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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