石玉明，凌忠良

（湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410200）

0 引言

目前，部分中小型企業(yè)仍廣泛使用傳統(tǒng)的繼電器控制機(jī)床，雖然這些機(jī)床能在一定范圍內(nèi)滿足單機(jī)和自動生產(chǎn)線的需要，但由于它的電控系統(tǒng)是以繼電器、接觸器的硬連接為基礎(chǔ)的，技術(shù)上比較落后，特別是其觸點(diǎn)的可靠性問題直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，如用PLC對它進(jìn)行技術(shù)改造，便能取得很好的效果。本文以一臺老式Z3040型搖臂鉆床電氣技術(shù)改造為例，簡要說明PLC在這方面的應(yīng)用。

1 Z3040搖臂鉆床的電氣控制要求

鉆床是一種用途廣泛的孔加工機(jī)床，主要用于鉆頭鉆削精度要求不高的孔，另外還可用來擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔以及刮平面、攻螺紋等。Z3040型搖臂鉆床是一種立式鉆床，適用于單件或批量生產(chǎn)中帶有多孔的大型零件的孔加工。圖1為Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的主電路圖。

圖1 Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的主電路

Z3040型搖臂鉆床的電氣控制要求如下：

（1）M1為主軸電動機(jī)，功率為3kW，由交流接觸器KM1控制，只要求單方向旋轉(zhuǎn)，主軸的正、反轉(zhuǎn)由機(jī)械手柄操作轉(zhuǎn)換開關(guān)QS1控制。主軸電動機(jī)M1裝在主軸箱的頂部，帶動主軸及進(jìn)給傳動系統(tǒng)。熱繼電器FR1為主軸電機(jī)的過載保護(hù)元件。

（2）M2為搖臂升降電動機(jī)，功率為1.5kW，用接觸器KM2和KM3控制正、反轉(zhuǎn)，由于該電動機(jī)短時間工作，故不需要設(shè)過載保護(hù)電器。但為了安全，應(yīng)具有極限保護(hù)。搖臂采用自動夾緊和放松控制，應(yīng)保證搖臂在放松狀態(tài)下進(jìn)行升降。

（3）M3為液壓泵電動機(jī)，功率為0.75kW，可以做正向轉(zhuǎn)動和反向轉(zhuǎn)動，分別由接觸器KM4和KM5控制，熱繼電器FR2是液壓泵電動機(jī)的過載保護(hù)電器，該電機(jī)的主要作用是供給夾緊裝置壓力油，實(shí)現(xiàn)搖臂和立柱的夾緊與松開。

（4）M4為冷卻泵電動機(jī)，功率很小，只有90W，由開關(guān)QS2直接啟動與停止。熱繼電器FR3為冷卻泵電動機(jī)的過載保護(hù)電器。

2 PLC控制電路

2.1 I／O分配、機(jī)型選擇、I／O接線圖

為實(shí)現(xiàn)Z3040搖臂鉆床的上述電氣控制要求，現(xiàn)選擇三菱公司生產(chǎn)的FX2N－48MR小型PLC，其I／O地址分配見表1。

圖2為Z3040搖臂鉆床的PLC輸入輸出接線圖，繪制時須注意以下幾個問題：

（1）盡量減少PLC的輸入信號和輸出信號。PLC的價格與I／O點(diǎn)數(shù)有關(guān)，減少輸入輸出信號的點(diǎn)數(shù)是降低硬件費(fèi)用的主要措施。該控制電路中，由于冷卻泵電動機(jī)M4的控制電路相對簡單，且與別的電路無關(guān)，因此沒有必要采用PLC控制，應(yīng)仍采用繼電器電路控制。

（2）熱繼電器的過載信號處理。如果熱繼電器屬于自動復(fù)位型，其觸點(diǎn)提供的過載信號必須通過輸入電路提供給PLC（見圖2中FR1、FR2），用梯形圖實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；如果屬于手動復(fù)位熱繼電器，其常閉觸點(diǎn)可以在PLC的輸出電路中與控制電機(jī)的交流接觸器的線圈串聯(lián)。

表1 輸入輸出信號地址分配表

（3）事故緊急處理。當(dāng)遇到緊急情況需要立即停止操作時，可以第一時間按下PLC外部接線裝置中的急停按鈕SB10，KM線圈斷電，切斷PLC的外部供電電源，從而有效避免了事故的發(fā)生。

2.2 PLC梯形圖

圖3為PLC梯形圖程序。

3 PLC梯形圖程序設(shè)計說明

3.1 主軸電動機(jī)M1的控制

合上QF3，X0閉合，Y0閉合且自鎖，X3閉合，接通控制電路電源。按下SB2，X5閉合，Y1閉合并自鎖，主軸電動M1啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖3 PLC梯形圖程序

3.2 搖臂升、降控制

當(dāng)需要搖臂上升時，按下SB3，X7閉合，M0接通。由于第4邏輯行中X15是閉合的，因而Y4接通閉合，液壓泵電動機(jī)M3正轉(zhuǎn)，松開搖臂。搖臂松開后，第4邏輯行中的X13的常閉觸點(diǎn)斷開，第5邏輯行中的X13的常開觸點(diǎn)閉合，液壓泵電動機(jī)M3停轉(zhuǎn)，而搖臂升降電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)，帶動搖臂上升。

當(dāng)搖臂上升到一定高度時，松開SB3，X7復(fù)位，M0斷開，第7邏輯行中M2閉合一個掃描周期的時間，使得第8邏輯行中的M3閉合并自鎖，同時T0接通，開始計時。經(jīng)過2s后T0動作，第9邏輯行中M4閉合一個掃描周期的時間，使得第6邏輯行中的M4閉合，接通Y5，液壓泵電動機(jī)M3反轉(zhuǎn)，夾緊搖臂。夾緊搖臂后，SQ1、SQ2恢復(fù)初始狀態(tài)且X14斷開，Y5失電，液壓泵電動機(jī)M3停轉(zhuǎn)，完成搖臂上升的控制過程。

搖臂下降的控制過程與搖臂上升的控制相同。

3.3 立柱和主軸箱的松開與夾緊控制

當(dāng)需要松開與夾緊主軸箱或立柱時，選擇SA至適當(dāng)?shù)奈恢?，按下SB5或SB6，第10邏輯行中X16或X17閉合，接通M5及T0，第4邏輯行或第7邏輯行中的M5、T0閉合，接通Y4或Y5，使得立柱和主軸箱完成松開與夾緊控制。

4 結(jié)束語

用PLC改造后的Z3040搖臂鉆床通過實(shí)際使用，生產(chǎn)效率得到了很大提高，并能很好地保證其加工精度，自運(yùn)行以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，完全滿足了生產(chǎn)工藝的要求，對同類設(shè)備的技術(shù)改造有較大的參考價值。

［1］狄建雄.PLC編程及應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

［2］賀哲榮 .流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

［3］廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.