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。 3.2 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 X8 X9 X10 X11 符号名称 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 KR1 KR2 ST1－1 ST1－2 用途 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 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
X12 X13 X14 X15 X16 ST2 ST3 ST4 SA2 - 1 SA2 - 2 摇臂夹紧、放松用行程开关 摇臂夹紧用行程开关 立柱夹紧、放松指示用行程开关 主轴箱夹紧、放松用组合开关 立柱夹紧、放松用组合开关
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 用途 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 3.3 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3.1 PLC的I/O电气接线图
4 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计
4.1 PLC梯形图程序的优化设计及程序调试：
为了使Z3040摇臂钻床在进行电气控制系统改造后仍能够完成原有的工作需要，本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC程序应由电气控制系统预开程序、主电动机的起动和停止控制程序、摇臂升降控制程序即升降电动机的正反转控制程序、立柱和主轴箱的松开与夹紧控制程序即液压泵电动机的正反转程序、信号的显示程序、照明控制程序等部分组成。因选用FP0型号的PLC，所以编程时采用Windows环境下运行的FPWIN—GR的编程软件来编程设计, 采用TVT—90A2可编程控制器训练装臵来进行模拟调试。如下列图形所示： 4.1.1 系统预开程序
X6为总停输入继电器，X0为系统预开输入继电器。当X0闭合后PLC的内部继电器R0接通并自锁，为电气控制系统进行工作做好准备。
图4.1 系统预开梯形图程序
4.1.2 主电动机的起动控制程序
X1为主电动机起动输入继电器，R0闭合后，接通X1，此时输出继电器Y0接通并自锁，从而使电机起动。
图4.2 主电动机的起动梯形图程序
4.1.3 摇臂升降控制程序
R0闭合后，当输入继电器X2接通时，内部继电器R1也接通，同时Y3得电，使得液压泵电动机起动，摇臂放松，当摇臂彻底放松后，X11的常开触点闭合，常闭触点断开，Y3断电，Y1得电，摇臂开始上升，当上升到极限位臵时，X10的常闭触点断开，Y1失电。摇臂完成松开，然后上升的过程。
如果想要完成摇臂下降的过程，需接通X3，在摇臂放松后，使Y4得电，使摇臂下降，当下降到极限位臵时，X10的常闭触点断开，Y2失电。摇臂完成松开，然后下降的过程。
图4.3 摇臂升降梯形图程序
4.1.4 主轴箱和立柱同时放松或夹紧控制程序
R0闭合后，当输入X4或X5接通时，内部继电器R2、R3和定时器T3同时接通,3秒后，Y3自动接通，主轴箱和立柱同时放松，当再次使输入X4或X5接通时，Y6接通，主轴箱和立柱同时夹紧。
图4.4 主轴箱和立柱同时放松或夹紧梯形图程序
4.1.5 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松程序
除了可以使立柱和主轴箱同时夹紧、放松外，还可以使它们分别夹紧或放松，通过手动接通X15和X16即可完成上述操作，当需要使主轴箱单独夹紧或放松时，用手扳动开关X16使其断开即可，同样，用手扳动输入开关X15，即可达到单独夹紧或放松立柱的目的。
图4.5 主轴箱和立柱分别单独夹紧或放松梯形图程序
4.1.6 信号显示程序
R0接通，当主电动机起动后，Y0接通，Y10得电，主电动机起动信号灯亮。立柱夹紧后X14接通，Y9得电，立柱夹紧信号灯亮。当Y3得电后，立柱开始松开，当立柱松开后，X14的常开触点闭合，常闭触点断开，Y8得电，立柱松开信号灯亮。