基于SFC的搖臂鉆床電氣控制系統改造

王志成

（沈陽工程學院機械工程系，遼寧沈陽 110136）

Z3040 搖臂鉆床作為一種通用機床在工礦企業應用廣泛，特別適用于大型工件的孔加工，主要由底座、內外立柱、搖臂、主軸箱和工作臺組成。具有主軸的旋轉運動和進給運動、搖臂沿外立柱的上升和下降、搖臂與外立柱一起相對于內立柱的回轉、主軸箱沿搖臂的徑向移動，后兩者為手動。鉆削加工時，通過夾緊裝置，主軸箱緊固在搖臂上，搖臂緊固在外立柱上，外立柱緊固在內立柱上[1]。該型搖臂鉆床配置4臺三相異步電動機，采用繼電-接觸器電路實現電氣控制，線路復雜、故障多、電氣維護任務較重。針對這種情況，采用三菱FX2N 系列PLC對其控制電路進行了改造，克服了以上缺點，降低了設備的故障率，實際運行效果良好。

1 Z3040搖臂鉆床繼電器接觸器控制電路簡介

Z3040搖臂鉆床有4臺電動機，分別是主軸電動機M1、搖臂升降電動機M2、液壓泵電動機M3和冷卻液電動機M4，主電路和控制電路見圖1和圖2。控制要點如下：

圖1 Z3040搖臂鉆床的主電路

圖2 Z3040搖臂鉆床的控制電路

（1）主軸電動機單相運轉，具有短路和過載保護；

（2）搖臂上升或下降前若未松開（SQ2 常閉觸點接通），則自動松開（SQ2 常開觸點接通），調節到位后延時5秒鐘自動夾緊；

（3）YV得電：松開和夾緊的是搖臂（伴隨上升和下降自動進行），YV 失電：松開和夾緊的是主軸箱和立柱（手動操作），見圖3；

圖3 搖臂、主軸箱與立柱的松開和夾緊

（4）具有主軸工作指示和主軸箱與立柱的松開和夾緊指示。

2 PLC控制方案確定

主電路、控制面板、3 個指示燈和工作燈保持不變；因主軸啟動和停止控制相對獨立，為節省PLC輸入和輸出點，仍采用原控制方式。將4個按鈕開關、4個限位開關、1個熱繼電器FR2常閉觸點接到PLC的輸入端；將4個交流接觸器、1個電磁閥接到PLC的輸出端。為降低改造成本，選用三菱PLC的型號為FX2N-20MR，12 個輸入點，8個繼電器型輸出點。I/O接線見圖4。

圖4 PLCI/O接線圖

圖5 搖臂鉆床控制的SFC圖

3 SFC圖設計

順序功能圖（SFC）是三菱PLC推薦使用的編程語言，與傳統的梯形圖語言相比，具有與設備的動作順序一致、不用復雜的記憶與互鎖，程序執行速度快，維護量小、直觀清晰等特點，目前尚未見到利用SFC 實現Z3040 搖臂鉆床技術改造的報道。根據搖臂鉆床的控制要求，用4 個分支程序實現搖臂上升、搖臂下降、主軸箱和立柱的夾緊、主軸箱和立柱的松開控制[2]。如圖5 所示。

圖6 GX Developer 中的SFC圖

圖7 GX Developer 生成的梯形圖

利用編程軟件，將圖5 所示的程序輸入計算機，見圖6。注意編程軟件中的SFC 圖與實際SFC 圖的區別，圖6 中給出了步31 和轉換條件13對應的梯形圖。完成局部轉換和整體轉換后，系統生成的梯形圖如圖7 所示，可見程序直觀清晰，無復雜的記憶、自鎖和互鎖（讀者可將此程序與相應的梯形圖比較）。將此梯形圖對應的指令表（未列出）下載到PLC中，即可進行現場調試與控制[3]。

4 結論

選擇三菱FX2N系列PLC（FX2N-20MR），編寫順序功能圖（SFC）語言控制程序，完成了Z3040 搖臂鉆床的電氣控制改造設計。安裝調試后，各項性能均達到了設計要求，運行情況良好。結果表明，利用SFC 圖進行順序控制程序的編制，可大大減輕程序設計的工作量，縮短系統設計的時間。

［1］謝宇.Z3040 搖臂鉆床的PLC控制改造［J］.煤礦機械，2008（2）：145-146.

［2］GX Developer Ver 8操作手冊（SFC）［Z］.2006.

［3］孫立杰，馮清秀，湯漾平.基于PLC的數控齒條磨齒機控制系統［J］.機電工程，2010（10）：74-76.

［4］胡乾坤.基于GPPW 軟件的PLC順序功能圖繪制與仿真［J］.機床電器，2010（3）：23-25.