浅谈PLC在Z3040摇臂钻床控制中的应用
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摘 要 plc的应用就是以PLC为程控中心，组成电气控制系统，实现对生产过程的控制。而一般金属切削加工机床还是以电气控制为主，如果控制对象是工业环境较差，而安全性、可靠性要求又特别高、系统工艺过程又要经常变动的机械设备，用PLC作为主要控制设备是最合适的。
关键词 摇臂钻床 PLC 控制系统
长期以来，金属切削加工机床多采用继电接触器电路实现电气控制。其实，这类机械的电气控制主要以逻辑控制为主，这正是可编程控制器工作的强项。因此，PLC在机械加工机床电气控制领域得到了越来越多的应用。不但许多新产品机床开始采用PLC作为主要控制设备，旧的机床电路也开始采用PLC实现电气改造。
Z3040摇臂钻床利用旋转的钻头对工件进行加工，可广泛应用于机械加工中的钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及锪平面等。钻削加工时，通过夹紧装置，主轴箱紧固在摇臂上，可以沿摇臂径向运动，摇臂紧固在外立柱上，外立柱紧固在内立柱上。摇臂借助于丝杠，可以作升降运动，也可以与外立柱固定在一起，沿内立柱旋转。机械加工机床的加工运动往往是机械与电气配合实现的。Z3040摇臂钻床设有4台电动机，即主轴电动机、冷却泵电动机、摇臂升降电动机及液压泵电动机。主轴电动机提供主轴转动的动力，是钻床加工主运动的动力源，但主轴电动机只有正转工作模式，反转由机械方法实现。冷却泵电动机用于提供冷却液，只需正转。摇臂升降电动机提供摇臂升降的动力，需正反转。液压泵电动机提供液压油，用于摇臂、立柱和主轴箱的夹紧和松开，也需要正反转。
Z3040摇臂钻床的操作主要通过手轮及按钮实现，手轮用于主轴箱在摇臂上的移动，这是手动的。按钮用于主轴的启动停止、摇臂的上升下降、立柱主轴箱的放松及夹紧等操作，再配合限位开关完成机床调节的各种动作。
二、利用三菱FX2N－32MR PLC对Z3040摇臂钻床的改造
（一）Z3040摇臂钻床控制回路。
（二）Z3040摇臂钻床的PLC改造方案的确定。
1.原钻床的工艺加工方法不变。
2.在保留主电路的原有元件的基础上，不改变原控制系统电气操作方法。
3.电气控制系统控制元件（包括按钮、行程开关、热继电器、接触器），作用与原电气线路相同。
4.四个电机的操作方法不变。
5.改造原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现。
具体做法为：采用可编程控制器的Z3040摇臂钻床的操作及功能应与采用继电接触器电路时完全一致。机床原先配备的按钮、限位开关、变压器、指示灯、热继电器、接触器等电器均需保留。按钮、限位开关作为主要操作器件接入PLC的输入口，每个触点占用一个输入口，热继电器的触点可与相关接触器的线圈串联，所以热继电器可不接入PLC的输入口。接触器及电磁阀线圈作为主要的执行器件接入PLC的输出口。指示灯的控制触点在硬件连接上与其他控制功能不冲突，可不接入PLC的输出口。原电路中的接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5之间的互锁也设在机外进行。
清点Z3040摇臂钻床需接入PLC的输入输出器件后，确定需输入口14个及输出口6个，选用FX2N系列的PLC。
（三）Z3040摇臂钻床PLC改造I/O分配图（图1）。
系统的硬件连接及各端口的标号如图1所示。选用定时器T37代替原电路中KT，另为编程需要还选用M100及M101两个辅助继电器。
三、改造后Z3040摇臂钻床的PLC调试过程
（一）主轴电动机M1转动。按下SB2（即X1置1），主轴电动机M1运转；按下SB1（即X0置1），M1停止。
（二）摇臂的上升与下降。需要摇臂上升时，按下SB3（即X2置1）：KT、KM4、YA得电，液压电动机M3起动，使摇臂松开。待完全松开后，行程开关SQ2动作（即X13、X14置1），使KM4失电，液压电动机M3停止运转，KM2得电吸合，摇臂升降电动机M2正向起动，带动摇臂上升。
松开SB3（即X4置1）：KM2、KT失电，M2停止，KT失电3S后KM5得电，M3反向起动，使摇臂夹紧。待完全夹紧后，行程开关SQ3动作（即X15置1），使KM5、YA断电，液压电动机M3停止运转。
需要摇臂下降时，按下摇臂下降按钮SB4（即X3置1），动作过程与摇臂上升相似。
（三）摇臂升降限位保护。摇臂升降限位保护是靠上下限位开关SQ1U和SQ1D实现的。上升碰到SQ1U后（即X11置1），摇臂自动夹紧，与松开SB3（即X4置1）动作相同；下降碰到SQ1D后（即X12置1），摇臂自动夹紧，与松开SB4（X5置1）动作相同。
（四）立柱与主轴箱的夹紧与松开。立柱和主轴箱同时夹紧和同时松开。按下按钮SB5（即X6置1），KM4得电，液压电动机M3正向起动，立柱和主轴箱松开；按下按钮SB6（即X7置1），KM5得电，液压电动机M3反向起动，立柱和主轴箱夹紧。
四、结束语
实践证明，用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法。它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点，寿命长、维修量少、查找外部线路简单。提高机床的自动化程度，提高了效率，创造较好的经济效益。