基于PLC的搖臂鉆床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

付建彬，張遠(yuǎn)梅，王杏進(jìn)

（1.核工業(yè)華南高級(jí)技工學(xué)校，廣東韶關(guān)512026; 2.韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

基于PLC的搖臂鉆床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

付建彬1，張遠(yuǎn)梅1，王杏進(jìn)2

（1.核工業(yè)華南高級(jí)技工學(xué)校，廣東韶關(guān)512026; 2.韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

摘要：Z3040型搖臂鉆床是當(dāng)代工業(yè)機(jī)械加工中一種常用的機(jī)床，其電氣控制線路復(fù)雜，使用繼電器多，導(dǎo)致機(jī)床在使用時(shí)出現(xiàn)不穩(wěn)定、不可靠等一系列問(wèn)題，給使用與維護(hù)帶來(lái)諸多麻煩.針對(duì)這種情況，利用PLC對(duì)搖臂鉆床電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造.本文闡述了Z3040搖臂鉆床的控制要求及電氣控制線路分析，并詳細(xì)介紹了采用三菱FX 2N-32MR型PLC對(duì)Z3040型搖臂鉆床電氣控制線路進(jìn)行改造的具體方法.實(shí)踐證明改造后的電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性與可靠性有顯著的提高，有效的提高了整個(gè)生產(chǎn)效率，在生產(chǎn)實(shí)踐中有很大的推廣意義.

關(guān)鍵詞：Z3040型搖臂鉆床；繼電器；PLC；電氣控制系統(tǒng)

Z3040型搖臂鉆床是機(jī)械加工中常用的金屬切削機(jī)床，其電氣控制線路復(fù)雜，使用繼電器多，導(dǎo)致機(jī)床在使用時(shí)出現(xiàn)不穩(wěn)定、不可靠等一系列問(wèn)題，給使用與維護(hù)帶來(lái)諸多麻煩.針對(duì)這種情況，我們研究了機(jī)械加工中常用的Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改造.利用PLC進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)改造與繼電器電氣控制系統(tǒng)相比，PLC具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編程方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，故障率低，對(duì)工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點(diǎn)，從而得到了廣泛的應(yīng)用.

1搖臂鉆床控制電路分析

Z3040型搖臂鉆床是一種通用型普通機(jī)床，主要用于大型零件進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、鉸孔和攻螺紋等，特別適用于單件或批量生產(chǎn)帶有多孔大型零件的孔加工.鉆床總共有4臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，分別為主軸電動(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.其電路圖如圖1所示，該電路主要由主電路、控制電路及照明信號(hào)電路三部分組成.根據(jù)電路分析其工作原理如下：

1.1主電路工作原理

主軸電動(dòng)機(jī)M1，通過(guò)接觸器KM1閉合與斷來(lái)控制其得失電，在機(jī)床中擔(dān)負(fù)主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，只能進(jìn)行單方向的旋轉(zhuǎn).其正反轉(zhuǎn)控制、變速和變速系統(tǒng)的潤(rùn)滑都是通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)與液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，熱繼電器KH1作為主軸電動(dòng)機(jī)M1的過(guò)載保護(hù).搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2，其上升與下降控制分別由接觸器KM2、KM3來(lái)實(shí)現(xiàn)，搖臂的松開(kāi)與夾緊則通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).液壓泵電動(dòng)機(jī)M3，通過(guò)M3的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)油腔松開(kāi)與夾緊，通過(guò)接觸器KM4、KM5來(lái)實(shí)現(xiàn)其正反轉(zhuǎn).實(shí)現(xiàn)搖臂的松開(kāi)與夾緊，立柱和主軸箱的松開(kāi)與夾緊.熱繼電器KH2作為液壓泵電動(dòng)機(jī)M3的過(guò)載保護(hù).冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4由開(kāi)關(guān)QF2直接控制啟停.

1.2控制電路工作原理

在Z3040型搖臂鉆床電路中，其控制電路的電壓為110V.

（1）主軸電機(jī)M1的控制原理

主軸電機(jī)M1的啟停，由按鈕SB3與SB2控制，按下按鈕SB3，KM1線圈得電并具有自鎖功能，M1運(yùn)轉(zhuǎn)，指示燈HL2亮.按下按鈕SB2，KM1線圈失電，M1停轉(zhuǎn)，指示燈HL2滅.

（2）搖臂升降電機(jī)M2的控制原理

搖臂升降電機(jī)M2的升降，由按鈕SB4與SB5控制.按下按鈕SB4，時(shí)間繼電器KT得電，KT常開(kāi)閉合，KM4線圈得電，二位六通電磁閥YA得電，液壓泵電機(jī)M3正轉(zhuǎn)運(yùn)行.液壓油經(jīng)YA進(jìn)入搖臂與立柱松開(kāi)油腔，搖臂松開(kāi).活塞桿下移，SQ3復(fù)位，SQ2壓下常閉觸頭斷開(kāi)，M3電機(jī)失電停轉(zhuǎn)，SQ2常開(kāi)閉合,KM2線圈得電，M2電機(jī)正轉(zhuǎn)搖臂上升，上升到位松開(kāi)SB4，M2電機(jī)停轉(zhuǎn).按下按鈕SB5，時(shí)間繼電器KT得電，KT常開(kāi)閉合，KM4線圈得電，二位六通電磁閥YA得電，液壓泵電機(jī)M3正轉(zhuǎn)運(yùn)行.液壓油經(jīng)YA進(jìn)入搖臂與立柱松開(kāi)油腔，搖臂松開(kāi).活塞桿下移，SQ3復(fù)位，SQ2壓下常閉觸頭斷開(kāi)，M3電機(jī)失電停轉(zhuǎn)，SQ2常開(kāi)閉合,KM3線圈得電，M2電機(jī)反轉(zhuǎn)搖臂下降，下降到位時(shí)松開(kāi)SB5，M3電機(jī)失電停轉(zhuǎn).

（3）立柱與主軸箱的夾緊與放松控制

立柱與主軸箱的夾緊與放松由按鈕SB7與SB6控制.按下按鈕SB7，接觸器KM5得電吸合，M3電機(jī)反轉(zhuǎn)，立柱與主軸箱夾緊，同時(shí)指示燈HL4亮.按下按鈕SB6，接觸器KM4得電吸合，M3電機(jī)正轉(zhuǎn)，立柱與主軸箱松開(kāi)，同時(shí)指示燈HL3亮.

圖1　Z3040搖臂鉆床電路圖

2搖臂鉆床控制電路設(shè)計(jì)

2.1硬件連接設(shè)計(jì)

將搖臂鉆床電氣控制線路中的電源電路、主電路保持不變，在控制電路中將變壓器TC的輸出部分去掉，用PLC來(lái)完成.為保證控制電路中各器件的邏輯關(guān)系不變，將電路中的各按鈕SB、行程開(kāi)關(guān)SQ分別接入PLC的輸入端，旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)SA接入PLC的輸入端.根據(jù)機(jī)床電氣控制線路，輸出電器的電壓為110V交流電壓、24 V交流電壓及6 V交流電壓三種電壓.在設(shè)計(jì)PLC接線圖時(shí)，輸出口電壓分三種電壓與機(jī)床電路電壓相匹配.根據(jù)搖臂鉆床的控制電路可知，在選用PLC時(shí)需要其輸入點(diǎn)數(shù)為15點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為11點(diǎn)，因此在選用PLC型號(hào)時(shí)，可以選用三菱FX2N—32MR型PLC.根據(jù)電路圖完成其輸入/輸出（I/O） 分配表如表1所示.

表1　PLC的輸入/輸出（I/O）分配表

PLC的輸入/輸出點(diǎn)（I/O）接線圖如圖2所示.

圖2　PLC的輸入/輸出點(diǎn)（I/O）接線圖

2.2PLC軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)搖臂鉆床的工作原理，設(shè)計(jì)符合要求的PLC程序，其梯形圖如圖3所示.

圖3　PLC梯形圖

該P(yáng)LC程序共有13條支路，反應(yīng)控制電路中各元器件之間的邏輯關(guān)系.其中，第1~4支路為機(jī)床照明及信號(hào)電路.1支路在PLC通電時(shí)，置位Y7輸出，機(jī)床工作電源指示燈HL1亮.2支路通過(guò)照明燈啟動(dòng)開(kāi)關(guān)SA控制EL照明燈的亮滅，按下SA開(kāi)關(guān)X16閉合Y6輸出EL燈亮，松開(kāi)SA開(kāi)關(guān)X16斷開(kāi)Y6不輸出EL照明燈滅.第3和4支路為立柱夾緊與松開(kāi)指示電路，分別通過(guò)行程開(kāi)關(guān)SQ4的壓下與松開(kāi)X13閉合與斷開(kāi)，使得Y11或Y12輸出實(shí)現(xiàn)HL3、HL4指示燈的亮滅.

第5支路為主軸電動(dòng)機(jī)M1的啟停及指示電路，按下SB3按鈕X2閉合Y0及Y10輸出實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)M1啟動(dòng)及指示燈HL2的亮，按下SB2按鈕X1斷開(kāi)Y0及Y10停止輸出控制主軸電機(jī)M1的停止及HL2滅.

第6～9支路為時(shí)間繼電器KT控制電路，通過(guò)SB4、SB5按鈕合上X3、X4閉合與SQ1a、SQ1b開(kāi)關(guān)X7、X10分?jǐn)嗫刂芀T的得電與失電.

第10、11支路為搖臂電機(jī)M2上升及下降控制電路，按下SB4按鈕X3閉合SQ2壓下時(shí)X11閉合,Y1輸出KM2線圈得電實(shí)現(xiàn)M2電機(jī)正轉(zhuǎn)搖臂上升.通過(guò)開(kāi)關(guān)SQ1a的常閉觸頭X7限制搖臂的上升限位，按鈕SB5常閉觸頭X4、接觸器KM3的常閉觸頭Y2對(duì)KM2進(jìn)行聯(lián)鎖.按下SB5按鈕X4閉合SQ2壓下時(shí)X11閉合，Y2輸出KM3線圈得電實(shí)現(xiàn)M2電機(jī)反轉(zhuǎn)搖臂下降.通過(guò)開(kāi)關(guān)SQ1b的常閉觸頭X10限制搖臂下降的下限位，按鈕SB4常閉觸頭X3、接觸器KM2的常閉觸頭Y1對(duì)KM3進(jìn)行聯(lián)鎖.

第12支路為液壓泵電機(jī)M3正轉(zhuǎn)控制電路，通過(guò)分別按下SB4、SB5、SB6按鈕X3、X4、X5分別閉合Y3輸出KM4線圈得電實(shí)現(xiàn)M3電機(jī)正轉(zhuǎn)，SQ1a、SQ1b的常閉觸頭X7、X10起限位停止，KM5的常閉觸頭Y4進(jìn)行聯(lián)鎖控制.

第13支路為液壓泵電機(jī)M3反轉(zhuǎn)與電磁閥得電控制電路，按下SB7按鈕X6閉合或時(shí)間繼電器KT得電后常開(kāi)觸頭M2閉合Y4、Y5輸出，KM5線圈與電磁閥YA得電，KM5得電實(shí)現(xiàn)M3電機(jī)反轉(zhuǎn)控制.KT常閉觸頭M2對(duì)KM5起停止作用，Y3作聯(lián)鎖控制.

2.3程序調(diào)試

對(duì)所設(shè)計(jì)的PLC程序進(jìn)行模擬調(diào)試，觀察其各輸入量與輸出量之間的邏輯狀態(tài)是否與控制電路要求相符.如果不符合將繼續(xù)對(duì)程序進(jìn)行修改，直到PLC程序達(dá)到機(jī)床電氣控制要求.

3結(jié)束語(yǔ)

Z3040型搖臂鉆床在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用廣泛，其電氣控制線路復(fù)雜，使用繼電器多，導(dǎo)致機(jī)床在使用時(shí)出現(xiàn)不穩(wěn)定、不可靠等一系列問(wèn)題，給使用與維護(hù)帶來(lái)諸多麻煩.在Z3040型搖臂鉆床電氣系統(tǒng)中使用PLC進(jìn)行改造，使得其控制電路簡(jiǎn)單化，從而有效減少了電氣故障的發(fā)生，提高了整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的工作效率，在實(shí)際生產(chǎn)中有較高的應(yīng)用價(jià)值.

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（責(zé)任編輯：李婉）

中圖分類號(hào)：TP273+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-5348（2016）04-0022-06

［收稿日期］2016-03-10 ［基金項(xiàng)目］2012年度韶關(guān)學(xué)院科研項(xiàng)目（314-140641）.

［作者簡(jiǎn)介］付建彬（1987-），男，廣東韶關(guān)人，廣東省核工業(yè)華南高級(jí)技工學(xué)校教務(wù)實(shí)訓(xùn)科助理講師；研究方向：電氣自動(dòng)化.

PLC Radial Drilling Machine Electrical System Design

FU Jian-bin1,ZHANG Yuan-mei1,WANG Xing-jin2
（1.SouthChinaNuclearIndustryAdvancedTechnical Schools，Shaoguan512026，Guangdong，China; 2.InstituteofPhysicsandMechanical&Engineering,ShaoguanUniversity，Shaoguan512005,Guangdong,china）

Abstract:Z3040 radial drillingmachinetypeis acommonly usedtool of contemporary industrial machining.Its the electrical control circuit complexity and the use of multiple relays,lead to instability and unreliability series of problems in using the machine and maintaining.The use of PLC for radial drilling machine electrical system transformation could deal with such problem.This paper describes the control requirements Z3040 radial drilling machine and electrical control circuit analysis,and discusses details the specific method of using Mitsubishi FX2N-32MR PLC typetoimproveZ3040 typeradial drillingmachineelectrical control circuit.Resultshaveproved that after the transformation of the electrical control system operation,its stability and reliability have improved significantly,which effectively improves the efficiency of the entire production,which is great of significance to promotetheproductionpractice.

Key words:Z3040rockerdrilling;relay;PLC;electrical control system