【正文】 了使改造后的搖臂鉆床仍能夠保持原有功能不變，此次改造的一個(gè)重要原則之一就是，不對(duì)原有機(jī)床的控制結(jié)構(gòu)做過(guò) 大的調(diào)整，只是將原繼電器控制中的硬件接線(xiàn)改為用軟件編程來(lái)替代。具體方案如下： 3． 1 PLC 型號(hào)的選擇 選擇基于 PLC 的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的 PLC 機(jī)型，應(yīng)從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮： 根據(jù) PLC的物理結(jié)構(gòu) 根據(jù)物理結(jié)構(gòu)的不同， PLC分為整體式、模塊式和疊裝式。整體式的每一 I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式便宜，小型電氣控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程控制器。此次所設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)屬于小型開(kāi)關(guān)量電氣控制系統(tǒng)沒(méi)有特殊的控制任務(wù)，整體式 PLC 完全可以滿(mǎn)足控制要求，且在性能相同的情況下，整體式 PLC較模塊式和疊裝式 PLC價(jià)格便宜，因此， Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的 PLC 選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC[5]。 根據(jù) PLC的指令功能 考慮到任何一種 PLC 都可以滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)量電氣控制系統(tǒng)的要求，據(jù)此本課題將盡量采用價(jià)格便宜的 PLC。 根據(jù) PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù) 如表 和表 所示，搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)需要 17個(gè)輸入口 11 個(gè)輸出口， PLC 的實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸入點(diǎn)數(shù) 17， PLC的實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸出點(diǎn)數(shù) 11，在條件許可的情況下盡可能留有 10%20%的裕量。 根據(jù) PLC的存儲(chǔ)容量 PLC 存儲(chǔ)器容量的估算方法：對(duì)于僅有開(kāi)關(guān)量輸入 /輸出信號(hào)的電氣控制系統(tǒng)，將所需的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)乘以 8，就是所需 PLC 存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量（單位為bit）即 （ 17+11） 8=224bit 根據(jù)輸入模塊的類(lèi)型 輸入模塊的輸入電壓一般為 DC24V 和 AC110V 或 AC220V。直流輸入電路的延遲時(shí)間較短，可以直接與接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等電子輸入裝置連接。交流輸入方式的觸點(diǎn)接觸可靠，適合于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。由于本基于 PLC的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的工作環(huán)境并不惡 劣，且對(duì)電氣控制系統(tǒng)操作人員來(lái)說(shuō)DC24V 電壓較 AC110V 電壓安全些。因此，本基于 PLC 的搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的 PLC 輸入模塊應(yīng)選直流輸入模塊，輸入電壓應(yīng) DC24V 電壓 [6]。 根據(jù)輸出模塊的類(lèi)型 PLC 輸出模塊有繼電器型、晶體管型和雙向可控硅型三種。 繼電器型輸出模塊的觸點(diǎn)工作電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬間過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，每一點(diǎn)的輸出容量較大（可達(dá) 2A） ,在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)導(dǎo)通的輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，但動(dòng)作速度慢，壽命有一定的限制。 晶體管型與雙向可控硅型輸出模塊分別用于直流負(fù)載和交 流負(fù)載，它們的可靠性高，反應(yīng)帶寬快，壽命長(zhǎng)，但是過(guò)載能力差，每 1 點(diǎn)的輸出量只有 ， 4點(diǎn)同時(shí)輸出的總?cè)萘坎坏贸^(guò) 2A。 由于 Z3040 搖臂鉆床控制對(duì)象對(duì) PLC 輸出點(diǎn)的動(dòng)作表達(dá)速度要求不高，繼電器型輸出模塊的動(dòng)作速度完全能夠滿(mǎn)足要求，且每一點(diǎn)的輸出容量較大，在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)導(dǎo)通的輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，這將給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)很大的方便。所以本課題選用繼電器輸出模塊，結(jié)合 Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，需要輸入點(diǎn)數(shù)大于 17 個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)大于 11 個(gè)。 綜上所述，為了使 Z3040 搖臂鉆床在改造后能夠良好工作，確 認(rèn)日本松下公 司生產(chǎn)的 FP0C14RS 型和擴(kuò)展單元 FP0E16RS 型和 FP0E8RS 型 PLC 能夠滿(mǎn)足上述要求，該類(lèi)型號(hào) PLC 體積小，功能強(qiáng)，增加了一些大型機(jī)的功能和指令，如PID 和 PWM（ Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）指令，對(duì)于控制器體積要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)是一種很好的選擇。其編程口為 RS232C，可以直接和編程器或計(jì)算機(jī)連接，使用非常方便，且性?xún)r(jià)比較高，使用方便。其主要技術(shù)性指標(biāo)如下： 該型 PLC 具有 Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)所需的所有指令功能，其總輸入點(diǎn)數(shù)為 20點(diǎn)，總輸 出點(diǎn)數(shù)為 18點(diǎn)，用戶(hù)存儲(chǔ)器容量 5K步，輸入模塊電壓為 DC24V，輸出模塊為繼電器型。由此可知， FP0C14RS 和擴(kuò)展單元 FP0E16RS 型和FP0E8RS 型 PLC 的技術(shù)性能指標(biāo)完全能滿(mǎn)足上述要求。 PLC 的 I/O 端口分配表 根據(jù)所選 PLC 的型號(hào)進(jìn)行 I/O 點(diǎn)的端口分配，如下（表 、表 ）所示： 表 輸入信號(hào)端口分配表 地址號(hào) 符號(hào)名稱(chēng) 用途 X0 SB1 總起動(dòng)按鈕 X1 SB2 主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)按鈕 X2 SB3 搖臂上升起動(dòng)按鈕 X3 SB4 搖臂下降起動(dòng)按鈕 X4 SB5 主軸箱、立柱、搖臂松開(kāi)按鈕 X5 SB6 主軸箱、立柱、搖臂夾緊按鈕 X6 SB7 總停止按鈕 X7 SB8 主電動(dòng)機(jī)停止按鈕 X8 KR1 M1電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器 X9 KR2 M3電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器 X10 ST1－ 1 搖臂上升用行程開(kāi)關(guān) X11 ST1－ 2 搖臂下降用行程開(kāi)關(guān) X12 ST2 搖臂夾緊、放松用行程開(kāi)關(guān) X13 ST3 搖臂夾緊用行程開(kāi)關(guān) X14 ST4 立柱夾緊、放松指示用行程開(kāi)關(guān) X15 SA2 1 主軸箱夾緊、放松用組合開(kāi)關(guān) X16 SA2 2 立柱夾緊、放松用組合開(kāi)關(guān) 表 輸出信號(hào)端口分配表 地址號(hào) 符號(hào)名稱(chēng) 用途 Y0 KM1 主軸旋轉(zhuǎn)接觸器 Y1 KM2 搖臂上升接觸器 Y2 KM3 搖臂下降 接觸器 Y3 KM4 主軸箱、立柱、搖臂放松接觸器 Y4 KM5 主軸箱、立柱、搖臂夾緊接觸器 Y5 YA1 主軸箱夾緊、放松用電磁鐵 Y6 YA2 立柱夾緊、放松用電磁鐵 Y7 HL1 電源工作狀態(tài)指示信號(hào)燈 Y8 HL2 立柱松開(kāi)指示信號(hào)燈 Y9 HL3 立柱夾緊指示信號(hào)燈 Y10 HL4 主電動(dòng) 機(jī)旋轉(zhuǎn)指示信號(hào)燈 PLC 的 I/O 電氣接線(xiàn)圖的設(shè)計(jì) 下圖為 PLC 的 I/O 電氣接線(xiàn)圖，圖中 X0、 X X X X X X X X XX X1 X1 X1 X1 X1 X16共用一個(gè) COM 端，輸入開(kāi)關(guān)的其中一端應(yīng)并接在直流 24V 電源上，另一端應(yīng)分別接入相應(yīng)的 PLC 輸入端子上。接線(xiàn)時(shí)注意 PLC 輸入/輸出 COM 端子的極性。接觸器的線(xiàn)圈工作電壓若為交流 110V，則接觸器線(xiàn)圈連接的 Y0、 Y Y Y Y Y Y6可以共用一個(gè) COM2端。信號(hào)燈電源電壓為 ，因此 Y Y Y Y可以共用一個(gè) COM1端。如果輸出控制設(shè)備存在直流回路，則交流回路直流回路不可共用一個(gè) COM 端，而應(yīng)分開(kāi)使用，本電路的輸出端全為交流回路，因此在電源電壓相同的接口可共用一個(gè) COM 端。 圖 PLC 的 I/O 電氣接線(xiàn)圖 4 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì) PLC 梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)及程序調(diào)試： 為了使 Z3040 搖臂鉆床在進(jìn)行電