1、长春汽车工业高等专科学校继续教育学院毕业论文（设计）中文题目：用可编程序控制器改造钻床电气控制系统的应用英文题目：By programmable controller reforming drilling machine with the application of electric control system毕业专业： 汽车机械制造技术 学生姓名： 准考证号： 指导教师： 二零一五 年 一 月独创性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 长春汽车工业高等专科学
2、校 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本论文作者完全了解 长春汽车工业高等专科学校 有关保留、使用论文的规定。特授权 长春汽车工业高等专科学校 可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。（保密的论文在解密后适用本授权说明）论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日中文摘要中 文 摘 要Z5163A/B 立式钻床是一种通用金属切削机床，除具有普通钻床功能外
3、，还具有扩孔、铰孔、镗孔、锪端面、钻沉头孔、攻丝等多种功能，工作效率是普通钻床的 3-5 倍，广泛用于机械制造、建筑加工等行业。机床主轴设有抗力保险、攻丝、自动反转，定程切削、超越进给机构，结构先进可靠。具有结构性好、精度高、刚性好、扭矩大、噪声低、变速范围广、操纵集中，使用方便等优点。本文介绍 Z5163A/B 立式钻床的电气控制系统由原来继电器控制改造为由可编程序控制器（PLC）控制的一个改造过程。从而使设备的科技含量提高，设备运行具有高的稳定性和可靠性，操作具有高安全性，维修具有快速性。达到全面提高综合生产效率和降低产品综合加工制造成本的目的。关键词：可编程序控制器、改造、钻床、电气控制
4、系统。英文摘要A b s t r a c tZ5163A/B vertical drilling machine is a kind of common metal cutting machine tool, in addition to ordinary drilling machine function, also has the reaming, reaming, boring, economic end face, countersunk holes, tapping a variety of functions, such as the efficiency for 3 to 5 t
5、imes the ordinary drilling machine, widely used in machinery manufacturing, construction processing and other industries.Spindle is equipped with resistance, tapping, automatic inversion of insurance, cheng is beyond cutting, feed, advanced and reliable structure.Has good structural, high precision,
6、 good rigidity, large torque, low noise, wide speed range and manipulation of the concentrated, convenient to use.In this paper, we introduce Z5163A/B vertical drilling machine electrical control system is made up of the original relay control transformation by programmable controller (PLC) control
7、of a transformation process.Thus increase the technological content of equipment, the equipment run with high stability and reliability, operating with high security, maintenance with quickness.To improve the comprehensive production efficiency and reduce the comprehensive processing and manufacturi
8、ng of the product cost.Keywords: Programmable controller, the transformation, the drilling machine, electric control system.目 录I目 录第 1 章 绪 论 .11、功能强，性能价格比高。 .12、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。 .13、可靠性高，抗干扰能力强。 .14、系统的设计、安装、调试工作量少。 .15、维修工作量少，维修方便。 .26、体积小，能耗低。 .2第 2 章 设备现状及问题分析 .32.1 设备现状 .32.2 问题分析 .32.2.1 缺陷一
9、： .32.2.2 缺陷二： .32.2.3 缺陷三： .32.2.4 缺陷四： .3第 3 章 电气控制系统改造技术要求及方案概述 .43.1 对电气控制系统改造后的技术要求 .43.2 电气控制系统的设计方案 .43.3 电气控制系统的改造实施方案 .43.3.1 申报 .43.3.2 设计电气改造用电气原理图 .43.3.3 元件选型 .53.3.4 设计 PLC 程序 .53.3.5 在多功能综合实验环境调试板上模拟运行 .53.3.6 配盘、现场安装、调试 .63.3.7 小批量试生产、交付使用单位 .6第 4 章 电气控制系统的硬件设计 .74.1 元件的选型 .74.1.1 PL
10、C 的选型： .74.1.2 接近开关的选型： .74.1.3 开关电源的选型： .74.1.4 交流接触器的选型： .84.1.5 中间继电器的选型： .84.1.6 主令元件的选型： .8目 录II4.1.7 信号灯的选型： .94.1.8 控制变压器的选型： .94.2 主回路的设计图纸 .104.3 控制回路的设计图纸 .11第 5 章 电气控制系统的软件设计 .135.1 PLC 程序的设计 .135.2 PLC 程序的梯形图 .14第六章 结 论 (取得的成果) .20参考文献 .I谢 辞 .I第 1 章 绪 论1第 1 章 绪 论可编程序控制器概述随着微处理器，计算机和数字通讯技
11、术的飞速发展，计算机控制已经广泛地应用在几乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求做出迅速反应，生产出小批量，多品种，多规格，低成本和高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它们与以往的继电器相比，有以下几个特点：1、功能强，性能价格比高。一台小型的 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程原件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC 可以通过通信联网，实现集中控制，集中管理。2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。PLC 产品已经标准化，系列化，模块
12、化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，PLC 的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有较强的带负载能力，可以直接驱动大多数电磁阀和中小型交流接触器。3、可靠性高，抗干扰能力强。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了因触点接触不良造成的故障。 PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰
13、的工业生产现场，PLC 已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 4、系统的设计、安装、调试工作量少。PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设第 1 章 绪 论2计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。在现场的调试过程中一般通过修改程序就可以解决发现的问题，系统的调试时间比继电器系统少得多。5、维修工作量少，维修方便。PLC 的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC 或外部的输入装置和
14、执行机构发生故障时，可以根据 PLC 上的发光二极管或编程器提供的信息迅速的查明故障的原因，可以迅速地排除故障。 6、体积小，能耗低。复杂的控制系统使用 PLC 后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型 PLC 的体积仅相当于几个继电器的大小。PLC 和继电器控制系统相比，配线用量和安装接线所需的工时减少，可以节省大量的费用。由此可见用可编程序控制器（PLC）改造旧机床电控系统，是非常现实的技术改造方案。特别是一些加工工艺较特殊的机床设备，采用 PLC 实现机床电器系统的控制更有优势。所以对这类普通机床控制系统进行改造是非常必要的。CPM2A 主机 Z5163B 立式钻床第 2 章 设备
15、现状及问题分析3第 2 章 设备现状及问题分析2.1 设备现状1、我公司机加车间现有各类立式钻床 15 台，重点承担着我厂精锻齿轮项目的产品加工生产任务，是精锻齿轮产品机械加工制造入口的关键设备。2、我公司 Z5163A/B 立式钻床，大部分使用近 20 年，继电器件老化严重，故障率高，累计维修时间长，维修费用大，已严重制约车间生产任务的顺利完成。2.2 问题分析原继电控制系统存在设计缺陷，导致有严重的安全隐患（在任意情况下，即使无主令启动信号，只要工进检测行程开关被压合，主轴就会自行启动旋转） ，我厂在 2010 年出现的工伤事故就是因为这一设计缺陷造成的。Z5163A/B 原设计缺陷简要描
16、述如下：当急停按钮 SB1 处于非自锁状态，又未有人为按下主轴正转启动按钮 SB2 或自动循环启动按钮 SB4 时：2.2.1 缺陷一：机床处于手动工作方式，当主轴因外力向下运动，凸轮撞块压到工进行程开关 SQ1时，KA1 得电吸合，控制电源经 FA3-FR1-FR2-SB1-KA4-KA1-SB3-KM2-KM3，使主轴正转接触器 KM1 吸合，主轴旋转。2.2.2 缺陷二：机床处于自动工作方式时，当主轴因外力向下运动，凸轮撞块压到工进行程开关 SQ1时，KA1 得电吸合，控制电源经 FA3-FR1-FR2-SB1-KA3-KA2-KA1-KM2-KM3，使主轴正转接触器 KM1 吸合，主轴
17、旋转。以上两种缺陷，都产生了设备的主轴旋转运动，极易造成人身伤害或设备事故，详见机床厂家设备使用说明书中机床电气原理图。2.2.3 缺陷三：原设计控制电压采用的是交流 110V，因设备加工产品时使用冷却液提高钻头使用寿命和工件表面粗糙度质量，生产操作工人使用橡胶手套防止工件表面毛刺划伤，易产生操作按钮漏电，从而导致触电现象或事故的发生。2.2.4 缺陷四：原设计行程开关为机械压动式，使用寿命相对无触点接近开关较短，当工进开关损坏时，会产生钻头撞工件现象，造成钻头损坏和主轴机械精度下降等现象。第 3 章电气控制系统改造技术要求及方案概述4第 3 章 电气控制系统改造技术要求及方案概述3.1 对电
18、气控制系统改造后的技术要求1、提高设备运行的稳定性和可靠性，提高设备维修的快速性，从而提高设备利用率，降低产品综合成本。2、减少维修工时，降低设备综合维修费用。3、杜绝机械伤害类安全事故的发生。4、杜绝人身触电事故的发生。3.2 电气控制系统的设计方案1、依据设备现状，结合生产实际需求，充分认真论证。综合考虑改造后设备综合性能价格比。决定使用新技术，用可编程序控制器作为核心控制器件，提高设备运行的稳定性和可靠性，从而提高设备利用率。2、使用新技术元件，用接近开关替代原行程开关，用 LED 信号灯替代原普通信号灯，延长原件使用寿命，从而减少维修工时，降低设备综合维修费用。3、加装身体触碰紧急停止
19、开关，设计合理的 PLC 控制程序，屏蔽原继电器控制系统设计缺陷，杜绝机械伤害类安全事故的发生。4、操作按钮站全部采用 DC24V 安全控制电压，杜绝人身触电事故的发生。3.3 电气控制系统的改造实施方案3.3.1 申报依据设备电气控制系统现状，特别是存在着安全隐患，及对生产任务的制约状况，实事求是的认真编制设备电气控制系统改造需求报告，报告中论述了：技术上的可行性分析、设备技术含量的提高、改造费用、维修费用、设备利用率、综合投入产出比、设备操作的安全性分析、设备运行的稳定性和可靠性、维修的快速性等内容。报请相关领导和技术业务部门，给予批准和支持。3.3.2 设计电气改造用电气原理图设计改造用电气原理图分为：主回路动力部分控制原理图、PLC 部分控制原理图、继电控制部分原理图等主回路动力部分控制原理图重点是：主轴电机、快速电机、冷却泵电机、润滑泵电机的控制原理。
