优秀毕业论文设计：基于三菱plc的z3040摇臂钻床电控系统设计

优秀毕业论文设计：基于三菱plc的z3040摇臂钻床电控系统设计内容摘要：

参数 a)响应时间 响应时间是指 PLC从 ON状态转变成 OFF状态或从 OFF状态转变成 ON状态所需要的时间。 继电器输出型响应时间平均约为 10ms；晶闸管输出型响应时间为1ms 以下；晶体管输出型在 以下为最快。 9 b)输出电流 继电器输出型具有较大的输出电流， AC250V 以下的电路电 压可驱动纯电阻负载 2A/1点、感性负载 80VA以下（ AC100V或 AC200V）及灯负载 100W以下（ AC100V 或 200V）的负载； Y0、 Y1以外每输出 1点的输出电流是 ，但是由于温度上升的原因，每输出 4 合计为 的电流，输出晶体管的 ON 电压约为 ，因此驱动半导体元件时，请注意元件的输入电压特性。 Y0、 Y1 每输出 1 点的输出电流是 ，但是对 Y0、 Y1 使用定位指令时需要高速响应，因此使用 10— 100mA的输出电流；晶闸管输出电流也比较小 . c)开路漏电流 开路漏电流是指输出处于 OFF 状 态时，输出回路中的电流。 继电器输出型输出接点 OFF 是无漏电流；晶体管输出型漏电流在 以下；晶闸管较大漏电流，主要由内部 RC 电路引起，需在设计系统时注意。 d)输出公共端（ COM） 公共端与输出各组之间形成回路，从而驱动负载。 FX1N 有 1 点或 4 点一个公共端输出型，因此各公共端单元可以驱动不同电源电压系统的负载。 （ 5） 电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。 如果没有一个良好的、可靠得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。 如 FX1N 额定电压 AC100V— 240V，而电压允许范围在 AC85V— 264V 之间。 允许瞬时停电在 10ms 以下，能继续工作。 一般小型 PLC 的电源输出分为两部分：一部分供 PLC 内部电路工作；一部分向外提供给现场传感器等的工作电源。 因此 PLC 对电源的基本要求： a)能有效地控制、消除电网电源带来的各种干扰； b)电源发生故障不会导致其它部分产生故障； c)允许较宽的电压范围； d)电源本身的功耗低，发热量小； e)内部电源与外部电源完全隔离； f)有较强的自保护功能。 10 PLC 的工作原理 由于 PLC 以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。 微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O 扫描方 式 ，若有键按下或有 I/O变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。 PLC 则是采用循环扫描的工作方式。 对每个程序， CPU 从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为 一个扫描周期。 扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是 CPU 执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。 一个扫描周期主要可分为 三 个阶段。 （ 1） 输入刷新阶段 在输入刷新阶段， CPU 扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。 完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。 在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。 （ 2） 程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。 当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。 （ 3） 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成 PLC 的实际输出。 由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成 PLC 一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。 由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马 上进行的，所以亦将这两个阶段统称为 I/O 刷新阶段。 实际上，除了执行程序和 I/O 刷新外， PLC 还要进行各种错误检测（自诊断功能）并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”，一般在程序执行之后进行。 综上述， PLC 11 的扫描工作过程如图 23所示 : 图 23 PLC的扫描工作过程 显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。 扫描周期越长，响应速度越慢。 由于每个扫描周期只进行一次 I/O 刷新，即每一个扫描周期 PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的 响应速度。 但是由于其对 I/O 的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。 这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC 在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。 但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般 PLC 都会采取高速模块。 总之， PLC 采用 循环 扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一，我们在学习和使用 PLC 当中都应加强注意。 PLC 的 主要指标性能 （ 1） 存储容量 —— 指的是用户程序存储器的容量，用户程序存储器容量决定了 PLC 可以容纳的用户程序的长短。 （ 2） 输入 /输出点数 —— I/O 点数即 PLC面板上输入、输出信号用的端子的个数。 （ 3） 扫描速度 —— 指的是 PLC 执行程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指标，一般以执行 1K 字所用的时间来衡量扫描速度。 M100 X401 M100 输 出 刷新 输 入 刷新 扫 描 周期 元件映像寄存器 输出锁存器 输出端子 M100 Y430 输入端子 输入映像寄存器 12 （ 4） 编程指令的种类和数量 —— 编程的指令越多，其功能越强。 即处理能力和控制能力也就越强。 （ 5） 扩展能力 —— I/O 扩展单元进行 I/O 点数扩展；使用各种功能模块进行 功能的扩展。 （ 6） 智能单元的数量 —— 利用智能单元可以完成模拟量控制、位置和速度控制以及通信联网的功能。 三菱 FX1N 系列 PLC 的基本指令 FX1N 系列 PLC 的基本指令 如表 21所示 ： 表 21 FX1N系列 PLC的基本指令 助 记 符 功 能 梯形图符号和操作软元件 LD 取 常开触点逻辑运算起始 (常开触点与左母线连接 ) LDI 取反 常闭触点逻辑运算起始 (常闭触点与左母线连接） AND 与 串联连接 (常开触点与其他触点或触点组串联连接 ) ANI 与非 串 联连接 (常闭触点与其他触点或触点组串联连接 ) OR 或 并联连接 (常开触点与其他触点或触点组并联连接 ) ORI 或非 并联连接 (常闭触点与其他触点或触点组并联连接 ) ANB 电路块与 并联电路块的串联连接 (电路块与其他触点或触点组串联连接 ) ORB 电路块或 串联电路块的并联连接 (电路块与其他触点或触点组并联连接 ) OUT 输出 线圈驱动 13 SET 置 1 使线圈接通并保持动作 RST 复零 使线圈断开 ,消除动作保持 ,寄存器清零 PLS 上升沿 脉冲 上升沿微分输 出 (当检测到输入脉冲的上升沿时 ,指令的操作元件闭合一个扫描周期 ) PLF 下降沿 脉冲 下降沿微分输出 (当检测到输入脉冲的下降沿时 ,指令的操作元件闭合一个扫描周期 ) MC 主控指令 公共串联接点的连接 (将左母线临时移到一个所需位置 ,产生一临时左母线 ,形成主控电路块 ) MCR 主控复位 公共串联接点的消除 (取消临时左母线 ,将左母线返回到原来的位置 ,结束主控电路块 ) MPS 进栈指令 进栈 (将逻辑运算结果存入栈存储器 ,存储器中原来的存储结果依次向栈存储器下层推移 ) MRD 读栈指令 读栈 (将存储器一号单元的内容读出 ,且詹存储器中的内容不发生变化 ) MPP 出栈指令 出栈 9将存储器中一号单元的结果取出 ,存储器中其他单元的数据依次向上推移 ) NOP 空操作 无动作 END 结束 输入输出处理以及返回到 0步 STL 步进接点 步进接点开始 (将步进接点接到左母线 ) RET 步进结束 步进接点开始 (使副母线返回到原来的左母线位置 ) 14 3 Z3040摇臂钻床机床的电控系统分析 钻床是一 种用途较广的万能机床 ,可以用来钻孔、扩孔、饺孔、 镗孔、 攻螺纹及刮 平 面等多种形式的加工。 钻床按用途和结构可分为立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、多轴钻床、深孔钻床、卧式钻床及其它专用钻床等。 摇臂钻床 属于立式钻床， 其 操作方便 、 灵活 ， 适用范围广 ， 具有典型性。 Z3040 是中型摇臂钻床，其型号意义为： Z— 钻床， 3— 摇臂钻床， 0— 圆柱形主轴， 40— 最大钻孔直径 40mm。 Z3040摇臂钻床机床结构和运动情况 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组成 ，如图 31 所示。 内立柱固定在底座的一端 ， 在它外面套着外立柱 ,外立柱可绕内立柱回转 360176。 ， 摇臂的一端为套筒 ， 它套在外立柱上 ,借助丝杠的正反转可使摇臂沿外立柱作上下移动 ， 由于该丝杠与外立柱连为一体 ， 而升降螺母固定在摇臂上 ， 所以摇臂只能与外立柱一起绕内立柱回转。 主轴箱是一个复合部件 ， 它由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构以及机床的操作机构等部分组成。 主轴箱安装在摇臂的水平导轨上 ， 可以通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。 图 31 Z3040摇臂钻床结构图 1— 底座； 2— 工作台； 3— 主轴纵向进给； 4— 主轴旋转主运动； 5— 主轴； 6— 摇臂； 7— 主轴箱沿摇臂径向运动； 8— 主轴箱； 9— 内外立柱； 10— 摇臂回转运动； 11— 摇臂垂直移动 15 钻削加工时 ， 主轴旋转为主运动 ， 主轴的纵向进给为进给运动。 此时 ,主轴箱由夹紧接置将其紧固在摇臂水平导轨上 ， 外立柱紧固在内立柱上 ， 摇臂紧固在外立柱上 ,然后进行钻削加工 ， 辅助运动有 :摇臂沿外立柱的垂直移动 ， 主轴箱沿摇臂长度方向的水平移动 ， 摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。 Z3040摇臂钻床的电力拖动特点及控制要求 （ 1） 摇臂钻床运动部件较多 ， 为简化传动装置 ， 采用多电动机拖动。 （ 2） 摇臂钻床为适应多 种形式的加工。