基于三菱FX3U系列PLC的Z3040型搖臂鉆床電氣控制設計

樊小波

（青海高等職業(yè)技術學院 青海 海東 810799）

1 引言

電氣控制的關鍵在于高可靠性的設計，所以在現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)中PLC的使用范圍非常廣泛，主要依靠于PLC的大規(guī)模集成電路技術、嚴格的生產(chǎn)工藝制作以及采用了先進的抗干擾技術。本文經(jīng)過綜合考量，決定采用三菱FX系列PLC，主要考慮該系列PLC的平均無故障時間很長（平均時長有30萬h），性能更加穩(wěn)定。而采用了額外CPU的三菱FX系列PLC平均無故障時間將超過30萬h。所以，相比較于同等規(guī)格的繼電器-接觸器系統(tǒng)，使用PLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)，單單從其外電路來看，電氣接線及開關觸點已減少到數(shù)百甚至千分之一，故障也就大大降低。

目前，我國Z3040型搖臂鉆床的電氣控制設計主要基于繼電器-接觸器系統(tǒng)，相比較于PLC電氣控制，PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢更大，所以本次采用三菱FX系列PLC對Z3040型搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)進行改造，以此很大程度上提高Z3040型搖臂鉆床工作性能和系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，為工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化帶來生機[1-2]。

2 原控制系統(tǒng)分析

2.1 確定被控對象

圖1為Z3040型搖臂鉆床電氣控制電路圖，其中主軸電動機是M1，搖臂升降電動機是M2，液壓泵電動機是M3，冷卻泵電動機是M4，電源總開關是QF1。

單向連續(xù)運行的主軸電動機、可逆電動運行的搖臂升降電動機、可逆運行的立柱放松或夾緊液壓泵電動機和手動控制的冷卻泵電動機。

2.2 歸納控制要求

按鈕SB8、SB2以及接觸器KM1控制主軸電動機M1的啟動與停止，主要通過單方向的控制[3]。通過機械控制的方式實現(xiàn)主軸電動機M1的正反轉(zhuǎn)。升降電動機M2主要用來控制搖臂的上升與下降。當搖臂處在放松時，搖臂可以實現(xiàn)上升、下降命令；而當搖臂處在夾緊時，搖臂的上升與下降已完成。在這次控制系統(tǒng)改造過程中，按鈕X000、X014用來實現(xiàn)形成開關的手動控制。按鈕X003、X004用來實現(xiàn)限位開關的手動控制。而接觸器KM2和KM3的接通與斷開通過按鈕SB3、SB4點動控制來實現(xiàn)，可以實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)的控制，實現(xiàn)搖臂上升或下降的控制。液壓泵電動機M3的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，使用接觸器KM4和KM5的接通、斷開來實現(xiàn)控制。Z3040型搖臂鉆床實際為一臺齒輪泵，通過電動機來拖動，并提供夾緊裝置壓力油。搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動通常采用手動。如圖1所示，Z3040型搖臂鉆床PLC控制輸入輸出點分配。

圖1 Z3040型搖臂鉆床的控制電路原理圖

3 硬件設計

3.1 選擇PLC型號

在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù)。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型，所選用PLC應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應[4]。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)。

Z3040型搖臂鉆床控制系統(tǒng)有11個電氣開關輸入信號，9個電氣輸出信號，沒有高速輸入輸出信號，所以選擇FX3U-32-MR/ES即可。

3.2 系統(tǒng)I/O接線圖設計

I/O分配表見表1，I/O接線圖見圖2。

表1 I/O分配表

圖2 I/O接線圖

4 程序設計

4.1 應用程序的開發(fā)過程

（1）將控制系統(tǒng)按功能要求劃分成功能模塊。

（2）確定哪些任務和功能用子程序完成，哪些用中斷服務程序解決，在此基礎上設計主程序。

（3）畫出各類程序的流程框圖。

（4）選擇適合的計算機語言編寫各類程序。

（5）上機調(diào)試。

控制系統(tǒng)改造時，無需把繼電器-接觸器控制電路的機械設備完全用PLC設備所替代，如果原系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟了，那么在進行改造時，只需在原繼電器-接觸器控制電路稍作修改，依次符合PLC要求的梯形圖即可[5-6]。改造過程中主要是對工作過程動作順序的設計改造，而不僅僅是其電氣圖的改造。改造的程序依然要經(jīng)過反復修改和完善，才能符合控制要求。而且改造后的程序要進行聯(lián)機調(diào)試前，必須經(jīng)過模擬調(diào)試。但是控制程序的改造并不是唯一的，要經(jīng)過不斷地實踐總結(jié)、修正，力求最佳方案。控制程序時序圖見圖3。

圖3 Z3040型搖臂鉆床控制程序時序圖

4.2 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果反饋

系統(tǒng)調(diào)試見表2。

表2 系統(tǒng)調(diào)試

5 結(jié)果與分析

本文主要采用三菱FX系列PLC對Z3040型搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進行改造，相比較于傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，PLC電氣控制系統(tǒng)依靠其大規(guī)模集成電路技術、嚴格的生產(chǎn)工藝制作以及先進的抗干擾技術，使得PLC控制系統(tǒng)的可靠性更高，平均無故障時間更長[7-8]。