用ＰＬＣ改造Ｚ３０５０搖臂鉆床控制系統

[摘要]傳統機床配套的電控系統以繼電器、接觸器的硬接線為基礎，技術上比較落后，特別是其觸點的可靠性問題，直接影響了產品質量和生產效率。介紹應用PLC對Z3050搖臂鉆床電控系統進行技術改造的方法。

[關鍵詞]繼電器控制系統 PLC 系統改造

中圖分類號：TP2文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0310110－02

一、引言

傳統機床控制系統基本上采用交流繼電接觸器控制方式，可靠性較差。存在觸點壽命低、故障率高、線路維護困難等缺點。可編程序控制器(PLC)是以微處理器為基礎，綜合計算機技術、自動控制技術和通訊技術發展起來的一種工業自動控制裝置，應用靈活、可靠性高、維護方便。應用PLC對傳統機床控制系統進行改造可取得良好效果。本文試探討應用三菱公司的FX2N-32MR型PLC對Z3050型搖臂鉆床的繼電-接觸器控制線路進行改造的方法。

二、問題的提出

Z3050型搖臂鉆床主要由底座、內立柱、外立柱、搖臂、主軸箱、工作臺等組成。為簡化傳動裝置，搖臂鉆床的運動部件使用多電機拖動，共有四臺電動機：主軸電動機M1，搖臂升降電動機M2，液壓泵電動機M3，冷卻泵電動機M4。

主軸箱上裝有4個按鈕：SB1、SB2、SB3與SB4，它們分別是主軸電動機停止、起動按鈕，搖臂上升、下降按鈕。主軸箱移動手輪上裝有2個按鈕SB5、SB6，分別為主軸箱、立柱松開按鈕和夾緊按鈕。

（一）Z3050搖臂鉆床的電氣控制線路分析（如圖1）

1．主軸電動機M1的控制

按起動按鈕SB2→接觸器KM1吸合并自鎖→主軸電動機M1啟動運行，同時指示燈HL3顯亮。按停止按鈕SB1→KM1釋放→M1停止，同時指示燈HL3熄滅。

2．搖臂升降控制

按下上升點動按鈕SB3→時間繼電器KT線圈得電→

搖臂上升到位后，松開按鈕SB3→KM2和KT同時斷電釋放→M2停止，搖臂停止上升→由于KT線圈失電，經1～3秒延時，其延時閉合的常閉觸點復位→KM5吸合→液壓泵電機反轉→壓力油經分配閥體進入搖臂的“夾緊油腔”?搖臂夾緊。同時，活塞桿通過彈簧片使SQ3的動斷觸點斷開→KM5斷電釋放→液壓泵電機停止，最終完成搖臂的“松開－上升－夾緊”的整套動作。

搖臂的下降由SB4控制KM3，啟動M2反轉來實現，與搖臂上升過程類似。

其中，搖臂的松開及夾緊到位分別由行程開關SQ2及SQ3的動作發出信號。搖臂升降的上下限位保護分別由SQ1及SQ5實現。KT為斷電延時型時間繼電器，其作用是在搖臂升降到位后，延時1～3S再起動M3將搖臂夾緊。

3．立柱和主軸箱的夾緊與松開控制

SB5和SB6分別為松開與夾緊控制按鈕，由它們點動KM4、KM5，去控制M3的正、反轉，由于SB5、SB6的動斷觸點（5－21－22）串聯在YA線圈支路中。所以在操作SB5、SB6點動M3的過程中，電磁閥YA斷電，液壓泵供出的壓力油進入主軸箱和立柱的松開、夾緊油腔，而不進人搖臂松開夾緊油腔，進而推動松、緊機構實現主軸箱和立柱的松開、夾緊，同時“松開/夾緊指示燈”HL1或HL2亮。

（二）控制線路的常見問題

Z3050型搖臂鉆床的工作過程是由電氣、機械、液壓系統配合實現的。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，這是造成經常待機維修的主要因素。例如：若時間繼電器KT線圈斷線，或其動合觸點閉合時接觸不良，則可導致搖臂松開的專用電路故障；若接觸器KM4主觸點接觸不良，或KM5的動合互鎖觸點接觸不良等則會使主軸箱和立柱的松開不正常等等。

此種常見故障可由器件本身故障造成，也可由觸點老化、連接點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實現控制功能，即用“存儲邏輯”取代繼電器-接觸器系統的“接線邏輯”，則在控制電路中，不存在觸點老化，觸點接觸不良，接點虛焊等現象，具有很高的可靠性。下面就試述用PLC對其進行控制線路的改造的方法。

三、用PLC進行控制線路的改造

（一）分析控制對象

前面已分析了機床控制系統的動作過程。在用PLC控制系統時，為節省I/O點，主軸電機的過載保護熱繼電器FR1及液壓泵電機的過載保護熱繼電器FR2的動斷觸點串聯接入PLC，共用一個輸入點。冷卻泵由組合開關QS2直接啟動，不接入PLC。各指示燈與相應的接觸器并聯輸出或直接由相應開關控制，不單獨占用輸出點。

（二）PLC選型及分配I/O點

根據控制系統的I/O點數量的情況，選用三菱公司的FX2N-32MR型PLC。I／O設備及I／O點分配如表l所示。

（三）外部接線圖

為了提高信號的準確性，避免由于機器機械振動等原因使常閉觸點脫開而給出錯誤指令，PLC輸入端的信號元件SB1，SQ1，SQ5，SQ2，SQ3等在傳統控制線路中使用常閉觸頭的，都改用常開觸頭，而在PLC的程序中做相應調整。

（四）程序設計

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由于搖臂上升和下降都需要先松開搖臂，同時也都受“升降限位→開關”的限位保護，所以可以用這些條件去控制PLC內的一個虛擬輔助繼電器M，使其成為有人按下搖臂上升或下降按鈕（發出搖臂升降命令）的標志，從而簡化后續程序的設計。

另外，前文已經分析：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SB3則搖臂停止上升。同時時間繼電器KT斷電釋放，經1S－3S時間的延時后，其延時閉合的觸點動作閉合使液壓泵電機反向旋轉，最終使搖臂夾緊（下降過程類似）。因而程序中需要一個“斷電延時型”的時間繼電器，而PLC里的時間繼電器都是屬于“通電延時型”，所以需要通過一個程序段構造一個“斷電延時型”的時間繼電器。

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，其常閉觸點復位閉合，T0得電開始定時，定時時間到了之后，T0的常閉觸點才動作斷開，這時M1才失電；即T0成了一個“斷電延時型”的時間繼電器，M1也有了“失電延時斷開”的功能。

根據上述的分析及原來的繼電器系統控制線路圖，結合“翻譯法”可以很方便的設計出PLC的梯形圖。

（五）調試運行

寫好程序后，先利用計算機軟件模擬運行，修改、完善程序，確定能實現原線路的各種功能后，再與機床聯機調試運行。

四、結束語

改造后的機床PLC控制系統比原來的繼電接觸器控制系統有如下優點：用程序實現器件的“軟連接”，節省了電氣元件、導線等材料，減少了硬件接線的工作量，縮短設計周期；PLC控制系統便于運行監控，檢查和排除故障，減少平時維護的工作量；提高了控制系統的可靠性和抗干擾能力，降低了故障率。

可編程序控制器應用靈活、編程容易，應用PLC對傳統控制方式的機床進行改造可取得良好的效果。目前已廣泛應用于傳統工業技術改造和工業新產品的設計中。

參考文獻：

[1]王兵，《常用機床電氣維修》，中國勞動社會保障出版社，2006.

[2]高欽和，《可編程控制器應用技術與設計實例》，人民郵電出版社，2004.

作者簡介：

蘇桂文，男，漢族，廣東省龍門縣人，大學本科，助理講師，主要研究方向：電工電子技術。