Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統的PLC 改造
2018-11-29 來源：廣州華商職業學院 作者：易 琰
摘 要：文章根據Z3040搖臂鉆床電氣控制電路的工作原理，采用三菱微型FX2N系列可編程控制器，改造鉆床的電氣控制電路。對鉆床電氣控制電路進行軟硬件設計,得出硬件原理圖和軟件梯形圖，從而實現對Z3040搖臂鉆床電氣控制系統的改造，使其工作更加穩定。
關鍵詞：搖臂鉆床；PLC；電氣控制系統
1、 概述
可編程控制器，是一種新型的工業控制設備，它能夠代替繼電器控制電路，實現順序及邏輯控制、計數、定時等功能，具有通用性強、穩定可靠、指令操作簡易、故障率低、現場使用方便、能源消耗少等優勢，它已普遍用于各大工業企業的電氣控制場所，為工廠、企業提供了穩定可靠的控制過程。
Z3040搖臂鉆床多用于金屬零件的孔加工，是常用的加工車間設備。由于其控制系統采用繼電器控制方式，電路中連鎖較多，電路接線復雜，觸點多，因而故障較多，維修比較麻煩。長期使用后，故障率高，故障排除困難。所以，該搖臂鉆床的傳統繼電器線路采用可編程控制器進行改造，能大大提高設備運行的可靠性，進而提升產品生產效率、降低生產成本。
2、 Z3040搖臂鉆床及PLC簡介
2.1 Z3040搖臂鉆床電氣控制特點
Z3040搖臂鉆床共有4臺采用直接啟動方式的電動機：搖臂升降電動機、主軸電動機、冷卻泵電動機及液壓泵電動機
①主軸電動機M1只要求單方向運轉，通過操縱主軸變速及自動進給手柄可以實現主軸的正反轉、制動停車、空擋、變速等控制。
②搖臂升降電動機M2能正反轉，通過絲桿帶動搖臂上升或下降。
③液壓泵電動機M3能實現正反轉帶動液壓泵供給雙向壓力油，利用電磁閥使搖臂與外立柱之間、內外立柱之間、主軸箱和搖臂之間實現放松與夾緊。
④冷卻泵電動機M4帶動冷卻泵釋放冷卻液，只要單向旋轉。
2.2 PLC概述
PLC是一種在工業環境中使用的、能進行數字運算操作的電子產品，它運用可自行編寫程序的存儲器，執行順序控制、邏輯運算、計數、定時和算術計算等指令，并應用數字方式或模擬方式來控制各種各樣的工業設備。PLC型號繁多，基本結構框圖，如圖1所示。
圖1 PLC基本結構框圖
3、Z3040搖臂鉆床電氣控制系統分析
Z3040搖臂鉆床由4臺電動機拖動，其中，接觸器KM1控制主軸電動機M1，使其作正向旋轉，接觸器KM2、KM3控制搖臂升降電動機M2，使其實現正反轉，接觸器KM4、KM5控制液壓泵電動機M3，使其實現正反轉，自動空氣開關QF3控制冷卻泵電動機，使其正向旋轉。合上自動空氣開關QF1、QF2、QF4、QF5，按下總啟動按鈕SB1，電壓繼電器KV閉合并自鎖，接通了控制電路的電源，之后詳細的工作過程不再累述。
4 、Z3040搖臂鉆床電氣控制系統的PLC改造
4.1 Z3040搖臂鉆床電氣系統硬件改造設計
4.1.1 Z3040搖臂鉆床PLC控制I/O分配
根據鉆床的工作要求確定輸入和輸出信號，得出PLC控制I/O分配，見表1。
4.1.2 PLC型號的選擇
根據鉆床的PLC控制I/O分配表，確定輸入點數為19個，輸出點數為8個。因此，選用PLC的類型為FX2N-40MR，它有34個輸入點數，16個輸出點數，滿足鉆床PLC改造輸入與輸出點數的要求。
表1 PLC控制I/O分配表
4.1.3 Z3040搖臂鉆床PLC控制I/O接線圖
根據鉆床PLC控制I/O分配表以及原有的電氣控制線路圖，得出PLC的I/O接線圖，如圖2所示。
圖2 Z3040搖臂鉆床PLC控制I/O接線圖
4.2 Z3040搖臂鉆床電氣系統軟件改造設計
根據以上的分析、設計，鉆床電氣控制系統PLC改造的梯形圖，如圖3所示。
圖3 Z3040搖臂鉆床PLC改造梯形圖
程序設計說明：閉合QF5，X2、X0閉合，Y0合上并自鎖，合上X3，控制電路電源接通。摁下SB2，X5閉合，Y1合上并且自鎖，主軸電動機M1開始工作。如果要使搖臂做上升動作，點按SB3，X7合上，M0得電。從而使得第4行M0閉合，繼而Y4得電，使得液壓泵電動機M3開始正轉，搖臂被松開。松開搖臂之后，第5行里的X13常開觸點閉合，第4行里X13的常閉觸點斷開，M3停止工作，搖臂升降電動機M2正轉，使搖臂上升。搖臂上升到合適位置，釋放SB3，X7復位，M0斷開，第7行的M2經過一個周期的時間后斷開，第8行里的M3閉合后自鎖，T0同時得電，計時開始。T0在2S后動作，第9行的M4閉合一定時間后，第6行的M4閉合，Y5接通，液壓泵電動機M3反向運轉，搖臂被夾緊。接下來ST2、ST3回到原來的狀態，X14斷開，Y5失電，M3停止工作，搖臂上升過程結束。搖臂下降的過程與上升過程相同。
要實現立柱或主軸箱的松開或夾緊動作，只要將SA調整到適合的檔位，摁住SB6或SB5，第10行的X17或X16閉合，使得M5和T0得電，第4行及第7行的M5、T0閉合，接通Y5或Y4，完成主軸箱、立柱的松開或夾緊操作。
5 、結語
本文主要說明使用PLC改造Z3040搖臂鉆床的傳統繼電器控制線路，經過重新設計后，鉆床故障率大大降低，維修也方便，大幅度降低了工業制造行業的生產成本。
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