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Z3040 摇臂钻床电气控制系统的PLC 改造
2018-11-29  来源:广州华商职业学院  作者:易 琰



  
       摘 要:文章根据Z3040摇臂钻床电气控制电路的工作原理,采用三菱微型FX2N系列可编程控制器,改造钻床的电气控制电路。对钻床电气控制电路进行软硬件设计,得出硬件原理图和软件梯形图,从而实现对Z3040摇臂钻床电气控制系统的改造,使其工作更加稳定。
  
      关键词:摇臂钻床;PLC;电气控制系统

  
      1、 概述
    
      可编程控制器,是一种新型的工业控制设备,它能够代替继电器控制电路,实现顺序及逻辑控制、计数、定时等功能,具有通用性强、稳定可靠、指令操作简易、故障率低、现场使用方便、能源消耗少等优势,它已普遍用于各大工业企业的电气控制场所,为工厂、企业提供了稳定可靠的控制过程。
  
     Z3040摇臂钻床多用于金属零件的孔加工,是常用的加工车间设备。由于其控制系统采用继电器控制方式,电路中连锁较多,电路接线复杂,触点多,因而故障较多,维修比较麻烦。长期使用后,故障率高,故障排除困难。所以,该摇臂钻床的传统继电器线路采用可编程控制器进行改造,能大大提高设备运行的可靠性,进而提升产品生产效率、降低生产成本。
  
     2、 Z3040摇臂钻床及PLC简介

     2.1 Z3040摇臂钻床电气控制特点
  
     Z3040摇臂钻床共有4台采用直接启动方式的电动机:摇臂升降电动机、主轴电动机、冷却泵电动机及液压泵电动机
  
     ①主轴电动机M1只要求单方向运转,通过操纵主轴变速及自动进给手柄可以实现主轴的正反转、制动停车、空挡、变速等控制。
     ②摇臂升降电动机M2能正反转,通过丝杆带动摇臂上升或下降。
     ③液压泵电动机M3能实现正反转带动液压泵供给双向压力油,利用电磁阀使摇臂与外立柱之间、内外立柱之间、主轴箱和摇臂之间实现放松与夹紧。
     ④冷却泵电动机M4带动冷却泵释放冷却液,只要单向旋转。
  
     2.2 PLC概述
  
     PLC是一种在工业环境中使用的、能进行数字运算操作的电子产品,它运用可自行编写程序的存储器,执行顺序控制、逻辑运算、计数、定时和算术计算等指令,并应用数字方式或模拟方式来控制各种各样的工业设备。PLC型号繁多,基本结构框图,如图1所示。
 
  
  
图1 PLC基本结构框图

     3、Z3040摇臂钻床电气控制系统分析

     Z3040摇臂钻床由4台电动机拖动,其中,接触器KM1控制主轴电动机M1,使其作正向旋转,接触器KM2、KM3控制摇臂升降电动机M2,使其实现正反转,接触器KM4、KM5控制液压泵电动机M3,使其实现正反转,自动空气开关QF3控制冷却泵电动机,使其正向旋转。合上自动空气开关QF1、QF2、QF4、QF5,按下总启动按钮SB1,电压继电器KV闭合并自锁,接通了控制电路的电源,之后详细的工作过程不再累述。

    4 、Z3040摇臂钻床电气控制系统的PLC改造

    4.1 Z3040摇臂钻床电气系统硬件改造设计
  
    4.1.1 Z3040摇臂钻床PLC控制I/O分配
  
    根据钻床的工作要求确定输入和输出信号,得出PLC控制I/O分配,见表1。

    4.1.2 PLC型号的选择

    根据钻床的PLC控制I/O分配表,确定输入点数为19个,输出点数为8个。因此,选用PLC的类型为FX2N-40MR,它有34个输入点数,16个输出点数,满足钻床PLC改造输入与输出点数的要求。

  
表1 PLC控制I/O分配表
 
  
  
    4.1.3 Z3040摇臂钻床PLC控制I/O接线图
  
    根据钻床PLC控制I/O分配表以及原有的电气控制线路图,得出PLC的I/O接线图,如图2所示。

   
图2 Z3040摇臂钻床PLC控制I/O接线图

    4.2 Z3040摇臂钻床电气系统软件改造设计
  
    根据以上的分析、设计,钻床电气控制系统PLC改造的梯形图,如图3所示。
  
  
图3 Z3040摇臂钻床PLC改造梯形图

  
    程序设计说明:闭合QF5,X2、X0闭合,Y0合上并自锁,合上X3,控制电路电源接通。摁下SB2,X5闭合,Y1合上并且自锁,主轴电动机M1开始工作。如果要使摇臂做上升动作,点按SB3,X7合上,M0得电。从而使得第4行M0闭合,继而Y4得电,使得液压泵电动机M3开始正转,摇臂被松开。松开摇臂之后,第5行里的X13常开触点闭合,第4行里X13的常闭触点断开,M3停止工作,摇臂升降电动机M2正转,使摇臂上升。摇臂上升到合适位置,释放SB3,X7复位,M0断开,第7行的M2经过一个周期的时间后断开,第8行里的M3闭合后自锁,T0同时得电,计时开始。T0在2S后动作,第9行的M4闭合一定时间后,第6行的M4闭合,Y5接通,液压泵电动机M3反向运转,摇臂被夹紧。接下来ST2、ST3回到原来的状态,X14断开,Y5失电,M3停止工作,摇臂上升过程结束。摇臂下降的过程与上升过程相同。

    要实现立柱或主轴箱的松开或夹紧动作,只要将SA调整到适合的档位,摁住SB6或SB5,第10行的X17或X16闭合,使得M5和T0得电,第4行及第7行的M5、T0闭合,接通Y5或Y4,完成主轴箱、立柱的松开或夹紧操作。
  
    5 、结语
  
    本文主要说明使用PLC改造Z3040摇臂钻床的传统继电器控制线路,经过重新设计后,钻床故障率大大降低,维修也方便,大幅度降低了工业制造行业的生产成本。

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