关于摇臂钻床电气控制系统的PLC改造

关于摇臂钻床电气控制系统的PLC改造
谢斌华
摘要：采用可编程序控制器(下文简称PLC)对摇臂钻床传统的继电器—接触器电气控制系统进行技术改造。通过实践证明，采用先进的PLC提高了摇臂钻床的电气安全性及工作可靠性，使用效果良好。
关键词:PLC 摇臂钻床控制改造效益
1 Z3040摇臂钻床对电气控制系统的要求
Z3040摇臂钻床的主电路如图1所示，它采用4台三相鼠笼型异步电动机拖动，即主轴电动机M1，摇臂升降电动机M2，液压泵电动机M3和冷却泵电动机M4。有5个接触器：KM1控制主轴电动机M1，KM2、KM3控制摇臂上升与下降，KM4、KM5控制液压泵进出油。从钻削加工工艺出发，对各台电动机的控制要求如下：
(1)主轴电动机M1拖动主轴的旋转主运动和主轴的进给运动，主轴旋转与进给要求有较大的调速范围，钻削加工要求主轴能实现正、反转，这些都由液压和机械系统完成，主轴电动机M1为单向固定的转速旋转。
(2)摇臂升降由升降电动机M2拖动，故升降电动机M2要求正、反转。
(3)液压泵电动机M3用来拖动液压泵送出不同流向的压力油，推动活塞，带动菱形块动作，实现主轴箱、内外立柱和摇臂的夹紧与松开，故液压泵电动机M3要求有正、反转。
(4)钻削加工时由冷却泵电动机M4拖动冷却泵，由冷却液对钻头进行冷却，冷却泵电动机为单向旋转。
(5)4台电动机容量较小，全部采用全压直接起动。要求有必要的联锁和保护环节。

图1 Z3040摇臂钻床主电路图
2 PLC型号的选择
可编程逻辑控制器(ProgrammingLogicController，PLC)是一种以CPU为核心的工业控制专用计算机，PLC系统的组成与微机系统基本相同，都是由硬件系统和软件系统两大部分组成。根据Z3040摇臂钻床的控制要求，该钻床的输入信号11个点，输出信号9个点，因此，选用I／O点数为40点的FX2N-4OMR型PLC[3]。
3 PLC程序设计
3.1信号地址分配
根据Z3040摇臂钻床的控制要求，该机床有11个输入信号和9个输出信号。各信号对应的输入输出点如表1所示。
表1 I／O分配表

PLC与现场器件实际连接。
①SQ1和SQ6是限位开关，需要使用常闭点。热继电器串接在其保护的电机所对应的接触器硬件回路中，SQ5也是起保护作用。
②输出回路中，有两种电源，即控制接触器和电磁阀的交流1lOV和控制指示灯的交流6．3V电源。
③电磁阀的工作电流大于PLC的负载电流(一般是2A)，可以外加一个继电器KA，用YO06的输出点先驱动继电器，再用KA的触点控制电磁阀(如图2所示)。

图2 Z3040摇臂钻床I／O接线图
3.2动作程序与功能
根据Z3040摇臂钻床的动作要求，设计的梯形图如图3所示。

(1)主轴电动机控制
起动用X002(SB2)，停止用X001(SB1)。起动X002时，Y001(KM1)和Y013(HL3)接通，KM1控制主轴电动机全压起动旋转、指示灯HL3亮。按下SB1、X001断开，Y001、Y003断开，主轴电动机停转，灯灭。
(2)摇臂上升下降与摇臂放松和夹紧控制
M000是摇臂升降继电器，摇臂到达极限或松开摇臂按钮时断开；M002电动机断开电源到完全停止需要时间小于2s。
(3)主轴箱与立柱、夹紧、松开及其指示灯
主轴箱与立柱在平时是夹紧的，SQ4被压，X004通，夹紧指示灯Y012(HL2)通(亮)；松开到位时，SQ4释放，Y01l(HL1)通(亮)；两者是互锁的。
4 结束语
采用PLC对Z3040摇臂钻床进行改造，克服了原机床存在继电器控制系统的弊病，提高了钻床的可靠性和控制精度，给系统维护和灵活改变控制程序带来很大好处。系统的成功应用表明了PLC在传统行业技术改造中是大有作为的。
[参考文献]
[1]袁维义．电机及电气控制[M]．北京：化学工业出版社，2006．
[2]廖常初．可编程序控制器应用技术[M]．重庆：重庆大学出版社。2003．
[3]三菱公司．FX可编程序控制器通信手册[Z]．2001．
[4]袁云龙．PLC控制在组合机床动力滑台实验台上的应用[J]．机电一体化，2005(5)：42—44．

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