 姓 名： 课程设计题目 ： 起 迄 日 期 : 课 程 设 计 地 点 : 指 导 教 师 :
-
PLC电气控制实验室
翁志刚 下达任务书日期 : 2016 年 5 月 15 日
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
目 录
序言 ...................................................................................................................................................................................................................................................... 1
1 Z3050 摇臂钻床的简介 ...................................................................................................................................................................................... 2
摇臂钻床的主要构造 ................................................................................................................................................................................... 2
摇臂钻床的运动形式 ................................................................................................................................................................................... 2
摇臂钻床电气拖动特色 ............................................................................................................................................................................ 3
摇臂钻床及原理图说明 ............................................................................................................................................................................ 4
2 系统元器件选型 ............................................................................................................................................................................................................ 5
Z3050 摇臂钻床主回路元件表 ....................................................................................................................................................... 5
PLC 的选型 ................................................................................................................................................................................................................ 6
硬件的设计 ................................................................................................................................................................................................................ 6
PLC 的 I/O 分派 .................................................................................................................................................................................................. 6
PLC 的外面接线图 .......................................................................................................................................................................................... 8
3 程序的设计与仿真 ..................................................................................................................................................................................................... 9
梯形图程序设计 ................................................................................................................................................................................................. 9
仿真调试与结果 ................................................................................................................................................................................................. 11
参照文件 .................................................................................................................................................................................................................................... 11
致 谢............................................................................................................................................................................................................................................... 14
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
序言
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， 因为其控制系统是采纳继电器控制系统， 电路接线复杂， 出 点多，长久使用后，故障多，故障清除困难。经常影响公司生产。
PLC 拥有靠谱性强，使用方便，保护简单的长处。所以，利用 PLC对摇臂钻
PLC
床继电器控制线路进行改造，有益于提升设施的靠谱性，使用率。正是因为
控制系统的各种长处，所以本次对
Z3050 摇臂钻床的电气控制系统，能够提升
Z3050 摇臂钻床工作性能和系统的工作稳固性，为工业生产的现代化带来活力。 同时，提升了 PLC编程水平和实践能力， 为此后在实质工作中娴熟使用 PLC进行
工业系统的设计打好基础。
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
1 Z3050 摇臂钻床的简介
摇臂钻床的主要构造
摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分构成。
内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱展转 360 度。摇臂的一端为套筒， 它套装在外立柱做上下挪动。 因为丝杆与外立柱练成一体，而起落螺母固定在摇臂上， 所以摇臂不可以绕外立柱转动， 只好与外立柱一同绕内立柱展转。主轴箱是一个复合零件， 由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分构成。 主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，能够经过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂挪动。
摇臂钻床的运动形式
当摇臂钻床进行加工时， 由特别的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上， 而外立柱紧固在内立柱上， 摇臂紧固在外立柱上， 而后进行钻削加工。 钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进摇臂钻床给，其运动形式为：
（ 1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；
（ 2）进给运动为主轴的纵向进给；
（ 3）协助运动有：摇臂沿外立柱垂直挪动，主轴箱沿摇臂长度方向的挪动，摇臂与外立柱一同内立柱的展转运动。
Z3050 摇臂钻床实物图
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
摇臂钻床电气拖动特色
3.Z3050 摇臂钻床运动零件许多，为了简化传动装置，采纳
4 台电机拖动。，他
们分别是主轴电动机（ M1），摇臂起落电动机（ M2），液压泵电动机（ M3）和冷却
泵电动机（ M4），这电动机都采纳直接启动方式。
4. 为了适应多种形式的加工要求， 摇臂钻床主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围，一般状况下由机械变速机构实现。 主要变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。
5.Z3050 摇臂钻床的主运动和进给运动为主轴的运动，
为此这两项运动有一台主
轴电动机拖动，分别经主轴传动机构，进给传动机构实现主轴的旋转和进给。 6. 在加工螺纹时， 要求主轴能正反转。 摇臂钻床主轴正反转一般采纳机械方法实现。所以主轴电动机仅需要单向旋转。
摇臂钻床及原理图说明
Z3050 摇臂钻床主电路图以下：
主电路剖析：
Z3050 摇臂钻床共有 4 台电动机，冷却泵电动机为开关直接启动，其余三台电动机采纳接触器控制。 M1是主轴电动机由接触器 KM1控制，只需求能单方向旋转。电动机型空机 Q1能起到过载、 短路、启动电流过大保护， 而热继电器 FR1 也起过载保护的作用，这样就形成了一个两重保护的作用。
M2 是摇臂起落电动机，装设于主轴顶部，用 KM2和 KM3来控制正反转。使
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
用电动机型空开 Q2进行保护。
M3 是液压泵电动机，要求能够实现正反转，用
KM4和 KM5来控制正反转。
电路顶用电动机型开 Q3和热继电器 FR2进行两重保护。 M4冷却泵电动机，功率 小，直接用开关控制启动与停止。
2 系统元器件选型
Z3050 摇臂钻床主回路元件表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 代号 M1 M2 M3 M4 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 Q Q1 Q2
名称 电动机 电动机 电动机 电动机 沟通接触器 沟通接触器 沟通接触器 沟通接触器 沟通接触器 沟通接触器
空开 空开 空开 规格 / 型号 Y112M-4/4KW Y90L-4/ Y801-4/ Y2-7124/ LC1-D1210CC5N LC1-D0910CC5N LC1-D0910CC5N LC1-D0910CC5N LC1-D0910CC5N LC1-D0910CC5N NS100N/16A GV2M10C/10A GV2M04C/2A 单位 台 台 台 台 只 只 只 只 只 只 只 只 只 数目 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
14 15 16
Q3 Q4 FR1 FR2 空开 空开 热继电器 热继电器 GV2M01C/1A GV2M01C/1A LR2-D1312C/8A LR2-D1205C/
只 只 只 只
1 1 1 1
17 PLC 的选型
摇臂钻床的电气控制系统需要
12 个输进口和 6 个输出口， PLC的实质输出
点数应等于或大于所需输入点数 12，PLC的实质输出点数应等于或大于所需输出点数 6，在条件允许的状况下尽可能留有 10%-20%的余量，因为实质的输出点恰好是 12 个，而选择 PLC输入点有 16 个的明显是浪费，所以该系统采纳 三菱可编程序控制
器 作为主控制器，完好知足要求。而且输出点数留有比许多得余量为此后的改良做
好准备。
硬件的设计
Z3050 摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分构成， 一部分分为电气控制系统的硬件设计， 也就是 PLC的机型确实定； 另一部分是电气控制系统的软件设计，就是 PLC控制程序的编写。 为了使改造后的摇臂钻床还能保持原有功能不变，此次改造的一个重要原则之一就是， 不对原有机床的控制构造做过大的调整，不过将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来代替。
因为 Z3050 摇臂钻床控制对象对 PLC输出点的动作表达速度要求不高， 继电器型输出模块的动作速度完好能知足要求， 且每一点的输出容量较大， 在同一时
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
间内对导通的输出点的个数没有限制， 这将给设计工作带来很大的方便。 所以本课题采纳继电器输出模块， 联合 Z3050 摇臂钻床电气控制系统的实质状况， 需要输入点数大于 18 个，输出点数大于 12 个，在条件允许的状况下尽可能留有10%-20%的裕量。
PLC 的 I/O 分派
依据系统的原则 I/O 分派以下：
序号
位号 符号 说明
主轴电动机 M1
1
X0
KR1 热继电器 主轴电机 M1启
2
X1
SB_1 动按钮 主轴电机 M1停
3
输 入 点 4
X2
SB_2 止按钮 其余控制电路 KR2
X3 X4 X5 X6
热继电器 SB_3 SB_4 ST1-1 位行程开关 摇臂上涨按钮 摇臂降落按钮 摇臂上涨上限 5 6 7
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
摇臂降落下限 X7 ST1-2
位行程开关 摇臂松开行程 X10 ST2
开关 摇臂夹紧行程 X11 ST3
开关 主轴、立柱箱放 X12 SB_5
松按钮 主轴、立柱箱夹 X13 SB_6
紧按钮 主轴电动机 M1
Y0 KM1
接触器 摇臂上涨接触 Y1 KM2
器 摇臂降落接触 Y2 KM3
器 液压泵电动机 Y3 KM4
M3正转接触器 液压泵电动机 Y4 KM5
M3反转接触器 放松夹紧电磁 Y5 HL1铁用指示灯代 替 8
9
10
11
12
1
2
3
输出点
4
5
6
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
PLC 的外面接线图
L
N
QS2
KM1
KM2
KM3
KM4
KM5
HL1
COM Y0
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 N
L
三菱主机
COM X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 KR1 SB_1 SB_2 KR2 SB_3 SB_4 ST1-1 ST1-2 ST2 ST3 SB_5 SB_6
三菱 PLC的控制回路原理图
3 程序的设计与仿真
梯形图程序设计
依据任务书的要求以及 I/O 口的分派，设计出以下方案：
程序段 1 ：主轴电机的启停
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
按下按钮 SB_1，接触器 KM1通电闭合 , 主轴电动机 M1启动运行。
（以下列图）
程序段 2：摇臂上涨的过程
按下按钮 SB_3，液压泵电动机 M3第一正转，放松摇臂，既而摇臂起落电动
机 M2正转，带摇动臂上涨。当上涨至要求高度时，松开 SB3，摇臂电动机 M2停
转，同时液压泵电动机 M3反转，夹紧摇臂，达成摇臂上涨的控制过程。 （以下列图）
程序段 3：摇臂降落的过程
按下按钮 SB_4，液压泵电动机 M3第一正转，放松摇臂，既而摇臂起落电动机 M2 反转，带摇动臂降落。当降落至要求高度时，松开 SB_4，摇臂电动机 M2停转，同时液压泵电动机 M3反转，夹紧摇臂，达成摇臂降落的控制过程。
（以下列图）
程序段 4：防止双线圈错误
为防止双线圈错误的状况出现， 借用协助继电器的并联来躲避错误。 （以下
图）
程序段 5：立柱和主轴的放松与夹紧
按下 SB_5，接触器 KM4通电闭合，液压泵电动机 M3启动正向运行，立柱和主轴箱放松；按下按钮 SB_6，接触器 KM5通电闭合，液压泵电动机 M3启动反向运行，立柱和主轴箱夹紧。 （以下列图）
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
仿真的调试与结果
仿真程序段 1
按下按钮 SB_1，X1 通电，协助继电器 M0得电， Y0 得电，主轴电动机 M1启动运行成功。
仿真程序段 2
按下 SB-3，X3 得电，液压泵电动机正转接触器 Y3 启动，放松摇臂。既而延时继电器 T1 延时启动，摇臂起落电机上涨接触器 Y1 得电正转，带摇动臂上涨。 抵达行程上限时 X6 翻开，因为互锁，摇臂起落电机上涨接触器 Y1 失电停转，液压泵电动机反转接触器 Y4 得电启动，夹紧摇臂，达成摇臂上涨过程。
仿真程序段 3
按下 SB-4，X4 得电，液压泵电动机正转接触器 Y3 启动，放松摇臂。既而延时继电器 T2 延时启动，摇臂起落电机降落接触器 Y2 得电正转，带摇动臂降落。 抵达行程下限时 X7 翻开，因为互锁，摇臂起落电机降落接触器 Y2 失电停转，液压泵电动机反转接触器 Y4 得电启动，夹紧摇臂，达成摇臂降落过程。
仿真程序段 4
按下 SB-5，X12 得电，协助继电器 M3通电，即液压泵电机 M3 正转接触器 Y3 通电启动正向运行，将立柱和主轴箱放松。
按下 SB-6，X13 得电，协助继电器 M6得电，即液压泵电机 M3 反转接触器 Y4 通电启动反向运行，将立柱和主轴箱夹紧。
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
[1] 熊幸明 . 电气控制与 PLC[M]. 初版 . 北京 : 机械工业第一版社,2014 ： 3～ 168
[2] 王永华 . 现代电气控制及 PLC应用技术 [M]. 第二版 . 北京 : 北 京航空航天大学 ,2008 ： 64～ 138
[3] 廖常初 .PLC 基础与应用 [M]. 第二版 . 北京 : 机械工业第一版社,2007 ： 37～ 65
[4] 张海根 . 机电传动控制 [M]. 初版 . 北京 : 高等教育第一版 社 ,2008 ：
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
致 谢
本课程设计的达成，每一步都离不开老师的指导，倾注了大批的心血在此，谨向老师表示崇敬的敬意和由衷的感谢 !
今日终于能够顺利的达成了课程设计，想了好久，要如何写下这一段谢词。
课程设计时期的点点滴滴历历涌上心头， 光阴急忙飞逝但却非常充分， 两礼拜的努力与付出，跟着设计的达成，终于让这充分的两礼拜，得以划下完满的句点。
论文得以达成，要感谢的人实在太多了，第一我要感谢我的学校，他让我这
几年景长了许多， 在就是感谢我的指导老师， 因为论文是在老师的尽心指导下完
成的。老师渊博的专业知识，谨慎的治学态度，千锤百炼的工作作风，不厌其烦
的崇高师德，严于律己、宽以待人的崇敬风采，朴素无华、和蔼可亲的人品魅力
对我影响深远。 在我做毕业设计的每个阶段， 从选题到查阅资料， 论文纲要确实
定，中期论文的改正，后期论文格式调整等每一步都是在他的尽心指导下达成的。
同时，论文的顺利达成，离不开其余各老师、同学和朋友的关怀和帮助。在
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
整个的课程设计写作中， 翁志刚老师、宋后伦同学和朋友踊跃帮助我查资料和提
供有益于论文写作的建讲和建议， 在他们的帮助下， 论文得以不停的完美， 最后
帮助我完好的达成了整个课程设计， 此外，要感谢在大学时期全部教授我知识的
老师，是你们在尽心教育使我有了优秀的专业课知识， 这也是设计得以达成的基
础。让我在这里再说声感谢你们。
工作日程
日期
主要工作
下达任务书，任务部署及设计要求说明
05 月 16 日~05 月 16 日
05 月 16 日~05 月 18 日
文件追踪、调研 , 方案设计 ;
05 月 19 日~05 月 22 日
系统设计
05 月 23 日~05 月 27 日
仿真、调试及设计报告草稿撰写
05 月 28 日~05 月 29 日
辩论、成绩查核
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
电气与电子类课程设计成绩评定表
评定项目
内容
满 分 15
评 分
总 分 出勤与学 准时出勤，严格恪守纪律，学习仔细， 习态度
态度正直
能够仔细查阅资料，好学好问 拥有提出问题和解决问题的能力，设 计方案论证充足、合理
工作量饱满，各模块设计正确，结果 能够达到课程设计任务书规定的要 求
10 15
设计状况
20
设计报告 撰写仔细，图、表、文字表达正确、
状况
规范、清楚
设计报告能够准时提交，内容完好 5
10
PLC控制的Z3050型摇臂钻床电气控制
阐述适合、充足，结论合理，心得体 会深刻
10
辩论状况
基本观点清楚，回答下列问题正确，有理 有据，有必定深度
采纳五级分制：优、良、中、及格、 不及格
15
整体评论
指导教师署名：
年
月 日
辩论小组组长署名：
年 月 日
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