PLC改造Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)

摘 要：本文簡(jiǎn)述用PLC改造Z3040搖臂鉆床的原理、控制要求及系統(tǒng)改造過(guò)程。

關(guān)鍵詞：PLC Z3040搖臂鉆床 電氣控制系統(tǒng)

筆者所在學(xué)院現(xiàn)有Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制方式。因其所要控制的電動(dòng)機(jī)較多，電路較復(fù)雜，在日常的實(shí)習(xí)、生產(chǎn)作業(yè)中，經(jīng)常發(fā)生電氣故障，從而影響正常的教學(xué)活動(dòng)和實(shí)習(xí)生產(chǎn)。PLC有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程方便、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，用PLC改造Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)，可以大大提高Z3040搖臂鉆床工作性能和系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。所以，決定對(duì)這些轉(zhuǎn)床的傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。用PLC電氣控制系統(tǒng)技術(shù)改造。

一、Z3040型搖臂鉆床結(jié)構(gòu)圖及電氣原理圖

Z3040型搖臂鉆床結(jié)構(gòu)及電氣原理圖見(jiàn)圖1。

二、Z3040搖臂鉆床的控制要求及電氣系統(tǒng)分析

1.控制要求

（1）搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)部件較多，需使用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，主軸電動(dòng)機(jī)承擔(dān)主鉆削及進(jìn)給任務(wù)，搖臂升降、夾緊放松和冷卻泵各用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。

（2）主軸及進(jìn)給調(diào)速都是機(jī)械調(diào)速，用手柄操作變速箱調(diào)速，對(duì)電動(dòng)機(jī)無(wú)任何調(diào)速要求。為了適應(yīng)多種加工方式的要求，調(diào)速應(yīng)在較大范圍內(nèi)。

（3）加工螺紋時(shí)要求主軸能正反轉(zhuǎn)。搖臂鉆床的正反轉(zhuǎn)一般用機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)只需單方向旋轉(zhuǎn)。

（4）搖臂升降由單獨(dú)的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，要求電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。

（5）搖臂的夾緊與放松以及立柱的夾緊與放松由一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)配合液壓裝置來(lái)完成，要求這臺(tái)電動(dòng)機(jī)能正反轉(zhuǎn)。搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的徑向移動(dòng)在中小型搖臂鉆床上都采用手動(dòng)。

（6）鉆削加工時(shí)，為對(duì)刀具及工件進(jìn)行冷卻，需要一臺(tái)冷卻泵電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)冷卻泵輸送冷卻液。

（7）各部分電路之間有必要的保護(hù)和聯(lián)鎖。

2.電氣系統(tǒng)分析

（1）主電路分析。

M1：主軸電動(dòng)機(jī)，由交流接觸器KM1控制，只要求單方向旋轉(zhuǎn)。M1裝在主軸箱頂部，帶動(dòng)主軸及進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，熱繼電器FR是過(guò)載保護(hù)元件。主軸的正反轉(zhuǎn)由機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

M2：搖臂升降電動(dòng)機(jī)，裝于主軸頂部，由接觸器KM2和KM3控制正反轉(zhuǎn)。因?yàn)樵撾妱?dòng)機(jī)短時(shí)間工作，故不設(shè)過(guò)載保護(hù)電器。

M3：液壓油泵電動(dòng)機(jī)，由接觸器KM4和KM5控制正向轉(zhuǎn)動(dòng)和反向轉(zhuǎn)動(dòng)。熱繼電器FR2是液壓油泵電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)電器。該電動(dòng)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(kāi)。

M4：冷卻泵電動(dòng)機(jī)，功率很小，由開(kāi)關(guān)直接啟動(dòng)和停止。

（2）控制電路分析。

①主軸電動(dòng)機(jī)M1的控制。按下SB2 KM1線圈得電并自鎖，電動(dòng)機(jī)M1運(yùn)行，指示燈HL3亮；按下SB1 KM1線圈失電，電動(dòng)機(jī)M1停止，指示燈HL3滅。

②搖臂升降控制。搖臂上升控制：搖臂平時(shí)是夾緊在外立柱上的（SQ2常態(tài)、SQ3壓下裝態(tài)），在搖臂升降之前，先要把搖臂松開(kāi)，再由M2驅(qū)動(dòng)升降；搖臂升降到位后，再重新將其夾緊。搖臂的松、緊是由液壓系統(tǒng)完成的。YV通電，油路供給搖臂夾緊機(jī)構(gòu)。液壓系統(tǒng)液壓泵電動(dòng)機(jī)M3正轉(zhuǎn)，正向供出壓力油，壓力油進(jìn)入搖臂的松開(kāi)油腔，推動(dòng)松開(kāi)機(jī)構(gòu)使搖臂松開(kāi)，搖臂松開(kāi)后，行程開(kāi)關(guān)SQ2動(dòng)作、SQ3復(fù)位；若M3反轉(zhuǎn)，則反向供出壓力油進(jìn)入搖臂的夾緊油腔，推動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)使搖臂夾緊，行程開(kāi)關(guān)SQ3動(dòng)作、SQ2復(fù)位。按住SB3（不松）KT線圈得電：常閉觸點(diǎn)瞬時(shí)動(dòng)作KM5不能得電；常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)作，YV線圈得電，KM4線圈得電M3運(yùn)行。搖臂松開(kāi)：SQ3復(fù)位；SQ2動(dòng)作：常閉觸點(diǎn)先斷開(kāi)，KM4線圈失電，M3停轉(zhuǎn)；常開(kāi)觸點(diǎn)后閉合，KM2線圈得電，M2啟動(dòng)搖臂上升，上升到位。松開(kāi)SB3，KM2線圈失電M2停，搖臂停止上升；KT線圈失電常閉觸點(diǎn)閉合KM5線圈得電M3反轉(zhuǎn)。搖臂夾緊：SQ2復(fù)位；SQ3常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)KM5、YV失電，M3停轉(zhuǎn)。

搖臂下降過(guò)程：按下SB4搖臂下降，其工作過(guò)程與搖臂上升相同。

位置開(kāi)關(guān)SQ1作為搖臂升降的超程限位保護(hù)。當(dāng)搖臂上升到極限位置時(shí)，壓下SQ1使其斷開(kāi)，接觸器KM2斷電釋放，M2停止運(yùn)行，搖臂停止上升；當(dāng)搖臂下降到極限位置時(shí)，壓下SQ1使其斷開(kāi)，接觸器KM3斷電釋放，M2停止運(yùn)行，搖臂停止下降。

（3）主軸箱和立柱的夾緊與放松控制。主軸箱和立柱的松、緊是同時(shí)進(jìn)行的，SB5和SB6分別為松開(kāi)與夾緊控制按鈕，由它們點(diǎn)動(dòng)控制KM4、KM5控制M3的正、反轉(zhuǎn)，SB5、SB6的動(dòng)斷觸點(diǎn)串聯(lián)在YV線圈支路中。操作SB5、SB6電磁閥YV線圈不能吸合，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，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)，由行程開(kāi)關(guān)SQ4控制指示燈發(fā)出信號(hào)：主軸箱和立柱夾緊時(shí)，SQ4的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)而動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，指示燈HL1滅，HL2亮；反之，在松開(kāi)時(shí)SQ4復(fù)位，HL1亮而HL2滅。

三、PLC的Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造過(guò)程

1.改造規(guī)劃

設(shè)計(jì)方案由兩部分組成：一部分為電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，也就是PLC的機(jī)型的確定；另一部分是電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，編寫(xiě)控制程序。為了使改造后的搖臂鉆床仍能夠保持原有功能不變，所以改造原則是保留原有電氣控制主斷路、所有輸入、輸出設(shè)備不變，只是將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來(lái)代替。

2.PLC型號(hào)的選擇

在選擇的機(jī)型前首先對(duì)控制對(duì)象的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行估測(cè)：有開(kāi)關(guān)量輸入，電壓，開(kāi)關(guān)量輸出，輸出功率，模擬量輸入和輸出等?，F(xiàn)在所設(shè)計(jì)的是對(duì)PLC對(duì)Z3040搖臂鉆床的改造，根據(jù)具體實(shí)況，PLC控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)共13個(gè)，輸出信號(hào)共9個(gè)，再考慮將來(lái)的發(fā)展留一定的余量，選用歐姆龍C28P型PLC。

3.PLC的I/O端口分配表

根據(jù)所選PLC的型號(hào)進(jìn)行I/O點(diǎn)的端口分配，如下表所示。

4.PLC 的硬件接線圖（見(jiàn)圖2）

圖2

5.Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)改造

（1）PLC程序設(shè)計(jì)。PLC梯形圖的設(shè)計(jì)本著簡(jiǎn)單、可靠的設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)中不僅有電氣互鎖，而且有熱繼電器的保護(hù)，使系統(tǒng)不僅能在正常情況下完好地運(yùn)行，也能在有錯(cuò)誤的情況下在最短的時(shí)間內(nèi)通知工作人員，能夠及時(shí)處理問(wèn)題，以免造成不必要的損失。

（2）PLC梯形圖（見(jiàn)圖3）。

圖3

利用PLC對(duì)機(jī)床控制系統(tǒng)進(jìn)行改造后，簡(jiǎn)化了控制線路，維護(hù)方便，降低了設(shè)備運(yùn)行故障率，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性及使用效率。