PLC改造Z3040摇臂钻床电气控制系统

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摘 要：本文简述用plc改造z3040摇臂钻床的原理、控制要求及系统改造过程。

关键词：PLC Z3040摇臂钻床 电气控制系统

笔者所在学院现有Z3040摇臂钻床电气控制系统采用的是传统的继电器-接触器控制方式。因其所要控制的电动机较多，电路较复杂，在日常的实习、生产作业中，经常发生电气故障，从而影响正常的教学活动和实习生产。PLC有可靠性高、抗干扰能力强、编程方便、价格低、寿命长等优点，用PLC改造Z3040摇臂钻床的电气控制系统，可以大大提高Z3040摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性。所以，决定对这些转床的传统电气控制系统进行改进设计。用PLC电气控制系统技术改造。

一、Z3040型摇臂钻床结构图及电气原理图

Z3040型摇臂钻床结构及电气原理图见图1。

二、Z3040摇臂钻床的控制要求及电气系统分析

1.控制要求

（1）摇臂钻床的运动部件较多，需使用多台电动机拖动，主轴电动机承担主钻削及进给任务，摇臂升降、夹紧放松和冷却泵各用一台电动机拖动。

（2）主轴及进给调速都是机械调速，用手柄操作变速箱调速，对电动机无任何调速要求。为了适应多种加工方式的要求，调速应在较大范围内。

（3）加工螺纹时要求主轴能正反转。摇臂钻床的正反转一般用机械方法实现，电动机只需单方向旋转。

（4）摇臂升降由单独的一台电动机拖动，要求电动机能实现正反转。

（5）摇臂的夹紧与放松以及立柱的夹紧与放松由一台异步电动机配合液压装置来完成，要求这台电动机能正反转。摇臂的回转和主轴箱的径向移动在中小型摇臂钻床上都采用手动。

（6）钻削加工时，为对刀具及工件进行冷却，需要一台冷却泵电动机拖动冷却泵输送冷却液。

（7）各部分电路之间有必要的保护和联锁。

2.电气系统分析

（1）主电路分析。

M1：主轴电动机，由交流接触器KM1控制，只要求单方向旋转。M1装在主轴箱顶部，带动主轴及进给传动系统，热继电器FR是过载保护元件。主轴的正反转由机械系统实现。

M2：摇臂升降电动机，装于主轴顶部，由接触器KM2和KM3控制正反转。因为该电动机短时间工作，故不设过载保护电器。

M3：液压油泵电动机，由接触器KM4和KM5控制正向转动和反向转动。热继电器FR2是液压油泵电动机的过载保护电器。该电动机的主要作用是供给夹紧装置压力油、实现摇臂和立柱的夹紧与松开。

M4：冷却泵电动机，功率很小，由开关直接启动和停止。

（2）控制电路分析。

①主轴电动机M1的控制。按下SB2 KM1线圈得电并自锁，电动机M1运行，指示灯HL3亮；按下SB1 KM1线圈失电，电动机M1停止，指示灯HL3灭。

②摇臂升降控制。摇臂上升控制：摇臂平时是夹紧在外立柱上的（SQ2常态、SQ3压下装态），在摇臂升降之前，先要把摇臂松开，再由M2驱动升降；摇臂升降到位后，再重新将其夹紧。摇臂的松、紧是由液压系统完成的。YV通电，油路供给摇臂夹紧机构。液压系统液压泵电动机M3正转，正向供出压力油，压力油进入摇臂的松开油腔，推动松开机构使摇臂松开，摇臂松开后，行程开关SQ2动作、SQ3复位；若M3反转，则反向供出压力油进入摇臂的夹紧油腔，推动夹紧机构使摇臂夹紧，行程开关SQ3动作、SQ2复位。按住SB3（不松）KT线圈得电：常闭触点瞬时动作KM5不能得电；常开触点动作，YV线圈得电，KM4线圈得电M3运行。摇臂松开：SQ3复位；SQ2动作：常闭触点先断开，KM4线圈失电，M3停转；常开触点后闭合，KM2线圈得电，M2启动摇臂上升，上升到位。松开SB3，KM2线圈失电M2停，摇臂停止上升；KT线圈失电常闭触点闭合KM5线圈得电M3反转。摇臂夹紧：SQ2复位；SQ3常闭触点断开KM5、YV失电，M3停转。

摇臂下降过程：按下SB4摇臂下降，其工作过程与摇臂上升相同。

位置开关SQ1作为摇臂升降的超程限位保护。当摇臂上升到极限位置时，压下SQ1使其断开，接触器KM2断电释放，M2停止运行，摇臂停止上升；当摇臂下降到极限位置时，压下SQ1使其断开，接触器KM3断电释放，M2停止运行，摇臂停止下降。

（3）主轴箱和立柱的夹紧与放松控制。主轴箱和立柱的松、紧是同时进行的，SB5和SB6分别为松开与夹紧控制按钮，由它们点动控制KM4、KM5控制M3的正、反转，SB5、SB6的动断触点串联在YV线圈支路中。操作SB5、SB6电磁阀YV线圈不能吸合，液压泵供出的压力油进入主轴箱和立柱的松开、夹紧油腔，推动松、紧机构实现主轴箱和立柱的松开、夹紧。同时，由行程开关SQ4控制指示灯发出信号：主轴箱和立柱夹紧时，SQ4的动断触点断开而动合触点闭合，指示灯HL1灭，HL2亮；反之，在松开时SQ4复位，HL1亮而HL2灭。

三、PLC的Z3040摇臂钻床电气控制系统改造过程

1.改造规划

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，编写控制程序。为了使改造后的摇臂钻床仍能够保持原有功能不变，所以改造原则是保留原有电气控制主断路、所有输入、输出设备不变，只是将原继电器控制中的硬件接线改为用软件编程来代替。

2.PLC型号的选择

在选择的机型前首先对控制对象的相关内容进行估测：有开关量输入，电压，开关量输出，输出功率，模拟量输入和输出等。现在所设计的是对PLC对Z3040摇臂钻床的改造，根据具体实况，PLC控制系统的输入信号共13个，输出信号共9个，再考虑将来的发展留一定的余量，选用欧姆龙C28P型PLC。

3.PLC的I/O端口分配表

根据所选PLC的型号进行I/O点的端口分配，如下表所示。

4.PLC 的硬件接线图（见图2）

图2

5.Z3040摇臂钻床电气控制系统软件部分的设计改造

（1）PLC程序设计。PLC梯形图的设计本着简单、可靠的设计原则。设计中不仅有电气互锁，而且有热继电器的保护，使系统不仅能在正常情况下完好地运行，也能在有错误的情况下在最短的时间内通知工作人员，能够及时处理问题，以免造成不必要的损失。

（2）PLC梯形图（见图3）。

图3

利用PLC对机床控制系统进行改造后，简化了控制线路，维护方便，降低了设备运行故障率，提高了设备运行的稳定性及使用效率。