用ＰＬＣ改造Ｚ３０５０搖臂鉆床控制系統(tǒng)

[摘要]傳統(tǒng)機(jī)床配套的電控系統(tǒng)以繼電器、接觸器的硬接線為基礎(chǔ)，技術(shù)上比較落后，特別是其觸點(diǎn)的可靠性問(wèn)題，直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。介紹應(yīng)用PLC對(duì)Z3050搖臂鉆床電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的方法。

[關(guān)鍵詞]繼電器控制系統(tǒng) PLC 系統(tǒng)改造

中圖分類號(hào)：TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0310110－02

一、引言

傳統(tǒng)機(jī)床控制系統(tǒng)基本上采用交流繼電接觸器控制方式，可靠性較差。存在觸點(diǎn)壽命低、故障率高、線路維護(hù)困難等缺點(diǎn)。可編程序控制器(PLC)是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)自動(dòng)控制裝置，應(yīng)用靈活、可靠性高、維護(hù)方便。應(yīng)用PLC對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床控制系統(tǒng)進(jìn)行改造可取得良好效果。本文試探討應(yīng)用三菱公司的FX2N-32MR型PLC對(duì)Z3050型搖臂鉆床的繼電-接觸器控制線路進(jìn)行改造的方法。

二、問(wèn)題的提出

Z3050型搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱、工作臺(tái)等組成。為簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置，搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)部件使用多電機(jī)拖動(dòng)，共有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)：主軸電動(dòng)機(jī)M1，搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4。

主軸箱上裝有4個(gè)按鈕：SB1、SB2、SB3與SB4，它們分別是主軸電動(dòng)機(jī)停止、起動(dòng)按鈕，搖臂上升、下降按鈕。主軸箱移動(dòng)手輪上裝有2個(gè)按鈕SB5、SB6，分別為主軸箱、立柱松開(kāi)按鈕和夾緊按鈕。

（一）Z3050搖臂鉆床的電氣控制線路分析（如圖1）

1．主軸電動(dòng)機(jī)M1的控制

按起動(dòng)按鈕SB2→接觸器KM1吸合并自鎖→主軸電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)指示燈HL3顯亮。按停止按鈕SB1→KM1釋放→M1停止，同時(shí)指示燈HL3熄滅。

2．搖臂升降控制

按下上升點(diǎn)動(dòng)按鈕SB3→時(shí)間繼電器KT線圈得電→

搖臂上升到位后，松開(kāi)按鈕SB3→KM2和KT同時(shí)斷電釋放→M2停止，搖臂停止上升→由于KT線圈失電，經(jīng)1～3秒延時(shí)，其延時(shí)閉合的常閉觸點(diǎn)復(fù)位→KM5吸合→液壓泵電機(jī)反轉(zhuǎn)→壓力油經(jīng)分配閥體進(jìn)入搖臂的“夾緊油腔”?搖臂夾緊。同時(shí)，活塞桿通過(guò)彈簧片使SQ3的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)→KM5斷電釋放→液壓泵電機(jī)停止，最終完成搖臂的“松開(kāi)－上升－夾緊”的整套動(dòng)作。

搖臂的下降由SB4控制KM3，啟動(dòng)M2反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，與搖臂上升過(guò)程類似。

其中，搖臂的松開(kāi)及夾緊到位分別由行程開(kāi)關(guān)SQ2及SQ3的動(dòng)作發(fā)出信號(hào)。搖臂升降的上下限位保護(hù)分別由SQ1及SQ5實(shí)現(xiàn)。KT為斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器，其作用是在搖臂升降到位后，延時(shí)1～3S再起動(dòng)M3將搖臂夾緊。

3．立柱和主軸箱的夾緊與松開(kāi)控制

SB5和SB6分別為松開(kāi)與夾緊控制按鈕，由它們點(diǎn)動(dòng)KM4、KM5，去控制M3的正、反轉(zhuǎn)，由于SB5、SB6的動(dòng)斷觸點(diǎn)（5－21－22）串聯(lián)在YA線圈支路中。所以在操作SB5、SB6點(diǎn)動(dòng)M3的過(guò)程中，電磁閥YA斷電，液壓泵供出的壓力油進(jìn)入主軸箱和立柱的松開(kāi)、夾緊油腔，而不進(jìn)人搖臂松開(kāi)夾緊油腔，進(jìn)而推動(dòng)松、緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸箱和立柱的松開(kāi)、夾緊，同時(shí)“松開(kāi)/夾緊指示燈”HL1或HL2亮。

（二）控制線路的常見(jiàn)問(wèn)題

Z3050型搖臂鉆床的工作過(guò)程是由電氣、機(jī)械、液壓系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)的。由于采用交流繼電接觸器控制方式，繼電器、接觸器控制線路部分故障率較高，這是造成經(jīng)常待機(jī)維修的主要因素。例如：若時(shí)間繼電器KT線圈斷線，或其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)接觸不良，則可導(dǎo)致?lián)u臂松開(kāi)的專用電路故障；若接觸器KM4主觸點(diǎn)接觸不良，或KM5的動(dòng)合互鎖觸點(diǎn)接觸不良等則會(huì)使主軸箱和立柱的松開(kāi)不正常等等。

此種常見(jiàn)故障可由器件本身故障造成，也可由觸點(diǎn)老化、連接點(diǎn)接觸不良等線路故障造成。若采用可編程序控制器用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，即用“存儲(chǔ)邏輯”取代繼電器-接觸器系統(tǒng)的“接線邏輯”，則在控制電路中，不存在觸點(diǎn)老化，觸點(diǎn)接觸不良，接點(diǎn)虛焊等現(xiàn)象，具有很高的可靠性。下面就試述用PLC對(duì)其進(jìn)行控制線路的改造的方法。

三、用PLC進(jìn)行控制線路的改造

（一）分析控制對(duì)象

前面已分析了機(jī)床控制系統(tǒng)的動(dòng)作過(guò)程。在用PLC控制系統(tǒng)時(shí)，為節(jié)省I/O點(diǎn)，主軸電機(jī)的過(guò)載保護(hù)熱繼電器FR1及液壓泵電機(jī)的過(guò)載保護(hù)熱繼電器FR2的動(dòng)斷觸點(diǎn)串聯(lián)接入PLC，共用一個(gè)輸入點(diǎn)。冷卻泵由組合開(kāi)關(guān)QS2直接啟動(dòng)，不接入PLC。各指示燈與相應(yīng)的接觸器并聯(lián)輸出或直接由相應(yīng)開(kāi)關(guān)控制，不單獨(dú)占用輸出點(diǎn)。

（二）PLC選型及分配I/O點(diǎn)

根據(jù)控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)量的情況，選用三菱公司的FX2N-32MR型PLC。I／O設(shè)備及I／O點(diǎn)分配如表l所示。

（三）外部接線圖

為了提高信號(hào)的準(zhǔn)確性，避免由于機(jī)器機(jī)械振動(dòng)等原因使常閉觸點(diǎn)脫開(kāi)而給出錯(cuò)誤指令，PLC輸入端的信號(hào)元件SB1，SQ1，SQ5，SQ2，SQ3等在傳統(tǒng)控制線路中使用常閉觸頭的，都改用常開(kāi)觸頭，而在PLC的程序中做相應(yīng)調(diào)整。

（四）程序設(shè)計(jì)

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由于搖臂上升和下降都需要先松開(kāi)搖臂，同時(shí)也都受“升降限位→開(kāi)關(guān)”的限位保護(hù)，所以可以用這些條件去控制PLC內(nèi)的一個(gè)虛擬輔助繼電器M，使其成為有人按下?lián)u臂上升或下降按鈕（發(fā)出搖臂升降命令）的標(biāo)志，從而簡(jiǎn)化后續(xù)程序的設(shè)計(jì)。

另外，前文已經(jīng)分析：在搖臂上升的控制中，按下SB3使搖臂上升到所需位置后，松開(kāi)SB3則搖臂停止上升。同時(shí)時(shí)間繼電器KT斷電釋放，經(jīng)1S－3S時(shí)間的延時(shí)后，其延時(shí)閉合的觸點(diǎn)動(dòng)作閉合使液壓泵電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，最終使搖臂夾緊（下降過(guò)程類似）。因而程序中需要一個(gè)“斷電延時(shí)型”的時(shí)間繼電器，而PLC里的時(shí)間繼電器都是屬于“通電延時(shí)型”，所以需要通過(guò)一個(gè)程序段構(gòu)造一個(gè)“斷電延時(shí)型”的時(shí)間繼電器。

如圖3所示，M0得電閉合后，M1得電并自鎖，而T0受M0的封鎖不能得電；M0斷電后，其常閉觸點(diǎn)復(fù)位閉合，T0得電開(kāi)始定時(shí)，定時(shí)時(shí)間到了之后，T0的常閉觸點(diǎn)才動(dòng)作斷開(kāi)，這時(shí)M1才失電；即T0成了一個(gè)“斷電延時(shí)型”的時(shí)間繼電器，M1也有了“失電延時(shí)斷開(kāi)”的功能。

根據(jù)上述的分析及原來(lái)的繼電器系統(tǒng)控制線路圖，結(jié)合“翻譯法”可以很方便的設(shè)計(jì)出PLC的梯形圖。

（五）調(diào)試運(yùn)行

寫(xiě)好程序后，先利用計(jì)算機(jī)軟件模擬運(yùn)行，修改、完善程序，確定能實(shí)現(xiàn)原線路的各種功能后，再與機(jī)床聯(lián)機(jī)調(diào)試運(yùn)行。

四、結(jié)束語(yǔ)

改造后的機(jī)床PLC控制系統(tǒng)比原來(lái)的繼電接觸器控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：用程序?qū)崿F(xiàn)器件的“軟連接”，節(jié)省了電氣元件、導(dǎo)線等材料，減少了硬件接線的工作量，縮短設(shè)計(jì)周期；PLC控制系統(tǒng)便于運(yùn)行監(jiān)控，檢查和排除故障，減少平時(shí)維護(hù)的工作量；提高了控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，降低了故障率。

可編程序控制器應(yīng)用靈活、編程容易，應(yīng)用PLC對(duì)傳統(tǒng)控制方式的機(jī)床進(jìn)行改造可取得良好的效果。目前已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造和工業(yè)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]王兵，《常用機(jī)床電氣維修》，中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2006.

[2]高欽和，《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例》，人民郵電出版社，2004.

作者簡(jiǎn)介：

蘇桂文，男，漢族，廣東省龍門(mén)縣人，大學(xué)本科，助理講師，主要研究方向：電工電子技術(shù)。