用PLC技術改造Z3040型搖臂鉆床

石玉明，凌忠良

（湖南信息職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410200）

0 引言

目前，部分中小型企業(yè)仍廣泛使用傳統(tǒng)的繼電器控制機床，雖然這些機床能在一定范圍內(nèi)滿足單機和自動生產(chǎn)線的需要，但由于它的電控系統(tǒng)是以繼電器、接觸器的硬連接為基礎的，技術上比較落后，特別是其觸點的可靠性問題直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，如用PLC對它進行技術改造，便能取得很好的效果。本文以一臺老式Z3040型搖臂鉆床電氣技術改造為例，簡要說明PLC在這方面的應用。

1 Z3040搖臂鉆床的電氣控制要求

鉆床是一種用途廣泛的孔加工機床，主要用于鉆頭鉆削精度要求不高的孔，另外還可用來擴孔、鉸孔、鏜孔以及刮平面、攻螺紋等。Z3040型搖臂鉆床是一種立式鉆床，適用于單件或批量生產(chǎn)中帶有多孔的大型零件的孔加工。圖1為Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的主電路圖。

圖1 Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的主電路

Z3040型搖臂鉆床的電氣控制要求如下：

（1）M1為主軸電動機，功率為3kW，由交流接觸器KM1控制，只要求單方向旋轉，主軸的正、反轉由機械手柄操作轉換開關QS1控制。主軸電動機M1裝在主軸箱的頂部，帶動主軸及進給傳動系統(tǒng)。熱繼電器FR1為主軸電機的過載保護元件。

（2）M2為搖臂升降電動機，功率為1.5kW，用接觸器KM2和KM3控制正、反轉，由于該電動機短時間工作，故不需要設過載保護電器。但為了安全，應具有極限保護。搖臂采用自動夾緊和放松控制，應保證搖臂在放松狀態(tài)下進行升降。

（3）M3為液壓泵電動機，功率為0.75kW，可以做正向轉動和反向轉動，分別由接觸器KM4和KM5控制，熱繼電器FR2是液壓泵電動機的過載保護電器，該電機的主要作用是供給夾緊裝置壓力油，實現(xiàn)搖臂和立柱的夾緊與松開。

（4）M4為冷卻泵電動機，功率很小，只有90W，由開關QS2直接啟動與停止。熱繼電器FR3為冷卻泵電動機的過載保護電器。

2 PLC控制電路

2.1 I／O分配、機型選擇、I／O接線圖

為實現(xiàn)Z3040搖臂鉆床的上述電氣控制要求，現(xiàn)選擇三菱公司生產(chǎn)的FX2N－48MR小型PLC，其I／O地址分配見表1。

圖2為Z3040搖臂鉆床的PLC輸入輸出接線圖，繪制時須注意以下幾個問題：

（1）盡量減少PLC的輸入信號和輸出信號。PLC的價格與I／O點數(shù)有關，減少輸入輸出信號的點數(shù)是降低硬件費用的主要措施。該控制電路中，由于冷卻泵電動機M4的控制電路相對簡單，且與別的電路無關，因此沒有必要采用PLC控制，應仍采用繼電器電路控制。

（2）熱繼電器的過載信號處理。如果熱繼電器屬于自動復位型，其觸點提供的過載信號必須通過輸入電路提供給PLC（見圖2中FR1、FR2），用梯形圖實現(xiàn)過載保護；如果屬于手動復位熱繼電器，其常閉觸點可以在PLC的輸出電路中與控制電機的交流接觸器的線圈串聯(lián)。

表1 輸入輸出信號地址分配表

（3）事故緊急處理。當遇到緊急情況需要立即停止操作時，可以第一時間按下PLC外部接線裝置中的急停按鈕SB10，KM線圈斷電，切斷PLC的外部供電電源，從而有效避免了事故的發(fā)生。

2.2 PLC梯形圖

圖3為PLC梯形圖程序。

3 PLC梯形圖程序設計說明

3.1 主軸電動機M1的控制

合上QF3，X0閉合，Y0閉合且自鎖，X3閉合，接通控制電路電源。按下SB2，X5閉合，Y1閉合并自鎖，主軸電動M1啟動運轉。

圖3 PLC梯形圖程序

3.2 搖臂升、降控制

當需要搖臂上升時，按下SB3，X7閉合，M0接通。由于第4邏輯行中X15是閉合的，因而Y4接通閉合，液壓泵電動機M3正轉，松開搖臂。搖臂松開后，第4邏輯行中的X13的常閉觸點斷開，第5邏輯行中的X13的常開觸點閉合，液壓泵電動機M3停轉，而搖臂升降電動機M2正轉，帶動搖臂上升。

當搖臂上升到一定高度時，松開SB3，X7復位，M0斷開，第7邏輯行中M2閉合一個掃描周期的時間，使得第8邏輯行中的M3閉合并自鎖，同時T0接通，開始計時。經(jīng)過2s后T0動作，第9邏輯行中M4閉合一個掃描周期的時間，使得第6邏輯行中的M4閉合，接通Y5，液壓泵電動機M3反轉，夾緊搖臂。夾緊搖臂后，SQ1、SQ2恢復初始狀態(tài)且X14斷開，Y5失電，液壓泵電動機M3停轉，完成搖臂上升的控制過程。

搖臂下降的控制過程與搖臂上升的控制相同。

3.3 立柱和主軸箱的松開與夾緊控制

當需要松開與夾緊主軸箱或立柱時，選擇SA至適當?shù)奈恢?，按下SB5或SB6，第10邏輯行中X16或X17閉合，接通M5及T0，第4邏輯行或第7邏輯行中的M5、T0閉合，接通Y4或Y5，使得立柱和主軸箱完成松開與夾緊控制。

4 結束語

用PLC改造后的Z3040搖臂鉆床通過實際使用，生產(chǎn)效率得到了很大提高，并能很好地保證其加工精度，自運行以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，完全滿足了生產(chǎn)工藝的要求，對同類設備的技術改造有較大的參考價值。

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