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Z3040 搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC 改造

2018-11-29 來源：廣州華商職業(yè)學(xué)院作者：易琰

摘要：文章根據(jù)Z3040搖臂鉆床電氣控制電路的工作原理，采用三菱微型FX2N系列可編程控制器，改造鉆床的電氣控制電路。對(duì)鉆床電氣控制電路進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì),得出硬件原理圖和軟件梯形圖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造，使其工作更加穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：搖臂鉆床；PLC；電氣控制系統(tǒng)

1、概述

可編程控制器，是一種新型的工業(yè)控制設(shè)備，它能夠代替繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)順序及邏輯控制、計(jì)數(shù)、定時(shí)等功能，具有通用性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠、指令操作簡(jiǎn)易、故障率低、現(xiàn)場(chǎng)使用方便、能源消耗少等優(yōu)勢(shì)，它已普遍用于各大工業(yè)企業(yè)的電氣控制場(chǎng)所，為工廠、企業(yè)提供了穩(wěn)定可靠的控制過程。

Z3040搖臂鉆床多用于金屬零件的孔加工，是常用的加工車間設(shè)備。由于其控制系統(tǒng)采用繼電器控制方式，電路中連鎖較多，電路接線復(fù)雜，觸點(diǎn)多，因而故障較多，維修比較麻煩。長(zhǎng)期使用后，故障率高，故障排除困難。所以，該搖臂鉆床的傳統(tǒng)繼電器線路采用可編程控制器進(jìn)行改造，能大大提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，進(jìn)而提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。

2、 Z3040搖臂鉆床及PLC簡(jiǎn)介

2.1 Z3040搖臂鉆床電氣控制特點(diǎn)

Z3040搖臂鉆床共有4臺(tái)采用直接啟動(dòng)方式的電動(dòng)機(jī)：搖臂升降電動(dòng)機(jī)、主軸電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電動(dòng)機(jī)及液壓泵電動(dòng)機(jī)

①主軸電動(dòng)機(jī)M1只要求單方向運(yùn)轉(zhuǎn)，通過操縱主軸變速及自動(dòng)進(jìn)給手柄可以實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)停車、空擋、變速等控制。

②搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2能正反轉(zhuǎn)，通過絲桿帶動(dòng)搖臂上升或下降。

③液壓泵電動(dòng)機(jī)M3能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)液壓泵供給雙向壓力油，利用電磁閥使搖臂與外立柱之間、內(nèi)外立柱之間、主軸箱和搖臂之間實(shí)現(xiàn)放松與夾緊。

④冷卻泵電動(dòng)機(jī)M4帶動(dòng)冷卻泵釋放冷卻液，只要單向旋轉(zhuǎn)。

2.2 PLC概述

PLC是一種在工業(yè)環(huán)境中使用的、能進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子產(chǎn)品，它運(yùn)用可自行編寫程序的存儲(chǔ)器，執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)和算術(shù)計(jì)算等指令，并應(yīng)用數(shù)字方式或模擬方式來控制各種各樣的工業(yè)設(shè)備。PLC型號(hào)繁多，基本結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。

圖1 PLC基本結(jié)構(gòu)框圖

3、Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)分析

Z3040搖臂鉆床由4臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其中，接觸器KM1控制主軸電動(dòng)機(jī)M1，使其作正向旋轉(zhuǎn)，接觸器KM2、KM3控制搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2，使其實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，接觸器KM4、KM5控制液壓泵電動(dòng)機(jī)M3，使其實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，自動(dòng)空氣開關(guān)QF3控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)，使其正向旋轉(zhuǎn)。合上自動(dòng)空氣開關(guān)QF1、QF2、QF4、QF5，按下總啟動(dòng)按鈕SB1，電壓繼電器KV閉合并自鎖，接通了控制電路的電源，之后詳細(xì)的工作過程不再累述。

4 、Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造

4.1 Z3040搖臂鉆床電氣系統(tǒng)硬件改造設(shè)計(jì)

4.1.1 Z3040搖臂鉆床PLC控制I/O分配

根據(jù)鉆床的工作要求確定輸入和輸出信號(hào)，得出PLC控制I/O分配，見表1。

4.1.2 PLC型號(hào)的選擇

根據(jù)鉆床的PLC控制I/O分配表，確定輸入點(diǎn)數(shù)為19個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)為8個(gè)。因此，選用PLC的類型為FX2N-40MR，它有34個(gè)輸入點(diǎn)數(shù)，16個(gè)輸出點(diǎn)數(shù)，滿足鉆床PLC改造輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的要求。

表1 PLC控制I/O分配表

4.1.3 Z3040搖臂鉆床PLC控制I/O接線圖

根據(jù)鉆床PLC控制I/O分配表以及原有的電氣控制線路圖，得出PLC的I/O接線圖，如圖2所示。

圖2 Z3040搖臂鉆床PLC控制I/O接線圖

4.2 Z3040搖臂鉆床電氣系統(tǒng)軟件改造設(shè)計(jì)

根據(jù)以上的分析、設(shè)計(jì)，鉆床電氣控制系統(tǒng)PLC改造的梯形圖，如圖3所示。

圖3 Z3040搖臂鉆床PLC改造梯形圖

程序設(shè)計(jì)說明：閉合QF5，X2、X0閉合，Y0合上并自鎖，合上X3，控制電路電源接通。摁下SB2，X5閉合，Y1合上并且自鎖，主軸電動(dòng)機(jī)M1開始工作。如果要使搖臂做上升動(dòng)作，點(diǎn)按SB3，X7合上，M0得電。從而使得第4行M0閉合，繼而Y4得電，使得液壓泵電動(dòng)機(jī)M3開始正轉(zhuǎn)，搖臂被松開。松開搖臂之后，第5行里的X13常開觸點(diǎn)閉合，第4行里X13的常閉觸點(diǎn)斷開，M3停止工作，搖臂升降電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)，使搖臂上升。搖臂上升到合適位置，釋放SB3，X7復(fù)位，M0斷開，第7行的M2經(jīng)過一個(gè)周期的時(shí)間后斷開，第8行里的M3閉合后自鎖，T0同時(shí)得電，計(jì)時(shí)開始。T0在2S后動(dòng)作，第9行的M4閉合一定時(shí)間后，第6行的M4閉合，Y5接通，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反向運(yùn)轉(zhuǎn)，搖臂被夾緊。接下來ST2、ST3回到原來的狀態(tài)，X14斷開，Y5失電，M3停止工作，搖臂上升過程結(jié)束。搖臂下降的過程與上升過程相同。

要實(shí)現(xiàn)立柱或主軸箱的松開或夾緊動(dòng)作，只要將SA調(diào)整到適合的檔位，摁住SB6或SB5，第10行的X17或X16閉合，使得M5和T0得電，第4行及第7行的M5、T0閉合，接通Y5或Y4，完成主軸箱、立柱的松開或夾緊操作。

5 、結(jié)語

本文主要說明使用PLC改造Z3040搖臂鉆床的傳統(tǒng)繼電器控制線路，經(jīng)過重新設(shè)計(jì)后，鉆床故障率大大降低，維修也方便，大幅度降低了工業(yè)制造行業(yè)的生產(chǎn)成本。

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