用PLC技术改造Z3040型摇臂钻床

2013-07-19石玉明凌忠良

机械工程与自动化 2013年1期

石玉明，凌忠良

（湖南信息职业技术学院，湖南长沙 410200）

0 引言

目前，部分中小型企业仍广泛使用传统的继电器控制机床，虽然这些机床能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要，但由于它的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础的，技术上比较落后，特别是其触点的可靠性问题直接影响了产品质量、生产效率和生产成本，如用PLC对它进行技术改造，便能取得很好的效果。本文以一台老式Z3040型摇臂钻床电气技术改造为例，简要说明PLC在这方面的应用。

1 Z3040摇臂钻床的电气控制要求

钻床是一种用途广泛的孔加工机床，主要用于钻头钻削精度要求不高的孔，另外还可用来扩孔、铰孔、鏜孔以及刮平面、攻螺纹等。Z3040型摇臂钻床是一种立式钻床，适用于单件或批量生产中带有多孔的大型零件的孔加工。图1为Z3040型摇臂钻床电气控制系统的主电路图。

图1 Z3040型摇臂钻床电气控制系统的主电路

Z3040型摇臂钻床的电气控制要求如下：

（1）M1为主轴电动机，功率为3kW，由交流接触器KM1控制，只要求单方向旋转，主轴的正、反转由机械手柄操作转换开关QS1控制。主轴电动机M1装在主轴箱的顶部，带动主轴及进给传动系统。热继电器FR1为主轴电机的过载保护元件。

（2）M2为摇臂升降电动机，功率为1.5kW，用接触器KM2和KM3控制正、反转，由于该电动机短时间工作，故不需要设过载保护电器。但为了安全，应具有极限保护。摇臂采用自动夹紧和放松控制，应保证摇臂在放松状态下进行升降。

（3）M3为液压泵电动机，功率为0.75kW，可以做正向转动和反向转动，分别由接触器KM4和KM5控制，热继电器FR2是液压泵电动机的过载保护电器，该电机的主要作用是供给夹紧装置压力油，实现摇臂和立柱的夹紧与松开。

（4）M4为冷却泵电动机，功率很小，只有90W，由开关QS2直接启动与停止。热继电器FR3为冷却泵电动机的过载保护电器。

2 PLC控制电路

2.1 I／O分配、机型选择、I／O接线图

为实现Z3040摇臂钻床的上述电气控制要求，现选择三菱公司生产的FX2N－48MR小型PLC，其I／O地址分配见表1。

图2为Z3040摇臂钻床的PLC输入输出接线图，绘制时须注意以下几个问题：

（1）尽量减少PLC的输入信号和输出信号。PLC的价格与I／O点数有关，减少输入输出信号的点数是降低硬件费用的主要措施。该控制电路中，由于冷却泵电动机M4的控制电路相对简单，且与别的电路无关，因此没有必要采用PLC控制，应仍采用继电器电路控制。

（2）热继电器的过载信号处理。如果热继电器属于自动复位型，其触点提供的过载信号必须通过输入电路提供给PLC（见图2中FR1、FR2），用梯形图实现过载保护；如果属于手动复位热继电器，其常闭触点可以在PLC的输出电路中与控制电机的交流接触器的线圈串联。

表1 输入输出信号地址分配表

（3）事故紧急处理。当遇到紧急情况需要立即停止操作时，可以第一时间按下PLC外部接线装置中的急停按钮SB10，KM线圈断电，切断PLC的外部供电电源，从而有效避免了事故的发生。

2.2 PLC梯形图

图3为PLC梯形图程序。

3 PLC梯形图程序设计说明

3.1 主轴电动机M1的控制

合上QF3，X0闭合，Y0闭合且自锁，X3闭合，接通控制电路电源。按下SB2，X5闭合，Y1闭合并自锁，主轴电动M1启动运转。

图3 PLC梯形图程序

3.2 摇臂升、降控制

当需要摇臂上升时，按下SB3，X7闭合，M0接通。由于第4逻辑行中X15是闭合的，因而Y4接通闭合，液压泵电动机M3正转，松开摇臂。摇臂松开后，第4逻辑行中的X13的常闭触点断开，第5逻辑行中的X13的常开触点闭合，液压泵电动机M3停转，而摇臂升降电动机M2正转，带动摇臂上升。

当摇臂上升到一定高度时，松开SB3，X7复位，M0断开，第7逻辑行中M2闭合一个扫描周期的时间，使得第8逻辑行中的M3闭合并自锁，同时T0接通，开始计时。经过2s后T0动作，第9逻辑行中M4闭合一个扫描周期的时间，使得第6逻辑行中的M4闭合，接通Y5，液压泵电动机M3反转，夹紧摇臂。夹紧摇臂后，SQ1、SQ2恢复初始状态且X14断开，Y5失电，液压泵电动机M3停转，完成摇臂上升的控制过程。

摇臂下降的控制过程与摇臂上升的控制相同。