摇臂钻床电气控制系统设计
3.控制系统应确保控制设备性能的稳定性及工作的安全性、可靠性。
4.控制系统应具有可扩展性，能满足生产设备的改良和系统的升级。
5.要注意控制系统输入/输出设备的标准化原则和多供应商原则，易于采购和替换。
3.5 PLC型号的选择
选择基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC机型，应从以下几个方面来考虑。
3.5.1 根据PLC的物理结构
根据物理结构的不同，PLC分为整体式、模块式和叠装式。整体式的每一I/O点的平均价格比模块式便宜，小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器。此次所设计的电气控制系统属于小型开关量电气控制系统没有特殊的控制任务，整体式PLC完全可以满足控制要求，且在性能相同的情况下，整体式PLC较模块式和叠装式PLC价格便宜，因此，Z3040摇臂钻床电气控制系统的PLC选用整体式结构的PLC。
3.5.2 根据PLC的指令功能
考虑到任何一种PLC都可以满足开关量电气控制系统的要求，据此本课题将尽量采用价格便宜的PLC。
3.5.3 根据PLC的输入输出点数
如表3.1和表3.2所示，摇臂钻床的电气控制系统需要17个输入口11个输出口，PLC的实际输入点数应等于或大于所需输入点数17，PLC的实际输出点数应等于或大于所需输出点数11，在条件许可的情况下
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尽可能留有10%-20%的裕量。
3.5.4 根据PLC的存储容量
存储器容量的估算方法：对于仅有开关量输入/输出信号的电气控制系统，将所需的输入/输出点数乘以8，就是所需PLC存储器的存储容量（单位为bit）即
（17+11）×8=224bit
3.5.5 根据输入模块的类型
输入模块的输入电压一般为DC24V和AC110V或AC220V。直流
输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触点接触可靠，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。由于本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的工作环境并不恶劣，且对电气控制系统操作人员来说DC24V电压较AC110V电压安全些。因此，本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC输入模块应选直流输入模块，输入电压应DC24V电压。
3.5.6 根据输出模块的类型
PLC输出模块有继电器型、晶体管型和双向可控硅型三种。
继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬间过电压和过电流的能力较强，每一点的输出容量较大（可达2A），在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，但动作速度慢，寿命有一定的限制。
晶体管型与双向可控硅型输出模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应带宽快，寿命长，但是过载能力差，每1点的输出量只有0.5A，4点同时输出的总容量不得超过2A。
由于Z3040摇臂钻床控制对象对PLC输出点的动作表达速度要求不高，继电器型输出模块的动作速度完全能够满足要求，且每一点的输
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出容量较大，在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所以本课题选用继电器输出模块，结合Z3040摇臂钻床电气控制系统的实际情况，需要输入点数大于17个，输出点数大于11个。综上所述，为了使Z3040摇臂钻床在改造后能够良好工作，确认日本松下公司生产的FP0-C14RS型和扩展单元FP0-E16RS型和FP0-E8RS型PLC能够满足上述要求，该类型号PLC体积小，功能强，增加了一些大型机的功能和指令，如PID和PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）指令，对于控制器体积要求较高的应用系统是 一种很好的选择。其编程口为RS-232C，可以直接和编程器或计算机连接，使用非常方便，且性价比较高，使用方便。
其主要技术性指标如下：该型PLC具有Z3040摇臂钻床电气控制系统所需的所有指令功能，其总输入点数为20点，总输出点数为18点，用户存储器容量5K步，输入模块电压为DC24V，输出模块为继电器型。由此可知，FP0-C14RS和扩展单元FP0-E16RS型和FP0-E8RS型PLC的技术性能指标完全能满足上述要求。
3.6 PLC的I/O端口分配表
根据所选PLC的型号进行I/O点的端口分配，如下（表3.1、表3.2）所示：
表3.1 输入信号端口分配表
地址号 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 符号名称 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 总起动按钮 主电动机起动按钮 摇臂上升起动按钮 摇臂下降起动按钮 主轴箱、立柱、摇臂松开按钮 主轴箱、立柱、摇臂夹紧按钮 总停止按钮 主电动机停止按钮 -18-
用途
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X8 X9 X10 X11 X12
表3.2 输出信号端口分配表
地址号 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 符号名称 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 YA1 YA2 HL1 HL2 HL3 HL4 主轴旋转接触器 摇臂上升接触器 摇臂下降接触器 主轴箱、立柱、摇臂放松接触器 主轴箱、立柱、摇臂夹紧接触器 主轴箱夹紧、放松用电磁铁 立柱夹紧、放松用电磁铁 电源工作状态指示信号灯 立柱松开指示信号灯 立柱夹紧指示信号灯 主电动机旋转指示信号灯 用途 KR1 KR2 ST1－1 ST1－2 ST2 M1电动机过载保护用热继电器 M3电动机过载保护用热继电器 摇臂上升用行程开关 摇臂下降用行程开关 摇臂夹紧、放松用行程开关 3.7 PLC的I/O电气接线图的设计
下图为PLC的I/O电气接线图，图中X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16共用一个COM端，输入开关的其中一端应并接在直流24V电源上，另一端应分别接入相应的PLC输入端子上，接线时注意PLC输入/输出COM端子的极性。接触器的线圈工作电压若为交流110V，则接触器线圈连接的Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6可以共用一个COM2端。信号灯电源
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电压为6.3V，因此Y7、Y8、Y9、Y10、可以共用一个COM1端。如果输出控制设备存在直流回路，则交流回路直流回路不可共用一个COM端，而应分开使用，本电路的输出端全为交流回路，因此在电源电压相同的接口可共用一个COM端。
图3.2 PLC的I/O电气接线图
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