管晨曦(370832199611060926 山東 濟(jì)寧 272000)

第1章 Z3040搖臂鉆床基本結(jié)構(gòu)和工作原理分析

1．1Z3040搖臂鉆床的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)原理。Z3040搖臂鉆床就是一種立式鉆床，用鉆頭對孔加工。適用于多孔大型零件批量的生產(chǎn)以及單件的生產(chǎn)。它是由內(nèi)外立柱、主軸箱、底座、工作臺(tái)和搖臂共同組成的，并利用旋轉(zhuǎn)鉆頭進(jìn)行主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)從而加工工件。主軸箱在搖臂上固定，沿?fù)u臂上的水平導(dǎo)軌作徑向運(yùn)動(dòng)。外立柱可以和搖臂一起沿內(nèi)立柱作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在切割過程中，利用夾緊裝置，外立柱緊固在內(nèi)立柱上，主軸箱固定在搖臂上，搖臂固定在外立柱上。

1．2Z3040搖臂鉆床的電氣控制線路工作原理。Z3040搖臂鉆床由搖臂升降電動(dòng)機(jī)、主軸電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電動(dòng)機(jī)及液壓電動(dòng)機(jī)四臺(tái)電機(jī)共同設(shè)立，由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)來進(jìn)行主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。搖臂鉆床還可以進(jìn)行搖臂的上下移動(dòng)以及立柱的夾緊和放松。

第2章 PLC系統(tǒng)簡介

2．1PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作過程。PLC是由中央處理單元(CPU)、輸入/輸出接口(I/0)、電源模塊及外接編程器共同組成一種通用的可編程控制器。

(1)中央處理單元。中央處理器單元(CPU)作為核心部分，集成在一個(gè)包含了控制器、寄存器和運(yùn)算器的芯片內(nèi)。它可以通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線連接到存儲(chǔ)器、編程器、電源和輸入輸出接口。

(2)存儲(chǔ)器。PLC內(nèi)的存儲(chǔ)器分為兩種，均用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、用戶程序和系統(tǒng)程序等。

系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器由用戶指令解釋程序、系統(tǒng)管理程序、系統(tǒng)程序與功能程序等部分組成，一開始由PLC制造商編寫，最后固化在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，不需用戶干預(yù)，也決定了PLC的基本功能。

用戶程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是用戶載入的PLC應(yīng)用程序。存放在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)內(nèi)的用戶調(diào)試程序便于初期的修改與調(diào)試，而存放在只讀存儲(chǔ)器(ROM)內(nèi)的用戶執(zhí)行程序便可被固化以供長期使用。

(3)輸入/輸出接口。輸入/輸出接口是PLC與外圍設(shè)備間的接口電路。其輸入接口有的是直流輸入、有的是交流輸入、有的是交直流輸入或者其他類型;輸出接口有晶閘管輸出、晶體管輸出和繼電器輸出或者其他類型。

(4)編程器。編程器是將用戶程序傳送至PLC的用戶程序儲(chǔ)存器的專門裝置，同時(shí)可以檢查、修改和調(diào)試用戶程序。可監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況，顯示PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。

(5)電源。PLC的電源作為整個(gè)PLC的能源供給中心，將外部輸入的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等內(nèi)部工作電路所需的直流電。

PLC的工作過程分為輸入采樣、程序處理和輸出刷新等三個(gè)階段。(1)輸入采樣階段。CPU掃描各個(gè)輸入端，順序讀入所有輸入端的狀態(tài)點(diǎn)(接通或斷開狀態(tài))，并存入到寄存器中。然后進(jìn)入程序執(zhí)行階段，即使輸入狀態(tài)改變，輸入寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，信息只有在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才能被讀入。

(2)程序執(zhí)行階段。CPU根據(jù)用戶輸入的指令，按順序調(diào)出并執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。輸入映像寄存區(qū)存放的輸入采樣值不發(fā)生改變，而在輸出映像接觸器區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能隨著程序的執(zhí)行而發(fā)生變化。前面執(zhí)行的結(jié)果可能被后面的程序所用到從而影響后面程序的執(zhí)行的結(jié)果，而后面執(zhí)行的結(jié)果不可能改變前面的掃描結(jié)果，只有到了下一個(gè)掃描周期再次掃描前面程序的時(shí)候有可能起作用。

(3)輸出刷新階段。當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，PLC將輸出狀態(tài)寄存器中所有繼電器的狀態(tài)通過一定輸出方式輸出，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)PLC的實(shí)際輸出。

2．2PLC的選擇原則。

(1)滿足被控設(shè)備的所有需求，包括功能需求和性能需求。

(2)在滿足控制系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)考慮其適用性、經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性。

(3)控制系統(tǒng)應(yīng)該保證控制設(shè)備性能的穩(wěn)定性以及工作的安全性和可靠性。

(4)控制系統(tǒng)應(yīng)該具有可擴(kuò)展性，而且能滿足生產(chǎn)設(shè)備的改革更新和系統(tǒng)的升級換代。

(5)要注意控制系統(tǒng)I/0的標(biāo)準(zhǔn)化原則和多供應(yīng)商原則，容易采購和更換。

(6)便于操作，符合用戶的操作習(xí)慣和人機(jī)工程學(xué)。

第3章 Z3040搖臂鉆床的PLC改造的具體過程

3．1PLC的選擇。通過實(shí)踐與分析，我們選定歐姆龍C28P型機(jī)，因?yàn)樵摍C(jī)符合設(shè)計(jì)所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也同樣符合上章的PLC選定原則。它有輸入點(diǎn)16個(gè)，輸出點(diǎn)12個(gè)，而我們設(shè)計(jì)PLC所需的輸入點(diǎn)個(gè)數(shù)是14個(gè)，輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)是6個(gè)。

結(jié)論:本文主要介紹了基于PLC的Z3040型搖臂鉆床的控制系統(tǒng)改造，以適應(yīng)當(dāng)今機(jī)械生產(chǎn)制造業(yè)自動(dòng)化飛速發(fā)展的趨勢。搖臂鉆床是機(jī)械生產(chǎn)制造業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的機(jī)床之一，以Z3040型搖臂鉆床為例對其傳統(tǒng)的繼電器控制進(jìn)行PLC改造，有利于提高其自動(dòng)化程度，有利于提高生產(chǎn)效率。