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Z3040摇臂钻床的PLC改造
作者：管晨曦
来源：《数码设计》2018年第08期
摘要：本次设计的核心是把Z3040型摇臂钻床通过合适的PLC改造，从而解决传统继电器——接触器系统中线路繁多，使用、维护和检修非常困难等主要问题。与传统继电器——接触器电气控制系统相比，PLC电气控制系统结构更为简单，具有编程便捷，调试时间短，可靠性更高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本文将把PLC电气控制技术应用于Z3040摇臂钻床的改造方案，以改善和提高其工作性能。 关键词：摇臂钻床；电气控制系统；可编程控制器；改造 第1章Z3040摇臂钻床基本结构和工作原理分析
1.123040摇臂钻床的基本结构和运动原理。Z3040摇臂钻床就是一种立式钻床，用钻头对孔加工。适用于多孔大型零件批量的生产以及单件的生产。它是由内外立柱、主轴箱、底座、工作台和摇臂共同组成的，并利用旋转钻头进行主轴的旋转运动从而加工工件。主轴箱在摇臂上固定，沿摇臂上的水平导轨作径向运动。外立柱可以和摇臂一起沿内立柱作旋转运动。在切割过程中，利用夹紧装置，外立柱紧固在内立柱上，主轴箱固定在摇臂上，摇臂固定在外立柱上。
1.223040摇臂钻床的电气控制线路工作原理。Z3040摇臂钻床由摇臂升降电动机、主轴电动机、冷却泵电动机及液压电动机四台电机共同设立，由一台交流异步电动机拖动来进行主轴的旋转运动和进给运动。摇臂钻床还可以进行摇臂的上下移动以及立柱的夹紧和放松。 第2章PLC系统简介
2.1PLC的基本结构及工作过程。PLC是由处理单元（CPU）、输入/输出接口（I/0）、电源模块及外接编程器共同组成一种通用的可编程控制器。
（1）处理单元。处理器单元（cPU）作为核心部分，集成在一个包含了控制器、寄存器和运算器的芯片内。它可以通过地址总线、数据总线和控制总线连接到存储器、编程器、电源和输入输出接口。
（2）存储器。PLC内的存储器分为两种，均用来存储数据、用户程序和系统程序等。 系统程序存储器由用户指令解释程序、系统管理程序、系统程序与功能程序等部分组成，一开始由PLC制造商编写，最后固化在系统程序存储器中，不需用户干预，也决定了PLC的基本功能。
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用户程序存储器存储的是用户载入的PLC应用程序。存放在随机存取存储器（RAM）内的用户调试程序便于初期的修改与调试，而存放在只读存储器（ROM）内的用户执行程序便可被固化以供长期使用。
（3）输入/输出接口。输A/输出接口是PLC与外围设备间的接口电路。其输入接口有的是直流输入、有的是交流输入、有的是交直流输入或者其他类型；输出接口有晶闸管输出、晶体管输出和继电器输出或者其他类型。
（4）编程器。编程器是将用户程序传送至PLC的用户程序储存器的专门装置，同时可以检查、修改和调试用户程序。可监视用户程序的执行情况，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。
（5）电源。PLC的电源作为整个PLC的能源供给中心，将外部输入的交流电转换成供CPU、存储器等内部工作电路所需的直流电。
PLC的工作过程分为输入采样、程序处理和输出刷新等三个阶段。
（1）输入采样阶段。CPU扫描各个输入端，顺序读入所有输入端的状态点（接通或断开状态），并存人到寄存器中。然后进入程序执行阶段，即使输入状态改变，输入寄存器的内容也不会改变，信息只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能被读入。
（2）程序执行阶段。CPU根据用户输入的指令，按顺序调出并执行，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。输入映像寄存区存放的输入采样值不发生改变，而在输出映像接触器区或系统RAM存储区的状态和数据都有可能随着程序的执行而发生变化。前面执行的结果可能被后面的程序所用到从而影响后面程序的执行的结果，而后面执行的结果不可能改变前面的扫描结果，只有到了下一个扫描周期再次扫描前面程序的时候有可能起作用。
（3）输出刷新阶段。当所有指令执行完毕后，PLC将输出状态寄存器中所有继电器的状态通过一定输出方式输出，以驱动被控设备，实现PLC的实际输出。 2.2PLC的选择原则。
（1）满足被控设备的所有需求，包括功能需求和性能需求。
（2）在满足控制系统需求的基础上，应考虑其适用性、经济性和可维护性。 （3）控制系统应该保证控制设备性能的稳定性以及工作的安全性和可靠性。
（4）控制系统应该具有可扩展性，而且能满足生产设备的改革更新和系统的升级换代。
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（5）要注意控制系统I/0的标准化原则和多供应商原则，容易采购和更换。 （6）便于操作，符合用户的操作习惯和人机工程学。 第3章Z3040摇臂钻床的PLC改造的具体过程
3.1PLC的选择。通过实践与分析，我们选定欧姆龙C28P型机，因为该机符合设计所需的输入输出点数，也同样符合上章的PLC选定原则。它有输入点16个，输出点12个，而我们设计PLC所需的输入点个数是14个，输出点个数是6个。
结论：本文主要介绍了基于PLC的Z3040型摇臂钻床的控制系统改造，以适应当今机械生产制造业自动化飞速发展的趋势。摇臂钻床是机械生产制造业中应用十分广泛的机床之一，以Z3040型摇臂钻床为例对其传统的继电器控制进行PLC改造，有利于提高其自动化程度，有利于提高生产效率。
