論Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造

吳宏新

（廣東省河源技師學(xué)院，廣東 河源 517000）

Z3040型的搖臂鉆床在鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔以及攻螺絲等方面上均有廣泛應(yīng)用，是一種工廠上較為常用的孔加工機(jī)床。Z3040型的搖臂鉆床主要可以作五種結(jié)構(gòu)的動(dòng)作，分別為主軸帶著鉆頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、鉆頭上下左右進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、主軸沿著搖臂作水平運(yùn)動(dòng)、搖臂沿著立柱做上下運(yùn)動(dòng)及搖臂繞立柱作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)前，Z3030型的搖臂鉆床采用的一般是以繼電器——接觸器為控制的元件。但是，這種控制方式還是存在一些不足，比如，電路的接線較為復(fù)雜、在運(yùn)行時(shí)整體存在噪聲大、觸點(diǎn)多、可靠性差、故障診斷和排除較為困難等問題。

PLC系統(tǒng)，又被稱為可編程邏輯控制器,它具有可靠性強(qiáng)、編程與接線簡單以及靈活通用等優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛運(yùn)用。本文基于PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)對搖臂鉆床的改造，使得Z3040型搖臂鉆床的精確性和可靠性更高，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化控制。

1 Z3040型搖臂鉆床的介紹

機(jī)械鉆床可以分為很多種類型，比較常見的有臺式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床以及專用鉆床等。其中，由于搖臂鉆床具有操作方便、靈活以及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在大型零件的孔加工中尤其方便，是機(jī)械加工中較為普遍的一種機(jī)床設(shè)備。

1.1 Z3040型的搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)形式和控制要求

Z3040型的搖臂鉆床在進(jìn)行加工之前，首先是利用搖臂的回轉(zhuǎn)和升降動(dòng)作以及主軸箱的移動(dòng)定位對各個(gè)部位的移動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。在加工之時(shí)，夾緊裝置對主軸箱緊固于搖臂的導(dǎo)軌上，搖臂在外立柱上夾緊緊固，而外立柱則緊固在內(nèi)立柱上，鉆頭或絲攻則是由主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)并向下垂直進(jìn)給，使鉆孔或絲攻的加工得以順利進(jìn)行。

（1）主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。Z3040搖臂機(jī)鉆床的主運(yùn)動(dòng)指的是主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則代表著主軸的上下移動(dòng)。主軸電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)使得主軸做旋轉(zhuǎn)以及上下進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而主軸的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則是在加工螺紋的過程中要求的，利用機(jī)械方法可以實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及上下進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在主軸箱內(nèi)具有主軸變向以及進(jìn)給變速的結(jié)構(gòu)，可以通過變速元件對主軸的轉(zhuǎn)速和上下的進(jìn)給量進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于主軸電動(dòng)機(jī)只要求單方向的旋轉(zhuǎn)，不需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和制動(dòng)，直接啟動(dòng)即可。

（2）輔助運(yùn)動(dòng)。除了以上的主要運(yùn)動(dòng)方式外，Z3040型的搖臂鉆床還具有其他的輔助運(yùn)動(dòng)形式，比如搖臂連同外立柱繞內(nèi)立柱作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、搖臂沿外立柱做上下運(yùn)動(dòng)、主軸箱沿?fù)u臂導(dǎo)軌作水平運(yùn)動(dòng)。搖臂鉆床運(yùn)用旋轉(zhuǎn)的鉆頭對工件進(jìn)行加工，主軸箱固定在搖臂上，能夠沿著搖臂做徑向運(yùn)動(dòng)，搖臂通過絲桿的作用，可以進(jìn)行升降的運(yùn)動(dòng)，也可以通過固定外立柱，沿內(nèi)立柱旋轉(zhuǎn)。

2 改造的方法介紹

首先應(yīng)該對PLC控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，我們可以把它聯(lián)想成機(jī)床控制系統(tǒng)的控制箱，控制箱的外接線可以通過外部的圖形模式對其進(jìn)行表示和描述，而對于控制箱內(nèi)部的“線路圖”，則可以通過梯形圖來表示。該控制箱與外部世界相聯(lián)系的“接口”則是利用梯形圖中輸入和輸出的繼電器來完成。對于整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，所對應(yīng)的外部接入器件的觸點(diǎn)可以通過梯形圖中的輸入繼電器觸點(diǎn)來表示，對于外部負(fù)載的線圈可以依據(jù)梯形圖中的輸出繼電器的線圈來表示。外部負(fù)載的線圈不僅會(huì)受到梯形圖的控制，還有可能會(huì)受到外部接觸點(diǎn)的控制而發(fā)生影響。

3 PLC的Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)改造

3.1 改造方案

運(yùn)用PLC對搖臂鉆床進(jìn)行改造主要可以分為以下兩個(gè)部分，首先是電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，對PLC的機(jī)型進(jìn)行確定；第二個(gè)部分則是電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，對控制程序進(jìn)行編寫。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意改造后的搖臂鉆床不能改變原有的功能，應(yīng)該對原有的電氣控制主電路進(jìn)行保留，同時(shí)所有的輸入和輸出設(shè)備也不能改變。只是利用軟件編程對原繼電器控制器中的硬件接線進(jìn)行改造。

3.2 PLC型號的選擇

在對機(jī)型進(jìn)行選擇時(shí)，首先應(yīng)該考慮和估測的是控制對象的相關(guān)內(nèi)容，比如開關(guān)量的輸入和輸出、電壓、輸出功率以及模擬輸入和輸出等方面的情況，Z3040的搖臂鉆床有輸入點(diǎn)17個(gè)點(diǎn)，輸出點(diǎn)11個(gè)點(diǎn)，一共28個(gè)點(diǎn)。（見圖1）按照實(shí)際的情況，避免大材小用的現(xiàn)象，并考慮到PLC輸入和輸出點(diǎn)要留有一定的余量，本文選擇松下FP1-C40 PLC機(jī)型對Z3040搖臂鉆床進(jìn)行改造。FP1-C40型可編輯程序控制器，是日本松下電工生產(chǎn)的小型PLC，它有24個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，一共40個(gè)點(diǎn)，為繼電器輸出型，負(fù)載能力為250V，2A。

3.3 Z3040搖臂轉(zhuǎn)床改造后的電氣線路

圖1是根據(jù)對Z3040型的搖臂鉆床PLC輸入和輸出的分配，對其進(jìn)行改造后的輸入和輸出的接線圖。在圖1中，由于原繼電器的控制回路中存在著按鈕多、行程開關(guān)多、觸點(diǎn)繁多、線路復(fù)雜等問題，站在安全的角度上考慮，應(yīng)該采用110V的低電壓。在對其進(jìn)行PLC控制之后，運(yùn)用PLC提供的24V DC 的直流電壓對按鈕、行程開關(guān)的輸入信號進(jìn)行改造，使得輸入和輸出回路完全隔離。因此，對于PLC改造后的搖臂鉆床可以采用110 V的接觸器。

圖1 Z3040搖臂轉(zhuǎn)床改造后的電氣線路

3.4 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)梯形圖

圖2為Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)梯形圖，利用傳輸線傳輸程序與PLC相連進(jìn)行程序調(diào)試。因選用FP1型號的PLC，所以編程時(shí)采用Windows環(huán)境下運(yùn)行的FPWIN—GR的編程軟件來編程設(shè)計(jì)，采用TVT—90A2可編程控制器訓(xùn)練裝置來進(jìn)行模擬調(diào)試。

圖2 Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)梯形圖

4 Z3040搖臂鉆床電路PLC改造的注意事項(xiàng)

4.1 時(shí)間繼電器瞬動(dòng)觸點(diǎn)和斷電延時(shí)時(shí)觸點(diǎn)的處理

此次改造的目的是將時(shí)間繼電器KT取代。在原有的時(shí)間繼電器KT中，有兩對瞬動(dòng)觸點(diǎn)與一對斷電延時(shí)動(dòng)作的觸點(diǎn)，然而在FP1-C40的可編程序控制器里則沒有該類觸點(diǎn)。因此，對于瞬動(dòng)觸點(diǎn)的處理，可以采用內(nèi)部繼電器取代。如圖2的梯形圖中的R1，應(yīng)該要按SB3—X2或者SB4-X3的線路接通R1。而斷電延時(shí)動(dòng)作的斷電則是應(yīng)該在松開SB3或者SB4后才開始計(jì)時(shí)的，此時(shí)可以利用R1的常閉點(diǎn)對內(nèi)部計(jì)時(shí)器T0進(jìn)行控制。本程序中的內(nèi)部繼電器R4的運(yùn)用，能很好地解決起初未按SB3或SB4而T0開始計(jì)時(shí)的問題，這種方法是運(yùn)用R4的常開觸點(diǎn)對T0進(jìn)行控制，如圖2中的第64步所示。

4.2 停止按鈕、行程開關(guān)、熱繼電器等常閉觸點(diǎn)的處理

在繼電器控制中，對于行程開關(guān)、停止開關(guān)、熱繼電器觸點(diǎn)均屬于常閉點(diǎn)。而當(dāng)運(yùn)用PLC進(jìn)行控制時(shí)，則應(yīng)該改為常開點(diǎn)。如圖1中的SB1、KR1和ST2所示，這些相應(yīng)的觸點(diǎn)在繼電器控制中是常閉點(diǎn)，而在PLC控制里是常開點(diǎn)。在圖2的梯形圖中，X6、X7、X9以及X4等，這些觸點(diǎn)如果在繼電器控制使用常閉點(diǎn)，則在梯形圖中的輸入點(diǎn)應(yīng)該使用常開點(diǎn)。當(dāng)接通電源時(shí)，會(huì)接通相應(yīng)的輸入點(diǎn)，使常開點(diǎn)閉合。換句話說，雖然梯形圖中我們看到的這些觸點(diǎn)的狀態(tài)是常開的，但實(shí)際上的狀態(tài)卻是閉合的。

4.3 不同電壓的處理

原先的繼電-接觸器電路中將各種交流控制電路和直流控制電路分開表示，如110V的接觸器、36V的照明燈、以及信號燈等，在PLC的梯形圖中則應(yīng)該合在一起表示，如圖2中的第114步信號燈，它是將115步信號燈的控制和110V的接觸器的控制程序畫在一起的結(jié)果。

5 結(jié)語

本文基于松下FP1-C40 對Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造，通過接線簡單的PLC，對復(fù)雜的繼電器——接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行改造優(yōu)化，使Z3040型的搖臂鉆床的穩(wěn)定性和可維護(hù)性有效地提升，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。