【正文】 輸出信號。故本次畢業(yè)設(shè)計中 PLC 的輸入信號數(shù)為 10 個，輸出信號數(shù)為 9 個。綜上，本設(shè)計中 Z3040 搖臂鉆床的 PLC 輸入點數(shù)應(yīng)選 10＋1012%= 點；22輸出點數(shù)應(yīng)選 9＋912%= 點，通過查看三菱 FX1N 系列基本單元表，選定三菱 FX1N40MR001（其中輸入點數(shù) 24 點，輸出點數(shù) 16 點，繼電輸出型） 。因為繼電輸出的價格便宜，既可用于驅(qū)動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通降壓小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強。 I/O 地址分配表Z3040 搖臂鉆床的 I/O 地址分配情況如表 445 所示：表 44 Z3040 搖臂鉆床輸入地址分配表形式 序號 名稱 作用 地址1 SB1 主軸停止按鈕 X0002 SB2 主軸轉(zhuǎn)動按鈕 X0013 SB3 搖臂上升按鈕 X0034 SB4 搖臂下降按鈕 X0045 SB5 立柱與主軸箱松開按鈕 X0056 SB6 立柱與主軸箱夾緊按鈕 X0067 SQ1 搖臂上升限位保護行程開關(guān) X0078 SQ2 搖臂松開到位行程開關(guān) X0119 SQ3 搖臂夾緊到位行程開關(guān) X012輸入10 SQ4 立柱與主軸箱夾緊松開行程開關(guān) X010表 45 Z3040 搖臂鉆床輸出地址分配表形式 序號 名稱 作用 地址1 KM1 主軸電動機正轉(zhuǎn)交流接觸器 Y0012 KM2 搖臂升降電動機正轉(zhuǎn)交流接觸器 Y002輸3 KM3 搖臂升降電動機反轉(zhuǎn)交流接觸器 Y003234 KM4 液壓泵電動機正轉(zhuǎn)交流接觸器 Y0045 KM5 液壓泵電動機反轉(zhuǎn)交流接觸器 Y0056 YV 電磁閥 Y0067 HL1 立柱與主軸箱、搖臂松開指示燈 Y0108 HL2 立柱與主軸箱、搖臂夾緊指示燈 Y011出9 HL3 主軸轉(zhuǎn)動指示燈 Y012 I/O 接線圖Z3040 搖臂鉆床的電控系統(tǒng)改造的三菱 FX1N 系列 PLC 的 I/O 接線圖如圖 41 所示：圖 41 PLC 的 I/O 接線圖24 控制流程圖 主電動機運行的流程圖圖 42 主電動機運行的流程圖25 搖臂上升流程圖 圖 43 搖臂上升流程圖26 搖臂下降流程圖 圖 44 搖臂下降流程圖27 立柱與主軸箱 PLC 控制流程圖 圖 45 立柱與主軸箱 PLC 控制流程圖28 PLC 控制梯形圖圖 46 PLC 控制梯形圖29 系統(tǒng)仿真調(diào)試三菱 GX Developer 編程軟件是應(yīng)用于三菱系列 PLC 的中文編程軟件，可在Windows 9x 及以上操作系統(tǒng)中運行。其主要功能有：（1）在 GX Developer 中，可通過線路符號、列表語言及 SFC 符號來創(chuàng)建PLC 程序，建立注視數(shù)據(jù)和設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)。（2）創(chuàng)建 PLC 程序以及將其存儲為文件，可用打印機打印。（3）該程序可在串行系統(tǒng)中與 PLC 進行通信、文件傳送、操作監(jiān)控以及各種測試功能。（4）改程序可脫離 PLC 進行仿真調(diào)試。所以本設(shè)計選用的編程軟件是三菱 GX Developer 編程軟件。Z3040 搖臂鉆床的搖臂升降及夾緊、放松控制是自動快速完成的。但在設(shè)計中的仿真圖為分段仿真調(diào)試的畫面圖。 搖臂上升程序仿真圖按下?lián)u臂上升按鈕 SB3（X3） ，交流接觸器 KM4（Y4） 、電磁閥 YV（Y6）得電，液壓泵電動機 M3 正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油，經(jīng)二位六通閥進入搖臂松開油腔，使搖臂松開，如圖 47 所示：圖 47 搖臂松開仿真圖30當(dāng)壓下行程開關(guān) SQ2（X11） ，交流接觸器 KM4（Y4）失電，交流接觸器KM2（Y2）得電，搖臂升降電動機 M2 正轉(zhuǎn)，搖臂上升，如圖 48 所示：圖 48 搖臂上升仿真圖 搖臂下降程序仿真圖按下?lián)u臂下降按鈕 SB4（X4） ，交流接觸器 KM4（Y4） 、電磁閥 YV（Y6）得電，液壓泵電動機 M3 正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油，經(jīng)二位六通閥進入搖臂松開油腔，使搖臂松開，如圖 49 所示：圖 49 搖臂松開仿真圖31當(dāng)壓下行程開關(guān) SQ2（X11） ，交流接觸器 KM4（Y4）失電，交流接觸器KM3（Y3）得電，搖臂升降電動機 M2 反轉(zhuǎn)，搖臂下降，如圖 410 所示：圖 410 搖臂下降仿真圖 主軸箱與立柱松開程序仿真圖按下松開按鈕 SB5（X5） ，交流接觸器 KM4（Y4）得電，液壓泵電動機 M3 正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油，此時電磁閥線圈不通電，高壓油經(jīng)二位六通閥到另一油路，進入立柱與主軸箱松開油腔，使立柱與主軸箱同時松開。壓下行程開關(guān) SQ4（X10）燈 HL1（Y10）點亮，如圖 411 所示：圖 411 主軸箱與立柱松開程序仿真圖32 主軸箱與立柱夾緊程序仿真圖按下夾緊按鈕 SB6（X6） ，交流接觸器 KM5（Y5）得電，液壓泵電動機 M3 反轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油，此時電磁閥線圈不通電，高壓油經(jīng)二位六通閥到另一油路，進入立柱與主軸箱夾緊油腔，使立柱與主軸箱同時閉合，如圖 412所示：圖 412 主軸箱與立柱夾緊程序仿真圖壓下行程開關(guān) SQ4（X10）燈 HL2（Y11）點亮，如圖 413 所示：圖 413 燈 HL2（Y11）點亮33 PLC 改造前后的性能測試作為傳統(tǒng)的繼電器接線控制系統(tǒng)，它在現(xiàn)代控制系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)有許多的局限性。而 PLC 控制方式的產(chǎn)生將逐漸取代復(fù)雜的接線控制方式。作為兩種不同的控制方式，它們有著明顯的優(yōu)劣區(qū)別。（1）從控制方法上看，Z3040 搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)邏輯控制采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能較為困難。另外，繼電器的觸點數(shù)量有限，所以電氣控制系統(tǒng)的靈活性和可擴展性受到很大限制。而PLC 采用了計算機技術(shù)，其邏輯控制是以程序的方式存放在存儲器中，要改變邏輯控制只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，而且 PLC 所謂“軟繼電器”實質(zhì)上是存儲器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點數(shù)量是無限的，PLC 系統(tǒng)的靈活性和可擴展性好。（2）從工作方式上看，在 Z3040 搖臂鉆床繼電器控制電路中，當(dāng)電源接通時，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器都同時吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合， 這種工作方式稱為并行工作方式。而 PLC 的用戶程序是按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作方式。（3）從控制速度上看，搖臂鉆床繼電器控制系統(tǒng)依靠機械觸點的動作以實現(xiàn)控制，工作頻率低，機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。而 PLC 通過程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制的，速度快，程序指令執(zhí)行時間在微秒級，且不會出現(xiàn)觸點抖動問題。（4）從定時和計數(shù)控制上看，此鉆床電氣控制系統(tǒng)采用時間繼電器的延時動作進行時間控制，時間繼電器的延時時間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時精度不高。而 PLC 采用半導(dǎo)體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且 PLC 具有計數(shù)功能，而電器控制系統(tǒng)一般不具備計數(shù)功能。（5）從可靠性和可維護性上看，由于電氣控制系統(tǒng)使用了大量的機械觸點，34其存在機械磨損、電弧燒傷等，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護性較差。而 PLC 大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成，其壽命長、可靠性高，PLC 還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護提供了方便。355 結(jié)論通過 Z3040 搖臂鉆床的電氣控制原理圖可以看出傳統(tǒng)繼電器接觸器控制系統(tǒng)，觸點多、接線復(fù)雜、維修困難等缺點。而 PLC 控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)繼電器接觸器系統(tǒng)相比，具有通用性強、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易于安裝、性能優(yōu)越、可靠性高、編程簡單、抗干擾能力強、使用維護方便、應(yīng)用靈活等優(yōu)點。因此，本設(shè)計把 Z3040 搖臂鉆床的電氣控制改造成 PLC 控制，提高了搖臂鉆床的性能。本設(shè)計先對 PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展、用途及特點、基本結(jié)構(gòu)和工作原理等進行介紹，然后再根據(jù) Z3040 搖臂鉆床的機床結(jié)構(gòu)、運動形式及工作原理進行了分析，制定了 PLC 改造的設(shè)計方案并敘述了設(shè)計流程，其中包括 PLC 類型的選擇、I/O 地址的分配、接線圖和梯形圖的繪制等，還對 Z3040 搖臂鉆床電控系統(tǒng)改造后 PLC 系統(tǒng)的一些程序進行仿真調(diào)試。Z3040 搖臂鉆床電控系統(tǒng)的改造，使設(shè)備的工作效率和可靠性，以及其自動化程度都有很大提高。36參考文獻[1]胡文金. 可編程序控制器實訓(xùn)教程. 重慶：重慶大學(xué)出版社，2022[2]王淑英. 電氣控制與 PLC 應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，2022[3]孫德勝，李偉. PLC 操作實訓(xùn). 北京：機械工業(yè)出版社，2022[4]陳定明. 電機與控制. 北京：高等教育出版社，2022[5]李樹海. 低壓運行維修電工基本技能圖解. 北京：中國電力出版社，2022[6]姜治臻. PLC 項目實訓(xùn). 北京：高等教育出版社，2022[7]阮友德. 電氣控制與 PLC 實訓(xùn)教程. 北京：人民郵電出版社，2022[8]高 勤. 電氣及 PLC 控制技術(shù). 北京：高等教育出版社，2022[9]鄭鳳翼，楊洪升. 怎樣看電氣控制電路圖. 北京：人民郵電出版社，2022[10]劉玉娟. PLC 編程技能訓(xùn)練. 北京：高等教育出版社，2022[11]王傳艷. 工作過程系統(tǒng)化核心教程 PLC 應(yīng)用. 北京：高等教育出版社，2022[12]張中洲. PLC 技術(shù)與技能訓(xùn)練. 北京：高等教育出版社，2022[13]廖常初. PLC 編程及應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，202237致謝本設(shè)計是在黃河老師的悉心指導(dǎo)下完成的，黃河老師淵博的知識、豐富的實踐經(jīng)驗和認(rèn)真負責(zé)的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)的精神令我終生難忘。特別要感謝黃河老師借了很多本關(guān)于三菱 PLC 知識方面的書給我，這些書讓我受益匪淺。再次向他表示衷心的感謝。對關(guān)心和指導(dǎo)過我的各位老師及幫助過我的同學(xué)們表示衷心的感謝，同時還要感謝在百忙之中來參加我們畢業(yè)答辯的評審老師們，對本設(shè)計的不足之處敬請各位評審老師批評指正。37附錄 A 基于三菱 PLC 的 Z3040 搖臂鉆床電控系統(tǒng)原理圖38附錄 B Z3040 搖臂鉆床 PLC 電控系統(tǒng)語句表程序