Z3040摇臂钻床的改造

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摘要：本文是研究机械加工中常用的z3040摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题,旨在解决传统继电器―接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。由于PLC电气控制系统与继电器―接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。

关键词：可编程控制器，摇臂钻床，梯形图，电气控制系统

1 Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的原理

1.1 主电路

我国原来生产的Z3040摇臂钻床的主轴旋转运动和摇臂升降运动的操作是通过不能复位的十字开关来操作的,它本身不具有欠压和失压保护。因此在主回路中要用一个接触器将三相电源引入。现在的Z3040摇臂钻床取消了十字开关，它的电气原理图1所示：

它的主电路、控制电路、信号电路的电源均采用自动开关引入，自动开关的电磁脱扣作为短路保护取代了熔断器。交流接触器KM1只主电动机M1接通或断开的接触器，KR1为主电动机过载保护用热继电器。摇臂的升降，立柱的夹紧放松都要求拖动的电动机正反转，所以M2和M3电动机分别有两个接触器，它们为KM2、KM3和KM4、KM5。摇臂升降电动机M2、冷却泵电动机M4均为短时工作，不设过载保护。

2 基于PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统硬件部分的设计

Z3040摇臂钻床电气控制系统的设计方案由两部分组成，一部分为电气控制系统的硬件设计，也就是PLC的机型的确定；另一部分是电气控制系统的软件设计，就是PLC控制程序的编写。为了使改造后的摇臂钻床仍能够保持原有功能不变，此次改造的一个重要原则之一就是，不对原有机床的控制结构做过大的调整，只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来替代。

由于Z3040摇臂钻床控制对象对PLC输出点的动作表达速度要求不高，继电器型输出模块的动作速度完全能够满足要求，且每一点的输出容量较大，在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，这将给设计工作带来很大的方便。所以本课题选用继电器输出模块，结合Z3040摇臂钻床电气控制系统的实际情况，需要输入点数大于17个，输出点数大于11个。

为了使Z3040摇臂钻床在改造后能够良好工作，确认日本松下公司生产的FP0-C14RS型和扩展单元FP0-E16RS型和FP0-E8RS型PLC能够满足上述要求，该类型号PLC体积小，功能强，增加了一些大型机的功能和指令，如PID和PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）指令，对于控制器体积要求较高的应用系统是一种很好的选择。其编程口为RS-232C，可以直接和编程器或计算机连接，使用非常方便，且性价比较高，使用方便。其主要技术性指标如下：

3 Z3040摇臂钻床电气I/O分配表如图2所示。

4 Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计

为了使Z3040摇臂钻床在进行电气控制系统改造后仍能够完成原有的工作需要，本基于PLC的摇臂钻床电气控制系统的PLC程序应由电气控制系统预开程序、主电动机的起动和停止控制程序、摇臂升降控制程序即升降电动机的正反转控制程序、立柱和主轴箱的松开与夹紧控制程序即液压泵电动机的正反转程序、信号的显示程序、照明控制程序等部分组成。因选用FP0型号的PLC，所以编程时采用Windows环境下运行的FPWIN―GR的编程软件来编程设计, 采用TVT―90A2可编程控制器训练装置来进行模拟调试。完整程序如图3所示。

参考文献：

[1]齐占庆主编．机床电气控制技术．第三版．北京：机械工业出版社，2005

[2]张桂岭.浅谈现代PLC的优势特点.自动化博览，2003（4），66-67

[3]李国厚主编．PLC原理与应用．北京：清华大学出版社，2005

[4]齐占庆主编．机床电气自动控制．北京：机械工业出版社，1987