西門(mén)子S7-200 PLC在鉆床改造中的應(yīng)用

馮華勇，彭美武，王俊英

（四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，德陽(yáng) 618000 ）

0 引言

鉆床是一種孔加工機(jī)床，可用來(lái)鉆孔、擴(kuò)孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。嘉永機(jī)械廠有一臺(tái)使用年限較久的Z3080型搖臂鉆床，在原繼電器—接觸器控制系統(tǒng)中，線(xiàn)路復(fù)雜，老化嚴(yán)重，故障頻繁，維修麻煩。針對(duì)此，采用PLC改造其電氣部分。通過(guò)改進(jìn)，降低了設(shè)備的故障率，提高了系統(tǒng)的可靠性和使用率。

1 電氣系統(tǒng)控制要求

Z3080型搖臂鉆床由四臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，M1為主軸電動(dòng)機(jī)，M2為搖臂升降電動(dòng)機(jī)，M3為液壓泵電動(dòng)機(jī)，M4為冷卻泵電動(dòng)機(jī)。各電機(jī)的作用分別為：

1）M1：主軸電動(dòng)機(jī)。它拖動(dòng)鉆床的主運(yùn)動(dòng)與主軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸的旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給要求有較大的調(diào)速范圍，分別由主軸與進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給。

2）M2：搖臂升降電動(dòng)機(jī)。根據(jù)加工工件高度的不同，搖臂借助于絲杠可帶著主軸箱沿外立柱進(jìn)行上下升降。在升降之前，應(yīng)自動(dòng)將搖臂松開(kāi)，再進(jìn)行升降，當(dāng)達(dá)到所需的位置時(shí)，搖臂自動(dòng)夾緊在立柱上，它要求電動(dòng)機(jī)能正反轉(zhuǎn)。

3）M3：液壓泵電動(dòng)機(jī)。它拖動(dòng)液壓泵送出壓力液以實(shí)現(xiàn)搖臂的松開(kāi)、夾緊和主軸箱的松開(kāi)、夾緊，要求電動(dòng)機(jī)能正反轉(zhuǎn)。

4）M4：冷卻泵電動(dòng)機(jī)，它為鉆床工作時(shí)提供冷卻液。

應(yīng)用PLC時(shí)行改造時(shí)，也必須滿(mǎn)足其相應(yīng)的控制要求。

2 PLC選擇和I/O定義

根據(jù)Z3080型搖臂鉆床的實(shí)際情況，作為PLC輸入信號(hào)有按鈕、限位開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、熱繼電器等，共計(jì)14個(gè)。而PLC的輸出信號(hào)有接觸器、電磁閥、指示燈等，共9個(gè)。因此，選用西門(mén)子S7-200系列PLC（CPU224，14個(gè)輸入，10個(gè)輸出）完全能滿(mǎn)足控制要求。

2.1 I/O定義

PLC 輸入輸出點(diǎn)定義如表1所示。

表1 PLC輸入輸出點(diǎn)定義

2.2 PLC端子外圍接線(xiàn)圖

PLC端子外圍接線(xiàn)圖如圖1所示。

3 梯形圖程序設(shè)計(jì)

根據(jù)Z3080搖臂鉆床的動(dòng)作要求，設(shè)計(jì)的梯形圖如圖2、圖3所示。以下為程序的簡(jiǎn)要說(shuō)明。

圖1 PLC端子接線(xiàn)圖

3.1 主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)

在網(wǎng)絡(luò)1中，按起動(dòng)按鈕SB2，線(xiàn)圈Q0.0帶電并自鎖，KM1吸合，主電動(dòng)機(jī)M1旋轉(zhuǎn)；按停止按鈕SB1，交流接觸器KM1釋放，主電動(dòng)機(jī)M1停止旋轉(zhuǎn)。

3.2 搖臂升降

在網(wǎng)絡(luò)2、3、4中，按上升（或下降）按鈕SB3(或SB4)，定時(shí)器T37工作，Q0.3得電，則交流接觸器KM4得電吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3旋轉(zhuǎn)，壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入搖臂的松開(kāi)油腔，推動(dòng)活塞和菱形塊使搖臂松開(kāi)。同時(shí)活塞桿通過(guò)彈簧片壓限位開(kāi)關(guān)SQ3，Q0.3斷電，使KM4失電釋放，交流接觸器KM2（或KM3）得電吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3停止旋轉(zhuǎn)，升降電動(dòng)機(jī)M2旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂上升（或下降）。如果搖臂沒(méi)有松開(kāi)，限位開(kāi)關(guān)SQ3常開(kāi)觸頭就不能閉合，交流接觸器KM2（或KM3）就不能得電吸合，搖臂就不能升降。當(dāng)搖臂上升（或下降）到所需的位置時(shí)，松開(kāi)按鈕SB3(或SB4)，交流接觸器KM2（或KM3）和定時(shí)器T37失電釋放，升降電動(dòng)機(jī)M2停止旋轉(zhuǎn)，搖臂停止上升（或下降）。

T37斷電延時(shí)3秒后，其延時(shí)閉合的常閉觸頭閉合，交流接觸器KM5得電吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反向旋轉(zhuǎn)，供給壓力油，壓力油經(jīng)分配閥進(jìn)入搖臂夾緊油腔，使搖臂夾緊。同時(shí)活塞桿通過(guò)彈簧片壓限位開(kāi)關(guān)SQ4，使交流接觸器KM5失電釋放，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3停止旋轉(zhuǎn)。行程開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2用來(lái)限制搖臂的升降行程，當(dāng)搖臂升降到極限位置時(shí)，SQ1、SQ2動(dòng)作，交流接觸器KM2（或KM3）斷電，升降電動(dòng)機(jī)M2停止旋轉(zhuǎn)，搖臂停止升降。搖臂的自動(dòng)夾緊是由限位開(kāi)關(guān)SQ4來(lái)控制的。如果液壓夾緊系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不能自動(dòng)夾緊搖臂或者由于SQ4調(diào)整不當(dāng)，在搖臂夾緊后不能使SQ3的常閉觸頭斷開(kāi)，都會(huì)使液壓泵電動(dòng)機(jī)處于長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載運(yùn)行狀態(tài)，造成損壞。為了防止損壞液壓泵電動(dòng)機(jī)，電路中使用熱繼電器FR，其整定值應(yīng)根據(jù)液壓泵電動(dòng)機(jī)M3的額定電流進(jìn)行調(diào)整。

3.3 立柱和主軸箱操作

立柱和主軸箱的松開(kāi)和夾緊既可單獨(dú)進(jìn)行，又可同時(shí)進(jìn)行，它由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA控制。由網(wǎng)絡(luò)5、6、7、8實(shí)現(xiàn)。

3.3.1 立柱和主軸箱的松開(kāi)和夾緊同時(shí)進(jìn)行

首先把轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA扳到中間位置2，這時(shí)按松開(kāi)按鈕SB5，Q0.3得電，接觸器KM4得電吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3正轉(zhuǎn)，電磁閥YA1，YA2得電吸合，高壓油經(jīng)電磁閥進(jìn)入立柱和主軸箱松開(kāi)油腔，推動(dòng)活塞和菱形塊，使立軸和主軸箱同時(shí)松開(kāi)，松開(kāi)指示燈HL1亮。按夾緊SB6，Q0.4得電，接觸器KM5得電吸合，液壓泵電動(dòng)機(jī)M3反轉(zhuǎn)，高壓油經(jīng)電磁閥進(jìn)入立柱和主軸箱夾緊油腔，反向推動(dòng)活塞和菱形塊，使立軸和主軸箱同時(shí)夾緊，夾緊指示燈HL2亮。

圖2 梯形圖程序一

3.3.2 立柱和主軸箱的松開(kāi)和夾緊單獨(dú)進(jìn)行

如果需要主柱、主軸箱單獨(dú)松開(kāi)（或夾緊）時(shí)，只需將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA扳到立柱和主軸箱單獨(dú)松開(kāi)（或夾緊）的位置，其動(dòng)作原理同上面松開(kāi)和夾緊同時(shí)進(jìn)行一樣。

4 結(jié)論

利用西門(mén)子S7-200 CPU224 PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)搖臂鉆床進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)，經(jīng)安裝調(diào)試后，其各項(xiàng)性能均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行良好。即提高了鉆床的可靠性，降低了維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 梯形圖程序二

[1] 楊林建.機(jī)床電氣控制技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2008.

[2] 羅光偉.可編程控制器教程[M].成都:電子科技大學(xué)出版社,2007.

[3] 宋風(fēng)中,張懷廣.NEZA型PLC在鉆床的改造中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2010,(4):104-106.

[4] 熊軼娜,林章輝,蔣紅衛(wèi).三菱FX2N系列PLC對(duì)搖臂鉆床電控系統(tǒng)的改造[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2010,(5):116-118.